一种维生素-酪蛋白纳米粒子及其制法和应用

技术领域

本发明涉及一种维生素-酪蛋白纳米粒子，还涉及上述纳米粒子的制法和应用。

背景技术

随着经济社会发展，生活水平加快，伴随着科技的发展，人们对健康生活的意识不断提高，越来越注重营养补充和健康食材。食物消费趋势也早已从要求简单的卡路里和必需营养外转变为要求均衡的营养补充，人们开始意识到身体的重要性。于是各种营养补充品出现在市场上，且不断快速发展，市面上出现的营养补充品，以维生素、矿物质、天然草本等为主要营养补充方向。维生素在人体健康方面发挥着重要作用，但维生素是属于极易被破坏维生素，在加工生产中易被高温环境破坏失活，少部分维生素还会产生有毒有害副产物，在人体消化过程中也易被胃酸破坏造成维生素的生物利用度低。

目前针对于维生素的保护多见外界环境保护，主要是避免其在加工生产过程中被破坏。对于维生素的保护，避免其在加工过程中及胃酸破坏从而提高维生素的利用度，包埋是一种合理的方法，但是包埋壁材的选择存在问题，其包埋需要保护维生素免受胃酸破坏且不能影响其正常吸收，需要考虑其健康可食用，还需考虑其生产成本，整个生产也需要考虑到生产的实际性。因此，寻找一种健康安全的包埋壁材和适合生产化简易的包埋方法有着重要的市场意义。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种不易受到胃酸破坏、生物利用度高的维生素-酪蛋白纳米粒子，还提供上述纳米粒子的制法和应用。

技术方案：本发明的维生素-酪蛋白纳米粒子呈圆球状，由酪蛋白胶束与维生素组成，酪蛋白胶束呈球形，球形内部为疏水空腔，空腔内包覆维生素。

其中，所述维生素为水溶性维生素。

上述维生素-酪蛋白纳米粒子的制法，包括以下步骤：

(1)取脱脂牛奶调节pH，利用高pH条件改变牛奶中酪蛋白胶束结构，致使其结构疏松，静置，加入维生素，静置得混合溶液A；

(2)调节混合溶液A的pH，超声后静置得混合溶液B；

(3)调节混合溶液B的pH，调节PH降低斥力，使胶束内部空腔恢复，使进入的维生素被包住，即得维生素C-酪蛋白纳米粒子。

其中，步骤(1)中，取脱脂牛奶调节pH，在高pH条件下形成疏松的酪蛋白胶束结构，所述pH为8～9，pH优选为8；静置时间为15～30min。

其中，步骤(1)中脱脂牛奶与维生素的取用量比值为200ml：400-600mg。

其中，步骤(2)中，调节混合溶液A的pH，所述pH为8～9，pH优选为8；超声时间为3～5min，静置时间为15～30min。

其中，步骤(3)中，调节混合溶液B的pH，所述pH为6.5～7。

本发明还公开了上述维生素-酪蛋白纳米粒子在制备配方食品或营养补充产品中的应用；所述维生素-酪蛋白纳米粒子以液体形式或粉体形式添加。

发明原理：针对维生素在加工过程中的被破坏及易受到胃酸破坏问题寻找合适包埋壁材提高其生物利用度，本发明利用酪蛋白本身消化特性，合成圆球状的维生素-酪蛋白纳米粒子；通过利用调节PH，斥力增大导致酪蛋白胶束结构松散，类似内部空腔结构扩大，球形内部为疏水空腔，维生素在超声下进入空腔，减小PH后，斥力消失，胶束结构恢复，空腔缩小完成包封，通过分子内或分子间氢键连接及包住其中的维生素。

酪蛋白(Casein)，是哺乳动物包括母牛、羊和人奶中的主要蛋白质。在牛奶中主要以酪蛋白为主，是一种大型，致密结构的蛋白。酪蛋白本身同时具有亲水基团和疏水基团，在牛奶中天然以胶束结构存在，可以负载营养素；在胃液环境下，酪蛋白胶束受到胃凝乳酶和低pH酸性环境影响形成凝乳，保护维生素免受胃酸破坏；酪蛋白在肠液环境下正常消化，肠道环境中凝乳消失，释放负载的维生素进入肠道吸收。基于此，以酪蛋白包封维生素得到的维生素-酪蛋白纳米粒子可以提高维生素的生物利用度。此外，酪蛋白作为天然蛋白质来源，本身可以作为优质蛋白食用，因此合成的维生素-酪蛋白纳米粒子可以被用在各种食品和营养补充品中，以及原料要求严格的特殊医学用途食品中。

本发明目的是通过使用适合生产化方式合成维生素-酪蛋白纳米粒子，解决维生素在生产过程中的被破坏率高的问题，及含有维生素类营养补充品在服用时生物利用度低问题。该维生素-酪蛋白纳米粒子可以液体形式或粉体形式添加进营养补充产品中，并因为其酪蛋白本身为优质蛋白质来源，在特殊医学用途配方食品等类营养素添加受到严格规范产品中具有应用前景。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：(1)维生素-酪蛋白纳米粒子提高维生素的生物利用度，使维生素克服胃酸破坏；(2)制法简便高效，减少维生素在常规生产过程的高温条件下的破坏，提高维生素的利用度，且适于大规模生产；(3)酪蛋白作为优质蛋白，协同包封维生素后应用于食品、营养补充品或特殊医学用途食品可以达到更优的营养效果。

附图说明

图1是酪蛋白胶束在pH处理下粒子及形成维生素C-酪蛋白纳米粒子的粒径图；

图2是酪蛋白胶束在pH处理下粒子及形成维生素C-酪蛋白纳米粒子的电位图；

图3是酪蛋白胶束在pH处理下粒子及形成维生素C-酪蛋白纳米粒子的红外图；

图4是酪蛋白胶束在pH处理下粒子及形成维生素C-酪蛋白纳米粒子的X-射线衍射图；

图5是酪蛋白胶束在pH处理下粒子及形成维生素C-酪蛋白纳米粒子的透射电镜图；

图6是维生素C-酪蛋白纳米粒子的体外模拟消化外观图；

图7是维生素C-酪蛋白纳米粒子的体外模拟消化效果图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明，实施例中所用的试验材料均可通过常规途径购得。

实施例1

本发明维生素-酪蛋白纳米粒子的制备：

(1)取脱脂牛奶缓慢滴加NaOH调节pH至8，静置保持20min，缓慢滴加维生素C搅拌均匀后静置保持20min；

(2)调节溶液pH再次至8，在600W的超声功率下超声4分钟后静置保持20min；

(3)使用盐酸调节pH至6.7，即得维生素C-酪蛋白纳米粒子。

实施例2

本发明维生素-酪蛋白纳米粒子的制备：

(1)取脱脂牛奶缓慢滴加NaOH调节pH至8，静置保持20min，缓慢滴加维生素B2搅拌均匀后静置保持20min；

(2)调节溶液pH再次至8，在600W的超声功率下超声4分钟后静置保持20min；

(3)使用盐酸调节pH至6.7，即得维生素B2-酪蛋白纳米粒子。

针对维生素C-酪蛋白纳米粒子的包封率进行测定：

(1)维生素C标准曲线测定：称量50mg维生素C溶于500mL容量瓶中，添加蒸馏水至刻度线，配成100mg/L溶液，再分别量取1mL、2mL、3mL、4mL、5mL溶液于50mL容量瓶，添加蒸馏水至刻度线，分别配成浓度为2、4、6、8、10mg/L的溶液，于245nm测定其紫外吸收后绘制标准曲线。

(2)取实施例1中溶液于烧杯，调节pH至4.5后静置20min。

(3)吸取上清于离心管离心(4000g，5min)。

(4)测量上清在245nm下紫外吸收后计算包封率，包封率根据上清中的吸光度，根据标准曲线计算得到没有被包进的维生素含量，从而得到包封的维生素含量，计算得到包封率为50-60％，包封效果好，且以蛋白作为包材安全性与实用性更高，应用范围更广，成本比类似脂质体的包材成本低。

针对维生素B2-酪蛋白纳米粒子的包封率进行测定：

与维生素C-酪蛋白纳米粒子的包封率测定操作相同，计算得到包封率为50-60％，同样可以达到较好的包封效果。

针对维生素C-酪蛋白纳米粒子的结构表征进行测定：

(1)粒径-电位实验：实验前共取4个样品，未处理酪蛋白胶束记为MC，pH＝8条件下酪蛋白胶束记为pH 8-MC，实施例1中溶液记为VC-MC，实施例1操作条件下未加入维生素C的样品记为pH 6.7-MC。所取样品均取两份，一份保持原浓度测定其粒径值，一份样品均稀释5倍后测定其电位值。

(2)红外实验：将(1)制备的四个样品进行冷冻干燥，冷冻干燥样品于傅里叶变换红外光谱(FTIR)中进行32次扫描，扫描波长范围为4000cm

(3)XRD实验：将(2)得到的冷冻干燥样品进行XRD扫描，常温下扫描10°-70°范围内、扫描速率为10°/min、扫描角度为2θ。

(4)透射电镜实验：透射电子显微镜可用于可视化基材的结构，取(1)制备的四个样品1mL后稀释五倍浓度于EP管中后测其TEM图像。取一滴稀释后样品溶液沉积到铜网上。10分钟后用滤纸除去多余的产物。随后，将一滴磷钨酸置于网格上10分钟。在室温下干燥后于EP管中保存。拍摄图像均以200nm呈像。

结构表征如图1～5所示，电位结果显示pH的改变增加了酪蛋白本身电位，斥力增大，导致酪蛋白胶束结构松散，粒径结果显示pH＝8时酪蛋白胶束的粒径增大，这为维生素的被包埋的提供了可能性。粒径结果显示在恢复正常pH时酪蛋白胶束粒径减小，而对比同样pH条件下包封维生素的酪蛋白胶束和未包封维生素的酪蛋白胶束的粒径大小，包封维生素的酪蛋白胶束粒径大于未包封维生素酪蛋白胶束，证明了维生素被包封的可能性。

红外实验结果中，酰胺A带与二带的红移证明了维生素与酪蛋白发生相互作用，其酰胺一带无明显偏移，证明维生素与酪蛋白发生的相互作用未改变酪蛋白的二级结构。形成的维生素-酪蛋白复合体曲线中未出现新的峰，证明非共价键是维生素与酪蛋白的相互作用力，结果显示分子内或分子间氢键发挥主要作用。维生素C特征峰的消失证明了维生素被包埋的可能性。

XRD实验证明酪蛋白为无定形的非晶结构，且处理过程以及维生素的加入未破坏酪蛋白本身的非晶构型。TEM图像可以观察到未处理的酪蛋白颗粒较小较分散，通过处理pH＝8条件下酪蛋白聚集成大颗粒且在斥力作用下形成可包封胶束结构，最终形成圆球状维生素-酪蛋白胶束颗粒。

针对维生素C-酪蛋白纳米粒子进行体外消化实验：

(1)将实施例1中的样品溶液喷雾干燥，得到粉末样品。称取定量粉末于100mL人工胃液中，从添加人工胃液后开始取样后每30min取5mL样品，2h后添加100mL人工小肠液，从添加人工小肠液后开始取样后每30min取5mL样品。得到10个样品点。获得样品调节pH至4.5，静置20min,吸取上清于离心管离心(4000g，5min)。测量上清在245nm下紫外吸收后计算释放维生素C质量。在过程中拍照记录。

体外模拟消化结果如图6～7所示，结果显示酪蛋白在胃液中较为凝结，在肠液中易被消化，维生素的释放在肠液中明显，证明了酪蛋白胶束具有在胃酸中保护维生素不被破坏的作用，具有一定提高维生素生物利用度的潜力。

针对维生素C-酪蛋白纳米粒子进行高温保护验证：

称取一定量M g实施例1中样品喷雾干燥后粉末进行肠液消化30min，调节溶液pH至4.5，静置20min，吸取上清于离心管离心(4000g，5min)，于245nm紫外波长下测量维生素C释放量，记为N g。称取M g实施例1中样品喷雾干燥后粉末和相对相同质量N g维生素C，于80℃下模拟杀菌3min，后于肠液消化30min，调节溶液pH至4.5，静置20min，吸取上清于离心管离心(4000g，5min)，于245nm紫外波长下测量维生素C释放量，计算破坏率，结果如表1所示。

表1、维生素C-酪蛋白纳米粒子的高温保护效果

高温保护验证结果如表1所示，所得维生素C在高温下破坏率为40.7％，酪蛋白包封维生素C后在高温下破坏率仅为6.7％，证明酪蛋白胶束包封维生素C后可以在高温条件下发挥保护维生素的作用，因此，酪蛋白胶束包封维生素C可以减少生产过程中维生素的损失。