纳米豆粕对β-胡萝卜素的载运体系及其生产设计

发布时间：2020-06-03 13:35

【摘要】：豆粕是大豆炼油后的副产物,豆粕中的总蛋白含量可高达30~50%,氨基酸比例均衡,是优良的植物性蛋白来源。目前豆粕广泛运用于食品,化妆品,畜牧业等。β-胡萝卜素是重要的维生素A原,具有抗氧化功能,也用在食品的着色剂和强化剂中。但是β-胡萝卜素易受环境影响,在高温、光照和酸性条件下都会促进其自由基氧化。此外,β-胡萝卜素在水溶液中的溶解度较小,这也大大限制了它的应用范围。本研究采用纳米豆粕载运β-胡萝卜素,以期提高其稳定性和生物利用率。将普通粒度的豆粕经过超微粉碎机粉碎后,再经过球磨机研磨制备出粒径为纳米级别的颗粒,粒径大小可减小至100 nm左右。纳米豆粕积聚性强,积聚体将β-胡萝卜素包裹其中,实现β-胡萝卜素的载运。本研究工作主要包括:基于纳米豆粕的β-胡萝卜素载运体系构建,载运后β-胡萝卜素的稳定性和释放速率的评估;载运体系对细胞毒性研究,载运后β-胡萝卜素跨膜转运的研究,并为载运体系的工业化生产进行了设计,主要结果如下:将纳米豆粕与β-胡萝卜素的溶液混合后在37℃下温和振荡1h,纳米豆粕的积聚过程即为纳米豆粕的载运过程。建立100 nm、200 nm、500 nm和1000nm四种粒度豆粕的营养载运体系,并对各载运体系进行表征。实验结果表明:四种粒度豆粕在九种载运体系(β-胡萝卜素和纳米豆粕浓度比:1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1)中载运效率均在75%以上,在1:1时其载运效率在80%左右,载运效果较好。在相同物料比的载运体系下,四种粒度豆粕的载运效率和负载率差异均不明显,表明粒度对载运率和负载率的影响较小。四种粒度豆粕的负载率都随着豆粕浓度降低而升高,在载运体系为1:5、1:4和4:1、5:1负载率过于偏小和偏大,不利于实际生产应用。制备了四种粒度豆粕的各5组载运体系(1:3、1:2、1:1、2:1、3:1),以游离的β-胡萝卜素作为对照组,考察载运体系对β-胡萝卜素的释放和储藏稳定性影响。释放曲线表明,8 h后,100 nm、200 nm、500 nm和1000 nm豆粕载运后的β-胡萝卜素释放率分别为54%-62%、39%-42%、22%-30%和20%-24%,游离的β-胡萝卜素的释放率为65%-70%,这表明载运体系可以降低释放速率,且粒度越大释放速率越慢。贮藏实验选取了2组实验条件:(1)4℃无光照条件;(2)37℃无光照条件。结果表明,纳米豆粕载运后的β-胡萝卜素的稳定性显著高于游离的β-胡萝卜素。但在4℃无光照条件下,100 nm、200 nm和500 nm豆粕载运后的-胡萝卜素稳定定性高于1000 nm豆粕载运后的β-胡萝卜素,100 nm豆粕载运体系里物料比对稳定性影响不大,200 nm、500 nm和1000 nm豆粕载运体系中豆粕浓度越高,β-胡萝卜素稳定性就越高。在37℃无光照条件下,β-胡萝卜素的氧化速率快于低温储藏,β-胡萝卜素稳定性受载运体系中豆粕影响较大,豆粕浓度越大稳定性越高,且100 nm、200nm和500 nm豆粕载运体系优越于1000 nm豆粕载运体系。使用Caco-2单层细胞模型研究载运体系中β-胡萝卜素的转运情况,模拟人体小肠上皮细胞的吸收,以评估载运体系中β-胡萝卜素的跨膜转运率。CCK-8法实验结果显示,纳米豆粕载运β-胡萝卜素营养体系对Caco-2细胞刺激后,所有细胞活性值均在95%以上,这说明纳米豆粕载运体系对Caco-2细胞无毒性作用。β-胡萝卜素Caco-2细胞转运实验表明,100 nm豆粕载运体系的转运量和表观渗透系数分别为41.86%和1.56×10~(-5)cm/s,与游离对β-胡萝卜素无显著差异,而200 nm、500 nm和1000 nm豆粕载运体系降低了β-胡萝卜素的转运量和表观渗透系数,最低磕达14.56%和0.53×10-5cm/s(1000 nm豆粕)。表明100 nm豆粕载运体系不会对载运体系中β-胡萝卜素转运吸收有抑制作用。对年产100 t纳米豆粕载运体系干法工厂进行了系统设计,包括产品的工艺流程,工厂平面总布局和利润计算。100 t纳米豆粕载运体系全年需要豆粕61.6 t,β-胡萝卜素54.0 t,食用酒精43.2 t。年产值1500万元,净利润为359.08万元。本研究对纳米豆粕载运β-胡萝卜素进行了表征,载运可以提高β-胡萝卜素的稳定性和减缓β-胡萝卜素的释放,有利于提高其生物利用率。研究还对载运体系的工业化生产进行了设计,规划了纳米豆粕载运体系的工厂化生产。
【图文】：

图2.1 100 nm豆粕载运体系中β-胡萝卜素载运率和负载率Figure 2.1 Loading efficiency of β-carotene of delivery system（100 nm nDSP）本实验载运体系选取β-胡萝卜素(mg/mL)：纳米豆粕(mg/mL)，九种载运体系分别为1:5，1:4，，1:3，1:2、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1。从图2.1可以看出，100 n的豆粕作为载体时，β-胡萝卜素载运效率在75.39%-81.11%范围之间，说明100 n豆粕载运β-胡萝卜素时载运效率高，符合预期效果。载运体系为1:5的时载运效率最低，1:3时载运效率最高。豆粕浓度较大时，其载运率并没有增大，说明豆粕浓度对载运效率影响较小。当豆粕浓度减少到0.025 mg/mL一定的时候，其载运效率会下降，说明可能很多游离的β-胡萝卜素未被载运上。由豆粕的负载率分析可知，1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、2:1、3:1、4:1和5:1九组载运体系中β-胡萝卜素负载率整体呈上升趋势，而且上升速率较快。但是载运体系为1:5和1:4时负载率过小，仅为15.07%和19.60%，而载运体系为4:1和5:1时负载率过大，达到了309.08%和382.72%，这可能因为负载率受豆粕浓度影响较大，其负载率随着豆粕浓度的下降而上升。综上所述，当100 nm豆粕作为载运体系载体时选取1:3，

图2.2 200 nm豆粕载运体系中β-胡萝卜素载运率和负载率Figure 2.2 Loading efficiency of β-carotene of delivery system（200 nm nDSP）如图2.2所示，用200 nm豆粕作为载运体系的载体时，选取β-胡萝卜素g/mL)：纳米豆粕(mg/mL)九种载运体系分别为1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、2:1、1、4:1和5:1。当豆粕粒径为200 nm时载运效率最高载运体系为1:1，载运效率83.67%，载运载效率最低的载运体系为1:5，载运效率为74.03%，表明200 nm粕载运效率较高，且提高载运体系中豆粕浓度或β-胡萝卜素浓度时不能提高其运效率。由图可以看出，载运效率趋势为中间高，两端低的走势，说明载运体为1:3、1:2、1:1、2:1和3:1时200 nm豆粕的载运能力较好，其载运效率均在75%上。从负载率来看，200 nm豆粕载运体系中β-胡萝卜素的负载率随着豆粕浓度低而上升，载运体系为1:5、1:1 和5:1时负载率分别为14.80%、83.69%和379.72%，期上升速率较为缓慢，在1:1时上升速率加快。由图可得，载运体系为1:5、1:4负载率过于偏小，而4:1、5:1时负载率过于偏大，这可能会影响后续实验。综分析，1:3、1:2、1:1、2:1、3:1这5组载运体系为200 nm豆粕的最佳载运体系，
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS229

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本文编号：2694901