OSG胶束增溶姜黄素在果汁中的热及贮藏稳定性

高丽，刘嘉,2，董楠,2，叶发银，赵国华*

1(西南大学 食品科学学院，重庆,400715)　2 (贵州省马铃薯研究所，贵州 贵阳,550006)　3(重庆市特色食品工程技术研究中心，重庆,400715)



OSG胶束增溶姜黄素在果汁中的热及贮藏稳定性

高丽1，刘嘉1,2，董楠1,2，叶发银2,3，赵国华2,3*

1(西南大学 食品科学学院，重庆,400715)2 (贵州省马铃薯研究所，贵州 贵阳,550006)3(重庆市特色食品工程技术研究中心，重庆,400715)

聚合物胶束是一个良好的疏水性增溶物质及靶向运输平台。研究表明辛烯基琥珀酸-燕麦β-葡聚糖酯(OSG)能够形成壳核结构的胶束，并对脂溶性的姜黄素具有很好的增溶作用。为进一步推动该技术和方法在食品工业中的应用，文中探究了OSG胶束增溶的姜黄素在果汁加工及贮藏过程中的稳定性(或降解情况)。结果表明：添加于果汁体系中的OSG胶束增溶的姜黄素，其稳定性随加热温度的升高而降低 (70～90 ℃)，符合一级动力学方程。在不同果汁体系中的稳定性顺序为：木瓜汁>菠萝汁>哈密瓜汁。添加于果汁体系中的OSG胶束增溶的姜黄素，其冷藏(4 ℃)贮藏稳定性明显高于常温(25 ℃)贮藏稳定性，前者符合零级动力学方程而后者符合一级动力学方程。

热稳定性；储藏稳定性；降解；聚合物胶束；姜黄素；β-葡聚糖

构成人类日常摄入的植物性食品(如水果、蔬菜、茶叶、咖啡、红酒等)中含有大量的植物次级代谢产物，即多酚类化合物[1]。根据代谢吸收方式与在食品体系中的存在形态，可将膳食多酚划分为游离态多酚和结合态多酚。游离态多酚主要在人体小肠中消化吸收，继而发挥功效；而结合态多酚常与膳食纤维等结合从而逃过小肠的消化吸收而在大肠中受微生物发酵而游离[2]。这类多酚在人体肠道仍然可以发挥生理作用[3-5]：(1)为结肠提供更高效的抗氧化环境，从而保护结肠上皮细胞免受氧化应激损伤；(2)被大肠中的菌群代谢产生酚酸等生物活性物质供大肠吸收，同时能优化肠道菌群结构；(3)直接抑制大肠上皮细胞的癌变进程，从而预防结肠疾病的发生；(4)使血液中总抗氧化能力长时间保持高水平，从而预防或减轻体内氧化损伤；(5)抑制结肠中病原微生物的生长。

从结合态多酚中得到启示，如能构建结肠输送体系，持续向肠道输送多酚类物质，将有益于人体肠道健康。姜黄素属于多酚类化合物，是多年生草本植物姜黄的活性成分，具有抑制炎症、抗氧化、降血脂及抗肿瘤等生理作用。前期合成并利用辛烯基琥珀酸燕麦β-葡聚糖酯搭载疏水性多酚姜黄素[6]，通过对辛烯基琥珀酸燕麦β-葡聚糖酯的化学结构以及其与姜黄素作用的环境进行优化，获得了OS-燕麦β-葡聚糖对姜黄素的最大搭载量[7]。本研究主要探讨了荷载姜黄素的OS-燕麦β-葡聚糖在饮料中的应用价值，以期荷载姜黄素的OS-燕麦β-葡聚糖酯最终能在食品工业中得到应用。

1　材料与方法

1.1OSG胶束增溶姜黄素

OSG胶束增溶的姜黄素按照参考文献[6]制备，并且通过优化作用环境，其中姜黄素在OSG溶液中的浓度可达到21.16 μg/mL。

1.2果汁的制备[8]

原料选择(菠萝、哈密瓜和木瓜) → 去皮 → 切分 → 热烫(沸水，30 s) → 冷却 → 打浆[果肉∶蒸馏水=1∶4(g：mL)] → 过滤(4层纱布) → 离心(3 000×g，10 min) → 果胶酶(50 ℃，1 h) → 皂土(50 ℃，30 min) → 灭酶和杀菌(95 ℃，30 min) → 待用。

含OSG胶束增溶的姜黄素的果汁是按照OSG胶束增溶的姜黄素溶液∶果汁=1∶1(体积比)混合制备，并在漩涡混合器混合2 min。选择二者以体积比1∶1混合，是以FAO(2000)[9]对姜黄素的每日推荐摄入量为0.1 mg/kg为基准推算。二者按此比例混合后，果汁中姜黄素浓度约为10 μg/mL。人均每日饮用果汁按500 mL计算，则每日可获得5 mg的姜黄素。这与人体平均质量(50 kg)所需要的摄入量(50 kg× 0.1 mg/kg)相符。

1.3果汁成分测定

可滴定酸含量以0.1 mol/L NaOH滴定计算；pH及糖度测定使用酸度计和糖度计测定，测定3次，并记录数据；Vc测定，按照2,6-二氯酚靛酚滴定法。

1.4OSG胶束增溶的姜黄素在果汁中热稳定性

配制含OSG胶束增溶姜黄素的果汁，装入具塞试管中，分别在70、80和90 ℃下恒温水浴连续加热50 min，分别在10、20、30、40和50 min时取出试管，置于冰水浴中迅速冷却。然后，通过HPLC测定其峰面积，并计算姜黄素降解的速度常数、半衰期(t1/2)和活化能。

1.5OSG胶束增溶的姜黄素在果汁中贮藏稳定性

配制含OSG胶束增溶姜黄素的果汁，装入具塞试管中，于80 ℃处理30 min，分别取适量于具塞塑料管(无顶隙空间)，于4 ℃和25℃下避光放置，分别于1，2，3，4，6，8，12，16，20，28和36 d时取出样品。然后，通过HPLC测定其色谱峰面积，并计算姜黄素降解的速度常数、半衰期和活化能。

1.6姜黄素降解速率常数、半衰期和活化能的计算

1.6.1零级反应动力学参数的计算[10]

零级动力学的降解速率可由公式(1)、(2)、(3)表示：

-d[A]/dt= k[A]m

(1)

At=A0-kt

(2)

t1/2=A0/(2k)

(3)

式中：A是加热后姜黄素的色谱峰面积；A0是初始时刻姜黄素的色谱峰面积；At是一定温度下加热tmin或贮藏t(d)后姜黄素的色谱峰面积；t1/2是姜黄素降解的半衰期；k是降解动力学反应速率常数。

1.6.2 一级反应动力学参数的计算[11]

按下列计算公式可获得一级反应速度常数(k)和半衰期(t1/2)：

ln(A/A0)=k×t

(4)

t1/2=-ln 0.5×k-1

(5)

式中：A0是初始时刻姜黄素含量；At是一定温度下加热tmin或贮藏t(d)后姜黄素含量。姜黄素单体实验中，A0和A分别为初始时刻和加热t后各姜黄素的色谱峰面积。

反应活化能(Ea)计算[公式(6)]：

k=k0exp[-Ea/RT]

(6)

式中：k为热降解速率常数；R为气体常数，为8.314×10-3kJ/(mol·K)；k0为频率常数；T为绝对温度，K。当Arrhenius方程(k=k0exp[-Ea/RT])两边同时取对数时，得lnk=lnk0-Ea/RT，由公式t1/2=-ln0.5×k-1可得不同温度下的热降解反应常数k，根据不同温度下的k值，以lnk对1/T作线性回归，直线的斜率为-Ea/R，截距为lnk0，由直线的斜率即可求出活化能Ea[12-14]。

1.7数据处理

用SPSS 19.0进行数据分析。方差分析，用Tukey’s HSD进行分析，数据以平均值±标准偏差表示。显著性判定标准为P<0.05。

2　结果与分析

2.1果汁的基本参数

如表1所示，不同果汁中糖度、可滴定酸和抗坏血酸含量都存在明显差异。而pH都在3～5之间。进一步将对OSG胶束增溶的姜黄素在3种果汁中的热稳定性及贮藏稳定性进行研究。用以观察果汁中的各种参数与姜黄素热稳定性之间的关系。

表1　三种果汁中参数测定结果

注：同一列带有不同上标字母的数据之间差异显著(P<0.05)。

2.2OSG胶束增溶的姜黄素在果汁中热稳定性

如图1所示，姜黄素在不同果汁中的降解速率存在差异，但是均符合一级动力学方程，如图1、图2所示。姜黄素在木瓜汁和菠萝汁中的降解动力学曲线的斜率低于在哈密瓜汁中的斜率。这说明姜黄素在木瓜汁和菠萝汁中的降解速率较小，而在哈密瓜汁中的降解速率较大。如表1所示，3种果汁的成分存在显著差异，木瓜汁和菠萝汁中的VC含量高，且木瓜汁中也有较高的糖酸比，这可能与姜黄素的高稳定性有关。姜黄素在不同果汁中的热降解动力学有一定差异，如表2所示，姜黄素在木瓜汁和菠萝汁中的活化能较高(41.57 kJ/mol 和35.11 kJ/mol)，相对比较稳定；而其在哈密瓜汁中的活化能最低，为34.9 kJ/mol，说明在哈密瓜汁中姜黄素随温度的变化降解速率最快。

A-菠萝汁；B-哈密瓜汁；C-木瓜汁图1　OSG胶束增溶姜黄素在3种果汁体系中的热稳定性Fig.1　Thermal stability of curcumin solubilized in OSG micelles in various juices

图2　OSG胶束增溶姜黄素在3种果汁体系中热降解的Arrhenius曲线Fig.2　Thermal degradation Arrhenius plot for curcumin solubilized in OSG micelles in various juice over a temperature range of 70～90 ℃

2.3OSG胶束增溶的姜黄素在果汁中贮藏降解动力学

从图3可以看出，贮藏温度显著影响着姜黄素的稳定性。不同贮藏时间下，室温贮藏(25 ℃)姜黄素的保留率低于冷藏(4 ℃)。将姜黄素的保留率转化成贮藏动力学参数，如表3所示。OSG胶束增溶的姜黄素贮藏在4 ℃时，符合零级动力学方程；贮藏在25 ℃时，则符合一级动力学方程。姜黄素在25 ℃时的半衰期(t1/2)均低于4 ℃。同时，可以看出在木瓜果汁中，具有较好的贮藏效果。

表2　OSG胶束增溶姜黄素在3种果汁体系中的热降解动力学参数

A-菠萝汁；B-哈密瓜汁；C-木瓜汁图3　OSG胶束增溶姜黄素在3种果汁体系中的贮藏稳定性(4 ℃和25 ℃)Fig.3　Storage stability of curcumin solubilized in OSG micelles in various juices at 4 ℃ and 25 ℃

3　结论

从加热稳定性和贮藏稳定性来看，不同果汁中姜黄素的降解速率相差较大。其中，木瓜汁和菠萝汁中姜黄素较稳定，而哈密瓜汁最差。姜黄素在木瓜汁和菠萝汁中的活化能较高(41.57 kJ/mol 和35.11 kJ/mol)，而其在哈密瓜汁中的活化能最低，为34.9 kJ/mol。室温下(25 ℃)姜黄素的保留率低于冷藏温度(4 ℃)。OSG胶束增溶的姜黄素贮藏在4 ℃时，姜黄素的降解趋势符合零级动力学方程；贮藏在25 ℃时，则符合一级动力学方程。姜黄素在25 ℃时的半衰期(t1/2)均低于4 ℃。

表3　OSG胶束增溶姜黄素在3种果汁体系中的贮藏降解动力学参数(4 ℃和25 ℃)

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Thermal and storage stability of solubilized curcumin in OSG micelles using in juices

GAO Li1, LIU Jia1,2, DONG Nan1,2, YE Fa-yin2,3, ZHAO Guo-hua2, 3*

1(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China)2(Potato Institute of Guizhou Province, Guiyang 550006, China)3(Chongqing Engineering Research Centre of Regional Foods, Chongqing 400715, China)

Polymeric micelle is a good platform in solubilizing hydrophobic chemicals and delivering to their targets. Our previous research has revealed that octenylsuccinate oat β-glucan (OSG) micelles can form the nuclear-shell structural micelles, which presented an excellent performance in curcumin solubilization. In order to promote the actual application of solubilizing curcumin in OSG micelles in food industry, the work explored the stabilities of curcumin in OSG micelles during the storage and juice processing. The results showed that the thermal stability in juice processing increased with heating temperature (70-90℃). The thermal degradation of curcumin followed the first order kinetics equation. The thermal stability of curcumin solubilized in OSG micelles showed difference in different juices and the order was: pawpaw > pineapple >cantaloupe. Stability of curcumin in juices during the storage is significantly higher at 4 ℃ than that at 25 ℃. Degradation follows zero-order reaction kinetic and first-order reaction kinetic models.

thermal stability; storage stability; degradation; polymeric micelle; curcumin; β-Glucan

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201608013

硕士研究生(赵国华教授为通讯作者，E-mail：zhaoguohua1971@163.com)。

国家自然科学基金面上项目(31371737)；重庆市特色食品工程技术研究中心能力提升项目(cstc2014pt-gc8001)；重庆市自然科学基金项目(cstc2014jcyjA00051)

2015-11-21，改回日期：2016-01-27