高良姜莖葉總黃酮超聲提取工藝優化及生物活性研究

赫金鳳 吳翠平

摘要：高良姜莖葉總黃酮是高良姜莖和葉子中所含的一類天然化合物，具有多種生物活性和藥理作用。該研究通過單因素試驗和正交試驗優化了高良姜莖葉總黃酮微波提取工藝，研究結果表明，高良姜莖葉總黃酮提取的最佳加工工藝為超聲時間40 min、超聲功率750 W、乙醇體積分數60%、料液比1∶40和提取溫度50 ℃，此時高良姜莖葉總黃酮提取量為107.23 mg/g；另外，對提純前后的高良姜莖葉總黃酮還原能力和降血糖能力進行了測定，研究結果表明，高良姜莖葉總黃酮具有一定程度的還原能力和降血糖功效，且純化后的高良姜莖葉總黃酮還原能力和降血糖功效明顯強于純化前。

關鍵詞：高良姜；總黃酮；提取工藝；生物活性

中圖分類號：TS201.1????? 文獻標志碼：A???? 文章編號：1000-9973（2023）12-0079-04

Optimization of Ultrasonic Extraction Process and Research on Biological

Activity of Total Flavonoids from the Stems and Leaves

of Alpinia officinarum Hance

HE Jin-feng1， WU Cui-ping2

（1.Shangqiu Medical College， Shangqiu 476006， China; 2.School of Public Health，

Zhengzhou University， Zhengzhou 450003， China）

Abstract： Total flavonoids from the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance are a kind of natural compounds contained in the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance， which have various biological activities and pharmacological effects. In this study， the microwave extraction process of total flavonoids from the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance is optimized through single factor test and orthogonal test. The results show that the optimal processing technology for the extraction of total flavonoids from the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance is the ultrasonic time of 40 min， the ultrasonic power of 750 W， the ethanol volume fraction of 60%， the ratio of solid to liquid of 1∶40 and the extraction temperature of 50 ℃. At this time， the extraction amount of total flavonoids from the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance is 107.23 mg/g. In addition， the reducing ability and hypoglycemic ability of total flavonoids from the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance before and after purification are measured. The research results show that the total flavonoids from the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance have a certain degree of reducing ability and hypoglycemic effect， and the reducing ability and hypoglycemic effect of total flavonoids from the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance after purification are significantly stronger than those before purification.

Key words： Alpinia officinarum Hance; total flavonoids; extraction process; biological activity

收稿日期：2023-06-13

基金項目：河南省教育廳重點科研項目（19B320011）

作者簡介：赫金鳳（1984－），女，講師，碩士，研究方向：食藥品功能活性成分。

高良姜是一種生長在亞熱帶和熱帶地區的植物[1]，主要分布在中國、印度、印度尼西亞、泰國和尼泊爾等地[2]，其中，中國是世界上高良姜生產大國[3]。中國的高良姜主要分布在云南、貴州、廣西、廣東、福建、江西、湖南等地，云南是中國高良姜的主要產區。根據統計數據，中國的高良姜產量一直保持在世界前列[4-5]。近年來，隨著高良姜的醫學價值不斷被發掘和應用，高良姜的種植面積和產量也有所增加。目前，我國的高良姜產量已經達到數百萬噸，其中一部分出口到海外市場[6-7]。

高良姜具有濃郁的姜味，被用于制作各種料理和食品，主要應用在姜汁飲料、腌制食品、焙烤食品（姜餅和蛋糕）和烹飪料理（姜汁豬肉、姜汁蝦和姜汁雞）方面[8]。高良姜在食品方面的應用廣泛，能夠增加食品的口感、風味和營養，同時有助于提高人體免疫能力和消化功能[9]。

高良姜莖葉總黃酮是指高良姜莖和葉子中所含的一類天然化合物，具有多種生物活性和藥理作用[10]。它們是一類黃色的苷類化合物，包括高良姜黃素、蕓香素、芹菜素、鹽藻素等成分。研究表明[11-12]，高良姜莖葉總黃酮可以抑制癌細胞的生長和擴散，對預防心血管疾病、防治糖尿病等具有一定的效果。因此，高良姜莖葉總黃酮在醫學、保健品、食品、化妝品等領域有著廣泛的應用前景[13-14]。通過對高良姜莖葉總黃酮進行提取、分離和純化，可以發現和篩選出新的藥物和保健品成分[15-16]，為新藥和保健品的研發提供了有力的支持[17]。

總之，研究高良姜莖葉總黃酮的提取、分離、純化及生物活性，可以為新藥和保健品的研發提供支持，提高產品質量，深入了解其生物活性和藥理作用機制，探索其應用價值，具有重要的意義和價值。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

選擇新鮮無霉變的高良姜莖葉備用；α-淀粉酶、無水乙醇、硝酸鋁、亞硝酸鈉、氫氧化鈉、過硫酸鉀、磷酸氫二鉀、三氯化鐵、可溶性淀粉、苯酚、二硝基水楊酸、硫酸：均為分析純。

1.2 試驗儀器

蒸發儀、真空泵、培養箱、分析天平、清洗儀、水浴鍋、分光光度計、離心機、冷凍干燥機和粉碎機。

1.3 試驗方法

1.3.1 高良姜莖葉總黃酮含量的測定

量取5 mL待測液于10 mL容量瓶中，加入0.7 mL濃度為5%的NaNO2混勻，靜置6 min，加入0.7 mL濃度為10%的Al（NO3）3，靜置6 min后，加入25 mL濃度為4%的NaOH，搖勻，最后加入濃度為60%的乙醇定容至10 mL，放置15 min后在波長為510 nm的條件下測定吸光度。高良姜莖葉總黃酮含量計算公式如下：

總黃酮含量（mg/g）=C×V×tm。

式中：C為根據標準方程計算出的總黃酮質量濃度（mg/mL）；V為體積（mL）；t表示稀釋倍數；m為高良姜莖葉質量（mg）。

1.3.2 單因素試驗

當研究其中一個單因素對高良姜莖葉總黃酮提取量的影響時，控制其他變量因素不變，即料液比為1∶40，提取溫度為50 ℃，乙醇體積分數為50%，超聲功率為900 W和超聲時間為30 min；分別研究不同超聲時間（10，20，30，40，50，60 min）、不同料液比（1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50）、不同提取溫度（30，40，50，60，70 ℃）、不同乙醇體積分數（30%、40%、50%、60%、70%）和不同超聲功率（450，600，750，900，1 050 W）對高良姜莖葉總黃酮提取量的影響。

1.3.3 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，以超聲時間、超聲功率、乙醇體積分數和提取溫度作為變量因素，高良姜莖葉總黃酮提取量為指標，進行四因素三水平正交試驗，正交試驗表見表1。

1.3.4 高良姜莖葉生物活性的測定

1.3.4.1 高良姜莖葉總黃酮還原能力的測定

參照李洪德等[18]的方法對高良姜莖葉總黃酮的還原能力進行測定。

1.3.4.2 高良姜莖葉總黃酮體外降血糖功能的測定

參照曹旅等[19]的方法對高良姜莖葉總黃酮的降血糖功能進行測定。

2 結果和討論

2.1 單因素試驗

2.1.1 超聲時間對高良姜莖葉總黃酮提取量的影響

超聲時間對高良姜莖葉總黃酮的提取量有一定影響。超聲時間過短會使物質釋放不充分，提取量少；而超聲時間過長則容易造成化合物降解，從而影響提取量。由圖1可知，隨著超聲時間的增加（10～50 min），高良姜莖葉總黃酮提取量為73～80 mg/g。當超聲時間為30 min時，高良姜莖葉總黃酮提取量最高，為80 mg/g。

2.1.2 超聲功率對高良姜莖葉總黃酮提取量的影響

超聲功率是超聲提取中一個非常重要的參數，它對高良姜莖葉總黃酮的提取量有明顯的影響。超聲提取過程中，超聲波的作用可以使細胞壁破裂，有利于黃酮類化合物的釋放。提高超聲功率可以增強超聲波的能量密度，加速細胞壁的破裂，從而增加總黃酮的提取量。但是過高的超聲功率可能會造成物質的降解，從而影響高良姜莖葉總黃酮的提取效果。高良姜莖葉總黃酮的提取量隨著超聲功率的增加先升高后降低，當超聲功率為900 W時，高良姜莖葉總黃酮提取量最高，為92 mg/g。

2.1.3 乙醇體積分數對高良姜莖葉總黃酮提取量的影響

乙醇可以改變細胞膜的滲透性，促進黃酮的釋放。乙醇體積分數越高，黃酮的溶解度越高，從而有利于提高總黃酮的提取量。但是，過高的乙醇體積分數也會影響黃酮的穩定性和純度。由圖3可知，隨著乙醇體積分數的增加，高良姜莖葉總黃酮提取量先升高后降低。當乙醇體積分數為50%時，高良姜莖葉總黃酮提取量最高，為93 mg/g。

2.1.4 提取溫度對高良姜莖葉總黃酮提取量的影響

溫度對細胞膜的穩定性和液相黏度都有一定的影響。過低或過高的溫度都可能導致黃酮降解或失活，從而影響高良姜莖葉總黃酮的提取效果。由圖4可知，隨著提取溫度的升高，總黃酮提取量先升高后降低。當提取溫度為50 ℃時，高良姜總黃酮提取量最高，當溫度高于或者低于50 ℃時，高良姜總黃酮提取量均呈現下降趨勢。

2.1.5 料液比對高良姜莖葉總黃酮提取量的影響

液體中的黃酮類化合物需要通過滲透擴散的方式從植物細胞中釋放出來。較低的料液比會導致黃酮化合物和細胞的接觸面積不足，從而影響黃酮的釋放。而較高的料液比則可能導致液體中的黃酮類化合物過度稀釋。由圖5可知，隨著料液比的增加，高良姜莖葉總黃酮提取量呈現不斷增加的趨勢，但當料液比超過1∶40時，對高良姜莖葉總黃酮提取量的影響不明顯，所以選擇最佳的料液比為1∶40。

2.2 正交試驗結果與分析

以超聲時間（A）、超聲功率（B）、乙醇體積分數（C）和提取溫度（D）作為變量因素，高良姜莖葉總黃酮提取量（mg/g）為指標，進行正交試驗，超聲波提取高良姜總黃酮的正交試驗表見表2。

由表2和表3可知，A、B、C和D 4個影響因素對高良姜莖葉總黃酮提取量的影響順序為A>B>C>D，即超聲時間>超聲功率>乙醇體積分數>提取溫度。最佳的高良姜莖葉總黃酮提取工藝為超聲時間40 min、超聲功率750 W、乙醇體積分數60%、提取溫度50 ℃、料液比1∶40，此時高良姜莖葉總黃酮提取量為107.23 mg/g。

2.3 高良姜莖葉總黃酮生物活性的測定

2.3.1 高良姜莖葉總黃酮還原能力的測定

抗氧化活性和還原能力密切相關，在還原能力測定的試驗中，可以通過吸光度的高低來表示高良姜莖葉總黃酮的還原能力，吸光度越大，表明樣品的還原能力越強，也表明抗氧化活性越強。高良姜莖葉總黃酮還原能力的測定見圖6。

由圖6可知，隨著各種物質質量濃度的不斷增加，吸光度也不斷增大，說明各樣品的還原能力不斷增強。當濃度為0.05 mg/mL時，純化后的黃酮吸光度最高，為0.73；純化前的黃酮吸光度最低，為0.58。說明高良姜莖葉總黃酮具有一定還原能力，且純化后的黃酮還原能力更強。

2.3.2 高良姜莖葉總黃酮降血糖活性的測定

α-淀粉酶是一種消化酶，能夠將淀粉分解成葡萄糖。抑制α-淀粉酶的活性，就能夠降低淀粉的消化速度，減緩糖分子的釋放，從而使血糖水平上升的速度變慢，降低血糖水平的峰值和總體上升的幅度。由圖7可知，隨著濃度的增加，高良姜莖葉總黃酮對α-淀粉酶的抑制率不斷增加，當濃度小于1.5 mg/mL時，對α-淀粉酶的抑制率增長速度較快；當濃度為1.5～2.5 mg/mL時，對α-淀粉酶的抑制率仍然呈現上升趨勢，但是增長速度有所減緩。當濃度為2.5 mg/mL時，對α-淀粉酶的抑制率最高，阿卡波糖、純化后的黃酮和純化前的黃酮的抑制率分別為90%、79%和52%，純化后的黃酮對α-淀粉酶的抑制率明顯高于純化前的黃酮。

3 小結

本研究通過單因素試驗和正交試驗優化了高良姜超聲波提取工藝，研究結果表明，高良姜總黃酮提取的最佳加工工藝為超聲時間40 min、超聲功率750 W、乙醇體積分數60%、料液比1∶40和提取溫度50 ℃，此時高良姜莖葉總黃酮提取量為107.23 mg/g；另外，對提純前后的高良姜莖葉總黃酮還原能力和降血糖能力進行了測定，研究結果表明，高良姜莖葉總黃酮具有一定的還原能力和降血糖功效，且純化后的高良姜莖葉總黃酮的還原能力和降血糖功效明顯強于純化前。一些相關研究也表明，高良姜黃酮具有一定的抗氧化活性，能夠作為食品添加劑，延長食品的保質期，并改善食品的品質。通過提取高良姜黃酮，能夠帶動相關產業的發展，提高農戶的收入。

參考文獻：

[1]石雪萍，李小華，楊愛萍.高良姜中總黃酮提取與DPPH自由基清除活性研究[J].中國調味品，2012，37（6）：53-56.

[2]彭芍丹，黃曉兵，靜瑋，等.干燥方式對高良姜片理化特性的影響[J].食品科學，2017，38（1）：165-170.

[3]萬紅霞，胡玉玫，賈強，等.10種廣東藥食兩用植物的抗氧化和抗增殖活性評價[J].食品工業科技，2021，42（8）：307-312.

[4]陳浩南，李姣，王婉愉，等.高良姜水提物的體外抗氧化和胰脂肪酶、α-葡萄糖苷酶抑制功能研究[J].中國調味品，2019，44（4）：43-47，51.

[5]江盛宇.高良姜揮發油與黃酮連續提取工藝及分離純化研究[D].廣州：華南農業大學，2018.

[6]趙國強，王常高，林建國，等.黃姜皂素提取工藝的研究進展[J].中國調味品，2017，42（7）：165-168.

[7]李楠，李雅萍.基于響應面法的姜辣素提取工藝優化研究[J].食品工程，2016（4）：33-37.

[8]李鐘美，黃和.高良姜抑菌活性物質提取工藝的優化[J].食品工業，2015，36（11）：176-180.

[9]彭晶，楊穎，牛付閣，等.響應曲面法優化大高良姜黃酮酶法提取工藝[J].食品科學，2013，34（14）：169-172.

[10]黃俊生，曹遷永，曹少駿.大高良姜色素的提取工藝及穩定性研究[J].中國調味品，2010，35（11）：99-104.

[11]韋學豐.大肉姜總黃酮的超聲波提取工藝[J].中國調味品，2010，35（8）：107-109.

[12]舒國偉，陳合，張凡，等.黃姜色素提取工藝條件的優化[J].中國調味品，2009，34（7）：53-55.

[13]陳志慧.正交試驗法優選姜花精油提取工藝條件[J].中國調味品，2004（12）：17-19.

[14]魏晴，梁珊珊，孫慶文.響應面法優化大果木姜子多糖提取工藝及抗氧化研究[J].食品研究與開發，2021，42（23）：41-46.

[15]徐菁，劉曉燕，郭銀萍，等.鎮寧小黃姜姜酚提取工藝優化及其抗氧化活性研究[J].中國調味品，2021，46（10）：94-99，104.

[16]趙叢叢，劉琪.羅平小黃姜姜酚的超聲波輔助提取工藝的優化[J].中國調味品，2017，42（10）：57-60.

[17]廖欽洪，姜玉松，李會合，等.乙醇提取生姜姜辣素的工藝優化[J].食品工業科技，2017，38（21）：162-166，173.

[18]李洪德，趙超，蔣政萌，等.舞花姜根總皂苷的提取工藝及其抗氧化活性[J].食品工業科技，2018，39（1）：227-234.

[19]曹旅，殷林，陳曙，等.攪拌水蒸餾法提取沙姜精油的工藝研究[J].中國食品添加劑，2015（11）：85-89.