表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)抗氧化微乳液的制備與表征

王榮鎮(zhèn),李大偉,張士康,*,金青哲,朱躍進(jìn),王興國,汪 輝

(1.中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院,浙江杭州 310016;2.江南大學(xué) 食品學(xué)院,江蘇無錫 214112;3.浙江省茶資源跨界應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江杭州 310016;4.浙江遠(yuǎn)圣茶業(yè)有限公司,浙江杭州 311121)

表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)抗氧化微乳液的制備與表征

王榮鎮(zhèn)1,2,李大偉1,3,張士康1,3,*,金青哲2,朱躍進(jìn)1,3,王興國2,汪 輝4

(1.中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院,浙江杭州 310016;2.江南大學(xué) 食品學(xué)院,江蘇無錫 214112;3.浙江省茶資源跨界應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江杭州 310016;4.浙江遠(yuǎn)圣茶業(yè)有限公司,浙江杭州 311121)

以肉豆蔻酸異丙酯為油相,吐溫80-司盤80復(fù)配表面活性劑(HLB為6)為表面活性劑,乙醇為助表面活性劑(Km值為4∶1)制備了油包水型的表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)抗氧化微乳液,并對其穩(wěn)定性和抗氧化活性進(jìn)行考察。通過測定電導(dǎo)率鑒別微乳液類型,納米粒度儀測定微乳液的粒徑,考察25 ℃條件下貯藏時(shí)間對微乳粒徑的影響,評價(jià)微乳液的穩(wěn)定性。同時(shí),采用氧化穩(wěn)定儀測定EGCG微乳液在花生油和亞麻籽油中的抗氧化活性。結(jié)果表明,微乳液外觀澄清透明,在25 ℃貯藏條件下的穩(wěn)定性好,放置50 d后微乳液的粒徑變化小,放置期間未出現(xiàn)分層、破乳現(xiàn)象,并且在植物油中表現(xiàn)出較好的抗氧化活性。

EGCG,微乳液,穩(wěn)定性,抗氧化劑

茶多酚(tea polyphenols,TP)是茶葉中所含有的一類多羥基酚類化合物的總稱,包括兒茶素類(黃烷醇類)、花色苷類、黃酮類、黃酮醇類和酚酸類等。其中兒茶素類化合物為茶多酚的主體成分,約占茶多酚總量的65%～80%,表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)是兒茶素中含量最高的組分,占兒茶素含量的60%[1-2]。因?yàn)榫哂刑厥獾牧Ⅲw化學(xué)結(jié)構(gòu),EGCG具有非常強(qiáng)的抗氧化活性,不但強(qiáng)于常用的合成抗氧化劑如BHA、BHT和天然抗氧化劑VE、VC、β-胡蘿卜素等,而且與VE、VC等具有較好的協(xié)同效應(yīng)。但由于自身分子結(jié)構(gòu)限制,水溶性好而脂溶性差,這就大大限制了其在油脂體系中的應(yīng)用和發(fā)展[3-4]。

微乳液是一種透明、各向同性、熱力學(xué)穩(wěn)定的體系。通常由油相、水相、表面活性劑及助表面活性劑等構(gòu)成。微乳液具有毒性小、安全性高、不需特殊設(shè)備即可大量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),因而已被廣泛應(yīng)用于藥物、化妝品、食品等行業(yè)中。非脂溶性的物質(zhì)可以通過反相微乳液的方法來提高其在油脂中的溶解度[5-7]。傳統(tǒng)的方式是首先將物質(zhì)溶解于水,然后作為水相添加到微乳液中?？紤]到以上情況,利用反向微乳液來增加EGCG在油脂中的溶解是一個(gè)簡單而有效的方法,反相微乳液法不但不會(huì)改變EGCG的結(jié)構(gòu),而且緩釋作用可以進(jìn)一步增強(qiáng)其抗氧化效果。而以微乳液為EGCG載體的研究報(bào)道尚不多見。本研究以肉豆蔻酸異丙酯為油相,span80-tween80為表面活性劑,乙醇為助表面活性劑制備EGCG反相微乳液,以增加其脂溶性,提高其在油脂及高含脂食品等方面的應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

EGCG(純度95%) 杭州茶葉研究院;Tween80、Span80、肉豆蔻酸異丙酯、辛癸酸甘油三酯、油酸乙酯均為化學(xué)純 國藥集團(tuán)試劑有限公司;乙醇(分析純) 國藥集團(tuán)試劑有限公司;水為去離子水;魯花濃香花生油 購自家樂福超市;亞麻籽油(無抗) 金利油脂(蘇州)有限公司。

AL204電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;DF-Ⅱ集熱式磁力加熱攪拌器 上海比朗儀器有限公司;DDS-11A數(shù)顯電導(dǎo)率儀 上海雷磁儀器廠;Zetasizer Nano S納米粒度分析儀 馬爾文儀器有限公司;743-Rancimat氧化穩(wěn)定測定儀 瑞士萬通。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 相圖的繪制 滴定法制備偽三相圖:采用加水滴定表面活性劑,助表面活性劑以及油相的混合物的滴水法來繪制微乳的偽三元相圖。將混合表面活性劑和油相按9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7、2∶8、1∶9(w/w)的9種不同比值在錐形瓶中稱量,滴加去離子水直至溶液由渾濁變?yōu)槌吻寤蛴沙吻遄儨啙?記錄轉(zhuǎn)變點(diǎn)的加水量,分別計(jì)算混合表面活性劑、油相和水相在臨界點(diǎn)的質(zhì)量分?jǐn)?shù),用Origin8.5繪制微乳的偽三元相圖。

1.2.2 電導(dǎo)率的測定 電導(dǎo)率測定是區(qū)分微乳類型的常用方法。通常,在油相/表面活性劑/乙醇/水相的微乳系統(tǒng)中,W/O型微乳中水相作為分散相通過液滴的相互碰撞形成導(dǎo)電鏈,隨著含水量增加導(dǎo)電鏈逐漸增多電導(dǎo)率值迅速上升,在O/W類型中水相作為連續(xù)相,隨著含水量增加,微乳逐漸被稀釋造成其電導(dǎo)率值的迅速下降。實(shí)驗(yàn)在25 ℃條件下以肉豆蔻酸異丙酯為油相,span80-tween80(HLB=6)為表面活性劑,以乙醇為助表面活性劑,Km值4∶1的體系中,混合表面活性劑(CSC)和肉豆蔻酸異丙酯(IPM)的比值分別是3∶7、4∶6和5∶5 時(shí),在磁力攪拌作用下,逐滴滴加去離子水,每次滴加后,充分?jǐn)嚢杈鶆蛟僮x數(shù),同時(shí)記錄滴加去離子水的質(zhì)量,從而繪制電導(dǎo)率隨水相質(zhì)量的變化曲線,直至體系混濁。

1.2.3 微乳液粒徑和多分散度的測定 在25 ℃條件下,將樣品稀釋,用馬爾文納米粒度分析儀測定微乳樣品的粒徑大小,測定微乳的平均粒徑大小以及多分散指數(shù)(PDI)。

1.2.4 EGCG微乳液對植物油的抗氧化效果 分別按亞麻籽油和花生油重量的0、0.005%、0.01%、0.015%、0.02%的比例添加EGCG微乳液(按EGCG量計(jì)),準(zhǔn)確稱取5 g配制好的添加EGCG微乳液的植物油置于反應(yīng)管中,在120 ℃,通氣量20 L/h的條件下,測定油脂的氧化誘導(dǎo)時(shí)間。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

每個(gè)實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)三次,結(jié)果取平均數(shù),所有數(shù)據(jù)繪圖均采用origin8.5處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 微乳液相圖的繪制

2.1.1 不同HLB值的微乳液相圖 采用肉豆蔻酸異丙酯為油相,乙醇為助乳化劑,Km值為4∶1,在由span80-tween80復(fù)配成不同HLB值條件下,繪制偽三相圖,結(jié)果如圖1所示,隨著HLB值的增大形成微乳面積出現(xiàn)先增加后減少的趨勢。其中,HLB值=6、7時(shí)形成微乳面積相對較大,HLB值為5時(shí),相區(qū)面積很小。分析可能是過低HLB值的表面活性劑親水性較弱,不利于表面活性劑和水相之間氫鍵的形成,降低了微乳的載水量從而影響了微乳相區(qū)的面積;而過高HLB值由于親油性較弱,不利于在界面層與油相相互滲透形成膠束,從而影響了微乳的形成能力。同時(shí)考慮到較低HLB值有利于W/O型微乳的形成,所以選擇HLB=6為制備微乳的最優(yōu)值。

圖1 Tween80-Span80在不同HLB值下對微乳面積的影響Fig.1 Effect of HLB value on the area ofmicroemulsions for Span80-Tween80注:(A)HLB=5；(B)HLB=6；(C)HLB=7；(D)HLB=8；(E)HLB=9。

2.1.2 不同Km值對微乳區(qū)面積的影響 表面活性劑和助表面活性劑之間的比值(Km)是影響微乳相區(qū)面積的重要因素。采用肉豆蔻酸異丙酯為油相,乙醇為助乳化劑,span80-tween80(HLB=6)為乳化劑,改變Km值,繪制偽三相圖,考察Km對微乳相區(qū)面積的影響。通過圖2可觀察到,表面活性劑和助表面活性劑的比例影響了微乳的形成。微乳相區(qū)面積隨著Km值的增加先增大后減小,當(dāng)Km值為4∶1時(shí),微乳區(qū)面積明顯增大,可能原因是Km值達(dá)到最佳,助表面活性劑正好完全嵌入表面活性劑中,將表面活性劑的HLB值調(diào)整到最優(yōu)值使其更接近于油相的HLB值從而有利于微乳的形成,進(jìn)而使得微乳載水量增大,增溶空間增大。

圖2 不同Km對微乳面積的影響Fig.2 Effect of Km value on thearea of microemulsions注:(A)Km=2∶1；(B)Km=3∶1；(C)Km=4∶1；(D)Km=5∶1；(E)Km=6∶1。

2.1.3 不同油相對微乳液面積的影響 以span80-tween80(HLB=6)作為表面活性劑,乙醇作為助表面活性劑,Km值為4∶1,選擇食品研究中比較常見的油相制備微乳,通過對比找出最佳油相。結(jié)果見圖3,以肉豆蔻酸異丙酯作為油相可以獲得最大的微乳相區(qū)面積,而辛癸酸甘油三酯和油酸乙酯形成的微乳區(qū)面積較小,究其原因可能是不同油相的疏水能力之間的差異,導(dǎo)致油與表面活性劑相互滲透形成界面膜的能力不同,進(jìn)而影響微乳的形成。

圖3 不同油相對微乳面積的影響Fig.3 Effect of oil phase on the area of microemulsions注:(A)OL；(B)GTCC；(C)IPM。

2.2 電導(dǎo)率法鑒別微乳類型

采用電導(dǎo)率儀分別考察CSC和IPM比值為3∶7、4∶6和5∶5時(shí)的電導(dǎo)率隨著含水量的變化趨勢。如圖4所示,沿著CSC∶IPM=4∶6的電導(dǎo)率變化曲線,在滴定的最初階段,體系澄清,電導(dǎo)率隨極性相含量增加而快速增加,則該區(qū)域?yàn)橛桶⑷閰^(qū),在轉(zhuǎn)折點(diǎn)處體系極性相質(zhì)量含量為13.6%,之后體系開始渾濁,電導(dǎo)率呈下降趨勢,且出現(xiàn)一個(gè)最小值,可能是該區(qū)域?yàn)橐壕鄥^(qū),當(dāng)體系離開液晶區(qū)進(jìn)入兩相區(qū)時(shí),其電導(dǎo)率呈非線性增加;之后的電導(dǎo)率變化趨勢由于與本實(shí)驗(yàn)關(guān)系不大,所以沒有予以考察。通過對微乳電導(dǎo)率的測定可以進(jìn)一步確定實(shí)驗(yàn)所制備微乳的類型為油包水微乳液,同時(shí),從圖中可以看出,當(dāng)CSC∶IPM=3∶7時(shí),微乳的電導(dǎo)率增長最為緩慢,且在本實(shí)驗(yàn)條件下電導(dǎo)率沒有達(dá)到最大值,而CSC∶IPM=4∶6,CSC∶IPM=5∶5時(shí),電導(dǎo)率都是先增大后減小,說明這兩者在實(shí)驗(yàn)后期已經(jīng)不是油包水微乳液,相比之下,CSC∶IPM=3∶7時(shí)微乳液的載水量最大。

圖4 不同含水量下Span80-Tween80(HLB=6)微乳體系導(dǎo)電率的變化Fig.4 Variation of the electrical conductivity(k)as a functionof water content(g)for Span80-tween80 system

2.3 EGCG的添加對微乳粒徑的影響及穩(wěn)定性考察

圖5 Span80-Tween80(HLB=6)微乳體系的粒徑和PDI隨時(shí)間的變化Fig.5 Effect of storage time on drop size and PDI ofmicroemulsions for Span80-tween80 system

平均粒徑及多分散度是考察微乳液穩(wěn)定性及粒徑均一性的重要參數(shù)。隨著微乳液粒徑的減小,微乳液中分散粒子的相互作用增大,微乳液將更加穩(wěn)定。由圖可知,新鮮配制(第1天)的空白微乳液(CSC∶IPM=3∶7)粒徑為27.99 nm,多分散指數(shù)為0.075。而新配制的兩種不同油乳比,不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的EGCG微乳的粒徑反而比空白微乳粒徑小,但是多分散指數(shù)增大。這是可能是由于EGCG增溶到微乳液液滴球型的內(nèi)核里,提高了水相的極性,使得其與表面活性劑極性基團(tuán)之間的吸引力增大,從而導(dǎo)致微乳液粒徑變小。微乳液中加入EGCG后,PDI值增大,且隨EGCG質(zhì)量濃度的增大而增大,原因是EGCG質(zhì)量濃度越高,越容易吸附聚集,體系混亂度增加,液滴尺寸向非均勻性發(fā)展,多分散指數(shù)增大。同時(shí)考慮微乳的載水量,粒徑和黏度等指標(biāo),最終確定CSC∶IPM=3∶7。

2.4 EGCG微乳液對植物油的抗氧化效果

分別在花生油、亞麻籽油中添加50、100、150、200 μg/L的EGCG微乳(以微乳中EGCG含量計(jì)),考察其在植物油中的抗氧化活性,結(jié)果如圖6、圖7所示,EGCG微乳在油脂中的抗氧化效果非常明顯,其在花生油中其抗氧化效果稍弱于TBHQ,在花生油和亞麻籽油中其抗氧化效果都明顯優(yōu)于BHT。

圖6 不同抗氧化劑在花生油中的OSI值Fig.6 Effect of different antioxidantson OSI value of peanut oil

圖7 不同抗氧化劑在亞麻籽油中的OSI值Fig.7 Effect of different antioxidantson OSI value of linseed oil

3 結(jié)論

通過三元相圖的方法,考察了span80-tween80不同配比形成的HLB值,油相的選擇,表面活性劑與助表明活性劑的比值(Km值)對微乳相區(qū)面積的影響,最終確定HLB值為6,IPM為油相,Km值為4∶1為微乳制備的最佳配比。在室溫條件下的粒徑測定實(shí)驗(yàn)和50 d的常溫儲(chǔ)存實(shí)驗(yàn)證明其具有較好的穩(wěn)定性,CSC∶IPM=3∶7時(shí),平均粒徑在15 nm左右,PDI值穩(wěn)定在0.2左右,微乳的載水量相對于CSC∶IPM=2∶8時(shí)大,而黏度比CSC∶IPM=4∶6時(shí)的小。通過反相微乳液法將EGCG包封于IPM中,較大的提高了EGCG的油溶性,并表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗氧化活性,拓寬了EGCG的應(yīng)用范圍,為其進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用打下理論基礎(chǔ)。

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Preparation and characterization of epigallocatechin-3-gallate (EGCG)antioxidant microemulsion

WANG Rong-zhen1,2,LI Da-wei1,3,ZHANG Shi-kang1,3，*,JIN Qing-zhe2,ZHU Yue-jin1,3,WANG Xing-guo2,WANG Hui4

(1.Hangzhou Tea Research Institute,CHINA COOP,Hangzhou 310016,China;2.School of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China;3.Zhejiang key laboratory of transboundary applied technology for tea resources,Hangzhou 310016,China;4.Zhejiang Yuansheng Tea Co. Ltd.,Hangzhou 311121,China)

EGCG water in oil(W/O)antioxidant microemulsion(ME)was prepared by use of isopropyl myristate as oil phase,tween 80 and span 80(HLB 6)as surfactant,ethanol as cosurfactant(Km 4∶1),and its stability and antioxidant activity were studied. The type of ME was identified by measuring the electrical conductivity,and the stability of ME was evaluated through measuring the size of ME and the impact of storage time on the ME size under 25 ℃ condition. The antioxidant activity of ME was measured by Rancimat oxidative stability analyzer in peanut oil and flaxseed oil. The results showed that the appearance of the ME was clear and transparent,the ME size changed little and exhibited good stability when stored at 25 ℃ for 50 d,meanwhile,the ME had strong antioxidant activity in vegetable oil.

EGCG;microemulsion;stability;antioxidants

2014-10-11

王榮鎮(zhèn)(1989-),男,在讀碩士研究生,研究方向:天然抗氧化劑,E-mail:wrz9271@163.com。

*通訊作者:張士康(1965-),男,工學(xué)博士,高級工程師,研究方向:長期從事食品資源開發(fā)、農(nóng)副產(chǎn)品加工與流通等研究,E-mail:zsk6510@126.com。

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃課題(2012BAD36B06);杭州市城鄉(xiāng)區(qū)域發(fā)展科技支撐專項(xiàng)(20121233F06)。

TS202.3

A

1002-0306(2015)15-0261-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.15.046