姜油樹脂微膠囊穩(wěn)定性及動力學(xué)特性的研究

周令國，肖 琳，祝義偉，馮 璨，鄭連姬，李 智

(重慶食品工業(yè)研究所，重慶400020)

姜油樹脂微膠囊穩(wěn)定性及動力學(xué)特性的研究

周令國，肖 琳，祝義偉，馮 璨，鄭連姬，李 智

(重慶食品工業(yè)研究所，重慶400020)

以姜粉和姜油樹脂為對照、姜辣素保存率為評價指標(biāo)，通過實(shí)驗(yàn)考察了姜油樹脂微膠囊(姜油樹脂/β-環(huán)糊精包合物)在酸、堿、紫外線、高溫、高濕影響下的穩(wěn)定性，并進(jìn)行了動力學(xué)特性(降解速率常數(shù)和半衰期)的初步研究。結(jié)果顯示，pH1和pH11分別處理1d，微膠囊樣品中姜辣素保存率分別為94.5%和70.3%。紫外光處理，微膠囊樣品中姜辣素降解的速率常數(shù)為1.1463，半衰期為44.8d;110℃處理，姜辣素降解速率常數(shù)為2.50，半衰期為20.9d;高濕度(相對濕度92.5%)下，姜辣素降解速率常數(shù)3.12，半衰期為17.3d。與姜粉和姜油樹脂相比，微膠囊對酸、堿、紫外線、高溫、高濕等外界因素有著良好的穩(wěn)定性。

姜油樹脂，姜辣素，微膠囊，穩(wěn)定性，動力學(xué)特性

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

姜油樹脂 鄭州雪麥龍食品香料有限公司生產(chǎn)，系超臨界CO2萃取工藝制備而成;姜粉 上海味好美食品有限公司;分析試劑 均為分析純。

TU-1901雙光束紫外-可見分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 姜油樹脂微膠囊制備方法 姜油樹脂微膠囊(簡稱微膠囊)，采用微膠囊-雙水相技術(shù)從生姜汁中，經(jīng)囊合、均質(zhì)乳化、噴霧干燥制備而成的姜油樹脂-β-環(huán)糊精包合物，制備工藝流程如下:

1.2.2 pH對樣品中姜辣素含量的影響 將姜粉、姜油樹脂、姜油樹脂微膠囊各0.1g分別置于不同pH的溶液中(調(diào)節(jié)pH的酸為鹽酸，堿為氫氧化鈉，均為分析純)處理24h后，分別測定姜辣素含量，并計(jì)算其保存率。

1.2.3 紫外線照射對樣品中姜辣素含量的影響 取適量姜粉、姜油樹脂、姜油樹脂微膠囊置于室溫下，用紫外光(紫外光燈功率為30W，樣品離光源的距離為50cm)照射10d，每天取樣，測定姜辣素含量，并計(jì)算其保存率。

1.2.4 溫度對樣品中姜辣素含量的影響 取姜粉、姜油樹脂、姜油樹脂微膠囊適量，于不同的溫度下處理4h，測定姜辣素含量，并計(jì)算其保存率。

1.2.5 高溫長時間處理對樣品中姜辣素含量的影響

取足夠量姜粉、姜油樹脂、姜油樹脂微膠囊于110℃的溫度下處理，每天取適量樣品，測定姜辣素含量，直至第7d，計(jì)算其保存率。

1.2.6 吸濕性實(shí)驗(yàn) 取足量姜粉、姜油樹脂、姜油樹脂微膠囊分別裝入培養(yǎng)皿中，均勻攤開，置于底部裝有水的干燥器中，密閉，連續(xù)處理10d，期間每天取樣測定水分含量。

1.2.7 高濕度(相對濕度92.5%)對樣品中姜辣素含量的影響 分別精密稱取姜油樹脂微膠囊、姜油樹脂、姜粉各若干份于無色玻璃瓶中，分別于濕度為92.5%(25℃)條件下放置10d，定時取樣測定姜辣素含量，計(jì)算其保存率。

1.2.8 姜辣素檢測方法 按紫外分光光度法(280nm)測定，參見文獻(xiàn)［1］。

1.2.9 水分測定方法 參考GB5009.3食品中水分的測定方法。

1.2.10 姜辣素保存率計(jì)算公式:

式中:C1-處理前姜辣素含量;C2-處理后姜辣素含量。

1.2.11 動力學(xué)參數(shù)(降解速率常數(shù)和半衰期)計(jì)算

采用Excel軟件通過添加趨勢曲線求得回歸分析方程，經(jīng)計(jì)算而得。

2 結(jié)果與分析

2.1 pH對樣品中姜辣素含量的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

從圖1可見，酸和堿處理24h，均導(dǎo)致供試品中姜辣素含量下降。處理后，三種供試品中姜辣素保存率的大小順序?yàn)?微膠囊＞姜粉＞姜油樹脂。

圖1 pH的影響

酸處理后，供試品中姜辣素保存率要大于堿處理后的姜辣素保存率。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，酸堿的影響下，穩(wěn)定性大小的順序?yàn)?微膠囊＞姜粉＞姜油樹脂。微膠囊具有較好的抗酸堿影響的能力，在pH1處理24h，其姜辣素保存率有94.5%;在pH11處理24h，其姜辣素保存率仍有70.3%。

2.2 紫外線照射對樣品中姜辣素含量的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 紫外線的影響

從圖2可見，隨著紫外線處理時間的延長，三種供試品中姜辣素保存率均呈下降趨勢。下降程度大小為:姜油樹脂＞姜粉＞微膠囊。實(shí)驗(yàn)條件下處理10d，微膠囊、姜粉、姜油樹脂供試品中姜辣素保存率分別為94.58%，93.63%和86.52%。比較而言，微膠囊具有較好的抗紫外線作用。

從圖2還可以看出，紫外線照射處理下，姜辣素保存率與處理時間基本呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的姜辣素降解相關(guān)的動力學(xué)數(shù)據(jù)見表1。

在本實(shí)驗(yàn)(紫外線照射)條件下，供試樣品中姜辣素降解的速率常數(shù)大小順序?yàn)?姜油樹脂＞姜粉＞微膠囊。

姜辣素降解半衰期大小順序?yàn)?微膠囊＞姜粉＞姜油樹脂。

在本實(shí)驗(yàn)(紫外線照射)條件下，姜油樹脂樣品中姜辣素降解的速率常數(shù)(2.6443)是微膠囊樣品中姜辣素降解的速率常數(shù)(1.1463)的2.31倍，而姜油樹脂樣品中姜辣素降解半衰期(20.3d)則是微膠囊的(44.8d)的 0.45倍。姜粉的降解速率常數(shù)(1.3566)略高于微膠囊的而其半衰期(37.8d)則低于微膠囊的半衰期?？梢?，姜油樹脂抵御紫外線的能力最弱，而其微囊化后可大大提高抗紫外線的能力。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，用功率為30W紫外光燈，將樣品置離光源的距離為50cm照射10d，微膠囊中姜辣素含量保存率仍有94.58%。β-環(huán)糊精具有良好的保護(hù)姜辣素從而減輕紫外線導(dǎo)致的降解的能力。

2.3 溫度對樣品中姜辣素含量的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 溫度的影響

從圖3可見，隨著溫度的遞次增高，三種供試品中的姜辣素保存率遞次減少，減少程度的大小順序?yàn)?姜油樹脂＞姜粉＞微膠囊。在120℃下處理4h，微膠囊、姜粉、姜油樹脂供試品中姜辣素保存率分別為79.67%，60.67%，46.33%。這表明微囊化后大大提高了姜辣素抵御受熱降解的能力。

2.4 高溫(110℃)長時間處理對樣品中姜辣素含量的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

從圖4可見，在110℃溫度下，隨著處理時間的延長，三種供試品中姜辣素保存率呈下降趨勢，下降程度大小的順序?yàn)?姜油樹脂＞姜粉＞微膠囊，姜油樹脂與姜粉的曲線較為陡斜，而微膠囊的較為平緩。到處理的第7d時，姜油樹脂、姜粉、微膠囊供試品中姜辣素保存率分別為42.55%、50.60%和82.15%。

隨著處理時間的延長，供試品中姜辣素保存率基本呈線性下降趨勢，據(jù)此實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的姜辣素降解的動力學(xué)數(shù)據(jù)見表2。

從表2可見，在110℃下姜粉與姜油樹脂的降解速率常數(shù)比較接近，分別為7.03和7.53，它們分別是微膠囊的(2.50)的2.81倍和3.01倍。而微膠囊的半衰期(20.9d)是姜粉的(8.4d)的2.5倍，是姜油樹脂的(7.3d)的2.9倍。這進(jìn)一步顯示微膠囊化能夠提高姜辣素抗高溫的能力。

圖4 110℃處理的結(jié)果

表2 110℃處理下姜辣素降解的動力學(xué)數(shù)據(jù)

2.5 吸濕性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 吸濕性考察

從圖5可見，隨著處理時間的延長，供試品中水分含量不斷增大，至第8d后趨于平緩。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(處理的第10d)，姜粉、微膠囊、姜油樹脂供試品中水分含量分別為46.4%，27.6%和18.4%。從圖5曲線也可看出，吸濕性大小的順序?yàn)?姜粉＞微膠囊＞姜油樹脂。

2.6 高濕度(相對濕度92.5%)對樣品中姜辣素含量)的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖6。

圖6 高濕度的影響

從圖6可見，高濕度(相對濕度92.5%)下，三種供試品中姜辣素保存率隨著處理時間的延長均呈下降趨勢。在第6d以前，三者下降程度相差不大，6d以后，姜粉中姜辣素保存率下降幅度較大，而微膠囊與姜油樹脂中的姜辣素保存率下降幅度仍保持勻緩的趨勢。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(第10d)，姜粉、姜辣素、微膠囊中姜辣素保存率分別為68.9%，82.2%和85.1%。整個過程中，姜辣素保存率下降幅度大小順序?yàn)?姜粉＞姜油樹脂＞微膠囊，表明微膠囊化可以提高姜辣素抵御高濕度的影響的能力。

從圖6及有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的高濕度處理下姜辣素降解的相關(guān)動力學(xué)數(shù)據(jù)見表3。

表3 高濕度處理下姜辣素降解的動力學(xué)數(shù)據(jù)

從表3可見，在高濕度(相對濕度92.5%)下，姜粉中姜辣素降解速率常數(shù)(6.43)分別是微膠囊(3.12)的2.1倍和姜油樹脂(3.65)的1.8倍，而姜辣素半衰期(9.3d)分別是微膠囊(17.3d)的和姜油樹脂(15.1)的0.5倍和0.6倍，這顯示了微膠囊化能提高姜辣素抵御高濕度影響的能力。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)條件下，以姜辣素保存率為評價指標(biāo)，與姜粉和姜油樹脂相比，微膠囊(姜油樹脂/β-環(huán)糊精包合物)對酸、堿、紫外光、高溫、高濕等外界因素的影響有著良好的穩(wěn)定性，姜油樹脂微囊化后能夠有效提高抵御酸、堿、pH、高溫、高濕等外界因素影響的能力，顯示如下:

pH1處理24h，微膠囊供試品姜辣素保存率有94.5%;pH11處理24h，其姜辣素保存率有70.3%。

紫外光處理10d，微膠囊供試品姜辣素保存率為94.58%。微膠囊樣品中姜辣素降解的速率常數(shù)為1.1463，半衰期為44.8d。

120℃下處理4h，微膠囊供試品中姜辣素保存率為79.67%;110℃處理7d時，微膠囊供試品中姜辣素保存率為82.15%，姜辣素降解速率常數(shù)為2.50，半衰期為20.9d。

高濕度(相對濕度92.5%)下，微膠囊供試品中姜辣素保存率為85.1%，姜辣素降解速率常數(shù)3.12，半衰期為17.3d。

4 討論

酸、堿、紫外線、高溫、高濕等外界過激影響因素，容易導(dǎo)致食品中有用成分發(fā)生劣變，從而引起產(chǎn)品質(zhì)量下降或變質(zhì)，即發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。姜粉、姜油樹脂和姜油樹脂微膠囊是生姜加工深度依次增大的生姜加工制品，廣泛應(yīng)用于調(diào)味品、保健品和醫(yī)藥等方面。姜油樹脂微膠囊是近年來姜深加工方面研究的熱點(diǎn)［1-8］。在制備工藝日趨成熟、研究不斷完善的情況下，產(chǎn)品的質(zhì)量特性和貯藏保質(zhì)等方面的研究顯得更加迫切和重要。而在酸、堿、紫外線、高溫、高濕等外界偏激因素影響下，產(chǎn)品的穩(wěn)定性考察并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行有關(guān)動力學(xué)特性(如目標(biāo)物降解速率常數(shù)和半衰期)的研究，無疑是產(chǎn)品質(zhì)量控制、貯藏保質(zhì)措施和下游產(chǎn)品研究開發(fā)等方面最需要了解的關(guān)鍵問題。本實(shí)驗(yàn)對此進(jìn)行了探索性研究。本實(shí)驗(yàn)用的微膠囊僅是β-環(huán)糊精包合物，尚未涉及其它壁材和制備方式制備的姜油樹脂微膠囊，動力學(xué)參數(shù)僅根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)走向趨勢從簡單線性回歸等方面研究了降解速率常數(shù)和半衰期。多種外界因素的綜合作用、其它動力學(xué)參數(shù)等的研究尚未進(jìn)行。所以，該類實(shí)驗(yàn)研究尚還有待深入和進(jìn)一步擴(kuò)展。期望同行們關(guān)注此類問題，并開展更加深入、完善的研究。

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Study on the stability and the dynamics characteristic of ginger oleoresins microencapsulation

ZHOU Ling-guo，XIAO Lin，ZHU Yi-wei，F(xiàn)ENG Can，ZHENG Lian-ji，LI Zhi
(Chongqing Food Technology Institute，Chongqing 400020，China)

Taking ginger powder and the ginger oleoresins as contrast，conservancy rate of gingerols as the index，the stability and dynamics characteristic(resolving velocity constant and the half-life)of ginger oleoresins microencapsulation(Gingeroleoresin/β-CD inclusion)was investigated under sourly，the alkali，ultraviolet ray，heat，high humidity(RH 92.5%)influence.The results showed the pH1 and pH11 handled a day respectively，conservancy rate of gingerols distinguished to 94.5%and 70.3%in the microencapsulation sample.Ultraviolet ray processing，resolving velocity constant of gingerols in the microencapsulation sample was 1.1463，the half-life was 44.8 days.110℃ processings，resolving velocity constant of gingerols was 2.50，the half-life was 20.9 days.High degree of humidity(92.5%of relative humidity)bottom，resolving velocity constant of gingerols was 3.12，the halflife was17.3 days.Thatcompared with the gingerpowderand gingeroleoresins，gingeroleoresins microencapsulation had the good stability to sour，the alkali，ultraviolet ray，heat，high humidity etc.

ginger oleoresins;gingerols;microencapsulation;stability;dynamics characteristic

TS201.2

A

1002-0306(2011)11-0160-04

姜油樹脂是從生姜中提取制備的比較粘稠的半流體物質(zhì)。它既含有少量精油的揮發(fā)性成分，也含有精油不具備的非揮發(fā)性的脂肪成分［1］，其中含精油30%～40%，特殊辣味物質(zhì)(即姜辣素)姜酮、姜醇、姜烯、樟烯酚、龍腦、檸檬醛和氨油醚等，包含了生姜中幾乎全部的香味、口味成分和功效成分［1-2］。直接使用姜油樹脂常遇到溶解性差、分散不均和增加原物料的含水率等問題。姜油樹脂微膠囊則是采用微膠囊技術(shù)改變姜油樹脂的狀態(tài)，使其成為固體粉末狀產(chǎn)品并賦予其具有保護(hù)作用的壁材。通過β-環(huán)糊精的包埋作用，將姜油樹脂轉(zhuǎn)變成微膠囊，比較有效地解決了溶解性、分散性、使用方便性、便于運(yùn)輸?shù)葐栴}。在外界不良環(huán)境因素的影響下，姜油樹脂微膠囊的穩(wěn)定性及動力學(xué)特性(降解速率常數(shù)和半衰期)不但是評價其性能是否優(yōu)越的問題，而且是微膠囊產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)其工業(yè)化、商品化必須要掌握的問題。本文以酸堿、紫外光、高溫、高濕等作為處理因子，姜辣素保存率為評價指標(biāo)，進(jìn)行了姜油樹脂微膠囊(姜油樹脂/β-環(huán)糊精包合物)的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，為便于比較分析，同時做了同等實(shí)驗(yàn)條件下姜粉、姜油樹脂的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)考察。并在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，作了動力學(xué)特性的初步分析。

2010-11-24

周令國(1957-)，男，學(xué)士，高級工程師，研究方向:食品工業(yè)高新技術(shù)的應(yīng)用。

重慶市科技計(jì)劃攻關(guān)項(xiàng)目(CSTC，2009AB1060)。