微米级海藻酸钠制备的海藻酵素粉胶囊及其应用的制作方法

1.本发明属于食品化学技术领域，尤其涉及到一种微米级海藻酸钠制备的海藻酵素粉胶囊及其应用。


背景技术：

2.海洋生物可以产生多种具有潜在医药、农业和工业应用的生物活性化合物。这些化合物常常具有独特的化学结构和生物活性，如抗菌、抗癌和抗炎症等，却带有令人难以接受的口感和气味。这种不好的口感和气味源于海洋生物代谢产生的挥发性有机化合物，如二甲基硫、三甲胺和地臭素等。为了克服这一挑战，各种掩蔽或消除这些化合物不良口感和气味的策略被开发出来，包括化学法、中枢控制法以及包裹法等。化学法是使用化合物拮抗一个特定的味觉受体。中枢控制法是使用一种强烈的味道降低大脑中对另一种味道的感知，以及包裹法是讲苦味和腥味的化合物被物理地封装包埋，阻止其与味蕾的相互作用。
3.包裹法是现代医学食品等领域的研究热点。使用一种稳定的原料作为壁材，对化学性质不稳定的活性物质进行封装，然后有效的递送到肠道进行释放。常见的封装方法有纳米封装法和微胶囊法。纳米封装法即使用蛋白，多糖等物质，使其在溶液中与活性物质发生分子间作用力，形成单层或多层的保护壳将活性物质封装在内部，例如酪蛋白(koo,mok et al.2016)、淀粉(oliyaei,moosavi-nasab et al.2020)、壳聚糖(malgarim cordenonsi,faccendini etal.2019)、乳清蛋白(zhu,sun et al.2017)、玉米醇溶蛋白(li,xu et al.2018)等都是常见的壁材。
4.微胶囊法通常使用海藻酸钠微球，这是一个被广泛研究的对象(uyen,hamid et al.2020)。海藻酸钠在水中可以与二价阳离子例如ca
2+
交联形成一个保护膜，将活性物质封闭在模内部，不仅可以保护其不受胃酸的破坏直接进入肠道，而且还可以完全掩盖活性物质带来的苦味，腥味等不愉悦的味道，它已被用来递送多种活性物质或是药物例如冰糖宁、琥珀酸瓜尔胶、羧甲基淀粉和美沙拉嗪等，用于治疗各种疾病。然而，目前制备海藻酸钠常见的方法有：喷雾干燥，挤压法和凝胶法。用这些方法制备的微胶囊的直径一般属于毫米至厘米级别，较大的颗粒感大大限制了海藻酸钠微胶囊在饮品中的应用。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种微米级海藻酸钠制备的海藻酵素粉胶囊及其应用，该微胶囊使用离心力制备得到，可成功掩盖活性物质不愉悦的气味，根据微胶囊的复水率判定其除腥效果，并通过品评加以验证，方法有效，可为大生产的原料生产制定评价方法与依据。
6.为了达到上述目的，本发明提供了一种微米级海藻酸钠制备的海藻酵素粉胶囊，将采用微米级海藻酸钠新鲜制备的微胶囊冻干后加入到纯净水中24小时后，使用显微镜观察其形态与直径大小，并与冻干前新鲜制备的微胶囊进行比对，其复水％公式如下：
7.复水％＝(l2/l1+w2/w1)
×
100
8.其中，l2为复水后微胶囊长度，l1冻干前微胶囊长度，w2复水后微胶囊宽度，w1冻
干前微胶囊宽度。
9.作为优选，微米级海藻酸钠制备的海藻酵素粉胶囊的腥味与口感评价指标为：
10.复水％＞60％，标定为a级别，无腥味与无颗粒感；
11.50％＜复水％≤60％，标定为b级别，无腥味与轻微颗粒感；
12.40％＜复水％≤50％，标定为c级别，轻微腥味与轻微颗粒感；
13.30％＜复水％≤40％，标定为d级别，轻微腥味与中等颗粒感；
14.复水％≤30％，标定为e级别，轻微腥味与突出颗粒感。
15.作为优选，利用离心力制备得到。
16.作为优选，具体包括以下步骤：
17.向10ml-50ml离心管中加入cacl2溶液用于交联微米级海藻酸钠颗粒；
18.向1.5ml底部具有小孔的离心管中加入1ml混有微米级海藻酸钠和海藻酵素粉的溶液，其中，底部小孔中插入有设定规格的不锈钢针；
19.在10ml-50ml离心管的盖子中心部位开设直径与1.5ml离心管相匹配的孔，并将上述所制备的1.5ml离心管装入孔中，形成复合套盖；
20.将具有复合套盖的离心管置入离心机中，于室温下离心8-10分钟，制备得到微胶囊。
21.作为优选，所加入的cacl2的质量分数为4％-10％。
22.作为优选，所加入的微米级海藻酸钠的质量分数为4％-10％。
23.作为优选，所加入的海藻酵素粉的质量分数为0.1％-2％。
24.作为优选，离心转速为50-250g，优选150-250g。
25.作为优选，不锈钢针的规格为19g-24g，其内直径为0.3-0.67mm，针头长度为1-1.5英寸，即2.54cm-3.81cm。
26.作为优选，当满足以下条件：复水％》50％，即海藻酸钠的浓度4％-10％，cacl2浓度4％-10％，钢针规格22-24g以上(即内径0.4mm以下)，并离心力设置为150g-250g之间时，可制备出无腥味为颗粒感，口感上佳的微胶囊。
27.本发明还提供了一种根据上述任一项技术方案所述的微米级海藻酸钠制备的海藻酵素粉胶囊在掩盖亲水性活性物质不愉悦气味中的应用。
28.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
29.1、本技术使用doe实验设计对于生产工艺中不同的参数例如海藻酸钠浓度、氯化钙浓度、离心力大小以及针头直径等对形成的海藻酸钠微胶囊复水率的影响进行了实验分析，根据响应优化器分析选出最优方案。由于复水率与微胶囊的腥味和口感显著相关，因此可以根据微胶囊的复水率判定其除腥效果，并通过品评加以验证，为大生产的原料生产制定评价方法与依据。
30.2、本技术使用离心力制备微胶囊对亲水性物质(例如海藻酵素粉)进行掩味的方法属于首列，并且根据本发明实验验证的四个指标所制备的微胶囊可以成功掩盖活性物质不愉悦的气味。
附图说明
31.图1为本发明实施例提供的离心力法制备海藻酸钠微胶囊的模具；
32.图2为本发明实施例提供的微胶囊在冻干前(a)、冻干后(b)，以及复水24h以后(c)在显微镜下的形态以及大小；
33.图3为本发明实施例提供的海藻酸钠浓度与微胶囊复水％的关系；
34.图4为本发明实施例提供的微胶囊达到的标准状态及其它状态，a-200倍显微镜下，微胶囊的标准圆形形态，b-线状海藻酸钠交联物；
35.图5为本发明实施例提供的氯化钙浓度与微胶囊复水％的关系；
36.图6为本发明实施例提供的钢针内径(a)以及钢针长度(b)与微胶囊复水％的关系；
37.图7为本发明实施例提供的离心力与微胶囊复水％的关系；
38.图8为本发明实施例提供的minitab 15.0软件响应优化分析结果。
具体实施方式
39.下面将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。
40.实验材料
41.海藻酵素粉根据专利cn201510159810.6制备，海藻酸钠、氯化钙等原料来自麦克林公司(中国，上海)。
42.实施例1离心力法制备海藻酸钠微胶囊
43.如图1所示装置，向10ml-50ml离心管中加入质量分数为1％-10％的cacl2溶液用于交联海藻酸钠颗粒；向1.5ml底部具有小孔的离心管中加入1ml混有海藻酸钠(质量分数，0.5％-10％)和海藻酵素粉(质量分数，0.1％-2％)的溶液，其中，底部小孔中插入有设定规格的不锈钢针(规格为19g-24g的不锈钢针，其内直径为0.67mm-0.3mm，其针头长度为1-1.5英寸(即2.54cm-3.81cm))；在10ml-50ml离心管的盖子中心部位开设直径与1.5ml离心管相匹配的孔，并将上述所制备的1.5ml离心管装入孔中，形成复合套盖；最后将具有复合套盖的离心管置入离心机中，于室温(25℃)下以50-250g的转速离心8-10分钟，制备得到微胶囊。
44.使用200目的过滤布，将制备的微胶囊进行过滤，收集后使用显微镜观察其形态与直径大小，并用冷冻干燥仪将其冻干，备用。
45.如图2所示，a为新鲜制备的微胶囊，体态圆润无褶皱，其直径范围介于200-500μm之间；b为冷冻干燥后的微胶囊，体态呈现长条状，表面褶皱明显，上下两端有较多凸起；c为微胶囊冷冻干燥后重新溶于水中，复水24h后的形貌，其呈现椭圆形，上端有明显凸起，表面有较多褶皱，体积显著大于冷冻干燥后的微胶囊而小于新鲜制备的微胶囊。
46.实施例2单因素变量对微胶囊复水性能研究
47.使用实施例1项下方法，改变单一因素制备微胶囊(单因素实验的目的为研究某个因素对于微胶囊复水率的影响规律识别其在复合因子研究中的范围)，然后将新鲜制备的微胶囊冻干后加入到纯净水中24小时后，使用显微镜观察其形态与直径大小，与新鲜制备的微胶囊进行比对，使用如下公式计算复水百分比。
48.复水％＝(l2/l1+w2/w1)
×
100—公式1
49.其中，l2为复水后微胶囊长度，l1冻干前微胶囊长度，w2复水后微胶囊宽度，w1冻干前微胶囊宽度。
50.2.1海藻酸钠浓度影响
51.如图3所示，当海藻酸钠的浓度增加时，微胶囊的复水％显著增加。当海藻酸钠的浓度小于2％时，体系不能形成标准的圆形微胶囊如图4的a所示，而是形成线状海藻酸钠交联物如图4的b所示。因此作为单一因素，使用海藻酸钠浓度≥2％，其进行复合因子实验的浓度范围为：2％-10％。
52.2.2cacl2浓度
53.如图5所示，当氯化钙浓度逐渐增高时，制备的微胶囊复水％逐渐增大。当氯化钙浓度高于5％时，单一因素的氯化钙浓度对微胶囊复水％不再有显著变化，因此其进行复合因子实验的浓度范围为：1％-10％。
54.2.3不锈钢针的规格
55.如图6的a示出了使用不用规格内径的钢针对微胶囊的复水％的直接影响，其制备的微胶囊复水％随钢针直径的增加而减小，其研究范围为0.3-0.67mm。当钢针直径小于0.3mm时，会发生堵针情况，即无微米颗粒形成。而钢针的直径高于0.67m，其形成的颗粒太大，超出微米的范围，不属于我们所研究的微米颗粒。图6的b示出了钢针的长度与微胶囊复水％之间并无显著影响，因此在钢针长度的选取上可以根据离心管的长度，保证钢针不触碰到cacl2液面即可，推荐的范围是1-1.5英寸(即2.54cm-3.81cm)。
56.2.4离心力
57.如图7所示，离心力与微胶囊复水％成正比，当离心力逐渐增大时，微胶囊的复水％逐渐增大，直至离心力大于250g时体系不再形成圆形微胶囊，而是形成线状交联物如图4的b所示。因此在制备微胶囊时，制备时所用的离心力需低于250g，即使用50-250g的范围进行复合因子实验。
58.实施例3不同复水率胶囊的制备
59.根据单因素变量对复水性能的研究结果，确立海藻酸钠的浓度2％-10％，cacl2浓度1％-10％，钢针内径0.3-0.67mm，长度不限，并离心力设置为50g-250g。使用minitab15.0数据分析软件，设计以上变量的复合因子实验，即doe实验(表1)。在doe实验设计中，变量分为不同的组别，并使用正交设计方法以最少的试验次数测试每个变量组合的影响。这些试验的结果被分析，以确定哪些变量最显著地影响实验结果，并确定最优的变量组合以获得最佳的实验结果(表2)。
60.表1.使用海藻酸钠、cacl2浓度、钢针内径、离心力四个变量设计doe正交实验表
61.[0062][0063]
根据表1的实验条件，制备微米颗粒，收集后使用显微镜观察其形态与直径大小，并用冷冻干燥仪将其冻干，加入到纯净水中24小时后，使用显微镜观察其形态与直径大小。使用公式1计算不同条件下制备的微米颗粒其复水率，其结果如表2所示。
[0064]
表2doe正交实验结果
[0065][0066]
为了找到微胶囊的最优生产参数，我们使用了响应优化器分析，对于表2的实验结果进行数据处理，其结果如图8所示。图8分别展示了四个变量在两水平以及中心点的区域内对于复水率的影响。黑点代表每一组设计的实验结果，红色线条代表影响复水率的正向因素。并且通过正交实验设计与实验结果的分析，软件给出了体系的最优方案：即cacl2浓度10％，海藻酸钠的浓度10％，钢针内径0.3mm，离心力250g可制备出复水率最高的微胶囊，其预期值为70.5％。
[0067]
我们使用最优方案，按照实施例1的实验方法制备微胶囊后，对其复水率进行计算，其结果为71.1％，基本与预测值一致，在所有正交实验设计中是最高值。这也验证了正交实验的可靠性。
[0068]
将不同实验条件下的复水率与实验条件在minitab 15.0软件中进行响应优化器分析，预测最优实验条件。由于在饮品的实际生产时，我们需要对于微胶囊这个原材料进行冻干处理，作为原料在制备生产时添加。因此复水％便是产品口感的一个重要指标。复水后的微胶囊越接近冻干前的形貌，代表其复水率较高，这样的微米颗粒不仅体态圆润，表面褶皱少，入口吞咽时较为顺滑无明显的颗粒感，并且饱满圆润的颗粒与海藻粉的结合更为紧密，对其保护更高不易出现腥味。因此我们在使用响应优化器分析时选取复水％较大的实验条件。
[0069]
实施例4品评实验验证
[0070]
为了进一步验证上述参数的有效性，我们进行了品评实验。
[0071]
品评小组：固定人员10人，饮食清淡，上午9：00
–
10：00之间品评；
[0072]
样品分类：使用上述doe实验制备的不同微胶囊按显微镜测量的复水％进行分类：
[0073]
a：复水％＞60％，b：50％＜复水％≤60％，c：40％＜复水％≤50％，d：30％＜复水％≤40％，e：复水％≤30％；
[0074]
对照组：纯水；未处理的同浓度海藻酵素粉溶液样品。
[0075]
所有样品恒温15℃。
[0076]
品评流程：经充分摇晃后大口饮入样品，在口腔中流动10s以上，感受液体在口腔流动过程中以及下咽是的腥味和口感；样品按随机顺序进行品评实验，样品之间清水漱口，样品之间停留1min；
[0077]
腥味打分原则：≤1：无腥味；1＜分数≤2：较轻腥味；2＜分数≤4：中等腥味；》4：明显腥味。
[0078]
口感打分原则：≤1：顺滑无颗粒感；1＜分数≤2：有轻微颗粒感；2＜分数≤4：中等颗粒感；》4：明显颗粒感。
[0079]
综合分值：将腥味打分与口感打分相结合，即得出综合分值，将十人的分值平均得到最终综合分值记录在表3中。综合得分数值越低代表体系品评指标越好。
[0080]
表3感官品评方法分析
[0081][0082]
根据表3的实验结果，可以看出水的腥味和颗粒感分值最低，这保证了实验的有效性。而未经过处理的海藻酵素粉溶液腥味突出，因此作为饮品对其进行掩味是有必要的。我们发现，随着微胶囊的复水％的降低，口感方面会逐渐变差。其中当复水％＞60％时，所有品评员均尝不出腥味和颗粒感；当50％＜复水％≤60％时，大多数品评员尝不出腥味和颗粒感；当40％＜复水％≤50％时，大多数品评员可以尝出轻微的颗粒感以及腥味；当30％＜
复水％≤40％时，大多数品评员可以尝出轻微的腥味和较为明显的颗粒感；当复水％≤30％所有品评员均可以尝出轻微腥味和显著的颗粒感。因此，针对复水％＞60％以及50％＜复水％≤60％这两个级别的微胶囊，所有评审均可接受，即当微胶囊的复水率》50％(合并以上两个等级)，微胶囊的腥味和颗粒感均未被尝出，其口感的效果是最优效果。当微胶囊复水％≤50％时，不论是口感和掩腥方面都不能达到标准。
[0083]
结合上述品评实验的验证，我们将制备的微胶囊分为5类：
[0084]
1.复水％＞60％，标定为a级别，即无腥味与无颗粒感
[0085]
2.50％＜复水％≤60％，标定为b级别，即无腥味与轻微颗粒感
[0086]
3.40％＜复水％≤50％，标定为c级别，即轻微腥味与轻微颗粒感
[0087]
4.30％＜复水％≤40％，标定为d级别，即轻微腥味与中等颗粒感
[0088]
5.复水％≤30％，标定为e级别，即轻微腥味与突出颗粒感
[0089]
其中a、b级别判定为可以接受的原料级别，其对应的工业生产参数根据单因子实验(实施例2)的实验结果，即保证复水％》50％的实验条件，可以推导为：海藻酸钠的浓度4％-10％(如图3所示，当复水％》50％，海藻酸钠的对应浓度4％-10％)，cacl2浓度4％-10％(如图5所示，当复水％》50％，cacl2对应浓度4％-10％)，钢针规格22-24g(如图6a所示，当复水％》50％，钢针内径0.4mm以下，即规格22-24g)，离心力设置为150g-250g之间(如图7所示，当复水％》50％，离心力设置为150g-250g之间)。当制备微胶囊满足以上条件时，其冻干后的原料复水％＞50％，可以准确筛选出性能稳定，无腥味和颗粒感卓越的样品，为大生产奠定坚实的基础。

技术特征：
1.微米级海藻酸钠制备的海藻酵素粉胶囊，其特征在于，将采用微米级海藻酸钠新鲜制备的微胶囊冻干后加入到纯净水中24小时后，使用显微镜观察其形态与直径大小，并与冻干前新鲜制备的微胶囊进行比对，其复水％公式如下：复水％＝(l2/l1+w2/w1)
×
100其中，l2为复水后微胶囊长度，l1冻干前微胶囊长度，w2复水后微胶囊宽度，w1冻干前微胶囊宽度。2.根据权利要求1所述的微米级海藻酸钠制备的海藻酵素粉胶囊，其特征在于，微米级海藻酸钠制备的海藻酵素粉胶囊的腥味与口感评价指标为：复水％＞60％，标定为a级别，无腥味与无颗粒感；50％＜复水％≤60％，标定为b级别，无腥味与轻微颗粒感；40％＜复水％≤50％，标定为c级别，轻微腥味与轻微颗粒感；30％＜复水％≤40％，标定为d级别，轻微腥味与中等颗粒感；复水％≤30％，标定为e级别，轻微腥味与突出颗粒感。3.根据权利要求1或2所述的微米级海藻酸钠制备的海藻酵素粉胶囊，其特征在于，利用离心力制备得到。4.根据权利要求3所述的微米级海藻酸钠制备的海藻酵素粉胶囊，其特征在于，具体包括以下步骤：向10ml-50ml离心管中加入cacl2溶液用于交联微米级海藻酸钠颗粒；向1.5ml底部具有小孔的离心管中加入1ml混有微米级海藻酸钠和海藻酵素粉的溶液，其中，底部小孔中插入有设定规格的不锈钢针；在10ml-50ml离心管的盖子中心部位开设直径与1.5ml离心管相匹配的孔，并将上述所制备的1.5ml离心管装入孔中，形成复合套盖；将具有复合套盖的离心管置入离心机中，于室温下离心8-10分钟，制备得到微胶囊。5.根据权利要求4所述的微米级海藻酸钠制备的海藻酵素粉胶囊，其特征在于，所加入的cacl2的质量分数为4％-10％。6.根据权利要求3所述的微米级海藻酸钠制备的海藻酵素粉胶囊，其特征在于，所加入的微米级海藻酸钠的质量分数为4％-10％。7.根据权利要求3所述的微米级海藻酸钠制备的海藻酵素粉胶囊，其特征在于，所加入的海藻酵素粉的质量分数为0.1％-2％。8.根据权利要求3所述的微米级海藻酸钠制备的海藻酵素粉胶囊，其特征在于，离心转速为50-250g，优选150-250g。9.根据权利要求3所述的微米级海藻酸钠制备的海藻酵素粉胶囊，其特征在于，不锈钢针的规格为19g-24g，其内直径为0.3-0.67mm，针头长度为1-1.5英寸，即2.54cm-3.81cm。10.根据权利要求1-9任一项所述的微米级海藻酸钠制备的海藻酵素粉胶囊在掩盖亲水性活性物质不愉悦气味中的应用。

技术总结
本发明提供了一种微米级海藻酸钠制备的海藻酵素粉胶囊及其应用，属于食品化学技术领域。本发明提供的微米级海藻酸钠制备的海藻酵素粉胶囊，将新鲜制备的微胶囊冻干后加入到纯净水中24小时后，使用显微镜观察其形态与直径大小，并与冻干前新鲜制备的微胶囊进行比对，其复水％公式如下：复水％＝(L2/L1+W2/W1)


技术研发人员：尹花 张欣 胡淑敏 陈璐 钱中华 黄树丽 张翠
受保护的技术使用者：青岛啤酒股份有限公司
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/9/9