一种微胶囊化葡萄糖氧化酶的制备方法

摘要

一种微胶囊化葡萄糖氧化酶的制备方法，属于食品加工技术领域。本发明以改善面粉品质为目的，研究一种新型面粉改良剂——微胶囊化葡萄糖氧化酶的制备方法，采用上述方法制得的壳聚糖－海藻酸钙－葡萄糖氧化酶微胶囊，是经双重交联得到的共聚凝胶，氨基和羧基均被固定，整个体系为网状结构。该方法通过调节微胶囊外壁壳聚糖的分子量和脱乙酰度，控制微胶囊内葡萄糖的催化速度，从而有利于面筋蛋白的氧化交联，提高面粉及其制品的品质；同时葡萄糖氧化酶经微胶囊化以后避免了酶与面粉的接触改善了贮藏和稳定性，是优良的面粉改良剂，符合实际生产应用。该方法工艺简单、安全有效、符合环保和实用要求。

说明书

技术领域

本发明涉及微胶囊化葡萄糖氧化酶的制备方法，用于增强小麦面筋的筋力，改善面粉及其最终产品的品质，属于食品加工技术领域。

背景技术

小麦面粉是主要的粮食作物之一，也是生产面包、馒头、面条、饼干、糕点等食品的主要原料，因此面粉工业在国民经济中具有重要的地位。随着人们生活水平的提高和健康意识的加强，绿色无公害的面粉改良剂——酶制剂(如葡萄糖氧化酶)越来越受到重视，但实际应用中各种酶制剂在改善面粉品质方面的作用效果参差不齐，而且存在稳定性、贮藏性差的问题，因此研究开发高效性、实用性、绿色安全的面粉改良剂尤为重要。

葡萄糖氧化酶(GOD)是目前最受关注的酶制剂之一，已被应用到实际生产之中(中国专利200610037642.4；美国专利20070141201；国际专利WO 99152372)。GOD能将葡萄糖氧化生成葡萄糖酸和过氧化氢(H₂O₂)，后者氧化面筋蛋白中的巯基生成二硫键，从而大大改善了面团的组织结构，最终改善了面粉制品的品质。但游离GOD仍有诸多不足之处，首先GOD属于快速氧化剂，催化速度很快，在面团的形成过程中就已经生成了H₂O₂，而过早生成的H₂O₂会使面团变干变硬，导致最终的焙烤品质较差；另外，GOD在面粉介质中稳定性较差，Rakotozafy，L等报道，GOD在面团形成的前5min就损失了25％，接下来的20min又有20％的酶失活，因此GOD的作用效果不够理想。

自从Abraham发明海藻酸钠-聚赖氨酸-海藻酸钠微胶囊以来，微胶囊技术广泛用于酶的固定化、药物控制释放等生物技术领域。1992年Poncelet报道了海藻酸钙内部凝胶-酶吸附-壳聚糖外部包埋法制备微胶囊的技术，为酶的固定化展开了更为广阔的前景。海藻酸钠是存在于褐藻中的天然高分子，它与多价阳离子(如钙离子)接触时会瞬时凝胶化，该凝胶具有多孔性和强大的吸附承载能力，可利用此特性对蛋白质、酶等物质进行吸附包埋。这一制备过程简单，而且芯材未参加微胶囊的形成过程，避免了高温、有机溶剂等有害的条件，利于保持被包埋物的活性。壳聚糖广泛存在于节肢动物的外壳及低等动物的细胞壁中，经过脱乙酰基化而制成的直链多糖，其分子链上的伯氨基可与海藻酸钠分子链上的羧基发生静电相互作用，从而在海藻酸钠微胶囊表面复合一层聚电解质膜，这样既提高了微胶囊的稳定性和包埋率，又可调节被包埋物的释放速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微胶囊化葡萄糖氧化酶的制备方法，该制备方法采用海藻酸钙内部凝胶-酶吸附-壳聚糖外部包埋的原理，安全简单，并具有高吸附率和高酶活保留率的特点。

本发明的技术方案是：微胶囊化葡萄糖氧化酶的制备方法，包括如下步骤：

1)将海藻酸钠在室温下机械搅拌使其溶解在水中，形成均一透明的质量浓度为1％-5％的溶胶；将分子量5,000-450,000，脱乙酰度为70％-98％的壳聚糖加入质量浓度0.1％-2％(最佳浓度1％)的冰醋酸水溶液中，生成浓度为0.5％-2％的透明壳聚糖溶液(pH3.0-5.0)；

2)配制含1.0％-3.0％span 80的植物油溶液，高速搅拌并真空脱气，制得油相混合液I，在油相混合液I中加入冰醋酸使冰醋酸的质量浓度达到0.5％-1.5％，充分混合得油相混合液II；

3)向步骤1)得到的海藻酸钠溶胶中加入CaCO₃，加入量为0.1-1.0g/100mL，高速搅拌混和，超声波均质5-10min，真空脱气得到水相混合液；

4)配制pH3.0-5.0(最佳pH4.0)的乙酸-乙酸钠缓冲液，并用该缓冲液配制质量浓度0.5％-2％的葡萄糖氧化酶GOD溶液；

5)将步骤3)得到的水相混合液在800-1,500rpm高速搅拌下缓缓加入到步骤2)所得到的油相混合液I中，水相混合液与油相混合液的重量比例为1/2-1/4，搅拌乳化1-2min后加入油相混合液II，使得最终的水相混合液与总的油相混合液重量比例在1/3-1/6，继续搅拌10-20min，加蒸馏水在200-400rpm低速搅拌下破乳20min；

6)将步骤5)得到的破乳后的油水混合液冷冻离心，2,000-5,000rpm、10-30min，弃除上层油液，下层物质用质量浓度1％-3％(最佳浓度1％)的Tween 80洗涤离心进一步去除油液，再蒸馏水洗涤去除洗涤液，得到海藻酸钙小球CaAlg，干物质含量6-10mg/mL；

7)将步骤4)制得的GOD溶液与步骤6)得到的海藻酸钙小球CaAlg等体积混合，4℃下吸附0.5-3h，得到吸附葡萄糖氧化酶的海藻酸钙小球CaAlg-GOD；

8)将步骤7)制得的CaAlg-GOD缓慢加入到步骤1)制得的壳聚糖溶液中，800-1,300rpm快速搅拌10-20min，离心得到壳聚糖-海藻酸钙-葡萄糖氧化酶微胶囊(CH-CaAlg-GOD)；

9)分别配制质量浓度为10％、DE值15-20的低聚麦芽糊精和质量浓度为2％的β-环糊精，60℃下1∶1混合得到助干溶液；

10).将步骤8)制得的CH-CaAlg-GOD加入到步骤9)制得的助干溶液中，CH-CaAlg-GOD与助干溶液的体积比为1∶8-1∶12，混合均匀后喷雾干燥，离心喷洒盘的转数为10,000-40,000rpm、加料速度为10-30mL/min、进口温度170-220℃、出口温度40-70℃，制得粒径分布在10-100nm的壳聚糖-海藻酸钙-葡萄糖氧化酶微胶囊。

壳聚糖选自：四种壳聚糖分子量分别为450,000、200,000、100,000、5,000，相对应的脱乙酰度分别为91％、87％、91％、85％，将四种壳聚糖分别加入含1％的冰醋酸水溶液中，制成浓度为0.5％-2％的透明壳聚糖溶液。

本发明的有益效果：本发明采用上述方法制得的壳聚糖-海藻酸钙-葡萄糖氧化酶微胶囊，是经双重交联得到的共聚凝胶，氨基和羧基均被固定，整个体系为网状结构。海藻酸钠混合液在油相内形成乳化小液滴，加入含乙酸的油溶液后，液滴内部的CaCO₃分解，释放出Ca²⁺和CO₂气体，海藻酸钠与Ca²⁺接触瞬时凝胶化，生成海藻酸钙小球CaAlg，由于CO₂的释放，CaAlg具有多孔性和强大的吸附承载能力，可以将大量GOD吸附在小球表面和网孔内部。在接近海藻酸钙(pI 3.8)和GOD(pI 4.2)等电点附近，两者所带电荷最少，吸附量最高。壳聚糖为碱性多糖，在酸性范围内带有大量正电荷，能与带负电荷的海藻酸钙快速聚合，起到包裹和填封的作用。

本发明提供的壳聚糖-海藻酸钙-葡萄糖氧化酶微胶囊的制备方法工艺简单、安全有效、符合环保和实用要求。微胶囊化以后GOD的释放速度减慢，更有利于面筋蛋白的形成和优化，从而改善面制品的内部结构和感观品质。通过调节壳聚糖的分子量和脱乙酰度可控制微胶囊内GOD的催化速度，从而达到最理想的面粉改良效果，同时微胶囊壁材对内部的GOD有保护作用，避免了酶与面粉的接触，提高了GOD的稳定性和贮藏性，可望成为优良的面粉改良剂。

具体实施方案

实施例1：壳聚糖-海藻酸钙-葡萄糖氧化酶微胶囊的制备

1)将海藻酸钠在室温下机械搅拌使其溶解在水中，形成均一透明的质量百分比为1.5％的溶胶；将壳聚糖(分子量450,000，脱乙酰度为91％)加入含1％冰醋酸的水溶液中，生成浓度为2.0％的透明壳聚糖溶液I(pH3.5)；

2)配制含1.0％span 80的植物油溶液，高速搅拌并真空脱气，制得油相混合液I，在油相混合液I中加入0.8％的冰醋酸，充分混合得油相混合液II；

3)取步骤1)得到的海藻酸钠溶胶30mL，加入0.1g微晶CaCO₃，高速搅拌混和，超声波均质5min，真空脱气得到水相混合液；

4)配制pH4.0的乙酸-乙酸钠缓冲液，并用缓冲液配制0.5％的葡萄糖氧化酶(GOD)溶液；

5)将步骤3)得到的水相混合液在高速搅拌(1,000rpm)下缓缓加入到90mL步骤2)所得到的油相混合液I中，搅拌乳化2min后加入30mL油相混合液II，继续搅拌20min，加入100mL蒸馏水，200rpm搅拌破乳20min；

6)将步骤5)得到的油水混合液4℃下冷冻离心(3,000rpm)20min，弃除上层油液，用1％的Tween 80洗涤离心去除油液2次，蒸馏水洗涤去除洗涤液2次，得到海藻酸钙小球CaAlg(干物质含量7.7mg/mL)；

7)取2mL步骤4)制得的GOD溶液与同体积的步骤6)得到的海藻酸钙小球CaAlg混合，4℃下吸附0.5h，得到吸附葡萄糖氧化酶的海藻酸钙小球(CaAlg-GOD)；

8)取2mL步骤1)制得的壳聚糖溶液缓慢加入到步骤7)制得的CaAlg-GOD中，高速振荡10min，离心得到壳聚糖-海藻酸钙-葡萄糖氧化酶微胶囊(CH-CaAlg-GOD)。

9).分别配制浓度为10％和2％的低聚麦芽糊精(DE值15-20)和β-环糊精，60℃下1∶1混合得到助干溶液；

10).将步骤8)制得的CH-CaAlg-GOD加入到步骤9)制得的助干溶液中，体积比为1∶8，混合均匀后喷雾干燥，离心喷洒盘的转数为20,000rpm、加料速度为10ml/min、进口温度180℃、出口温度50℃，最终制得粒径分布在10-80nm的葡萄糖氧化酶微胶囊。

实施例2：壳聚糖-海藻酸钙-葡萄糖氧化酶微胶囊的制备

1)将海藻酸钠在室温下机械搅拌使其溶解在水中，形成均一透明的质量百分比为2.0％的溶胶；将壳聚糖(分子量450,000和200,000脱乙酰度分别为91％和87％)分别加入含1％冰醋酸的水溶液中，生成浓度同为1.0％的透明壳聚糖溶液I和II，pH分另为3.5和4.0；

2)配制含1.5％span 80的植物油溶液，高速搅拌并真空脱气，制得油相混合液I，在油相混合液I中加入1.2％的冰醋酸，充分混合得油相混合液II；

3)取步骤1)得到的海藻酸钠溶胶30mL，加入0.15g微晶CaCO₃，高速搅拌混和，超声波均质10min，真空脱气得到水相混合液；

4)配制pH4.0的乙酸-乙酸钠缓冲液，并用缓冲液配制1.0％的葡萄糖氧化酶(GOD)溶液；

5)将步骤3)得到的水相混合液在高速搅拌(1,200rpm)下缓缓加入到80mL步骤2)所得到的油相混合液I中，搅拌乳化2min后加入40mL油相混合液II，继续搅拌20min，加入100mL蒸馏水，300rpm搅拌破乳20min；

6)将步骤5)得到的油水混合液4℃下冷冻离心(4,000rpm)15min，弃除上层油液，用1％的Tween 80洗涤离心去除油液2次，蒸馏水洗涤去除洗涤液2次，得到海藻酸钙小球CaAlg(干物质含量8.9mg/mL)；

7)取2mL步骤4)制得的GOD溶液与同体积的步骤6)得到的海藻酸钙小球CaAlg混合，4℃下吸附1.0h，得到吸附葡萄糖氧化酶的海藻酸钙小球(CaAlg-GOD)；

8)将2mL步骤7)制得的CaAlg-GOD缓慢加入到步骤1)制得的壳聚糖溶液I中，高速振荡10min，再加入2mL步骤1)制得的壳聚糖溶液II，再次高速振荡10min，离心得到壳聚糖-海藻酸钙-葡萄糖氧化酶微胶囊(CH-CaAlg-GOD)。

9).分别配制浓度为10％和2％的低聚麦芽糊精(DE值15-20)和β-环糊精，60℃下1∶1混合得到助干溶液；

10).将步骤8)制得的CH-CaAlg-GOD加入到步骤9)制得的助干溶液中，体积比为1∶10，混合均匀后喷雾干燥，离心喷洒盘的转数为30,000rpm、加料速度为20ml/min、进口温度190℃、出口温度60℃，最终制得粒径分布在10-100nm的葡萄糖氧化酶微胶囊。

实施例3：壳聚糖-海藻酸钙-葡萄糖氧化酶微胶囊的制备

1)将海藻酸钠在室温下机械搅拌使其溶解在水中，形成均一透明的质量百分比为1.0％的溶胶；将壳聚糖(分子量450,000、200,000和5,000，脱乙酰度分别为91％、87％和85％)分别加入含1％冰醋酸的水溶液中，制成浓度分别为0.5％、1.0％、1.5％的透明壳聚糖溶液I、II和III，pH分别为3.5、4.0和3.8；

2)配制含1.5％span 80的植物油溶液，高速搅拌并真空脱气，制得油相混合液I，在油相混合液I中加入0.5％的冰醋酸，充分混合得油相混合液II；

3)取步骤1)得到的海藻酸钠溶胶30mL，加入0.1g微晶CaCO₃，高速搅拌混和，超声波均质10min，真空脱气得到水相混合液；

4)配制pH4.0的乙酸-乙酸钠缓冲液，并用缓冲液配制1.0％的葡萄糖氧化酶(GOD)溶液；

5)将步骤3)得到的水相混合液在高速搅拌(900rpm)下缓缓加入到70mL步骤2)所得到的油相混合液I中，搅拌乳化2min后加入50mL油相混合液II，继续搅拌20min，加入100mL蒸馏水，400rpm搅拌破乳20min；

6)将步骤5)得到的油水混合液4℃下冷冻离心(5,000rpm)15min，弃除上层油液，用1％的Tween 80洗涤离心去除油液2次，蒸馏水洗涤去除洗涤液2次，得到海藻酸钙小球CaAlg(干物质含量8.7mg/mL)；

7)取2mL步骤4)制得的GOD溶液与同体积的步骤6)得到的海藻酸钙小球CaAlg混合，4℃下吸附1.5h，得到吸附葡萄糖氧化酶的海藻酸钙小球(CaAlg-GOD)；

8)将2mL步骤7)制得的CaAlg-GOD缓慢加入到步骤1)制得的壳聚糖溶液I中，高速振荡10min，再依次加入2mL步骤1)制得的壳聚糖溶液II和III，分别高速振荡10min，离心得到壳聚糖-海藻酸钙-葡萄糖氧化酶微胶囊(CH-CaAlg-GOD)，喷雾干燥，最终制得粒径分布在20-80nm的葡萄糖氧化酶微胶囊。

9).分别配制浓度为10％和2％的低聚麦芽糊精(DE值15-20)和β-环糊精，60℃下1∶1混合得到助干溶液；

10).将步骤8)制得的CH-CaAlg-GOD加入到步骤9)制得的助干溶液中，体积比为1∶10，混合均匀后喷雾干燥，离心喷洒盘的转数为20,000rpm、加料速度为15ml/min、进口温度200℃、出口温度65℃，最终制得粒径分布在10-100nm的葡萄糖氧化酶微胶囊。

实施例4：壳聚糖-海藻酸钙-葡萄糖氧化酶微胶囊的制备

1)将海藻酸钠在室温下机械搅拌使其溶解在水中，形成均一透明的质量百分比为1.5％的溶胶；将壳聚糖(分子量450,000、200,000、100,000和5,000，脱乙酰度分别为91％、87％、91％和85％)分别加入含1％冰醋酸的水溶液中，制成浓度分别为0.5％、1.0％、2％、1.5％的透明的壳聚糖溶液I、II、III和IV，pH分别为3.5、4.0、4.2和3.8；

2)配制含1.0％span 80的植物油溶液，高速搅拌并真空脱气，制得油相混合液I，在油相混合液I中加入1.4％的冰醋酸，充分混合得油相混合液II；

3)取步骤1)得到的海藻酸钠溶胶30mL，加入0.1g微晶CaCO₃，高速搅拌混和，超声波均质10min，真空脱气得到水相混合液；

4)配制pH4.0的乙酸-乙酸钠缓冲液，并用缓冲液配制1.0％的葡萄糖氧化酶(GOD)溶液；

5)将步骤3)得到的水相混合液在高速搅拌(1,300rpm)下缓缓加入到100mL步骤2)所得到的油相混合液I中，搅拌乳化2min后加入20mL油相混合液II，继续搅拌20min，加入100mL蒸馏水，400rpm搅拌破乳20min；

6)将步骤5)得到的油水混合液4℃下冷冻离心(5,000rpm)15min，弃除上层油液，用1％的Tween 80洗涤离心去除油液2次，蒸馏水洗涤去除洗涤液2次，得到海藻酸钙小球CaAlg(干物质含量9.4mg/mL)；

7)取2mL步骤4)制得的GOD溶液与同体积的步骤6)得到的海藻酸钙小球CaAlg混合，4℃下吸附1.0h，得到吸附葡萄糖氧化酶的海藻酸钙小球(CaAlg-GOD)；

8)将2mL步骤7)制得的CaAlg-GOD缓慢加入到步骤1)制得的壳聚糖溶液I中，高速振荡10min，再依次加入2mL步骤1)制得的壳聚糖溶液II、III和IV，分别高速振荡10min，离心得到壳聚糖-海藻酸钙-葡萄糖氧化酶微胶囊(CH-CaAlg-GOD)，喷雾干燥，最终制得粒径分布在20-100nm的葡萄糖氧化酶微胶囊。

9)分别配制浓度为10％和2％的低聚麦芽糊精(DE值15-20)和β-环糊精，60℃下1∶1混合得到助干溶液；

10)将步骤8)制得的CH-CaAlg-GOD加入到步骤9)制得的助干溶液中，体积比为1∶12，混合均匀后喷雾干燥，离心喷洒盘的转数为40,000rpm、加料速度为30ml/min、进口温度210℃、出口温度70℃，最终制得粒径分布在10-100nm的葡萄糖氧化酶微胶囊。