姜黄素的增溶及稳定性研究

陶慧,余楚钦,黄劲恒,张伦,解仲伯,林华庆

(广东药学院， 广东省药物新剂型重点实验室, 广东 广州, 510006)

(1)

E损

(2)



姜黄素的增溶及稳定性研究

陶慧,余楚钦,黄劲恒,张伦,解仲伯,林华庆*

(广东药学院， 广东省药物新剂型重点实验室, 广东 广州, 510006)

姜黄素为难溶性且不稳定的一类天然食用色素，在食品、医药行业等领域中的应用受到极大限制。研究通过添加表面活性剂与助表面活性剂，以增加姜黄素在水性溶液中的溶解度。采用添加抗氧化剂、金属螯合剂以及调节pH值等手段，以色价损失率为评价指标，考察其对增溶后姜黄素溶液的稳定性影响。溶解度结果表明，当助表面活性剂与表面活性剂的用量质量比为1∶2时，可提高姜黄素溶解度至40mg/g，且增溶后的姜黄素溶液为全水系，用水可稀释成澄清透明的水溶液。稳定性研究表明：抗氧剂的种类以及用量对姜黄素溶液的稳定性影响较大，以0.30%没食子酸丙酯的效果最佳；金属螯合剂对提高姜黄素稳定性的效果不及抗氧化剂；姜黄素溶液在强酸和碱性环境中的稳定性较差，当调节姜黄素溶液pH值为4.56时，其稳定性与加入0.30%没食子酸丙酯(propylgallate,PG)的相当。

姜黄素；增溶；稳定性；色价损失率

姜黄色素(curcumine)是从姜科姜黄属(Curcuma longaL)植物姜黄、莪术、郁金等根茎中提取而得的一类天然食用色素，是由姜黄素(curcumin)、去甲氧基姜黄素(demethoxycurcumin)和双去甲氧基姜黄素(bisdemethoxycurcumin)组成的混合体[1]。现代药理学研究表明，姜黄素具有抗炎、抗氧化、抗癌、降血脂和抗动脉粥样硬化等多种药理活性[2-4]。姜黄素是国内外允许应用于食品的天然黄色素之一，还可用于医药、化妆品等行业[5-6]。但由于姜黄素在水中溶解度极低，<50μmol/L，体内吸收差[7-8]。且易受光、温度、金属离子、pH值等外界因素影响，失去其显色能力[9-10]，故姜黄素在相关领域的应用受到了较大的限制，未能最大发挥其作用。因此，增加姜黄素在水中的溶解度及增强其稳定性是研究的关键所在。

对于增加姜黄素的溶解度，目前采用的方法主要有反胶束体系增溶[11]、固体分散技术增溶[12-13]、包合技术增溶[14]与自乳化增溶[15]。天然色素的稳定化技术主要有微胶囊化[16]、制成脂质体[17]以及添加色素稳定剂[18]等。本研究采用添加表面活性剂与助表面活性剂以增加姜黄素的溶解度，并在增溶的基础上通过采取一定措施提高姜黄素的稳定性。

1　材料

1.1试剂

姜黄素 (原料纯度≥95%)，河北天旭天然色素有限公司；姜黄素对照品(纯度=98%)，广州齐云生物科技有限公司；1,2-丙二醇((纯度≥99.5%)广州市威伦食品有限公司 )；聚氧乙烯RH-40氢化蓖麻油(CremophorRH40) ，德国Basf股份有限公司；植酸，广州市耶尚贸易有限公司；2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol,BHT)，广州泰邦食品有限公司；2-叔丁基对苯二酚(tert-butylhydroquinone,TBHQ) ，广州泰邦食品有限公司；没食子酸丙酯(PG)，Aladdin-阿拉丁试剂(上海)有限公司。

1.2仪器

CP225D型电子分析天平，德国Sartorius公司；BS224S型电子分析天平，德国Sartorius公司；分散机，上海德雨机电设备有限公司；UV-1800双光束紫外分光光度仪，日本Shimadzu公司；pH计，奥豪斯仪器(上海)有限公司；MGG-33H人工智能气候箱，成都一恒科技有限公司。

2　实验方法

2.1水溶性姜黄素溶液的制备

取处方量姜黄素原料加入CremophorRH40中，高速剪切，加入丙二醇，(丙二醇∶CremophorRH40质量比=1∶2)，剪切，搅拌均匀，加水稀释，即得。

2.2表面活性剂与助表面活性剂用量的考察

经初步考察，姜黄素在丙二醇与聚氧乙烯RH-40氢化蓖麻油中的溶解度较为理想。因此选用丙二醇与聚氧乙烯RH-40氢化蓖麻油作为助表面活性剂与表面活性剂，考察其用量比以增加姜黄素的溶解度。

2.3不同抗氧化剂种类及用量对姜黄素溶液稳定性影响考察

按2.1项下方法制备姜黄素溶液，根据《食品安全国家标准-食品添加剂使用标准》，分别加入0.00%、0.01%、0.10%、0.30% 4种质量浓度的TBHQ、BHT、PG3种抗氧化剂，得姜黄素溶液10份。置人工气候箱中，于照度为20 000lx的条件下放置60d，于第0、5、10、15、30、60天取样，测定姜黄素溶液的吸光度，比较同种类不同量及同量不同种类抗氧化剂对姜黄素溶液的影响。

2.4金属螯合剂—植酸对姜黄素溶液稳定性影响考察

按2.1方法制备姜黄素溶液，根据《食品安全国家标准-食品添加剂使用标准》，在处方中分别加入0.00%、0.01%、0.05%、0.10%、0.30%植酸，得5份姜黄素溶液。置人工气候箱中，于照度为20 000lx的条件下放置60d，于第0、5、10、15、30、60天取样，测定姜黄素溶液的吸光度，考察植酸含量对姜黄素溶液稳定性的影响。

2.5pH值对姜黄素溶液稳定性影响考察

据相关文献研究[19]，姜黄素在酸性至中性条件下较为稳定，按2.1方法制备姜黄素溶液，将姜黄素溶液的pH值调节为1.50、3.00、4.50，实际姜黄素溶液由初始值8.09分别调节至1.76、3.18、4.56。得姜黄素溶液4份，置人工气候箱中，于照度为20 000lx的条件下放置60d，于第0、5、10、15、30、60天取样，测定姜黄素溶液的吸光度，考察pH值对姜黄素溶液稳定性的影响。

3　结果与讨论

3.1最大吸收波长的确定

采用紫外-可见分光光度法，以无水乙醇为溶剂，在200～600nm波长内，对姜黄素对照品进行扫描，最大吸收波长为424nm，其图谱见图1中a。 按2.1方法制备姜黄素溶液，取姜黄素溶液0.100g，置25mL容量瓶中，用水稀释至刻度，精密量取上述溶液1.0mL于50mL容量瓶中，稀释至刻度。以水为空白，在200～600nm波长内对姜黄素水溶液进行扫描，最大吸收波长为424nm，其图谱见图1中b，表明姜黄素经增溶后性质未改变，并做处方阴性对照，在424nm处无吸收，其图谱见图1中c，表明此波长下处方中辅料对姜黄素的测定基本无干扰，故确定424nm为检测波长。

a-姜黄素对照品无水乙醇溶液;b-增溶后姜黄素水溶液;c-阴性溶液图1　姜黄素溶液UV图谱Fig.1　UV spectra of curcumin solution

3.2标准曲线的制备

精密称定姜黄素对照品10.25mg，置100mL棕色量瓶，用无水乙醇稀释至刻度，即得。精密量取上述溶液5.0mL于100mL棕色量瓶中，稀释至刻度，摇匀，得储备液。精密量取姜黄素储备液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，稀释至刻度，得1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0μg/mL等不同质量浓度的姜黄素溶液，于424nm处测定吸光度，以吸光度(A)对质量浓度(ρ，μg/mL)作线性回归，得标准曲线方程：A=0.153 63ρ-0.004 34(r=0.999 6)，表明在1.0～5.0μg/mL内，吸光度与姜黄素的质量浓度呈良好的线性关系。

图2　姜黄素溶解度随Cremophor RH40用量变化曲线Fig.2　Curve of the solubility of curcumin with amounts of Cremophor RH40

3.3表面活性剂与助表面活性剂用量增加姜黄素溶解度结果

溶解度实验结果表明，丙二醇与CremophorRH40比为1∶1时，姜黄素可增溶至20mg/g；当丙二醇∶CremophorRH40=1∶1.5(质量比)时，姜黄素溶解度可至30mg/g，姜黄素的溶解度随CremophorRH40用量的增加而增加，如图2所示。因考虑成本原因，最终确定丙二醇与CremophorRH40的质量比为1∶2时，姜黄素增溶到40mg/g，作为最佳处方。

3.4姜黄素稳定性评价指标

以色价损失率为评价指标，考察姜黄素溶液的稳定性。

色价的计算公式如下：

(1)

色价损失率(%)计算公式如下：

(2)

式中：E损，色价损失率，%；E前，起始色价；E后，光照处理不同时间后的色价。

3.5不同抗氧化剂种类及用量对姜黄素溶液稳定性影响结果

按2.3方法处理姜黄素溶液，比较了不同抗氧化剂种类及用量对姜黄素溶液的稳定性影响，计算其色价损失率并作图，结果见图3～图8。

图3　不同量TBHQ对姜黄素稳定性影响Fig.3　The effect of different amounts of TBHQ on stability of curcumin

从图3可以看出，在0～15d内，空白组与0.30%质量浓度组变化趋势相似，无显著性差异(P>0.05)，0.01%与0.10%质量浓度组变化速率相近(P>0.05)；但空白组及0.30%组分别与0.01%组及0.10%组有显著性差异(P<0.05)，前2组的色价损失速率大于后2组。从第15天以后，0.01%质量浓度的TBHQ组色价变化速率趋于缓慢，致使到第60 天时，虽空白及各抗氧化剂组间分别都有差别(P<0.05)，但以0.01%质量浓度的TBHQ提高姜黄素稳定性效果最佳，色价损失率为25.542%，相比空白组的31.990%提高了6.448%。

图4　不同量BHT对姜黄素稳定性影响Fig.4　The effect of different amounts of BHT on stability of curcumin

从图4可以看出，在0～10d内，空白组与0.30%BHT组色价变化相近，而0.01%与0.10%BHT组相近，同TBHQ组。随着时间的推移，各组变化速率都趋于一致，到第60天时，0.01%与0.3%组与空白组间差别明显(P<0.05)。从数据上看，0.01%组与0.30%组的色价损失率相比于空白组分别降低了2.384%与3.203%，而0.10%组仅为0.828%。因此可以看出，抗氧化剂BHT对姜黄素稳定性有一定的提高作用，但效果不及其他两类抗氧化剂。

从图5可以看出，最初在0～15d内，同TBHQ与BHT一样，空白组与0.30%PG组色价变化相似，0.01%与0.10%PG组变化相近，显著性分析结果与TBHQ及BHT组一致。从第15天后可以看出，0.30%PG组色价损失变化速率逐渐减慢，到第60天，此组色价损失率为最低值，各不同浓度组，除0.10%组外的色价损失率均明显低于空白组(P<0.05)，但不同浓度组间0.30%与0.01%与0.10%间都有显著性差异(P<0.05)，即0.30%组与其余3组间均有明显差别(P<0.05)。从数据上来看，60d色价损失率为23.502%，相比于空白组的31.990%，提高了8.488%。由此可见，0.30%质量浓度的PG对姜黄素的稳定性改善效果最大。

图5　不同量PG对姜黄素稳定性影响Fig.5　The effect of different amounts of PG on stability of curcumin

图6　同量(0.01%)不同种类抗氧化剂对姜黄素稳定性影响Fig.6　The effect of same amount(0.01%) but different types of antioxidants on stability of curcumin

从图6可以看出，当都含有0.01%的不同种类抗氧化剂时，从0天开始，3种抗氧化剂组色价损失速率相比于空白组变化缓慢，具有显著性差异(P<0.05)，但各抗氧化剂组间差异不明显(P>0.05)。从第10天开始，0.01%BHT组相比于TBHQ和PG组变化速率加快(P<0.05)，到第60天，0.01%的BHT与PG色价损失率相近(P>0.05)，无显著性差异。以0.01%的TBHQ组为最佳(P<0.05)，色价损失率相比于空白组的31.990%降到25.542%。

图7中可以看出，当抗氧化剂含量为0.10%时，在0～30d内，3种抗氧化剂对姜黄素稳定性影响的变化速率相当，相比于空白组变化均较慢，有显著性差异(P<0.05)，但第30天后，其色价损失率与空白组相近，除TBHQ组与空白组有显著性差异外(P<0.05)，其余组均无差异，各组间也无差别(P>0.05)。因此可以得出当抗氧化剂含量为0.10%时，除TBHQ外，其余2种抗氧化剂的效果不甚明显。

图7　同量(0.10%)不同种类抗氧化剂对姜黄素稳定性影响Fig.7　The effect of same amount(0.10%) but different types of antioxidants on stability of curcumin

图8中看出，当抗氧化剂含量为0.30%，在0～30d内，各抗氧化剂以及空白组色价损失率间无显著性差异(P>0.05)，至第60天时，TBHQ与BHT效果相差甚微(P>0.05)，PG效果较为明显，与TBHQ、BHT及空白组间都具有显著性差异(P<0.05)，从数据上来看，0.30%PG的色价损失率相比于空白组降低了8.488%，而TBHQ与BHT两组分别降低了3.848%和3.203%。由此可见PG效果最为明显，这可能与PG结构有关。一方面，PG发挥其抗氧化作用，另一方面，随着时间的推移，PG中的酯键断裂，生成酸，给体系营造了一个偏酸性的环境，二者综合作用，使得其提高姜黄素的稳定性最佳。

图8　同量(0.30%)不同种类抗氧化剂对姜黄素稳定性影响Fig.8　The effect of same amount(0.30%) but different types of antioxidants on stability of curcumin

3.6金属螯合剂—植酸对姜黄素溶液稳定性影响结果

按2.4方法处理姜黄素溶液，考察金属螯合剂对姜黄素溶液的稳定性影响，计算其色价损失率并作图。结果见图9。

图9　植酸量对姜黄素稳定性影响Fig.9　The effect of different amounts of phytic acid on stability of curcumin

从图9中可以看出，第60天时，含有植酸的4组姜黄素溶液色价损失率均低于0.00%植酸组(P<0.05)，且此4组间色价损失率相近，没有显著性差异(P>0.05)。因此可以得出，植酸可以在一定程度上提高姜黄素稳定性，但在处方中植酸的质量浓度对色价损失率影响不明显。推断是由于植酸一方面作为金属螯合剂屏蔽了金属离子对姜黄素溶液的干扰，另一方面由于植酸为酸性物质，加入姜黄素溶液中调节了溶液的pH值，由此两方面共同作用改善姜黄素溶液的稳定性。各植酸质量浓度间对色价损失率影响无显著性差异可能是由于处方金属离子不多，加入的最低浓度植酸已足以发挥其作用。

3.7pH值对姜黄素溶液稳定性影响结果

按2.5方法处理姜黄素溶液，考察不同pH值对姜黄素溶液的稳定性影响，计算其色价损失率并作图。结果见图10。

图10 不同pH值对姜黄素稳定性影响Fig.10　The effect of different pH on stability of curcumin

图10中，在0～15d内，各pH值下姜黄素的色价损失速率相近，第15天开始，pH=4.56组色价损失速率减缓；而pH=1.76时，姜黄素的色价损失速率开始增高，其次是pH=8.09组。到第60天，各pH值组之间均有显著性差异(P<0.05)，从数据来看，pH=4.56组色价损失率最低，比pH=1.76组提高了7.957%，其次是pH=3.18组。从图10可以看出，在一定pH范围内，姜黄素的稳定性随pH值的增高也逐渐增强，表明在姜黄素溶液在强酸和碱性环境下稳定性较差，与文献所报道结果吻合。分析原因认为，在碱性条件下，姜黄素苯环上的羟基以氧负离子的形式存在，其给电子能力增强，致使碳链的亲电反应活性大大增强，因此在碱性条件下不稳定。随着pH值的降低，姜黄素产生异构体，在羟基碳上发生亲核反应的可能性增大，致使姜黄素发生分解[20]。在长期放置过程中，姜黄素溶液的pH值变化不大。

本实验研究了姜黄素的增溶问题及提高其稳定性方法，但依然存在一定的局限性，例如天然抗氧化剂与合成抗氧化剂的复配使用，金属螯合剂的使用种类及用量对姜黄素溶液的稳定性影响，都有待进一步研究考察。姜黄素在pH值不同的条件下呈现不同的颜色，在酸性至中性环境下，呈柠檬黄色，在碱性环境下，呈橙黄色或红棕色[21]。在本研究中，姜黄素溶液在光照环境下，随着时间的推移，姜黄素溶液的颜色由亮黄色慢慢变成棕色，但是其pH值并未发生太大改变。且阴性对照处方并没有发生颜色改变。推测在光照条件下，姜黄素发生降解，使得其表现出的颜色发生改变，需进一步加以验证。

4　结论

姜黄素是一种几乎不溶于水的色素，通过添加表面活性剂与助表面活性剂制备的姜黄素溶液，不仅可以增加溶解度到40mg/g，而且是一种水溶性溶液。姜黄素原料对光照极其敏感，通过实验证明，在24h强光照射下，姜黄素无水乙醇溶液降解完全，由亮黄色变成无色。因此，本研究选用强光照射作为姜黄素溶液的影响条件，考察其稳定性。实验结果表明，通过添加抗氧化剂、金属螯合剂和控制pH值等手段，均可不同程度提高姜黄素的稳定性。从抗氧化剂方面看，不同抗氧化剂表现的效果大不相同，当使用TBHQ时，0.01%的量效果优于另2组量；当使用BHT时，对姜黄素稳定性有一定的提高作用，但效果不及BHT及TBHQ，且BHT量间差异较小；当使用PG时，以0.30%的量作用效果最好。当质量浓度为固定值时，以0.01%来看，以TBHQ的效果最好；当为0.10%时，3种抗氧化剂的效果趋于相近；当为0.30%时，PG的效果明显优于TBHQ和BHT。从此处可以看出，抗氧化剂的使用因类因量而表现出完全不同的效果，在实际的使用过程中，不能一概而论。从金属螯合剂的方面来看，植酸的作用是显而易见的，但质量浓度对姜黄素溶液的稳定性影响差别不大。从pH值来看，本研究制得的姜黄素溶液呈碱性，当调节溶液至不同pH时，色价损失率呈现不同的值，当pH=1.76时，其稳定性最差，色价损失率高于碱性条件下的姜黄素溶液；当pH=4.56时，姜黄素的色价损失率最低；因此姜黄素溶液在强酸及碱性环境下不够稳定，宜于弱酸至中性环境下储存及使用。

综上所述，本研究为难溶性姜黄素的增溶提供了方法，制成姜黄素水溶性溶液，通过采取不同措施进一步优化处方，极大地提高了姜黄素的稳定性，为姜黄素在食品行业或药用方面的广泛应用提供了基础，并为其他天然色素在稳定性研究上提供了科学借鉴。

[1]韩婷,宓鹤鸣.姜黄的化学成分及药理活性研究进展[J].解放军药学学报,2001,17(2):95-97.

[2]KAWAMORIT,LUBETR,STEELEVE,etal.Chemopreventiveeffectofcurcumin,anaturallyoccurringantiinflammatoryagengt,duringthepromotion/progressionstagesofcoloncancer[J].CancerResearch,1999,59(3):597-601.

[3]JAYAPRAKASHAGK,JAGANMOHANRAOL,SAKARIAHKK.ChemistryandbiologicalactivitiesofC.longa[J].TrendsinFoodScience&Technology,2005,16(12):533-548.

[4]崔晶,翟光喜,娄红祥.姜黄素的研究进展[J].中南药学杂志,2005,3(2):108-111.

[5]VENKATESANN,PUNITHAVATHID,ARUMUGAMV.CurcuminPreventsadriamycinnephrotoxicityinrats[J].BritishJournalsofpharmacology,2000,129(2):231-234.

[6]王贤纯.姜黄色素及其提制方法[J].生物学杂志,2000,17(1):36-37.

[7]HAUSSDJ.Orallipid-basedformulations[J].AdvancedDrugDeliveryReviews,2007,59(7):667-676.

[8]王旗,王夔.姜黄素的代谢研究[J].中国药理通报,2003,19(10):1 097-1 010.

[9]齐莉莉,王进波.单体姜黄素稳定性的研究[J].食品工业科技,2007,28(1):181-182.

[10]韩刚,霍文,李秋影,等.姜黄素的稳定性研究[J].中成药,2007,29(2):291-293.

[11]颜秀花,许伟,邵荣,等.反胶束体系对姜黄素的增溶及其稳定性作用[J].甘肃农业大学学报, 2011,46(2):143-146.

[12]关辉,欧阳梅,梁娇旸,等.姜黄素固体分散体的制备和溶出度考察[J].沈阳药科大学学报, 2009,26(12):945-951.

[13]黄秀旺,许建华,温彩霞.姜黄素-聚维酮固体分散体的制备及溶出度的测定[J].中国医院药学杂志,2008,28(21):1 819-1 822.

[14]李香,林秀丽.β-环糊精及其衍生物对姜黄素的增溶和荧光增强作用[J]. 中国医药工业杂志,2008,39(3):194-198.

[15]王云红,汪圣华,杨荣平,等.姜黄素自乳化制剂的设计、优化及质量评价[J]. 中药材,2010, 33(12):1 933-1 937.

[16]王煜,张玉凤,章慧等.微胶囊化提高姜黄色素稳定性的研究[J].食品工业科技,2007,28(11): 193-195.

[17]王兰,葛雪梅, 郑艳，等.姜黄素及其脂质体的稳定性评价[J].食品科技,2009,34(3):240-242.

[18]郑君花,王修俊,王丽芳，等.姜黄色素的稳定化研究[J].食品科技,2015,40(1):287-291.

[19]王茉莉.姜黄素的稳定性研究及稳定化制剂的制备[D].石家庄：河北医科大学,2006.

[20] 陈婧,刘彩霞,朱晓薇.总姜黄素在不同介质中的稳定性考察[J].中草药,2006,37(10): 1 508-1 510.

[21]范春梅,刘学文.水溶性姜黄色素稳定性的研究[J].中国调味品,2012,37(3):108-110.

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

硕士研究生(林华庆教授为通讯作者，E-mail：huaqing_@vip.tom.com)。

2015-11-16，改回日期：2016-02-03