番茄红素Pickering纳米乳液制备方法及在食品中的初步应用

本发明涉及食品加工相关技术领域，具体为番茄红素pickering纳米乳液制备方法及在食品中的初步应用。

背景技术：

番茄红素(lycopene)是类胡萝卜素的一种,外观呈深红色晶体,广泛分布在各种成熟生果蔬菜中，具有广泛的生物学活性，能够有效地预防疾病、防癌抗癌、抵抗衰老，被联合国粮农组织(fao)、世界卫生组织(who)和食品添加剂联合专家委员会(jecfa)认定为a类营养素。番茄红素可作为营养添加剂和着色剂使用。其结构示意图为：

番茄红素的分子式为c40h56，分子量为536.85，是一种结构简单的类胡萝卜素(vogeleac.effectofenvironmentalfactorsuponthecolorofthetomatoandthewatermelon[j].plantphysiology,1937,12(4):929-955)，广泛存在于水果和蔬菜中，其中以番茄、西瓜、木瓜中含量最为丰富。因其分子中含有11个共轭碳碳双键，它呈现红色，但同时11个共轭和2个非共轭碳碳双键又使番茄红素性质极不稳定，易在光、氧气、高温、酸、金属离子及催化剂的作用下发生氧化(rodriguez-amayadb.aguidetocarotenoidanalysisinfoods[m].washington,d.c.:internationallifesciencesinstitute,1999.1-45.)。番茄红素在大多数食品原料中是以耐热的反式结构存在的，但在加工过程中会发生构象变化。

作为一种天然的功能性物质，番茄红素具有广泛的生物学活性，发展前景广阔。近年来,有研究报道不断发现和证实番茄红素具有防癌治癌，防治心血管疾病和增强免疫活性等多种功效，关于这种类胡萝卜素制品的开发已成为国际功能食品研究的热点。

但番茄红素的性质在很大程度上限制了其应用发挥(chenj,shij,xuesj,etal..comparisonoflycopenestabilityinwaterandoilbasedfoodmodelsystemsunderthermalandlightirradiationtreatments[j].lwt-foodscienceandtechnology,2009,42(3):740-747.)。番茄红素的长脂肪烃链使其易溶于脂类而不溶于水，结构中β-紫罗兰酮环的缺少，使其不具备va原活性。此外，分子中多个不饱和双键的存在直接导致番茄红素易受光照、温度、氧气、酸碱度、金属离子及催化剂的作用而发生氧化分解和顺反异构。其中水不溶性和不稳定性是其中最主要的两个因素,针对这些问题人们进行了大量的稳态化研究,现已制成番茄红素产品类型有纳米胶囊，脂质体，片剂和微乳等(choudharis,bajaji,singhalr,etal..microencapsulatedlycopeneforpre-extrusioncoloringoffoods[j].journaloffoodprocessengineering,2012,35(1):91-103.)。利用不同壁材包埋番茄红素制成微胶囊使其具有良好的稳定性和水溶性。胡琳琳(复合凝聚法制备番茄红素纳米胶囊[d].江南大学,2014.)以明胶与阿拉伯胶为复合壁材，利用复合凝聚法制备番茄红素纳米颗粒，贮藏25天保留率可达80％。

pickering乳液是指胶体颗粒代替传统乳化剂而稳定的乳液体系。与传统乳液相比，pickering乳液的乳化剂用量较少、成本低廉、对人体的毒副作用较小，相关环境问题较少；乳液稳定性好，不易受体系的ph、盐离子、温度等环境因素的影响。

而且天然淀粉亲水性较差，osa变性淀粉分子通过加入疏水性的烯基和亲水性的羧酸基团而兼具双重特性，在乳液颗粒中，疏水的辛烯基长链会伸入疏水区，亲水的羧酸基团会伸向连续相，而众多多糖长链则在扩散层上铺开，形成一层结构紧密、富有粘弹性的界面膜。这层界面膜结构具有很好的空间阻隔作用，有效减少颗粒间碰撞速率和频率(朱卫红,许时婴,江波.微胶囊壁材辛烯基琥珀酸酯化淀粉的界面性质和乳化稳定性[j].食品科学,2006(12):79-84.)。osa淀粉由于接枝了具有疏水性的osa基团而具有两亲的特性，因此，作为乳化剂同时兼具良好的成膜性和稳定性，被广泛应用在食品、制药和化妆品等领域并表现出优异的乳化性能和包埋性能。

糯米淀粉是所有天然淀粉里粒径最小的淀粉，因此由改性后的糯米淀粉包埋番茄红素在本发明中成为构建纳米级乳液的基础。而且纳米级的载体一经出现，依赖其颗粒小、表面积大、表面反应活性高、吸附能力强等的特点，功能性营养成分显示出更为卓越的体内吸收、控释和靶向性的功能(chenhd,weissjc,shahidif.nanotechnologyinnutraceuticalsandfunctionalfoods[j].foodtechnology,2006,60(3):30.)。文章指出小尺寸的纳米颗粒可以直接吸附于小肠上皮细胞而延长活性物质的释放时间，或者直接被小肠上皮细胞吸收，进入人体循环，这两种方式都避免了凝胶或微米颗粒的扩散吸收途径，有助于提高生物活性物质的吸收效率(chenl,remondettoge,subiradem.foodprotein-basedmaterialsasnutraceuticaldeliverysystems[j].trendsinfoodscience&technology,2006,17(5):272-283.)。

为此，本发明针对上述提出的纳米乳液载运体系所存在问题和番茄红素保存使用提出番茄红素pickering纳米乳液制备方法及在食品中的初步应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供番茄红素pickering纳米乳液制备方法及在食品中的初步应用，通过以改性后的糯米淀粉为壁材，通过高压均质形成纳米乳液，加入番茄红素形成纳米级微胶囊，降低番茄红素被氧化分解的速度，同时保留其生理功能，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：番茄红素pickering纳米乳液制备方法及在食品中的初步应用，所述方法包括如下步骤；

(1)将通过osa(辛烯基琥珀酸酐)改性后的osa-糯米淀粉溶于水中，充分搅拌形成水相，后将番茄红素粉末溶于油相，将水相与油相混合搅拌；

(2)混合相通过高速分散器搅拌5分钟，混合初乳在过200目筛后通过高压均质机均质，形成番茄红素pickering乳液；

(3)将番茄红素pickering乳液通过喷雾干燥，制成番茄红素pickering乳液粉末；

(4)将10g明胶充分浸泡后加水400ml，加热至80℃直到明胶完全溶解。取600g白砂糖与200g全脂奶粉，加适量的水熬煮，完全融化至粘稠拉丝状，趁热加入35g番茄红素pickering乳液粉末，快速搅拌。倒入模具中，待冷却凝固，取出脱模。

具体而言，本发明是通过如下技术方案实现的：

1.番茄红素pickering纳米乳液制备方法及在食品中的初步应用，所述方法包括如下步骤：

(1)将通过osa(辛烯基琥珀酸酐)改性后的osa-糯米淀粉溶于水中，充分搅拌形成水相，后将番茄红素粉末溶于油相，将水相与油箱混合搅拌；

(2)混合相通过高速分散器搅拌5分钟，混合初乳在过200目筛后通过高压均质机均质，形成番茄红素pickering乳液；

(3)将番茄红素pickering乳液通过喷雾干燥，制成番茄红素pickering乳液粉末；

(4)将10g明胶充分浸泡后加水400ml，加热至80℃直到明胶完全溶解。取600g白砂糖与200g全脂奶粉，加适量的水熬煮，完全融化至粘稠拉丝状，趁热加入35g番茄红素pickering乳液粉末，快速搅拌。倒入模具中，待冷却凝固，取出脱模。

2.所述步骤(1)中osa-糯米淀粉是将糯米淀粉加入辛烯基琥珀酸酐(osa)，在碱性条件下反应3小时，加酸终止反应，洗涤，烘干，磨粉制得osa-糯米淀粉。所使用的osa-糯米淀粉的取代度为2.23×10^-2；

3.所述步骤(1)中osa-糯米淀粉与水的比例为1:10，番茄红素与油相的比例为1:50，水相与油相比为9:1；

4.所述步骤(1)中所选油相为大豆油，番茄红素粉末为分析对照级，纯度不低于99％；

5.所述步骤(2)中高速分散器的转速为16000r/min，高压均质机的压力为50mpa，均质3次；

6.根据权利要求1所述的番茄红素pickering纳米乳液制备方法及在食品中的初步应用，其特征在于：所述步骤(1)中番茄红素pickering纳米乳液的粒径为270±33.12nm；

7.所述步骤(3)中喷雾干燥的操作条件为：进风温度140℃，出风温度85℃，进料速率为20ml/min。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明采用淀粉基pickering乳液制备番茄红素，淀粉基pickering乳液，既具备pickering乳液的特点，又有着其独特的优势:首先淀粉来源广泛，资源丰富，价格低廉，是一种可再生资源；其次淀粉可降解，对环境无污染；再者淀粉作为天然大分子物质，生物相容性好，对人体无过敏反应，且无毒无害，可以广泛应用于食品领域；而且与蛋白和脂质稳定的pickering乳液体系相比，淀粉基更能抵抗温度、ph和离子强度等环境因素的影响；

2.本发明通过pickering乳液包埋番茄红素，使其具有良好的稳定性，易于保存运输的同时，也使番茄红素更好的应用于生产使用中；

3.本发明采用改性后的糯米淀粉做为壁材，糯米淀粉所有天然淀粉里粒径最小的淀粉，且采用超高压纳米均质机对乳液进行均质，使乳液液滴粒径达到纳米级，有助于提高所包埋的番茄红素生物活性物质的吸收效率。

4.采用喷雾干燥工艺制备番茄红素纳米粉末，喷雾干燥过程并未对纳米粉末的溶解特性产生影响，番茄红素经包埋喷雾处理后其dpph自由基猝灭能力得到一定的提高。其储藏、运输的稳定性远高于乳液制品。

附图说明

图1为osa-番茄红素sem图；

图2为osa-番茄红素粉末图；

图3为番茄红素粉末的红外图谱；

图4为osa-番茄红素纳米乳液的的hplc图谱；

图5为含osa-番茄红素粉末的软糖的抗氧化能力图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：番茄红素pickering纳米乳液制备方法及在食品中的初步应用：

1.将通过osa(辛烯基琥珀酸酐)改性后的osa-糯米淀粉溶于水中，充分搅拌形成水相，后将番茄红素粉末溶于油相，将水相与油箱混合搅拌；

2.混合相通过高速分散器搅拌5分钟，混合初乳在过200目筛后通过高压均质机均质，形成番茄红素pickering纳米乳液；

3.将番茄红素pickering乳液通过喷雾干燥，制成番茄红素pickering乳液粉末；

4.将10g明胶充分浸泡后加水400ml，加热至80℃直到明胶完全溶解，取600g白砂糖与200g全脂奶粉，加适量的水熬煮，完全融化至粘稠拉丝状，趁热加入35g番茄红素pickering乳液粉末，快速搅拌。倒入模具中，待冷却凝固，取出脱模。

通过采用上述方案，步骤1中osa-糯米淀粉是将糯米淀粉加入辛烯基琥珀酸酐(osa)，在碱性条件下反应3小时，加酸终止反应，洗涤，烘干，磨粉制得osa-糯米淀粉。所使用的osa-糯米淀粉的取代度为2.23×10^-2。

具体的，步骤1中osa-糯米淀粉与水的比例为1:10，番茄红素与油相的比例为1:50，水相与油相比为9:1。

具体的，步骤1中所选油相为大豆油，番茄红素粉末为分析对照级，纯度不低于99％。

具体的，步骤1中番茄红素pickering纳米乳液的粒径为270±33.12nm。

通过采用上述方案，步骤2中高速分散器的转速为16000r/min，高压均质机的压力为50mpa，均质3次。

具体的，步骤3中喷雾干燥的操作条件为：进风温度140℃，出风温度85℃，进料速率为20ml/min。

具体的，步骤1实验中所用材料为食品级，其中番茄红素为食品添加剂。所述实验中所用均质机为ah-basici超高压纳米均质机。

实施例1

通过采用上述方案制备番茄红素pickering乳液，利用纳米粒度及zeta电位分析仪测定乳液的粒径及分散系数所有样品测试前先使用去离子水对原乳液稀释3000倍，然后吸取适量的待测液加入石英比色皿中，25±0.1℃时保温2～3min，每个样品重复测定三次。结果可知番茄红素pickering乳液的粒径为270±33.12nm。

实施例2

选用高效液相色谱法测定纳米乳液中番茄红素的含量。标准曲线绘制:准确称取2.1mg番茄红素标品，以焦性没食子酸-二氯甲烷溶液溶解定容至10ml为1号母液。于1号母液中分布吸取10、50、100、500、1000、2000μl置于6个10ml的容量瓶中，加焦性没食子酸-二氯甲烷溶液至刻度，摇匀，即配成番茄红素质量浓度为0.2、1.0、5.0、10.0、20.0、40.0μg/ml的标准溶液。溶液现配现用。使用前用液相色谱归一法测定其纯度。

乳液中番茄红素含量测定:称取1.0g均匀试样置于25ml棕色容量瓶中，加0.2g焦性没食子酸和5mln，n-二甲基酰胺后超声提取30min后，再用焦性没食子酸-二氯甲烷溶液定容至刻度，摇匀，过0.45um滤膜，取滤液过柱。结果通过标准曲线算出。

带入标曲中计算可得乳液番茄红素的负载率为54％。

实施例3

如图1所示，通过喷雾干燥制备得到番茄红素纳米乳液粉末，将在室温下冷却的粉末存放在温度为25℃的电热恒温鼓风烘箱内干燥。烘干温度设置的很低是因为慢慢蒸发水以确保所有待测样品有几乎相同的水分含量和同时降低水损失对乳液的内部结构造成的影响。其次，将烘干的粉末用导电胶固定在铝盘上，因待观察的截面与自然断面形貌可能存在差异，保证待观察的截面方向向上。在真空蒸发器里喷金40秒。最后，将完成喷金的粉末转移至电镜仓内，在加速电压为3.0千伏的模式下下观察样品的形貌结构。

番茄红素喷雾干燥粉末颜色和分散度均一，没有出现结块的现象，喷雾干燥效果良好，从sem显微图片中也可以看出颗粒之间明显分离，没有粘在一起。微观下单个粉末颗粒的形状接近于球形，球的表面表现出高度的连续致密性，且无明显裂缝或孔隙，这说明了番茄红素被很好地包裹在颗粒内部，同时可发现球面上部分区域出现凹陷的现象，这是喷雾干燥工艺所制备粉末产品极易发生的典型现象

实施例4

分别称取1mg适量番茄红素、osa变性淀粉、番茄红素纳米乳液粉末样品与100mg溴化钾充分混合，在红外灯的照射下进行研磨，之后将研好的混合物粉末倒在硫酸纸上，灌注压模，用压片机压成透明片状，取出薄片，置于红外光谱仪样品室中，在400～4000cm-1范围内进行扫描，光谱分辨率为4cm-1，当红外光照射分子时，分子中不同的化学键或官能团会在特定的频率上发生振动吸收，进而形成红外吸收光谱图，从而可获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。实验中采用空气为空白，扫描信号累加32次后得到样品的红外光谱图。使用红外光谱分别检测osa变性淀粉、番茄红素粉末颗粒和番茄红素晶体，通过吸收光谱图的变化映射物质。

如图2所示，所有样品在临近3410cm^-1处的吸收峰部分是由于压片过程中溴化钾吸湿而产生的水吸收峰。osa变性淀粉在1726cm^-1处存在一个吸收峰，这是羰基的伸缩振动峰，表明淀粉成功地引入了亲水性的酯基。纳米乳液粉末形成之后在1745cm^-1附近形成了强烈的吸收峰，此处为典型的c＝o的伸缩振动，在该粉末体系中代表了油相中的酯键，说明载入乳液中的油相与淀粉分子之间形成了很好的结合，与此同时，番茄红素晶体在波长959cm^-1处强反式特征峰被掩盖，表明番茄红素被淀粉分子乳化层包埋完全，而765cm^-1附近出现新的吸收峰则表明纳米体系中的一部分番茄红素以顺式r1hc＝cr2h结构存在，这可能是溶解或高压均质的过程中局部短时高温作用所引发番茄红素顺式异构体生成。进一步说明osa变性淀粉能很好的运载和包埋番茄红素。

实施例5

如图4所示，通过上述方法制备出含番茄红素纳米乳液粉末的软糖，用dpph自由基的清除情况，来评价番茄红素纳米粉末颗粒的抗氧化能力。参考杨毅恒的方法，稍作修改，具体过程如下：复原乳的制备同1.2.3。取三支试管分别定义试管a1为样品,试管a2为参比，试管a3为空白。按表2.2加入试剂，其中样品组在25℃下水浴30min，之后分别在517nm处进行吸光度的测定，以95％乙醇溶液调零，每个样品重复3次，取平均值。对照组为溶于四氢呋喃/二甲亚砜(1/1，v/v)的番茄红素水溶液。

dpph自由基清除率(％)＝[1-(a1-a3)÷a2]×100

通过计算得出番茄红素粉末与喷雾干燥后osa-番茄红素的粉末的dpph自由基清除率。在相同浓度条件下，番茄红素pickering纳米乳液的猝灭能力比osa-番茄红素粉末稍大，同时软糖中的番茄红素的猝灭能力虽然略低于番茄红素pickering纳米乳液与osa-番茄红素，可能是在应用过程中通过加热对番茄红素有些许影响，但是依然保留了良好的抗氧化性。以上结果表明纳米包埋能够提高番茄红素的化学抗氧化活性，且在喷雾干燥过程中纳米乳液的化学特性并没有受到太大影响。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。