表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)抗氧化微乳液的制備與表征

王榮鎮,李大偉,張士康,*,金青哲,朱躍進,王興國,汪 輝

(1.中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院,浙江杭州 310016;2.江南大學 食品學院,江蘇無錫 214112;3.浙江省茶資源跨界應用技術重點實驗室,浙江杭州 310016;4.浙江遠圣茶業有限公司,浙江杭州 311121)

表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)抗氧化微乳液的制備與表征

王榮鎮1,2,李大偉1,3,張士康1,3,*,金青哲2,朱躍進1,3,王興國2,汪 輝4

(1.中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院,浙江杭州 310016;2.江南大學 食品學院,江蘇無錫 214112;3.浙江省茶資源跨界應用技術重點實驗室,浙江杭州 310016;4.浙江遠圣茶業有限公司,浙江杭州 311121)

以肉豆蔻酸異丙酯為油相,吐溫80-司盤80復配表面活性劑(HLB為6)為表面活性劑,乙醇為助表面活性劑(Km值為4∶1)制備了油包水型的表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)抗氧化微乳液,并對其穩定性和抗氧化活性進行考察。通過測定電導率鑒別微乳液類型,納米粒度儀測定微乳液的粒徑,考察25 ℃條件下貯藏時間對微乳粒徑的影響,評價微乳液的穩定性。同時,采用氧化穩定儀測定EGCG微乳液在花生油和亞麻籽油中的抗氧化活性。結果表明,微乳液外觀澄清透明,在25 ℃貯藏條件下的穩定性好,放置50 d后微乳液的粒徑變化小,放置期間未出現分層、破乳現象,并且在植物油中表現出較好的抗氧化活性。

EGCG,微乳液,穩定性,抗氧化劑

茶多酚(tea polyphenols,TP)是茶葉中所含有的一類多羥基酚類化合物的總稱,包括兒茶素類(黃烷醇類)、花色苷類、黃酮類、黃酮醇類和酚酸類等。其中兒茶素類化合物為茶多酚的主體成分,約占茶多酚總量的65%～80%,表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)是兒茶素中含量最高的組分,占兒茶素含量的60%[1-2]。因為具有特殊的立體化學結構,EGCG具有非常強的抗氧化活性,不但強于常用的合成抗氧化劑如BHA、BHT和天然抗氧化劑VE、VC、β-胡蘿卜素等,而且與VE、VC等具有較好的協同效應。但由于自身分子結構限制,水溶性好而脂溶性差,這就大大限制了其在油脂體系中的應用和發展[3-4]。

微乳液是一種透明、各向同性、熱力學穩定的體系。通常由油相、水相、表面活性劑及助表面活性劑等構成。微乳液具有毒性小、安全性高、不需特殊設備即可大量生產等優點,因而已被廣泛應用于藥物、化妝品、食品等行業中。非脂溶性的物質可以通過反相微乳液的方法來提高其在油脂中的溶解度[5-7]。傳統的方式是首先將物質溶解于水,然后作為水相添加到微乳液中?？紤]到以上情況,利用反向微乳液來增加EGCG在油脂中的溶解是一個簡單而有效的方法,反相微乳液法不但不會改變EGCG的結構,而且緩釋作用可以進一步增強其抗氧化效果。而以微乳液為EGCG載體的研究報道尚不多見。本研究以肉豆蔻酸異丙酯為油相,span80-tween80為表面活性劑,乙醇為助表面活性劑制備EGCG反相微乳液,以增加其脂溶性,提高其在油脂及高含脂食品等方面的應用。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

EGCG(純度95%) 杭州茶葉研究院;Tween80、Span80、肉豆蔻酸異丙酯、辛癸酸甘油三酯、油酸乙酯均為化學純 國藥集團試劑有限公司;乙醇(分析純) 國藥集團試劑有限公司;水為去離子水;魯花濃香花生油 購自家樂福超市;亞麻籽油(無抗) 金利油脂(蘇州)有限公司。

AL204電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;DF-Ⅱ集熱式磁力加熱攪拌器 上海比朗儀器有限公司;DDS-11A數顯電導率儀 上海雷磁儀器廠;Zetasizer Nano S納米粒度分析儀 馬爾文儀器有限公司;743-Rancimat氧化穩定測定儀 瑞士萬通。

1.2 實驗方法

1.2.1 相圖的繪制 滴定法制備偽三相圖:采用加水滴定表面活性劑,助表面活性劑以及油相的混合物的滴水法來繪制微乳的偽三元相圖。將混合表面活性劑和油相按9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7、2∶8、1∶9(w/w)的9種不同比值在錐形瓶中稱量,滴加去離子水直至溶液由渾濁變為澄清或由澄清變渾濁,記錄轉變點的加水量,分別計算混合表面活性劑、油相和水相在臨界點的質量分數,用Origin8.5繪制微乳的偽三元相圖。

1.2.2 電導率的測定 電導率測定是區分微乳類型的常用方法。通常,在油相/表面活性劑/乙醇/水相的微乳系統中,W/O型微乳中水相作為分散相通過液滴的相互碰撞形成導電鏈,隨著含水量增加導電鏈逐漸增多電導率值迅速上升,在O/W類型中水相作為連續相,隨著含水量增加,微乳逐漸被稀釋造成其電導率值的迅速下降。實驗在25 ℃條件下以肉豆蔻酸異丙酯為油相,span80-tween80(HLB=6)為表面活性劑,以乙醇為助表面活性劑,Km值4∶1的體系中,混合表面活性劑(CSC)和肉豆蔻酸異丙酯(IPM)的比值分別是3∶7、4∶6和5∶5 時,在磁力攪拌作用下,逐滴滴加去離子水,每次滴加后,充分攪拌均勻再讀數,同時記錄滴加去離子水的質量,從而繪制電導率隨水相質量的變化曲線,直至體系混濁。

1.2.3 微乳液粒徑和多分散度的測定 在25 ℃條件下,將樣品稀釋,用馬爾文納米粒度分析儀測定微乳樣品的粒徑大小,測定微乳的平均粒徑大小以及多分散指數(PDI)。

1.2.4 EGCG微乳液對植物油的抗氧化效果 分別按亞麻籽油和花生油重量的0、0.005%、0.01%、0.015%、0.02%的比例添加EGCG微乳液(按EGCG量計),準確稱取5 g配制好的添加EGCG微乳液的植物油置于反應管中,在120 ℃,通氣量20 L/h的條件下,測定油脂的氧化誘導時間。

1.3 數據統計分析

每個實驗至少重復三次,結果取平均數,所有數據繪圖均采用origin8.5處理。

2 結果與分析

2.1 微乳液相圖的繪制

2.1.1 不同HLB值的微乳液相圖 采用肉豆蔻酸異丙酯為油相,乙醇為助乳化劑,Km值為4∶1,在由span80-tween80復配成不同HLB值條件下,繪制偽三相圖,結果如圖1所示,隨著HLB值的增大形成微乳面積出現先增加后減少的趨勢。其中,HLB值=6、7時形成微乳面積相對較大,HLB值為5時,相區面積很小。分析可能是過低HLB值的表面活性劑親水性較弱,不利于表面活性劑和水相之間氫鍵的形成,降低了微乳的載水量從而影響了微乳相區的面積;而過高HLB值由于親油性較弱,不利于在界面層與油相相互滲透形成膠束,從而影響了微乳的形成能力。同時考慮到較低HLB值有利于W/O型微乳的形成,所以選擇HLB=6為制備微乳的最優值。

圖1 Tween80-Span80在不同HLB值下對微乳面積的影響Fig.1 Effect of HLB value on the area ofmicroemulsions for Span80-Tween80注:(A)HLB=5；(B)HLB=6；(C)HLB=7；(D)HLB=8；(E)HLB=9。

2.1.2 不同Km值對微乳區面積的影響 表面活性劑和助表面活性劑之間的比值(Km)是影響微乳相區面積的重要因素。采用肉豆蔻酸異丙酯為油相,乙醇為助乳化劑,span80-tween80(HLB=6)為乳化劑,改變Km值,繪制偽三相圖,考察Km對微乳相區面積的影響。通過圖2可觀察到,表面活性劑和助表面活性劑的比例影響了微乳的形成。微乳相區面積隨著Km值的增加先增大后減小,當Km值為4∶1時,微乳區面積明顯增大,可能原因是Km值達到最佳,助表面活性劑正好完全嵌入表面活性劑中,將表面活性劑的HLB值調整到最優值使其更接近于油相的HLB值從而有利于微乳的形成,進而使得微乳載水量增大,增溶空間增大。

圖2 不同Km對微乳面積的影響Fig.2 Effect of Km value on thearea of microemulsions注:(A)Km=2∶1；(B)Km=3∶1；(C)Km=4∶1；(D)Km=5∶1；(E)Km=6∶1。

2.1.3 不同油相對微乳液面積的影響 以span80-tween80(HLB=6)作為表面活性劑,乙醇作為助表面活性劑,Km值為4∶1,選擇食品研究中比較常見的油相制備微乳,通過對比找出最佳油相。結果見圖3,以肉豆蔻酸異丙酯作為油相可以獲得最大的微乳相區面積,而辛癸酸甘油三酯和油酸乙酯形成的微乳區面積較小,究其原因可能是不同油相的疏水能力之間的差異,導致油與表面活性劑相互滲透形成界面膜的能力不同,進而影響微乳的形成。

圖3 不同油相對微乳面積的影響Fig.3 Effect of oil phase on the area of microemulsions注:(A)OL；(B)GTCC；(C)IPM。

2.2 電導率法鑒別微乳類型

采用電導率儀分別考察CSC和IPM比值為3∶7、4∶6和5∶5時的電導率隨著含水量的變化趨勢。如圖4所示,沿著CSC∶IPM=4∶6的電導率變化曲線,在滴定的最初階段,體系澄清,電導率隨極性相含量增加而快速增加,則該區域為油包水微乳區,在轉折點處體系極性相質量含量為13.6%,之后體系開始渾濁,電導率呈下降趨勢,且出現一個最小值,可能是該區域為液晶相區,當體系離開液晶區進入兩相區時,其電導率呈非線性增加;之后的電導率變化趨勢由于與本實驗關系不大,所以沒有予以考察。通過對微乳電導率的測定可以進一步確定實驗所制備微乳的類型為油包水微乳液,同時,從圖中可以看出,當CSC∶IPM=3∶7時,微乳的電導率增長最為緩慢,且在本實驗條件下電導率沒有達到最大值,而CSC∶IPM=4∶6,CSC∶IPM=5∶5時,電導率都是先增大后減小,說明這兩者在實驗后期已經不是油包水微乳液,相比之下,CSC∶IPM=3∶7時微乳液的載水量最大。

圖4 不同含水量下Span80-Tween80(HLB=6)微乳體系導電率的變化Fig.4 Variation of the electrical conductivity(k)as a functionof water content(g)for Span80-tween80 system

2.3 EGCG的添加對微乳粒徑的影響及穩定性考察

圖5 Span80-Tween80(HLB=6)微乳體系的粒徑和PDI隨時間的變化Fig.5 Effect of storage time on drop size and PDI ofmicroemulsions for Span80-tween80 system

平均粒徑及多分散度是考察微乳液穩定性及粒徑均一性的重要參數。隨著微乳液粒徑的減小,微乳液中分散粒子的相互作用增大,微乳液將更加穩定。由圖可知,新鮮配制(第1天)的空白微乳液(CSC∶IPM=3∶7)粒徑為27.99 nm,多分散指數為0.075。而新配制的兩種不同油乳比,不同質量分數的EGCG微乳的粒徑反而比空白微乳粒徑小,但是多分散指數增大。這是可能是由于EGCG增溶到微乳液液滴球型的內核里,提高了水相的極性,使得其與表面活性劑極性基團之間的吸引力增大,從而導致微乳液粒徑變小。微乳液中加入EGCG后,PDI值增大,且隨EGCG質量濃度的增大而增大,原因是EGCG質量濃度越高,越容易吸附聚集,體系混亂度增加,液滴尺寸向非均勻性發展,多分散指數增大。同時考慮微乳的載水量,粒徑和黏度等指標,最終確定CSC∶IPM=3∶7。

2.4 EGCG微乳液對植物油的抗氧化效果

分別在花生油、亞麻籽油中添加50、100、150、200 μg/L的EGCG微乳(以微乳中EGCG含量計),考察其在植物油中的抗氧化活性,結果如圖6、圖7所示,EGCG微乳在油脂中的抗氧化效果非常明顯,其在花生油中其抗氧化效果稍弱于TBHQ,在花生油和亞麻籽油中其抗氧化效果都明顯優于BHT。

圖6 不同抗氧化劑在花生油中的OSI值Fig.6 Effect of different antioxidantson OSI value of peanut oil

圖7 不同抗氧化劑在亞麻籽油中的OSI值Fig.7 Effect of different antioxidantson OSI value of linseed oil

3 結論

通過三元相圖的方法,考察了span80-tween80不同配比形成的HLB值,油相的選擇,表面活性劑與助表明活性劑的比值(Km值)對微乳相區面積的影響,最終確定HLB值為6,IPM為油相,Km值為4∶1為微乳制備的最佳配比。在室溫條件下的粒徑測定實驗和50 d的常溫儲存實驗證明其具有較好的穩定性,CSC∶IPM=3∶7時,平均粒徑在15 nm左右,PDI值穩定在0.2左右,微乳的載水量相對于CSC∶IPM=2∶8時大,而黏度比CSC∶IPM=4∶6時的小。通過反相微乳液法將EGCG包封于IPM中,較大的提高了EGCG的油溶性,并表現出較強的抗氧化活性,拓寬了EGCG的應用范圍,為其進一步開發和應用打下理論基礎。

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Preparation and characterization of epigallocatechin-3-gallate (EGCG)antioxidant microemulsion

WANG Rong-zhen1,2,LI Da-wei1,3,ZHANG Shi-kang1,3，*,JIN Qing-zhe2,ZHU Yue-jin1,3,WANG Xing-guo2,WANG Hui4

(1.Hangzhou Tea Research Institute,CHINA COOP,Hangzhou 310016,China;2.School of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China;3.Zhejiang key laboratory of transboundary applied technology for tea resources,Hangzhou 310016,China;4.Zhejiang Yuansheng Tea Co. Ltd.,Hangzhou 311121,China)

EGCG water in oil(W/O)antioxidant microemulsion(ME)was prepared by use of isopropyl myristate as oil phase,tween 80 and span 80(HLB 6)as surfactant,ethanol as cosurfactant(Km 4∶1),and its stability and antioxidant activity were studied. The type of ME was identified by measuring the electrical conductivity,and the stability of ME was evaluated through measuring the size of ME and the impact of storage time on the ME size under 25 ℃ condition. The antioxidant activity of ME was measured by Rancimat oxidative stability analyzer in peanut oil and flaxseed oil. The results showed that the appearance of the ME was clear and transparent,the ME size changed little and exhibited good stability when stored at 25 ℃ for 50 d,meanwhile,the ME had strong antioxidant activity in vegetable oil.

EGCG;microemulsion;stability;antioxidants

2014-10-11

王榮鎮(1989-),男,在讀碩士研究生,研究方向:天然抗氧化劑,E-mail:wrz9271@163.com。

*通訊作者:張士康(1965-),男,工學博士,高級工程師,研究方向:長期從事食品資源開發、農副產品加工與流通等研究,E-mail:zsk6510@126.com。

“十二五”國家科技支撐計劃課題(2012BAD36B06);杭州市城鄉區域發展科技支撐專項(20121233F06)。

TS202.3

A

1002-0306(2015)15-0261-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.15.046