一种阿魏酰低聚糖/海藻酸钠/壳聚糖微凝胶及其制备方法和用作食品添加剂的应用与流程

2021-01-07 10:01:36|

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一种阿魏酰低聚糖/海藻酸钠/壳聚糖微凝胶及其制备方法和用作食品添加剂的应用与流程

本发明属于功能性食品领域，具体涉及一种阿魏酰低聚糖/海藻酸钠/壳聚糖微凝胶及其制备方法和用作食品添加剂的应用。

背景技术：

阿魏酰低聚糖（feruloyloligosaccharides，fos）由木聚糖与阿魏酸酯化形成，是一种兼具阿魏酸和低聚糖生理活性的功能性低聚糖。fos具有抗氧化、抗糖化、抗血栓、降血压、抗肿瘤、抗炎、抗病毒、益生元和提高免疫力等作用，在功能性食品领域具有重要的应用前景。然而，将fos直接加入食品制备原料中，会对原料性质及制备工艺产生不良影响，欧仕益等发现fos会导致饼干褐变程度、硬度增加，产生不良风味等。因此，如何降低fos对食品制备原料及工艺的影响，开发品质和功能性兼具的fos功能性食品成为一个需要解决的问题。

然而现有的关于fos的研究主要集中于对fos的结构、功能及其制备方法的研究，关于fos的加入形式少有涉及。《阿魏酸-羟丙基-β-环糊精包合物的研制》（中国药房，2003年第14卷第10期）公开了一种利用羟丙基-β-环糊精对阿魏酸进行包合，以提高其水溶性及稳定性的方法。受此启发，可将fos进行微囊化处理以减少fos对食品制备原料及工艺的影响，并控制fos的释放。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种阿魏酰低聚糖/海藻酸钠/壳聚糖微凝胶及其制备方法和用作食品添加剂的应用，将fos包埋于海藻酸钠（sa）/壳聚糖（cs）微凝胶中，保护fos减少对食品制备原料属性的影响，并控制其在食品制作过程中不释放，而在消化道释放，发挥fos抗氧化、抗糖化和益生元等功能特性。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种阿魏酰低聚糖/海藻酸钠/壳聚糖微凝胶，以sa和cs为囊材形成微囊，将fos包埋于微囊内，形成粒径范围为0.5~10μm的ph敏感型微凝胶。

优选的，所述微凝胶的包埋率为19.21~32.46%，载药率为89.98~243mg/g，消化道释放率为76.46～81.25％。

sa分子链中的羧酸根和羟基，可以与ca²⁺等二价阳离子交联而形成“蛋格结构”的微囊，cs填补“蛋格结构”表面的孔洞，增强微囊机械强度，使其能够耐受面团的揉搓过程和焙烤高温，在揉面和焙烤过程不释放，有效降低了fos对面团属性的影响。fos/sa/cs微凝胶为ph敏感型，在小肠中性ph环境下，cs失去电荷，ca²⁺与胆盐沉淀，载体失去三维网络结构而解体，释放fos，发挥fos抗氧化、抗糖化和益生元等功能特性。

一种阿魏酰低聚糖/海藻酸钠/壳聚糖微凝胶的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备fos/sa/cs微乳液：将液体石蜡和司盘置于烧杯中，磁力搅拌混匀，形成含有乳化剂的油相；加入sa和fos溶液，磁力搅拌，再加入cs溶液，磁力搅拌，得到油包水微乳液。

（2）制备fos/sa/cs微凝胶：将步骤（1）所得微乳液加入cacl2溶液中，磁力搅拌，4℃放置过夜；将所得产物离心、洗涤，收集微凝胶，真空冷冻干燥后贮存。

优选的，所述步骤（1）中的含有乳化剂的油相的体积为sa、fos和cs溶液总体积的120~140%；司盘型号为span-80，span-80的体积为液体石蜡体积的4~9%。

优选的，所述步骤（1）中的sa和cs的总质量与fos的质量比为3~1.5:1，sa与cs的质量比为2:1。

优选的，所述步骤（2）中的cacl2溶液浓度为10%，溶液占总反应体系的47~48%。

一种阿魏酰低聚糖/海藻酸钠/壳聚糖微凝胶的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备fos/sa微乳液：将液体石蜡和司盘置于烧杯中，磁力搅拌混匀，形成含有乳化剂的油相；加入sa和fos溶液，磁力搅拌，得到油包水微乳液。

（2）制备fos/sa/cs微凝胶：将步骤（1）所得微乳液加入cacl2溶液中，磁力搅拌，4℃放置过夜；将所得产物离心、洗涤，收集微凝胶；将微凝胶加入cs溶液中，磁力搅拌，洗涤后收集微凝胶，真空冷冻干燥后贮存。

优选的，所述步骤（1）中的sa、fos溶液总体积与含有乳化剂的油相的体积比为0.5~0.6:1，司盘与液体石蜡的体积比为1:24；所述步骤（2）中的cacl2溶液浓度为10%，溶液占总反应体系的51%；所述sa、cs囊材与fos的质量比为3:1，sa与cs的质量比为2:1。

一种阿魏酰低聚糖/海藻酸钠/壳聚糖微凝胶用作食品添加剂的应用，包括将fos/sa/cs微凝胶加入面粉中，混匀后加水制成面团，微凝胶控制fos在揉面和焙烤过程不释放，在消化道中释放76.46～81.32％，发挥fos功能性作用。

优选的，所述fos/sa/cs微凝胶加入量为面粉质量的0.06~63%。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1）本发明的fos/sa/cs微凝胶将fos包埋于sa/cs中，具有良好的包埋效果，包埋率达32.46%，载药率达243mg/g。

2）本发明的fos/sa/cs微凝胶具有良好的机械性能和耐热性能，可以保护fos在揉面和焙烤过程不释放，降低了fos对面团粉质特性、流变特性、持水力以及面筋蛋白的影响，也降低了fos对焙烤面团风味物质的影响。

3）本发明制备得到的fos/sa/cs微凝胶能够控制fos在消化道释放，释放率为76.46～81.32％，发挥抗氧化、抗糖化、益生元等功能特性。

附图说明

图1为实施例1中fos、sa/cs、fos/sa/cs傅里叶红外光谱图；

图2为实施例1中fos/sa/cs扫描电镜图；

图3为实施例1中fos/sa/cs释放曲线图；

图4为实施例5中空白对照组（a）、添加fos组（b）、添加sa/cs组（c）、添加fos/sa/cs组（d）、添加fos/sa/cs热处理组（e）的冻干面团扫描电镜图；

图5为实施例5中空白对照组、添加fos组、添加sa/cs组、添加fos/sa/cs组对面团持水力的影响；

图6为实施例5中空白对照组、添加fos组、添加sa/cs组、添加fos/sa/cs组对游离巯基的影响。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例1fos/sa/cs微凝胶的制备

（1）制备fos/sa/cs微乳液：依次将120ml液体石蜡和5mlspan-80加入500ml烧杯，磁力搅拌10min混匀，继续添加60ml1%海藻酸钠（ph7）和5ml的60mg/ml阿魏酰低聚糖，磁力搅拌30min，加入30ml的1%壳聚糖（ph6），磁力搅拌30min，得到w/o油包水微乳液。

（2）制备fos/sa/cs微凝胶：将步骤（1）所得微乳液加入200ml的10%cacl2，磁力搅拌1h，4℃放置过夜。将所得产物6000rpm离心5min，弃上层油箱，先用正己烷洗涤2次除去油相，然后用甲醇洗涤3次溶解未反应的海藻酸钠和壳聚糖，最后用去离子水洗涤2次，6000rpm离心5min，真空冷冻干燥，收集微凝胶，4℃贮存。

实施例2fos/sa/cs微凝胶的制备

（1）制备fos/sa/cs微乳液：依次将120ml液体石蜡和10mlspan-80加入500ml烧杯，磁力搅拌10min混匀，继续添加60ml1%海藻酸钠（ph7）和5ml的60mg/ml阿魏酰低聚糖，磁力搅拌30min，加入30ml的1%壳聚糖（ph6），磁力搅拌30min，得到w/o油包水微乳液。

实施例3fos/sa/cs微凝胶的制备

（1）制备fos/sa/cs微乳液：依次将120ml液体石蜡和5mlspan-80加入500ml烧杯，磁力搅拌10min混匀，继续添加60ml1%海藻酸钠（ph7）和10ml的60mg/ml阿魏酰低聚糖，磁力搅拌30min，加入30ml的1%壳聚糖（ph6），磁力搅拌30min，得到w/o油包水微乳液。

实施例4fos/sa/cs微凝胶的制备

（1）制备fos/sa油包水微乳液：依次将120ml液体石蜡和5mlspan-80加入500ml烧杯，磁力搅拌10min混匀，继续添加60ml1%海藻酸钠（ph7）和5ml的60mg/ml阿魏酰低聚糖，磁力搅拌30min，得到w/o油包水微乳液。

（2）制备fos/sa/cs微凝胶：将步骤（1）所得微乳液加入200ml的10%cacl2，磁力搅拌1h，4℃放置过夜。将所得产物6000rpm离心5min，弃上层油箱，先用正己烷洗涤2次除去油相，然后用甲醇洗涤3次溶解未反应的海藻酸钠，最后用去离子水洗涤2次，6000rpm离心5min；然后将所得海藻酸钠微凝胶加入30ml1%壳聚糖溶液中（ph6.0），磁力搅拌30min，用1%醋酸洗涤剩余的壳聚糖，真空冷冻干燥，收集微凝胶，4℃贮存。

本法制备的fos/sa/cs微凝胶相比于实施例1~3的一步法工艺更复杂，但成球效果更易控制，能够制备出球形度好、尺寸均一的微胶。

实施例5fos/sa/cs微凝胶的表征

包埋率和载药率表征：分别准确称取20mg实施例1~4所得fos/sa/cs微凝胶，用1ml蒸馏水对微凝胶表面进行快速淋洗，超声震碎30min，振荡2h，4000r/min，20min离心，收集水相，以测定fos含量，计算包埋率和载药率：

包埋率(%)=微凝胶中fos含量/包埋前fos含量×100%

载药率(%)=微凝胶中fos含量/微凝胶质量×100%

制备过程中，span-80的用量影响微囊的粒径、形态与分散性，当span-80用量为液体石蜡体积的3~5%时，所制备的微囊粒径粒径均一，分散性好。

傅里叶红外光谱表征：取实施例1所得fos/sa/cs微凝胶研磨成粉末，与kbr混合、压片，采用傅里叶红外光谱仪进行红外表征。

如图1所示，3423、1633、1083和1022cm-1为fos的特征吸收峰，分别代表-oh伸缩振动吸收峰、c=o伸缩振动吸收峰、c-o-c振动吸收峰和c-o-c振动吸收峰。2925cm^-1和2855cm^-1有c-h振动伸缩，1633cm^-1c=o伸缩振动，1460cm-1有苯环伸缩振动、1082.94cm-1的c-o-c振动吸收峰以及1022.22cm-1的-oh伸缩振动是sa和cs的特征吸收峰。对比sa/cs、sa/cs/fos和fos的红外吸收光谱图发现，sa/cs/fos具有fos的特征峰，表明fos成功包埋于sa/cs微囊中。

扫描电镜表征：取实施例1所得fos/sa/cs微凝胶经-18℃预冷1h后，立即进行冷冻干燥，待完全干燥后，将样品进行喷金处理，随后用扫描电镜观察微凝胶的微观结构。

如图2所示，fos/sa/cs微凝胶尺寸均一，分散均匀，表面光滑且球形度好，粒径在0.5~10μm之间；

fos释放特性：称取40mgfos/sa/cs微凝胶加入含300ml的模拟胃液（ph1.2）和300ml模拟小肠液（ph6.8）模拟消化道中；每隔5min取样，每次取样5ml，每次取出的同时需补充相同温度体积的溶剂，通过hplc法测定fos含量，制作释放曲线。

累积释放百分率通常是指某一时间点溶出介质中的药物释放量占全部药物量的百分比：

积累释放率（%）=[ɛ(ci×vi)]/(w×f×1000)×100%

式中，ci为时刻i测得的fos浓度；vi为溶出介质取样体积（ml）；ｗ为样品的重量（mg）；f为样品中fos百分含量(%)。

如图3所示，sa/cs/fos在模拟消化道系统中反应前75min，随着时间的增多fos的释放增速而增大，75min时fos释放率为67％，游离fos含量为107.2mg/g；随后，fos的释放增速逐渐降低，反应180min后，fos释放率为81.32％，游离fos达130.08mg/g；由此可知，fos/sa/cs微凝胶可控制fos在消化道释放。

实施例6fos/sa/cs微凝胶的应用与表征

空白对照组为面粉；添加fos组为将30mgfos加入300g面粉中；添加sa/cs组为将190mgsa/cs（按照实施例1的方法制备，省略加入fos步骤，制备空白sa/cs）加入300g面粉中；添加fos/sa/cs组为将190mg（含30mgfos）实施例1所得fos/sa/cs微凝胶添加至300g面粉中；各组物质混匀倒进粉质仪中，添加200ml去离子水，测定其面团形成时间、稳定时间、弱化度、面团稠度及粉质质量指数。

结果表明，将fos掺入面团会明显缩短降低面团的粉质质量，增加面团的稠度，不利于后续制备。将fos包埋于sa/cs微凝胶能减少fos对面粉属性的影响，使面团弱化度、稠度、形成时间、稳定时间、粉质质量与空白面粉无明显差异。

扫描电镜表征：取实施例1所得fos/sa/cs微凝胶16mg（含2.5mgfos），添加至25mg面粉中，混匀，加入11.5ml去离子水，混匀，揉搓制成面团，将面团经-18℃预冷1h后，立即进行冷冻干燥，取新鲜切面样品进行喷金处理，随后用扫描电镜观察微凝胶的微观结构。

如图4所示，添加fos组（b）对比空白对照组（a），fos破坏面团微观结构，添加sa/cs组（c）和添加fos/sa/cs组（d）对面团微观结构的破坏明显降低，表明sa/cs微凝胶包埋fos可以降低fos对面团粉质特性的影响，提高面团的机械性能。添加fos/sa/cs组热处理组（e）与添加fos/sa/cs组（d）相比两者没有明显差别，表明sa/cs微凝胶具有耐热性，在加热状态下仍可以包埋fos不释放，降低fos对面团焙烤过程中的影响。

持水力测定：取含fos/sa/cs微凝胶面团5.0g置于离心管中，加入15ml蒸馏水，在水浴摇床震荡1h以至面筋蛋白完全水合，然后将糊状物以4000r/min离心10min，弃去上清液，称离心管和沉淀的质量，计算面团的持水力（whc）：

whc(g/g)=[(m1+m2)]-(m1+m3)]/m3

其中，m1是离心管质量；m2是沉淀质量；m3是样品质量。

如图5所示，fos能够使面团中的持水力降低，而sa/cs微凝胶能够使面团持水力升高，sa/cs微凝胶包埋fos能够使面团的持水力水平，从而不破坏面制品的口感。

巯基含量测定：取40mg含fos/sa/cs微凝胶面团与4mlsds-tge溶液（10.4%tris，6.9g/l甘氨酸和1.2g/ledta，2.5%sds，ph8.0）—起温育持续30min，每10min摇动一次，8000r/min，离心10min，随后将上清液留下备用，将沉淀丢弃。取上清液1ml于试管中，再加入3ml的sds-tge，加入dtnb0.04ml。其中dtnb在tge(4mg/ml）中混合，测定其在412nm处的吸光度；使用考马斯亮蓝法测定上清液的蛋白质浓度；根据以下等式将吸光度值转换为游离-sh的含量：

-sh=73.53×a412×d/cg

其中73.53是消光系数；a412表示412nm处的吸光度；d是上清液的稀释倍数；cg是面筋蛋白的浓度。

如图6所示，fos能够使面团中的游离巯基减少，而sa/cs微凝胶能够使游离巯基增多，sa/cs微凝胶包埋fos能够使面团的游离巯基达到一个合适的量，从而不破坏面制品的口感。

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