姜黄素是一种具有多种生理活性的植物多酚类化合物，其在抗氧化、抗肿瘤和抗炎症等方面均具有显著的作用[1]。但由于姜黄素在人体内有效滞留时间短，因此难以充分发挥其功效。研究发现，姜黄素经口服后直接进入消化道，在此期间的吸收效果较差，只有极其少量进入血液循环[2]，这同姜黄素的水溶性和稳定性较差有直接的关系。姜黄素在酸性和中性条件下不易溶解，遇强碱则很快降解成阿魏酸、阿魏酸甲烷、香草醛等物质[3]。此外，姜黄素在高温和光照条件下易降解，也易与金属铁离子发生螯合反应[4]。为了改善姜黄素在消化过程中的生物可及性，很多研究者尝试通过水凝胶、纳米颗粒以及脂质体等输送体系对姜黄素进行包埋[5]。近年来，很多研究致力于通过不同粒径、不同结构以及不同特性的乳液体系提升姜黄素的生物可及性[6]。
乳液是一种由不相溶的两相液体在外力的作用下形成的一种相对稳定的混合体系。在乳液形成的过程中，乳化剂会吸附在分散相和连续相所形成的相界面上，其对乳液的稳定性具有重要影响[7]。乳化剂可分为合成乳化剂和天然乳化剂两大类。相对于合成的乳化剂，天然的食品级乳化剂因安全性更高而被广泛应用。食品级乳化剂来源非常广泛，如蛋白质、多糖、脂质等食品组分均可作为乳化剂用于乳液输送体系的构建[8]。蛋白质作为一种生物大分子，除了具有极高的营养价值，还具有乳化、气泡以及凝聚等多种功能特性，是食品加工中的重要原料。近年来，受到环境、健康以及生物伦理等因素的影响，植物蛋白作为一种新资源食品受到了极大关注[9]。研究表明，相对于传统的动物蛋白，植物蛋白更适合作为一种输送载体用于活性物质的缓慢释放[10]。以植物蛋白为载体构建的绿色新型食品级活性因子输送系统具有良好的应用前景。目前，玉米醇溶蛋白[11]、小麦醇溶蛋白[12]、大豆蛋白[13]、核桃蛋白[14]等已经被应用于姜黄素乳液输送系统的构建。小麦胚芽是面粉加工过程产生的副产物，小麦胚芽蛋白来源广泛，营养价值高。本研究利用小麦胚芽蛋白制备姜黄素乳液，并考察贮藏过程及不同温度下的乳液理化稳定性，以期探寻小麦胚芽蛋白的高值化利用途径。
1 材料与方法
1.1 试验材料与设备
1.1.1 材料与试剂
姜黄素（≥90%）：上海默克西格玛-奥德里奇贸易有限公司；脱脂小麦胚芽粉（食品级）：北大荒丰缘麦业有限公司；食用大豆油：中粮福临门公司；叠氮钠（分析纯）：天津市富宇精细化工有限公司；无水乙醇、盐酸、氢氧化钠（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。
1.1.2 仪器与设备
激光粒度仪（MasterSizer 2000）：英国Malvern 公司；台式高速离心机（JW-2019HR）：安徽嘉文仪器装备有限公司；电子分析天平（FA2104B）：上海越平科学仪器有限公司；凯氏定氮仪（K9840）：海能未来技术集团股份有限公司；振动式超微粉碎机（LWF-100B）：济南龙微制药设备有限公司；电热恒温水浴锅（DK-8D）：常州普天仪器制造有限公司；紫外可见分光光度计（UV-7504）：上海欣茂仪器有限公司；倒置显微镜（BDS 15010135）：重庆奥特光学仪器有限责任公司；数显四联磁力搅拌器（ZNCL-BS-4）：河南爱博特科技发展有限公司；超声波均质机（SCIENTZ-II D）：宁波新芝生物科技股份有限公司：剪切分散机（T 10）：德国IKA 公司；真空冷冻干燥机（SR-A10N-50）：上海舍岩仪器有限公司。
1.2 试验方法
1.2.1 麦胚蛋白的提取
称取100 g 经振动式超微粉碎机处理后的脱脂小麦胚芽粉放置于烧杯中，加入1 L 蒸馏水，用1 mol/L的NaOH 调pH 值至9.5。然后将其置于磁力搅拌器（1 000 r/min），并将温度调至50 ℃，在该条件下提取1 h。提取结束后，在5 000 r/min 下离心3 min 得到上清液。用1 mol/L 的HCl 将上清液的pH 值调至4.0，然后5 000 r/min 离心3 min，得到沉淀。将获得的沉淀加入600 mL 去离子水，匀浆，并将其pH 值调至7.0 复溶后进行真空冷冻干燥处理，最终得到麦胚蛋白。根据麦胚蛋白质量同脱脂小麦胚芽质量的百分比，计算出麦胚蛋白的得率为（30.5±1.3）%。
1.2.2 麦胚蛋白中蛋白含量的测定
蛋白含量参考GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》中的凯氏定氮法测定。本试验中所提取的麦胚蛋白，其蛋白含量为（87.0±0.5）%。
1.2.3 姜黄素乳液的制备
称取不同质量的麦胚蛋白放置于具塞玻璃瓶（15 mL）中，加入10 mL 蒸馏水，使其浓度分别为0.5%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%。分别通过磁力搅拌器（1 600 r/min）搅拌2 h。称取大豆油50 g 于烧杯中，在磁力搅拌器上加热到140 ℃，然后将0.25 g 姜黄素加入到热油中，搅拌溶解后冷却至室温。取2 mL 溶有姜黄素的油相，加入到不同浓度的麦胚蛋白溶液中，然后用分散机在20 000 r/min 的条件下处理3 min，接着用超声波均质机处理2 min。为了避免乳状液长期放置过程中微生物的影响，乳液中分别滴加2 滴2% 的叠氮化钠溶液。
1.2.4 乳液粒径的测定
乳液粒径的测定参考Delahaije 等[15]的方法，在室温下取少量乳液样品加入样品池中，设定油滴和连续相的折射率分别为1.45 和1.33。最终样品的平均粒径用表面积平均粒径（D3，2）表示。
1.2.5 光学显微镜观察
用胶头滴管蘸取少量姜黄素乳状液滴于载玻片中央，然后在样品上放置一片盖玻片，并轻轻按压以防止产生气泡，然后以合适的放大倍率，在40 倍物镜下对乳液样品的微观结构进行观察，并拍照采集乳液样品图像。
1.2.6 姜黄素标准曲线绘制
称取11.5 mg 的姜黄素，置于50 mL 的容量瓶，加入甲醇溶解并定容。然后从容量瓶中吸取15 mL 的姜黄素溶液，取另一个同样容积的容量瓶，加入甲醇稀释定容。用移液枪精密吸取姜黄素溶液0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL 分别置于10 mL 的刻度试管中，用无水乙醇稀释至刻度线，摇匀。利用紫外分光光度计在450 nm波长处测定吸光度，用甲醇作为空白试剂。通过绘制的标准曲线（y=0.134 9x+0.007 2，R2=0.999 4）对乳液中姜黄素的含量进行测定。
1.2.7 乳液储存稳定性测定
将制备好的姜黄素乳液置于室内进行为期14 d的常温储存。定期取0.2 mL 乳液置于离心管，加入10 mL 甲醇，充分振荡后，以6 000 r/min 离心5 min，然后取1 mL 上清液置于试管，再加入9 mL 无水乙醇，以甲醇作空白对照，在450 nm 下测吸光度，通过绘制的标准曲线进行定量。同时对新鲜制备的乳液及经过14 d 储存后的乳液进行拍照，观察乳液的外观变化。
1.2.8 乳液热稳定性测定
将新制备的姜黄素乳液分别置于40 ℃和80 ℃进行恒温水浴，孵化60 min，每15 min 取一次样，每次吸取0.2 mL 姜黄素乳状液于离心管，按照1.2.7 中的方法测定吸光度，并进行定量分析。
1.3 数据统计与分析
研究中每项试验均进行3 次独立测定，结果以平均值±标准差表示。使用SPSS 16 中的方差分析对数据进行显著性分析（p＜0.05），使用Origin 8.5 对数据进行绘图。
2 结果与讨论
2.1 乳液粒度分布
不同麦胚蛋白浓度的姜黄素乳液的液滴粒度分布如图1 所示。
图1 不同麦胚蛋白浓度下乳液液滴的粒度分布
Fig.1 Particle size distribution of emulsion droplets at different wheat germ protein concentrations
由图1 可以看出，当蛋白浓度为0.5% 时，乳液粒径的分布最宽，分布范围从数微米到数百微米，说明在该蛋白浓度下乳液液滴的均匀性最差。随着麦胚蛋白浓度的增加，乳液液滴的粒径分布范围逐渐缩小，基本在10 μm 以下，说明乳液的粒径变得更为均匀。研究表明，蛋白稳定的乳液，蛋白质以双亲分子的形式快速吸附在油脂液滴与水相间，通过空间位阻效应和静电效应形成界面蛋白膜，从而避免液滴发生絮凝、聚集等现象，达到稳定液滴的效果[16]。因此，在蛋白质稳定的乳液体系中，当蛋白浓度较低时，会导致油水界面上吸附的蛋白较少，部分距离较近的油滴发生合并，形成较大的乳液液滴，造成乳液液滴粒径分布较宽。而当蛋白质含量较高时，其能够更快速地覆盖更大的油水界面，防止油滴间发生合并，从而能够形成更小的乳液液滴，并且能够提高粒径的均匀性。
2.2 乳液粒径
液滴的粒径对乳液的物理稳定性影响较大。图2为不同麦胚蛋白浓度下姜黄素乳液的平均粒径。
图2 不同麦胚蛋白浓度下乳液液滴的平均粒径
Fig.2 Average particle size of emulsion droplets at different wheat germ protein concentrations
不同小写字母表示存在显著性差异（p＜0.05）。
由图2 可以看出，随着麦胚蛋白浓度从0.5%增加到2.0%，乳液液滴的粒径从1.9 μm 减小到0.3 μm，呈现显著减小（p＜0.05）的趋势。这是由于乳液中油滴表面逐渐形成紧密的蛋白吸附层，有效抑制了油滴的絮凝和聚集[17]。
但随着麦胚蛋白浓度进一步增加，乳液的粒径不再明显改变（p＞0.05）。这是由于当蛋白浓度达到2.0%时，已有足够量的蛋白分子吸附到油水界面，进一步增加蛋白浓度并不能降低油滴的尺寸。相反，当蛋白浓度过高时，会因存在大量未吸附蛋白从而造成蛋白包被的油滴产生耗散絮凝，导致体系稳定性的降低[15]。
2.3 乳液微观结构
图3 为不同麦胚蛋白浓度的姜黄素乳液的微观结构。
图3 不同麦胚蛋白浓度下姜黄素乳液的微观结构
Fig.3 Microstructure of curcumin emulsion at different wheat germ protein concentrations
由图3 可知，乳液中的液滴均呈现出规则的球形外观，而且每种乳液中液滴的大小并非完全均匀。蛋白浓度为0.5%和1.0%时，乳液中存在尺寸较大的液滴。随着蛋白浓度增加，可以看出乳液中液滴的尺寸明显变小，且分布愈加均匀。该现象与乳液粒径的测定结果（图1、图2）基本一致。该结果再次表明，蛋白浓度的增加有利于降低乳液液滴的粒径以及提高乳液液滴的均匀性。
2.4 贮藏时间对乳液物理稳定性及姜黄素含量的影响
图4 为不同麦胚蛋白浓度下新鲜制备的乳液和经过14 d 放置后姜黄素乳液的外观。
图4 不同麦胚蛋白浓度的新鲜乳液及自然贮藏14 d 后乳液的外观
Fig.4 The appearances of the emulsions after 0 day and 14 day storage at ambient conditions
由图4 可知，新鲜制备的不同蛋白浓度的姜黄素乳液在外观上无明显差异。但放置14 d 后，0.5% 和1.0% 蛋白浓度下的姜黄素乳液出现不同程度的乳脂肪上浮，发生了明显的乳析现象。这是由于低浓度的蛋白分子在油水界面呈松散排列，不能包裹全部的油相，部分油滴发生合并，使得乳液稳定性不佳。同时可以明显发现，高麦胚蛋白浓度（2.0%～4.0%）制备的姜黄素乳液在贮藏前后的外观基本一致，说明提高蛋白浓度有利于姜黄素乳液稳定性的提高，其原因可能在于乳液的液滴粒径更小，其上浮速度较慢。另外油水界面上的蛋白含量更高，界面层厚度增加，从而抑制油滴的接触[18]。此外，这一结果与乳液液滴尺寸的均匀性有密切的关系，不均匀的乳液容易发生液滴的合并现象，形成更大的液滴，加速乳液分层。
图5 为贮藏时间对乳液中姜黄素含量的影响。
图5 贮藏时间对乳液中姜黄素含量的影响
Fig.5 Effect of storage time on the curcumin content of the emulsions
由图5 可知，随着贮藏时间的延长，所有乳液中的姜黄素含量均呈现明显下降的趋势。这是因为乳液在贮藏过程中，由于光照和空气等因素，乳液中的姜黄素发生了降解。但是，蛋白浓度对乳液中姜黄素含量的下降趋势具有明显影响。在0.5%的蛋白浓度下，乳液中姜黄素的含量随贮藏时间的延长下降速度更快，含量从2.69 mg/mL 下降至0.75 mg/mL，姜黄素损失率高达72%。
随着蛋白浓度的提高，乳液中姜黄素含量下降的速度明显变慢。在4.0%的蛋白浓度下，乳液中姜黄素含量从2.86 mg/mL 缓慢下降至1.74 mg/mL，姜黄素损失率约为40%。由此可知，蛋白浓度的提高可以大幅提高乳液中姜黄素的化学稳定性。这主要是因为高浓度的麦胚蛋白可以在油滴表面形成一层坚固且较厚的界面层，从而抑制光线、空气以及促氧化剂的扩散，进而降低姜黄素的损失。
2.5 处理温度对乳液中姜黄素稳定性的影响
图6 为不同处理温度对乳液中姜黄素含量的影响。
图6 温度对不同乳液中姜黄素含量的影响
Fig.6 Effect of temperature on the curcumin content of the emulsions with varying wheat germ protein concentrations
*表示同一蛋白浓度下，处理温度为80 ℃时，姜黄素含量存在显著性差异（p＜0.05）；不同小写字母表示处理温度均为80 ℃时，不同蛋白浓度下姜黄素含量存在显著性差异（p＜0.05）；未标注的处理组表示姜黄素含量无显著性差异（p＞0.05）。
由图6 可知，不同的处理温度对乳液中姜黄素含量具有不同的影响。处理温度为40 ℃时，不同乳液中姜黄素含量无显著差异（p＞0.05）。此外，和未经热处理的对照组相比，乳液中姜黄素含量也没有显著差异（p＞0.05）。当处理温度为80 ℃时，不同乳液中姜黄素含量均出现明显的下降。这是因为游离姜黄素的化学稳定性较差，高温处理会使姜黄素发生快速降解。研究表明，游离姜黄素在80 ℃的高温下处理30 min，其损失接近80%[19]。
从图6 还可以看出，随着麦胚蛋白浓度的增大，姜黄素含量下降的幅度明显变小，此时高蛋白浓度乳液中的姜黄素含量显著高于（p＜0.05）低蛋白浓度的乳液。这是因为在80 ℃下加热，高温会导致蛋白质分子的伸展，疏水基团的暴露，使蛋白亚基发生空间位阻，致使蛋白和油的黏附产生障碍，从而影响乳液的稳定性。但是在高浓度蛋白乳液中，由于分散相的蛋白含量很高，使得表面形成多层紧密的蛋白质分子层，产生高密度的电荷，从而提高了分散相间的静电排斥力，阻碍分散相之间相互聚集[20]。因此，降低处理温度能够提高乳液中姜黄素的保留率，同时提高麦胚蛋白的浓度，可以增强乳液对姜黄素的保护能力。
3 结论
本研究利用小麦胚芽蛋白构建了不同蛋白浓度的姜黄素乳液体系，考察了蛋白浓度对姜黄素乳液理化稳定性的影响。随着蛋白浓度的增加（0.5%～4.0%），乳液液滴的粒径从1.9 μm 减小到0.3 μm，并且乳液液滴的均匀性逐渐提高。贮藏试验结果表明，蛋白浓度的增加可以提高乳液的贮藏稳定性。乳液中姜黄素的含量受环境温度的影响较大，在中低温环境条件下（40 ℃以下），乳液中的姜黄素较为稳定。而高温处理会造成乳液中姜黄素含量的大幅下降，但是高蛋白浓度制备的姜黄素乳液能够在一定程度上提高姜黄素的热稳定性。因此，提高麦胚蛋白浓度可制备出具有较高理化稳定性的姜黄素乳液。本研究可为麦胚蛋白高值化利用及姜黄素稳态化相关研究提供参考。
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