生姜多酚類物質(zhì)的提取工藝研究

劉軍偉，李嘯晨，侯嬰惠，王蕓，唐曉珍

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東 泰安 271018)

生姜多酚類物質(zhì)的提取工藝研究

劉軍偉，李嘯晨，侯嬰惠，王蕓，唐曉珍*

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東 泰安 271018)

以生姜為原料，溶劑浸提法提取生姜多酚。通過單因素試驗分析了料液比、乙醇濃度、浸提時間、超聲功率對生姜多酚類物質(zhì)得率的影響。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，通過正交試驗優(yōu)化了提取的最佳工藝條件。試驗結(jié)果表明：生姜多酚類物質(zhì)最佳的提取工藝為料液比1∶2，乙醇濃度80 %，浸提時間1.5 h，超聲功率400 W，在此條件下多酚的得率為0.503%。該研究結(jié)果為生姜的開發(fā)利用提供了實驗依據(jù)。

生姜；提取；多酚

植物多酚是指廣泛存在于植物體內(nèi)的多羥基酚類化合物的總稱，是植物體內(nèi)復(fù)雜酚類的次生代謝產(chǎn)物，又稱鞣質(zhì)、單寧，主要存在于植物體的果實、皮、根和葉中[1]。植物組織中的多酚類物質(zhì)，其種類和含量隨著植物品種、成熟度、季節(jié)、地域等的不同表現(xiàn)出很大的差異[2]。多酚是日常飲食中含量豐富的物質(zhì)，其對健康的影響受到人們越來越多的關(guān)注。植物多酚根據(jù)其結(jié)構(gòu)具有抗氧化[3]、抗炎[4]、抗糖尿病[5]、抗肥胖以及抗心腦血管疾病[6，7]等生物學(xué)作用。

生姜為姜科植物姜的鮮根莖，是一種傳統(tǒng)的藥食兩用植物。生姜多酚是生姜的主要成分，其化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有酚羥基，近年來國內(nèi)外對其藥用價值的研究越發(fā)重視，逐步闡明生姜有較好的降血脂、抗炎、抗氧化等保健功能[8-10]。目前，關(guān)于從生姜中提取多酚類物質(zhì)的文獻(xiàn)報道較少。

植物有效成分提取的方法很多，如溶劑法、水蒸氣蒸餾法、超聲波法、超臨界和微波萃取法。溶劑提取法是目前天然植物中有效活性成分提取使用較為普遍的方法。

基于上述研究現(xiàn)狀，本文采用單因素和正交試驗方法優(yōu)化生姜中多酚類化合物的提取工藝，為生姜多酚的開發(fā)與利用提供實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

新鮮生姜 江海食品有限公司。

1.2 實驗試劑

無水乙醇、丙酮、甲醇、乙酸乙酯 天津凱通化學(xué)試劑有限公司。

1.3 主要儀器

RE52CS 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠；HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋 北京賽多利斯天平有限公司；TDL-5-A離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠；萬分之一天平 上海臺鈺電子有限公司；UV-725型紫外可見型分光光度計 上海元析儀器有限公司。

1.4 實驗方法

1.4.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制及標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制[11]

精密稱取香草醛標(biāo)準(zhǔn)品0.05 g，用95%乙醇定容至100 mL，再準(zhǔn)確吸取4 mL，用95%乙醇稀釋至100 mL，即得濃度為20 μg/mL的香草醛標(biāo)準(zhǔn)溶液。

準(zhǔn)確吸取香草醛標(biāo)準(zhǔn)溶液1.0，2.0，3.0，4.0，5.0，6.0 mL分別置于10 mL容量瓶中，用95%乙醇定容，得濃度為2.0，4.0，6.0，8.0，10.0，12.0 μg/mL的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液樣品，在280 nm測定吸光度。得出的關(guān)系方程是y=0.1373x-0.129，R2=0.9962。

1.4.2 提取率測定

1.4.3 提取條件的確定

1.4.3.1 提取溶劑的確定

生姜切絲，取100 g，加入200 mL乙醇打漿，4500 r/min離心5 min，抽濾，收集上清液。抽濾液減壓濃縮至干。去離子水、甲醇、丙酮、乙酸乙酯均分別按上述步驟進(jìn)行，分別測定多酚的得率，確定最佳的提取溶劑。

1.4.3.2 提取條件的確定

采用1.4.3.1 中的最佳溶劑，按1.4.3.1 中步驟進(jìn)行，分別測定多酚的得率，確定最佳的料液比、溶劑濃度、浸提時間、超聲功率。

1.4.3.3 正交試驗設(shè)計

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選取4個因素，采用L9(34)正交表設(shè)計正交試驗，優(yōu)化提取條件。

2 結(jié)果與分析

2.1 提取溶劑的確定

多酚類物質(zhì)提取量的多少，主要與多酚在植物體內(nèi)的存在狀態(tài)、溶解狀態(tài)、細(xì)胞的破碎狀態(tài)以及向溶劑體系的擴(kuò)散狀態(tài)有關(guān)[12]。而多酚類物質(zhì)的溶解以及在溶劑中的擴(kuò)散主要受多酚本身的極性、提取溶劑的極性、多酚在植物體內(nèi)的聚合形成一些不溶性的物質(zhì)以及與其他植物成分的相互作用的影響[13]。不同溶劑的提取效果不同，安全性也不同。對溶劑進(jìn)行篩選，了解不同溶劑的提取效果，以及尋找一些較為安全的溶劑代替一些有毒性的有機(jī)溶劑，以確保生產(chǎn)生活中的安全使用[14]。

采用不同極性的溶劑水、甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯來提取生姜中的多酚類物質(zhì)，其得率明顯不同，見圖1。

圖1 不同溶劑對多酚得率的影響

由圖1可知，水的提取效果最差，丙酮的最高，乙醇的次之。從實驗結(jié)果來看，丙酮的提取效果最好，優(yōu)于乙醇。但從經(jīng)濟(jì)方面考慮，乙醇更經(jīng)濟(jì)；從安全方面考慮，在提取效果相差不是很大的時候，選擇乙醇作為最佳的提取溶劑。

2.2 料液比對多酚得率的影響

料液比是生姜質(zhì)量與提取溶劑的體積比值。料液比影響到提取溶劑對多酚類物質(zhì)的溶解多少，隨著料液比增加，多酚得率也隨之增加[15]，但溶劑用量太多,料液比越大，多酚的溶出量基本不變，既浪費溶劑又增加后續(xù)去除溶劑的時間，故應(yīng)選擇合適的料液比。

圖2 不同料液比對多酚得率的影響

由圖2可知，料液比在1∶3之前時，得率隨料液比的增加而增加，料液比在1∶3時，得率達(dá)到最大值0.457%。當(dāng)料液比超過1∶3時，隨料液比增加，得率呈下降趨勢，這是因為在1∶3之前，提取溶劑量較少，不能將多酚類物質(zhì)完全提取出來，溶劑量的適當(dāng)增多有利于多酚的提取，但超過一定界限時，可能由于多酚類物質(zhì)發(fā)生水解或者溶劑破壞了結(jié)構(gòu)等因素的影響，使提取效果降低，因此，選擇料液比為1∶3進(jìn)行后續(xù)實驗。

2.3 乙醇濃度對多酚得率的影響

在植物體內(nèi)多酚形成化合物的方式是以氫鍵和疏水相互作用，乙醇能夠使氫鍵斷裂，利于酚類物質(zhì)的溶出，從而分離出多酚[16]。乙醇濃度不同，極性不同，所以當(dāng)有一個合適的濃度時，多酚的得率會達(dá)到最高，乙醇濃度對多酚得率的影響見圖3。

圖3 乙醇濃度對多酚得率的影響

由圖3可知，在乙醇濃度為80%以前，隨著乙醇濃度的增加，多酚含量持續(xù)提高，且在70%～80%之間增長百分比較顯著；在80%以后，隨著乙醇濃度的增加，多酚含量有所下降，這可能是由于隨著乙醇濃度的增加，多酚類物質(zhì)在乙醇溶液中的溶解度增加[17]，當(dāng)乙醇濃度達(dá)到80%以后，隨著乙醇濃度的增加，水溶性的多酚類物質(zhì)的溶解度下降，導(dǎo)致多酚提取率降低，故選擇乙醇濃度為80%。

2.4 浸提時間對多酚得率的影響

浸提時間是影響生姜多酚類物質(zhì)得率的重要因素。浸提時間長，溶劑能夠滲透到植物的時間長，從而得率提高，但是浸提時間過長，提取酚類物質(zhì)容易氧化[18]。

圖4 浸提時間對多酚得率的影響

由圖4可知，浸提時間在0.5～2 h，得率逐漸增加，可能是隨著時間的延長，多酚逐漸被滲透出來，同時，超聲使體系的溫度增加，加速了細(xì)胞的破壞，使溶出物質(zhì)增加。超過2 h，得率下降，可能是由于過長的時間導(dǎo)致部分多酚發(fā)生氧化損耗而影響提取效果[19]，或者，超聲時間過長，對有效物質(zhì)造成了一定程度的損害。因此，選擇浸提時間為2 h。

2.5 超聲功率對多酶得率的影響

圖5 超聲功率對多酚得率的影響

由圖5可知，在功率低于400 W的條件下，得率呈現(xiàn)增高的趨勢，在400 W達(dá)到最大值，這可能是由于超聲波的機(jī)械效應(yīng)能增大溶劑進(jìn)入植物細(xì)胞的滲透性，其空化效應(yīng)能促使植物細(xì)胞破壞，從而使有效物質(zhì)溶出增多[20]，超過400 W得率降低，功率過大，破壞了多酚的結(jié)構(gòu)。因此，選擇功率為400 W左右為宜。

2.6 正交試驗優(yōu)化提取工藝

以生姜多酚類物質(zhì)得率為指標(biāo)，正交試驗的因素和水平見表1，正交試驗結(jié)果見表2，方差分析見表3。

表1 生姜醇提正交試驗因素水平表

表2 L9(34)正交試驗設(shè)計及結(jié)果

由表2可知，各個因素對提取效果的影響大小順序為A>C>B >D ，最優(yōu)組合是A1B2C1D2，即料液比為1∶2，乙醇濃度為80%，提取時間為1.5 h，超聲功率為400 W，得率為0.501%。

表3 方差分析表

由表3可知，方差分析的結(jié)果為F(A)>F(C)>F(B)>F(D)，料液比對提取效果的影響最大，且具有顯著性差異(p<0.05)。

在最優(yōu)條件下，進(jìn)行3次重復(fù)實驗，取平均值為0.503%，大于正交試驗的處理值，說明該提取工藝穩(wěn)定，結(jié)果合理，重現(xiàn)性好。

3 結(jié)論

生姜中多酚類物質(zhì)的溶劑提取法提取的優(yōu)化工藝條件為料液比1∶2、乙醇濃度80%、提取時間1.5 h、超聲功率400 W，在此條件下，生姜多酚的得率為0.503%。該研究結(jié)果為生姜的開發(fā)利用提供了實驗依據(jù)。

[1]Danielle Ryan，Kevin Robards，Paul Prenzler，et al. Applications of mass spectrometry to plant phenols [J].Trends in Analytical Chemistry，1999，18(5)：362-372.

[2]T Shoji，A kazome，T Randa, et al.The toxicology and safety of apple polyphenol extract[J].Food and Chemical Toxicology，2004，42(6)：959-967.

[3]李建科，李國秀，趙艷紅，等.石榴皮多酚組成分析及其抗氧化活性[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2009，42(11)：4035-4041.

[4]J M Leiroj，M Varela，M C Piazzon，et al.The anti-inflammatory activity of the polyphenol resveratrol may be partially related to inhibition of tumour necrosis factor-á(TNF-á) pre-m RNA splicing[J].Molecular Immunology，2010，47(5)：1114-1120.

[5]Fuhrman B，Volkovan，Aviram M，et al. Pomegranate juice polyphenols increase recombinant paraoxonase-1 binding to high-density lipoprotein: studies in vitro and in diabetic patients[J].Nutrition，2010，26(4)：359-366.

[6]Almuammar M，Khan F. Obesity：the preventive role of the pomegranate(Punicagranatum)[J].Nutrition，2012，28(6)：595-604.

[7]Yanagi S，Matsumura K，Marui A，et al. Oral pretreatment with a green tea polyphenol for cardioprotection against ischemia-reperfusion injury in an isolated rat heart model[J].Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery，2011，141(2)：511-517.

[8]Nicoll R，Henein M Y.Ginger (ZingiberofficinaleRoscoe)：a hot remedy for cardiovascular disease[J].Int J Cardiol，2007，31(3)：408-409.

[9]李大峰，賈冬英，姚開，等.生姜及其提取物在食品加工中的應(yīng)用[J].中國調(diào)味品，2011，36(2)：20-23．

[10]胡煒彥，張榮平，唐麗萍，等.生姜化學(xué)和藥理研究進(jìn)展[J].中國民族民間醫(yī)藥，2008,17(9)：10-14.

[11]黃雪松，王建華，路福綏.姜酚的提取、分離和鑒定[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，1998(4):511-514.

[12]Kallithraka S，Garcia Viguera C，Bridle P，et al. Survey of solvents for the extraction of grape seed polyphenolics[J].Phytochemical Analysis，1995(6)：265-271.

[13]Shahidi F，Naczk M. Phenolics in food and nutraceuticals：sources，applications and health effects[M].Boca Raton，F(xiàn)L：CRC Press，2004：162-175.

[14]Beauchamp C，F(xiàn)ridovich I.Superoxide dismutase：improved assays and an assay applicable to acrylamide gels[J].Analytical Biochemistry，1971，44(1)：276-277.

[15]Pietta P G. Flavonoids as antioxidants[J].Journal of Natural Products，2000，63(7)：1035-1042.

[16]Dixon R A，Paiva N L.Stress-induced phenylpropanoid metabolism[J].Plant Cell，1995(7)：1085-1097.

[17]王靜，楊旭亮，王亞東，等.熱浸法提取花生殼中多酚類物質(zhì)的工藝研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工(學(xué)刊)，2008(4)：70-73.

[18]Naczk M，F(xiàn)ereidoon Shahidi.Extraction and analysis of phenolics in food[J].Journal of Chromatography A，2003, 8(2):200-218.

[19]黃素英.蓮子多酚提取及其抗氧化抑菌活性的研究[D].福州：福建農(nóng)林大學(xué)，2010.

[20]孫慶磊，梁月榮，陸建良.超聲波在茶葉提取中的應(yīng)用[J].茶葉，2006，32(2)：79-82.

Study on the Extraction Process of Polyphenols from Ginger

LIU Jun-wei, LI Xiao-chen, HOU Ying-hui, WANG Yun, TANG Xiao-zhen*

(College of Food Science and Engineering, Shandong Agricultural University, Tai'an 271018, China)

Use ginger as raw material, the polyphenols from ginger are extracted by solvent extraction method. The ratio of solid to liquid, ethanol concentration, extracting time and ultrasonic power are analyzed by single factor experiment. On the basis of single factor experiment, the optimal process conditions for polyphenols extracting from ginger are obtained by orthogonal experiment. The results show that the optimum extraction conditions are as follows: the ratio of solid to liquid is 1∶2, the ethanol concentration is 80%, the extracting time is 1.5 h and the ultrasonic power is 400 W, under such conditions, the extraction yield of polyphenols is up to 0.503%. The results could provide experimental data for the development and utilization of ginger.

ginger; extraction; polyphenols

2016-11-14 *通訊作者

劉軍偉(1990-)，男，山東煙臺人，碩士，主要從事功能食品方面的研究。

TS201.1

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.05.035

1000-9973(2017)05-0153-04