华中农业大学研究生(华中农业大学研究生院)



华中农业大学研究生,华中农业大学研究生院

β-胡萝卜素是一类重要的类胡萝卜素,是一种亲脂性天然色素,广泛存在于自然界并具有抗氧化、抗癌、提高免疫力等生理功能。但β-胡萝卜素的稳定性较差,在加工贮藏时极易受到光照、高温、pH值等因素影响导致其发生化学降解,同时,由于β-胡萝卜素具有高度亲脂性,在水溶液中溶解度较低,这都限制了其在食品、医药工业中的应用。

克服这些限制的有效方法之一是通过递送载体包封β-胡萝卜素。近年来,生物聚合物纳米颗粒因其良好的生物相容性、低免疫原性、无毒性和生物可降解性的优点,受到了人们的关注。玉米醇溶蛋白独特的氨基酸组成使其成为两亲性蛋白质,并具有良好的成膜性和阻隔性,因此在活性物质和风味物质的包埋递送中应用广泛。华中农业大学食品科学技术学院的郭 静、孙晓琳、潘思轶*采用反溶剂沉淀法制备玉米醇溶蛋白-卵磷脂-PGA三元复合物实现对β-胡萝卜素的包埋,并重点考察环境因素(温度、pH值、光照)对β-胡萝卜素纳米粒子分散体系稳定性的影响,以期为β-胡萝卜素的进一步加工及长期贮存提供帮助。

1、玉米醇溶蛋白对β-胡萝卜素包封性能

如图1所示,当β-胡萝卜素和玉米醇溶蛋白的比例为1∶1时,玉米醇溶蛋白无法负载过量的β-胡萝卜素,此时大量β-胡萝卜素游离在分散体系外。当β-胡萝卜素与玉米醇溶蛋白的质量比从1∶1变为1∶3时,包封率从84.62%显著增加到93.64%(P<0.05)。结果表明,当β-胡萝卜素与玉米醇溶蛋白的质量比为1∶3时,包封效果最好。包封率高是因为玉米醇溶蛋白可以包封疏水性β-胡萝卜素,加入表面活性剂卵磷脂可以与游离β-胡萝卜素形成复合物,从而改善其包封率。

2、β-胡萝卜素纳米颗粒分析结果

如表1所示,与玉米醇溶蛋白纳米颗粒、玉米醇溶蛋白-卵磷脂二元复合纳米颗粒相比,三元复合物具有更高的β-胡萝卜素包封率,包封率可达93.63%。玉米醇溶蛋白-卵磷脂/β-胡萝卜素纳米颗粒粒径为134.1 nm,显著低于玉米醇溶蛋白/β-胡萝卜素纳米颗粒的粒径(406.1 nm),这可能因为玉米醇溶蛋白和卵磷脂在一定水平下可以形成紧凑的结构,从而减小纳米颗粒的尺寸。

3、透射电镜结果

如图2所示,玉米醇溶蛋白/β-胡萝卜素纳米颗粒分布不均匀,有一些颗粒聚集;玉米醇溶蛋白-卵磷脂/β-胡萝卜素纳米颗粒和玉米醇溶蛋白-卵磷脂-PGA/β-胡萝卜素纳米颗粒粒径分布较匀称,在水中的分散性较好。另外,从透射电镜图中所观察到的纳米粒子粒径明显小于使用纳米粒度电位分析仪测得的样品粒径。这可能是因为粒径仪测定的是纳米粒子的水合粒径,透射电镜观察的是水分蒸发后样品的粒径。

4、分散体系冻干后的溶解性

由图3可知,纳米颗粒在30~50 min内溶解最快,60 min后溶解度基本不变,吸光度达到最大。玉米醇溶蛋白-卵磷脂-PGA/β-胡萝卜素冻干粉末吸光度最大,溶解性最好,玉米醇溶蛋白/β-胡萝卜素冻干粉末的溶解性最差,可能是由于玉米醇溶蛋白表面没有包覆层导致其疏水基团暴露,玉米醇溶蛋白的强疏水性导致其冻干后重分散性较差。

5、贮藏过程中温度对体系稳定性的影响

温度在贮藏过程中对纳米粒子粒径的影响

如图4所示,在4 ℃下贮藏7 d的玉米醇溶蛋白-卵磷脂/β-胡萝卜素和玉米醇溶蛋白-卵磷脂-PGA/β-胡萝卜素纳米颗粒平均粒径变化较小,37 ℃下贮藏的纳米颗粒平均粒径变化较大,玉米醇溶蛋白/β-胡萝卜素纳米颗粒的平均粒径从406.1 nm增加到677.9 nm,增加了271 nm,玉米醇溶蛋白-卵磷脂/β-胡萝卜素纳米颗粒的平均粒径从134.1 nm增加到212.0 nm,玉米醇溶蛋白-卵磷脂-PGA/β-胡萝卜素纳米颗粒的平均粒径从113.5 nm增加到186.3 nm,玉米醇溶蛋白/β-胡萝卜素纳米颗粒的平均粒径比玉米醇溶蛋白-卵磷脂/β-胡萝卜素和玉米醇溶蛋白-卵磷脂-PGA/β-胡萝卜素纳米颗粒的平均粒径增大的多。

贮藏过程中温度对体系颜色的影响

由图5可知,在贮藏过程中3 种纳米颗粒的ΔE*值均随时间延长不断增大,b*值不断减小,变化速率随温度的升高而增大。且玉米醇溶蛋白-卵磷脂-PGA/β-胡萝卜素的分散体系的b*值减少最小,说明三元复合物使/β-胡萝卜素降解的最少,体系更加稳定。

6、pH值对体系稳定性的影响

由图6a、b可知,玉米醇溶蛋白/β-胡萝卜素在pH 5时粒径较大,电位绝对值低,这可能是因为该条件与玉米醇溶蛋白的等电点(pH 6.2)接近,此时体系的净电荷少,蛋白质易发生聚集沉淀导致平均粒径较大,这一结果与Ba Chujie等之前的研究结果一致。玉米醇溶蛋白-卵磷脂/β-胡萝卜素纳米颗粒在pH 5和pH 6时粒径较大,电位绝对值较低,但是粒径仍维持在200 nm以下。玉米醇溶蛋白-卵磷脂/β-胡萝卜素纳米颗粒和玉米醇溶蛋白-卵磷脂-PGA/β-胡萝卜素纳米颗粒的粒径在pH 3~8之间变化不大,初步判断具有较好的pH值稳定性,但是2 种分散体系分别在pH 6时电位绝对值较低,因此在该pH值条件下长期贮藏时的稳定性还有待进一步考察。

由图6c可知,3 种包埋体系颜色的变化规律与平均粒径及Zeta电位的变化规律基本一致,玉米醇溶蛋白/β-胡萝卜素在pH 5时黄值明显减小,这可能是因为等电点附近时体系的净电荷少,导致蛋白质沉淀和β-胡萝卜素的降解。在pH 3~5时,由于体系处于酸性环境中,β-胡萝卜素易发生异构化降解,导致b*值降低。

7、光照对体系稳定性的影响

如图7a、b所示,在经过4 h紫外照射后,3 种包埋体系的粒径均稍有增加,玉米醇溶蛋白/β-胡萝卜素分散体系的PDI明显增大,而玉米醇溶蛋白-卵磷脂/β-胡萝卜素和玉米醇溶蛋白-卵磷脂-PGA/β-胡萝卜素分散体系的PDI略微增大。这可能是因为仅使用玉米醇溶蛋白对β-胡萝卜素进行包埋时,由于玉米醇溶蛋白表面没有包覆层,难以形成空间位阻,在紫外照射后较易发生分子重组。同时,在没有卵磷脂和PGA作为稳定剂和活性剂时,玉米醇溶蛋白的疏水基团暴露,在疏水作用下纳米颗粒极易聚集沉淀,导致平均粒径和PDI较大。PGA的存在可以进一步保护β-胡萝卜素免受紫外线照射而引起降解,玉米醇溶蛋白-卵磷脂-PGA/β-胡萝卜素分散体系的粒径较小且紫外照射前后PDI均较小。

由图7c可知,随着紫外照射时间增加,3 种包埋体系的b*值均逐渐减小,说明三者都受到了光照的影响,玉米醇溶蛋白-卵磷脂/β-胡萝卜素分散体系的黄值减小最多,玉米醇溶蛋白/β-胡萝卜素和玉米醇溶蛋白-卵磷脂-PGA/β-胡萝卜素分散体系的黄值减小相差不大。这是因为玉米醇溶蛋白分子中的芳香基团和双键具有紫外吸收能力,可以一定程度上的保护β-胡萝卜素。玉米醇溶蛋白-卵磷脂/β-胡萝卜素分散体系保护效果较差的原因可能是因为卵磷脂在紫外照射下易发生酸败变质,对紫外线更加敏感,影响了分散体系的稳定性。

结 论

制备玉米醇溶蛋白-卵磷脂-PGA纳米颗粒,并研究β-胡萝卜素与玉米醇溶蛋白的质量比对其包封率的影响,得到玉米醇溶蛋白-卵磷脂-PGA纳米颗粒的最佳包封率为(93.63±0.14)%,平均粒径为(113.53±1.3) nm,Zeta电位为(-27.47±0.87) mV。还探究玉米醇溶蛋白/β-胡萝卜素纳米颗粒、玉米醇溶蛋白-卵磷脂/β-胡萝卜素和玉米醇溶蛋白-卵磷脂-PGA/β-胡萝卜素纳米颗粒在温度、时间、pH值和紫外光照等贮藏环境下的稳定性,玉米醇溶蛋白-卵磷脂-PGA/β-胡萝卜素纳米颗粒在37 ℃下贮藏7 d后及在紫外灯照射4 h后均具有较好的理化性质,平均粒径在波长250 nm以下,PDI小于0.2,冻干后的纳米颗粒具有良好的复溶性和重分散性。这些结果表明,玉米醇溶蛋白-卵磷脂-PGA复合纳米颗粒可以作为一种有效的递送系统改善β-胡萝卜素的物理稳定性。

01

通信作者简介

潘思轶,华中农业大学教授,现任国务院学位委员会学科评议组成员;国家柑橘产业技术体系采后处理与加工研究室主任,岗位科学家。湖北省普通高等学校跨世纪学术骨干;湖北省新世纪高层次人才;湖北省人民政府第四届咨询委员会特邀专家;湖北省科技发展计划技术领域专家组成员;中国食品科学技术学会果蔬加工技术分会常务理事;中国农学会农产品贮藏加工分会常务理事;中国农业工程学会农产品贮藏加工分会常务理事;湖北省出口农产品安全卫生监控中心技术委员会委员。

02

第一作者简介

郭静,华中农业大学研究生,研究方向为食品化学。

本文《环境因素对β-胡萝卜素复合纳米粒子稳定性的影响》来源于《食品科学》2022年43卷16期90-97页,作者:郭静,孙晓琳,潘思轶。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20211007-046。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

修改/编辑:袁艺;责任编辑:张睿梅

图片来源于文章原文及全球百科。

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