啤酒花α-酸包合物的制备及抗氧化能力研究

王 薪,高瑞苑,张海容

(忻州师范学院生化分析技术研究所，山西 忻州 034000)

科研与开发

啤酒花α-酸包合物的制备及抗氧化能力研究

王 薪,高瑞苑,张海容*

(忻州师范学院生化分析技术研究所，山西 忻州 034000)

啤酒花α-酸性质极不稳定，容易变质，产生异味。从啤酒花浸膏中提取α-酸，用β-CD与α-酸进行分子包合，利用它的空腔对光、热和氧气有强的屏蔽效应，制成α-酸/β-CD包合物。通过紫外，红外光谱手段及差热分析以及不同浓度氧化剂(H2O2)对α-酸/β-环糊精包合物性质的分析。结果表明包合物改变了α-酸的理化性质，提高其稳定性，对改进啤酒工业产品质量有重要的参考价值。

啤酒花浸膏;α-酸;β-环糊精;包合物；光谱分析

啤酒花学名蛇麻(Lumpulus L ),又名Hop,酒花[1]，是一种具有特殊芳香味的植物,是啤酒酿造中必不可少的原料之一,1079年德国人首先在酿制啤酒时添加了酒花，它的加入使啤酒在饮用时具有一种奇妙莫名清爽芬芳的苦味和香味,被誉为“啤酒的灵魂”[2]。啤酒花主要成分为酒花树脂中α-酸[3]，其不仅使啤酒具有独特爽快的苦味,还影响香气和风味,被认为是酮的衍生物,但其性质活泼,如光，热，氧气与pH都会影响α-酸性质，使它易被氧化或还原[4]。β-环糊精 (简称β-CD) 是由 7个葡萄糖单元经1,4-糖苷键结合而成的低聚物[5]，具有“内亲脂、外亲水”的立体双亲性孔腔结构，对性质适宜结构匹配的客体分子具有选择性包合作用。文献报道[6]李志平等用黄连素和β-环糊精进行微胶囊化制得β-CD/黄连素包合物为超微囊结构，发现药物分子与β-环糊精制成包合物后，不仅能掩盖药物的不良气味与味道，减少药物副作用和刺激性，而且大大改善了药物的稳定性，改变药物的物理状态、增加药物溶解度和溶出度，促进药物经皮吸收。本文用类似的方法，通过α-酸与β-CD形成包合物-CD，可以避免光、热和氧气对啤酒花有效成分的分解作用，对改进啤酒工业产品质量有重要的应用前景。同时β-CD是淀粉发酵产物-CD，作为酿造啤酒时向其中添加所需"风味"保持剂，无毒无害。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

AB204-N电子分析天平(上海美特斯-托利多仪器有限公司)；RE-2000B旋转蒸发器(上海亚荣生化仪器厂);85-2型恒温磁力搅拌器(上海司乐仪器);KQ-400DB型数控超声波清洗器(昆山市超声仪器);UV-1800紫外分光光度计(岛津制作所);FTIR8400红外光谱仪(日本岛津公司); HCT-2差热分析仪(北京恒久科学仪器厂);β-CD(国药集团化学试剂有限公司);啤酒花浸膏(甘肃天工生物科技有限公司)；其余试剂均为分析纯,所用水为二次蒸馏水。

1.2 实验方法

1.2.1 α-酸的提取[7]

称取5g的啤酒花浸膏置于烧杯中，把5mL 5%的NaOH溶液稀释到20mL，加入烧杯中，于恒温磁力搅拌器上，温度控制在55℃左右，滴加5%的NaOH溶液，使其pH值在8.5～9.0之间，然后停止滴加，继续搅拌1h，室温下静置6h，然后再常温下用普通漏斗过滤，用6mol的盐酸将滤液酸化，控制pH值<2，再用甲苯将析出的α-酸萃取出来，用分液漏斗分开，在旋转蒸发器上蒸发，得到α-酸,称量，备用。

1.2．2 α-酸/β-CD包合物的制备

根据预实验及相关参考文献，采用饱和水溶液法制备。精密称取0.567gβ-CD于烧杯中，加蒸馏水并用玻璃棒搅拌至全部溶解，将其转移到50mL容量瓶中，并用蒸馏水定容，配制成0.01mol/L的β-CD溶液，备用。精密称取0.305gα-酸精油于烧杯中，加无水乙醇并用玻璃棒搅拌至全部溶解，将其转移到100mL容量瓶中，并用无水乙醇定容，配制成0.01mol/L的溶液，备用。将配制好的0.01mol/Lβ-CD溶液转移到250mL的锥形瓶中，将磁子放入，放到恒温磁力搅拌器上，温度控制到30℃左右，取75mL的0.01mol/L的α-酸少量多次滴入锥形瓶中，持续时间为30min。将其冷藏，在旋转蒸发器上蒸发，得到α-酸/β-CD包合物，干燥4h，即得白色粉末包合物。

1.2.3 差热分析法(DTA)

β-CD和包合物均在同样条件下进行差热分析.仪器参数是:氧化铝坩埚;气氛:静态空气;样品量:5mg左右;走低速率:300mm/h;升温程序:25℃,然后以20℃/min升至350℃。

1.2.4 红外光谱(IR)

KBr 压片法。取β-CD,包合物与溴化钾分别进行压片，用FTIR8400于4000-400 cm-1范围内扫描。

1.2.5 不同浓度氧化剂(H2O2)对α-酸 及其包合物抗氧化能力测定

用二次水做参比溶液，在波长200～400nm范围内，扫描浓度为20μg/mL的α-酸和浓度为54μg/mL的包合物与不同质量分数H2O2分别混合后在不同时间段的紫外吸收光谱。

2 结果与讨论

2.1 α-酸与包合物的紫外吸收光谱

从图1可知，α-酸在238nm处有最大的吸收峰,而包合物在328nm处吸光度最大，且前者吸光度较后者强，原因是α-酸被包合后，进入了β-CD疏水空腔，而β-CD由于在水中溶解度限制,降低了吸光度。此外,由图1易知,包合物的最佳吸收波长相对于α-酸红移，这可能是因为α-酸和β-CD分子间相互作用的结果。

图1 α-酸与包合物的紫外吸收光谱

2.2 β-CD与包合物差热分析

图2 β-CD与包合物差热分析图谱

结果如图2. 在β-CD 的差热分析图谱中,85℃时开始失去结晶水，出现吸收峰，在106.5℃达最大峰高。而β-CD/α-酸包合物则发生明显改变，因为α-酸中含有低沸点的挥发性成分，出峰时间提前至65℃，在85℃时最大，热熵值减小，说明β-CD笼内6个水的脱水峰已消失,分子结构尺寸与β-CD空腔很匹配的α-酸完全占据了笼内空间,笼内已无结晶水,生成了新的构象。β-CD和α-酸包合物的晶体结构分析也证明了这一点。

2.3 红外光谱

图3 β-CD与β-CD/α-酸包合物红外光谱

结果如图3。α-酸与β-CD形成包合物后，光谱图有如下变化：1300 cm-1-1000 cm-1处为β-CD的1，4 - 糖苷键伸缩振动，未发生变化； 2300 cm-1附近产生一个新的吸收峰，这种变化可能是由于α-酸中C=O与β-CD作用所致。另外，3227 cm-1峰形由宽变窄，这可能是-OH受不同程度的氢键影响所致，表明主客体之间形成超分子体系，β-CD与α-酸分子间的作用力是范德华作用力，佐证了包合物的形成。

2.4 α-酸及其包合物抗氧化能力测定

为了对比α-酸及其包合物的抗氧化能力， 实验选择采用不同质量分数氧化剂H2O2与α-酸及其包合物作用，测定结果见表1，表2。

表1 α-酸与不同质量分数H2O2 抗氧化能力测定

表2 α-酸/β-CD包合物与不同质量分数H2O2抗氧化能力测定

对比表1,2可知, 当H2O2质量分数为0.3%时，随着时间推移，α-酸的吸光度从0.58降到0.53,明显减小，说明α-酸单独存在时稳定性差；包合物的吸光度很稳定，一直保持在0.15(表2)，说明包合物的抗氧化能力强于α-酸；当时间为40min时，随着H2O2质量分数的增加，α-酸的吸光度逐渐减小，从0.54降到0.50，变化明显，说明α-酸抗氧化能力弱；同样在40min时，α-酸包合物的吸光度基本稳定在0.16，说明α-酸形成包合物后抗氧化能力优于α-酸。

[1] 赵素华,刘奎访,刘 是,等.新疆啤酒花新品种阜北-1的成分分析比较[JJ].西北植物学报,2000,20(6):1110-1113.

[2] Hermans-Lokkerbol A C J, Hoek A C, Verpoorte R. An improved NMR method for the quantification of alpha-acids in hops and hop products[J].Phytochemical Analysis, 2001, 12: 53-57.

[3] Benite J L, Forster A, Kevkeleive D. Hops and hop products[J]. Ferment, 2003, 3(1):21-26.

[4] 夏 璐.啤酒花浸膏中有效成分的分离纯化及表征[D].南京：南京理工大学，2010.

[5] Betzel C, Saenger W. Circular and flip-flop hydrogen gonding in β-CD undecahydrated a neutron diffraction study[J]. J Am chem soc,1984,106:7545-7557.

[6] 李志平，欧阳玉祝，章爱华,等.黄连素β-环糊精包合物的制备及抑菌实验研究[J].精细化工中间体，2003,33(6)：46-48.

[7] 刘启民,马连清，宋春影.一种生产四氢异构化α-酸的方法:CN, 1743301[P].2006-03-08.

(本文文献格式：王 薪,高瑞苑,张海容.啤酒花α-酸包合物的制备及抗氧化能力研究 [J].山东化工，2016，45(12)：1-3.)

Preparation and the Antioxidant Capacity Research of α-acids in Hops Inclusion Compound

Wang Xin, Gao Ruiyuan, Zhang Hairong

(Lab of Biochemical Analysis, Xinzhou Teachers University, Xinzhou 034000, China)

The α-acids in hops are unstable, easy go bad, and produce unhappy smell. The inclusion compound was prepared with α-acids extracted from hops and β-CD, and β-CD cavity for light, heat and oxygen have strong shielding effect. Inclusion compound of α-acids/β-CD and its property are characterized by UV, IR spectra, differential thermal analysis, the antioxidant capacity are determined with a different concentration of oxidizer (H2O2). The results shown that the inclusion compound changed physical and chemical properties of α-acids, improved its stability, had important reference value to raise product quality of the beer industry.

Hops extracts; α-acids; β-cyclodextrin; inclusion compound; spectral analysis

2016-04-21

忻州师范学院大学生科技创新项目(院政字2014-93)、忻州师范学院重点学科建设项目资助计划(xk201402)、忻州师范学院应用化学创新实践基地(2013-31)资助

王 薪(1992—)，忻州师范学院2012级本科生，研究方向：天然植物分离及分析；通讯作者：张海容(1957—)，教授，研究方向：天然植物分离及分析。

O631

A

1008-021X(2016)12-0001-03