基于雙包被技術(shù)的對光穩(wěn)定性姜黃素乳液制備

黃德金，鐘俊鋒，譚少聰，邱夢輝，敬思群*，李海霞

1. 韶關(guān)學(xué)院英東食品學(xué)院（韶關(guān) 512005）；2. 珠海雅富興源食品工業(yè)有限公司（珠海 519000）

姜黃素（Curcumin，cur）是從姜科植物姜黃根莖中提出的一種天然性多酚類物質(zhì)，具有明亮的黃色，粉末呈橙黃色結(jié)晶狀，亦稱“郁金黃色素”。其著色力強，安全無毒，長期以來作為一種常用的天然色素被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)。近年來的研究表明姜黃素具有抗炎、抗氧化（延緩衰老）、抗腫瘤、抗突變、提高免疫力、修復(fù)腦部損傷、改善老年癡呆等多種藥理作用和保健功能[1-5]，因而使其成為國內(nèi)外研究的熱點，姜黃素可望作為功能性色素應(yīng)用在功能性食品的開發(fā)。然而姜黃素是脂溶性的天然色素，不溶于水，易受堿性環(huán)境、熱處理、光照、金屬離子、酶、氧氣或抗壞血酸等影響而發(fā)生降解，喪失其鮮亮的色澤，尤其是光敏性高，這就限制了姜黃色素在液體食品中（如飲料）產(chǎn)業(yè)化開發(fā)與應(yīng)用。

提高天然色素穩(wěn)定性的方法有添加穩(wěn)定劑[6]、微膠囊化[7-8]、色素分子結(jié)構(gòu)修飾[9-10]、改善天然色素加工儲存條件[11]等。近年來，動態(tài)高壓微射流[12-13]、超高壓[14-15]、脈沖電場[16]等物理改性技術(shù)已經(jīng)成為研究熱點，物理改性[17]擁有作用溫和、不產(chǎn)生有害成分、綠色健康等優(yōu)點。

以吸光度為考察指標(biāo)，分別進行姜黃素抗氧化劑、光敏抑制劑篩選試驗，再以乳清蛋白、琥珀酰單甘酯、卵磷脂為一次包被壁材，經(jīng)動態(tài)高壓微射流均質(zhì)處理獲得單包被姜黃素乳液，最后以多孔淀粉、β-環(huán)糊精為二次包被壁材，經(jīng)高速均質(zhì)分散機乳化得到姜黃素雙包被乳液，從包埋率、離心沉降率、光穩(wěn)定性、顯微拍照四個方面考察雙包被的效果。研究解決了姜黃素在飲料中應(yīng)用時的褪色問題，為產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料試劑與儀器

姜黃素標(biāo)品，純度98%，一級標(biāo)準(zhǔn)品，上海遠慕生物科技有限公司（實驗室采用分光光度法確定姜黃素的最大吸收波長425 nm，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線并得回歸方程Y=0.007 9X+0.050 1，R2=0.998 7，姜黃素質(zhì)量濃度在0～50 μg/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好）；姜黃素樣品，粉末狀，食品級，珠海雅富興源食品工業(yè)有限公司提供，實驗室采用高效液相色譜法分析其純度為37.89%，即姜黃素的含量為378.9 mg/g；單甘酯，食品級，武漢宏信康精細化工有限公司；植酸，BR，上海展云化工有限公司；磷酸鹽緩沖溶液，上海如吉生物科技發(fā)展有限公司；墨魚汁，由珠海雅富興源食品工業(yè)有限公司提供；石斛，由韶關(guān)市石斛研究所提供；檸檬酸、卵磷脂、琥珀酰單甘脂、乳清蛋白、OSA變性淀粉、多孔淀粉、檸檬酸、沒食子酸丙酯（PG）、叔丁基對苯二酚（TBHQ）、乙二胺四乙酸二鈉（EDTA），皆為食品級，市售；乙醇及其他試劑皆為分析純。

HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州越新儀器制造有限公司；1510酶標(biāo)儀，Thermo Fisher Scientific Oy；SHE-3000G全波長多功能酶標(biāo)分析儀，北京賽爾福知心科技有限公司；BSM-220.4電子天平，上海卓精電子科技有限公司；JB-3數(shù)顯恒溫磁力攪拌器，常州榮華儀器制造有限公司；M-110EH-30高壓微射流納米均質(zhì)機，美國MFIC公司；FJ-200高速分散均質(zhì)機，上海標(biāo)本模型廠；CGJB60-70實驗型均質(zhì)機，鄭州玉祥機械設(shè)備有限公司；SPD-16高效液相色譜儀（附紫外-可見檢測器），島津儀器（蘇州）有限公司；Motic EB-38BDI數(shù)碼顯微鏡，德國麥克奧迪公司。

1.2 雙包被姜黃素納米乳液制備工藝流程

1) 油相的制備：稱取0.2 g姜黃素粉末溶于25 mL的95%乙醇，再分別加入10 mL濃度0.1%植酸和0.1%檸檬酸，穩(wěn)定后加入50 mL 0.1%單甘酯溶液中，磁力攪拌至完全溶解，形成油相。

2) 水相的制備：稱取3 g乳化劑乳清蛋白、1.5 g琥珀酰單甘脂、1.5 g卵磷脂，溶解于405 mL的磷酸鹽緩沖溶液（10 mmol/L，pH 7）中，形成水相。

3) 單包被姜黃素乳液制備：將油相緩慢滴加到水相中，經(jīng)高速分散機（20 000 r/min，4 min）乳化得到粗乳液，然后將粗乳液經(jīng)過動態(tài)高壓微射流均質(zhì)機60 MPa循環(huán)4次，獲得單包被的納米姜黃素乳液，冷卻至室溫，放置待用。

4) 雙包被姜黃素乳液制備：以多孔淀粉和β-環(huán)糊精作為壁材（壁材比1∶1），一次包被的姜黃素納米乳液作為芯材，芯壁比10∶1，經(jīng)高速分散機在50 ℃溫度下乳化（20 000 r/min，4 min），得到姜黃素二次包被乳液。

1.3 抗氧化劑篩選

1.3.1 樣液配制

姜黃素母液：稱取0.16 g姜黃素溶于160 mL 95%乙醇中，磁力攪拌至完全溶解，放置4 ℃避光保存待用。

0.3%植酸溶液的配制：精確移取0.3 mL植酸溶液到99.7 mL蒸餾水中，攪拌均勻。同理制備0.1%植酸、0.01%植酸溶液。

3% PG溶液：精確稱取3 g PG溶于10 mL蒸餾水中，攪拌至完全溶解。同理制得0.1% PG，0.01%PG，0.3% TBHQ，0.1% TBHQ和0.01% TBHQ溶液。

1.3.2 抗氧化劑篩選試驗

將姜黃素母液分裝成10份15 mL的樣液，然后在1～9號的樣液分別加入5 mL 0.01%植酸、0.1%植酸、0.3%植酸、0.01% PG、0.1% PG、0.3% PG、0.01%TBHQ、0.1% TBHQ和0.3% TBHQ溶液，空白加入5 mL蒸餾水，振蕩搖勻，室溫放置。每隔24 h在425 nm波長處用酶標(biāo)儀測定吸光度，平行3次取平均值。

1.4 光敏抑制劑篩選

1.4.1 樣液配制

石斛汁：稱取26.8 g石斛溶解于100 mL蒸餾水中，配制成濃度為0.268 g/mL的石斛汁。

0.01 g/mL的墨魚汁：稱取0.5 g墨魚汁溶解于50 mL的蒸餾水中。

EDTA溶液：稱取0.76 g EDTA溶解于100 mL蒸餾水中，配制成濃度為0.02 mol/L的EDTA溶液。

檸檬酸溶液：稱取0.5 g檸檬酸溶解于500 mL蒸餾水中，配制成濃度為0.1%的檸檬酸溶液。

1.4.2 光敏抑制劑篩選試驗

稱取0.3 g姜黃素溶解于300 mL 95%乙醇溶液中，磁力攪拌至完全溶解，按每份10 mL分裝于容量瓶中，每5份為1組，共5組，用4 mol/L HCl和1 mol/L NaOH將這5組的pH分別調(diào)至為3，5，7，9和11，然后用95%乙醇定容至20 mL，再向每組樣液中分別加入5 mL蒸餾水、0.01 g/mL墨魚汁、0.02 mol/L EDTA溶液、0.268 g/mL石斛汁、0.1%檸檬酸溶液，室溫放置。每隔12 h在425 nm波長處用酶標(biāo)儀測定吸光度，平行3次取平均值。

1.5 單包被壁材選擇

姜黃素水相的制備：稱取3 g壁材、1.5 g琥珀酰單甘脂、1.5 g卵磷脂，溶解于450 mL磷酸鹽緩沖溶液（10 mmol/L，pH 7）中，形成水相。壁材分別為3 g乳清蛋白、3 g OSA變性淀粉、1.5 g OSA變性淀粉+1.5 g乳清蛋白粉。按1.2流程分別制備單包被、雙包被姜黃素乳液，單包被時以60 MPa動態(tài)高壓均質(zhì)，以最終包埋率為指標(biāo)，確定合適的壁材。

1.6 分析測定

1.6.1 包埋率測定

取1 mL包被的姜黃素乳液，用95%乙醇稀釋10倍，測定吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算乳液中的姜黃素包埋量，并根據(jù)式（1）計算得到姜黃素的包埋率。

式中：C1為納米乳液中姜黃素的質(zhì)量濃度，mg/mL；C2為初始姜黃素的質(zhì)量濃度，mg/mL。

1.6.2 離心沉降率

離心管稱其質(zhì)量，然后取2份10 mL樣品于離心管中，置于天平的兩側(cè)，對應(yīng)的離心管蓋子也置于天平兩側(cè)上，用膠頭滴管調(diào)節(jié)天平指針到零刻度或在零刻度兩側(cè)旁左右晃動的幅度一樣。將一一對應(yīng)的離心管放到離心機中，以3 000 r/min離心20 min，取出離心管，倒出上清液，倒置靜置5 min，合上蓋子，稱定沉淀物質(zhì)量。離心沉降率按式（2）計算。

式中：A1為離心管的質(zhì)量，g；A2為樣液與離心管總的質(zhì)量，g；A3為沉淀與離心管中的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗氧化劑篩選

由圖1可知，添加0.1%植酸有利于姜黃素溶液對光的穩(wěn)定性。

圖1 抗氧化劑對姜黃素溶液光敏性的影響

2.2 穩(wěn)定劑選擇

從圖2可以看出，0.1%的檸檬酸溶液明顯增強姜黃素對光的穩(wěn)定性，且不受pH的影響。

2.3 確定單包被壁材

由表1可知，單包被時，以乳清蛋白為壁材的包埋率最高，OSA變性淀粉為壁材的離心沉降率最高。

由圖3可知，在動態(tài)高壓微射流壓力60 MPa條件下單包被時，乳清蛋白為壁材的平均半徑為20.76 μm，OSA變性淀粉為壁材的平均半徑為8.20 μm，乳清蛋白+OSA變性淀粉為壁材的平均半徑為6.43 μm，以乳清蛋白為壁材荷載姜黃素的量要比OSA變性淀粉、乳清蛋白+OSA變性淀粉為壁材荷載的多。

圖2 穩(wěn)定劑對姜黃素溶液吸光度影響

表1 不同壁材的包埋率和離心沉降率

圖3 顯微拍照圖（×400）

2.4 雙包被對姜黃素光穩(wěn)定性影響效果分析

2.4.1 包埋率分析

由圖4可知，雙包埋比單包埋的包埋效果要好，其中以O(shè)SA變性淀粉為壁材經(jīng)過40 MPa的動態(tài)高壓微射流均質(zhì)處理的包埋率最高，為98.81%；由圖5可知，雙包埋的離心沉降率顯著高于單包埋，離心沉降率最高的是以乳清蛋白為壁材經(jīng)過120 MPa動態(tài)高壓微射流處理的樣品，為44.19%。

圖4 姜黃素樣品包埋率

圖5 姜黃素樣品離心沉降率

2.4.2 對光貯存穩(wěn)定性觀察

移取1 mL制好的樣液于2 mL離心管中，然后加入1 mL蒸餾水搖勻，置于正常光中每隔24 h觀察一次。由圖6可知，單包被的褪色速度要比雙包被的快，光穩(wěn)定性沒有雙包埋的好，其中以編號7，即以乳清蛋白為壁材的經(jīng)過60 MPa動態(tài)高壓微射流處理的雙包被的對光穩(wěn)定性最強。

綜上，雙包被姜黃素乳液不僅提高了姜黃素對光穩(wěn)定性，而且貯存穩(wěn)定性效果顯著。最佳制備工藝為：選擇單包被時以乳清蛋白為壁材的經(jīng)過60 MPa動態(tài)高壓微射流處理，再經(jīng)多孔淀粉和β-環(huán)糊精二次包被為雙包被姜黃素乳液。

圖6 姜黃素乳液的光貯存穩(wěn)定性

3 結(jié)論

1) 在制備油相時，0.1%植酸作為抗氧化劑、0.1%的檸檬酸溶液作為穩(wěn)定劑，有利于姜黃素溶液對光的穩(wěn)定性。

2) 以乳清蛋白為壁材，其包埋率為71.7%，高于OSA變性淀粉（62.94%）和乳清蛋白+OSA變性淀粉（50.18%）；顯微拍照顯示單包被時，在動態(tài)高壓微射流壓力60 MPa條件下，以乳清蛋白為壁材荷載姜黃素的量要比OSA變性淀粉、乳清蛋白+OSA變性淀粉為壁材的多。

3) 以姜黃素樣品包埋率為考察指標(biāo)，雙包埋比單包埋的包埋效果好，其中以O(shè)SA變性淀粉為壁材經(jīng)過40 MPa的動態(tài)高壓微射流均質(zhì)處理的包埋率最高，包埋率為98.81%；光穩(wěn)定性試驗表明單包被時以乳清蛋白為壁材的經(jīng)過60 MPa動態(tài)高壓微射流處理，再經(jīng)多孔淀粉和β-環(huán)糊精二次包被的姜黃素乳液對光穩(wěn)定性最強。基于試驗?zāi)康模x擇單包被時以乳清蛋白為壁材（乳清蛋白、琥珀酰單甘脂、卵磷脂質(zhì)量比2∶1∶1），經(jīng)60 MPa動態(tài)高壓微射流處理。雙包被時以一次包被的姜黃素納米乳液作為芯材，以多孔淀粉和β-環(huán)糊精作為壁材（壁材比1∶1），芯壁比10∶1，在50 ℃溫度下以10 000 r/min離心5 min，高速分散制得姜黃素二次包被乳液。

研究解決了姜黃素在飲料中應(yīng)用時的褪色問題，為產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供科學(xué)指導(dǎo)。