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姜黄色素的稳定化研究及应用前景

发布时间: 2017年07月19日

近年来天然色素日益受到人们重视,而开发具有一定营养价值或药理作用的功能性天然色素,是色素工业发展的一个重要方向。姜黄色素, 又称为"郁金黄色素",是姜科植物姜黄的提取物。姜黄素具有利胆、行气、抗炎、抗氧化、抗菌、抗动脉粥样硬化、镇痛、降血脂、抗癌等诸多药理作用。同时作为一种天然色素,姜黄色素着色力强,且安全无毒,是我国食品卫生法允许使用的食用天然色素,同时也是联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)所规定的使用安全性很高的天然色素之一。可广泛用于饮料、糕点、糖果、冰激淋等多种食品,是当前最具开发价值的食用天然色素之一。

  1姜黄色素的理化性质

  姜黄色素是一种植物多酚,主要成分包括姜黄素(C21H20O6)、脱甲氧基姜黄素(C20H18O5)、脱双甲氧基姜黄素(C19H16O4),是自然界中极为稀少的二酮类有色物质。姜黄色素呈橙黄色粉末结晶状态,具有类似胡椒芳香,稍有苦味。熔点为179~182℃。姜黄色素为亲脂性物质,不溶于水、苯和乙醚等,溶于甲醇、乙醇、冰醋酸、丙二醇、乙酸乙酯和碱性溶液。在不同pH条件下呈现的颜色不同。对光、热稳定性差。有很好的着色性,特别是对蛋白的着色力强。姜黄色素的最大允许日摄入量(ADI)为0.1mg/kgbw。

  2姜黄色素的稳定性影响因素

  姜黄分子中含有多个双键以及酚羟基、羰基等基团,因此很容易发生化学反应。其稳定性易受光照、温度、酸度等多种因素的影响。

  酸碱度是影响姜黄色素稳定性的一个重要因素。偏酸性环境中姜黄色素呈浅黄色,在中性环境中则呈现玫瑰红色,而在碱性环境下姜黄色素呈红褐色或棕色。因此可作为化学反应指示剂测定硼离子。此外有研究表明在姜黄色素在pH≤4.5的酸性溶液中易出现沉淀,而在碱性条件下色素则呈可溶状态。有学者还研究了姜黄色素在不同pH的缓冲液中的稳定性,试验结果表明,在pH为中性的缓冲液中姜黄色素分解最快。

  温度越高,姜黄色素显色能力越差。有研究通过对姜黄色素的吸收光谱测定研究温度对其稳定性的影响也表明了这点,色素在80℃以下没有明显分解,而随着温度升高,色素保存率下降,当升温到170℃,色素在5min内分解成不溶于乙醇的黑色物质。除了以上对脂溶性姜黄色素的研究之外,段聂晶等对水溶性姜黄色素耐热性进行了研究,姜黄色素的水溶液经过一定时间的不同加热处理也证明了随温度升高,其溶液颜色变浅。

  姜黄色素的稳定性也受光照的影响。有学者研究了姜黄色素在不同水份活度和光照等条件下的色素降解,结果表明姜黄色素降解遵从一级反应速率。还有学者研究姜黄色素水溶液经日光直接照射6h,吸光值下降程度较大,约为避光放置的5倍,且颜色明显变浅。由此可见,阳光直接照射对色素颜色的变化有明显促进作用。因此姜黄色素在运输、贮存和使用中都应注意避光。

  一些金属离子如Fe3+、Al3+和Cu2+易与姜黄色素分子螯合而产生螯合物沉淀,且影响程度与金属离子的浓度有关。有研究表明,加入适量三聚磷酸钠可避免铁离子对姜黄色素的破坏。另外,姜黄色素与氢氧化镁可形成黄红色的沉淀。因为某些金属离子对姜黄色素的稳定性有影响,因此在使用过程中应选用适当的容器。

  姜黄色素的着色力与稳定性除受pH值、光、热、金属离子的影响外,还受防腐剂、Vc等食品添加剂的影响。通过色素的吸收光谱检测,柠檬酸、Vc使姜黄色素的吸收峰有一定程度的降低,且吸光值会随着柠檬酸、Vc浓度的增大而减小,并且颜色变浅;磷酸钠会使姜黄色素的吸收峰有所增加,吸光值会随着其浓度的增大而增大,并且颜色变深。防腐剂(苯甲酸钠、山梨酸钾)对姜黄色素的影响主要表现在色素的最大吸收峰和色调上,最大吸收峰强度增加,色调从黄绿色变为黄色。

  3姜黄色素的稳定化措施

  一些非水溶性天然色素应用于水溶性食品或药品着色时,可采用乳化技术使之成为分散良好的乳化液。乳化剂的基本理化性质就是表面活性和乳化增溶性。在一定条件下,选择适当的乳化剂和其他添加剂,使之形成分散良好的乳化液,从而改善其不稳定性,提高利用价值。其中对姜黄色素作为药物的乳化研究较多,如有研究姜黄素的自微乳化制剂,通过加入表面活性剂和助表面活性剂经混合搅拌等作用,制成口服药物,进入体内后在胃肠液作用下自微乳化形成纳米级粒径的液滴,促进了姜黄素的溶解和吸收,提高生物利用率。也有研究制成姜黄色素的稳定水包油乳剂,并提供了该乳剂在制备治疗或预防肿瘤等多种功能方面的应用。

  姜黄色素的不稳定性使其在食品等许多领域的开发和广泛应用受到限制,而采用微胶囊技术对色素进行包埋可有效提高其稳定性。微胶囊技术是一种用成膜材料(壁材)把气体、固体或液体材料(芯材)包覆形成微小粒子的技术。作为一项用途广泛而又发展迅速的高新技术,它具有改善物质物理性质、缓慢控制、改善稳定性、保护囊芯物质免受外界环境影响、降低对健康危害、减少毒副作用、屏蔽味道和气味等功能,因此在食品、化工、医药和生物技术等许多领域中已得到成功应用,其中天然食用色素的微胶囊化也有不少研究。

  目前对姜黄色素的包埋主要采用环糊精、环糊精衍生物及其他壁材(如麦芽糊精等)作为壁材。环糊精由于其特殊的分子洞结构而成为重要的微胶囊壁材,尤其是β-环糊精的分子洞适中,包络范围广,且生产成本低,是目前唯一在工业上能大量生产的环糊精产品。利用环糊精的疏水空腔可生成包络物的能力,可使食品工业上许多不稳定的活性成分与环糊精生成络合物来提高其稳定性。而且环糊精摄入人体后可直接分解成葡萄糖,无任何毒副作用,因而环糊精的研究和开发日益受到重视。国内外专家学者利用β-环糊精及其衍生物对姜黄色素包埋已经有很多研究。采用的方法有真空干燥法、喷雾干燥法和超声波水浴法等,研究结果都显示了微胶囊化姜黄色素的水溶性得到很大提高,且对热、光、pH及添加剂的稳定性都有所改善。此外,还有对姜黄色素磷酸化的研究,结果表明姜黄色素的水溶性和光热稳定性都有所提高。还有研究对姜黄色素进行糖基化而使其成为水溶性色素,使姜黄色素应用于更多领域。

  4展望

  作为我国最早颁布的食品添加剂使用卫生标准九种天然色素之一,姜黄色素在上世纪八十年代曾风靡一时,而且随着姜黄色素的不断开发,其生理功能和药理作用日益受到重视,也使姜黄产品的附加值大大增加,这也符合了现今消费者所崇尚的天然、营养、多功能食品及药食同源之说,从而促进了姜黄色素在功能食品领域的进一步发展。另一方面,姜黄色素在化妆品等工业中也有很大的发展空间。

  鉴于对姜黄色素需求的日益增多,研究姜黄色素的性质,采用科学合理的技术改善其品质是十分重要和必要的,尤其是微胶囊技术,是一种极有发展前途的包埋技术,它能极大改善姜黄色素等脂溶性色素的溶解度和稳定性,使其在更广泛的领域得以开发和应用。随着社会发展和科学技术的不断进步,姜黄色素等天然色素必将受到更多的关注,而且会有更为广阔的市场前景和经济价值。(来源:互联网)