姜黃素的增溶及穩(wěn)定性研究

陶慧,余楚欽,黃勁恒,張倫,解仲伯,林華慶

(廣東藥學(xué)院， 廣東省藥物新劑型重點實驗室, 廣東 廣州, 510006)

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姜黃素的增溶及穩(wěn)定性研究

陶慧,余楚欽,黃勁恒,張倫,解仲伯,林華慶*

(廣東藥學(xué)院， 廣東省藥物新劑型重點實驗室, 廣東 廣州, 510006)

姜黃素為難溶性且不穩(wěn)定的一類天然食用色素，在食品、醫(yī)藥行業(yè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用受到極大限制。研究通過添加表面活性劑與助表面活性劑，以增加姜黃素在水性溶液中的溶解度。采用添加抗氧化劑、金屬螯合劑以及調(diào)節(jié)pH值等手段，以色價損失率為評價指標，考察其對增溶后姜黃素溶液的穩(wěn)定性影響。溶解度結(jié)果表明，當助表面活性劑與表面活性劑的用量質(zhì)量比為1∶2時，可提高姜黃素溶解度至40mg/g，且增溶后的姜黃素溶液為全水系，用水可稀釋成澄清透明的水溶液。穩(wěn)定性研究表明：抗氧劑的種類以及用量對姜黃素溶液的穩(wěn)定性影響較大，以0.30%沒食子酸丙酯的效果最佳；金屬螯合劑對提高姜黃素穩(wěn)定性的效果不及抗氧化劑；姜黃素溶液在強酸和堿性環(huán)境中的穩(wěn)定性較差，當調(diào)節(jié)姜黃素溶液pH值為4.56時，其穩(wěn)定性與加入0.30%沒食子酸丙酯(propylgallate,PG)的相當。

姜黃素；增溶；穩(wěn)定性；色價損失率

姜黃色素(curcumine)是從姜科姜黃屬(Curcuma longaL)植物姜黃、莪術(shù)、郁金等根莖中提取而得的一類天然食用色素，是由姜黃素(curcumin)、去甲氧基姜黃素(demethoxycurcumin)和雙去甲氧基姜黃素(bisdemethoxycurcumin)組成的混合體[1]?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，姜黃素具有抗炎、抗氧化、抗癌、降血脂和抗動脈粥樣硬化等多種藥理活性[2-4]。姜黃素是國內(nèi)外允許應(yīng)用于食品的天然黃色素之一，還可用于醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)[5-6]。但由于姜黃素在水中溶解度極低，<50μmol/L，體內(nèi)吸收差[7-8]。且易受光、溫度、金屬離子、pH值等外界因素影響，失去其顯色能力[9-10]，故姜黃素在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用受到了較大的限制，未能最大發(fā)揮其作用。因此，增加姜黃素在水中的溶解度及增強其穩(wěn)定性是研究的關(guān)鍵所在。

對于增加姜黃素的溶解度，目前采用的方法主要有反膠束體系增溶[11]、固體分散技術(shù)增溶[12-13]、包合技術(shù)增溶[14]與自乳化增溶[15]。天然色素的穩(wěn)定化技術(shù)主要有微膠囊化[16]、制成脂質(zhì)體[17]以及添加色素穩(wěn)定劑[18]等。本研究采用添加表面活性劑與助表面活性劑以增加姜黃素的溶解度，并在增溶的基礎(chǔ)上通過采取一定措施提高姜黃素的穩(wěn)定性。

1　材料

1.1試劑

姜黃素 (原料純度≥95%)，河北天旭天然色素有限公司；姜黃素對照品(純度=98%)，廣州齊云生物科技有限公司；1,2-丙二醇((純度≥99.5%)廣州市威倫食品有限公司 )；聚氧乙烯RH-40氫化蓖麻油(CremophorRH40) ，德國Basf股份有限公司；植酸，廣州市耶尚貿(mào)易有限公司；2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol,BHT)，廣州泰邦食品有限公司；2-叔丁基對苯二酚(tert-butylhydroquinone,TBHQ) ，廣州泰邦食品有限公司；沒食子酸丙酯(PG)，Aladdin-阿拉丁試劑(上海)有限公司。

1.2儀器

CP225D型電子分析天平，德國Sartorius公司；BS224S型電子分析天平，德國Sartorius公司；分散機，上海德雨機電設(shè)備有限公司；UV-1800雙光束紫外分光光度儀，日本Shimadzu公司；pH計，奧豪斯儀器(上海)有限公司；MGG-33H人工智能氣候箱，成都一恒科技有限公司。

2　實驗方法

2.1水溶性姜黃素溶液的制備

取處方量姜黃素原料加入CremophorRH40中，高速剪切，加入丙二醇，(丙二醇∶CremophorRH40質(zhì)量比=1∶2)，剪切，攪拌均勻，加水稀釋，即得。

2.2表面活性劑與助表面活性劑用量的考察

經(jīng)初步考察，姜黃素在丙二醇與聚氧乙烯RH-40氫化蓖麻油中的溶解度較為理想。因此選用丙二醇與聚氧乙烯RH-40氫化蓖麻油作為助表面活性劑與表面活性劑，考察其用量比以增加姜黃素的溶解度。

2.3不同抗氧化劑種類及用量對姜黃素溶液穩(wěn)定性影響考察

按2.1項下方法制備姜黃素溶液，根據(jù)《食品安全國家標準-食品添加劑使用標準》，分別加入0.00%、0.01%、0.10%、0.30% 4種質(zhì)量濃度的TBHQ、BHT、PG3種抗氧化劑，得姜黃素溶液10份。置人工氣候箱中，于照度為20 000lx的條件下放置60d，于第0、5、10、15、30、60天取樣，測定姜黃素溶液的吸光度，比較同種類不同量及同量不同種類抗氧化劑對姜黃素溶液的影響。

2.4金屬螯合劑—植酸對姜黃素溶液穩(wěn)定性影響考察

按2.1方法制備姜黃素溶液，根據(jù)《食品安全國家標準-食品添加劑使用標準》，在處方中分別加入0.00%、0.01%、0.05%、0.10%、0.30%植酸，得5份姜黃素溶液。置人工氣候箱中，于照度為20 000lx的條件下放置60d，于第0、5、10、15、30、60天取樣，測定姜黃素溶液的吸光度，考察植酸含量對姜黃素溶液穩(wěn)定性的影響。

2.5pH值對姜黃素溶液穩(wěn)定性影響考察

據(jù)相關(guān)文獻研究[19]，姜黃素在酸性至中性條件下較為穩(wěn)定，按2.1方法制備姜黃素溶液，將姜黃素溶液的pH值調(diào)節(jié)為1.50、3.00、4.50，實際姜黃素溶液由初始值8.09分別調(diào)節(jié)至1.76、3.18、4.56。得姜黃素溶液4份，置人工氣候箱中，于照度為20 000lx的條件下放置60d，于第0、5、10、15、30、60天取樣，測定姜黃素溶液的吸光度，考察pH值對姜黃素溶液穩(wěn)定性的影響。

3　結(jié)果與討論

3.1最大吸收波長的確定

采用紫外-可見分光光度法，以無水乙醇為溶劑，在200～600nm波長內(nèi)，對姜黃素對照品進行掃描，最大吸收波長為424nm，其圖譜見圖1中a。 按2.1方法制備姜黃素溶液，取姜黃素溶液0.100g，置25mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，精密量取上述溶液1.0mL于50mL容量瓶中，稀釋至刻度。以水為空白，在200～600nm波長內(nèi)對姜黃素水溶液進行掃描，最大吸收波長為424nm，其圖譜見圖1中b，表明姜黃素經(jīng)增溶后性質(zhì)未改變，并做處方陰性對照，在424nm處無吸收，其圖譜見圖1中c，表明此波長下處方中輔料對姜黃素的測定基本無干擾，故確定424nm為檢測波長。

a-姜黃素對照品無水乙醇溶液;b-增溶后姜黃素水溶液;c-陰性溶液圖1　姜黃素溶液UV圖譜Fig.1　UV spectra of curcumin solution

3.2標準曲線的制備

精密稱定姜黃素對照品10.25mg，置100mL棕色量瓶，用無水乙醇稀釋至刻度，即得。精密量取上述溶液5.0mL于100mL棕色量瓶中，稀釋至刻度，搖勻，得儲備液。精密量取姜黃素儲備液2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0mL于10mL棕色量瓶中，稀釋至刻度，得1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0μg/mL等不同質(zhì)量濃度的姜黃素溶液，于424nm處測定吸光度，以吸光度(A)對質(zhì)量濃度(ρ，μg/mL)作線性回歸，得標準曲線方程：A=0.153 63ρ-0.004 34(r=0.999 6)，表明在1.0～5.0μg/mL內(nèi)，吸光度與姜黃素的質(zhì)量濃度呈良好的線性關(guān)系。

圖2　姜黃素溶解度隨Cremophor RH40用量變化曲線Fig.2　Curve of the solubility of curcumin with amounts of Cremophor RH40

3.3表面活性劑與助表面活性劑用量增加姜黃素溶解度結(jié)果

溶解度實驗結(jié)果表明，丙二醇與CremophorRH40比為1∶1時，姜黃素可增溶至20mg/g；當丙二醇∶CremophorRH40=1∶1.5(質(zhì)量比)時，姜黃素溶解度可至30mg/g，姜黃素的溶解度隨CremophorRH40用量的增加而增加，如圖2所示。因考慮成本原因，最終確定丙二醇與CremophorRH40的質(zhì)量比為1∶2時，姜黃素增溶到40mg/g，作為最佳處方。

3.4姜黃素穩(wěn)定性評價指標

以色價損失率為評價指標，考察姜黃素溶液的穩(wěn)定性。

色價的計算公式如下：

(1)

色價損失率(%)計算公式如下：

(2)

式中：E損，色價損失率，%；E前，起始色價；E后，光照處理不同時間后的色價。

3.5不同抗氧化劑種類及用量對姜黃素溶液穩(wěn)定性影響結(jié)果

按2.3方法處理姜黃素溶液，比較了不同抗氧化劑種類及用量對姜黃素溶液的穩(wěn)定性影響，計算其色價損失率并作圖，結(jié)果見圖3～圖8。

圖3　不同量TBHQ對姜黃素穩(wěn)定性影響Fig.3　The effect of different amounts of TBHQ on stability of curcumin

從圖3可以看出，在0～15d內(nèi)，空白組與0.30%質(zhì)量濃度組變化趨勢相似，無顯著性差異(P>0.05)，0.01%與0.10%質(zhì)量濃度組變化速率相近(P>0.05)；但空白組及0.30%組分別與0.01%組及0.10%組有顯著性差異(P<0.05)，前2組的色價損失速率大于后2組。從第15天以后，0.01%質(zhì)量濃度的TBHQ組色價變化速率趨于緩慢，致使到第60 天時，雖空白及各抗氧化劑組間分別都有差別(P<0.05)，但以0.01%質(zhì)量濃度的TBHQ提高姜黃素穩(wěn)定性效果最佳，色價損失率為25.542%，相比空白組的31.990%提高了6.448%。

圖4　不同量BHT對姜黃素穩(wěn)定性影響Fig.4　The effect of different amounts of BHT on stability of curcumin

從圖4可以看出，在0～10d內(nèi)，空白組與0.30%BHT組色價變化相近，而0.01%與0.10%BHT組相近，同TBHQ組。隨著時間的推移，各組變化速率都趨于一致，到第60天時，0.01%與0.3%組與空白組間差別明顯(P<0.05)。從數(shù)據(jù)上看，0.01%組與0.30%組的色價損失率相比于空白組分別降低了2.384%與3.203%，而0.10%組僅為0.828%。因此可以看出，抗氧化劑BHT對姜黃素穩(wěn)定性有一定的提高作用，但效果不及其他兩類抗氧化劑。

從圖5可以看出，最初在0～15d內(nèi)，同TBHQ與BHT一樣，空白組與0.30%PG組色價變化相似，0.01%與0.10%PG組變化相近，顯著性分析結(jié)果與TBHQ及BHT組一致。從第15天后可以看出，0.30%PG組色價損失變化速率逐漸減慢，到第60天，此組色價損失率為最低值，各不同濃度組，除0.10%組外的色價損失率均明顯低于空白組(P<0.05)，但不同濃度組間0.30%與0.01%與0.10%間都有顯著性差異(P<0.05)，即0.30%組與其余3組間均有明顯差別(P<0.05)。從數(shù)據(jù)上來看，60d色價損失率為23.502%，相比于空白組的31.990%，提高了8.488%。由此可見，0.30%質(zhì)量濃度的PG對姜黃素的穩(wěn)定性改善效果最大。

圖5　不同量PG對姜黃素穩(wěn)定性影響Fig.5　The effect of different amounts of PG on stability of curcumin

圖6　同量(0.01%)不同種類抗氧化劑對姜黃素穩(wěn)定性影響Fig.6　The effect of same amount(0.01%) but different types of antioxidants on stability of curcumin

從圖6可以看出，當都含有0.01%的不同種類抗氧化劑時，從0天開始，3種抗氧化劑組色價損失速率相比于空白組變化緩慢，具有顯著性差異(P<0.05)，但各抗氧化劑組間差異不明顯(P>0.05)。從第10天開始，0.01%BHT組相比于TBHQ和PG組變化速率加快(P<0.05)，到第60天，0.01%的BHT與PG色價損失率相近(P>0.05)，無顯著性差異。以0.01%的TBHQ組為最佳(P<0.05)，色價損失率相比于空白組的31.990%降到25.542%。

圖7中可以看出，當抗氧化劑含量為0.10%時，在0～30d內(nèi)，3種抗氧化劑對姜黃素穩(wěn)定性影響的變化速率相當，相比于空白組變化均較慢，有顯著性差異(P<0.05)，但第30天后，其色價損失率與空白組相近，除TBHQ組與空白組有顯著性差異外(P<0.05)，其余組均無差異，各組間也無差別(P>0.05)。因此可以得出當抗氧化劑含量為0.10%時，除TBHQ外，其余2種抗氧化劑的效果不甚明顯。

圖7　同量(0.10%)不同種類抗氧化劑對姜黃素穩(wěn)定性影響Fig.7　The effect of same amount(0.10%) but different types of antioxidants on stability of curcumin

圖8中看出，當抗氧化劑含量為0.30%，在0～30d內(nèi)，各抗氧化劑以及空白組色價損失率間無顯著性差異(P>0.05)，至第60天時，TBHQ與BHT效果相差甚微(P>0.05)，PG效果較為明顯，與TBHQ、BHT及空白組間都具有顯著性差異(P<0.05)，從數(shù)據(jù)上來看，0.30%PG的色價損失率相比于空白組降低了8.488%，而TBHQ與BHT兩組分別降低了3.848%和3.203%。由此可見PG效果最為明顯，這可能與PG結(jié)構(gòu)有關(guān)。一方面，PG發(fā)揮其抗氧化作用，另一方面，隨著時間的推移，PG中的酯鍵斷裂，生成酸，給體系營造了一個偏酸性的環(huán)境，二者綜合作用，使得其提高姜黃素的穩(wěn)定性最佳。

圖8　同量(0.30%)不同種類抗氧化劑對姜黃素穩(wěn)定性影響Fig.8　The effect of same amount(0.30%) but different types of antioxidants on stability of curcumin

3.6金屬螯合劑—植酸對姜黃素溶液穩(wěn)定性影響結(jié)果

按2.4方法處理姜黃素溶液，考察金屬螯合劑對姜黃素溶液的穩(wěn)定性影響，計算其色價損失率并作圖。結(jié)果見圖9。

圖9　植酸量對姜黃素穩(wěn)定性影響Fig.9　The effect of different amounts of phytic acid on stability of curcumin

從圖9中可以看出，第60天時，含有植酸的4組姜黃素溶液色價損失率均低于0.00%植酸組(P<0.05)，且此4組間色價損失率相近，沒有顯著性差異(P>0.05)。因此可以得出，植酸可以在一定程度上提高姜黃素穩(wěn)定性，但在處方中植酸的質(zhì)量濃度對色價損失率影響不明顯。推斷是由于植酸一方面作為金屬螯合劑屏蔽了金屬離子對姜黃素溶液的干擾，另一方面由于植酸為酸性物質(zhì)，加入姜黃素溶液中調(diào)節(jié)了溶液的pH值，由此兩方面共同作用改善姜黃素溶液的穩(wěn)定性。各植酸質(zhì)量濃度間對色價損失率影響無顯著性差異可能是由于處方金屬離子不多，加入的最低濃度植酸已足以發(fā)揮其作用。

3.7pH值對姜黃素溶液穩(wěn)定性影響結(jié)果

按2.5方法處理姜黃素溶液，考察不同pH值對姜黃素溶液的穩(wěn)定性影響，計算其色價損失率并作圖。結(jié)果見圖10。

圖10 不同pH值對姜黃素穩(wěn)定性影響Fig.10　The effect of different pH on stability of curcumin

圖10中，在0～15d內(nèi)，各pH值下姜黃素的色價損失速率相近，第15天開始，pH=4.56組色價損失速率減緩；而pH=1.76時，姜黃素的色價損失速率開始增高，其次是pH=8.09組。到第60天，各pH值組之間均有顯著性差異(P<0.05)，從數(shù)據(jù)來看，pH=4.56組色價損失率最低，比pH=1.76組提高了7.957%，其次是pH=3.18組。從圖10可以看出，在一定pH范圍內(nèi)，姜黃素的穩(wěn)定性隨pH值的增高也逐漸增強，表明在姜黃素溶液在強酸和堿性環(huán)境下穩(wěn)定性較差，與文獻所報道結(jié)果吻合。分析原因認為，在堿性條件下，姜黃素苯環(huán)上的羥基以氧負離子的形式存在，其給電子能力增強，致使碳鏈的親電反應(yīng)活性大大增強，因此在堿性條件下不穩(wěn)定。隨著pH值的降低，姜黃素產(chǎn)生異構(gòu)體，在羥基碳上發(fā)生親核反應(yīng)的可能性增大，致使姜黃素發(fā)生分解[20]。在長期放置過程中，姜黃素溶液的pH值變化不大。

本實驗研究了姜黃素的增溶問題及提高其穩(wěn)定性方法，但依然存在一定的局限性，例如天然抗氧化劑與合成抗氧化劑的復(fù)配使用，金屬螯合劑的使用種類及用量對姜黃素溶液的穩(wěn)定性影響，都有待進一步研究考察。姜黃素在pH值不同的條件下呈現(xiàn)不同的顏色，在酸性至中性環(huán)境下，呈檸檬黃色，在堿性環(huán)境下，呈橙黃色或紅棕色[21]。在本研究中，姜黃素溶液在光照環(huán)境下，隨著時間的推移，姜黃素溶液的顏色由亮黃色慢慢變成棕色，但是其pH值并未發(fā)生太大改變。且陰性對照處方并沒有發(fā)生顏色改變。推測在光照條件下，姜黃素發(fā)生降解，使得其表現(xiàn)出的顏色發(fā)生改變，需進一步加以驗證。

4　結(jié)論

姜黃素是一種幾乎不溶于水的色素，通過添加表面活性劑與助表面活性劑制備的姜黃素溶液，不僅可以增加溶解度到40mg/g，而且是一種水溶性溶液。姜黃素原料對光照極其敏感，通過實驗證明，在24h強光照射下，姜黃素?zé)o水乙醇溶液降解完全，由亮黃色變成無色。因此，本研究選用強光照射作為姜黃素溶液的影響條件，考察其穩(wěn)定性。實驗結(jié)果表明，通過添加抗氧化劑、金屬螯合劑和控制pH值等手段，均可不同程度提高姜黃素的穩(wěn)定性。從抗氧化劑方面看，不同抗氧化劑表現(xiàn)的效果大不相同，當使用TBHQ時，0.01%的量效果優(yōu)于另2組量；當使用BHT時，對姜黃素穩(wěn)定性有一定的提高作用，但效果不及BHT及TBHQ，且BHT量間差異較?。划斒褂肞G時，以0.30%的量作用效果最好。當質(zhì)量濃度為固定值時，以0.01%來看，以TBHQ的效果最好；當為0.10%時，3種抗氧化劑的效果趨于相近；當為0.30%時，PG的效果明顯優(yōu)于TBHQ和BHT。從此處可以看出，抗氧化劑的使用因類因量而表現(xiàn)出完全不同的效果，在實際的使用過程中，不能一概而論。從金屬螯合劑的方面來看，植酸的作用是顯而易見的，但質(zhì)量濃度對姜黃素溶液的穩(wěn)定性影響差別不大。從pH值來看，本研究制得的姜黃素溶液呈堿性，當調(diào)節(jié)溶液至不同pH時，色價損失率呈現(xiàn)不同的值，當pH=1.76時，其穩(wěn)定性最差，色價損失率高于堿性條件下的姜黃素溶液；當pH=4.56時，姜黃素的色價損失率最低；因此姜黃素溶液在強酸及堿性環(huán)境下不夠穩(wěn)定，宜于弱酸至中性環(huán)境下儲存及使用。

綜上所述，本研究為難溶性姜黃素的增溶提供了方法，制成姜黃素水溶性溶液，通過采取不同措施進一步優(yōu)化處方，極大地提高了姜黃素的穩(wěn)定性，為姜黃素在食品行業(yè)或藥用方面的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)，并為其他天然色素在穩(wěn)定性研究上提供了科學(xué)借鑒。

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Thesolubilityandstabilityofcurcumin

TAOHui,YUChu-qin,HUANGJing-heng,ZHANGLun,XIEZhong-bo,LINHua-qing*

(GuangdongPharmaceuticalUniversityKeyLaboratoryofnewdrugformulationsofGuangdongProvince,Guangzhou510006，China)

Asanaturalandediblepigment,curcumin’susageinpharmaceuticalandfoodfieldsisgreatlylimitedduetoitsinsolubilityinwaterandun-stabilityinfood.Thisstudywastoincreasethesolubilitybyaddingsurfactantandco-surfactant.TheinfluenceofantioxidantsandmetalchelatoraswellasthepHonthestabilitywasstudiedandchromalossratewasselectedastheevaluationindex.Thestudyfoundthatthebestratioonincreasingsolubilityofcurcuminwas1∶2 (co-surfactant∶surfactant)andsolubilityofcurcuminreached40mg/g.Theliquidsystemdilutedwithwaterisaclearandtransparentsolution.Theresultsofstabilitystudyshowedthatthetypeandamountofantioxidantshavelargeimpactonthestabilityand0.30%PGisbestamount.Theeffectofmetalchelatoronthestabilitywaslessthanthatoftheantioxidants.Thestabilitywaspoorunderbothstrongacidandbaseconditions.AfteradjustingpHto4.56,thestabilityofcurcuminwasasgoodasadding0.30%PG.

curcumin;solubilization;stability;chromalossrate

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201608028

碩士研究生(林華慶教授為通訊作者，E-mail：huaqing_@vip.tom.com)。

2015-11-16，改回日期：2016-02-03