王 薪,高瑞苑,張海容

(忻州師范學(xué)院生化分析技術(shù)研究所，山西 忻州 034000)

科研與開發(fā)

啤酒花α-酸包合物的制備及抗氧化能力研究

王 薪,高瑞苑,張海容*

(忻州師范學(xué)院生化分析技術(shù)研究所，山西 忻州 034000)

啤酒花α-酸性質(zhì)極不穩(wěn)定，容易變質(zhì)，產(chǎn)生異味。從啤酒花浸膏中提取α-酸，用β-CD與α-酸進(jìn)行分子包合，利用它的空腔對光、熱和氧氣有強(qiáng)的屏蔽效應(yīng)，制成α-酸/β-CD包合物。通過紫外，紅外光譜手段及差熱分析以及不同濃度氧化劑(H2O2)對α-酸/β-環(huán)糊精包合物性質(zhì)的分析。結(jié)果表明包合物改變了α-酸的理化性質(zhì)，提高其穩(wěn)定性，對改進(jìn)啤酒工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量有重要的參考價(jià)值。

啤酒花浸膏;α-酸;β-環(huán)糊精;包合物；光譜分析

啤酒花學(xué)名蛇麻(Lumpulus L ),又名Hop,酒花[1]，是一種具有特殊芳香味的植物,是啤酒釀造中必不可少的原料之一,1079年德國人首先在釀制啤酒時(shí)添加了酒花，它的加入使啤酒在飲用時(shí)具有一種奇妙莫名清爽芬芳的苦味和香味,被譽(yù)為“啤酒的靈魂”[2]。啤酒花主要成分為酒花樹脂中α-酸[3]，其不僅使啤酒具有獨(dú)特爽快的苦味,還影響香氣和風(fēng)味,被認(rèn)為是酮的衍生物,但其性質(zhì)活潑,如光，熱，氧氣與pH都會影響α-酸性質(zhì)，使它易被氧化或還原[4]。β-環(huán)糊精 (簡稱β-CD) 是由 7個(gè)葡萄糖單元經(jīng)1,4-糖苷鍵結(jié)合而成的低聚物[5]，具有“內(nèi)親脂、外親水”的立體雙親性孔腔結(jié)構(gòu)，對性質(zhì)適宜結(jié)構(gòu)匹配的客體分子具有選擇性包合作用。文獻(xiàn)報(bào)道[6]李志平等用黃連素和β-環(huán)糊精進(jìn)行微膠囊化制得β-CD/黃連素包合物為超微囊結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)藥物分子與β-環(huán)糊精制成包合物后，不僅能掩蓋藥物的不良?xì)馕杜c味道，減少藥物副作用和刺激性，而且大大改善了藥物的穩(wěn)定性，改變藥物的物理狀態(tài)、增加藥物溶解度和溶出度，促進(jìn)藥物經(jīng)皮吸收。本文用類似的方法，通過α-酸與β-CD形成包合物-CD，可以避免光、熱和氧氣對啤酒花有效成分的分解作用，對改進(jìn)啤酒工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量有重要的應(yīng)用前景。同時(shí)β-CD是淀粉發(fā)酵產(chǎn)物-CD，作為釀造啤酒時(shí)向其中添加所需"風(fēng)味"保持劑，無毒無害。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

AB204-N電子分析天平(上海美特斯-托利多儀器有限公司)；RE-2000B旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(上海亞榮生化儀器廠);85-2型恒溫磁力攪拌器(上海司樂儀器);KQ-400DB型數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器);UV-1800紫外分光光度計(jì)(島津制作所);FTIR8400紅外光譜儀(日本島津公司); HCT-2差熱分析儀(北京恒久科學(xué)儀器廠);β-CD(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);啤酒花浸膏(甘肅天工生物科技有限公司)；其余試劑均為分析純,所用水為二次蒸餾水。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 α-酸的提取[7]

稱取5g的啤酒花浸膏置于燒杯中，把5mL 5%的NaOH溶液稀釋到20mL，加入燒杯中，于恒溫磁力攪拌器上，溫度控制在55℃左右，滴加5%的NaOH溶液，使其pH值在8.5～9.0之間，然后停止滴加，繼續(xù)攪拌1h，室溫下靜置6h，然后再常溫下用普通漏斗過濾，用6mol的鹽酸將濾液酸化，控制pH值<2，再用甲苯將析出的α-酸萃取出來，用分液漏斗分開，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上蒸發(fā)，得到α-酸,稱量，備用。

1.2．2 α-酸/β-CD包合物的制備

根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)及相關(guān)參考文獻(xiàn)，采用飽和水溶液法制備。精密稱取0.567gβ-CD于燒杯中，加蒸餾水并用玻璃棒攪拌至全部溶解，將其轉(zhuǎn)移到50mL容量瓶中，并用蒸餾水定容，配制成0.01mol/L的β-CD溶液，備用。精密稱取0.305gα-酸精油于燒杯中，加無水乙醇并用玻璃棒攪拌至全部溶解，將其轉(zhuǎn)移到100mL容量瓶中，并用無水乙醇定容，配制成0.01mol/L的溶液，備用。將配制好的0.01mol/Lβ-CD溶液轉(zhuǎn)移到250mL的錐形瓶中，將磁子放入，放到恒溫磁力攪拌器上，溫度控制到30℃左右，取75mL的0.01mol/L的α-酸少量多次滴入錐形瓶中，持續(xù)時(shí)間為30min。將其冷藏，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上蒸發(fā)，得到α-酸/β-CD包合物，干燥4h，即得白色粉末包合物。

1.2.3 差熱分析法(DTA)

β-CD和包合物均在同樣條件下進(jìn)行差熱分析.儀器參數(shù)是:氧化鋁坩堝;氣氛:靜態(tài)空氣;樣品量:5mg左右;走低速率:300mm/h;升溫程序:25℃,然后以20℃/min升至350℃。

1.2.4 紅外光譜(IR)

KBr 壓片法。取β-CD,包合物與溴化鉀分別進(jìn)行壓片，用FTIR8400于4000-400 cm-1范圍內(nèi)掃描。

1.2.5 不同濃度氧化劑(H2O2)對α-酸 及其包合物抗氧化能力測定

用二次水做參比溶液，在波長200～400nm范圍內(nèi)，掃描濃度為20μg/mL的α-酸和濃度為54μg/mL的包合物與不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)H2O2分別混合后在不同時(shí)間段的紫外吸收光譜。

2 結(jié)果與討論

2.1 α-酸與包合物的紫外吸收光譜

從圖1可知，α-酸在238nm處有最大的吸收峰,而包合物在328nm處吸光度最大，且前者吸光度較后者強(qiáng)，原因是α-酸被包合后，進(jìn)入了β-CD疏水空腔，而β-CD由于在水中溶解度限制,降低了吸光度。此外,由圖1易知,包合物的最佳吸收波長相對于α-酸紅移，這可能是因?yàn)棣?酸和β-CD分子間相互作用的結(jié)果。

圖1 α-酸與包合物的紫外吸收光譜

2.2 β-CD與包合物差熱分析

圖2 β-CD與包合物差熱分析圖譜

結(jié)果如圖2. 在β-CD 的差熱分析圖譜中,85℃時(shí)開始失去結(jié)晶水，出現(xiàn)吸收峰，在106.5℃達(dá)最大峰高。而β-CD/α-酸包合物則發(fā)生明顯改變，因?yàn)棣?酸中含有低沸點(diǎn)的揮發(fā)性成分，出峰時(shí)間提前至65℃，在85℃時(shí)最大，熱熵值減小，說明β-CD籠內(nèi)6個(gè)水的脫水峰已消失,分子結(jié)構(gòu)尺寸與β-CD空腔很匹配的α-酸完全占據(jù)了籠內(nèi)空間,籠內(nèi)已無結(jié)晶水,生成了新的構(gòu)象。β-CD和α-酸包合物的晶體結(jié)構(gòu)分析也證明了這一點(diǎn)。

2.3 紅外光譜

圖3 β-CD與β-CD/α-酸包合物紅外光譜

結(jié)果如圖3。α-酸與β-CD形成包合物后，光譜圖有如下變化：1300 cm-1-1000 cm-1處為β-CD的1，4 - 糖苷鍵伸縮振動(dòng)，未發(fā)生變化； 2300 cm-1附近產(chǎn)生一個(gè)新的吸收峰，這種變化可能是由于α-酸中C=O與β-CD作用所致。另外，3227 cm-1峰形由寬變窄，這可能是-OH受不同程度的氫鍵影響所致，表明主客體之間形成超分子體系，β-CD與α-酸分子間的作用力是范德華作用力，佐證了包合物的形成。

2.4 α-酸及其包合物抗氧化能力測定

為了對比α-酸及其包合物的抗氧化能力， 實(shí)驗(yàn)選擇采用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)氧化劑H2O2與α-酸及其包合物作用，測定結(jié)果見表1，表2。

表1 α-酸與不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)H2O2 抗氧化能力測定

表2 α-酸/β-CD包合物與不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)H2O2抗氧化能力測定

對比表1,2可知, 當(dāng)H2O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%時(shí)，隨著時(shí)間推移，α-酸的吸光度從0.58降到0.53,明顯減小，說明α-酸單獨(dú)存在時(shí)穩(wěn)定性差；包合物的吸光度很穩(wěn)定，一直保持在0.15(表2)，說明包合物的抗氧化能力強(qiáng)于α-酸；當(dāng)時(shí)間為40min時(shí)，隨著H2O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，α-酸的吸光度逐漸減小，從0.54降到0.50，變化明顯，說明α-酸抗氧化能力弱；同樣在40min時(shí)，α-酸包合物的吸光度基本穩(wěn)定在0.16，說明α-酸形成包合物后抗氧化能力優(yōu)于α-酸。

[1] 趙素華,劉奎訪,劉 是,等.新疆啤酒花新品種阜北-1的成分分析比較[JJ].西北植物學(xué)報(bào),2000,20(6):1110-1113.

[2] Hermans-Lokkerbol A C J, Hoek A C, Verpoorte R. An improved NMR method for the quantification of alpha-acids in hops and hop products[J].Phytochemical Analysis, 2001, 12: 53-57.

[3] Benite J L, Forster A, Kevkeleive D. Hops and hop products[J]. Ferment, 2003, 3(1):21-26.

[4] 夏 璐.啤酒花浸膏中有效成分的分離純化及表征[D].南京：南京理工大學(xué)，2010.

[5] Betzel C, Saenger W. Circular and flip-flop hydrogen gonding in β-CD undecahydrated a neutron diffraction study[J]. J Am chem soc,1984,106:7545-7557.

[6] 李志平，歐陽玉祝，章愛華,等.黃連素β-環(huán)糊精包合物的制備及抑菌實(shí)驗(yàn)研究[J].精細(xì)化工中間體，2003,33(6)：46-48.

[7] 劉啟民,馬連清，宋春影.一種生產(chǎn)四氫異構(gòu)化α-酸的方法:CN, 1743301[P].2006-03-08.

(本文文獻(xiàn)格式：王 薪,高瑞苑,張海容.啤酒花α-酸包合物的制備及抗氧化能力研究 [J].山東化工，2016，45(12)：1-3.)

Preparation and the Antioxidant Capacity Research of α-acids in Hops Inclusion Compound

Wang Xin, Gao Ruiyuan, Zhang Hairong

(Lab of Biochemical Analysis, Xinzhou Teachers University, Xinzhou 034000, China)

The α-acids in hops are unstable, easy go bad, and produce unhappy smell. The inclusion compound was prepared with α-acids extracted from hops and β-CD, and β-CD cavity for light, heat and oxygen have strong shielding effect. Inclusion compound of α-acids/β-CD and its property are characterized by UV, IR spectra, differential thermal analysis, the antioxidant capacity are determined with a different concentration of oxidizer (H2O2). The results shown that the inclusion compound changed physical and chemical properties of α-acids, improved its stability, had important reference value to raise product quality of the beer industry.

Hops extracts; α-acids; β-cyclodextrin; inclusion compound; spectral analysis

2016-04-21

忻州師范學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目(院政字2014-93)、忻州師范學(xué)院重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目資助計(jì)劃(xk201402)、忻州師范學(xué)院應(yīng)用化學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐基地(2013-31)資助

王 薪(1992—)，忻州師范學(xué)院2012級本科生，研究方向：天然植物分離及分析；通訊作者：張海容(1957—)，教授，研究方向：天然植物分離及分析。

O631

A

1008-021X(2016)12-0001-03