生姜中姜辣素提取工藝研究進(jìn)展

徐未芳 王桂林 范建鳳 趙二勞

摘要? ? 姜辣素是生姜中主要功能成分之一，具有多種功能活性，在醫(yī)藥、食品、調(diào)味品、化妝品和衛(wèi)生等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。研究生姜中姜辣素的提取，對(duì)生姜的高值化利用具有重要意義。本文概述了我國生姜中姜辣素提取工藝研究進(jìn)展，以期為生姜中姜辣素的提取及其開發(fā)應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞? ? 生姜;姜辣素;提取工藝

中圖分類號(hào)? ? S632.5? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A

文章編號(hào)? ?1007-5739（2020）06-0221-02? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

生姜為姜科植物姜的根莖，是傳統(tǒng)的藥食兼用食品，我國生姜資源豐富[1]。生姜中含有多種功能活性成分，具有多種功能活性，姜辣素是其中主要功能活性成分之一。姜辣素不僅是生姜辣味的主要呈味物質(zhì)，也是生姜多種功能活性的主要功能因子，在醫(yī)藥、食品、調(diào)味品、化妝品和衛(wèi)生等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。研究生姜中姜辣素的提取，對(duì)于生姜的高值化利用、發(fā)展生姜產(chǎn)業(yè)具有重要的意義，受到人們廣泛關(guān)注。本文梳理概述近10年來我國生姜中姜辣素提取研究現(xiàn)狀，為生姜姜辣素深入研究及其開發(fā)應(yīng)用提供參考。

1? ? 溶劑提取法

溶劑提取就是依據(jù)相似相溶原理，考慮姜辣素的溶解性，選擇適當(dāng)?shù)娜軇?，盡量多地將姜辣素類成分溶出，同時(shí)控制和減少其他成分溶出?？紤]姜辣素溶解性和食用安全性，所用溶劑主要為乙醇。目前，國內(nèi)有關(guān)生姜中姜辣素溶劑提取研究相對(duì)較多。鄧仙梅等[2]以姜辣素提取率為指標(biāo)，研究了生姜中姜辣素的乙醇回流提取。通過正交試驗(yàn)優(yōu)化的最佳提取工藝條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)80%、料液比（g/mL）1∶10、提取時(shí)間1.0 h、提取次數(shù)3次。該工藝下，生姜姜辣素提取率為55.87 mg/g。傅秀娟等[3]也研究了生姜中姜辣素的乙醇回流提取，選用乙醇用量、回流時(shí)間和回流次數(shù)為因素，采用正交試驗(yàn)法優(yōu)化的最佳工藝條件為5 g干姜粉，加入5.5 mL體積分?jǐn)?shù)60%的乙醇，提取3次，每次1.0 h。該工藝下，生姜姜辣素提取率為4.79%。湯秀華等[4]研究了生姜中姜辣素的有機(jī)溶劑浸提法，選用無水乙醇為溶劑，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用正交試驗(yàn)法優(yōu)化提取工藝，得到影響姜辣素提取率的因素大小順序?yàn)榱弦罕?浸提溫度>浸提時(shí)間，優(yōu)化的最佳工藝為生姜粉粒度80目、料液比（g/mL）1∶70、提取溫度70 ℃、提取時(shí)間75 min。該工藝下，生姜姜辣素提取率為2.14%。廖欽洪等[5]研究了生姜中姜辣素乙醇浸提，通過PB試驗(yàn)和CCD響應(yīng)面法得出，乙醇濃度、浸提溫度和料液比對(duì)姜辣素提取影響較大。優(yōu)化的最佳浸提工藝為乙醇濃度72%、料液比（g/mL）1∶57、浸提溫度54 ℃、提取時(shí)間1.25 h。該工藝下，生姜姜辣素提取率為0.94%。魏? 銳等[6]也研究了生姜中姜辣素的乙醇浸提法，響應(yīng)面法優(yōu)化的最佳浸提工藝條件為80%乙醇作提取劑、料液比（g/mL）1∶12、浸提溫度70 ℃、提取時(shí)間1.5 h、浸提次數(shù)2次。該工藝下，生姜姜辣素提取率達(dá)92.55%。張魯明等[7]研究優(yōu)化的生姜中姜辣素乙醇浸提工藝為生姜干燥粉碎過60目篩、乙醇濃度80%、料液比（g/mL）1∶10、浸提溫度50 ℃、提取時(shí)間2.0 h。該工藝下，姜辣素得率達(dá)1.61%。另外，姜艷艷[8]研究了鮮姜中姜辣素的乙醇浸提法，正交試驗(yàn)法優(yōu)化的最佳浸提工藝條件為無水乙醇作提取劑、料液比（g/mL）1∶3.5、浸提時(shí)間2.5 h、旋蒸溫度50 ℃、浸提次數(shù)2次。該工藝下，鮮姜中姜辣素提取率為0.095%。

綜上所述，影響生姜中姜辣素溶劑提取的因素主要有乙醇濃度、料液比、溫度、時(shí)間和提取次數(shù)。溶劑提取易于操作，工藝簡單、適于工業(yè)化生產(chǎn)，但也存在提取時(shí)間長、產(chǎn)品雜質(zhì)多、提取溫度較高影響姜辣素活性、經(jīng)濟(jì)效益較差等問題，影響其工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。

2? ? 超聲輔助提取法

超聲輔助提取即利用超聲波的空化、機(jī)械和熱效應(yīng)等，有效破壞生姜細(xì)胞結(jié)構(gòu)，促使姜辣素類成分快速溶出，提高姜辣素提取率。目前，有關(guān)生姜中姜辣素超聲輔助提取的研究也相對(duì)較多。

賴海濤等[9]研究了生姜中姜辣素超聲輔助乙醇提取，采用單因素逐項(xiàng)優(yōu)化法確定的最佳工藝條件：以體積分?jǐn)?shù)85%乙醇為溶劑，超聲功率200 W，料液比（g/mL）1∶14，超聲時(shí)間30 min。該工藝下，姜辣素提取率為1.86%。杜秋葉等[10]研究了生姜中姜辣素超聲輔助乙醇提取，采用正交試驗(yàn)法優(yōu)化的最佳提取工藝為：無水乙醇為溶劑，固定超聲功率為100 W，料液比（g/mL）1∶16，提取溫度60 ℃，超聲時(shí)間30 min。該工藝下，生姜姜辣素提取率為25.8%。項(xiàng)? 敏等[11]也研究了生姜中姜辣素的超聲輔助提取，正交試驗(yàn)優(yōu)化的最佳工藝條件為固定超聲功率600 W、乙醇濃度60%、料液比（g/mL）1∶15、提取溫度25 ℃、提取時(shí)間10 min。該工藝下，生姜姜辣素提取率為5.14%。李? 萍等[12]由正交試驗(yàn)優(yōu)化的生姜中姜辣素超聲輔助乙醇提取最佳工藝條件為無水乙醇作溶劑、生姜粉目數(shù)60～80目、超聲功率231 W、料液比（g/mL）1∶25、超聲溫度80 ℃、超聲時(shí)間15 min。該工藝下，姜辣素提取率為6.896%?；磴y強(qiáng)等[13]研究確定的姜辣素超聲輔助最佳提取工藝為固定提取溫度60 ℃、乙醇體積分?jǐn)?shù)65%、超聲功率300 W、料液比（g/mL）1∶12、提取溫度60 ℃、提取時(shí)間20 min。在該工藝下，生姜姜辣素提取率為2.78%?？追睎|等[14]則研究了生姜渣中姜辣素的超聲輔助乙醇提取，確定的最佳工藝為乙醇濃度75%、料液比（g/mL）1∶15、超聲功率800 W、提取時(shí)間10 min。在該試驗(yàn)條件下，生姜渣中姜辣素提取率為2.1%。另外，楊小敏等[15]研究了生姜中姜辣素的超聲輔助乙酸乙酯提取，響應(yīng)面法優(yōu)化的最佳工藝為乙酸乙酯體積分?jǐn)?shù)91.5%、料液比（g/mL）1∶19.3、超聲功率800 W、提取溫度41.5 ℃、提取時(shí)間10 min。該工藝下，生姜中姜辣素得率為22.982 mg/g。李? 楠等[16]優(yōu)化的生姜中姜辣素超聲輔助乙醇提取工藝為乙醇濃度79%、料液比（g/mL）1∶13、提取溫度40 ℃、超聲功率200 W、提取時(shí)間26 min。該工藝下，姜辣素得率10.42 mg/g。

綜上所述，超聲輔助提取可縮短提取時(shí)間、能耗較低、提取溫度較低，有利于保護(hù)姜辣素活性，提取效率較高，是一種生姜姜辣素提取的有效方法，但也存在超聲波對(duì)環(huán)境的污染問題。

3? ? 微波輔助提取法

微波輔助提取是利用微波的選擇性加熱，瞬間產(chǎn)生高溫高壓，導(dǎo)致生姜細(xì)胞壁破裂，減少傳質(zhì)阻力，姜辣素被快速溶出。目前，國內(nèi)對(duì)生姜中姜辣素微波輔助提取研究也相對(duì)較多。

湯秀華等[17]研究了生姜姜辣素微波輔助無水乙醇提取，通過正交試驗(yàn)法優(yōu)化的最佳提取工藝條件為生姜粉目數(shù)80目、料液比（g/mL）1∶90、微波功率220 W、微波溫度55 ℃、微波時(shí)間100 s。此工藝條件下，姜辣素提取率為1.989%。朱沛沛等[18]研究了生姜姜辣素微波輔助乙醇提取，通過正交試驗(yàn)法優(yōu)化的最佳提取工藝條件為體積分?jǐn)?shù)80%乙醇作提取劑、料液比（g/mL）1∶14、微波功率300 W、微波溫度55 ℃、微波時(shí)間120 s。此工藝條件下，姜辣素提取率為1.7108%。陳莉華等[19]研究優(yōu)化的生姜姜辣素微波輔助乙醇提取最佳工藝條件為乙醇濃度66%、料液比（g/mL）1∶16、微波功率300 W、微波時(shí)間70 s。此工藝條件下，姜辣素提取率為1.76%。李愛江等[20]優(yōu)化的生姜姜辣素微波輔助乙醇提取最佳工藝條件為乙醇濃度80%、料液比（g/mL）1∶18、微波功率300 W、微波時(shí)間100 s。此工藝條件下，姜辣素提取率為1.757%。

綜上所述，微波輔助提取生姜中姜辣素具有選擇性好、提取時(shí)間短、提取效率高等優(yōu)勢(shì)，但該工藝前期設(shè)備成本相對(duì)較高，工業(yè)化生產(chǎn)的微波設(shè)備尚未開發(fā)問世，現(xiàn)也僅限于實(shí)驗(yàn)室研究。

4? ? 酶輔助提取法

酶輔助提取法就是利用酶反應(yīng)高度專一性的特點(diǎn)，選擇相應(yīng)的酶，特異性地分解生姜細(xì)胞壁組成，破壞細(xì)胞壁致密結(jié)構(gòu)，減少傳質(zhì)阻力，加快姜辣素類成分溶出。目前，國內(nèi)有關(guān)酶輔助提取生姜中姜辣素研究很少，僅有文獻(xiàn)1篇。孫? 昕等[21]研究了纖維素酶輔助提取生姜中姜辣素工藝，由正交試驗(yàn)法優(yōu)化的工藝條件為料液比（g/mL）1∶50、酶用量0.95%、酶解溫度50 ℃、酶解時(shí)間90 min。該工藝下，生姜中姜辣素提取率1.85%。

由此可見，酶輔助提取法是一種反應(yīng)條件溫和、提取率較高的姜辣素提取方法，但也存在提取時(shí)間相對(duì)較長、提取過程條件要求嚴(yán)格、成本較高等問題，目前僅限于實(shí)驗(yàn)室研究。

5? ? 協(xié)同輔助提取法

采用2種或2種以上提取技術(shù)協(xié)同輔助提取生姜中姜辣素，可實(shí)現(xiàn)方法優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。徐麗萍等[22]研究了纖維素酶協(xié)同超聲輔助提取生姜中姜辣素，響應(yīng)面法優(yōu)化的最佳工藝條件為按料液比（g/mL）1∶10加入pH值5.9濃度為0.2 mol/L的磷酸緩沖液，纖維素酶用量50 mg/g，酶解溫度47 ℃，酶解61 min后，再加入7.5 mL無水乙醇，在超聲功率150 W、溫度49 ℃下，超聲提取30 min。該工藝下，姜辣素提取率為4.7701%。趙希艷等[23]研究了纖維素酶協(xié)同微波輔助提取生姜中姜辣素，正交試驗(yàn)優(yōu)化的最佳工藝條件為以pH值5.0的PBS緩沖液為提取劑，料液比（g/mL）1∶100，酶用量4%，酶解溫度50 ℃，酶解時(shí)間100 min，微波時(shí)間80 s。該工藝下，粗提物中姜辣素含量6.17%。于? 博等[24]研究了生姜中姜辣素的超低溫凍融協(xié)同超聲輔助提取，響應(yīng)面法優(yōu)化的最佳工藝條件為60%乙醇作提取劑、凍融2次、料液比（g/mL）1∶15、超聲溫度47 ℃、超聲時(shí)間40 min。該工藝下，姜辣素提取率2.98%。

綜上所述，協(xié)同輔助提取可明顯提高姜辣素提取率，提取溫度也較低，符合工業(yè)生產(chǎn)要求，但也存在工藝相對(duì)復(fù)雜，成本較高等問題。

6? ? 結(jié)語

我國生姜資源豐富，開發(fā)應(yīng)用生姜姜辣素有得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢(shì)。但目前對(duì)生姜中姜辣素提取研究還不夠系統(tǒng)，難以為生姜姜辣素的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供理論支撐。今后應(yīng)系統(tǒng)深入研究生姜姜辣素提取工藝，應(yīng)用一些現(xiàn)代天然產(chǎn)物提取分離技術(shù)，創(chuàng)新生姜中姜辣素的提取技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生姜中姜辣素的高效提取。

7? ? 參考文獻(xiàn)

[1] 趙二勞，楊潔，劉樂，等.生姜抑菌作用的研究現(xiàn)狀[J].中國調(diào)味品，2018，43（11）：187-190.

[2] 鄧仙梅，吳燕妮，王淑美，等.正交試驗(yàn)優(yōu)選干姜中姜辣素的提取工藝[J].中醫(yī)學(xué)報(bào)，2015，30（1）：83-85.

[3] 傅秀娟，張開蓮，李婷，等.正交試驗(yàn)法優(yōu)化干姜中姜辣素的提取工藝[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（28）：15588-15589.

[4] 湯秀華，馬蘭.溶劑浸提法從生姜中提取姜辣素的研究[J].中國調(diào)味品，2012，37（1）：88-91.

[5] 廖欽洪，姜玉松，李會(huì)合，等.乙醇提取生姜姜辣素的工藝優(yōu)化[J].食品工業(yè)科技，2017，38（21）：162-166.

[6] 魏銳，王建南，謝朝陽，等.響應(yīng)面分析法優(yōu)化生姜中6-姜辣素醇提工藝[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（8）：3632-3634.

[7] 張魯明，王龍厚，周崢嶸，等.乙醇提取姜辣素的工藝條件研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2010，26（19）：58-61.

[8] 姜艷艷. 鮮姜中姜辣素的提取及姜渣的綜合利用[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[9] 賴海濤，呂禹哲，蘇國成.超聲輔助法提取生姜中姜辣素的工藝研究[J].廣東化工，2016，43（24）：17-18.

[10] 杜秋葉，李赫，蔡成崗，等.超聲波輔助提取生姜中姜辣素的工藝研究[J].廣州化工，2014，42（15）：73-75.

[11] 項(xiàng)敏，羅炎烽，王正裔，等.超聲波提取生姜中姜辣素的工藝研究[J].山東化工，2015，44（11）：7-9.

[12] 李萍，舒展，胡矗垚，等.姜辣素的超聲波法提取及其抑菌活性研究[J].中國調(diào)味品，2017，42（10）：160-164.

[13] 豁銀強(qiáng)，湯尚文，于博，等.姜辣素的超聲波輔助提取及其抗氧化活性研究[J].中國釀造，2013，32（11）：68-71.

[14] 孔繁東，王戀峰，祖國仁，等.超聲波輔助提取姜渣中姜辣素工藝研究[J].中國釀造，2010（1）：102-104.

[15] 楊小敏，劉建平，李倩倩，等.響應(yīng)面法優(yōu)化超聲輔助提取姜辣素的工藝[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，33（5）：1012-1016.

[16] 李楠，李雅萍.基于響應(yīng)面法的姜辣素提取工藝優(yōu)化研究[J].食品工程，2016（4）：33-37.

[17] 湯秀華，周鄭虹.微波輔助萃取法從生姜中提取姜辣素的工藝[J].食品研究與開發(fā)，2012，33（8）：88-91.

[18] 朱沛沛，劉寧，巨敏，等.正交試驗(yàn)法優(yōu)化生姜中姜辣素的提取工藝研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工（學(xué)刊），2012（2）：82-84.

[19] 陳莉華，左林艷，唐玉堅(jiān).微波輔助乙醇提取姜辣素及其對(duì)油脂的抗氧化性研究[J].食品科學(xué)，2011，32（4）：69-73.

[20] 李愛江，楊燕芳.微波輔助提取生姜姜辣素及對(duì)油脂氧化性研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2013（26）：50-53.

[21] 孫昕，蘇平，魏丹.姜辣素的酶法提取及其對(duì)亞硝酸鹽清除的研究[J].食品研究與開發(fā)，2018，39（2）：90-96.

[22] 徐麗萍，徐艷陽，韓許天格，等.纖維素酶-超聲輔助提取姜辣素的工藝優(yōu)化[J].中國調(diào)味品，2016，41（1）：3-9.

[23] 趙希艷，李潤豐，劉紹軍，等.纖維素酶—微波輔助提取姜辣素的研究[J].中國調(diào)味品，2012，37（7）：100-103.

[24] 于博，張瑤，吳進(jìn)菊，等.超低溫凍融聯(lián)合超聲對(duì)生姜中姜辣素提取的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（20）：206-209.