H1、H2或J型虾青素聚集体水分散体系的制备方法与应用技术

H1、H2或J型虾青素聚集体水分散体系的制备方法及应用，三种颜色的虾青素聚集体水分散体系均利用天然生物大分子壳聚糖和鱼精DNA特殊的分子结构，通过大分子间物理作用，结合溶剂、盐离子效应诱导虾青素多聚体的形成和稳定。选用低毒性的乙醇作为虾青素良溶剂，该有机溶剂在制备过程后期可完全脱除，并可进一步富集、循环利用，利于清洁生产、降低成本。通过调整工艺参数可控制得H1、H2或J型虾青素聚集体水分散体系，使虾青素水性制品的呈色范围扩展到黄色、橘色和粉色，且在浓缩、脱水、复溶过程中均保持稳定的虾青素聚集状态和呈色效果。三种虾青素聚集体水分散体系的制备工艺简单，条件温和，生产成本低，绿色无污染，便于工业化推广。

Preparation and Application of Water Dispersion System of Astaxanthin Aggregates H1, H2 or J

The preparation and application of water dispersion systems of H1, H2 or J astaxanthin aggregates. The water dispersion systems of three colors of astaxanthin aggregates all use the special molecular structure of Natural Biological Macromolecule Chitosan and fish sperm DNA to induce the formation and stabilization of astaxanthin polymers through intermolecular physical interaction, combined with solvent and salt ion effects. Low toxic ethanol was selected as a good solvent for astaxanthin. The organic solvent could be completely removed in the later stage of the preparation process, and could be further enriched and recycled, which was conducive to clean production and cost reduction. The water dispersion system of astaxanthin aggregates H1, H2 or J can be controlled by adjusting the process parameters, so that the color range of astaxanthin water-based products can be extended to yellow, orange and pink, and stable astaxanthin aggregation state and color rendering effect can be maintained in the process of concentration, dehydration and re-dissolution. The preparation process of three astaxanthin aggregates water dispersion systems is simple, the conditions are mild, the production cost is low, the green pollution-free, easy to industrialize and popularize.

【技术实现步骤摘要】
H1、H2或J型虾青素聚集体水分散体系的制备方法与应用
本专利技术涉及可溶于水的聚集态虾青素稳定水分散体系，具体地说是制备以虾青素H1、H2或J型聚集体形式存在且聚集态可控的三种H1、H2或J型虾青素聚集体水分散体系，属于食品、医药、化工

技术介绍
虾青素广泛存在于自然界，如植物花、叶、果实，甲壳类动物、鱼、藻体等的组织内。作为一种脂溶性色素，虾青素不仅具有艳丽的色泽和强大的抗氧化活性，而被广泛用于养殖、日化及医疗健康行业。其中，雨生红球藻来源的天然虾青素是迄今为止发现的自然界中存在的最强抗氧化剂，也是唯一能够通过血脑屏障的类胡萝卜素，因此可作为膳食补充剂、食品添加剂、着色剂、抗氧化剂等。正是由于虾青素优秀的着色力和虾青素聚集诱导的吸收光谱位移，造成生物组织内富含虾青素的甲壳动物、鸟类等呈现不同色彩。例如，虾青素是龙虾壳中甲壳蓝蛋白的唯一呈色组份，与甲壳蓝蛋白结合后，虾青素的吸收光谱发生显著红移，这可能与虾青素和甲壳蓝蛋白相互作用过程中发生的分子聚集有关。体外研究表明，疏水性的虾青素单体分子在水合溶剂中可以发生分子聚集，产生两种显著不同的聚集体。一种是H型虾青素聚集体，由虾青素单体分子以“面对面”平行共轭链堆叠而成，相对于虾青素游离单体的最大吸收波长发生蓝移。另一种是J型虾青素聚集体，以松散的虾青素单体分子“头-尾”错位平行堆叠组成，相对于虾青素游离单体的最大吸收波长发生红移。Fuciman等（2013）进一步研究发现溶解在DMSO水合溶液的虾青素可以形成两种H型虾青素聚集体，即H1型和H2型虾青素聚集体，两种聚集体溶液的最大吸收谱带呈现不同程度的蓝移。其中H1型虾青素聚集体的最大吸收峰相对于游离虾青素单体的吸收峰（504nm）蓝移至388nm附近，由大量虾青素单体分子以“面对面”紧密堆积并平行排列，因此具有较窄的吸收峰；而H2型虾青素聚集体是一种非常不稳定的、瞬时聚集形式，由虾青素单体分子以“面对面”松散堆积并平行排列，其最大吸收峰则相对于游离虾青素单体的吸收峰（504nm）蓝移至460nm，且其最大吸收峰较宽。Lu等（2017）利用线性光谱理论和Frenkel激子模型来模拟虾青素在乙醇和水的共混液发生的聚集现象和光谱变化，计算表明H型聚集体在387nm展示出的尖锐吸收峰是由大量虾青素六聚体诱导产生，即H1型聚集体，而当虾青素分子组成稀疏，即主要以单体、二聚体、三聚体呈现时，则会在400-500nm处出现一个宽峰，即H2型聚集体。实际上，在单纯的乙醇水溶液中，稀疏堆积而成的H2型虾青素聚集体与紧密堆积而成的H1型虾青素聚集体是动态转化过程，无法将两者分开并维持其稳定的聚集状态。目前也未见关于利用相同生物分子材料，仅通过控制制备参数即可控制得三种颜色各异的H1、H2或J型虾青素聚集体水分散体系的报道。光谱性质和微观结构各异的虾青素聚集体的获得对于虾青素构-效关系等科学研究和虾青素功能制品，虾青素多色着色的应用开发都具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现在虾青素难溶于水且溶液颜色单一、游离虾青素不稳定、水分散型虾青素的微观结构不可控等问题，利用壳聚糖、天然DNA和盐溶液构建虾青素聚集态的稳定微环境，提供一种可控制形成三种颜色的H1型或H2型或J型虾青素聚集体水分散体系的制备方法。本专利技术的H1或H2或J型虾青素聚集体水分散体系，包括水、无机盐、包含虾青素聚集体的复合粒子；所述无机盐为钠盐或钾盐；所述包含虾青素聚集体的复合粒子由壳聚糖、天然DNA和虾青素复合组成，其中虾青素以某种聚集体形式稳定嵌入到壳聚糖和DNA分子缠绕形成的疏水微区中，复合粒子的平均粒径小于1μm，复合粒子表面带有大量正电荷，zeta电位大于20mV，复合粒子在水中可稳定分散，且该体系具有高透明度，透光率达到90%以上。由于该体系为亲水性体系，且主要成分为虾青素、壳聚糖、天然DNA及少量无机盐，其中未添加油剂、表面活性剂等其他化学合成物质，因此具有良好的生物安全性、生物相容性和生物可降解性。H1型虾青素聚集体水分散体系的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）4-25℃，避光条件下，将虾青素溶于任意体积的体积分数大于95%的乙醇，以得到虾青素乙醇溶液，如果存在未溶解的虾青素时，采用离心或过滤的方式除去未溶解的虾青素颗粒；2）室温条件下，将固体DNA溶解于水中，120℃高压灭菌30min制得0.01-0.5mg/ml的DNA溶液；3）室温条件下，将壳聚糖溶解于pH1-4的盐酸或醋酸溶液中，然后以氢氧化钠或氢氧化钾溶液调节pH至5-6得到0.01-0.5mg/ml的壳聚糖溶液；4）在20-25℃下，将步骤1）虾青素乙醇溶液快速加入到步骤3）的壳聚糖溶液中；控制乙醇相与水相体积比在1:5-1:10范围内，200-500rpm搅拌30分钟以上，以最终得到呈黄色的H1型虾青素聚体复合粒子；并且搅拌时间一定要大于30min，搅拌时间对生成稳定的H1聚体至关重要。5）200-500rpm搅拌的条件下，将步骤2）制备的DNA溶液缓慢加入至上述步骤4）的混合液中，控制DNA溶液与步骤4）中的水相体积比为1:2；20-25℃继续搅拌混合15-20min；6）在25-35℃，真空度2-8mbar条件下，悬蒸除去乙醇溶剂，使体系中乙醇残留量低于1%；7）室温条件下向脱除乙醇的混合体系中加入低聚壳聚糖，使低聚壳聚糖的终浓度为0.001-0.2wt%，混匀后即得到H1虾青素多聚体纳米分散体系。步骤1）中，所述的离心条件为10000rpm离心5-15min。步骤1）中，所述的过滤条件为微孔滤膜（如0.8µm以下孔径）。步骤4）中，所述的快速加入是倒入，或是大于20cm3/s以上的流速加入。步骤5）中，所述的缓慢加入是以0.02-2cm3/s的流速加入。所述的H1型虾青素聚集体水分散体系为粒度在50~300nm范围内的胶体，透光率大于90%；体系中的虾青素分子头-头、尾-尾相连，紧密堆积形成虾青素H1-聚集体；且在水中呈现透明的黄色，在波长380~390nm有最大光吸收。需要指出的是，该方法中，虾青素乙醇溶液的浓度可为任意浓度，即虾青素的不饱和溶液也能制备出具有呈现透明黄色的分散体系，远胜以往必须使用饱和虾青素乙醇溶液的方案。H2型虾青素聚集体水分散体系的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）4-25℃，避光条件下，将虾青素溶于任意体积的体积分数大于95%的乙醇，以得到虾青素乙醇溶液，如果存在未溶解的虾青素时，采用离心或过滤的方式除去未溶解的虾青素颗粒；2）室温条件下，将固体DNA溶解于水中，120℃高压灭菌30min制得0.01-0.5mg/ml的DNA溶液；3）室温条件下，将壳聚糖溶解于pH1-4的盐酸或醋酸溶液中，然后以氢氧化钠或氢氧化钾溶液调节pH至5-6，随后加氯化钠至壳聚糖溶液中，并使其充分溶解、混合均匀，使氯化钠终浓度为3.5-35mg/ml，最终得到0.01-0.5mg/ml的壳聚糖溶液；4）在20-25℃条件下，将步骤1）的虾青素溶液快速加入到步骤3）的壳聚糖溶液中；控制乙醇相与水相体积比在1:5-1:10，1000-2000rpm快速搅拌3分钟，以最终得到呈橘色的H2型虾青素多聚体复合粒子；此步骤中搅拌速度和搅拌时间均至关重本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.H1型虾青素聚集体水分散体系的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）4‑25℃，避光条件下，将虾青素溶于任意体积的体积分数大于95%的乙醇，以得到虾青素乙醇溶液，如果存在未溶解的虾青素时，采用离心或过滤的方式除去未溶解的虾青素颗粒；2）室温条件下，将固体DNA溶解于水中，120℃高压灭菌30 min制得0.01‑0.5 mg/ml的DNA溶液；3）室温条件下，将壳聚糖溶解于pH 1‑4的盐酸或醋酸溶液中，然后以氢氧化钠或氢氧化钾溶液调节pH至5‑6，得到壳聚糖含量为0.01‑0.5 mg/ml的溶液；4）在20‑25℃下，将步骤1）虾青素乙醇溶液快速加入到步骤3）的壳聚糖溶液中；控制乙醇相与水相体积比在1:5‑1:10范围内，200‑500 rpm搅拌30分钟以上，以最终得到呈黄色的H1型虾青素聚体复合粒子；5）200‑500 rpm搅拌的条件下，将步骤2）制备的DNA溶液缓慢加入至上述步骤4）的混合液中，控制DNA溶液与步骤4）中的水相体积比为1:2；20‑25℃继续搅拌混合15‑20 min；6）在25‑35℃，真空度2‑8 mbar条件下，悬蒸除去乙醇溶剂，使体系中乙醇残留量低于1%；7）室温条件下向脱除乙醇的混合体系中加入低聚壳聚糖，使低聚壳聚糖的终浓度为0.001‑0.2 wt %，混匀后即得到H1虾青素多聚体纳米分散体系。...

【技术特征摘要】
1.H1型虾青素聚集体水分散体系的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）4-25℃，避光条件下，将虾青素溶于任意体积的体积分数大于95%的乙醇，以得到虾青素乙醇溶液，如果存在未溶解的虾青素时，采用离心或过滤的方式除去未溶解的虾青素颗粒；2）室温条件下，将固体DNA溶解于水中，120℃高压灭菌30min制得0.01-0.5mg/ml的DNA溶液；3）室温条件下，将壳聚糖溶解于pH1-4的盐酸或醋酸溶液中，然后以氢氧化钠或氢氧化钾溶液调节pH至5-6，得到壳聚糖含量为0.01-0.5mg/ml的溶液；4）在20-25℃下，将步骤1）虾青素乙醇溶液快速加入到步骤3）的壳聚糖溶液中；控制乙醇相与水相体积比在1:5-1:10范围内，200-500rpm搅拌30分钟以上，以最终得到呈黄色的H1型虾青素聚体复合粒子；5）200-500rpm搅拌的条件下，将步骤2）制备的DNA溶液缓慢加入至上述步骤4）的混合液中，控制DNA溶液与步骤4）中的水相体积比为1:2；20-25℃继续搅拌混合15-20min；6）在25-35℃，真空度2-8mbar条件下，悬蒸除去乙醇溶剂，使体系中乙醇残留量低于1%；7）室温条件下向脱除乙醇的混合体系中加入低聚壳聚糖，使低聚壳聚糖的终浓度为0.001-0.2wt%，混匀后即得到H1虾青素多聚体纳米分散体系。2.H2型虾青素聚集体水分散体系的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）4-25℃，避光条件下，将虾青素溶于任意体积的体积分数大于95%的乙醇，以得到虾青素乙醇溶液，如果存在未溶解的虾青素时，采用离心或过滤的方式除去未溶解的虾青素颗粒；2）室温条件下，将固体DNA溶解于水中，120℃高压灭菌30min制得0.01-0.5mg/ml的DNA溶液；3）室温条件下，将壳聚糖溶解于pH1-4的盐酸或醋酸溶液中，然后以氢氧化钠或氢氧化钾溶液调节pH至5-6，随后加氯化钠至壳聚糖溶液中，并使其充分溶解、混合均匀，使氯化钠终浓度为3.5-35mg/ml，最终得到壳聚糖含量为0.01-0.5mg/ml的溶液；4）在20-25℃条件下，将步骤1）的虾青素溶液快速加入到步骤3）的壳聚糖溶液中；控制乙醇相与水相体积比在1:5-1:10范围内，1000-2000rpm快速搅拌3分钟，以最终得到呈橘色的H2型虾青素多聚体复合粒子；5）200-500rpm搅拌的条件下，将步骤2）制备的DNA溶液缓慢加入至上述步骤4）的混合液中，控制DNA溶液与步骤4）中的水相体积比为1:2；20-25℃继续搅拌混合15-20min；6）在25-35℃，真空度2-8mbar条件下，悬蒸除去乙醇溶剂，使体系中乙醇残留量低于1%；7）室温条件下向脱除乙醇的混合体系中加入低聚壳聚糖，使低聚壳聚糖的终浓度为0.001-0.2wt%，混匀后即得到H2虾青素多聚体水分散体系。3.J型虾青素聚集体水分散体系的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）4-25℃，避光条件下，将虾青素溶于任意体积的体积分数大于95%的...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛长湖，李敬，代明琴，常耀光，梁兴国，徐杰，杨鲁，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东,37