一種利用TEMPO氧化細(xì)菌纖維素制備Pickering乳液的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用TEMPO氧化細(xì)菌纖維素制備Pickering乳液的方法，將微生物發(fā)酵后的細(xì)菌纖維素膜取出，將細(xì)菌纖維素膜搗碎、高壓均質(zhì)后得到細(xì)菌纖維素懸浮液，再經(jīng)TEMPO/NaBr/NaClO混合氧化體系于室溫下氧化，經(jīng)離心清洗和透析后，得到TEMPO氧化細(xì)菌纖維素(TOBC)懸浮液，與油相混合乳化即得Pickering乳液。該乳液的穩(wěn)定性強(qiáng)，在室溫下存放8個月，乳液沒有分層失穩(wěn)，乳液滴的D(3，2)直徑為3～15μm，在一定條件下，乳液呈凝膠狀，且存放時間越長，乳液的流動性越差，在一定范圍的頻率內(nèi)，乳液呈現(xiàn)明顯的黏彈性質(zhì)(G′＞G″)。
【專利說明】
一種利用TEMPO氧化細(xì)菌纖維素制備P i cker i ng乳液的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于新材料與生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用TEMPO氧化細(xì)菌纖維素(以下稱T0BC)制備Pickering乳液的方法。
技術(shù)背景
[0002]乳化劑是乳液的穩(wěn)定劑，是一類表面活性劑。當(dāng)它分散在分散介質(zhì)的表面時，形成薄膜或雙電層，可使分散相帶有電荷，這樣就能阻止分散相的小液滴互相聚結(jié)，使形成的乳狀液比較穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用在食品、化妝品、醫(yī)藥等領(lǐng)域。傳統(tǒng)乳化劑主要是具有表面活性的組分(如低分子量表面活性劑、兩親性聚合物或蛋白質(zhì))。在20世紀(jì)初，在發(fā)現(xiàn)膠體大小的固體顆粒也可以穩(wěn)定乳狀液后，便對Pickering乳液開始了系統(tǒng)的研究。所謂的Pickering乳液，即用固體顆粒代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化學(xué)乳化劑，固體顆粒在油水界面形成一層薄膜，阻止了液滴之間的聚集，制得穩(wěn)定的油/水分散相。
[0003]不可逆粒子在界面吸附被認(rèn)為是用來穩(wěn)定Pickering乳液的機(jī)理。這些粒子通常具有雙重潤濕性。用三相接觸角Θ 來描述這種雙重潤濕性。當(dāng)Θ ow< 90°時，顆粒相對親水，可以穩(wěn)定0/W乳液；當(dāng)9ow> 90°時，顆粒相對疏水，用以穩(wěn)定W/0乳液。
[0004]光滑的球形S12S子和乳膠球通常被視為研究模型。許多生物質(zhì)粒子，例如棒狀或細(xì)長的纖維素纖維和多邊形淀粉顆粒，也可以穩(wěn)定Pickering乳液。這些粒子安全無毒，尤其是在化妝品和制藥領(lǐng)域用處很大。類似傳統(tǒng)的乳液，乳液可通過超聲乳化、均質(zhì)或機(jī)械攪拌法的方法制備。
[0005]纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖。一些細(xì)菌如醋酸桿菌也可以產(chǎn)生纖維素，即細(xì)菌纖維素(BC)。BC與植物纖維素具有相同的分子結(jié)構(gòu)，但卻有許多獨(dú)特的性質(zhì)。BC與植物纖維素相比無木質(zhì)素、果膠和半纖維素等伴生產(chǎn)物，具有高結(jié)晶度、高聚合度、超精細(xì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和強(qiáng)持水能力的特點(diǎn)。細(xì)菌纖維素是一種可食用的纖維，一些傳統(tǒng)食品如納塔(Nata)、紅茶菌、椰果等的主要成分就是細(xì)菌纖維素。膳食纖維是人體的第七種營養(yǎng)素，有促進(jìn)腸道蠕動，利于糞便排出等功能。作為一種生物來源的納米纖維，其安全性可以滿足要求食品和醫(yī)藥的要求。
[0006]本發(fā)明利用TEMPO氧化的細(xì)菌纖維素微纖絲作為固體乳化劑，穩(wěn)定Pickering乳液，以滿足食品、化妝品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的要求。
[0007]專利文獻(xiàn)CN103566785A公開了 “一種利用氧化細(xì)菌纖維素制備Pickering乳液的方法”。它利用高碘酸鈉為氧化劑，將細(xì)菌纖維素氧化成雙醛纖維素，并利用它來穩(wěn)定乳液。Pickering乳液的穩(wěn)定效果受顆粒的尺寸、潤濕性和Zeta電位、電荷密度等的影響，本專利在TEMPO介質(zhì)中將纖維素C6位羥基氧化為羧基，降低其尺寸、增加其Zeta電位和電荷密度，制備出的乳液穩(wěn)定性非常好，乳液滴直徑減小。在一定條件下，乳液呈膠凝態(tài)，且具有一定的黏彈性。TEMPO氧化的細(xì)菌纖維素對Fe2+有很強(qiáng)的吸附作用，有助于阻礙油脂氧化，保證食品安全，延長貨架期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于開發(fā)安全的食品和醫(yī)藥用乳劑，采用TEMPO氧化的細(xì)菌纖維素穩(wěn)定Pickering乳液。
[0009]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0010]一種利用TEMPO氧化細(xì)菌纖維素制備的Pickering乳液的方法，將微生物發(fā)酵得到的細(xì)菌纖維素膜在打漿機(jī)中打散，成為細(xì)菌纖維素懸浮液，高壓均質(zhì)后得到細(xì)菌纖維素微纖絲，經(jīng)TEMPO/NaBr/NaC1混合氧化體系于室溫下氧化，經(jīng)離心清洗和透析后，得到TEMPO氧化細(xì)菌纖維素(TOBC)懸浮液，與油相混合乳化即得Pickering乳液。
[0011]而且，所述細(xì)菌為木葡糖醋酸桿菌(Acetobacter xylium)，保藏于中國普通微生物菌種保藏管理中心，保藏編號為CGMCC N0.1.1822。
[0012]而且，所述高壓均質(zhì)的壓力為100?300Bar。
[0013]而且，所述TEMP0/NaBr/NaC10混合氧化體系含0.lmmol/g(按每g絕干BC計)TEMPO 和 lmmol/g NaBr (按每 g 絕干 BC 計)。
[0014]而且，所述TEMPO/NaBr/NaClO混合氧化體系中，氧化劑NaClO的用量為2?10mmol /g 絕干 BC。
[0015]而且，TEMPO氧化時細(xì)菌纖維素懸浮液的固含量為0.5?\w/w%。
[0016]而且，制備乳液時TEMPO氧化細(xì)菌纖維素的用量為1.8?7g/L。
[0017]而且，制備乳液時油水比的范圍為1: 9?1:1。
[0018]而且，在一定條件下，乳液呈膠凝態(tài)，幾乎沒有流動性，經(jīng)輕微晃動可恢復(fù)其流動性。
[0019]而且，固體乳化劑TEMPO氧化細(xì)菌纖維素對Fe2+的吸附率高于95%。
[0020]Pickering乳液在制備食品、化妝品和藥用乳液中的應(yīng)用。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果如下:
[0022]1.本發(fā)明所提供的Tempo氧化細(xì)菌纖維素的方法采用物理與化學(xué)結(jié)合的方法，操作簡單，細(xì)菌纖維素用量少，工藝成本低，所用的細(xì)菌纖維素均從傳統(tǒng)食品如納塔(Nata)、紅茶菌、椰果中提取，來源廣泛，無毒害，作為一種生物來源的納米纖維，細(xì)菌纖維素用于食品、化妝品或醫(yī)藥領(lǐng)域，其安全性可以滿足要求。同時，纖維素作為人體的第七營養(yǎng)素，有促進(jìn)腸道蠕動、利于糞便排出等功能。
[0023]2.本發(fā)明制備的Pickering乳液是用固體顆粒代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化學(xué)乳化劑，固體顆粒在油水界面形成一層薄膜，制得穩(wěn)定的油/水分散相。乳液的穩(wěn)定性強(qiáng)，容易形成膠凝態(tài)的乳液。
[0024]3.本發(fā)明中Pickering乳液提供了堅固的界面層，阻礙了連續(xù)相中的Fe2+與分散相油滴中的自由基結(jié)合。同時Tempo氧化細(xì)菌纖維素對Fe2+還有吸附作用，從而阻礙和延緩了油脂氧化，使得乳液具有良好的抗氧化性，對于保障食品安全、延長食品的貨架期有重要意義。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明不同氧化程度TEMPO氧化細(xì)菌纖維素的掃描電鏡圖像；(a_c:羧基含量分別為0.58，0.76和1.13mmol/g絕干纖維的TEMPO氧化細(xì)菌纖維素，d:BC)
[0026]圖2為本發(fā)明乳液滴粒徑D(3,2)與TEMPO氧化細(xì)菌纖維素的用量和存放時間的關(guān)系;
[0027]圖3為本發(fā)明的乳液滴存放30天時在400倍光學(xué)顯微鏡下觀察到的形貌(TEMPO氧化細(xì)菌纖維素用量:3.5g/L，油水比:1: 1，油相:玉米油)
[0028]圖4為本發(fā)明的乳液存放8個月前后的對比左:制備后存放24h，右:存放8個月(TEMPO氧化細(xì)菌纖維素用量:3.5g/L，油水比:1: 1，油相:液體石蠟)
[0029]圖5為本發(fā)明制備的膠凝狀乳液(TEMPO氧化細(xì)菌纖維素用量:3.5g/L，油水比:
I: I，油相:液體石蠟)
[0030]圖6為本發(fā)明各個儲存時期乳液的儲能模量(G’，空心圖例)和損耗模量(G”，實(shí)心圖例)隨頻率的變化(TEMPO氧化細(xì)菌纖維素用量3.5g/L，油水比:1: 1，油相:液體石蠟)
[0031]具體的實(shí)施方式
[0032]為了理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。下述實(shí)施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實(shí)施例來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0033]—種利用TEMPO氧化細(xì)菌纖維素制備Pickering乳液的方法，利用TEMPO氧化細(xì)菌纖維素靜態(tài)培養(yǎng)細(xì)菌纖維素膜，細(xì)菌纖維素膜經(jīng)搗碎、多次高壓均質(zhì)后得到細(xì)菌纖維素懸浮液。
[0034]具體方法可參照如下步驟:
[0035]1.微生物發(fā)酵生物合成細(xì)菌纖維素水凝膠膜
[0036]將一環(huán)或兩環(huán)活化的木葡糖醋酸桿菌CGMCC N0.1.1822斜面，接入HS種子培養(yǎng)基中，30°C下每分鐘160轉(zhuǎn)振蕩培養(yǎng)24h ;以5?10% (v/v)的接種量接入裝有HS發(fā)酵培養(yǎng)基的容器中，經(jīng)30°C靜置培養(yǎng)4?10天，在氣液界面上形成細(xì)菌纖維素水凝膠膜。
[0037]為除去上述發(fā)酵法制備的細(xì)菌纖維素膜上的培養(yǎng)基和菌體，以流動水浸泡洗滌處理后，再經(jīng)0.lmol/L NaOH溶液浸泡過夜、煮沸20min后，洗滌至中性，浸泡于去離子水中，4°C保存。
[0038]2.TEMPO氧化細(xì)菌纖維素分散液的制備
[0039]①將微生物發(fā)酵得到的細(xì)菌纖維素膜在打漿機(jī)中打散，成為細(xì)菌纖維素懸浮液。
[0040]②將步驟①中得到的懸浮液在高壓均質(zhì)機(jī)中進(jìn)一步分散，操作壓力100?300bar,得到細(xì)菌纖維素微纖絲。
[0041 ] ③將步驟②中得到的細(xì)菌纖維素懸浮液(固含量為5?10g/L)經(jīng)TEMPO/NaBr/NaClO混合氧化體系于室溫下進(jìn)行氧化，TEMPO用量為0.lmmol/g, NaBr為lmmol/g。加入一定量的10% NaClO溶液開始反應(yīng)，通過滴加0.5M NaOH溶液來維持反應(yīng)體系的pH =10±0.5，至不再消耗NaOH溶液時，加入乙醇終止反應(yīng)。得到的氧化產(chǎn)物經(jīng)透析去除小分子和0.lmol/L鹽酸酸化處理，得到TEMPO氧化細(xì)菌纖維素懸浮液。TEMPO氧化細(xì)菌纖維素懸浮液經(jīng)0.1MPa, 120°C濕熱滅菌20min后置于4°C環(huán)境下保存。由電導(dǎo)滴定法測得TEMPO氧化細(xì)菌纖維素懸浮液的羧基含量為0.78?1.52mmol/go
[0042]3.氧化細(xì)菌纖維素Pickering乳液制備
[0043]①細(xì)菌纖維素分散液與油相的混合物在超聲波細(xì)胞破碎儀中混合乳化，得到穩(wěn)定的水包油Pickering乳液。
[0044]②所述油相是乳液制備所處溫度下呈液態(tài)，且不溶于水的油相物質(zhì)，例如液體石蠟、苯乙烯、甲苯、乙酸乙酯、正己烷、正己醇、食用油等。
[0045]為了具體說明上述乳液的制備方法，本發(fā)明提供兩個具體制備實(shí)例，同時提供相應(yīng)實(shí)例制備出的乳液的相關(guān)檢測數(shù)據(jù)。
[0046]實(shí)施案例1:
[0047]以液體石蠟為油相，TEMPO氧化細(xì)菌纖維素懸浮液為水相，油水比為1: 1，通過超聲乳化手段制備了氧化細(xì)菌纖維素(羧基含量0.7mmol/g)濃度為3.5g/L(按單位體積乳液中TEMPO氧化細(xì)菌纖維素的質(zhì)量計算，下同)的乳液。該乳液非常穩(wěn)定，在制備后8個月未出現(xiàn)分層現(xiàn)象，乳液穩(wěn)定性指數(shù)(ESI，由乳液相的高度除以乳液的總高度)均為100%。由激光粒度儀測得制備初期的液滴直徑D(3,2)為8.15 μ m，30天后的液滴直徑D {3>2)為7.59 μ m。在制備初期得到幾乎不具有流動性的乳液，呈現(xiàn)類凝膠態(tài)，隨著靜置時間延長，這種特性逐步增強(qiáng)。若施加一定的剪切力(如輕微晃動)，乳液的流動性可恢復(fù)。
[0048]實(shí)施例2:
[0049]發(fā)酵得到的細(xì)菌纖維素膜和TEMPO氧化細(xì)菌纖維素懸浮液同實(shí)施例1。以玉米油為油相，TEMPO氧化細(xì)菌纖維素懸浮液為水相，油水比為3: 7，通過超聲乳化手段制備了乳液同實(shí)施例1，纖維素含量為4.9g/L。該乳液性質(zhì)穩(wěn)定，在室溫密閉下保存3個月未見明顯破乳現(xiàn)象。由激光粒度儀測得制備初期的液滴直徑D(3,2)為10.83 μ m, 30天后的液滴直徑D0,2)為 10.09 μπι。
[0050]實(shí)施例3:
[0051 ] 發(fā)酵得到的細(xì)菌纖維素膜和TEMPO氧化細(xì)菌纖維素懸浮液同實(shí)施例1。制備TEMPO氧化細(xì)菌纖維素Pickering乳液，其中玉米油與TEMPO氧化細(xì)菌纖維素的體積比分別為
2: 8，氧化細(xì)菌纖維素的濃度為5.6g/L時，將油水混合物在超聲波細(xì)胞破碎儀中分散，制備出穩(wěn)定的水包油型乳液。該乳液性質(zhì)穩(wěn)定，在室溫密閉下保存3個月未見明顯破乳現(xiàn)象。由激光粒度儀測得制備30天時的液滴直徑D(3,2)為5.30 μ m0
[0052]實(shí)施例4:
[0053]在40mL濃度為10mmol/L的Fe2+溶液中加入0.1g絕干TEMPO氧化細(xì)菌纖維素，在4°C搖床內(nèi)接觸反應(yīng)lh，抽濾，用紫外分光光度計測出510nm處濾液的吸光度，求得Fe2+的吸附率為99.29% ;采用上述方法，在45°C時求得Fe2+吸附率為99.38%。
【主權(quán)項】
1.一種利用TEMPO氧化細(xì)菌纖維素制備Pickering乳液的方法，其特征在于:將微生物發(fā)酵后的細(xì)菌纖維素膜取出，將細(xì)菌纖維素膜搗碎、高壓均質(zhì)后得到細(xì)菌纖維素懸浮液，再經(jīng)TEMPO/NaBr/NaClO混合氧化體系于室溫下氧化，經(jīng)離心清洗和透析后，得到TEMPO氧化細(xì)菌纖維素懸浮液，與油相混合乳化即得Pickering乳液。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備Pickering乳液的方法:其特征在于:所述微生物為木醋桿菌(Gluconacetobacter xylinum)，保藏于中國普通微生物菌種保藏管理中心，保藏編號為 CGMCC N0.2955。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備Pickering乳液的方法，其特征在于:所述高壓均質(zhì)的壓力為100?300Bar。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備Pickering乳液的方法，其特征在于:所述TEMPO/NaBr/NaClO混合氧化體系按Ig絕干BC計，含0.lmmol/gTEMPO和Immol/gNaBr。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備Pickering乳液的方法，其特征在于:所述TEMPO/NaBr/NaClO混合氧化體系中，氧化劑NaClO的用量為2?10mmol/g絕干BC。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備Pickering乳液的方法，其特征在于:TEMP0氧化時細(xì)菌纖維素懸浮液的固含量為0.5?lw/w%。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備Pickering乳液的方法，其特征在于:制備乳液時TEMPO氧化細(xì)菌纖維素的用量為1.8?7g/L。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備Pickering乳液的方法，其特征在于:制備乳液時油水比的范圍為1: 9?1:1。9.一種如權(quán)利要求1-8中任一方法制備的Pickering乳液，其特征在于，在一定條件下，乳液呈膠凝態(tài)，幾乎沒有流動性，經(jīng)輕微晃動可恢復(fù)其流動性。10.一種如權(quán)利要求1-8中任一方法制備的Pickering乳液，其特征在于，固體乳化劑TEMPO氧化細(xì)菌纖維素對Fe2+的吸附率高于95%。
【文檔編號】B01F17/00GK106040026SQ201510169013
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年4月9日
【發(fā)明人】賈原媛, 劉洋, 王文華, 楊晨, 付偉, 王曼
【申請人】天津科技大學(xué)