姜油树脂微胶囊稳定性及动力学特性的研究

周令国，肖 琳，祝义伟，冯 璨，郑连姬，李 智

(重庆食品工业研究所，重庆400020)

姜油树脂微胶囊稳定性及动力学特性的研究

周令国，肖 琳，祝义伟，冯 璨，郑连姬，李 智

(重庆食品工业研究所，重庆400020)

以姜粉和姜油树脂为对照、姜辣素保存率为评价指标，通过实验考察了姜油树脂微胶囊(姜油树脂/β-环糊精包合物)在酸、碱、紫外线、高温、高湿影响下的稳定性，并进行了动力学特性(降解速率常数和半衰期)的初步研究。结果显示，pH1和pH11分别处理1d，微胶囊样品中姜辣素保存率分别为94.5%和70.3%。紫外光处理，微胶囊样品中姜辣素降解的速率常数为1.1463，半衰期为44.8d;110℃处理，姜辣素降解速率常数为2.50，半衰期为20.9d;高湿度(相对湿度92.5%)下，姜辣素降解速率常数3.12，半衰期为17.3d。与姜粉和姜油树脂相比，微胶囊对酸、碱、紫外线、高温、高湿等外界因素有着良好的稳定性。

姜油树脂，姜辣素，微胶囊，稳定性，动力学特性

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

姜油树脂 郑州雪麦龙食品香料有限公司生产，系超临界CO2萃取工艺制备而成;姜粉 上海味好美食品有限公司;分析试剂 均为分析纯。

TU-1901双光束紫外-可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司。

1.2 实验方法

1.2.1 姜油树脂微胶囊制备方法 姜油树脂微胶囊(简称微胶囊)，采用微胶囊-双水相技术从生姜汁中，经囊合、均质乳化、喷雾干燥制备而成的姜油树脂-β-环糊精包合物，制备工艺流程如下:

1.2.2 pH对样品中姜辣素含量的影响 将姜粉、姜油树脂、姜油树脂微胶囊各0.1g分别置于不同pH的溶液中(调节pH的酸为盐酸，碱为氢氧化钠，均为分析纯)处理24h后，分别测定姜辣素含量，并计算其保存率。

1.2.3 紫外线照射对样品中姜辣素含量的影响 取适量姜粉、姜油树脂、姜油树脂微胶囊置于室温下，用紫外光(紫外光灯功率为30W，样品离光源的距离为50cm)照射10d，每天取样，测定姜辣素含量，并计算其保存率。

1.2.4 温度对样品中姜辣素含量的影响 取姜粉、姜油树脂、姜油树脂微胶囊适量，于不同的温度下处理4h，测定姜辣素含量，并计算其保存率。

1.2.5 高温长时间处理对样品中姜辣素含量的影响

取足够量姜粉、姜油树脂、姜油树脂微胶囊于110℃的温度下处理，每天取适量样品，测定姜辣素含量，直至第7d，计算其保存率。

1.2.6 吸湿性实验 取足量姜粉、姜油树脂、姜油树脂微胶囊分别装入培养皿中，均匀摊开，置于底部装有水的干燥器中，密闭，连续处理10d，期间每天取样测定水分含量。

1.2.7 高湿度(相对湿度92.5%)对样品中姜辣素含量的影响 分别精密称取姜油树脂微胶囊、姜油树脂、姜粉各若干份于无色玻璃瓶中，分别于湿度为92.5%(25℃)条件下放置10d，定时取样测定姜辣素含量，计算其保存率。

1.2.8 姜辣素检测方法 按紫外分光光度法(280nm)测定，参见文献［1］。

1.2.9 水分测定方法 参考GB5009.3食品中水分的测定方法。

1.2.10 姜辣素保存率计算公式:

式中:C1-处理前姜辣素含量;C2-处理后姜辣素含量。

1.2.11 动力学参数(降解速率常数和半衰期)计算

采用Excel软件通过添加趋势曲线求得回归分析方程，经计算而得。

2 结果与分析

2.1 pH对样品中姜辣素含量的影响

实验结果见表1。

从图1可见，酸和碱处理24h，均导致供试品中姜辣素含量下降。处理后，三种供试品中姜辣素保存率的大小顺序为:微胶囊＞姜粉＞姜油树脂。

图1 pH的影响

酸处理后，供试品中姜辣素保存率要大于碱处理后的姜辣素保存率。

实验结果表明，酸碱的影响下，稳定性大小的顺序为:微胶囊＞姜粉＞姜油树脂。微胶囊具有较好的抗酸碱影响的能力，在pH1处理24h，其姜辣素保存率有94.5%;在pH11处理24h，其姜辣素保存率仍有70.3%。

2.2 紫外线照射对样品中姜辣素含量的影响

实验结果见图2。

图2 紫外线的影响

从图2可见，随着紫外线处理时间的延长，三种供试品中姜辣素保存率均呈下降趋势。下降程度大小为:姜油树脂＞姜粉＞微胶囊。实验条件下处理10d，微胶囊、姜粉、姜油树脂供试品中姜辣素保存率分别为94.58%，93.63%和86.52%。比较而言，微胶囊具有较好的抗紫外线作用。

从图2还可以看出，紫外线照射处理下，姜辣素保存率与处理时间基本呈线性负相关关系。根据实验数据计算得到的姜辣素降解相关的动力学数据见表1。

在本实验(紫外线照射)条件下，供试样品中姜辣素降解的速率常数大小顺序为:姜油树脂＞姜粉＞微胶囊。

姜辣素降解半衰期大小顺序为:微胶囊＞姜粉＞姜油树脂。

在本实验(紫外线照射)条件下，姜油树脂样品中姜辣素降解的速率常数(2.6443)是微胶囊样品中姜辣素降解的速率常数(1.1463)的2.31倍，而姜油树脂样品中姜辣素降解半衰期(20.3d)则是微胶囊的(44.8d)的 0.45倍。姜粉的降解速率常数(1.3566)略高于微胶囊的而其半衰期(37.8d)则低于微胶囊的半衰期。可见，姜油树脂抵御紫外线的能力最弱，而其微囊化后可大大提高抗紫外线的能力。

本实验结果显示，用功率为30W紫外光灯，将样品置离光源的距离为50cm照射10d，微胶囊中姜辣素含量保存率仍有94.58%。β-环糊精具有良好的保护姜辣素从而减轻紫外线导致的降解的能力。

2.3 温度对样品中姜辣素含量的影响

实验结果见图3。

图3 温度的影响

从图3可见，随着温度的递次增高，三种供试品中的姜辣素保存率递次减少，减少程度的大小顺序为:姜油树脂＞姜粉＞微胶囊。在120℃下处理4h，微胶囊、姜粉、姜油树脂供试品中姜辣素保存率分别为79.67%，60.67%，46.33%。这表明微囊化后大大提高了姜辣素抵御受热降解的能力。

2.4 高温(110℃)长时间处理对样品中姜辣素含量的影响

实验结果见图4。

从图4可见，在110℃温度下，随着处理时间的延长，三种供试品中姜辣素保存率呈下降趋势，下降程度大小的顺序为:姜油树脂＞姜粉＞微胶囊，姜油树脂与姜粉的曲线较为陡斜，而微胶囊的较为平缓。到处理的第7d时，姜油树脂、姜粉、微胶囊供试品中姜辣素保存率分别为42.55%、50.60%和82.15%。

随着处理时间的延长，供试品中姜辣素保存率基本呈线性下降趋势，据此实验数据计算得到的姜辣素降解的动力学数据见表2。

从表2可见，在110℃下姜粉与姜油树脂的降解速率常数比较接近，分别为7.03和7.53，它们分别是微胶囊的(2.50)的2.81倍和3.01倍。而微胶囊的半衰期(20.9d)是姜粉的(8.4d)的2.5倍，是姜油树脂的(7.3d)的2.9倍。这进一步显示微胶囊化能够提高姜辣素抗高温的能力。

图4 110℃处理的结果

表2 110℃处理下姜辣素降解的动力学数据

2.5 吸湿性实验

实验结果见图5。

图5 吸湿性考察

从图5可见，随着处理时间的延长，供试品中水分含量不断增大，至第8d后趋于平缓。实验结束时(处理的第10d)，姜粉、微胶囊、姜油树脂供试品中水分含量分别为46.4%，27.6%和18.4%。从图5曲线也可看出，吸湿性大小的顺序为:姜粉＞微胶囊＞姜油树脂。

2.6 高湿度(相对湿度92.5%)对样品中姜辣素含量)的影响

实验结果见图6。

图6 高湿度的影响

从图6可见，高湿度(相对湿度92.5%)下，三种供试品中姜辣素保存率随着处理时间的延长均呈下降趋势。在第6d以前，三者下降程度相差不大，6d以后，姜粉中姜辣素保存率下降幅度较大，而微胶囊与姜油树脂中的姜辣素保存率下降幅度仍保持匀缓的趋势。实验结束时(第10d)，姜粉、姜辣素、微胶囊中姜辣素保存率分别为68.9%，82.2%和85.1%。整个过程中，姜辣素保存率下降幅度大小顺序为:姜粉＞姜油树脂＞微胶囊，表明微胶囊化可以提高姜辣素抵御高湿度的影响的能力。

从图6及有关数据计算得到的高湿度处理下姜辣素降解的相关动力学数据见表3。

表3 高湿度处理下姜辣素降解的动力学数据

从表3可见，在高湿度(相对湿度92.5%)下，姜粉中姜辣素降解速率常数(6.43)分别是微胶囊(3.12)的2.1倍和姜油树脂(3.65)的1.8倍，而姜辣素半衰期(9.3d)分别是微胶囊(17.3d)的和姜油树脂(15.1)的0.5倍和0.6倍，这显示了微胶囊化能提高姜辣素抵御高湿度影响的能力。

3 结论

本实验条件下，以姜辣素保存率为评价指标，与姜粉和姜油树脂相比，微胶囊(姜油树脂/β-环糊精包合物)对酸、碱、紫外光、高温、高湿等外界因素的影响有着良好的稳定性，姜油树脂微囊化后能够有效提高抵御酸、碱、pH、高温、高湿等外界因素影响的能力，显示如下:

pH1处理24h，微胶囊供试品姜辣素保存率有94.5%;pH11处理24h，其姜辣素保存率有70.3%。

紫外光处理10d，微胶囊供试品姜辣素保存率为94.58%。微胶囊样品中姜辣素降解的速率常数为1.1463，半衰期为44.8d。

120℃下处理4h，微胶囊供试品中姜辣素保存率为79.67%;110℃处理7d时，微胶囊供试品中姜辣素保存率为82.15%，姜辣素降解速率常数为2.50，半衰期为20.9d。

高湿度(相对湿度92.5%)下，微胶囊供试品中姜辣素保存率为85.1%，姜辣素降解速率常数3.12，半衰期为17.3d。

4 讨论

酸、碱、紫外线、高温、高湿等外界过激影响因素，容易导致食品中有用成分发生劣变，从而引起产品质量下降或变质，即发生不稳定现象。姜粉、姜油树脂和姜油树脂微胶囊是生姜加工深度依次增大的生姜加工制品，广泛应用于调味品、保健品和医药等方面。姜油树脂微胶囊是近年来姜深加工方面研究的热点［1-8］。在制备工艺日趋成熟、研究不断完善的情况下，产品的质量特性和贮藏保质等方面的研究显得更加迫切和重要。而在酸、碱、紫外线、高温、高湿等外界偏激因素影响下，产品的稳定性考察并在此基础上进行有关动力学特性(如目标物降解速率常数和半衰期)的研究，无疑是产品质量控制、贮藏保质措施和下游产品研究开发等方面最需要了解的关键问题。本实验对此进行了探索性研究。本实验用的微胶囊仅是β-环糊精包合物，尚未涉及其它壁材和制备方式制备的姜油树脂微胶囊，动力学参数仅根据实验数据走向趋势从简单线性回归等方面研究了降解速率常数和半衰期。多种外界因素的综合作用、其它动力学参数等的研究尚未进行。所以，该类实验研究尚还有待深入和进一步扩展。期望同行们关注此类问题，并开展更加深入、完善的研究。

［1］陈燕，倪元颖，蔡同一.生姜提取物的综合利用与深加工研究［J］.食品工业科技，2000，21(4):76-78.

［2］唐世洪，张克梅，曾凡逵.提取姜油树脂的工艺参数及最佳因素水平组合的研究［J］.食品科技，2006(9):124.

［3］张明昶，李健，蒙继昭.紫外分光光度法测定姜中姜辣素类化合物的含量［J］.贵州医药，2003，27(3):283-284.

［4］刘利萍，王秀珍，毛威.姜油树脂/β-环糊精包合物的制备工艺优化和表征［J］.中国药学杂志，2007，42(15):1164 -1167.

［5］张美霞，蒋和体，张健.β-环糊精微胶囊姜油树脂加工工艺的研究［J］.现代食品科技，2006，22(3):35-38.

［6］吴雪，张少英.姜油树脂的微胶囊化研究［J］.粮油加工与食品机械，2001(5):28-30.

［7］张国栋，马力，唐僖，等.分子包埋法制备姜油树脂微胶囊的研究［J］.食品研究与开发，2005，26(4):6-8.

［8］刘利萍，毛威，王秀珍，等.姜油树脂/β-环糊精包合物的稳定性考察［J］.华西药学杂志，2007，22(3):310-311.

Study on the stability and the dynamics characteristic of ginger oleoresins microencapsulation

ZHOU Ling-guo，XIAO Lin，ZHU Yi-wei，FENG Can，ZHENG Lian-ji，LI Zhi
(Chongqing Food Technology Institute，Chongqing 400020，China)

Taking ginger powder and the ginger oleoresins as contrast，conservancy rate of gingerols as the index，the stability and dynamics characteristic(resolving velocity constant and the half-life)of ginger oleoresins microencapsulation(Gingeroleoresin/β-CD inclusion)was investigated under sourly，the alkali，ultraviolet ray，heat，high humidity(RH 92.5%)influence.The results showed the pH1 and pH11 handled a day respectively，conservancy rate of gingerols distinguished to 94.5%and 70.3%in the microencapsulation sample.Ultraviolet ray processing，resolving velocity constant of gingerols in the microencapsulation sample was 1.1463，the half-life was 44.8 days.110℃ processings，resolving velocity constant of gingerols was 2.50，the half-life was 20.9 days.High degree of humidity(92.5%of relative humidity)bottom，resolving velocity constant of gingerols was 3.12，the halflife was17.3 days.Thatcompared with the gingerpowderand gingeroleoresins，gingeroleoresins microencapsulation had the good stability to sour，the alkali，ultraviolet ray，heat，high humidity etc.

ginger oleoresins;gingerols;microencapsulation;stability;dynamics characteristic

TS201.2

A

1002-0306(2011)11-0160-04

姜油树脂是从生姜中提取制备的比较粘稠的半流体物质。它既含有少量精油的挥发性成分，也含有精油不具备的非挥发性的脂肪成分［1］，其中含精油30%～40%，特殊辣味物质(即姜辣素)姜酮、姜醇、姜烯、樟烯酚、龙脑、柠檬醛和氨油醚等，包含了生姜中几乎全部的香味、口味成分和功效成分［1-2］。直接使用姜油树脂常遇到溶解性差、分散不均和增加原物料的含水率等问题。姜油树脂微胶囊则是采用微胶囊技术改变姜油树脂的状态，使其成为固体粉末状产品并赋予其具有保护作用的壁材。通过β-环糊精的包埋作用，将姜油树脂转变成微胶囊，比较有效地解决了溶解性、分散性、使用方便性、便于运输等问题。在外界不良环境因素的影响下，姜油树脂微胶囊的稳定性及动力学特性(降解速率常数和半衰期)不但是评价其性能是否优越的问题，而且是微胶囊产品实现其工业化、商品化必须要掌握的问题。本文以酸碱、紫外光、高温、高湿等作为处理因子，姜辣素保存率为评价指标，进行了姜油树脂微胶囊(姜油树脂/β-环糊精包合物)的稳定性实验，为便于比较分析，同时做了同等实验条件下姜粉、姜油树脂的稳定性实验考察。并在实验数据的基础上，作了动力学特性的初步分析。

2010-11-24

周令国(1957-)，男，学士，高级工程师，研究方向:食品工业高新技术的应用。

重庆市科技计划攻关项目(CSTC，2009AB1060)。