水蒸氣蒸餾法提取生姜精油工藝研究

劉姜偉 葉飛

【摘 要】 運用水蒸氣蒸餾法從生姜中提取生姜精油，通過單因素和正交試驗，得出：生姜片在干燥箱內(nèi)80℃下干燥，在蒸餾鍋內(nèi)浸泡3 h，蒸餾4 h，蒸餾水量與姜粉的質(zhì)量比為15：1時，生姜精油的提取率最高。

【關(guān)鍵詞】 分步提??；生姜精油；水蒸氣蒸餾法

[Abstract] The ginger essential oil extracted from ginger， use steam distillation by single factor and orthogonal test， it is concluded that： ginger slices in a drying oven drying under 80 ℃， immerse 3 h in a pot， distillation 4 h， 15：1 ratio of distilled water and the quality of ginger powder， ginger essential oil extraction rate is highest.

[Key words] stepwise extraction； ginger essential oil； steam distillation

生姜（Zinger Officinale Rose），又稱姜皮、姜根等。它是國際市場貿(mào)易中最重要的根莖類香料，世界平均年貿(mào)易量超過2萬噸，我國每年的出口量0.8萬噸以上，而生姜提取物對某些細菌有良好的克制作用，如傷寒桿菌，大腸桿菌，霉菌和霍亂菌中分離。生姜精油是從生姜中提取的透明的橙黃色液體，憑借豐富的香氣，主要用于調(diào)味食品或醫(yī)藥原料，本文重點研究水蒸氣蒸餾法提取生姜功效成分——生姜精油最有效方法的確定，以形成一定的技術(shù)路線，能夠提高生姜產(chǎn)品的附加值和利用率。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

生姜購自九站農(nóng)貿(mào)市場；主要儀器有干燥箱、粉碎機、電子分析天平、恒溫水浴鍋、離心機、紫外可見分光光度計等，均由吉林農(nóng)業(yè)科技學院生物技術(shù)實驗室提供；主要試劑有乙醇、甲醇、石油醚、正己烷、乙酸乙酯，均為分析純，購自北京化學試劑廠。

1.2 試驗方法

（1）工藝流程

新鮮生姜→切成片→干燥箱烘干→粉碎機粉碎→裝入1L燒瓶內(nèi)→浸泡數(shù)小時→蒸餾數(shù)小時→油水分離→生姜精油→計算提取率。提取率：Y=（m1/m2）×100%，式中：Y—生姜精油提取率（%）；m1—生姜精油質(zhì)量（g）；m2—姜粉質(zhì)量（g）。

（2）單因素比較

姜粉顆粒大小對生姜精油提取率的影響：分別稱取20g顆粒大小過10，20，30，40目篩的姜粉，用1L的燒瓶裝0.4L的蒸餾水，浸泡3h后再持續(xù)蒸餾4h，然后收集生姜精油并計算其提取率；物料比對生姜精油提取率的影響：稱取30g顆粒大小過30目篩的姜粉，用1L燒瓶分別加入0.30，0.45，0.60，0.75L蒸餾水，浸泡3h后再持續(xù)蒸餾4h，收集生姜精油并計算其提取率；浸泡時間對生姜精油提取率的影響：稱取30g顆粒大小過30目篩的姜粉，置于1L燒瓶內(nèi)，用0.6L蒸餾水分別浸泡1.0，2.0，3.0，4.0h后，持續(xù)穩(wěn)定的蒸餾4h，提取生姜精油并計算其提取率；蒸餾時間對生姜精油提取率的影響：稱取30g過30目篩的姜粉，裝入1L的燒瓶內(nèi)，用0.6L蒸餾水浸泡3h后，分別蒸餾2，3，4，5h后，提取生姜精油并計算其提取率；烘干溫度對生姜精油提取率的影響：稱取30g，烘干溫度為110℃和80℃的過30目篩的姜粉，裝入1L燒瓶內(nèi)，用0.6L蒸餾水浸泡3h后再蒸餾4h，提取生姜精油并計算其提取率。

（3）正交試驗設(shè)計

采用L16（43x2）混合水平正交試驗設(shè)計優(yōu)化工藝條件。見表一。

2 結(jié)果與分析

2.1 姜粉粉碎程度對生姜精油提取率的影響結(jié)果 見圖1。由圖1可知：當粉碎程度為10目篩時，生姜精油的提取率為1.2%；當粉碎程度為20目篩時，生姜精油的提取率為1.0%；當粉碎程度為30目篩時，生姜精油的提取率為1.5%；當粉碎程度為40目篩時，生姜精油的提取率為0.8%。隨著姜粉顆粒的減小，生姜精油的提取率先降低后升高，最后又降低，顆粒大小為30目篩時，生姜精油的提取率達到最大為1.5%。分析其原因，姜粉顆粒越小，姜粉細胞與蒸餾水接觸的越均勻，會提高生姜精油的提取率。但姜粉顆粒太細時，蒸餾鍋加熱時，不利于散熱，導致裝置內(nèi)壓強過大，有爆炸的危險；相反，顆粒過大，會導致生姜精油的提取率下降。最終確定，30目篩為最合適的姜粉顆粒大小。

2.2 物料比對生姜精油提取率的影響結(jié)果 見圖2。

由圖2可知：當物料比為1：10時，生姜精油的提取率為0.5%；當物料比為1：15時，生姜精油的提取率為1.2%；當物料比為1：20時，生姜精油的提取率為0.8%；當物料比為1：25時，生姜精油的提取率為0.6%。隨著加入的蒸餾水量越來越多，生姜精油的提取率先升高又降低，當物料比為1：15時，生姜精油的提取率達到最大為1.2%。分析其原因，當蒸餾水量太少時，不能將姜粉與蒸餾水充分接觸，會影響生姜精油的提取率；隨著蒸餾水量的增加，姜粉細胞吸水脹破，生姜精油就會隨著水分蒸發(fā)出來，其提取率達到最大，所以確定蒸餾水與姜粉的最佳比值為15：1。

2.3 浸泡時間對生姜精油提取率的影響結(jié)果

見圖3。由圖3可知：當浸泡時間為1h時，生姜精油的提取率為1.3%；當浸泡時間為2h時，生姜精油的提取率為1.1%；當浸泡時間為3h時，生姜精油的提取率為1.5%；當浸泡時間為4h時，生姜精油的提取率為0.8%。隨著蒸餾水與生姜殘渣接觸的時間越來越長，生姜精油提取率先呈現(xiàn)上升趨勢，后又下降，當浸泡時間為3h時，生姜精油的提取率達到最大為1.50%。分析其原因，浸泡的時間太短，不能使姜粉充分溶解，不利于生姜精油的蒸發(fā)；如果太長時間的浸泡，將導致生姜精油分解，進而影響其提取率。最后確定蒸餾水浸泡姜粉的最佳時間為3h。

2.4 蒸餾時間對生姜精油提取率的影響結(jié)果

見圖4。由圖4可知：當蒸餾時間為2h時，生姜精油的提取率為1.0%；當蒸餾時間為3h時，生姜精油的提取率為1.2%；當蒸餾時間為4h時，生姜精油的提取率為1.5%；當蒸餾時間為5h時，生姜精油的提取率為1.3%。隨著蒸餾鍋加熱的時間越來越長，生姜精油提取率先升高后降低，4h時達到最大為1.50%。分析其原因，如果蒸餾時間太短，會導致生姜精油殘留在姜粉細胞里，使生姜精油的提取率降低；但如果蒸餾時間太長，將導致生姜精油分解，所以最后確定最合適的蒸餾時間為4h。

2.5 烘干溫度對生姜精油提取率的影響結(jié)果

見表2。由表2可知：當烘干溫度為110℃時，生姜精油的提取率為0.61%；當烘干溫度為80℃時，生姜精油的提取率為1.67%。高溫下烘干姜粉時，生姜精油的提取率明顯低于較低溫度下的。分析其原因，溫度較高時，生姜精油隨著蒸汽都蒸發(fā)到空氣中去了。所以，最佳烘干溫度為80℃。

2.6 正交試驗結(jié)果 見表3

根據(jù)表3可知：極差RC>RB>RD>RA，說明，烘干溫度（C）對生姜精油提取率的影響是最大的，其次是浸泡時間（B）及物料比（D），而蒸餾時間（A）對生姜精油的提取率的影響是最小的。因為生姜精油提取率與K值呈現(xiàn)正比關(guān)系，所以理論上蒸餾時間為4h最好，浸泡時間為4小時最好，物料比為10：1最好，烘干溫度為80℃最好。但是物料比對生姜精油提取率的影響相對較小，并且物料比10：1的時候會導致蒸餾裝置內(nèi)部壓強增大，甚至有可能導致爆炸，考慮到安全因素，因而選擇物料比為15：1。而蒸餾時間對生姜精油的提取率是最小的，從節(jié)約資源考慮，蒸餾時間為3h是最合適的。所以，最終可以確定水蒸氣蒸餾法蒸餾出生姜姜油的最合適的條件為A3B4C1D2，即浸泡時間為4h，蒸餾時間為3h，物料比為1：15，烘干溫度為80℃時，所得到的生姜精油的提取率是最大的。

3 結(jié)論

通過單因素試驗比較，姜粉粉碎程度對生姜精油提取率的影響結(jié)果確定為30目篩為最合適的姜粉顆粒大小，物料比對生姜精油提取率的影響結(jié)果確定為蒸餾水與姜粉的最佳比值為15：1，浸泡時間對生姜精油提取率的影響結(jié)果確定為蒸餾水浸泡姜粉的最佳時間為3h，蒸餾時間對生姜精油提取率的影響結(jié)果確定為最合適的蒸餾時間為4h，如蒸餾時間太長，將導致生姜精油分解，烘干溫度對生姜精油提取率的影響結(jié)果確定為最佳烘干溫度為80℃，溫度較高時，生姜精油隨著蒸汽容易蒸發(fā)到空氣中。在單因素的而基礎(chǔ)上，進行了正交試驗，將正交試驗和單因素試驗綜合比較分析，最終得出水蒸氣蒸餾法提取生姜精油最佳工藝為：蒸餾4h，浸泡3h，烘干溫度80℃，物料比1：15。

參考文獻：

[1] 葛毅強，倪元穎，張振華等.生姜精油的研究新進展[J].中國 調(diào)味.2004，（9）：3-9.

[2] 張德權(quán)，艾啟俊.蔬菜加工新技術(shù)[M].北京化學工業(yè)出版 社，2003，233-263.

[3] 吳賈鋒，張曉鳴.生姜風味物質(zhì)研究進展[J].食品與發(fā)酵工 業(yè)，2005，31，（4）：100-104.

[4] 陳燕.姜油樹脂的提取、分析及其功能特性的研究[D].北 京： 中國農(nóng)業(yè)大學食品學院，2001.