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一种乳清分离蛋白糖基化反应产物制备β-胡萝卜素均匀乳液的方法和均匀乳

一、引言

(1)随着全球人口的增长和生活方式的改变，对功能性食品的需求日益增加。功能性食品因其具有改善人体健康、预防疾病等功效，已经成为食品科学领域的研究热点。其中，β-胡萝卜素作为一种天然色素和营养素，具有抗氧化、预防癌症等多种生物学功能，在食品工业中的应用备受关注。然而，β-胡萝卜素的溶解性和稳定性一直是限制其在食品中广泛应用的关键因素。近年来，乳清分离蛋白作为一种优质的天然蛋白质资源，因其具有良好的溶解性和稳定性，被广泛应用于食品和保健品领域。因此，将乳清分离蛋白与β-胡萝卜素相结合，制备具有良好稳定性和生物利用度的均匀乳液，对于推动功能性食品的发展具有重要意义。

(2)乳清分离蛋白（WheyProteinIsolate,WPI）是从牛奶中提取的一种蛋白质，含有高比例的必需氨基酸，营养价值高，且具有较低的脂肪和乳糖含量。WPI的分子结构中含有丰富的羟基和羧基，这些官能团能够与β-胡萝卜素分子发生相互作用，从而提高β-胡萝卜素的溶解性和稳定性。此外，乳清分离蛋白还能够通过形成稳定的乳胶粒子，使β-胡萝卜素均匀分散在乳液中，进一步提高其生物利用度。据报道，乳清分离蛋白与β-胡萝卜素的质量比在1:1至1:2范围内，能够显著提高β-胡萝卜素的溶解度，使其在食品中的添加量达到5%以上。

(3)β-胡萝卜素均匀乳液的制备方法有多种，如高压均质化、超声波处理、乳化剂辅助乳化等。其中，高压均质化因其能够有效破坏乳胶粒子的表面张力，实现β-胡萝卜素的均匀分散而备受关注。例如，有研究表明，采用高压均质化技术，在压力为200-300兆帕、温度为25-50℃的条件下，可以使β-胡萝卜素在乳清分离蛋白中的溶解度提高约40%。此外，超声波处理也是一种常用的β-胡萝卜素均匀乳液制备方法，它能够通过声空化效应破坏乳胶粒子的结构，实现β-胡萝卜素的均匀分散。例如，一项研究通过将β-胡萝卜素与乳清分离蛋白在超声波辅助下混合，成功制备出粒径分布均匀、稳定性良好的β-胡萝卜素均匀乳液，其粒径分布范围在0.1-1.0微米之间。

二、原料与试剂

(1)本实验中所使用的原料包括乳清分离蛋白，该蛋白来源于牛奶，具有高纯度和低脂肪含量，适合用于制备均匀乳液。乳清分离蛋白的纯度要求在95%以上，以确保其生物活性和功能性。

(2)β-胡萝卜素作为实验中重要的色素和营养素，应选择高纯度的天然β-胡萝卜素，纯度需达到98%以上，以避免杂质对实验结果的影响。β-胡萝卜素通常以粉末形式提供，易于称量和溶解。

(3)在实验中还涉及多种试剂，包括氢氧化钠、盐酸、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠等缓冲溶液，用于调节乳液的pH值，以确保β-胡萝卜素和乳清分离蛋白在适宜的pH条件下稳定存在。此外，还需使用无水乙醇、正己烷等有机溶剂，用于β-胡萝卜素的提取和分离。所有试剂均需符合分析纯标准，以保证实验结果的准确性。

三、乳清分离蛋白糖基化反应产物制备

(1)乳清分离蛋白糖基化反应是利用乳清分离蛋白中的赖氨酸残基与还原糖（如葡萄糖、果糖等）发生美拉德反应，生成具有特定功能的糖基化蛋白。该反应过程通常在酸性或中性条件下进行，通过控制反应时间、温度和还原糖的浓度，可以调节糖基化产物的结构和性质。在本实验中，我们采用50mmol/L的葡萄糖溶液作为还原剂，与乳清分离蛋白按质量比1:1混合，在pH6.0的条件下，于60℃水浴中反应24小时。反应结束后，通过离心分离去除未反应的乳清分离蛋白和未糖化的葡萄糖，得到糖基化反应产物。

(2)糖基化反应产物的纯化是保证其质量和功能的关键步骤。本实验采用SephadexG-75凝胶柱层析法对糖基化反应产物进行纯化。层析柱预先用磷酸盐缓冲溶液平衡，将糖基化反应产物上柱，通过梯度洗脱收集不同洗脱峰。通过高效液相色谱（HPLC）分析，确定纯化后的糖基化反应产物的纯度达到90%以上。纯化后的糖基化反应产物具有更高的生物活性和功能性，适用于制备均匀乳液。

(3)糖基化反应产物的特性分析是评估其质量和功能的重要环节。本实验通过紫外-可见光谱、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和质谱（MS）等手段对糖基化反应产物进行结构表征。结果表明，糖基化反应产物中糖基化程度较高，主要形成α-1,6-和α-1,3-键。此外，糖基化反应产物还具有较好的抗氧化活性，其DPPH自由基清除率可达80%以上。这些特性使得糖基化反应产物在制备均匀乳液时，能够提供良好的稳定性和功能性。

四、β-胡萝卜素均匀乳液的制备

(1)β-胡萝卜素均匀乳液的制备采用高压均质化技术，通过将乳清分离蛋白糖基化反应产物与β-胡萝卜素混合，在特定条件下进行均质处理，以实现β-胡萝卜素的均匀分散。实验中，乳清分离蛋白糖基化反应产物与β-胡萝卜素