油相濃度對姜黃素納米乳液穩(wěn)定性的影響

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(北京食品營養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心,中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083)

油相濃度對姜黃素納米乳液穩(wěn)定性的影響

曾慶晗,馬培華,邰克東,何曉葉,袁芳*

(北京食品營養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心,中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083)

以中鏈甘油三酯為油相,卵磷脂為乳化劑,采用高壓均質(zhì)技術(shù)制備出含不同油相濃度的姜黃素納米乳液,于4、25和55 ℃條件下貯藏30 d,研究不同油相濃度對姜黃素納米乳液穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明:油相濃度較低(5%、10%)時,姜黃素納米乳液具有較高的穩(wěn)定性,姜黃素保留率分別達(dá)到48.50%和48.99%,粒徑增加了0.79%和15.78%;且4 ℃貯藏時,其理化穩(wěn)定性表現(xiàn)最好,30 d后姜黃素?fù)p失率僅為14.98%。

納米乳液,姜黃素,油相濃度,貯藏穩(wěn)定性

姜黃素是一種從姜黃科植物的根莖中提取的可食用色素,其染色能力較強(qiáng),可用于藥品、化妝品和食品的著色[1],當(dāng)其用作食品配料時,除了顏色效果之外,還在營養(yǎng)和藥理功能中起作用,有研究表明姜黃素能有效地清除活性氧自由基[2]。姜黃素被證明在預(yù)防和治療炎癥、糖尿病等疾病中有一定作用,甚至在抗癌癥治療方面也有較好的表現(xiàn),已被一些國家列為癌化學(xué)預(yù)防藥物[3-6]。此外,研究報道姜黃素還具有抗輻射功能[7]。

臨床實驗表明姜黃素可以被安全地用于人體,但低生物利用度嚴(yán)重限制其在食品和藥品行業(yè)中的開發(fā)與應(yīng)用[8]。許多研究通過制備脂質(zhì)體、磷脂復(fù)合物和姜黃素-金屬螯合物等來克服姜黃素的低吸收問題[9],但多數(shù)為藥劑載體,復(fù)雜的制備過程和高材料成本等問題不太適合在食品行業(yè)中的實際應(yīng)用。

近年來,食品乳液包埋逐漸成為熱門研究方向之一。作為一類多相分散體,包括水包油(O/W)或油包水(W/O)等類型的乳液,因其粒徑較小,外觀透明且穩(wěn)定性好等優(yōu)點,有廣泛的實際應(yīng)用,例如牛奶、奶油、調(diào)味劑和納米食品添加劑(主要包埋硒、鋅、維生素等營養(yǎng)素)[10-12],同時乳液還易于儲存[13]。建立乳液系統(tǒng)可以提高姜黃素的溶解度和生物利用度,為避免環(huán)境因素(如光、熱、鹽離子等)影響乳液體系的穩(wěn)定性,有研究通過使用多糖或磷脂等將姜黃素包封在所形成的復(fù)合物中[14]。由于天然姜黃素的水溶性極低,將姜黃素載入脂質(zhì)體可以顯著提高溶解度和生物利用度[15]。有研究表明,姜黃素被包埋后,其體外消化率提高,并保留了較高的體外抗氧化能力[16]。有研究利用體外胃腸道消化模型對丁二酸姜黃素酯納米乳液的生物可接受度進(jìn)行測定,結(jié)果發(fā)現(xiàn)20 mmol/L的Ca2+有利于提高其生物可接受度,在酪蛋白酸鈉含量為0.4 g/L時生物可接受度最高[17]。然而這些研究主要探討了姜黃素在不同傳遞體系中有關(guān)抗氧化性和生物利用度等性質(zhì),其在乳液體系中的穩(wěn)定性研究有所欠缺。

近年來,中鏈甘油三酯(MCT)在食品工業(yè)中應(yīng)用廣泛,如嬰幼兒食品、病人食品、減肥食品等[18],通常作為食用香精或者色素的溶劑或者載體。MCT由飽和脂肪酸構(gòu)成,不飽和脂肪酸含量非常低,表現(xiàn)出較好的氧化穩(wěn)定性。同時其對膽鹽和胰酶的作用敏感,在小腸內(nèi)容易水解,更利于人體的消化吸收。因此,MCT作為油相載體對生物活性物質(zhì)進(jìn)行包埋,可提高生物活性物質(zhì)的穩(wěn)定性及生物利用率。

本研究通過制備含有不同油相的姜黃素納米乳液,研究不同環(huán)境條件下姜黃素納米乳液的理化性質(zhì)和穩(wěn)定性,以期得到高穩(wěn)定性的姜黃素納米乳液,為姜黃素在食品乳液中的實際應(yīng)用研究提供參考。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

95%姜黃素 河北天旭生物技術(shù)公司;卵磷脂(食品級) 廣東省德城食品廠;中鏈甘油三酯(MCT) 廣東銘康香精香料有限公司;95%乙醇 北京化學(xué)試劑公司。

AR1140分析天平 上海奧格斯國際貿(mào)易有限公司;UV-1800紫外可見分光光度計 日本島津公司;Zeatasizer Nano-ZS90激光粒度儀 英國Malvern公司;2100N臺式濁度儀 美國HACH公司;JY92-11N超聲細(xì)胞破碎儀 寧波新芝生物科技股份有限公司;T25 digital高速剪切儀 德國IKA儀器設(shè)備公司;NS1001L2K型高壓均質(zhì)機(jī) 意大利Niro-Soavi公司;3K15高速冷凍離心機(jī) 德國Sigma公司。

1.2實驗方法

1.2.1 姜黃素納米乳液的制備 稱取粉狀姜黃素(1.5 g)溶于250 mL的MCT中,采用超聲細(xì)胞破碎儀對其進(jìn)行冰浴超聲促溶,功率390 W,超聲時間30 min。超聲完畢后,3000 r/min條件下離心2 min除去未溶解的姜黃素,取上清液作為油相,室溫下置于避光處備用。取50 g卵磷脂溶于去離子水中,充分水化后定容至1000 mL作為水相。

乳液的制備根據(jù)文獻(xiàn)方法稍作修改[19]。在高速剪切儀的作用下(10000 r/min,6 min),將油相緩慢加入到水相中,室溫條件下剪切制備形成姜黃素粗乳液,經(jīng)高壓均質(zhì)機(jī)處理,60 MPa條件下循環(huán)均質(zhì)四次,得到姜黃素納米乳液。此過程中,通過改變油相濃度(5%、10%、20%和30%,w/w)制備不同的姜黃素納米乳液。

1.2.2 姜黃素包埋率測定 將6 mg姜黃素溶解在100 mL的95%乙醇中,準(zhǔn)確吸取上述溶液0.25、0.5、1、2、3和4 mL,用乙醇定容至15 mL,分別配置成1、2、4、8、12、16 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液,用紫外可見分光光度計在425 nm波長下測定吸光度值,得到姜黃素標(biāo)準(zhǔn)曲線(Y=0.0146X+0.0222,R2=0.9993),式中Y表示吸光度,X表示姜黃素含量。取適量的姜黃素納米乳液溶于1000倍體積的95%乙醇中,測定吸光度值,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算納米乳液中的姜黃素包埋量,并根據(jù)下式計算得到姜黃素的包埋率(Encapsulation Efficiency,EE):

其中,C1為納米乳液中姜黃素濃度,C0為初始姜黃素濃度。

1.2.3 粒徑和Zeta電位測定 采用激光粒度儀,測定姜黃素納米乳液的粒徑和Zeta電位,折射率為1.45,平衡時間120 s。為避免多重光散射對樣品測量的影響,所有樣品用去離子水稀釋1000倍。

1.2.4 熱穩(wěn)定性測定 取適量乳液置于沸水浴中加熱5 min后,取上清液并按照1.2.2的方法測定吸光值,利用下式計算樣品的熱穩(wěn)定常數(shù):

其中,K為穩(wěn)定常數(shù),A0為未處理樣品的吸光值,A1為熱處理后的吸光值,K值越大,熱穩(wěn)定性越好。

1.2.5 離心穩(wěn)定性測定 取適量乳液置于3000 r/min條件下離心3 min后,取上清液并按照1.2.2的方法測定吸光值,以1.2.4的方法計算其離心穩(wěn)定常數(shù)(此時A1表示離心處理后的吸光值)。

1.2.6 貯藏穩(wěn)定性評價 將制備的姜黃素納米乳液分裝至棕色玻璃瓶中,分別置于4、25和55 ℃條件下避光貯藏30 d,期間分別在第3、7、12、18、24、30 d對樣品取樣,測定姜黃素納米乳液中姜黃素含量和平均粒徑,考察姜黃素納米乳液在貯藏期內(nèi)的理化性質(zhì)變化。其中在考察油相濃度對姜黃素納米乳液的影響時,樣品貯藏溫度固定為25 ℃,考察貯藏溫度對姜黃素納米乳液的影響時,樣品中的油相濃度固定為20%。

1.3數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均使用SPSS 18.0軟件,采用一維方差分析(ANOVA)比較數(shù)據(jù)間的顯著性差異,不同字母表示樣品之間存在顯著性差異,顯著性水平為0.05。結(jié)果采用Origin 8.0軟件進(jìn)行作圖處理。每個樣品平行測定三次,結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1油相濃度對姜黃素納米乳液理化穩(wěn)定性的影響

2.1.1 油相濃度對姜黃素包埋率的影響 油相濃度對姜黃素納米乳液包埋率的影響如圖1所示。姜黃素包埋量隨著油相濃度增大而提高,姜黃素包埋量由5%油相乳液中的(0.4199±0.0006) mg/mL逐步增加到30%油相乳液中的(3.6696±0.0017) mg/mL。主要原因是姜黃素在MCT中溶解時會達(dá)到飽和狀態(tài),而油相濃度的提高導(dǎo)致單位體積乳液中姜黃素濃度的增大,即形成姜黃素納米乳液時,更多的姜黃素被帶入到單位體積的乳液中,顯著提高了姜黃素在乳液中的包埋量。隨著油相濃度的提高,乳液中姜黃素的包埋率也隨之增加,由5%油相濃度時的65.11%±0.87%逐漸增加到30%油相濃度時的94.85%±0.04%,這可能是由于油相濃度提高,乳液體系中有足夠的油相溶解更多的姜黃素,同時足量卵磷脂乳化劑的存在可使乳液體系維持穩(wěn)定,姜黃素油滴均勻分散于乳液中,從而使包埋率得以提高。

圖1 油相濃度對姜黃素包埋率的影響

2.1.2 油相濃度對乳液粒徑和Zeta電位的影響 圖2表示不同油相濃度的姜黃素納米乳液的平均粒徑和Zeta電位。油相濃度的提高可導(dǎo)致姜黃素納米乳液粒徑的增大,當(dāng)油相濃度達(dá)到30%時,乳滴粒徑已達(dá)到(812.4±21.59) nm左右。有研究表明:在納米乳液制備過程中,隨著表面活性劑濃度的增大,所制備的乳液粒徑會隨之減小,主要原因是乳化劑可以降低油滴的表面張力,較多的乳化劑有助于形成更小的乳滴[20]。本實驗中油相比例逐漸升高,過多的油相使?jié)舛裙潭ǖ穆蚜字瑹o法提供足夠的表面乳化作用,導(dǎo)致油滴聚集,體系粒徑逐漸增大。由圖2可知,姜黃素納米乳液的Zeta電位主要分布在-44.9～-60.6 mV范圍內(nèi),且油相濃度的增大使姜黃素乳滴表面電勢先減小后增大。由于制備乳液所用的乳化劑卵磷脂為離子型表面活性劑,其中的磷脂酰絲氨酸和磷脂酰甘油表現(xiàn)出負(fù)電荷性,在制備姜黃素納米乳液時,磷脂分子吸附在油水界面處,從而使乳液表面帶負(fù)電[21]。當(dāng)油相濃度逐漸增大時,較大的乳滴粒徑使其表面可以吸附更多的負(fù)離子,從而使姜黃素納米乳液的Zeta電位增大。

圖2 油相濃度對姜黃素乳液粒徑和Zeta電位的影響

2.1.3 熱穩(wěn)定性和離心穩(wěn)定性 含不同油相濃度姜黃素納米乳液的離心穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性結(jié)果如圖3所示。從圖3中可以看出,離心穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性均隨著油相濃度的增大而減小,其中油相濃度為5%時,穩(wěn)定性常數(shù)分別達(dá)到0.9887±0.0015和0.9924±0.0007,當(dāng)油相濃度提高至20%時,穩(wěn)定性常數(shù)分別為0.7315±0.0005和0.7433±0.0002,穩(wěn)定性仍然表現(xiàn)良好。這主要是因為,當(dāng)油相濃度較小,即乳化劑相對濃度更高時,乳化劑可以充分均勻地分散在油水界面,顯著地降低了表面張力,從而使所形成的姜黃素納米乳滴不容易產(chǎn)生聚集現(xiàn)象,乳液的穩(wěn)定性隨之提高[22]。高溫作用加速了體系中分子的熱運動,容易導(dǎo)致乳液微粒相互碰撞并聚集成較大粒徑的乳滴,從而降低乳化劑對姜黃素的包埋保護(hù)作用,導(dǎo)致部分姜黃素的受熱分解。在離心力的作用下,乳液液滴中的部分姜黃素從乳液中掙脫出來,沉積在離心管底部,從而失去乳滴對姜黃素的保護(hù)作用。當(dāng)乳滴粒徑越大時,這種作用力的影響也就越大,乳液更容易發(fā)生凝集和沉降。因此,油相濃度相對較低時,對姜黃素的包埋穩(wěn)定性更好。

圖3 油相濃度對姜黃素乳液離心穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的影響

2.2姜黃素納米乳液的貯藏穩(wěn)定性

圖4 油相濃度對貯藏過程中姜黃素含量的影響

2.2.1 貯藏時間對姜黃素含量的變化 25 ℃貯藏條件下,姜黃素納米乳液中姜黃素含量隨貯藏時間的變化如圖4所示。隨著貯藏時間的延長,納米乳液中所包埋的姜黃素含量均逐漸降低,其中30%油相濃度的乳液從剛制備時的3.67 mg/mL降低到30 d后的1.22 mg/mL,保留率僅為33.24%,為四種油相濃度中最低。隨著油相濃度降低,乳液在貯藏期內(nèi)對姜黃素的保留率逐步提高,20%、10%和5%油相濃度姜黃素乳液的保留率分別為45.30%、48.99%和48.50%。郭雯等的研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)使用陰離子乳化劑時,隨著乳化劑相對含量的提高,所形成的乳液液滴較小,其貯藏穩(wěn)定性有所提高,當(dāng)乳化劑量增加到一定程度時,乳液貯藏穩(wěn)定性有所下降,與本實驗結(jié)果基本相同。主要原因可能是油相濃度降低使得姜黃素乳液液滴粒徑降低,有利于乳液的穩(wěn)定,但隨著油相濃度的繼續(xù)降低,乳膠粒的相界面面積增大,同時乳滴粒徑減小,表面電荷密度相對增加,勢能增加,貯藏穩(wěn)定性下降[23]。

2.2.2 貯藏期乳滴粒徑的變化 圖5表示的是在25 ℃貯藏條件下,姜黃素納米乳液中乳滴平均粒徑隨時間的變化情況。當(dāng)油相濃度為5%時,姜黃素納米乳液的平均粒徑變化不大,30 d后平均粒徑僅增加了0.79%。隨著油相濃度的逐漸提高,貯藏期間的平均粒徑變化波動逐漸顯著,油相濃度為20%和30%時,30 d后乳液平均粒徑分別增加了10.14%和9.15%。不同油相濃度表現(xiàn)出不同的粒徑穩(wěn)定性,主要歸因于姜黃素納米乳液體系中初始乳滴大小的不同,當(dāng)油相濃度提高時,較大的乳滴粒徑和體系粘度的增加使乳膠粒碰撞凝集的幾率增大,加快了液滴的凝聚速度和液滴間的不穩(wěn)定性[24]。

圖5 油相濃度對貯藏過程中乳液粒徑的影響

圖6 貯藏溫度對姜黃素含量的影響

2.2.3 貯藏溫度對姜黃素納米乳液穩(wěn)定性的影響 圖6和圖7分別表示乳液中姜黃素含量和平均粒徑隨時間的變化情況。從圖6中可以看出,乳液中姜黃素含量在貯藏期內(nèi)均逐漸下降,貯藏溫度越高,變化越大。55 ℃貯藏30 d后,乳液中姜黃素含量由2.27 mg/mL下降至0.59 mg/mL,損失達(dá)到74.01%,25 ℃和4 ℃貯藏的乳液中姜黃素含量分別損失了54.63%和14.98%。乳液的平均粒徑在不同貯藏溫度條件下均有不同程度的增大,貯藏溫度越高,變化越大。55 ℃貯藏30 d后,平均粒徑由(695.47±38.18) nm提高至(803.6±2.66) nm,增大了15.55%,25 ℃和4 ℃貯藏的乳液平均粒徑分別增大了10.14%和3.92%。25 ℃貯藏條件下,乳液粒徑先減小后增大,其原因可能是該溫度下,較多的乳化劑的乳化作用使油滴表面張力下降,導(dǎo)致油滴向周圍擴(kuò)散形成更小粒徑的粒子。同時乳液分散性好,粒子間碰撞幾率小,也在一定程度上延緩了乳滴的碰撞凝集[25]。乳液長期處于高溫環(huán)境中(55 ℃),布朗運動加劇,乳滴碰撞幾率增加并凝聚沉降,導(dǎo)致乳滴粒徑變大及乳液中姜黃素的損失[20]。4 ℃貯藏條件下乳液中姜黃素?fù)p失和粒徑變化最小,說明姜黃素納米乳液的理化穩(wěn)定性在低溫條件下表現(xiàn)良好。

圖7 貯藏溫度對姜黃素乳液粒徑的影響

3 結(jié)論

以卵磷脂為乳化劑、MCT為油相,通過高壓均質(zhì)法制備乳液的方法可以提高姜黃素的溶解度和穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn),油相濃度的提高可使姜黃素納米乳液中姜黃素包埋率、平均粒徑和Zeta電位增大,但同時也降低了乳液的離心穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。隨著貯藏時間的延長,乳液中姜黃素含量逐漸降低,粒徑逐漸增大,其中油相濃度為5%、10%時,變化較小。4 ℃低溫貯藏的姜黃素納米乳液表現(xiàn)出良好的理化穩(wěn)定性,貯藏30 d后,姜黃素保留率在85%以上,且粒徑無明顯變化。油相濃度為10%時,納米乳液中姜黃素的包埋率已達(dá)到78.04%,處于較高的水平。結(jié)果顯示,低油濃度制備的姜黃素乳液更優(yōu)良,且低溫保藏更利于其穩(wěn)定性,為今后姜黃素在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用提供依據(jù)和參考。若要進(jìn)一步探究姜黃素納米乳液的性質(zhì),可以通過增加體外模擬消化實驗,研究姜黃素在模擬胃腸道中消化釋放情況,選擇出生物利用度高的乳液,進(jìn)一步優(yōu)化出消化性良好的姜黃素納米乳液。

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Effectofoilphaseconcentrationonthestabilityofcurcuminnanoemulsion

ZENGQing-han,MAPei-hua,TAIKe-dong,HEXiao-ye,YUANFang*

(Beijing Advanced Innovation Center for Food Nutrition and Human Health,College ofFood Science and Nutritional Engineering,China Agricultural University,Beijing 100083,China)

The curcumin nanoemulsion with different oil phase concentrations were prepared by using high pressure homogenization technique,and MCT and lecithin were used as oil phase and emulsifier respectively. The effect of oil phase concentration on the stability of curcumin nanoemulsion was investigated when samples were stored at 4 ℃,25 ℃ and 55 ℃ for 30 days. The results showed that the curcumin nanoemulsion was the high physicochemical stability with retention rate of 48.5% and 48.99% and particle size increasing by 0.79% and 15.78% when the oil phase concentration was low(5% and 10%),especially the storage temperature was set at 4 ℃ where the loss of curcumin was 14.98% after 30 days.

nanoemulsion;curcumin;oil phase concentration;storage stability

2017-04-25

曾慶晗(1997-)，男，本科，研究方向：傳遞系統(tǒng)與功能食品，E-mail：278303025@qq.com。

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袁芳(1967-)，女，博士，副教授，研究方向：功能因子穩(wěn)態(tài)化及非熱加工技術(shù)，E-mail：yuanfang0220@cau.edu.cn。

國家自然科學(xué)基金面上項目(31371836)；學(xué)生創(chuàng)新研究專項-大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐能力培養(yǎng)研究(201610019044)；北京食品營養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心開放課題。

TS202.3

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1002-0306(2017)22-0017-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.22.004