超聲萃取陜西黃姜中姜酚的工藝研究

黃四平

(咸陽師范學(xué)院 化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 咸陽 712000)

姜酚是生姜主要活性成分之一，其中包括6-姜酚、8-姜酚、10-姜酚、12-姜酚等多種分子結(jié)構(gòu)相似成分，呈現(xiàn)生姜的典型辣味。姜酚具有多方面的生物活性，是生姜藥效作用的主要成分之一，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究證明，姜酚具有抗氧化、降血脂、抗炎、抗腫瘤、強心、抗?jié)儭⒎栏瘹⑾x等功用，可作為抗老、抗腫瘤、抗疲勞、美容提神等功能食品的原料［1］。

國內(nèi)外非常重視姜酚的提取、分離與鑒定、化學(xué)合成與結(jié)構(gòu)改造。黃雪松等［2-3］采用滲漉法對山東產(chǎn)的萊蕪生姜中的姜酚進行了提取、分離鑒定，特別對6-姜酚質(zhì)譜結(jié)構(gòu)、萃取工藝進行了研究。于寧等［4］采用有機溶劑萃取、超聲萃取和微波萃取3 種方法對購自湘潭大學(xué)農(nóng)貿(mào)市場生姜中的姜酚進行了定量化的提取研究，并進行了抗氧化性研究。熊華［5］對四川成都市售生姜中的各種成分采用超臨界CO2萃取法進行了提取。鈕翠然［6］利用乙醇回流提取和柱層析分離等手段從吉林干姜中對姜酚成分進行了分離和鑒定。1972 年Nenokichi 等［7］首先合成出了6-姜酚，國內(nèi)外姜酚合成逐年增多，主要采用逆羥醛縮合法、仿生合成法和其它合成法3 類，其產(chǎn)率低，副產(chǎn)物多，產(chǎn)物易氧化、易聚合，合成方法不夠理想。國內(nèi)朱志成［8］提供了一種由姜酮制備姜酚的工藝方法，收率較高。

黃姜，又名盾葉薯蕷，主要在陜西、湖北、云南種植，是薯蕷皂素含量最高的物種，擁有藥用“黃金”之美譽［9］。對陜西黃姜的研究主要集中在黃姜色素、薯蕷皂素、鼠李糖等［10-12］的提取工藝研究，而對其姜酚提取相對較少。本文采用乙醚為溶劑，采用提取姜酚效率較高的超聲萃取法，用正交實驗法探索了料劑比、輻射功率、提取時間、超聲溫度等因素對提取效率的影響。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

乙醚、甲醇、正己烷均為分析純;硅膠G;安康產(chǎn)小黃姜。

KQC-5B 超聲提取器;DW-25L92 海爾冰箱;Specord 50 紫外分光光度計;IR PRISTIGE-21 型紅外光譜儀;BT125D 電子天平;RE-32 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀。

1.2 生姜樣品及預(yù)處理

選無腐爛、無霉變、無損傷小黃姜，洗凈，削去表皮，切成薄片，剁成末。

1.3 實驗方法

生姜→洗凈→切片→剁末→超聲提取→冷卻→過濾→濾液減壓蒸餾(35 ℃)濃縮→冷凍用Na2SO4干燥→柱層析分離→解吸與濃縮→冷凍結(jié)晶→稱量→計算產(chǎn)率。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實驗

以乙醚為溶劑，選擇了料劑比、提取溫度、提取時間、輻射功率4 個因素，每個因素選取3 個水平，見表1，按照正交表L9(34)安排實驗，結(jié)果見表2。

表1 正交實驗因素水平Table 1 The factors and levels of orthogonal experiment

表2 正交實驗結(jié)果Table 2 The results of orthogonal experiment

由表2 可知，姜酚提取最佳條件為A3B3C3D2，由于姜和溶劑的比、萃取溫度和提取功率對提取率的影響較小，采取A3B1C3D2，即超聲提取時間為2 h，超聲功率為400 W，提取溫度為70 ℃，姜和溶劑的比為1∶2(g/mL)。

在此最佳提取條件下追加3 次驗證實驗，相應(yīng)最佳提取率分別為2.03%，2.09%，2.14%，平均為2.08%，經(jīng)柱層析分離，其姜酚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為71.8%。

2.2 姜酚柱層析分離

將約700 g 110 ℃活化2 h 的硅膠GF 裝于適當(dāng)大小玻璃管中，將適量姜油樹脂用乙醚溶解，濕法上樣，用乙醚∶正己烷(7∶3)為展開劑進行層析。層析結(jié)束后自原點逐段(每段約5 cm)取出硅膠。將第一辣味段(含姜酚的硅膠粉)用5 倍量的甲醇解吸，重復(fù)4 次。甲醇溶液在35 ℃減壓濃縮至干。用熱正己烷溶解，在－18 ℃冰箱中冷卻，結(jié)晶后用滴管吸出溶劑正己烷，可除凈溶于冷正己烷的組分［2］。

2.3 姜酚的紫外光譜(UV)和紅外光譜(IR)鑒定

紫外光譜以正己烷作空白試劑，用UV-240 紫外分光光度計測定λmax值(見圖1)。紅外光譜以溴化鉀作壓片(見圖3)。

圖1 姜酚的紫外光譜圖Fig.1 UV spectrum of gingerols

由圖1 可知，超聲波提取物姜酚有2 個吸收峰。223 nm 左右的強吸收峰為苯環(huán)的E2帶吸收峰，280 nm左右的弱吸收峰為苯環(huán)的B 帶特征吸收峰，與姜酚分子結(jié)構(gòu)一致。由圖2 可知，姜酚中含有苯環(huán)，苯環(huán)上有助色基團OH 和OCH3，同為鄰對位定位基，苯環(huán)的E2帶發(fā)生紅移，λmax紅移值近似為兩者單取代時λmax紅移值較大者，且苯環(huán)B 帶精細(xì)結(jié)構(gòu)消失［13］。

由圖3 可知，3 600 ～3 350 cm－1吸收峰為酚或醇的OH 伸縮振動吸收峰，由于氫鍵和分子締合作用，表現(xiàn)為強峰和寬峰;3 000 ～2 930 cm－1吸收峰為C—CH3、C—CH2—C 的 伸 縮 振 動，2 890 ～2 800 cm－1吸收峰為—OCH3芳醚的伸縮振動峰;1 750 ～1 690 cm－1吸收峰為伸縮羰基吸收峰，由于羰基的不對稱性及C、O 之間較強極性，導(dǎo)致其為強峰;1 600 ～1 450 cm－1出現(xiàn)的峰為苯環(huán)的骨架振動峰，1 450 cm－1和1 380 cm－1為甲基的彎曲振動，1 050 cm－1左右的吸收峰為C—O—C 的伸縮振動峰，860 ～600 cm－1吸收峰為鄰亞甲基的振動峰［13］。圖譜與姜酚分子結(jié)構(gòu)很好吻合。

圖2 姜酚的結(jié)構(gòu)式Fig.2 Structure of gingerols

圖3 姜酚的紅外光譜圖Fig.3 IR spectrum of gingerols

3 結(jié)論

采用超聲萃取法從陜西安康種植的黃姜中提取姜酚的最佳工藝條件為:超聲提取時間為2 h，超聲功率為400 W，提取溫度為70 ℃，姜和溶劑的比為1∶2(g/mL)。姜酚的最大產(chǎn)率為2.12%，其純姜酚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(純度)為71.8%。

［1］ 黃雪松，晏日安，吳建中.姜酚的生物活性述評［J］.暨南大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2005，26(3):434-439.

［2］ 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，1998，29(4):511-514.

［3］ 閆金奎，王洋，黃雪松. 萃取6-姜酚工藝條件的研究［J］.食品工業(yè)科技，2008，29(6):195-196.

［4］ 于寧，曾虹燕，鄧欣，等.姜酚的提取、鑒定及其抗氧化性研究［J］.食品科學(xué)，2007，28(8):201-204.

［5］ 熊華.不同提取方法對生姜提取物中成分的比較研究［D］.四川:華西大學(xué)，2006.

［6］ 鈕翠然.干姜中姜酚類成分研究［D］.長春:吉林大學(xué)，2008.

［7］ 張雪紅，劉紅星.姜酚的研究進展［J］.廣西師范學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版，2009，26(1):110-113.

［8］ 朱志成.姜酚的化學(xué)合成工藝:CN，201310101759［P］.2013-06-19.

［9］ 李劍君，李穩(wěn)宏，李多偉，等. 葛根總黃酮中葛根素的分離研究［J］. 西北大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2001，31(4):311-314.

［10］陳合，李世玉，舒國偉，等. 黃姜色素提取條件的研究［J］.陜西科技大學(xué)學(xué)報，2009，27(4):52-55.

［11］郭秀潔，朱靖博，鄭敏.黃姜總皂苷的提取及其水解條件［J］.大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，29(3):161-164.

［12］楊謙，田萍，杜寶中.黃姜中鼠李糖的提取［J］.西安理工大學(xué)學(xué)報，2008，24(3):366-369.

［13］孟靈芝，龔淑玲，何永炳. 有機波譜分析［M］.3 版. 武漢:武漢大學(xué)出版社，2009.