姜多糖提取率及抗氧化活性研究

楊曉杰，王世佳，王世聰

(1.齊齊哈爾大學 生命科學與農林學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006； 2.佳木斯大學 生命科學學院，黑龍江 佳木斯 154007)

姜是我國重要的調味食品和蔬菜，以四川、貴州、廣西、山東和江西等地為多，可用于感冒、頭痛鼻塞、食欲減退等[1,2]。姜中含有大量的活性多糖，是一種優質的功效成分資源[3]，多糖及糖復合物能夠參與細胞的各種生命現象的調節[4,5]。多糖除了有免疫調節、抗腫瘤的生物學效應外，還有抗衰老、抗疲勞、抗氧化、降血糖、抗凝血等作用，且其對機體毒副作用小[6,7]。姜類調味品與姜汁飲料是目前廣受歡迎的2種姜產品，但在生產加工過程中，姜皮成為副產物，造成了姜資源的極大浪費。而在姜皮中存在3種水溶性姜皮多糖，從姜皮中提取姜皮多糖從能源和環境的角度降低了姜皮對環境的污染，并提高了姜的產業價值，具有極其重要的研究意義[8]。前人的研究大多集中在對不同提取方式去皮姜多糖提取工藝以及生物活性的研究，而對于留皮和去皮的姜在同一提取方法下所得多糖的提取率和抗氧化活性的比較分析卻鮮有報道。本試驗采用單因素和正交試驗法，對去皮和留皮條件下的姜多糖進行提取，從而比較多糖提取率的差異。并利用最優提取條件下所得多糖以清除DPPH和總還原能力為指標進行體外抗氧化實驗。該研究為今后姜資源的有效利用以及姜多糖生物活性的深入研究提供了實驗基礎和理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗所用的姜購于齊齊哈爾蔬菜批發市場，且產地相同為同一品種。

1.2 主要儀器設備

721分光光度計、電熱恒溫水浴鍋 上海精密科學儀器有限公司；電子天平 德國賽多利斯公司；L80-2型離心機 上海躍進醫療器械有限公司；冷凍干燥機 北京博醫康實驗儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 多糖提取率的測定

以葡萄糖質量濃度為x軸、640 nm處測定的吸光值為y軸，得回歸方程：y=0.7135x-0.0517，R2=0.9955。

多糖提取率=(測定的多糖濃度×糖液體積×稀釋倍數)/姜粉末質量×100%[9]。

1.3.2 材料處理

姜洗凈后進行去皮和留皮2種處理，切片后干燥至恒重，粉碎脫脂待用。

1.3.3 單因素試驗

準確稱取經不同處理的姜粉2 g，采用控制單一變量的方法對功率、時間和料水比3個因素進行單因素試驗。在單因素試驗的基礎上，參照孫瑩的方法利用L9(33)進行正交試驗。

1.3.4 正交試驗

根據單因素試驗結果，以功率240，400，640 W，料水比1∶10，1∶15，1∶20，提取時間30，60，90 s進行去皮姜多糖的正交試驗。以功率400，640，800 W，料水比1∶10，1∶15，1∶20，提取時間30，60，90 s進行留皮姜多糖的正交試驗。

1.3.5 DPPH清除能力測定

將配好的姜多糖溶液分別加入DPPH溶液(0.1 mol/L) 2 mL。空白組以蒸餾水代替并加入乙醇和蒸餾水各2 mL。VC做陽性對照，向其中加入2 mL乙醇，進行20 min避光反應，進行3次平行實驗，在517 nm處測定其OD值。清除率E(%)=(A對照-A樣品)/A對照×100。

1.3.6 總還原能力測定

將最佳提取條件下所得去皮和留皮姜多糖分別配制成5個不同的濃度(1，2，3，4，5 mg/mL)，取每個濃度糖溶液各2 mL。然后分別加入0.5 mL的磷酸緩沖液(pH 7.4)和1.5 mL濃度為0.3%的鐵氰化鉀溶液，將所得混合溶液放置于溫度為50 ℃的恒溫水浴鍋中進行10 min水浴處理。再加入1 mL三氯乙酸，將所得溶液混合后靜置10 min，從整個混合溶液的體系中取出2 mL，加入0.5 mL的三氯化鐵，靜置5 min。在700 nm波長下測其OD值，蒸餾水做空白對照，VC為陽性對照，每一濃度做3次平行實驗。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 微波功率對姜多糖提取率的影響

在料水比和微波提取時間相同的前提下，本試驗采用5個不同功率(80，240，400，640，800 W)對去皮和留皮的姜多糖進行提取。隨著微波功率的升高，留皮和去皮姜多糖的提取率逐漸增大，留皮姜多糖提取率在640 W時達到峰值，去皮姜多糖在400 W時達到峰值。因此，選取240，400，640 W作為去皮的姜多糖正交提取的微波功率，選取400，640，800 W作為留皮的姜多糖正交提取的功率。

2.1.2 提取時間對姜多糖提取率的影響

在功率為240 W、料水比為1∶20時，采用不同的微波時間(30，60，90，120，150 s)對2種處理條件下的姜多糖進行提取。隨著提取時間增加，去皮姜多糖和留皮姜多糖的提取率都呈現增大趨勢。去皮姜多糖和留皮姜多糖的提取時間在60 s時達到最大，因此選取30，60，90 s作為去皮和留皮的姜多糖的正交提取試驗的時間。

2.1.3 料水比對姜多糖提取率的影響

在相同的功率和時間條件下，采用5組不同的料水比(1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30)對留皮和去皮的姜多糖進行提取。隨著料水比的增大，去皮和留皮的姜多糖的提取率也隨之增大。去皮姜多糖和留皮姜多糖的提取率在料水比為1∶15時達到最大。因此選取1∶10，1∶15和1∶20作為去皮和留皮的姜多糖的正交提取試驗的料水比。

2.2 正交試驗結果

2.2.1 留皮姜多糖正交試驗結果

根據單因素試驗，結合各種因素的相互作用對留皮姜多糖提取率產生的影響，采用三因素三水平進行正交試驗，見表1。

表1 留皮姜多糖提取率的正交試驗及極差分析Table 1 Orthogonal test results and range analysis of the extraction rate of polysaccharide from unpeeled ginger

由表1可知，影響留皮姜多糖提取率的各因素大小關系為A(微波功率)>C(微波時間)>B(料水比)，并且微波功率以640 W最佳，微波時間以90 s最佳，料水比以1∶15最佳。因此，留皮姜多糖提取的最佳工藝應為A2B3C2，即微波功率640 W，時間90 s，料水比1∶15。

2.2.2 去皮姜多糖正交試驗結果

根據去皮姜多糖單因素試驗結果，綜合了其他各因素對去皮姜多糖的相互作用對去皮姜多糖提取率產生的影響，采用三因素三水平對去皮姜多糖進行正交試驗，見表2。

表2 去皮姜多糖提取率的正交試驗結果及極差分析Table 2 Orthogonal test results and range analysis of the extraction rate of polysaccharide from peeled ginger

由表2可知，影響去皮姜多糖提取率的各因素大小關系為C(料水比)>A(微波功率)>B(微波時間)，微波功率以240 W最佳，微波時間以60 s最佳，料水比以1∶20最佳。因此，去皮姜多糖提取的最佳工藝應為A1B2C3，即微波功率240 W，時間60 s，料水比1∶20。

2.3 體外抗氧化能力試驗結果

2.3.1 清除DPPH能力

以1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl radical, DPPH)自由基為指標，分別對留皮和去皮姜多糖體外抗氧化能力進行了試驗。研究發現陽性對照VC清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基的能力效果明顯，留皮和去皮姜多糖對DPPH也有一定的清除能力。在多糖濃度為3 mg/mL時，留皮姜多糖的清除率達到最大，而后趨于平緩。在試驗濃度范圍內，姜多糖清除DPPH的能力為留皮>去皮，留皮姜多糖的最大清除率為65.32%，見圖1。

圖1 去皮和留皮姜多糖清除DPPH能力Fig.1 Scavenging DPPH ability of peeled and unpeeled ginger polysaccharide

2.3.2 總還原能力比較

同樣以VC為陽性對照，對去皮和留皮的姜進行總還原能力的測定。隨著多糖濃度的增加，VC的總還原能力不斷減弱，留皮和去皮的姜多糖的總還原能力則不斷增強。多糖的總還原能力表現為留皮>去皮，見圖2。

圖2 留皮和去皮姜多糖總還原能力Fig.2 Total reducing ability of peeled and unpeeled ginger polysaccharide

3 結論與討論

本研究通過微波提取法對去皮和留皮姜多糖的提取率以及體外抗氧化活性進行比較分析。結果表明：留皮姜多糖最佳提取條件下所得提取率高于去皮姜多糖。根據馮鑫的試驗結果可知這是由于姜皮中有3種水溶性姜皮多糖，這3種多糖的單糖組成主要為甘露糖、葡萄糖、木糖,巖藻糖、核糖、半乳糖、阿拉伯糖。而去皮的姜由于缺少姜皮中一部分多糖成分，從而導致其提取率低于留皮的姜多糖。自由基生物學和自由基醫學的飛速發展表明：自由基與衰老、心血管疾病、癌癥、帕金森綜合癥等各種急性和慢性疾病密切相關。因此，探討植物多糖新資源對自由基的清除作用具有重要意義[10]。通過最佳提取條件所得多糖進行體外抗氧化實驗，結果發現去皮和留皮姜多糖在清除DPPH以及總還原能力方面均有一定活性，且都為留皮姜高于去皮姜。究其原因可能是姜皮中的多糖含量高于去皮姜的多糖含量，而植物多糖可以通過自身的還原性保護生物體內的其他還原性成分而發揮抗氧化作用，因此留皮姜多糖在2種抗氧化指標上的活性均高于去皮姜多糖。綜上所述，在實驗濃度范圍內不論是從提取率還是抗氧化活性方面來說，留皮姜都優于去皮姜。本研究結果為今后姜皮中有效成分的利用、避免姜資源的浪費以及后續的姜多糖生物活性的研究提供了一定的實驗依據。

參考文獻：

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