基于黄原胶糖基化改性玉米醇溶蛋白胶囊壁材的性能研究_贺小惠.pdf

第 14 卷 第 2 期 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 Vol.14 No.2 2023 年 1 月 Journal of Food Safety and Quality Jan.,2023 基金项目:黑龙江省教育厅基本科研业务费科研项目(135309214)Fund:Supported by the Heilongjiang Provincial Scientific Research Project of Basic Scientific Research(135309214)*通信作者:张慧君,教授,主要研究方向为农产品加工与贮藏和食品安全技术。E-mail:*Corresponding author:ZHANG Hui-Jun,Professor,College of Food and Biological Engineering,Qiqihar University,No.3,Linhua Road,Jianhua District,Qiqihar 161006,China.E-mail: 基于黄原胶糖基化改性玉米醇溶蛋白 胶囊壁材的性能研究 贺小惠1,张慧君1*,赵 红2,徐雪晗3,王屈园1,郭佳欣3,陈春霞4,邹德军4(1.齐齐哈尔大学食品与生物工程学院,齐齐哈尔 161006;2.齐齐哈尔大学轻工与纺织学院,齐齐哈尔 161006;3.齐齐哈尔大学生命科学与农林学院,齐齐哈尔 161006;4.中粮生化有限公司,成都 611435)摘摘 要要:目的目的 通过黄原胶糖基化改性玉米醇溶蛋白(Zein)提升胶囊壁材的抗拉强度、阻隔性能及肠溶性。方法方法 以 Zein 为原料,黄原胶作为羰基供体,进行干法糖基化反应,得到玉米醇溶蛋白-黄原胶改性产物(zein xanthan gum conjugates,Zein-xg),将其制备成膜,并通过机械性能、阻隔性能等指标研究糖基化改性对膜的性能的影响,考察胶囊壳外观性状、干燥失重、松紧度、炽灼残渣、脆碎度指标,并进行模拟体外释放研究。结果结果 与玉米醇溶蛋白相比,玉米醇溶蛋白-黄原胶膜的抗拉强度提高至 21.59 MPa,提高了 3.6 倍,水蒸气透过系数提高了 34.79%,过氧化值降低 19.51%,吸水率由 45.70%升高至 47.03%,透油系数为 0 gmm/(cm2d)。在模拟胃液中胶囊壳装载的小分子罗丹明 B 和大分子牛血清白蛋白 3 h 累积释放率为 0,转至肠液累积释放率分别达到了 98.03%和 77.14%。结论结论 改性后的玉米醇溶蛋白-黄原胶膜的机械性能、阻隔性能等均得到显著改善。改性后的胶囊壳外观性状、干燥失重、松紧度、炽灼残渣、脆碎度等指标均符合中华人民共和国药典(第四部)(2015 版)规定,且属于肠溶性胶囊。关键词关键词:玉米醇溶蛋白;黄原胶;干法糖基化;阻隔性能;肠溶性 Study on the properties of zein capsule wall modified by xanthan gum glycosylation HE Xiao-Hui1,ZHANG Hui-Jun1*,ZHAO Hong2,XU Xue-Han3,WANG Qu-Yuan1,GUO Jia-Xin3,CHEN Chun-Xia4,ZOU De-Jun4(1.College of Food and Biological Engineering,Qiqihar University,Qiqihar 161006,China;2.College of Textile and Light lndustry,Qiqihar University,Qiqihar 161006,China;3.College of Life Sciences and Agriculture and Forestry,Qiqihar University,Qiqihar 161006,China;4.COFCO Biochemical Co.,Ltd.,Chengdu 611435,China)ABSTRACT:Objective To improve the tensile strength,barrier property and intestinal solubility of capsule wall material by modifying zein(Zein)with Xanthan gum glycosylation.Methods Using Zein as the amine donor and xanthan gum as the carbonyl-group donor,dry-heating glycosylation was carried out to obtain zein-xanthan gum conjugates(Zein-xg),which were then prepared into a membrane.The effect of glycation modification on the properties of the membrane was studied by measuring the mechanical properties and barrier properties,and the appearance properties,dry weight loss,tightness,burning residue and brittleness of the capsule shell were DOI:10.19812/ki.jfsq11-5956/ts.2023.02.022100 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 第 14 卷 investigated,and the simulated release in vitro was studied.Results Compared with Zein,the tensile strength of Zein-xg film was increased to 21.59 MPa,which was increased by 2.6 times,the water vapor permeability was increased by 34.79%,the peroxide value was reduced by 19.51%,the water absorption increased from 45.70%to 47.03%,and the oil permeability coefficient of the Zein-xg film was 0 gmm/(cm2d).In simulated gastric fluid,the release rate of micromolecule rhodamine B and macromolecule bovine serum albumin loaded by Zein-xg made capsule was 0 in 3.0 h,and the accumulated release rates reached 98.03%and 77.14%in simulated intestinal fluid,respectively.Conclusion The mechanical strength and barrier properties of Zein-xg film have been significantly improved.The appearance properties,dry weight loss,tightness,burning residue and brittleness of the Zein-xg capsule shells all meet the requirements of the Chinese pharmacopeia(2015 Edition),which belongs to enteric-soluble capsules.KEY WORDS:zein;xanthan gum;dry glycosylation;barrier property;enteric solubility 0 引 言 硬胶囊广泛应用于药品填充,除此之外还是功能食品和保健品最常用的装填材料,可以装填砂糖、香辛料、调味油、奇亚籽等粒状、液态、粉末状食材,还可以装填袋鼠精、奶蓟草、缬草根等具有保健功能的物质。随着人们对营养保健品和功能性食品的需求日益增加,硬胶囊在保健品和功能性食品中的应用跨上新台阶,并得到了监管部门的认可,已成为国内保健品和功能食品行业的新选择和新趋势。硬胶囊具有表面光洁、易于吞服,加工方便,产品密封性和稳定性好,可保持食品原有风味,防止食品变质,可延缓释放保健功能物质,内容物易被人体快速吸收等优点。目前,市售硬胶囊的囊材大多数为猪来源的明胶,有较好的生物相容性和胶凝性等12。然而国家禁止以牛骨为原料制备的明胶胶囊用于药品生产用原料、辅料、赋型剂及空心胶囊;猪源性明胶胶囊也存在材质遭一些宗教信仰人员的抵制和排斥问题3。另外,明胶胶囊属于胃溶性释放,胶囊壳在胃部释放时,易使胃酸与某些内容物发生反应,使其营养活性下降45,这无疑限制了明胶胶囊的应用范围。因此,研发安全无毒、价格低廉且质量好的肠溶性植物蛋白类胶囊产品成为胶囊壳领域的新热点。在胶囊制备过程中,胶囊质量的好坏不仅与胶囊制备工艺有关,还与胶囊材料的成膜性、阻隔性等因素有着密切的关系。目前研究较多的是淀粉类和植物性蛋白类作为胶囊材料,蛋白类主要有大豆分离蛋白膜、乳清蛋白膜、花生蛋白膜和玉米醇溶蛋白(Zein)等,这些原料具有一定的成膜性,但是机械强度不能满足食品包装的需求,限制了其工业化的应用,通常采用化学改性提高其机械性能。其中,糖基化改性可以使接枝产物的功能特性有所改善,并且反应过程中没有有害物质生成,安全性高,无残留,且改性产物稳定性较高,在一定范围内不受高温、pH 等外界因素改变而受到影响6。糖基化改性主要包括湿法糖基化和干法糖基化。其中湿法糖基化在液体中反应,受反应温度与浓度的影响,其反应效率加快,但反应效率提高会使蛋白质发生变性或形成聚集,导致反应加速向高级阶段进行,甚至产生有毒有害物质产物以及产物得率降低等问题7,而干法糖基化改性可以通过降低水分活度,使蛋白质处于非聚集或少聚集的状态,且干法糖基化对反应温度的要求较低,并且与湿法糖基化改性的产物相比,干法糖基化改性后的产物性能更好8。例如原秀玲等9和蔡丹10分别采用果胶、海藻酸钠干法糖基化改性乳清蛋白,其改性后膜的机械性能均有提高,其改性目的是要用于可食性包装膜材料,但该蛋白质在制备胶囊上的应用和是否具有肠溶性未见探索。Zein 是玉米的主要贮藏蛋白,自身具有一定的成膜性、阻氧阻油性,故不需要加入任何添加剂就可制得具有肠溶性的膜11。Zein 成膜性能虽好12,但制备的胶囊壳易脆碎,达不到中华人民共和国药典(第四部)的要求。郭浩等13和李萍等14采用葡萄糖湿法糖基化改性Zein,发现在生产中控制不当易产生蛋白质聚集现象,需进一步优化工艺参数。陈又铭等15利用菊粉进行干法糖基化改性,将Zein 制备成 Zein-菊粉膜,并对其进行结构测定,但菊粉价格昂贵,且性能改善较小。因此,本课题拟采用成本更低的食品级原料黄原胶(xanthan gum)作为Zein干法糖基化改性的羰基供体,与其他多糖如麦芽糊精和菊粉相比,黄原胶是通过发酵工艺所制得的多糖,其性能优越。综上,本研究利用黄原胶糖基化改性 Zein的产物(zein-xanthan gum,Zein-xg),首先考察 Zein-xg 的机械性能、水蒸气透过系数(water vapor transmission rate,WVTR)、阻氧性、阻油性等性能;其次利用改性产物制备成硬胶