OSG膠束增溶姜黃素在果汁中的熱及貯藏穩定性

高麗，劉嘉,2，董楠,2，葉發銀，趙國華*

1(西南大學 食品科學學院，重慶,400715)　2 (貴州省馬鈴薯研究所，貴州 貴陽,550006)　3(重慶市特色食品工程技術研究中心，重慶,400715)

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OSG膠束增溶姜黃素在果汁中的熱及貯藏穩定性

高麗1，劉嘉1,2，董楠1,2，葉發銀2,3，趙國華2,3*

1(西南大學 食品科學學院，重慶,400715)2 (貴州省馬鈴薯研究所，貴州 貴陽,550006)3(重慶市特色食品工程技術研究中心，重慶,400715)

聚合物膠束是一個良好的疏水性增溶物質及靶向運輸平臺。研究表明辛烯基琥珀酸-燕麥β-葡聚糖酯(OSG)能夠形成殼核結構的膠束，并對脂溶性的姜黃素具有很好的增溶作用。為進一步推動該技術和方法在食品工業中的應用，文中探究了OSG膠束增溶的姜黃素在果汁加工及貯藏過程中的穩定性(或降解情況)。結果表明：添加于果汁體系中的OSG膠束增溶的姜黃素，其穩定性隨加熱溫度的升高而降低 (70～90 ℃)，符合一級動力學方程。在不同果汁體系中的穩定性順序為：木瓜汁>菠蘿汁>哈密瓜汁。添加于果汁體系中的OSG膠束增溶的姜黃素，其冷藏(4 ℃)貯藏穩定性明顯高于常溫(25 ℃)貯藏穩定性，前者符合零級動力學方程而后者符合一級動力學方程。

熱穩定性；儲藏穩定性；降解；聚合物膠束；姜黃素；β-葡聚糖

構成人類日常攝入的植物性食品(如水果、蔬菜、茶葉、咖啡、紅酒等)中含有大量的植物次級代謝產物，即多酚類化合物[1]。根據代謝吸收方式與在食品體系中的存在形態，可將膳食多酚劃分為游離態多酚和結合態多酚。游離態多酚主要在人體小腸中消化吸收，繼而發揮功效；而結合態多酚常與膳食纖維等結合從而逃過小腸的消化吸收而在大腸中受微生物發酵而游離[2]。這類多酚在人體腸道仍然可以發揮生理作用[3-5]：(1)為結腸提供更高效的抗氧化環境，從而保護結腸上皮細胞免受氧化應激損傷；(2)被大腸中的菌群代謝產生酚酸等生物活性物質供大腸吸收，同時能優化腸道菌群結構；(3)直接抑制大腸上皮細胞的癌變進程，從而預防結腸疾病的發生；(4)使血液中總抗氧化能力長時間保持高水平，從而預防或減輕體內氧化損傷；(5)抑制結腸中病原微生物的生長。

從結合態多酚中得到啟示，如能構建結腸輸送體系，持續向腸道輸送多酚類物質，將有益于人體腸道健康。姜黃素屬于多酚類化合物，是多年生草本植物姜黃的活性成分，具有抑制炎癥、抗氧化、降血脂及抗腫瘤等生理作用。前期合成并利用辛烯基琥珀酸燕麥β-葡聚糖酯搭載疏水性多酚姜黃素[6]，通過對辛烯基琥珀酸燕麥β-葡聚糖酯的化學結構以及其與姜黃素作用的環境進行優化，獲得了OS-燕麥β-葡聚糖對姜黃素的最大搭載量[7]。本研究主要探討了荷載姜黃素的OS-燕麥β-葡聚糖在飲料中的應用價值，以期荷載姜黃素的OS-燕麥β-葡聚糖酯最終能在食品工業中得到應用。

1　材料與方法

1.1OSG膠束增溶姜黃素

OSG膠束增溶的姜黃素按照參考文獻[6]制備，并且通過優化作用環境，其中姜黃素在OSG溶液中的濃度可達到21.16 μg/mL。

1.2果汁的制備[8]

原料選擇(菠蘿、哈密瓜和木瓜) → 去皮 → 切分 → 熱燙(沸水，30 s) → 冷卻 → 打漿[果肉∶蒸餾水=1∶4(g：mL)] → 過濾(4層紗布) → 離心(3 000×g，10 min) → 果膠酶(50 ℃，1 h) → 皂土(50 ℃，30 min) → 滅酶和殺菌(95 ℃，30 min) → 待用。

含OSG膠束增溶的姜黃素的果汁是按照OSG膠束增溶的姜黃素溶液∶果汁=1∶1(體積比)混合制備，并在漩渦混合器混合2 min。選擇二者以體積比1∶1混合，是以FAO(2000)[9]對姜黃素的每日推薦攝入量為0.1 mg/kg為基準推算。二者按此比例混合后，果汁中姜黃素濃度約為10 μg/mL。人均每日飲用果汁按500 mL計算，則每日可獲得5 mg的姜黃素。這與人體平均質量(50 kg)所需要的攝入量(50 kg× 0.1 mg/kg)相符。

1.3果汁成分測定

可滴定酸含量以0.1 mol/L NaOH滴定計算；pH及糖度測定使用酸度計和糖度計測定，測定3次，并記錄數據；Vc測定，按照2,6-二氯酚靛酚滴定法。

1.4OSG膠束增溶的姜黃素在果汁中熱穩定性

配制含OSG膠束增溶姜黃素的果汁，裝入具塞試管中，分別在70、80和90 ℃下恒溫水浴連續加熱50 min，分別在10、20、30、40和50 min時取出試管，置于冰水浴中迅速冷卻。然后，通過HPLC測定其峰面積，并計算姜黃素降解的速度常數、半衰期(t1/2)和活化能。

1.5OSG膠束增溶的姜黃素在果汁中貯藏穩定性

配制含OSG膠束增溶姜黃素的果汁，裝入具塞試管中，于80 ℃處理30 min，分別取適量于具塞塑料管(無頂隙空間)，于4 ℃和25℃下避光放置，分別于1，2，3，4，6，8，12，16，20，28和36 d時取出樣品。然后，通過HPLC測定其色譜峰面積，并計算姜黃素降解的速度常數、半衰期和活化能。

1.6姜黃素降解速率常數、半衰期和活化能的計算

1.6.1零級反應動力學參數的計算[10]

零級動力學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是加熱后姜黃素的色譜峰面積；A0是初始時刻姜黃素的色譜峰面積；At是一定溫度下加熱tmin或貯藏t(d)后姜黃素的色譜峰面積；t1/2是姜黃素降解的半衰期；k是降解動力學反應速率常數。

1.6.2 一級反應動力學參數的計算[11]

按下列計算公式可獲得一級反應速度常數(k)和半衰期(t1/2)：

ln(A/A0)=k×t

(4)

t1/2=-ln 0.5×k-1

(5)

式中：A0是初始時刻姜黃素含量；At是一定溫度下加熱tmin或貯藏t(d)后姜黃素含量。姜黃素單體實驗中，A0和A分別為初始時刻和加熱t后各姜黃素的色譜峰面積。

反應活化能(Ea)計算[公式(6)]：

k=k0exp[-Ea/RT]

(6)

式中：k為熱降解速率常數；R為氣體常數，為8.314×10-3kJ/(mol·K)；k0為頻率常數；T為絕對溫度，K。當Arrhenius方程(k=k0exp[-Ea/RT])兩邊同時取對數時，得lnk=lnk0-Ea/RT，由公式t1/2=-ln0.5×k-1可得不同溫度下的熱降解反應常數k，根據不同溫度下的k值，以lnk對1/T作線性回歸，直線的斜率為-Ea/R，截距為lnk0，由直線的斜率即可求出活化能Ea[12-14]。

1.7數據處理

用SPSS 19.0進行數據分析。方差分析，用Tukey’s HSD進行分析，數據以平均值±標準偏差表示。顯著性判定標準為P<0.05。

2　結果與分析

2.1果汁的基本參數

如表1所示，不同果汁中糖度、可滴定酸和抗壞血酸含量都存在明顯差異。而pH都在3～5之間。進一步將對OSG膠束增溶的姜黃素在3種果汁中的熱穩定性及貯藏穩定性進行研究。用以觀察果汁中的各種參數與姜黃素熱穩定性之間的關系。

表1　三種果汁中參數測定結果

注：同一列帶有不同上標字母的數據之間差異顯著(P<0.05)。

2.2OSG膠束增溶的姜黃素在果汁中熱穩定性

如圖1所示，姜黃素在不同果汁中的降解速率存在差異，但是均符合一級動力學方程，如圖1、圖2所示。姜黃素在木瓜汁和菠蘿汁中的降解動力學曲線的斜率低于在哈密瓜汁中的斜率。這說明姜黃素在木瓜汁和菠蘿汁中的降解速率較小，而在哈密瓜汁中的降解速率較大。如表1所示，3種果汁的成分存在顯著差異，木瓜汁和菠蘿汁中的VC含量高，且木瓜汁中也有較高的糖酸比，這可能與姜黃素的高穩定性有關。姜黃素在不同果汁中的熱降解動力學有一定差異，如表2所示，姜黃素在木瓜汁和菠蘿汁中的活化能較高(41.57 kJ/mol 和35.11 kJ/mol)，相對比較穩定；而其在哈密瓜汁中的活化能最低，為34.9 kJ/mol，說明在哈密瓜汁中姜黃素隨溫度的變化降解速率最快。

A-菠蘿汁；B-哈密瓜汁；C-木瓜汁圖1　OSG膠束增溶姜黃素在3種果汁體系中的熱穩定性Fig.1　Thermal stability of curcumin solubilized in OSG micelles in various juices

圖2　OSG膠束增溶姜黃素在3種果汁體系中熱降解的Arrhenius曲線Fig.2　Thermal degradation Arrhenius plot for curcumin solubilized in OSG micelles in various juice over a temperature range of 70～90 ℃

2.3OSG膠束增溶的姜黃素在果汁中貯藏降解動力學

從圖3可以看出，貯藏溫度顯著影響著姜黃素的穩定性。不同貯藏時間下，室溫貯藏(25 ℃)姜黃素的保留率低于冷藏(4 ℃)。將姜黃素的保留率轉化成貯藏動力學參數，如表3所示。OSG膠束增溶的姜黃素貯藏在4 ℃時，符合零級動力學方程；貯藏在25 ℃時，則符合一級動力學方程。姜黃素在25 ℃時的半衰期(t1/2)均低于4 ℃。同時，可以看出在木瓜果汁中，具有較好的貯藏效果。

表2　OSG膠束增溶姜黃素在3種果汁體系中的熱降解動力學參數

A-菠蘿汁；B-哈密瓜汁；C-木瓜汁圖3　OSG膠束增溶姜黃素在3種果汁體系中的貯藏穩定性(4 ℃和25 ℃)Fig.3　Storage stability of curcumin solubilized in OSG micelles in various juices at 4 ℃ and 25 ℃

3　結論

從加熱穩定性和貯藏穩定性來看，不同果汁中姜黃素的降解速率相差較大。其中，木瓜汁和菠蘿汁中姜黃素較穩定，而哈密瓜汁最差。姜黃素在木瓜汁和菠蘿汁中的活化能較高(41.57 kJ/mol 和35.11 kJ/mol)，而其在哈密瓜汁中的活化能最低，為34.9 kJ/mol。室溫下(25 ℃)姜黃素的保留率低于冷藏溫度(4 ℃)。OSG膠束增溶的姜黃素貯藏在4 ℃時，姜黃素的降解趨勢符合零級動力學方程；貯藏在25 ℃時，則符合一級動力學方程。姜黃素在25 ℃時的半衰期(t1/2)均低于4 ℃。

表3　OSG膠束增溶姜黃素在3種果汁體系中的貯藏降解動力學參數(4 ℃和25 ℃)

[1]HOOPER L, CASSIDY A. A review of the health care potential of bioactive compounds[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2006, 86(12):1 805-1 813.

[2]VITAGLIONE P, NAPOLITANO A, FOGLIANO V. Cereal dietary fibre:a natural functional components to deliver phenolic compounds into the gut[J]. Trends in Food Science & Technology, 2008, 19(9):451-463.

[4]HAGL S, DEUSSER H, SOYALAN B, et al. Colonic availability of polyphenols andD-(-)-quinic acid after apple smoothie consumption[J]. Molecular Nutrition & Food Research, 2011, 55:368-377.

[5]COATES E M, POPA G, GILL C I R, et al. Colon-available raspberry polyphenols exhibit anti-cancer effects on in vitro models of colon cancer[J]. Journal of Carcinogenesis, 2007, 6:4-16.

[6]LIU J, LI J, MA Y, et al. Synthesis, characterization, and aqueous self-assembly of octenylsuccinate oat β-glucan[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2013, 61:12 683-12 691.

[7]LIU J, CHEN F, TIAN W N, et al. Optimization and characterization of curcumin loaded in octenylsuccinate oat β-glucan micelles with an emphasis on degree of substitution and molecular weight[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2014, 62:7 532-7 540.

[8]WANG W D, XU S Y. Degradation kinetics of anthocyanins in blackberry juice and concentrate[J]. Journal of Food Engineering, 2007, 82(3):271-275.

[9]FAO (2000). Evaluation of certain food additives (pp. 26-27). FAO/WHO Expert Committee Report on Food Additives, WHO Technical Report Series 891, WHO, Geneva.

[10]LABUZA T P, RIBOH D. Theory and application of Arrhenius kinetics to the prediction of nutrient losses in foods[J]. Food Technology, 1982, 30(10):66-74.

[11]VERBYST L, OEY I, VANDER I, et al. Kinetic study on the thermal and pressure degradation of anthcyanins in strawberries[J]. Food Chemistry, 2010, 123(2):269-274.

[12]TURFAN O, TURKYILMAZ M, OZKAN M, et al. Anthcyanin and colour changes during prcessing of pomegranate (PunicagranatumL., cv. Hicaznar) juice from sacs and whole fruit[J]. Food Chemistry, 2011, 129(4):1 644-1 651.

[13]?ZKAN M, KIRCA A, CEMEROGLU B. Effects of hydrogen peroxide on the stability of ascorbic acid during storage in various fruit juices[J]. Food Chemistry, 2004, 88(4):591-597.

[14]?ZKAN M, YEMENIOIOGLU A, CEMEROGLU B. Degradation of various fruit juice anthcyanins by hydrogen peroxide[J]. Food Research International, 2005, 38(8/9):1 015-1 021.

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

碩士研究生(趙國華教授為通訊作者，E-mail：zhaoguohua1971@163.com)。

國家自然科學基金面上項目(31371737)；重慶市特色食品工程技術研究中心能力提升項目(cstc2014pt-gc8001)；重慶市自然科學基金項目(cstc2014jcyjA00051)

2015-11-21，改回日期：2016-01-27