GA-zein復(fù)合納米粒子運(yùn)載姜黃色素體系的制備與特性

傅玉穎 李可馨 王 美 沈亞麗 陳國(guó)文 李 欣

(1.浙江工商大學(xué)食品與生物工程學(xué)院， 杭州 310018; 2.浙江工商大學(xué)杭州商學(xué)院， 杭州 310015)

GA-zein復(fù)合納米粒子運(yùn)載姜黃色素體系的制備與特性

傅玉穎1,2李可馨1王 美1沈亞麗1陳國(guó)文1李 欣1

(1.浙江工商大學(xué)食品與生物工程學(xué)院， 杭州 310018; 2.浙江工商大學(xué)杭州商學(xué)院， 杭州 310015)

利用玉米醇溶蛋白(zein)納米粒子的運(yùn)載功能，以阿拉伯膠(GA)為穩(wěn)定劑，通過(guò)測(cè)定納米粒子的平均粒徑、zeta電位、吸光度等參數(shù)，研究GA-zein核殼結(jié)構(gòu)對(duì)姜黃色素(Curcumin，cur)包埋率影響并探討姜黃色素包埋后存在的形態(tài)。研究結(jié)果表明：zein在低質(zhì)量濃度下形成均勻、分散的球狀納米粒子，隨著zein質(zhì)量濃度的增加，納米粒子發(fā)生聚集、粘連、熔融等變形效果；當(dāng)阿拉伯膠作為穩(wěn)定劑，且添加量為0.3 g時(shí)，GA-zein-cur分散體系最穩(wěn)定；姜黃色素與zein質(zhì)量比為1∶10時(shí)，GA-zein-cur納米粒子最穩(wěn)定，包埋率高達(dá)95.90%，形成了均一、穩(wěn)定、透明度高的姜黃色素水溶液。

玉米醇溶蛋白； 姜黃素； 阿拉伯膠； 納米粒子； 包埋

引言

封裝技術(shù)是將活性成分包埋在某種材料[1-6]中，以提高活性成分的水溶性及生物利用率、阻止活性成分因不穩(wěn)定因素而降解的方法。封裝技術(shù)被廣泛應(yīng)用于食品、化妝品和制藥等行業(yè)，具有良好的應(yīng)用前景。在諸多的包埋運(yùn)載系統(tǒng)中，納米粒子是重要的形式之一。對(duì)于食品工業(yè)而言，發(fā)展一種食品級(jí)的納米粒子是非常必要的。

玉米醇溶蛋白(zein)是從玉米中提取的一類醇溶性蛋白質(zhì)，可以不同程度地溶解于40%～90%乙醇與水的混合體系[7]。zein表面疏水性氨基酸殘基超過(guò)50%，具有兩親性[8]，在外界環(huán)境的誘導(dǎo)下，可以發(fā)生自組裝，形成具有包埋運(yùn)載功能的納米粒子[9-10]。

玉米醇溶蛋白(zein)可以自組裝形成納米粒子，但在其等電點(diǎn)附近(6.2)[11]粒子的疏水性強(qiáng)、靜電作用力弱，易發(fā)生聚集、沉淀，對(duì)其應(yīng)用造成了極大限制。關(guān)于解決zein粒子在等電點(diǎn)附近穩(wěn)定性問(wèn)題方面的研究已有一些報(bào)道[12-19]。阿拉伯膠(GA)是具有蛋白質(zhì)骨架的高分子多糖，溶解度高、粘度低，在很大的pH值范圍內(nèi)均可以很好地穩(wěn)定酪蛋白酸鈉和牛乳蛋白。

姜黃色素(Curcumin，cur)是從姜黃根莖中提出的一種天然性多酚類物質(zhì)，可作為著色劑廣泛用于飲料、糕點(diǎn)、冰淇淋等食品中，是最有開(kāi)發(fā)價(jià)值的天然食用黃色素之一；此外，與合成的添加劑相比，姜黃色素還具有更廣泛的生物活性。但姜黃色素在水中的溶解度很低，僅為11 ng/mL，生物利用率低，影響其生物功效，不利于其在水溶性食品中的應(yīng)用；而且在中性、堿性條件以及光照下會(huì)快速降解，喪失其鮮亮的色澤，因此可以利用封裝技術(shù)對(duì)姜黃色素包埋以提高其活性成分的水溶性及生物利用率，阻止活性成分因各種外在因素造成的化學(xué)或生物降解，屏蔽異味并改善物質(zhì)的風(fēng)味，還可以控制活性成分特定環(huán)境下的釋放速度。

本文利用zein納米粒子的運(yùn)載功能，以阿拉伯膠作為穩(wěn)定劑，采用反溶劑沉淀技術(shù)，通過(guò)測(cè)定分散體系的平均粒徑、zeta電位、吸光度、包埋率等指標(biāo)，考察zein納米粒子對(duì)姜黃素色的包埋效率，并探討姜黃色素包埋后存在的形態(tài)；探討不同濃度玉米醇溶蛋白對(duì)zein微球、zein-cur粒徑、粒子表面電荷的影響；通過(guò)掃描電鏡觀察粒子的表面形態(tài)；以阿拉伯膠、桃膠、果膠、酪蛋白酸鈉、吐溫80為穩(wěn)定劑，研究穩(wěn)定劑的類型和添加量對(duì)zein-cur粒子的穩(wěn)定性影響；研究GA-zein核殼結(jié)構(gòu)對(duì)姜黃色素的包埋率，通過(guò)X射線衍射法和差示量熱掃描法(DSC)分析檢驗(yàn)姜黃色素被包埋后的存在形式。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

姜黃色素(98%)，河南省中大生物有限公司；玉米醇溶蛋白，梯希愛(ài)(上海)化成工業(yè)發(fā)展有限公司；阿拉伯膠(食品級(jí))， 阿拉丁試劑(上海)有限公司；無(wú)水乙醇、溴化鉀(分析純)、氫氧化鈉，天津市永大化學(xué)試劑有限公司；鹽酸，杭州市化學(xué)試劑有限公司；去離子水，實(shí)驗(yàn)室自制。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 zein質(zhì)量濃度對(duì)zein-cur粒子的影響

稱取適量玉米醇溶蛋白(100～800 mg/mL)或其與姜黃色素合適比例的混合物溶解于100 mL乙醇水溶液(乙醇與去離子水質(zhì)量比80∶20)，室溫下1 000 r/min密封攪拌1 h，攪拌同時(shí)快速加入250 mL去離子水。分散液用真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠)于35℃除去有機(jī)溶劑后用真空冷凍干燥機(jī)(北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)于-50℃真空條件下冷干24 h獲得固體粉末，備用。

1.2.2 穩(wěn)定劑的篩選

zein-cur粒子在中性環(huán)境中表面電荷低，范德華引力弱，易發(fā)生聚集、沉淀的現(xiàn)象，因此考慮通過(guò)調(diào)節(jié)膠體粒子間的相互作用來(lái)提高zein-cur粒子的穩(wěn)定性。主要有3種途徑：將兩親性蛋白質(zhì)吸附在膠體粒子的表面，如酪蛋白酸鈉；添加小分子的表面活性劑，通過(guò)小分子表面活性劑與納米粒子作用可以減小納米粒子的疏水性和增強(qiáng)空間位阻效應(yīng)，如吐溫20、吐溫80[12-13]；膠體粒子與水溶性多糖結(jié)合，如果膠、桃膠等。因此，改變zein-cur粒子表面電荷可以增強(qiáng)粒子間靜電作用和空間位阻效應(yīng)。

將不同種類適量穩(wěn)定劑(阿拉伯膠、果膠、桃膠、酪蛋白酸鈉、吐溫80)溶解在250 mL的去離子水中，作為反溶劑快速加入到溶有200 mg玉米醇溶蛋白、10 mg姜黃色素的80%乙醇水溶液中，具體制備方法見(jiàn)1.2.1節(jié)。

1.2.3 阿拉伯膠(GA)對(duì)zein-cur復(fù)合離子穩(wěn)定性的影響

以不同質(zhì)量的阿拉伯膠作穩(wěn)定劑，制備GA-zein-cur分散體系，具體方法見(jiàn)1.2.2節(jié)。

1.2.4 不同cur與zein比例對(duì)包埋率的影響

將不同比例的zein和姜黃色素溶解于100 mL的80%乙醇水溶液，以0.3 g阿拉伯膠為穩(wěn)定劑，制備GA-zein-cur分散體系，具體方法見(jiàn)1.2.2節(jié)。

1.2.5 粒徑、zete電位的測(cè)定

利用Malvern Zetasizer Nano ZS型激光粒度儀(英國(guó)馬爾文公司)測(cè)定上述分散體的平均粒徑和zeta電位，激光粒度儀通過(guò)動(dòng)態(tài)光散射顆粒得到粒徑分布，再采用表面積加權(quán)平均值D[3,2]和體積加權(quán)平均值D[4,3]估算出平均粒徑。為避免多重光散射造成的誤差，需將溶液稀釋10倍后測(cè)定。

(1)

(2)

式中di(i=1,2,…)——顆粒直徑

儀器參數(shù)設(shè)定：材料折射率為1.590；分散介質(zhì)，水，25℃，折射率1.330；平衡2 min，平行測(cè)定3次。

1.2.6 吸光度的測(cè)定

在室溫(20℃)條件下，將制備的分散體系稀釋10倍，用UV1800型紫外/可見(jiàn)分光光度計(jì)(上海美譜達(dá)儀器有限公司)測(cè)定分散體系425 nm時(shí)的吸光度，平行測(cè)定3次。

1.2.7 包埋率的測(cè)定

取2份10 mg zein-cur粉末樣品分別溶于100 mL體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇水溶液和乙酸乙酯，于10 000 r/min離心10 min。紫外分光光度計(jì)測(cè)量上清液在425 nm的吸光度。分別根據(jù)姜黃色素的乙醇水溶液、乙酸乙酯標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出樣品中姜黃色素的總質(zhì)量(m1)和游離的姜黃色素質(zhì)量(m2)。包埋率計(jì)算公式為

(3)

式中M——樣品中姜黃色素的總加入質(zhì)量

標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備方法如下：

圖1 zein納米粒子、zein-cur粒子的平均粒徑和zeta電位Fig.1 Zein nanoparticles, zein-cur average particle size and zeta potential of particles

1.2.8 微觀結(jié)構(gòu)

ZEISSSUPRATM55型掃描電鏡(卡爾·蔡司股份公司)儀器參數(shù)設(shè)置：分辨率為0.8～1.6nm，放大倍數(shù)12～1 000 000，加速電壓0.02～30kV。

1.2.9X射線衍射分析

BrukerD2-phaser型X射線衍射儀(德國(guó)布魯克公司)掃描記錄樣品的衍射線。儀器設(shè)置參數(shù)：采用銅靶Cukα線，功率為3 000W，掃描范圍6°～40°，速度為6(°)/min。

1.2.10 差示掃描量熱儀(DSC)分析

精確稱取2～4mg原材料(阿拉伯膠、玉米醇溶蛋白、姜黃色素)、玉米醇溶蛋白與姜黃色素的混合物以及zein-cur固體粉末樣品。儀器參數(shù)設(shè)置：加熱速率10℃/min，加熱溫度范圍40～200℃,保護(hù)氣為氮?dú)狻?/p>

1.2.11 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果取平均值。采用Origin8.0軟件制圖，Excel處理數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 zein質(zhì)量濃度對(duì)zein-cur粒子的影響

利用反溶劑沉淀技術(shù)研究不同質(zhì)量濃度zein對(duì)zein納米粒子、載荷了姜黃色素的zein-cur納米粒子的平均粒徑和表面電荷的影響。如圖1所示，隨著zein濃度的增加，zein納米粒子、zein-cur粒子的粒徑均逐漸增大。在低質(zhì)量濃度下zein形成微球[20]，隨著質(zhì)量濃度增加，納米粒子將發(fā)生變粘連、融化變形，甚至形成粗糙的蛋白膜。圖2驗(yàn)證了此現(xiàn)象，圖2a、圖2d中的zein納米粒子、zein-cur粒子呈現(xiàn)均勻分散、圓潤(rùn)的球狀。當(dāng)zein質(zhì)量濃度增加，圖2c、圖2f中的zein納米粒子、zein-cur粒子表面變得粗糙，粒子間發(fā)生了聚集、粘連、熔融等變形現(xiàn)象。由于姜黃色素與zein中豐富的脯氨酸殘基以氫鍵或共價(jià)鍵作用形成zein-cur粒子，故相同質(zhì)量濃度下zein-cur復(fù)合粒子的粒徑均小于zein納米粒子。

圖2 納米粒子的微觀結(jié)構(gòu)Fig.2 Microstructures of nanoparticles

zein納米粒子、zein-cur粒子的zeta電位的絕對(duì)值均小于30mV，粒子之間相互排斥力弱，分散體系易發(fā)生聚集、沉淀等不穩(wěn)定現(xiàn)象。且因zein的等電點(diǎn)為6.23，zein-cur粒子在中性環(huán)境下不穩(wěn)定，易引起粒子大量聚集、沉淀。為了阻止聚集現(xiàn)象發(fā)生，需選擇合適的穩(wěn)定劑吸附在zein-cur粒子的表面，使其穩(wěn)定不受外部環(huán)境的影響。

2.2 穩(wěn)定劑種類對(duì)zein-cur粒子穩(wěn)定性的影響

以阿拉伯膠(GA)、酪蛋白酸鈉(Nacas)、吐溫80(T80)、果膠(Pectin)和桃膠(PP)作為穩(wěn)定劑制備zein-cur分散液，調(diào)pH值至6，靜置24h，測(cè)定zein-cur分散體系粒徑、zeta電位等，考察不同穩(wěn)定劑對(duì)zein-cur納米粒子的穩(wěn)定效率。從表1可以看出，zein-cur納米粒子由于沒(méi)有穩(wěn)定劑保護(hù)而分散在水溶液中，測(cè)定時(shí)粒子已大量聚集沉淀。而不同種類穩(wěn)定劑的添加均能增強(qiáng)粒子間的靜電作用力，為不斷做布朗運(yùn)動(dòng)的粒子增加空間位阻效應(yīng)，增加zein-cur納米粒子的zeta電位。

表1 不同種類穩(wěn)定劑對(duì)zein-cur粒子的穩(wěn)定效率
Tab.1 Stabilizing efficiency of zein-cur particle with different types of stabilizers

穩(wěn)定劑種類平均粒徑/nm分散系數(shù)zeta電位/mV吸光度無(wú)2344±96.160.482±0.2670.81±0.107GA87.06±0.39510.210±0.010-34.2±3.570.769±0.14Nacas103.2±1.0970.112±0.005-32.4±0.6560.932±0.07T80269.8±22.910.207±0.018-10.2±0.2191.338±0.42Pectin353.4±9.9220.422±0.081-48.8±1.421.133±0.24PP497.2±6.0710.582±0.085-48.1±2.581.915±0.37

圖3 不同種類穩(wěn)定劑制備的新鮮zein-cur分散體系Fig.3 Fresh zein-cur dispersion with different typesof stabilizers

T80將zein-cur納米粒子加載于自身形成的膠束內(nèi)，產(chǎn)生了較強(qiáng)的靜電作用力，克服zein表面暴露的非極性基團(tuán)產(chǎn)生的強(qiáng)疏水吸引力。但此刻zein-cur納米粒子zeta電位的絕對(duì)值小于30 mV，粒子發(fā)生緩慢的聚集、沉降。酪蛋白酸鈉作為兩親性蛋白質(zhì)，通過(guò)疏水作用吸附在zein-cur粒子上，親水部分為zein-cur納米粒子提供了靜電和空間排斥力，使粒子穩(wěn)定。zein-cur粒子與陰離子多糖都帶有一定的電荷，兩分子上的不同片段或側(cè)鏈相互作用產(chǎn)生了共價(jià)作用力和空間排阻的效應(yīng)。阿拉伯膠、酪蛋白酸鈉、桃膠、果膠穩(wěn)定zein-cur納米粒子的zeta電位帶負(fù)電荷，均小于-30 mV，分散液具有良好的穩(wěn)定性，如圖3所示。桃膠、果膠作為穩(wěn)定劑時(shí)，粒徑過(guò)大，分散體系的透明度過(guò)差，不能形成均一、透明的水溶性姜黃色素。阿拉伯膠具有良好水溶性，粘度小于其他多糖，不會(huì)造成zein-cur分散體系的粘度增加，形成的水溶性姜黃色素溶液吸光度小、顏色均勻透明。

2.3 阿拉伯膠添加量對(duì)zein-cur粒子穩(wěn)定性的影響

阿拉伯膠添加量對(duì)zein-cur分散體系的穩(wěn)定性有顯著影響。將適量阿拉伯膠(0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4 g)溶解在反溶劑中，制備阿拉伯膠穩(wěn)定的GA-zein-cur復(fù)合納米粒子體系并測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。

阿拉伯膠是由88%的阿拉伯半乳聚糖(AG)、2%糖蛋白(GP)和20%阿拉伯半乳聚糖蛋白混合物(AGP)構(gòu)成的一種帶陰離子的多糖蛋白結(jié)合物。雖然所含糖蛋白的比重不大，但它對(duì)阿拉伯膠的乳化性起著決定作用[2]。阿拉伯膠可以通過(guò)其豐富的蛋白骨架與油相的疏水性作用吸附在油相的表面，形成共軛的高分子聚合物，增溶分散到連續(xù)水相中，通過(guò)靜電斥力和空間相互作用阻止了油滴聚集。阿拉伯膠利用上述機(jī)制，吸附在zein-cur納米粒子的疏水性表面，形成了一個(gè)保護(hù)殼，降低了zein-cur納米粒子的疏水性，增強(qiáng)了粒子表面電荷；同時(shí)由于高分子的親水基團(tuán)伸入到水中增加了空間位阻作用，保護(hù)了粒子因弱靜電作用而造成的聚集、沉淀。如圖4所示，隨著阿拉伯膠添加量的增加，粒子的表面負(fù)電荷逐漸增加，當(dāng)添加量達(dá)到0.25 g時(shí)，zein-cur的電荷量接近-30 mV，分散體系趨于穩(wěn)定。當(dāng)添加量為0.3 g時(shí)，分散體系的表面負(fù)電荷繼續(xù)增加至-32 mV，且分散液的吸光度、平均粒徑逐漸減小，GA-zein-cur分散體系已完全穩(wěn)定，即已形成均一穩(wěn)定、透明好的姜黃色素水溶液。在此期間，隨著阿拉伯膠的加入，GA與zein-cur納米粒子表面的疏水位點(diǎn)結(jié)合，通過(guò)靜電穩(wěn)定作用和空間位阻作用，阻止分散體系在制備和旋蒸過(guò)程中納米粒子的發(fā)生聚集、沉淀，減小zein-cur粒子粒徑的增長(zhǎng)。當(dāng)阿拉伯膠添加量為0.3 g時(shí)，恰好可以與分散體系中全部zein-cur粒子的疏水性位點(diǎn)結(jié)合。若其添加量繼續(xù)增加時(shí)，阿拉伯膠的添加量大于zein-cur粒子能結(jié)合的最大量，分散液體系負(fù)電荷不再增加，多余的阿拉伯膠分散在水溶液中，溶液的吸光度、粒子的平均粒徑開(kāi)始逐漸增大，GA-zein-cur分散體系的濁度增加，姜黃色素水溶液開(kāi)始變得渾濁。

圖4 GA添加量對(duì)zein-cur粒子的影響Fig.4 Influence of amount of GA on zein-cur colloidal particles

為了驗(yàn)證阿拉伯膠已成功地吸附在zein-cur粒子表面上，探討阿拉伯膠穩(wěn)定的zein-cur粒子(GA-zein-cur復(fù)合納米粒子)、zein-cur粒子和GA 在pH值為3.0～8.0時(shí)表面所帶的電荷量。

稱取0.3 g阿拉伯膠溶解在250 mL去離子水中作為反溶劑，制備GA-zein-cur分散體系，稀釋適合的倍數(shù)后，調(diào)節(jié)分散體系pH 值為3.0～8.0并測(cè)定相應(yīng)zeta電位。如圖5所示：隨著pH值的增加，zein-cur納米粒子的zeta電位由正值變?yōu)樨?fù)值，且zeta電位的零點(diǎn)在zein等電點(diǎn)6.23的附近，與之前研究報(bào)道吻合[4, 6]。pH值在3.0～8.0范圍內(nèi)時(shí)，阿拉伯膠始終帶有負(fù)電荷；隨著pH值降低，阿拉伯膠所帶的負(fù)電荷減少。這是由于阿拉伯膠所帶的羧基發(fā)生解離[5]，產(chǎn)生—COO-基團(tuán)，并且羧基的解離常數(shù)約為2.2[1,5]，使得阿拉伯膠在pH值為3.0～8.0范圍內(nèi)，均表現(xiàn)為帶負(fù)電荷。GA-zein-cur復(fù)合納米粒子的zeta電位與阿拉伯膠呈現(xiàn)相似的趨勢(shì)，這表明阿拉伯膠成功吸附在了zein-cur粒子表面，有效地穩(wěn)定了分散體系。但在較低的pH值下，GA-zein-cur粒子所帶負(fù)電荷降低，粒子間的靜電斥力減弱，分散體系在后期的靜置過(guò)程中會(huì)發(fā)生聚集、沉淀。GA-zein-cur分散體系在pH值4.8以上的很大范圍內(nèi)是穩(wěn)定的，為水溶性姜黃色素在不同pH值環(huán)境下(如果汁飲料、礦泉水、果醬等)的應(yīng)用提供了有利的幫助。

圖5 在pH值為3～8時(shí)zein-cur粒子、GA-zein-cur粒子和阿拉伯膠的zeta電位Fig.5 Zeta potential of zein-cur nanoparticles，GA-zein-cur nanoparticles，and Arabic gum at pH values of 3～8

GA-zein-cur復(fù)合納米粒子分散體系的構(gòu)建實(shí)現(xiàn)了zein對(duì)姜黃色素的包埋，更確切地說(shuō)是GA-zein核殼結(jié)構(gòu)對(duì)姜黃色素的包埋。上述實(shí)驗(yàn)證明了阿拉伯膠成功吸附在zein的表面，與zein形成了共軛的高分子聚合物——GA-zein核殼結(jié)構(gòu)，吸附在zein表面的阿拉伯膠形成了zein-cur納米粒子的保護(hù)層，構(gòu)成了GA-zein核殼結(jié)構(gòu)的外殼。處在共軛高分子聚合物內(nèi)層的zein納米粒子構(gòu)成了GA-zein核殼結(jié)構(gòu)的核心，很好地詮釋了GA-zein核殼結(jié)構(gòu)對(duì)姜黃色素的包埋。

2.4 cur與zein的比例對(duì)包埋率的影響

GA-zein-cur復(fù)合納米粒子體系作為脂溶性姜黃色素的運(yùn)載體系，姜黃色素的包埋率也是衡量該體系的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。zein與阿拉伯膠質(zhì)量比為2∶3，設(shè)定姜黃色素與zein的質(zhì)量比為1∶100、1∶50、1∶20、1∶15、1∶10、1∶5、1∶1，制備zein與cur不同比例的分散體系，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除有機(jī)溶劑，在-50℃冷凍干燥得到固體粉末，測(cè)定姜黃色素的包埋率、GA-zein納米粒子的載荷量。

表2顯示了GA-zein-cur分散體系包埋姜黃色素的能力，隨著zein與姜黃色素比例逐漸增大，姜黃色素的載荷量也相應(yīng)地增大。當(dāng)cur與zein質(zhì)量比為1∶10時(shí)，包埋率增加到95.90%，且分散體系的平均粒徑約80 nm，分散系數(shù)小于0.2，粒徑分布均勻。在cur與zein的質(zhì)量比為1∶5時(shí)，GA-zein-cur復(fù)合納米粒子的粒徑突然增大，由于姜黃色素的添加量超過(guò)其最大載荷量，大量姜黃色素附著在GA-zein-cur粒子的表面，造成了復(fù)合粒子聚集沉淀，姜黃色素的包埋率由95.90%減小到42.3%。姜黃色素的添加量太少時(shí)， 與zein上豐富的脯氨酸不能完全結(jié)合，使粒子的疏水性增強(qiáng)、所帶的負(fù)電荷減少，粒子間的靜電作用力減弱，最終導(dǎo)致體系不穩(wěn)定，發(fā)生聚集、沉淀等現(xiàn)象。當(dāng)姜黃色素與zein的質(zhì)量比為1∶10，即zein的質(zhì)量為0.2 g，姜黃色的添加量為0.02 g時(shí)，姜黃色素包埋率高達(dá)95.90%，大大提高了脂溶性姜黃色素的溶解度，且分散體系平均粒徑為83.36 nm(小于透射光入射波長(zhǎng)100 nm)，使得姜黃色素水溶液體系均一、透明，效果遠(yuǎn)好于GOMEZ-ESTACA[21]利用噴霧干燥法制備的載荷姜黃色80%～90%的玉米醇溶蛋白微粒包埋率。

表2 不同zein與cur的質(zhì)量比姜黃色素包埋率的影響
Tab.2 Influence of mass ratio of zein to cur on encapsulation efficiency

cur與zein的質(zhì)量比包埋率/%載荷量/mgzeta電位/mV平均粒徑/nm分散系數(shù)1∶10095.401.90-28.7±1.30079.82±0.6220.203±0.0041∶5093.003.90-26.9±0.20879.28±0.2160.203±0.0091∶2094.109.40-31.3±0.55782.10±0.5500.185±0.1601∶1593.2012.43-30.8±5.92079.48±0.7300.197±0.0031∶1095.9019.18-30.4±0.46083.36±0.9000.196±0.0091∶565.40-12.7±2.070327.40±2.3880.315±0.1211∶142.30-8.23±0.420703.50±10.5600.532±0.115

圖6 姜黃色素與不同濃度的GA-zein-cur分散體系Fig.6 Curcumin and GA-zein-cur dispersion systems with different concentrations

2.5 GA-zein-cur的溶解度

從圖6a中可看出(圖6a為姜黃色素，圖6b～6f為不同濃度的GA-zein-cur分散體系)，姜黃色素的水溶性非常差，文獻(xiàn)報(bào)道姜黃色素在水中的溶解度僅有11 ng/mL[22]；經(jīng)過(guò)GA-zein核殼結(jié)構(gòu)的包埋，姜黃色素的溶解度大大提高，據(jù)測(cè)定GA-zein-cur體系姜黃色素的質(zhì)量濃度為80 μg/mL，比姜黃色素的溶解度提高了7 200多倍，極大地促進(jìn)了其在水溶環(huán)境下的應(yīng)用。

2.6 X射線衍射分析

X射線衍射掃描可以用來(lái)分析物質(zhì)的結(jié)晶狀態(tài)。以X射線衍射掃描zein-cur納米粒子、GA-zein-cur復(fù)合納米粒子和純物質(zhì)。當(dāng)晶體物質(zhì)被包埋時(shí)，其晶體狀態(tài)變成了無(wú)定型結(jié)構(gòu)[23]。如圖7所示，在姜黃色素純物質(zhì)的X射線衍射圖中，尖銳的峰值出現(xiàn)在衍射角(2θ)7.8°、8.9°、12.11°、14.50°、17.35°、18.10°、21.11°、23.34°、24.49°、25.51°和27.31°，說(shuō)明姜黃色素單物質(zhì)在自然狀態(tài)下是高度結(jié)晶的。觀察zein-cur和GA-zein-cur的衍射圖譜發(fā)現(xiàn)，被包埋后姜黃色素的特征峰完全消失，表明姜黃色素在被包埋在膠體粒子內(nèi)后，其存在形式可能由高度結(jié)晶狀態(tài)轉(zhuǎn)變成了無(wú)定型結(jié)構(gòu)(可根據(jù)高晶體化的物質(zhì)特征峰消失來(lái)判斷該物質(zhì)的封裝成功與否)。PATEL等[24]將姜黃色素和靛藍(lán)色素同時(shí)包埋在zein中，利用這2種色素高晶體態(tài)下的衍射圖譜，實(shí)現(xiàn)了zein對(duì)姜黃色素、靛藍(lán)色素包埋的判斷。PATEL等[17]利用zein自組裝原理對(duì)脂溶性的懈皮素完成了包埋，通過(guò)X射線衍射實(shí)驗(yàn)的觀察，證實(shí)了zein包埋后的懈皮素由高晶體狀態(tài)轉(zhuǎn)變成無(wú)定型狀態(tài)。

圖7 X射線衍射分析圖譜Fig.7 XRD patterns

2.7 差示掃描量熱儀(DSC)分析

DSC可以測(cè)定物質(zhì)的結(jié)晶或者融化時(shí)的特征吸收峰。如圖8所示，172.8℃尖銳的峰是姜黃色素的特征吸熱峰，在zein和姜黃色素物理混合物(zein+cur)中也出現(xiàn)了此峰。載荷了姜黃色素的zein、GA-zein圖譜中未出現(xiàn)此峰，說(shuō)明被包埋的姜黃色素不是以高結(jié)晶的狀態(tài)，而是以無(wú)定型的形式存在，恰好與上述X射線衍射法分析一致。這是由于姜黃色素與zein上豐富的脯氨酸通過(guò)氫鍵和共價(jià)鍵的形式結(jié)合，分散在GA-zein-cur復(fù)合納米粒子中而處于非結(jié)晶狀態(tài)。

圖8 DSC曲線Fig.8 DSC curves

3 結(jié)論

(1)利用反溶劑技術(shù)制備研究不同zein質(zhì)量濃度下形成的zein納米粒子和zein-cur納米粒子特征，發(fā)現(xiàn)低質(zhì)量濃度下zein納米粒子和zein-cur粒子的平均粒徑小、形狀完整，分散性好。由于姜黃色素與zein中豐富脯氨酸通過(guò)氫鍵和共價(jià)鍵作用，使得相同質(zhì)量濃度下zein-cur 納米粒子的平均粒徑比zein納米粒子的小。

(2)zein-cur納米粒子表面電位取決于吸附在粒子表面的穩(wěn)定劑種類和濃度。研究發(fā)現(xiàn)，相同濃度下，阿拉伯膠對(duì)zein-cur粒子起到較好的穩(wěn)定作用，而且當(dāng)添加量為0.3 g時(shí)形成的GA-zein-cur分散體系，均一性好、透明度高。

(3)以0.2 g zein為基礎(chǔ)，cur與zein的質(zhì)量比為1∶10時(shí)，GA-zein-cur復(fù)合納米粒子體系對(duì)姜黃色素的包埋率高達(dá)95.90%，該分散體系姜黃色素的質(zhì)量濃度為80 μg/mL，是未包埋姜黃色素溶解度的7 200多倍。運(yùn)用X射線衍射法和差示掃描量熱法分析包埋后的姜黃色素的存在狀態(tài)，確認(rèn)其由晶體型轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)定形狀態(tài)存在。

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FU Yuying1,2LI Kexin1WANG Mei1SHEN Yali1CHEN Guowen1LI Xin1

(1.SchoolofFoodandBio-technology,ZhejiangGongshangUniversity,Hangzhou310018,China2.HangzhouCollegeofCommerce，ZhejiangGongshangUniversity,Hangzhou310015,China)

Influence of GA-zein core-shell structure on the curcumin embedding efficiency and status of curcumin after embedding treatment was investigated by taking advantage of the zein delivery functionality and stabilizing with Arabic gum, parameters such as mean particle diameters, zeta potential and absorbance were measured. The result showed that evenly dispersed globular nanoparticles were formulated under low zein concentration condition, as the increase of zein concentration, adhesion, aggregating and meltdown etc. transformation effects were occurred among the nanoparticles. It is necessary to add stabilizer to enhance the stability of zein delivery system. Stabilizing efficiency of different types of stabilizer were compared, and the result showed that stability of GA-zein-cur dispersed system reached peak when the system was stabilized with 0.3 g Arabic gum; GA-zein-cur nanoparticles were the most stable when the quality ratio of curcumin and zein reached 1∶10, and the embedding efficiency was 95.90%, an even, stable and highly transparent curcumin aqueous solution was formulated.

zein; curcumin; GA; nanoparticles; embedding

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.01.035

2016-05-26

2016-08-30

浙江省重中之重一級(jí)學(xué)科開(kāi)放基金項(xiàng)目(JYTsp20141103)

傅玉穎(1966—)，男，教授，主要從事食品微結(jié)構(gòu)研究，E-mail： webfu@126.com

TS202

A

1000-1298(2017)01-0267-08