姜酚的热稳定性及其热分解动力学研究

生姜是姜科（Ｚｉｎｇｉｂｅｒａｃｅａｅ）多年生草本植物姜（Ｚｉｎｇｉｂｅｒ ｏｆｆｉｃｉｎａｌｅＲｏｓｃ．）的新鲜根茎，是我国自古以来广泛种植的药 食两用植物资源［１］，它的主要成分为挥发性油类、姜辣素、二 苯基庚烷，其中姜辣素是生姜辣味的主要成分 。 ［２］ 酚类物质 是姜辣素中含量最高且具有生物活性的化合物，也是生姜的 主要辣味物质，由一系列的 ６－姜酚、８－姜酚、１０－姜酚和 １２－姜酚等同系物组成，其结构如图 １所示，其中 ６－姜酚的 含量最高。姜 酚 具 有 降 血 脂、抗 肿 瘤、驱 虫 等 多 种 功 能 活 性［３］，是生姜具有多种药用价值的主要原因 。 ［４］
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江苏农业科学 ２０１８年第 ４６卷第 １１期
杨 鹏，徐 颖，王 展，等．姜酚的热稳定性及其热分解动力学研究［Ｊ］．江苏农业科学，２０１８，４６（１１）：１６０－１６２． ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０１８．１１．０４２
姜酚的热稳定性及其热分解动力学研究
杨 鹏１，徐 颖１，王 展１，沈汪洋１，于 博２
（１．武汉轻工大学食品科学与工程学院，湖北武汉 ４３００２３；２．湖北文理学院化学工程与食品科学学院，湖北襄阳 ４４１０５３）
摘要：采用热重分析 －差示扫描量热（ＴＧ－ＤＳＣ）方法研究 ６－姜酚的热分解过程。热重分析结果表明，该物质热 分解过程可能只经过分子骨架大规模解体，其温度范围为 １５３．８２℃ ～３５０．００℃。采用 Ｆｒｉｅｄｍａｎ－Ｒｅｉｃｈ－Ｌｅｖｉ法和 Ｏｚａｗａ－Ｆｌｙｎｎ－Ｗａｌｌ法求得该物质热分解活化能 Ｅ为 １０１．００ｋＪ／ｍｏｌ。采用双等双步法求得分解过程的指前因子 ｌｎＡ 为 ２７．２４ｍｉｎ－１，机制函数为 Ｇ（α）＝－ｌｎ（１－α），分解机制符合随机成核和随后生长机理。热分解动力学补偿效应表 达式为 ｌｎＡ＝０．２２２６Ｅ＋７．６２６６（ｒ２＝０．９９３５）。 关键词：６－姜酚；热分解过程；热分解动力学；ＴＧ－ＤＳＣ 中图分类号：ＴＱ９１７；Ｒ２８４．１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２－１３０２（２０１８）１１－０１６０－０３
１ 材料与方法
在 医 疗 保 健 领 域，姜 酚 可 用 来 防 治 类 风 湿 ［５］、慢 性 粒 细 胞白 血 病 ［６］、糖 尿 病、肾 病 ［７］等 疾 病，还 具 有 抗 凝 血 ［８］、抗 氧 化 等 ［９］ 功能。在食品领域，６－姜酚可以有效改善鲈鱼产品 的色泽及质构 ，还 ［１０－１１］ 可以延长鱼糜的保质期 及 ［１２］ 牛肉的 货架期 。 ［１３］ 除此之外，姜酚还应用于化妆品、漱口液等产品 或领域中。虽然姜酚具有良好的生物活性，但由于其分子中 存在愈创木酚结构和 β－羟基酮结构，使其非常不稳定，易发 生降解、脱水等反应［１４］，导致其难以分离及扩大生产，这也成 为姜酚应用的一大瓶颈。
Ｆｒｉｅｄｍａｎ－Ｒｅｉｃｈ－Ｌｅｖｉ法：
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ｌｎ［（ｄα／ｄＴ）β］＝ｌｎ［Ａｆ（α）］－Ｅ／（ＲＴ）。 （１） Ｏｚａｗａ－Ｆｌｙｎｎ－Ｗａｌｌ法：
ｌｎβ＝ｌｎ｛ＡＥ／［ＲＧ（α）］｝－５．３３０５－１．０５１６Ｅ／（ＲＴ）。（２） 式中：β为升温速率，℃ ／ｍｉｎ；Ａ为指前因子，ｍｉｎ－１；Ｅ为活化 能，ｋＪ／ｍｏｌ；α为转化率；Ｒ为气体常数，８．３１４Ｊ／（Ｋ·ｍｏｌ）；Ｔ 为温度，℃。
１．１ 试剂与试剂 ６－姜酚，上海 阿拉 丁 生 化 科 技 股 份 有 限 公 司，质 量 分
数≥９８％。 １．２ 仪器与设备
ＳＤＴＱ６００同步 ＴＧＡ／ＤＳＣ分析仪，美国 ＴＡ仪器［沃特世 科技（上海）有限公司）］。 １．３ 试验方法 １．３．１ 试验条件 样品的 ＴＧ和 ＤＳＣ曲线在 ＳＤＴＱ６００同步 ＴＧＡ／ＤＳＣ分析仪上获得，仪器在试验前用纯金属铟校正。准 确称取适量（≤５ｍｇ）样品放入 Ａｌ２Ｏ３ 坩埚中，用相同的坩埚作 参比。在 Ｎ２ 保护下，先于 ７０℃保温 １０ｍｉｎ（对样品进行一段 时间的后烘干），再分别以 ５．０、１０．０、１５．０、２０．０、２５．０℃ ／ｍｉｎ 的速率从 ４０℃升温至 ５００℃。ＤＳＣ曲线的测定条件与 ＴＧ 曲线相同。数 据 采 集 使 用 仪 器 配 套 ＴＡ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＥｘｐｌｏｒｅｒ 软件。 １．３．２ 动力 学数 据 处理 方 法 分 别用 Ｆｒｉｅｄｍａｎ－Ｒｅｉｃｈ－ Ｌｅｖｉ法和 Ｏｚａｗａ－Ｆｌｙｎｎ－Ｗａｌｌ法计算 ６－姜酚热分解的活化 能。Ｆｒｉｅｄｍａｎ－Ｒｅｉｃｈ－Ｌｅｖｉ法和 Ｏｚａｗａ－Ｆｌｙｎｎ－Ｗａｌｌ法的公 式分别表示如下：
热分析是在控温条件下对物质的物理性质与温度的关系 进行测定的技术。热分析技术具有操作简单快捷、热转换少、 可重复性好等优点，可以很好地揭示物质的热稳定性及其分 降解规律，因此被广泛应用于各个领域。热分析按升温方式 可以分为等温法和非等温法，按照数据处理方式可以分为积 分法和微分法。由于非等温法和积分法可以很好地减小误 差，所以这 ２种方法应用更为广泛。目前，关于 ６－姜酚的热 稳定性及其热分解动力学的研究报道很少。为此本研究通过 热重分析 －差示扫描量热（ＴＧ－ＤＳＣ）联用的方法对 ６－姜酚 的热稳定性及其热分解动力学进行研究，探讨 ６－姜酚的热 稳定性规律并揭示其热分解机制，为其热稳定性的评价及实 际应用提供一定的科学依据。
收稿日期：２０１７－１１－０３ 基金项目：国家自然科学 基 金 （编 号：３１４０１６５６）；湖 北 省 自 然 科 学 基
金（编号：２０１４ＣＦＢ６３９）；湖北省高等学校优秀中青年科技创新团 队计划（编号：Ｔ２０１６１６）。 作者简介：杨 鹏（１９９３—），男，湖北襄阳人，硕士研究生，研究方向 为食品化学。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｐｅｎｇ＿１９９３＠１６３．ｃｏｍ。 通信作者：王 展，博 士，副 教 授，研 究 方 向 为 食 品 分 析，Ｅ－ｍａｉｌ： ｗａｎｇｚｈ＿ｗｈｐｕ１１６５＠１６３．ｃｏｍ；于 博，博士，副教授，研究方向为食 品化学，Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｏｙｕｄｏｃ＠ｑｑ．ｃｏｍ。