生姜中總黃酮的提取工藝及穩(wěn)定性研究

吳 玲

(吉林工程職業(yè)學(xué)院，吉林 四平 136001)

生姜中總黃酮的提取工藝及穩(wěn)定性研究

吳 玲

(吉林工程職業(yè)學(xué)院，吉林 四平 136001)

文章以生姜為原料，對(duì)其總黃酮的提取工藝及穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)考察粉碎粒度、乙醇濃度、液料比和提取溫度對(duì)生姜總黃酮提取工藝的影響，并對(duì)生姜總黃酮的穩(wěn)定性進(jìn)行初步研究。結(jié)果表明：生姜粉碎粒度為60目、乙醇濃度為70%、液料比為15∶1、提取溫度為70 ℃，在此條件下生姜中總黃酮的提取率達(dá)到1.52%；提取的生姜總黃酮溶液在避光和80 ℃以下的條件下穩(wěn)定性良好，而光照和溫度超過(guò)80 ℃則出現(xiàn)少量降解。該研究為生姜的深入開(kāi)發(fā)提供一定的思路和理論依據(jù)。

生姜；總黃酮；提取工藝；穩(wěn)定性

生姜，別名百辣云，是姜科多年生草本植物姜的新鮮根莖，在我國(guó)多個(gè)省份廣泛種植[1,2]，是一種典型的食藥兩用植物。作為一種古老而著名的香辛調(diào)味品，生姜廣泛用于食物烹飪和食品加工中，深受我國(guó)廣大人民的喜歡；在藥理臨床方面，生姜是一種傳統(tǒng)的中藥材，其性味辛溫，具有散寒解表、溫中止嘔、化痰止咳、回陽(yáng)通脈等功效[3]，常用于治療風(fēng)寒感冒、胃寒嘔吐、寒痰咳嗽。生姜營(yíng)養(yǎng)豐富，含有揮發(fā)油類(lèi)、姜辣素、黃酮類(lèi)、甾體皂苷類(lèi)等200余種化學(xué)成分物質(zhì)[4]。其中，黃酮類(lèi)化合物作為生姜的主要活性物質(zhì)，具有抗氧化、抗癌、抗炎、抑菌、降血脂、提高免疫力等多種作用[5，6]。針對(duì)這些生物活性功能，可以開(kāi)發(fā)生姜在食品添加劑、藥品、化妝品、保健食品等領(lǐng)域的應(yīng)用[7]。近年來(lái)，對(duì)生姜進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和綜合利用成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。

目前，生姜中總黃酮的提取方法較多，如超聲波提取法、有機(jī)溶劑提取法、微波提取法等[8]。其中，有機(jī)溶劑提取法由于提取成本較低、收率較高，現(xiàn)已在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用[9,10]。為得到較多的生姜總黃酮，本研究選用乙醇作為提取溶劑，對(duì)提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)生姜總黃酮在光、熱條件下的穩(wěn)定性進(jìn)行考察，以期為生姜的工業(yè)開(kāi)發(fā)提供一定的思路與理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

生姜：市售，洗凈后切片于70 ℃下烘干，粉碎后過(guò)篩備用；蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品：酷爾化學(xué)科技(北京)有限公司；無(wú)水乙醇：江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司；亞硝酸鈉：焦作市維聯(lián)精細(xì)化工有限公司；九水合硝酸鋁：廣東翁江化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鈉：無(wú)錫市亞泰聯(lián)合化工有限公司。

1.2 儀器

DHG-9145A電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；752N紫外分光光度計(jì) 上海儀電分析儀器有限公司；家用小型粉碎機(jī) 永康市展帆工貿(mào)有限公司；電子天平 上海方瑞儀器有限公司； RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備

以蘆丁為標(biāo)準(zhǔn)品，采用比色法測(cè)定[11]。稱取烘干至恒重的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品配成0.2 mg/mL的對(duì)照溶液。準(zhǔn)確量取蘆丁溶液0，0.4，0.8，1.2，1.6，2.0 mL，各加60%乙醇至5 mL，依次加入顯色劑，以相應(yīng)試劑為空白，于510 nm處檢測(cè)吸光度，以蘆丁濃度(C)為橫坐標(biāo)，吸光度(A)為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，A=8.3571×C-0.0431，R2=0.9985。

1.3.2 生姜總黃酮的測(cè)定

精密吸取一定量供試品溶液于10 mL容量瓶中，按1.3.1方法測(cè)定吸光度，計(jì)算總黃酮含量。生姜中總黃酮提取率按下式計(jì)算：

總黃酮提取率=(提取的總質(zhì)量/生姜粉末質(zhì)量)×100%。

1.3.3 生姜總黃酮的提取

精確稱取不同粉碎粒度的生姜干燥粉末10.00 g，按一定液料比加入一定濃度的乙醇溶劑，在一定溫度下回流提取2 h，將提取液冷卻后過(guò)濾，濾渣再提取1次，合并濾液濃縮至30～40 mL，轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，用60%乙醇定容至刻度，搖勻后取1 mL提取液按照1.3.2中方法對(duì)總黃酮含量進(jìn)行測(cè)定。

1.3.4 生姜總黃酮穩(wěn)定性的研究

采用正交試驗(yàn)確定的最佳條件進(jìn)行總黃酮的提取濃縮，冷卻過(guò)濾后配制成30 mg/mL水溶液，分別考察光照(陽(yáng)光直射、避光)、溫度對(duì)生姜總黃酮穩(wěn)定性的影響。總黃酮降解率按下式計(jì)算：

總黃酮降解率=(初始濃度-檢測(cè)濃度)/初始濃度×100%。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 粉碎粒度對(duì)生姜總黃酮提取率的影響

按1.3.3所述的方法，分別稱取20，40，60，80，100目的生姜干燥粉末，按液料比(mL/g)20∶1加入70%乙醇溶液，60 ℃回流提取，考察粉碎粒度在生姜總黃酮提取過(guò)程中的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 粉碎粒度對(duì)總黃酮提取率的影響Fig.1 Influence of particle size on the extraction rate of flavonoids

由圖1可知，隨著粉碎粒度的增加，總黃酮提取率逐漸升高，當(dāng)粉碎粒度為60目時(shí)，總黃酮提取率達(dá)到最高，隨后總黃酮提取率出現(xiàn)下降。這是由于粉碎粒度較小時(shí)，生姜細(xì)胞破碎過(guò)多，總黃酮損失較多，造成生姜總黃酮提取率降低；當(dāng)粉碎粒度過(guò)大時(shí)，生姜粉末與乙醇溶液的接觸表面積較小，總黃酮不能充分萃取出來(lái)。因此，本試驗(yàn)選擇粉碎粒度60目為宜。

2.1.2 乙醇濃度對(duì)生姜總黃酮提取率的影響

按1.3.3所述的方法，稱取60目的生姜干燥粉末，按液料比(mL/g)20∶1分別加入50%，60%，70%，80%，90%乙醇溶液，60 ℃回流提取，考察乙醇濃度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 乙醇濃度對(duì)總黃酮提取率的影響Fig.2 Influence of ethanol concentration on the extraction rate of flavonoids

由圖2可知，總黃酮提取率隨乙醇濃度遞增呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，乙醇濃度為70%時(shí)，總黃酮的提取率最高，達(dá)到1.32%。這是因?yàn)殡S著乙醇體積分?jǐn)?shù)增大，黃酮類(lèi)化合物和乙醇之間由于“相似相溶”而不斷溶出，但是高濃度乙醇易使胞內(nèi)蛋白發(fā)生凝聚，增加黃酮類(lèi)化合物擴(kuò)散阻力，從而導(dǎo)致總黃酮的提取率下降[12]。因此，選擇乙醇濃度70%較佳。

2.1.3 液料比對(duì)生姜總黃酮提取率的影響

按1.3.3所述的方法，稱取60目的生姜干燥粉末，分別以液料比(mL/g)10∶1，15∶1，20∶1，25∶1，30∶1加入70%乙醇，60℃回流提取，考察液料比的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 液料比對(duì)總黃酮提取率的影響Fig.3 Influence of liquid-solid ratio on the extraction rate of flavonoids

由圖3可知，隨著液料比的增加，總黃酮提取率呈現(xiàn)先快速上升后緩慢下降的趨勢(shì)，當(dāng)液料比達(dá)到20∶1時(shí)，總黃酮提取率達(dá)到最大，為1.38%。這是因?yàn)殡S著液料比增大，傳質(zhì)推動(dòng)力不斷增大，提取率增加，當(dāng)液料比過(guò)高時(shí)容易造成溶劑浪費(fèi)并提高后續(xù)處理工作量。因此，選擇液料比20∶1較為合適。

2.1.4 提取溫度對(duì)生姜總黃酮提取率的影響

按1.3.3所述的方法，稱取60目的生姜干燥粉末，以液料比(mL/g)20∶1加入70%乙醇，分別在40，50，60，70，80，90 ℃下回流提取，考察提取溫度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 提取溫度對(duì)總黃酮提取率的影響Fig.4 Influence of extraction temperature on the extraction rate of flavonoids

由圖4可知，提取溫度40～70 ℃時(shí)，總黃酮提取率快速增加，70 ℃時(shí)提取率達(dá)到1.42%，之后隨著溫度升高，總黃酮提取率開(kāi)始下降。這是因?yàn)闇囟壬撸欣趥髻|(zhì)過(guò)程的進(jìn)行，但是溫度過(guò)高會(huì)造成黃酮類(lèi)化合物的降解[13]，因此，選擇提取溫度70 ℃較為適宜。

2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究根據(jù)2.1中單因素試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)粉碎粒度、乙醇濃度、液料比、提取溫度4個(gè)因素采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以尋求最佳的生姜總黃酮提取工藝，試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平表見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 1 The design and results of orthogonal experiment

由根據(jù)表1極差R值大小可知：在試驗(yàn)考察的范圍內(nèi)，各因素對(duì)生姜總黃酮提取影響的主次順序?yàn)锽>D>A>C，即乙醇濃度>提取時(shí)間>粉碎粒度>液料比。根據(jù)K值可以得出生姜總黃酮最佳提取搭配為A2B2C1D2，即粉碎粒度為60目、乙醇濃度為70%、液料比為15∶1、提取溫度為70 ℃。在此條件下，進(jìn)行3批工藝驗(yàn)證，生姜總黃酮的提取率達(dá)到1.52%。

對(duì)所得正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，見(jiàn)表2。

表2 方差分析表Table 2 Variance analysis table

因素B，D的F比均大于F臨界值，說(shuō)明因素B，D對(duì)生姜總黃酮提取工藝影響顯著，即乙醇濃度和提取溫度是生姜總黃酮提取工藝中的關(guān)鍵參數(shù)。

2.3 生姜總黃酮穩(wěn)定性試驗(yàn)

2.3.1 光照對(duì)生姜總黃酮穩(wěn)定性的影響

分別將10 mL生姜總黃酮溶液在自然光下和避光條件下放置，每隔1 天 測(cè)定其含量，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 光照對(duì)生姜中黃酮穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effects of light on the stability of flavonoids in ginger

由圖5可知生姜提取液在自然光和避光下放置2天，其降解率分別為2.1%，1.32%；放置4 天，其生姜總黃酮降解率分別為 5.70%，2.66%。可見(jiàn)自然光對(duì)生姜總黃酮溶液有一些降解，而避光條件下生姜總黃酮穩(wěn)定性良好 。

2.3.2 熱對(duì)生姜總黃酮穩(wěn)定性的影響

分別將10 mL生姜總黃酮溶液置于40，50，60，70，80，90 ℃等不同的溫度的恒溫水浴中保溫30 min，測(cè)定其含量，結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 熱對(duì)生姜中黃酮穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effects of heat on the stability of flavonoids in ginger

由圖6可知，在40～80 ℃條件下，熱對(duì)生姜黃酮的穩(wěn)定性影響不大，80 ℃時(shí)生姜總黃酮的降解率為2.01%；90 ℃時(shí)生姜總黃酮的降解率達(dá)到7.69%。可見(jiàn)，80 ℃以下生姜總黃酮溶液對(duì)熱比較穩(wěn)定。

3 結(jié)論

生姜既是調(diào)味佳品，又是寶貴的中藥材。為了充分利用生姜植物資源，提高其經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，國(guó)內(nèi)掀起了生姜開(kāi)發(fā)熱潮。本研究采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)生姜中總黃酮的提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化，并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行了初步研究，得到了生姜總黃酮的最佳提取條件：粉碎粒度60目、乙醇濃度70%、液料比15∶1、提取溫度70 ℃，此條件下生姜總黃酮提取率達(dá)到1.52%。在考察生姜總黃酮穩(wěn)定性的研究過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)避光條件及80 ℃以下，生姜總黃酮穩(wěn)定性良好，而光照和80 ℃以上，生姜總黃酮穩(wěn)定性較差，因此，在食品行業(yè)中為延長(zhǎng)生姜黃酮的保存期限，應(yīng)該盡量在避光、低溫的條件下進(jìn)行保存儲(chǔ)藏。

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StudyonExtractionTechnologyandStabilityofFlavonoidsfromGinger

WU Ling

(Jilin Engineering Vocational College, Siping 136001,China)

In this study, the extraction process and stability of flavonoids from ginger are studied.The effects of crushing particle size, ethanol concentration, ratio of liquid-material and extraction temperature on the extraction process of flavonoids are studied by orthogonal test. The stability of flavonoids is also studied. The results show that the optimum extraction conditions are as follows: the particle size is 60 mesh, the ethanol concentration is 70%, the ratio of liquid-material is 15∶1, and the extraction temperature is 70 ℃. Under these conditions, the extraction rate of flavonoids from ginger is 1.52%. The flavonoids have good stability under the conditions of avoiding illumination and below 80 ℃, while there's a small amount of degradation under the conditions of illumination or above 80 ℃.This study has provided some ideas and theoretical basis for the further development of ginger.

ginger；flavonoids；extraction process；stability

TS202.1

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.12.015

1000-9973(2017)12-0071-04

2017-07-14

吳玲(1972-)，女，吉林四平人，副教授，主要從事食品生物化學(xué)方面的研究。