负载β-胡萝卜素的豌豆分离蛋白-低聚木糖复合物微囊的制备研究.pdf

110摘要：以豌豆分离蛋白-低聚木糖糖基化复合物（PPI-MRPS）为壁材,-胡萝卜素为芯材制备微囊,研究壁材质量分数、芯壁体积比、均质压力、均质时间对微囊包埋率的影响。结果表明：在壁材质量分数4%、芯壁体积比1：10、均质压力6 0 MPa和均质时间2 min的条件下，制备得到的PPI-MRPS微囊具有较高的包埋率（9 7.18%）,较好的加工性能及应用潜力。关键词：糖基化复合物；微囊;-胡萝卜素；抗氧化性；微观形态Study on preparation of pea protein isolate and xylo-oligosaccharidecomplex microcapsules loaded with-caroteneYAN Di,LIU Yan,MA Lu-yan,GUO Xing-feng,ZHU Ting-wei(School of Food Science and Technolog,Henan University of Technology,Abstract:Using pea protein isolate and xylo-oligosaccharide complex(PPI-MRPS)as the wall material,-carotene was used as the core material to prepare microcapsules,and the effects of wall mass fraction,core to wall volume ratio,homogenization pressure,and homogenization time on the encapsulation effi-ciency of microcapsules were studied.The results showed that the prepared PPI-MRPS microcapsules hada high embedding rate(97.18%)under the conditions of 4%wall mass fraction,1:10 core to wall vol-ume ratio,60 MPa homogenization pressure,and 2 min homogenization time,showing good processingperformance and application potential.Key words:glycosylation complex;microcapsule;-carotene;oxidation resistance;micromorphology中图分类号：TS201.1以-胡萝卜素为代表的脂溶性活性物质具有改善食品性状、增强人体营养与健康的功能。然而在食品加工过程中,-胡萝卜素对氧气、热等外界条件敏感,水溶性差,易氧化降解,增大了其在食品加工中的应用难度2 。因此,设计合理的包埋体系可以有效保护-胡萝卜素在运输、加工及贮藏过程中的稳定。微囊技术可以实现对-胡萝卜素的包埋,提高其水溶性、稳定性等3。在微囊制备过程中,壁材的性能及制备条件是稳定微囊构建的重要影响因素;而其中壁材的乳化特性与微囊体系的包埋率呈正相关性4。研究5-7 表明,糖基化改性的粮食与油脂负载-胡萝卜素的豌豆分离蛋白-低聚木糖复合物微囊的制备研究严迪，刘燕，马露燕，郭兴凤，朱婷伟（河南工业大学粮油食品学院，河南郑州45 0 0 0 1）Zhengzhou 450001,Henan,China)文献标志码：A2023年第36 卷第11期文章编号：10 0 8-9 5 7 8(2 0 2 3)11-0 110-0 5蛋白质复合物可以形成紧密的界面层结构，具有更好的抗氧化能力和乳化特性，作为壁材可以保护所包埋的生物活性物质。课题组前期研究8 发现,在反应温度7 5、反应时间9 0 min、豌豆分离蛋白(PPI)与低聚木糖质量比2：1的条件下,制备的豌豆分离蛋白-低聚木糖糖基化复合物（PPI-MRPS）具有较高的乳化特性，与PPI相比,PPI-MRPS乳化性提高了11.6 9%,可作为潜在的壁材构建微囊。在此基础上,本文以PPI-MRPS为壁材,以-胡萝卜素为脂溶性活性物质模型，研究壁材质量分数、芯壁体积比、均质压力和均质时间对微囊包埋率的影响；收稿日期：2 0 2 3-0 7-2 4基金项目：河南省高等学校重点科研项目（2 3A550012）；河南工业大学高层次人才基金项目（2 0 2 0 BS013）作者简介：严迪（19 9 9 一），女，硕士，研究方向为蛋白质资源开发与利用。通信作者：郭兴凤（19 6 5 一），女，硕士，教授，研究方向为蛋白质资源开发与利用；朱婷伟（19 9 0 一），女，博士，讲师，研究方向为蛋白质资源开发与利用。2023年第36 卷第11期并以相同条件下PPI为壁材制备的PPI微囊为对照,对PPI-MRPS为壁材制备的PPI-MRPS微囊体系特性进行研究，以期制备包埋率高、性能优良的微囊体系。1材料与方法1.1材料与试剂PPI(纯度8 5%）、低聚木糖（XOS,纯度95%）,西安金硕果业有限公司；-胡萝卜素（纯度9 6%）、DPPH（纯度9 8%），上海麦克林生化科技有限公司；大豆油，市售；正已烷、无水乙醇，分析纯；尼罗红，生物级。1.2仪器与设备GL-20C型高速剪切均质机，上海弗鲁克流体机械制造有限公司;HH-6型数显恒温水浴锅、JJ-6A型磁力搅拌器，常州普天仪器制造有限公司；AH-PI-LOT型高压均质机，加拿大ATS工业系统有限公司;Nano-ZS90型激光粒度仪,英国马尔文仪器有限公司;Leica TCS SP5生物级共聚焦荧光显微镜，曼海姆徕卡微系统公司；7 2 2 S型可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司;TDL-5-A型低速大容量离心机，上海安亭科学仪器厂。1.3试验方法1.3.1壁材的制备将PPI与XOS按质量比2：1溶解于蒸馏水中，并保持蛋白质质量分数为1%，磁力搅拌2 h混匀，调节pH为7，于4冰箱中放置过夜,使其充分水合。将样品放置在7 5 恒温水浴锅中反应9 0 min后终止反应，得到PPI-MRPS复合物，冷冻干燥备用。1.3.2负载-胡萝卜素微囊的制备以PPI-MRPS为壁材,-胡萝卜素为芯材,制备微囊体系。具体操作方法为将PPI-MRPS溶于蒸馏水中，配制成一定质量分数的溶液。用大豆油配制1 mg/mL-胡萝卜素油相混合物,将油相混合物与PPI-MRPS溶液以一定体积比混合，经高速剪切均质机(12 0 0 0 r/min)剪切2 min后,采用高压均质机均质,形成包埋-胡萝卜素的乳状液，进一步冷冻干燥得负载-胡萝卜素的PPI-MRPS 微囊。在同样条件下，以PPI为壁材，制备PPI微囊作为对照。1.3.3制备条件对微囊包埋率的影响在壁材质量分数4%、芯壁体积比1：10、均质压力6 0 MPa、均质时间2 min的基础上，,依次考察壁材质量分数、芯壁体积比、均质压力、均质时间对微粮食与油脂囊包埋率的影响。1.3.4包埋率的测定用正已烷溶解-胡萝卜素并配制质量浓度为5、10、15、2 0、2 5 g/mL的系列标准溶液，以正已烷为空白对照,测定其在波长45 0 nm处的吸光度，得到标准曲线方程为y=0.2801x+0.0229（R=0.990 4,n=5)。参考LAN等9 的方法测定-胡萝卜素的包埋率,并稍作调整。将3mL-胡萝卜素微囊与3.0 mL正已烷混合，涡旋振荡30 s后离心（10 0 0 0 g，5min）;取上清液至10 mL容量瓶中并用正已烷定容。在波长45 0 nm处测定其吸光度,根据标准曲线计算未包埋-胡萝卜素含量。包埋率计算见式(1)。包埋率=(1_未包理-胡萝卜素含量)总-胡萝卜素含量1.3.5基本指标测定水分含量根据GB5009.32016食品安全国家标准食品中水分的测定中直接干燥法进行测定。水溶性：称取一定质量的-胡萝卜素微囊置于烧杯中,加人一定量的蒸馏水,迅速摇晃后静置,并开始计时，待粉体充分溶解后停止计时，记录微囊复溶时间，即为水溶性。休止角参考文献10 的方法测定,将干燥后制得的固体微囊产品通过漏斗落在下方固定直径的圆盘上，粉体逐渐堆积至不能继续堆高为止，用刻度尺测量物料堆高度。休止角计算见式(2）。0=arctan 7式中:0 为休止角,;h 为物料堆高度,mm;r 为圆盘半径,mm。1.3.6粒径与电位测定取10 L微囊溶液，经适当稀释后，采用激光粒度仪测定微囊(2 5)的粒径、多分散系数(PDI)及Zeta电位。1.3.7DPPH 自由基清除率测定参照GUAN等I的方法，对其稍作修改。将3mL0.1 mmol/LDPPH溶液与1mL微囊溶液混合，于2 5 下黑暗中放置30 min，然后使用分光光度计在波长5 17 nm处测吸光度。用去离子水作为空白对照。样品对DPPH自由基的清除率计算见式(3)。111 100%(1)h(2)112式中：A,为微囊与DPPH溶液混合的样品吸光度;A,为微囊与乙醇溶液混合后的样品吸光度；A。为空白的吸光度。1.3.8激光共聚焦扫描显微镜观察采用共聚焦荧光显微镜（CLSM）观察微囊溶液的微观形态。用1 mg/mL尼罗红溶液染色后置于CLSM下观察，尼罗红的激发和发射波长分别为543 nm和 6 0 5 nm。1.3.9数据处理采用SPSS20、Ex c e l 软件对试验数据进行处理、作图及显著性分析,每个指标至少重复测定3次,显著性水平设为0.0 5。2结果与分析2.1壁材质量分数对负载-胡萝卜素微囊包埋率的影响由图1可知：包埋率随着壁材质量分数的增加而升高，当壁材质量分数为4%时，-胡萝卜素包埋率达到9 7.40%。一定的壁材质量分数能够在较短的时间内形成致密的网状结构，阻碍芯材扩散到壁材表面,提高微囊的包埋率12 ；但当壁材质量分数过高时，会使微囊囊壁厚度增加，降低微囊的通透性,从而影响包埋物质的释放程度13。综合考虑，壁材质量分数选择4%。100rb959020151050图1壁材质量分数对负载-胡萝卜素微囊包埋率的影响注：图中不同小写字母表示指标差异显著（P0.05），下同。2.2芯壁体积比对负载-胡萝卜素微囊包埋率的影响由图2 可知：当壁材占比较少时，此时体系内油相比例高，体系黏度较大，得到的微囊会形成不规粮食与油脂A;-A则团聚,从而影响其分散性14。当体系达到合适油自由基清除率=100%(3)A水体积比时，壁材能很好地将芯材包埋，达到好的包埋效果；而当壁材体积过大时，可能会影响壁材与芯材的充分接触,从而导致包埋率降低15 。综合考虑，芯壁体积比选择1：10。100rab9590F%/率軒鸟201510501:6图2#芯壁体积比对负载-胡萝卜素微囊包埋率的影响2.3均质条件对负载-胡萝卜素微囊包埋率的影响在微囊制备过程中,适当的均质压力和时间会形成微小而均匀的液滴，有利于提高乳化剂的稳定100ab9590F%/率軒aba34壁材质量分数/%2023年第36 卷第11期bb1:81:10芯壁体积比ba201510F5010095561:12C4050均质压力/MPaaHb90%率軒20F1510F5F0图3均质条件对负载-胡萝卜素微囊包埋率的影响6012均质时间/min70a342023年第36 卷第11期性,提升包埋率16 。均质压力越大,料液受到的剪切力越大,更有利于包埋物质的均匀分散，但均质时间过长,转子摩擦产生的热量会使-胡萝卜素损失增大,并且长时间均质引入的空气会造成-胡萝卜素发生氧化17-18 。综上所述，选择均质压力60MPa和均质时间2 min为最佳的均质条件。综上，在壁材质量分数4%、芯壁体积比1：10、均质压力6 0 MPa和均质时间2 min条件下制备PPI-MRPS 微囊的包埋率可达9 7.18%。2.4负载-胡萝卜素微囊体系的理化指标由表1可知：PPI-MRPS微囊水分含量低，说明微囊不易发霉结块，易于保存；休止角和水溶性分别为（35.2 9 0.7 2）和（36.8 2 3.5 9）s，说明微囊的流动性好,且易溶于水。整体上，以PPI-MRPS为壁材制备的微囊具有较好的理化性质，达到了应用的基本要求。表1微囊理化特性微囊特性PPI-MRPS微囊包埋率/%97.18 0.68水分含量/%2.61 0.01休止角/。35.29 0.72水溶性/s36.82 3.592.5负载-胡萝卜素微囊体系的抗氧化活性以PPI和 PPI-MRPS为壁材构建的微囊对DP-PH自由基清除率分别达2 4.0 0%和5 4.6 0%，表明PPI-MRPS 作为壁材可以提高微囊抗氧化活性。糖基化复合物具有供氢能力，可以清除和淬灭自由基,从而阻断自由基链反应,以防止脂质氧化19 ;此外,部分糖分子填充在蛋白质之间的空隙中,在一定程度上降低了氧渗透性和-胡萝下素与氧之间的接触,提高了-胡萝卜素的抗氧化活性。综合上述试验结果，以PPI-MRPS为壁材构建微囊体系是一种潜在的生物活性递送系统,既具有较好的理化性质,又发挥了一定的抗氧化活性。2.6负载-胡萝卜素微囊体系的微观形态由表2 可知：与PPI微囊溶液相比,PPI-MRPS微囊溶液的粒径以及PDI明显较小。该结果与微观形态结果观察相一致，即PPI-MRPS 微囊溶液粒径均一,无油滴聚集现象,呈现稳定的状态。在微囊制备过程中,PPI-MRPS迅速吸附到油水界面后，亲水性的多糖链段伸展到水相区域,并带来强烈的空间位阻效应,阻止油滴聚集和凝聚2 0 ，从而使微囊粮食与油脂粒径较小以及分散性更好。整体上,PPI-MRPS微囊具有较好的稳定性和加工应用潜力。表2 微囊的Z-均粒径、PDI和Zeta-电位Z-均粒径/nmPPI微囊334PPI-MRPS 微囊284PPL-MRPS微囊溶液图4PPI-MRPS微囊的激光共聚焦图像3结论以 PPI-MRPS 为壁材,-胡萝卜素为芯材,通过PPI微囊高压均质以及冷冻干燥制备PPI-MRPS微囊体系。95.21 0.46结果表明：在壁材质量分数4%、芯壁体积比1：10、2.98 0.07均质压力6 0 MPa和均质时间2 min条件下制备得36.11 0.81到的PPI-MRPS微囊对-胡萝卜素的包埋率达到35.44 3.1297.18%。此时，微囊水溶性为（36.8 2 3.5 9）s、休止角为（35.2 9 0.7 2）、水分含量为（2.6 10.01)%,且对 DPPH 自由基清除率为5 4.6 0%。本研究为微囊壁材的开发以及-胡萝卜素的应用提供一定理论基础。【参考文献 1 BOON C S,MCCLEMENTS D J,WEISS J,et al.Factorsinfluencing the chemical stability of carotenoids in foods J.Critical Reviews in Food Science and Nutrition,2010,50(6):515 532.2 QIAN C,DECKER E A,XIAO H,et al.Physical andchemical stability of-carotene-enriched nanoemulsions:Influence of pH,ionic strength,temperature,and emulsi-fier typeJ.Food Chemistry,2012,132(3):1221-1229.【3陆姗姗，间晶，韩荣，等。-胡萝卜素微囊的制备及其体外的消化研究J广州化工，2 0 2 1，49(10)：5 6-58,77.4 LI X,FENG Y M,TING S,et al.Correlating emulsionproperties to microencapsulation efficacy and nutrients re-:tention in mixed proteins system J.Food Research In-ternational,2019,115:44-53.113PDIZeta-电位/mV0.232-280.174-29PPI微囊溶液114 5 SHI Y Q,LIANG R,CHEN L,et al.The antioxidantmechanism of Maillard reaction products in oil-in-wateremulsion system J.Food 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