一种琼脂粉末乳化剂及其制备方法与应用

1.本发明涉及乳化剂技术领域，尤其涉及一种琼脂粉末乳化剂及其制备方法与应用。


背景技术：

2.琼脂是从石花菜(gelidium)、江蓠(gracilaria)等红藻中提取出来的亲水性高分子多糖，是我国红藻胶加工产业的重要组成，但受限于生产工艺污染大及加工技术落后等因素，使得现有琼脂产品品种单一，附加值较低。另外，琼脂现有的功能特性均需要通过高温加热溶解后以溶液或溶液冷却后以凝胶的形式体现，使得琼脂使用复杂且应用性能单一，因此，琼脂在现有技术及使用性能上的局限性严重制约了琼脂产业的健康发展。
3.氨基酸作为小分子添加剂，近年来常被应用于食品和医药领域。例如，胱氨酸和赖氨酸可通过诱导蛋白质结构展开来促进聚集，是低盐条件下提高凝胶性能的优良添加剂。赖氨酸和组氨酸可诱导肌球蛋白展开，使α-螺旋含量下降，肌球蛋白表面疏水基团和巯基暴露，最终促进肌球蛋白溶解。美拉德反应是广泛存在于食品工业的一种非酶褐变，是羰基化合物(还原糖类)和氨基化合物(氨基酸和蛋白质)间的反应，经过复杂的历程最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质类黑精或称拟黑素，故又称羰氨反应。目前，通过氨基酸与琼脂发生美拉德反应来调节琼脂的表面润湿性的研究较少，琼脂与氨基酸生成的美拉德反应产物用来稳定pickering乳液的研究尚未见报道。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于为了解决现有小分子乳化剂易诱发机体免疫性疾病以及琼脂在应用过程需要加热溶解的问题，提供一种琼脂粉末乳化剂的制备方法。
5.为实现上述目的，本发明提供一种琼脂粉末乳化剂，其特征在于，包括以下制备步骤：
6.s1、将琼脂粉分散于乙醇-水溶液中，在搅拌的条件下，加入氨基酸，形成琼脂糖-乙醇-氨基酸非均相水溶液；
7.s2、将上述琼脂糖-乙醇-氨基酸非均相水溶液加入到球磨罐中，调节ph至6～9；加入研磨球进行湿磨，使粒径达到20～60μm；
8.s3、湿磨结束后，离心取沉淀样品，样品经去离子水洗涤并进行真空冷冻干燥，得到干燥样品；
9.s4、将上述干燥的琼脂样品加入至球磨罐中，加入研磨球，调节转速进行干磨，得到琼脂粉末乳化剂。
10.进一步，所述s1步骤中，所述琼脂的硫酸基含量为0.15～0.9％，所述氨基酸为疏水氨基酸；更优选的，氨基酸选自色氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丙氨酸、脯氨酸和蛋氨酸。
11.进一步，所述s1步骤中，所述琼脂：乙醇溶液比例为1：3～1:5，w/v，氨基酸的添加
量为0.1～1.0，w/v％，乙醇浓度为60～80v/v％。
12.进一步，所述s2步骤中，所述湿磨的球料质量比为5：1～10：1，研磨球中的大中小球的数量比例为10mm:8mm:5mm＝(1～3):(1～5):(1～4)，球磨转速为1500～2400rpm，球磨时间8～24h。
13.进一步，所述s2步骤中，研磨球中的大中小球的数量比例为10mm:8mm:5mm＝3:5:2。
14.进一步，所述s4步骤中，所述干磨的球料质量比为5：1～10：1，球磨转速600～800rpm，球磨时间为2～8h，制备得到的琼脂粉末乳化剂的粒径为1～10μm，表面润湿性为85～110
°
。
15.本发明还提供一种琼脂粉末乳化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，
16.s1、将琼脂粉分散于乙醇-水溶液中，在搅拌的条件下，加入氨基酸，形成琼脂糖-乙醇-氨基酸非均相水溶液；
17.优选的，所述琼脂的硫酸基含量为0.15～0.9％，所述氨基酸为疏水氨基酸；更优选的，氨基酸选自色氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丙氨酸、脯氨酸和蛋氨酸；
18.所述琼脂：乙醇溶液比例为1：3～1:5，w/v，氨基酸的添加量为0.1～1.0，w/v％，乙醇浓度为60～80v/v％；
19.s2、将上述琼脂糖-乙醇-氨基酸非均相水溶液加入到球磨罐中，调节ph至6～9；加入研磨球进行湿磨，使粒径达到20～60μm；
20.优选的，所述湿磨的球料质量比为5：1～10：1，研磨球中的大中小球的数量比例为10mm:8mm:5mm＝(1～3):(1～5):(1～4)，球磨转速为1500～2400rpm，球磨时间8～24h；
21.更优选的，大中小球的数量比例为10mm:8mm:5mm＝3:5:2；
22.s3、湿磨结束后，离心取沉淀样品，样品经去离子水洗涤并进行真空冷冻干燥，得到干燥样品；
23.s4、将上述干燥的琼脂样品加入至球磨罐中，加入研磨球，调节转速进行干磨，得到琼脂粉末乳化剂；
24.优选的，所述干磨的球料质量比为5：1～10：1，球磨转速600～800rpm，球磨时间为2～8h，制备得到的琼脂粉末乳化剂的粒径为1～10μm，表面润湿性为85～110
°
。
25.本发明还提供一种琼脂粉末乳化剂的应用，其特征在于：将所述琼脂粉末乳化剂配制成1～10％的琼脂悬浮液，乳化30％～80％体积的油相，得到稳定的乳液或乳液凝胶，放置30天后保持稳定。
26.所述琼脂粉分散于去乙醇-水溶液中，起分散作用，琼脂在水中溶胀，要有一定溶胀才能实现剪切。
27.本发明具有如下优点：
28.(1)本发明创造性使用疏水氨基酸与琼脂在球磨过程中发生美拉德反应，增加了琼脂的表面润湿性，减小了琼脂粉末的粒径，从而大大增强了琼脂粉的乳化稳定性。
29.(2)本发明提供的琼脂粉末乳化剂无需要溶解就能用于o/w型pickering乳液的制备，扩大了琼脂的应用范围。同样，本发明制备的pickering乳液可以作为一种有效的运载体系，实现生物活性物质的胃肠道的缓释保护作用，在食品、医药或化妆品领域具有良好的应用前景。
附图说明
30.图1是实施例1的未改性琼脂粉末乳化剂的表面润湿性(a)，球磨后琼脂粉末颜色(b)及乳液稳定性(c)结果图；
31.图2是实施例2的改性琼脂粉末乳化剂的表面润湿性(a)，球磨后琼脂粉末颜色(b)及乳液稳定性(c)结果图；
32.图3是实施例3的改性琼脂粉末乳化剂的表面润湿性(a)，球磨后琼脂粉末颜色(b)及乳液稳定性(c)结果图；
33.图4是实施例4的改性琼脂粉末乳化剂的表面润湿性(a)，球磨后琼脂粉末颜色(b)及乳液稳定性(c)结果图；
34.图5是对比例1的球磨琼脂粉的表面润湿性(a)，球磨后琼脂粉末颜色(b)及乳液稳定性(c)结果图。
35.图6是对比例2的球磨琼脂粉的表面形貌及粒径性(a1-a4)，及乳液稳定性(b)结果图。
具体实施方式
36.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。在下面的实施例中，如未明确说明，“％”均指重量百分比。
37.实施例1琼脂粉末乳化剂的制备
38.包括以下步骤：
39.s1、将硫酸基含量为0.15％的琼脂粉分散于乙醇-水溶液中，琼脂：乙醇溶液比例为1：3(w/v)，乙醇浓度为60v/v％，在搅拌的条件下，分别加入0.1％(w/v)的色氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸形成琼脂糖-乙醇-氨基酸非均相水溶液；
40.s2、将上述非均相水溶液加入到球磨罐中，调节ph至8。加入研磨球，研磨球中的大中小球的数量比例为10mm:8mm:5mm＝1:1:1，调节球料比为5：1，调节球磨转速为1500rpm，球磨时间24h，发生美拉德反应，生成琼脂衍生物。
41.s3、湿磨结束后，离心取沉淀样品，样品经去离子水洗涤并进行真空冷冻干燥，得到干燥样品。
42.s4、将上述干燥的琼脂样品加入至球磨罐中，加入研磨球，调节球料比为5：1，球磨转速600rpm，球磨时间为2h，得到琼脂粉末乳化剂，琼脂粉末乳化剂的粒径小于1～10μm，表面润湿性为85
°
。
43.s5、取上述琼脂粉末乳化剂，用水配制浓度为1％(w/v)的琼脂悬浮液，油相体积为30％，高速均质机均质时间5min，转速为15000r/min，得到的乳液放置30天后保持稳定。
44.结果见图1，其中a是球磨琼脂粉的表面润湿性，b是球磨后琼脂粉末颜色(从左到右依次是琼脂-色氨酸、琼脂-苯丙氨酸、琼脂-缬氨酸、琼脂-亮氨酸美拉德反应产物)，c是乳液稳定性(从左到右依次是琼脂-色氨酸、琼脂-苯丙氨酸、琼脂-缬氨酸、琼脂-亮氨酸美
拉德反应产物稳定的乳液)。可以看出：各琼脂-氨基酸的美拉德反应产物与30％的油相均可稳定的乳液，且放置30天后仍具有良好的乳液稳定性。
45.实施例2琼脂粉末乳化剂的制备
46.包括以下步骤：
47.s1、将硫酸基含量为0.4％的琼脂粉分散于去乙醇-水溶液中，琼脂：乙醇溶液比例为1：3.5，乙醇浓度为70v/v％，在搅拌的条件下，分别加入0.5％(w/v)的异亮氨酸、丙氨酸、脯氨酸和蛋氨酸，形成琼脂糖-乙醇-氨基酸非均相水溶液；
48.s2、将上述非均相水溶液加入到球磨罐中，调节ph至8。加入研磨球，研磨球中的大中小球的数量比例为10mm:8mm:5mm＝2:3:4，调节球料比为7：1，调节球磨转速为1700rpm，球磨时间16h，发生美拉德反应，生成琼脂衍生物。
49.s3、湿磨结束后，离心取沉淀样品，样品经去离子水洗涤并进行真空冷冻干燥，得到干燥样品。
50.s4、将上述干燥的琼脂样品加入至球磨罐中，加入研磨球，调节球料比为7：1，球磨转速700rpm，球磨时间为5h，得到琼脂粉末乳化剂，琼脂粉末乳化剂的粒径1～10μm，表面润湿性为97
°
。
51.s5、取上述琼脂粉末乳化剂，用水配制浓度为5％(w/v)的琼脂悬浮液，油相体积为50％，高速均质机均质时间5min，转速为15000r/min，得到的乳液放置30天后保持稳定。结果见图2，其中a是球磨琼脂粉的表面润湿性，b是球磨后琼脂粉末颜色(从左到右依次是琼脂-异亮氨酸、琼脂-丙氨酸、琼脂-脯氨酸和琼脂-蛋氨酸美拉德反应产物)，c是乳液稳定性(从左到右依次是琼脂-异亮氨酸、琼脂-丙氨酸、琼脂-脯氨酸和琼脂-蛋氨酸美拉德反应产物稳定的乳液)。可以看出：各琼脂-氨基酸的美拉德反应产物与50％的油相均可稳定的乳液，且放置30天后仍具有良好的乳液稳定性。
52.实施例3琼脂粉末乳化剂的制备
53.包括以下步骤：
54.s1、将硫酸基含量为0.9％的琼脂粉分散于去乙醇-水溶液中，琼脂：乙醇溶液比例为1：4，乙醇浓度为80v/v％，在搅拌的条件下，加入0.7％(w/v)的色氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸，形成琼脂糖-乙醇-色氨酸非均相水溶液；
55.s2、将上述非均相水溶液加入到球磨罐中，调节ph至6。加入研磨球，研磨球中的大中小球的比例为10mm:8mm:5mm＝3:5:2，调节球料比为8：1，调节球磨转速为2000rpm，球磨时间20h，发生美拉德反应，生成琼脂衍生物。
56.s3、湿磨结束后，离心取沉淀样品，样品经去离子水洗涤并进行真空冷冻干燥，得到干燥样品。
57.s4、将上述干燥的琼脂样品加入至球磨罐中，加入研磨球，调节球料比为10：1，球磨转速800rpm，球磨时间为8h，得到琼脂粉末乳化剂，琼脂粉末乳化剂的粒径小于1～10μm，表面润湿性为110
°
。
58.s5、取上述琼脂粉末乳化剂，用水配制浓度为10％(w/v)的琼脂悬浮液，油相体积为80％，高速均质机均质时间5min，转速为15000r/min，得到是稳定的乳液凝胶，放置30天后保持稳定。结果见图3，其中a是球磨琼脂粉的表面润湿性，b是球磨后琼脂粉末颜色(从左到右依次是琼脂-色氨酸、琼脂-苯丙氨酸、琼脂-缬氨酸、琼脂-亮氨酸美拉德反应产物)，c
是乳液稳定性(从左到右依次是琼脂-色氨酸、琼脂-苯丙氨酸、琼脂-缬氨酸、琼脂-亮氨酸美拉德反应产物稳定的乳液凝胶)。可以看出：各琼脂-氨基酸的美拉德反应产物与80％的油相均可稳定的乳液凝胶，且放置30天后仍具有良好的乳液稳定性。
59.实施例4琼脂粉末乳化剂的制备
60.包括以下步骤：
61.s1、将硫酸基含量为0.6％的琼脂粉分散于去乙醇-水溶液中，琼脂：乙醇溶液比例为1：3，乙醇浓度为80v/v％，在搅拌的条件下，加入0.9％(w/v)的异亮氨酸、丙氨酸、脯氨酸和蛋氨酸，形成琼脂糖-乙醇-色氨酸非均相水溶液；
62.s2、将上述非均相水溶液加入到球磨罐中，调节ph至6。加入研磨球，研磨球中的大中小球的比例为10mm:8mm:5mm＝3:5:4，调节球料比为10：1，调节球磨转速为2400rpm，球磨时间24h，发生美拉德反应，生成琼脂衍生物。
63.s3、湿磨结束后，离心取沉淀样品，样品经去离子水洗涤并进行真空冷冻干燥，得到干燥样品。
64.s4、将上述干燥的琼脂样品加入至球磨罐中，加入研磨球，调节球料比为8：1，球磨转速800rpm，球磨时间为6h，得到琼脂粉末乳化剂，琼脂粉末乳化剂的粒径为1～10μm，表面润湿性为105
°
。
65.s5、取上述琼脂粉末乳化剂，用水配制浓度为10％(w/v)的琼脂悬浮液，油相体积为60％，高速均质机均质时间3min，转速为15000r/min，得到是稳定的乳液凝胶，放置30天后保持稳定。结果见图4，其中a是球磨琼脂粉的表面润湿性，b球磨后琼脂粉末颜色(从左到右依次是琼脂-异亮氨酸、琼脂-丙氨酸、琼脂-脯氨酸和琼脂-蛋氨酸美拉德反应产物)，c是乳液稳定性(从左到右依次是琼脂-异亮氨酸、琼脂-丙氨酸、琼脂-脯氨酸和琼脂-蛋氨酸美拉德反应产物稳定的乳液凝胶)。可以看出：各琼脂-氨基酸的美拉德反应产物与60％的油相均可稳定的乳液凝胶，且放置30天后仍具有良好的乳液稳定性。
66.对比例1
67.一种琼脂粉末乳化剂的制备方法，包括以下步骤：
68.s1、将硫酸基含量为0.15％，0.4％，0.6％，0.9％的琼脂粉分散于去乙醇-水溶液中，琼脂：乙醇溶液比例为1：3；乙醇浓度为70v/v％；
69.s2、将上述非均相溶液加入到球磨罐中，调节ph至6。加入研磨球，研磨球中的大中小球的比例为10mm:8mm:5mm＝3:5:2，调节球料比为5：1，调节球磨转速为1500rpm，球磨时间16h。
70.s3、湿磨结束后，离心取沉淀样品，样品经去离子水洗涤并进行真空冷冻干燥，得到干燥样品。
71.s4、将上述干燥的琼脂样品加入至球磨罐中，加入研磨球，调节球料比为5：1，球磨转速600rpm，球磨时间为6h，得到琼脂粉末乳化剂，琼脂粉末乳化剂的粒径为1～10μm，表面润湿性为65
°
。
72.s5、取上述琼脂粉末乳化剂，用水配制浓度为10％(w/v)的琼脂悬浮液，油相体积为30％，高速均质机均质时间3～5min，转速为15000r/min，得到的乳液放置1h后出现油水分离。结果见图5，其中a是球磨琼脂粉的表面润湿性，b球磨后琼脂粉末颜色(从左到右依次是硫酸基含量为0.15％，0.4％，0.6％，0.9％的琼脂粉)，c是乳液稳定性(从左到右依次是
硫酸基含量为0.15％，0.4％，0.6％，0.9％的琼脂粉)。可以看出：不同硫酸基的琼脂经球麿后粒径可以降低到为1～10μm，但与30％的油相乳化后不能形成稳定的乳液，乳液放置1h后便出现油水分离。
73.对比例2
74.一种琼脂粉末乳化剂的制备方法，包括以下步骤：
75.s1、取硫酸基含量为0.15％，0.4％，0.6％，0.9％的琼脂粉；
76.s5、取上述琼脂粉，用水配制浓度为10％(w/v)的琼脂悬浮液，油相体积为30％，高速均质机均质时间3～5min，转速为15000r/min，得到的乳液放置1h后出现油水分离。结果见图6，其中(a1)-(a4)是琼脂粉的表面形貌及粒径，(a1)是硫酸基含量为0.15％的琼脂，(a2)是硫酸基含量为0.4％的琼脂，(a3)是硫酸基含量为0.6％的琼脂，(a4)是硫酸基含量为0.9％的琼脂，b是乳液稳定性(从左到右依次是硫酸基含量为0.15％，0.4％，0.6％，0.9％的琼脂粉稳定的乳液)。可以看出：未经球麿的不同硫酸基的琼脂的粒径在100μm左右，与30％的油相乳化后不能形成稳定的乳液，乳液放置1h后便出现油水分离。
77.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。