生姜中活性物質糖蛋白的提取工藝及抗菌活性

馮麟，李榮英，王婷，劉瑋勵，黃鑫慧，魏微,

1.成都體育學院附屬體育醫院（成都 610041）；2.西南醫科大學（瀘州 646000）；3.西南醫科大學（中西醫結合學院附屬中醫醫院）（瀘州 646000）

生姜是一種常見的植物果實，也是人們經常食用的配料。在中國，生姜有悠久的種植歷史，它同時具有食用和藥用2種功能[1]。生姜除了作為烹飪調料之外，其還具有豐富的營養成分，如姜酮、姜辣素、姜烯酚、姜油、嘌呤類化合物等，除此之外，還有大量活性多糖類和糖蛋白。糖蛋白主要成分包括多肽鏈與寡糖鏈，它是一種大分子物質，Choi等[2]通過研究證實，生姜中富含多種糖蛋白，半胱氨酸蛋白酶只是其中一種，它能夠對肉類進行分解和催化[3-4]。另外，有學者發現糖蛋白能夠抗衰老、增強免疫力及抗氧化功效[5-7]。從現有研究來看，對生姜活性成分的研究主要圍繞如何提取姜辣素、姜精油、姜烯酚等成分上面，關于如何提取糖蛋白的研究存在較大空白。張旭等[8]通過研究發現，生姜提取液能夠增強小鼠的免疫力。曾高峰等[9]指出，一定劑量的生姜提取液可有效緩解阿爾茨海默病大鼠的癥狀。因此，生姜中的糖蛋白藥物功能有很大的開發價值。鑒于此，重點研究如何從生姜中提取糖蛋白成分，并對其的抗菌功效進行分析，為開發生姜藥用價值提供有益參考。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

生姜（市售）。

濃硫酸、乙醇、氯化鈉、正丙醇、考馬斯亮藍G250、鄰二氮菲、硫酸銨等（實驗室提供）。

1.2 試驗儀器與設備

超聲波清洗器（北京亞歐德鵬科技有限公司）；紫外分光光度計（島津公司）；真空抽濾裝置（上海冉富儀器有限公司）；分析天平（上海精密實驗設備有限公司）；等。

1.3 試驗方法

1.3.1 生姜中活性物質糖蛋白超聲波提取工藝

生姜粉末→加0.2 mol/L磷酸鉀緩沖液（pH 7）→加0.1 mol/L NaCl溶液→超聲波輔助提取→抽濾→濃縮→旋轉蒸發至原體積的1/10→加入預冷乙醇→離心→蒸餾水復溶糖→加入1/5體積的Sevage試劑→冷凍離心→回收上清液→用選擇性半透膜透析→旋轉蒸發→減壓濃縮→真空冷凍干燥→糖蛋白提取物

1.3.2 糖蛋白中多糖含量的測定

苯酚-濃硫酸法[10]測定多糖含量。

1.3.3 糖蛋白中蛋白質含量的測定

考馬斯亮藍法[11]測定蛋白質含量。

1.3.4 糖與蛋白質提取率

式中：m為生姜的質量，g；C為溶液中蛋白質或糖質量濃度，μg/mL；V為溶液體積，mL；D為稀釋倍數。

2 結果與分析

2.1 液料比選擇

從圖1可以看出，隨著溶劑用量不斷增加，生姜的糖和蛋白質提取率也會相應提高，這是因為隨著液料比增加，增加細胞內外的滲透壓差，糖蛋白得以充分的溶脹。生姜中活性物質糖蛋白提取過程中，液料比達到25∶1（mL/g），糖得率和蛋白質達到最高值。在實際中，如果溶劑用量偏低，提取液較少，這對后續過濾分離會產生較大影響；但是隨著溶劑用量不斷增加，后續濃縮工藝和回收耗時增加，成本消耗上升，液料比不宜選擇過大。因此控制液料比25∶1（mL/g）比較適合。

圖1 液料比選擇

2.2 超聲波功率選擇

從圖2可以看出，生姜中活性物質糖蛋白超聲波提取過程中，超聲波功率增大，可加快有效成分向外擴散，有利于物質溶出，提取率提高。超聲波功率達到140 W后，隨著超聲波功率不斷上升，瞬間熱效應反應突出，破壞作用越大，可能會對物質本身的結構造成破壞，蛋白質和糖有一定損失。

圖2 超聲波功率選擇

2.3 提取時間選擇

從圖3可以看出，提取前20 min，糖提取率和蛋白質提取率提高的幅度很大。提取時間達到30 min時，生姜中活性物質糖提取率達到最高，蛋白質提取率變化不大。此后，隨著提取時間延長，料液溫度不斷上升，這時候糖蛋白提取率開始下降，可能時間過長，導致蛋白質新的二硫鍵形成和疏水位點暴露，引起不同組分的相互聚集變性。

圖3 提取時間選擇

2.4 提取溫度選擇

由圖4可知，隨著提取溫度升高，糖蛋白得率呈現先增后減的趨勢，在提取溫度40 ℃時達到最大值。提取溫度低于40 ℃時，可能由于在低溫條件下糖蛋白的溶出率不高，導致糖蛋白得率低，而溫度過高則導致糖蛋白鏈斷裂，蛋白質組分間相互解離、蛋白質凝膠發生破裂，極易引起蛋白質的變性，影響糖蛋白提取率。

圖4 提取溫度選擇

2.5 響應面優化生姜中活性物質糖蛋白超聲波的提取工藝條件

從表1～表3中可以看出，生姜中活性物質糖蛋白提取條件中，液料比、超聲波功率、提取時間、提取溫度對結果影響顯著。糖蛋白綜合提取率二次回歸擬合方程為：提取率=3.56-0.51A+0.21B+0.21C-0.39D-0.35AB-0.038AC+0.096AD+0.038BC-0.29BD-0.16CD-0.35A2-0.53B2-0.37C2-0.49D2（其中，A是液料比，B是超聲波功率、C是提取時間，D是提取溫度）。

表1 響應面優化生提取的工藝因素和水平

表3 響應面試驗結果分析

生姜中活性物質糖蛋白提取試驗失擬項不顯著，p值為0.606 7，模型極顯著，p值＜0.000 1，得到的生姜中活性物質糖蛋白提取最佳條件為：液料比22∶1（mL/g）、超聲波功率154 W、提取時間38 min、提取溫度38 ℃。

表2 生姜中活性物質糖蛋白超聲波提取條件試驗結果

圖5 各因素響應面圖

2.6 生姜中活性物質糖蛋白的抗菌活性研究

生姜中活性物質糖蛋白抑菌圈直徑見圖6。生姜中活性物質糖蛋白對根霉、大腸桿菌、黑曲霉、釀酒酵母、金黃色葡萄球菌、沙門菌都有很強的抑制效果，其抗菌譜較寬。

圖6 生姜中活性物質糖蛋白的抑菌直徑

3 結論

生姜中活性物質糖蛋白超聲波提取的最佳條件是液料比22∶1（mL/g）、超聲波功率154 W、提取時間38 min、提取溫度38 ℃。同時生姜中活性物質糖蛋白具有較強的抑菌效果，其抗菌譜較寬。