羅平小黃姜姜酚的超聲波輔助提取工藝的優(yōu)化

趙叢叢，劉琪

（曲靖師范學(xué)院，云南曲靖 655011）

羅平小黃姜姜酚的超聲波輔助提取工藝的優(yōu)化

趙叢叢，劉琪

（曲靖師范學(xué)院，云南曲靖 655011）

通過單因素和正交試驗(yàn)研究了乙醇濃度、料液比、超聲功率及超聲時(shí)間對(duì)超聲波輔助提取羅平小黃姜姜酚的影響。正交試驗(yàn)優(yōu)化得到最佳工藝條件：乙醇濃度為70%，料液比為1∶15（g／m L），提取時(shí)間為15 min，超聲功率為120 W（80%）時(shí)，姜酚的提取率最大，為1.46%。同時(shí)抗氧化試驗(yàn)表明姜酚具有明顯的抗氧化能力。

羅平小黃姜；姜酚；超聲波輔助法；抗氧化

羅平小黃姜，主要種植于云南羅平，根莖類香辛調(diào)味料，是傳統(tǒng)的藥用植物，具有藥用“黃金”之美譽(yù)［1－3］。姜酚是姜中的呈辣物質(zhì)，也是姜中的主要活性成分之一，姜酚包括6-姜酚、8-姜酚、10-姜酚等十余種成分［4－6］。研究表明：姜酚具有降血脂、抗腫瘤、抗炎止痛及殺菌防腐等功能［7，8］。從生姜中提取有效活性成分的方法有有機(jī)溶劑萃取法、超聲波萃取法、微波萃取法、高效液相色譜法和超臨界流體萃取法等［9，10］。但超聲波提取與常規(guī)萃取技術(shù)相比，具有更廣譜、更快速、更價(jià)廉、更安全的特點(diǎn)［11］。目前對(duì)羅平小黃姜的研究甚少，本文以無水乙醇為提取劑，采用單因素和正交試驗(yàn)探索了乙醇濃度、料液比、超聲時(shí)間、超聲功率對(duì)羅平小黃姜姜酚超聲波輔助提取的影響，并測(cè)定了姜酚的抗氧化性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

羅平小黃姜：購于羅平農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)；香草醛、無水乙醇、石油醚、水楊酸、乙酸乙酯：均為分析純。

1.2 主要儀器和設(shè)備

BS210S型分析天平 北京奧多利斯天平有限公司；TU-1810型紫外可見分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限公司；FW135型中藥粉碎機(jī) 天津市泰斯特儀器有限公司；K3200LHC型超聲儀 上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

新鮮羅平小黃姜→洗凈→切絲剁碎→60℃烘干→粉碎→過篩（40目）→干姜粉→超聲提取→離心分離→測(cè)定吸光度。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

姜酚尚無純品，因香草醛與姜酚結(jié)構(gòu)相似，故選用香草醛作為對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線［12］。稱取香草醛0.1 g，用無水乙醇溶解、定容至100 m L，取上述溶液5 mL，加無水乙醇稀釋至100 mL，配制成0.05 mg／mL香草醛標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別取配好的香草醛標(biāo)準(zhǔn)溶液0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8 m L，用無水乙醇定容至1 m L，再加入9 m L鐵氰化鉀-三氯化鐵試劑（0.6%鐵氰化鉀溶液和0.9%三氯化鐵溶液等體積混合），搖勻后靜置15 min，以無水乙醇為空白對(duì)照，在280 nm處測(cè)定吸光度（A），標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。

圖1 香草醛標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of vanillin

1.3.3 姜酚的測(cè)定

稱取2.0000 g干姜粉，用無水乙醇在超聲功率為80%（120 W）的條件下提取15 min，離心分離5 min后取0.5 mL上清液于10 mL比色管中稀釋定容，在280 nm處測(cè)其吸光度值，重復(fù)操作直至吸光度接近0為止。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算相應(yīng)的含量［13］：

式中：2.001為香草醛換算成姜酚的系數(shù)；V0為樣品提取液總體積（mL）；V1為測(cè)定樣液總體積（mL）；C為溶液濃度（μg／mL）；V2為測(cè)定時(shí)吸取的樣品供試液體積（mL）；W為稱取的樣品量（g）。

1.3.4 最佳提取溶劑的確定

姜酚微溶于水，能溶于無水乙醇、乙酸乙酯、甲醇、石油醚、丙酮等有機(jī)溶劑中，所以初步設(shè)定實(shí)驗(yàn)條件：在超聲功率為80%（120 W）、料液比為1∶15、提取時(shí)間為15 min的前提下，選用無水乙醇、乙酸乙酯、石油醚、正丁醇和甲醇為提取溶劑進(jìn)行篩選實(shí)驗(yàn)。

1.3.5 單因素試驗(yàn)

選取無水乙醇為提取溶劑，選取乙醇濃度、料液比、超聲時(shí)間、超聲功率4個(gè)因素，測(cè)定其對(duì)姜酚提取率的影響，單因素水平表見表1。

表1 單因素水平表Table 1 Single-factor level table

1.3.6 抗氧化活性的測(cè)定

利用H2O2與Fe2＋混合產(chǎn)生·OH，在體系內(nèi)加入水楊酸將反應(yīng)產(chǎn)生的·OH捕獲，因?yàn)?，3-二羥基苯甲酸的生成量與反應(yīng)的自由基的量成1∶1的關(guān)系，該物質(zhì)在510 nm波長處有最大吸收［14］。向比色管中加入一系列不同濃度的提取液，2 mol／L FeSO4溶液2.00 m L，6 mol／L水楊酸-乙醇2.00 m L，0.3%的H2O2溶液1.00 m L，振蕩混勻，37℃條件下恒溫反應(yīng)30 min后，在波長510 nm下測(cè)吸光度。

2 結(jié)果與分析

2.1 最佳提取劑的確定

溶劑是影響姜酚提取效果的重要因素，考慮到溶劑的極性可能會(huì)影響提取效果，本試驗(yàn)擬選取無水乙醇、甲醇、石油醚、乙酸乙酯和正丁醇為提取劑，對(duì)姜酚提取率的影響結(jié)果見圖2。

圖2 提取劑對(duì)姜酚提取率的影響Fig.2 Effect of extraction solvent on gingerol extraction rate

由圖2可知，以甲醇、無水乙醇和乙酸乙酯為溶劑所測(cè)的值較高，正丁醇和石油醚的相對(duì)較低，這可能是因?yàn)榉宇愇镔|(zhì)的溶解度隨溶劑極性的增大而增大。但甲醇、乙酸乙酯屬于易燃、易爆液體，所以出于環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、安全、無毒等因素的考慮，本試驗(yàn)選用無水乙醇作為提取溶劑。

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 乙醇濃度對(duì)姜酚提取率的影響

圖3 乙醇濃度對(duì)姜酚提取率的影響Fig.3 Effect of ethanol concentration on gingerol extraction rate

由圖3可知，隨著乙醇濃度的增高，姜酚提取率呈現(xiàn)先增后減且趨于平緩的趨勢(shì)。當(dāng)乙醇濃度為70%時(shí)提取效果最好。這是由于抗氧化物質(zhì)在結(jié)構(gòu)上含有羥基集團(tuán)，較濃的溶液狀態(tài)下乙醇的羥基以締合的形式存在，較稀的濃度溶解不充分且極性較差。同時(shí)乙醇濃度增大，提取成本增加，故選擇70%的乙醇為宜。

2.2.2 料液比對(duì)姜酚提取率的影響

圖4 料液比對(duì)姜酚提取率的影響Fig.4 Effect of solid-liquid ratio on gingerol extraction rate

由圖4可知，隨著料液比的增大，提取率先增后減，當(dāng)料液比為1∶15時(shí)提取效果最好。料液比低于1∶15時(shí)，測(cè)定值隨著溶劑用量的增加而增大，這是由于隨著溶劑用量的增加，物質(zhì)溶解量增加。而當(dāng)料液比高于1∶15時(shí)，又隨著溶劑用量的增加而減小，這可能是由于溶劑用量過大、傳質(zhì)速率減小而使物質(zhì)的溶解量減小，導(dǎo)致提取效果下降。故選擇料液比1∶15為宜。

2.2.3 超聲功率對(duì)姜酚提取率的影響

圖5 超聲功率對(duì)姜酚提取率的影響Fig.5 Effect of ultrasonic power on gingerol extraction rate

由圖5可知，超聲功率對(duì)小黃姜中抗氧化活性物質(zhì)的提取影響較大。當(dāng)超聲功率小于80%（120 W）時(shí)，隨著功率的增加，測(cè)定值逐漸增大，這是因?yàn)閭髻|(zhì)速率隨著超聲功率的增加而加快，抗氧化物的溶解速度加快；超聲功率大于80%（120 W）時(shí)，測(cè)定值減小，可能是由于超聲功率太大，其結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致其含量下降。因此，本試驗(yàn)選擇超聲功率80%（120 W）為宜。

2.2.4 超聲時(shí)間對(duì)姜酚提取率的影響

圖6 超聲時(shí)間對(duì)姜酚提取率的影響Fig.6 Effect of ultrasonic time on gingerol extraction rate

由圖6可知，隨著超聲時(shí)間的增加，測(cè)定值先增后減，當(dāng)超聲時(shí)間為15 min時(shí)測(cè)定值最大。超聲時(shí)間低于15 min時(shí)，隨著時(shí)間的升高，測(cè)定值越大，這是由于隨著提取時(shí)間的延長，抗氧化物的溶解量增加，提取率逐漸增大。而超聲時(shí)間高于15 min時(shí)，其值越大提取率則越低，這可能是由于時(shí)間過長造成部分抗氧化物分解。故本試驗(yàn)選擇超聲時(shí)間為15 min最佳。

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

采用L9（33）正交試驗(yàn)確定姜酚的最佳提取條件，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表2，正交試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2 正交試驗(yàn)因素水平Table 2 The factors and levels of orthogonal experiment

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 The results of orthogonal experiment

由表3可知，在3種因素中，料液比（A）極差最大，超聲功率（C）其次，超聲時(shí)間（B）最小。表明影響姜酚提取率的主次因素順序?yàn)椋毫弦罕龋境暪β剩境晻r(shí)間。從各因素的水平看，A3，B3，C3組合的提取率最大。但此組合不在正交試驗(yàn)中，則進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。在該組合條件下，追加3次試驗(yàn)，姜酚提取率平均值為1.46%。由此優(yōu)化出小黃姜中抗氧化性物質(zhì)含量提取的最優(yōu)條件為：室溫下，料液比1∶15（g／m L），超聲功率80%，超聲時(shí)間15 min。

2.4 姜酚抗氧化活性試驗(yàn)

以最佳提取液為樣品，研究不同濃度姜酚對(duì)羥基自由基的清除能力，結(jié)果見圖7。

圖7 提取液用量對(duì)小黃姜中抗氧化性物質(zhì)的影響Fig.7 Effect of the dosage of extract on the antioxidants in yellow ginger

由圖7可知，提取液對(duì)羥基自由基的清除率隨其濃度的增大而增大，當(dāng)提取液的用量達(dá)到3 m L時(shí)，小黃姜中抗氧化活性物質(zhì)對(duì)羥基自由基的清除率接近100%，這表明姜酚對(duì)羥基自由基具有一定的清除能力，且其清除能力與姜酚濃度呈較明顯的量效關(guān)系。

3 結(jié)論

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化得到的最佳提取條件為：料液比1∶15，超聲功率80%（120 W），超聲時(shí)間15 min；在此條件下，小黃姜中姜酚的提取率可達(dá)1.46%，且提取物具有抗氧化活性，提取液體積達(dá)3 mL時(shí)，自由基的清除率接近100%，且濃度越高，抗氧化性越強(qiáng)。

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Optimization of Ultrasonic-assisted Extraction Technology for Extracting Gingerol from Luoping Yellow Ginger

ZHAO Cong-cong，LIU Qi
（Qujing Normal University，Qujing 655011，China）

The effects of ethanol concentration，solid-liquid ratio，ultrasonic power and ultrasonic time on the ultrasonic-assisted extraction of gingerol from Luoping yellow ginger are investigated by single factor and orthogonal tests.The results indicate that the optimum extraction technology is as follows：ethanol concentration is 70%，solid-liquid ratio is 1∶15（g／mL），extraction time is 15 min and ultrasonic power is 120 W（80%）.Under such conditions，the extraction rate of gingerol is 1.46%maximally.Besides，the antioxidant test shows that gingerol has obvious antioxidant capacity.

Luoping yellow ginger；gingerol；ultrasonic-assisted extraction；antioxidation

TS201.1

A

10.3969／j.issn.1000-9973.2017.10.012

1000-9973（2017）10-0057-04

2017－04－18

云南省教育廳科學(xué)研究一般項(xiàng)目（2015C088Y）

趙叢叢（1986－），女，講師，研究方向：保健功能食品。