超聲波輔助醇堿提取法提取生姜多糖工藝研究

李立恒 劉明新 胡超 蘭時樂

摘 要：以生姜粉為原料，采用超聲波輔助醇堿提取法進(jìn)行料液比、提取乙醇添加量、堿濃度、提取溫度和時間的單因素試驗，然后在此基礎(chǔ)上選取影響比較顯著的提取乙醇添加量、堿濃度、提取溫度和時間采用四因素三水平的正交試驗對提取條件進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明：生姜多糖提取的最優(yōu)工藝參數(shù)為：料液比1︰20，堿濃度0.001 mol·L-1，乙醇添加量5%，溫度80 ℃，時間2.0 h。在最佳工藝參數(shù)條件下生姜多糖提取率為33.06%。

關(guān)鍵詞：生姜;多糖;超聲波;醇堿

Abstract：The single test was carried on the material to liquid， ethanol addition， alkali content， temperature and time through ultrasonic assisted alcohol and alkali extraction using ginger powder as raw material. The conditions for extraction of polysaccharides were optimized through orthogonal experiment of 4 factors and 3 levels on the ethanol addition， alkali content， temperature and time. The results showed that the optimal process parameters on the extraction of ginger polysaccharide was 1∶20 of material to liquid， 0.001 mol·L-1 of alkili content， 5% of ethanol addition， 80 ℃ of temperature and 2.0 h of time.The extraction rate of ginger polysaccharide reached 33.06% on the optimum process parameters.

Key words：Ginger; Polysaccharide; Ultrasonic; Alcohol and alkili

生姜，是姜科植物姜（Zingiber officinale Rosc.）的新鮮根莖。生姜中含有多種活性物質(zhì)，如姜精油（0.15%～0.17%）、多糖類（5.97%）、烯類（61.41%）和黃酮類（2.63%），此外還有甾醇類、姜油樹脂，姜黃素，姜辣素等[1]。研究表明，生姜有明顯的抗菌、抗炎、抗氧化、抗?jié)儭⒖顾ダ稀⑶宄杂苫⒔笛⒅委熜哪X血管疾病等藥用保健功能，同時還具有抗血小板凝集、保護(hù)胃黏膜、保肝利膽和抗過敏、抗腫瘤、止嘔吐、抗5-HT3等功效[2];因此生姜多糖具有廣泛的藥用價值。本文通過單因素試驗和正交試驗，對生姜多糖的提取工藝進(jìn)行探討，為生姜多糖提取的工業(yè)化生產(chǎn)提供了重要理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

材料。生姜粉：市購新鮮生姜，洗凈后切片，60 ℃烘箱中干燥24 h，取出后磨成細(xì)粉，密封后保存待用。

儀器。KM3200DE臺式超聲波清洗器（超聲功率150 W，超聲頻率40 KHz）;Himac CR21G型高速冷凍離心機（Hitachi）;722型分光光度計（上海光譜儀器有限公司）;試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 方法

1.2.1 生姜多糖提取的單因素試驗

基本提取條件為料液比1∶15，堿濃度0.003 mol·L-1，提取乙醇添加量15%，溫度80 ℃，時間1.0 h，醇沉乙醇添加量3.0倍。具體操作步驟為：①脫脂。準(zhǔn)確稱取1.0 g生姜粉末，按1︰15（W/V）加入石油醚振蕩脫脂6.0 h，過濾[2]得濾渣。②提取。過濾后的生姜粉末，添加含堿和乙醇的溶液，超聲波水浴提取，過濾得濾液。③脫蛋白。向濾液中添加鞣酸至1.0%，煮沸15 min，冷卻后靜置12.0 h進(jìn)行脫蛋白[3]。④脫色。向溶液中加過氧化氫至7.0%，55 ℃條件下水浴3.0 h脫色。過濾得濾液[4]。⑤醇沉。濾液添加3倍95%的乙醇醇沉過夜。10 000 r·min-1離心10 min，棄上清液。⑥測定。沉淀溶解后定容至1 000 mL，取0.2 mL用硫酸-蒽酮法測定多糖含量y[5]，計算多糖提取率。提取率=y×5 000×0.9/1 000/生姜重量×100%在基本提取條件基礎(chǔ)上，分別改變料液比（1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30和1∶35）、堿濃度（0.001、0.003、0.005、0.007、0.009 mol·L-1和0.011 mol·L-1）、提取乙醇添加量（5.0%、10.0%、15.0%、20.0%、25.0%和30.0%）、溫度（55、60、65、70、75 ℃和80 ℃）和提取時間（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h、3.0 h和3.5 h），在基本提取條件下提取，測定多糖提取率，根據(jù)測定的結(jié)果確定最佳料液比、堿濃度、提取乙醇添加量、溫度和時間。

1.2.2 生姜多糖的正交提取試驗設(shè)計[6]

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選取影響比較顯著的堿濃度、提取乙醇添加量、溫度和時間采用L9（34）進(jìn)行正交試驗（表1），利用正交試驗設(shè)計軟件通過極差分析，優(yōu)選出生姜多糖提取的最佳工藝參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 料液比對生姜多糖提取率的影響

由圖1知，料液比為1∶20時，多糖提取率最高。溶劑太少時生姜原料中的多糖不能很好的溶解于提取液中，大部分多糖仍存留在料渣中;當(dāng)料液增加時，隨著水含量的增加，在醇沉?xí)r，部分多糖可能未能沉淀下來，致使提取率下降;因此料液比為1∶20時對生姜多糖提取最為適宜。

2.2 提取乙醇添加量對生姜多糖提取率的影響

由圖2知，提取乙醇添加量為10%時，生姜多糖的提取率最高。說明適量的乙醇添加有助于水溶性多糖的溶解;但是乙醇添加量過大，水溶解的多糖又會沉淀在過濾殘渣中，從而導(dǎo)致多糖提取率下降。因此提取乙醇添加量10%時生姜多糖提取最為適宜。

2.3 堿濃度對生姜多糖提取率的影響

由圖3可知，料液堿濃度為0.003 mol·L-1時，提取時生姜多糖的提取率最高，為32.03%。在堿性環(huán)境下，細(xì)胞更容易被破壞，將細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)溶解出來;但是堿濃度過大，強堿性環(huán)境下，多糖的結(jié)構(gòu)極易被破壞，而且容易發(fā)生皂化反應(yīng)，使提取液黏度過大，生姜多糖不能及時溶解于料液中，致使多糖提取率下降，因此料液堿濃度為0.003 mol·L-1時生姜多糖提取最適宜。

2.4 提取溫度對生姜多糖提取率的影響

由圖4可知，溫度低于75 ℃時，生姜多糖的提取率隨著提取溫度的增加而呈現(xiàn)上升的趨勢;當(dāng)溫度超過75 ℃后，多糖提取率反而下降，說明超過一定溫度，多糖結(jié)構(gòu)易被破壞分解。在低溫時隨著溫度上升，分子熱運動速度加快，多糖溶解速度加快;但是溫度超過一定值時，分子熱運動達(dá)到平衡，多糖的溶解速度達(dá)到最高值，相反隨著溫度的升高，多糖分解速率增大，導(dǎo)致提取率下降。因此75 ℃為生姜多糖的最適提取溫度。

2.5 提取時間對生姜多糖提取率的影響

由圖5可知，提取時間不能超過2.5 h，隨著時間延長，多糖分子擴散變得更充分，生姜多糖的提取率增大;超過2.5 h，多糖已基本溶出，多糖結(jié)構(gòu)破壞，多糖提取率下降。因此提取時間為2.5 h時生姜多糖提取最為適宜。

2.6 生姜多糖提取的正交試驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，綜合各元素相互作用對生姜多糖提取得率的影響，采用L9（34）正交設(shè)計對生姜多糖提取的工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。正交試驗的結(jié)果及極差分析見表2。

由表2極差分析結(jié)果可知，影響生姜多糖提取率的各因素主次關(guān)系為：D（時間）>C（溫度）>A（堿濃度）>B（乙醇添加量），由k值得，生姜多糖提取的最優(yōu)工藝參數(shù)為A1B1C3D1，由正交試驗表得最優(yōu)組合為A1B3C3D3，最優(yōu)組合不在正交試驗表中，需進(jìn)行驗證試驗。

從表3驗證實驗可以看出，優(yōu)化組生姜多糖提取率比正交試驗設(shè)計表中多糖提取率最高的3組提高了2.54個百分點，說明堿濃度0.001 mol·L-1，乙醇添加量5%，溫度80 ℃，時間2.0 h是生姜多糖提取的最優(yōu)工藝參數(shù)。與多糖在最基本條件下提取相比提取率提高了16.19個百分點。

3 討論

目前植物多糖的提取主要采取溶劑提取、超聲波與微波輔助提取和酶法提取共3種方法。溶劑提取、超聲波與微波輔助提取和酶法提取文獻(xiàn)報道較多，但超聲波輔助醇堿提取鮮有報道。本文采用超聲波輔助醇堿提取法，通過單因素和正交試驗，對生姜多糖的提取工藝進(jìn)行了研究，獲得了最優(yōu)工藝參數(shù)，多糖提取率達(dá)到了33.06%，與傳統(tǒng)溶劑提取法[2]相比，多糖提取率提高了4倍;與復(fù)合酶法[7]相比，提高近2倍;與超聲波-微波協(xié)同萃取法[8]相比較提高了50%，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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