CN115558151A

CN115558151A - 绿豆蛋白与牛蒡纳米纤维素协同稳定泡沫为模板的气凝胶

Info

Publication number: CN115558151A
Application number: CN202211026457.0A
Authority: CN
Inventors: 李莹; 冯进; 吴彤; 柴智; 马恺扬; 胡昕迪
Original assignee: Baima Future Food Research Institute; Jiangsu Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Baima Future Food Research Institute; Jiangsu Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2022-08-25
Filing date: 2022-08-25
Publication date: 2023-01-03
Anticipated expiration: 2042-08-25
Also published as: CN115558151B

Abstract

本发明涉及一种绿豆蛋白与牛蒡纳米纤维素协同稳定泡沫为模板的气凝胶，包括如下步骤：选取新鲜牛蒡作为原料，清洗后进行烘干，超微粉碎并过筛，将牛蒡细粉与水混合搅拌均匀，分别加入淀粉酶、糖化酶和木瓜蛋白酶，水浴煮沸灭酶，再经过离心得到牛蒡纤维。将得到的牛蒡纤维多次洗涤离心去除微量杂质，得到纤维溶液，将其冻干，得到牛蒡纤维粉，分散在含有木聚糖酶和纤维素酶的柠檬酸钠缓冲液中，搅拌后煮沸灭酶，超声处理后离心，收集沉淀，用无水乙醇清洗沉淀，得到牛蒡纳米纤维素。将牛蒡纳米纤维素与绿豆蛋白进行均质，形成泡沫。将泡沫放入冰箱中冷冻干燥，得到气凝胶。相较目前的气凝胶，牛蒡作为原料成本低且易获得，可减少气凝胶成本。

Description

绿豆蛋白与牛蒡纳米纤维素协同稳定泡沫为模板的气凝胶

技术领域

本发明涉及一种绿豆蛋白与牛蒡纳米纤维素协同稳定泡沫为模板的气凝胶，属于气凝胶生物技术领域。

背景技术

牛蒡在我国虽然种植面积广泛，但国内对牛蒡的利用度不高，缺乏精深产品的研发，很大程度上造成了现有牛蒡资源的浪费。牛蒡根作为牛蒡的主要食用部分含有丰富的膳食纤维，在根类植物中，牛蒡的膳食纤维含量最多，具有完全可生物降解、易改性、生物相容性好等优势，通过精加工，制备出更细小的纳米纤维素。

气凝胶作为一种新型的功能材料，是一种多孔固体，表面遍布纳米级孔道，孔隙率高，比表面积大，其优良的孔隙率与比表面积为其在食品、医药、生物科学、吸附等领域提供了结构支持。气凝胶的三维孔洞结构在装载活性物质、药物输送领域可以起到缓释的作用，具有良好的应用前景。

然而目前现有的气凝胶价格由于常规为人工使用化工物质制造，较为昂贵，成本较高，需要有更多的不同原材料解决此问题。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种绿豆蛋白与牛蒡纳米纤维素协同稳定泡沫为模板的气凝胶，是一种白色海绵状的多孔固体，有很好的机械性和吸附性。利用绿豆蛋白混合，形成复合新材料，增加牛蒡纳米纤维素的生物相容性，同时利用牛蒡纳米纤维素的高强度的纳米结构增加牛蒡纳米纤维素与绿豆蛋白气凝胶复合材料的强度。可用来探索以泡沫为模板的气凝胶材料在结构化油脂、功能因子靶向递送等方面的应用。相较目前使用的气凝胶，牛蒡作为原料成本低且易获得，可减少气凝胶成本。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种绿豆蛋白与牛蒡纳米纤维素协同稳定泡沫为模板的气凝胶，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：原料预处理：选取新鲜牛蒡作为原料，清洗后进行烘干，超微粉碎并过筛，得到牛蒡细粉；

步骤2：制备牛蒡纤维：将步骤1中得到的牛蒡细粉与水混合搅拌均匀，分别加入淀粉酶、糖化酶和木瓜蛋白酶，水浴煮沸灭酶，再经过离心得到牛蒡纤维；

步骤3：制备牛蒡纤维粉：将步骤2得到的牛蒡纤维多次洗涤离心去除微量杂质，得到纤维溶液，将其冻干，得到牛蒡纤维粉；

步骤4：制备牛蒡纳米纤维素：将步骤3得到的牛蒡纤维粉分散在含有木聚糖酶和纤维素酶的柠檬酸钠缓冲液中，搅拌后煮沸灭酶，超声处理后离心，收集沉淀，用无水乙醇清洗沉淀，得到牛蒡纳米纤维素；

步骤5：将步骤4得到的牛蒡纳米纤维素与绿豆蛋白进行均质，形成泡沫；

步骤6：将步骤5得到的泡沫放入冰箱中冷冻干燥，得到气凝胶。

进一步的，所述步骤1中超微粉碎至粒径为20~40μm，过400~600目筛。

进一步的，所述步骤2中牛蒡细粉与水以质量比1:5混合得到混合液，加入的淀粉酶、糖化酶、木瓜蛋白酶与混合液的质量比为（2~4）:（3~5）:（19~21）: 12000。

进一步的，所述步骤2中在5000 g/min转速下离心10~25min，得到牛蒡纤维。

进一步的，所述步骤2中使用磁力搅拌器搅拌均匀。

进一步的，所述步骤3中使用水和乙醇进行洗涤。

进一步的，所述步骤4中使用含有2000 U/mL木聚糖酶和3000 U/mL纤维素酶的50mM的柠檬酸钠缓冲液，将牛蒡纤维粉和所述柠檬酸钠缓冲液按照1:50的质量比进行配制，在20~80℃条件下600 r/min，搅拌18~30h，煮沸5~15min灭酶，使用600W的超声处理1~3h，在1000 g/min离心5~15min。

进一步的，所述步骤5中使用1％浓度的牛蒡纳米纤维素和浓度为10％的绿豆蛋白。

进一步的，所述步骤5中使用均质机，8000 rpm均质10~20min形成泡沫。

进一步的，所述步骤6中冰箱的温度为-60 ~ -100℃。

有益效果：与现有技术相比，这是一种新式的绿豆蛋白与牛蒡纳米纤维素协同稳定泡沫为模板的气凝胶，本发明具有以下优点：具有孔隙率高，在装载活性物质并起到缓释的作用。牛蒡与绿豆食品安全性高，绿色健康，价值高。牛蒡经济实惠，来源稳定，易于实现产业化发展。本发明制备气凝胶为白色海绵状的多孔固体，表面遍布纳米级孔道，孔隙率高，具有很好的吸附性和可重复使用性，将气凝胶负载姜黄素后，具有良好的缓释作用。

附图说明

图1是本发明的实施例的均质泡沫示意图；

图2是本发明的实施例的气凝胶制备图；

图3是本发明的实施例的气凝胶扫描电镜图；

图4是本发明的实施例的姜黄素油凝胶制备成品图；

图5是本发明的实施例的姜黄素气凝胶体外消化模拟水解图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

一种绿豆蛋白与牛蒡纳米纤维素协同稳定泡沫为模板的气凝胶，具体步骤如下：

（1）牛蒡纳米纤维素的制备

a：牛蒡原料的选择：选取直径为4~6cm的新鲜牛蒡作为原料；

b：提取样品预处理：清洗牛蒡后进行烘干，超微粉碎至粒径为20~40μm左右，过400~600目筛得到牛蒡细粉；

c：制备牛蒡纳米纤维素：将得到的100 g 牛蒡粉与500 mL水混合，并用磁力搅拌器分散均匀；分别加入0.15g α-淀粉酶（60℃，pH 4.5）处理40 min，0.20 g糖化酶(60℃，pH6.0）处理40 min，1.0 g 木瓜蛋白酶（50℃，pH 6.0）处理60 min，水浴煮沸灭酶。在5000 g/min离心5~20 min得到牛蒡纤维，为浅灰色沉淀物，用水和乙醇多次洗涤离心，去除微量杂质，得到纤维溶液，将其冻干，得到粉状纤维物质。将5 g牛蒡纤维粉分散在含有木聚糖酶（2000 U/mL)和纤维素酶（3000 U/mL)的柠檬酸钠缓冲液（50 mM，pH 4.8）250 mL 中，在50℃条件下600 r/min，搅拌18~30 h；然后将样品煮沸5~15 min灭酶，600W超声处理1~3 h，在1000 g/min离心5~15 min，收集沉淀，重复两次；用无水乙醇清洗沉淀，重复两次，收集的沉淀就是从牛蒡纤维中分离出的牛蒡纳米纤维素。

（2）将步骤（1）中得到的牛蒡纳米纤维素以1％的浓度与浓度为10％的绿豆蛋白使用均质机8000 rpm均质15min，均质后会形成丰富的泡沫；

（3）将步骤（2）得到的泡沫放入-60 ~ -100℃冰箱，冷冻干燥后制备得到气凝胶。

实施例1

（1）牛蒡纳米纤维素的制备

a：牛蒡原料的选择：选取直径为5cm的新鲜牛蒡作为原料；

b：提取样品预处理：清洗牛蒡后进行烘干，超微粉碎至粒径为30μm左右，过600目筛得到牛蒡细粉；

c：制备牛蒡纳米纤维素：将得到的100 g 牛蒡粉与500 mL水混合，并用磁力搅拌器分散均匀；分别加入0.15g α-淀粉酶（60℃，pH 4.5）处理40 min，0.20 g糖化酶(60℃，pH6.0）处理40 min，1.0 g 木瓜蛋白酶（50℃，pH 6.0）处理60 min，水浴煮沸灭酶。在5000 g/min离心10 min得到牛蒡纤维，为浅灰色沉淀物，用水和乙醇多次洗涤离心，去除微量杂质，得到纤维溶液，将其冻干，得到粉状纤维物质。将5 g牛蒡纤维粉分散在含有木聚糖酶（2000U/mL)和纤维素酶（3000 U/mL)的柠檬酸钠缓冲液（50 mM，pH 4.8）250 mL 中，在50℃条件下600 r/min，搅拌24 h；然后将样品煮沸10 min灭酶，600W超声处理2.0 h，在1000 g/min离心10 min，收集沉淀，重复两次；用无水乙醇清洗沉淀，重复两次，收集的沉淀就是从牛蒡纤维中分离出的牛蒡纳米纤维素。

（2）如图1所示，将得到的牛蒡纳米纤维素以1％的浓度与浓度为10％的绿豆蛋白使用均质机8000rpm均质15min，均质后会形成丰富的泡沫，且泡沫在常温下能维持47 h。

（3）如图2所示，将绿豆蛋白和牛蒡纳米纤维素均质后形成的泡沫放入-80℃冰箱，冷冻干燥后制备得到气凝胶。如图3所示为气凝胶的电镜图状态。

（4）如图4所示，在80℃加热条件下，溶解载量为1%姜黄素的玉米油，气凝胶吸附溶解有姜黄素的玉米油，姜黄素油溶液与气凝胶质量比为5:1，得到负载姜黄素的油凝胶。

负载姜黄素的油凝胶的体外消化模拟，结果如图5所示。胃消化液的配置：2 mg/mLNaCl、7 mL/L HCI、3.2 mg/mL胃蛋白酶，所用组成成分均用超纯水配置；肠液的配置：盐溶液(36.7 mg/mL CaC1₂. H₂O、218.7 mg/mL NaCI)、24 mg/mL脂肪酶、54 mg/mL胆盐，其中盐溶液用超纯水配置，脂肪酶和胆盐用5 mmol/L PBS (pH 7.0)配置。将胃消化液在37℃预热5 min取15 ml，加入姜黄素油凝胶15g，用1 mol/L NaOH迅速将混合体系pH调至2.5,于37℃恒温摇床水浴(100 r/min)消化2 h，胃消化完后，用2 mol/L NaOH迅速将混合体系pH值调至7.0。将肠模拟液在37℃预热5min，依次取1.5 mL的盐溶液、3.5mL胆盐溶液、2.5mL脂肪酶溶液加入到上述胃消化液中，并用1 mol/L NaOH调节混合体系的pH至7.0最后于37℃恒温摇床水浴(100 r/min)消化2 h。期间不断用NaOH调节使得混合体系的pH值维持在7.0。测量在体外模拟消化过程中，样品中的油脂在脂肪酶的作用下被水解成为游离脂肪酸的量。

FFA释放率(%) =100×C_NaOH×V _NaOH×M×2W

式中，C_NaOH为滴定用的NaOH溶液的摩尔浓度;

M为玉米油的质量分数(872 g/mol);

W为玉米油在消化过程中的重量(g)。

由此可得，本发明的气凝胶可以达到较好的缓释效果，和寻常气凝胶效果类似，但成本会更低。

Claims

1.一种绿豆蛋白与牛蒡纳米纤维素协同稳定泡沫为模板的气凝胶，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的绿豆蛋白与牛蒡纳米纤维素协同稳定泡沫为模板的气凝胶，其特征在于：所述步骤1中超微粉碎至粒径为20~40μm，过400~600目筛。

3.根据权利要求1所述的绿豆蛋白与牛蒡纳米纤维素协同稳定泡沫为模板的气凝胶，其特征在于：所述步骤2中牛蒡细粉与水以质量比1:5混合得到混合液，加入的淀粉酶、糖化酶、木瓜蛋白酶与混合液的质量比为（2~4）:（3~5）:（19~21）: 12000。

4.根据权利要求1所述的绿豆蛋白与牛蒡纳米纤维素协同稳定泡沫为模板的气凝胶，其特征在于：所述步骤2中在5000 g/min转速下离心10~25min，得到牛蒡纤维。

5.根据权利要求1所述的绿豆蛋白与牛蒡纳米纤维素协同稳定泡沫为模板的气凝胶，其特征在于：所述步骤2中使用磁力搅拌器搅拌均匀，所述步骤3中使用水和乙醇进行洗涤。

6.根据权利要求1所述的绿豆蛋白与牛蒡纳米纤维素协同稳定泡沫为模板的气凝胶，其特征在于：所述步骤4中使用含有2000 U/mL木聚糖酶和3000 U/mL纤维素酶的50 mM的柠檬酸钠缓冲液，将牛蒡纤维粉和所述柠檬酸钠缓冲液按照1:50的质量比进行配制，在20~80℃条件下600 r/min，搅拌18~30h，煮沸5~15min灭酶，使用600W的超声处理1~3h，在1000 g/min离心5~15min。

7.根据权利要求1所述的绿豆蛋白与牛蒡纳米纤维素协同稳定泡沫为模板的气凝胶，其特征在于：所述步骤5中使用1％浓度的牛蒡纳米纤维素和浓度为10％的绿豆蛋白。

8.根据权利要求1所述的绿豆蛋白与牛蒡纳米纤维素协同稳定泡沫为模板的气凝胶，其特征在于：所述步骤5中使用均质机，8000 rpm均质10~20min形成泡沫。

9.根据权利要求1所述的绿豆蛋白与牛蒡纳米纤维素协同稳定泡沫为模板的气凝胶，其特征在于：所述步骤6中冰箱的温度为-60 ~ -100℃。