生姜姜辣素提取工艺的研究进展_朱沛沛pdf

技术装备生姜姜辣素提取工艺的研究进展朱沛沛张菲任佳静同瑞婷赵红珠刘军海（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西汉中723001）摘要：简要介绍了生姜姜辣素的在各方面的应用，综述了近年来姜辣素提取工艺的研究进展，着重讨论了提取工艺的研究热点及存在的问题，并探讨了其今后的发展趋势。关键词：生姜姜辣素提取工艺前言生姜（ZingiberofficinaleRosc）属姜科类多年生草本宿根植物，用姜块进行无性繁殖，是世界范围内最为重要的调味品之一，也是一种传统的药用植物。我国生姜种植历史悠久，资源丰富，南北各地均有种植。生姜含有丰富的多种营养物质，有温暖、兴奋、发汗、止呕、解毒、温肺止咳等作用。其主要活性成分为姜辣素，不仅是生姜辣味的主要呈味物质，也是生姜多种药理作用的主要功能因子，在食品、医药、化妆品和保健品等领域应用广泛。本文综述了生姜姜辣素提取工艺研究进展，旨在为姜辣素的进一步研究提供参考。1姜辣素的组分及功能姜辣素是姜酚、姜脑与生姜有关辣味物质的总称。姜辣素的组分研究迄今为止已有一百多年历史，1969年Connell和Sutherland分离出姜酚（Gin-gerols）的结晶体，并确认姜酚是由系列类似化合物组成，各组分物质的分子结构中均含有3-甲氧朱沛沛（1991-），女，陕西渭南人，专业方向化学工程与工艺。基-4-羟基苯基官能团。根据该官能团所连接烃链的不同，可把姜辣素分为姜酚（Gingeols）、姜烯酚（Shogaols），副姜油酮（Paradols）、姜酮（Zingerone）、姜辣二酮（Gingerdiones）、姜辣二醇（Gingerdiols）等不同类型。姜酚的各类混合物包括[6]-、[8]-、[10]-、[12]-姜酚等，鲜姜中[6]-姜酚含量占总的姜辣素的80%以上。姜酚属于热不稳定的酚类化合物，生姜在高温或长期贮藏过程中会脱水生成相应的姜脑系列产物，而姜脑具有较好的稳定性，其辣味强度是姜酚的两倍多，在调味品方面占据重要地位。此外，生姜中还含有一些微量辣素成分，如甲基姜醇、二氢姜醇、甲基姜烯酚、六氢姜黄素等。姜辣素是生姜药理作用的主要功能因子，具有降血糖，保肝利胆，抗血小板聚集，诱导T-淋巴细胞调亡，抑制环加氧酶-1（COX-1）等活性，降低胆固醇，促进血液循环，化痰止咳，祛风活血、抗癌、止呕等作用[3-5]。在化妆品方面作为洗发液和护发素的添加物，具有防脱发，抑菌，发热祛风，抑制头皮屑生长等作用。姜辣素还可作为天然香料香精及营养添加剂用于食品工业。除以上作用外，姜[1-2]38农产品加工业辣素的抗氧化作用可以抑制人体内氧化物的生成，对基因引起的皮肤“褐斑”和体内器官上的“体锈”具有较好的清除作用。基于其极强的抗氧化能力，近年来，姜辣素被作为食品防腐保鲜的添加剂备受关注。2姜辣素提取工艺的研究进展2.1溶剂提取法姜辣素溶于乙醚、丙酮、乙醇、甲醇等有机溶剂，常用的溶剂提取法分冷提法和热提法两种。当溶剂加到原料中时，由于溶剂的扩散及渗透作用进入细胞内，溶解可溶性物质。由此造成的内外浓度差使细胞内的浓溶液不断向外扩散，溶剂又不断进入原料组织细胞，多次往返，直到细胞内外浓度达到动态平衡，将此饱和溶液滤出，再加新溶剂，把所需成分大部分溶出。乙醇价格便宜且无毒性，是姜辣素首选的提取溶剂，朱媛等[6]采用乙醇提取姜辣素，对提取液进行减压蒸馏，用紫外分光光度法测定生姜姜辣素含量。结果发现，生姜粉末60目，乙醇体积分数75%，固液比1∶9（g/mL），在50℃的条件下提取90min，提取一次，姜油树脂中姜辣素含量即达1.59%。溶剂提取法操作简单，提取完全，提取成本低廉等优点，是目前工业生产中应用广泛的提取方法；但产物粘度大且含有较多的树脂及脂肪油等杂质，给后期的分离提纯增加了难度，因此产品纯度不高，有逐渐被淘汰的趋势。2.2超声波提取法超声波提取法是利用超声波增大物质分子运动频率和速度，增加溶剂穿透力，提高药物溶出速度和溶出次数，缩短提取时间的浸提方法。超声波是在溶剂和样品之间产生空化作用，使溶液内形成气泡，爆破压缩，从而使固体样品分散，增大样品与萃取溶剂之间的接触面积，提高目标产物从固相转移到液相的传质速率。技术装备超声波辅助提取生姜姜辣素的提取率要高于传统的溶剂提取法，一般提取步骤是将生姜干燥粉碎，加入乙醇再超声处理，最后浓缩结晶精制即可得固体产品，或者离心后直接测定含量。如唐仕容[7]等以乙醇为提取剂，研究了超声法提取姜辣素的工艺条件：乙醇体积分数60%、超声波处理15min、料液比1∶12.5（g/mL）、生姜粉末过60目筛，平行提取3次，平均提取率最高可达3.03%。孔繁东[8]等研究发现，75%乙醇、超声提取10min、料液比1∶15（g/mL）、超声功率800W，姜渣粉中姜辣素提取率为2.1%。骆海林[9]等以响应面法优化了超声波提取生姜中姜辣素的工艺条件，结果表明：料液比为1∶13.7（g/mL）、超声时间25.9min、乙醇浓度90.0%，该条件下姜辣素得率为7.41mg/g。超声波提取技术因其操作简便、时间短、产率高、能耗低及产物易分离提纯等优点而得到广泛应用，用于姜辣素提取优势明显，是近年来姜辣素的研究热点，也是今后工业化生产的发展趋势。此外，超声波还具有一定的杀菌作用，同时絮凝作用使得浸出液易澄清过滤，有利于后期产品的精制。但工业上采用超声波大量提取时效率不高；另外由于使用较大功率的发生器，由此产生的噪音对人体健康也有一定的危害，此类问题亟待解决。2.3微波提取法微波辐射过程是高频电磁波穿透萃取介质，到达物质的内部，由于吸收微波能，细胞内迅速升温，细胞壁压力增大膨胀破裂，细胞内有效成分流出，溶解到提取剂中，通过进一步过滤和分离，即得到萃取物质。此外，微波所产生的电磁场加速被萃取成分向萃取剂界面扩散速率，使得提取速率提高数倍。微波提取姜辣素的流程与超声波提取类似，但时间更短，一般仅需几分钟即可。如刘成梅[10]等采用微波提取技术从生姜中提取姜辣素。结果表明：农产品加工业39技术装备颗粒度大小80目、微波功率250W、固液比1∶12.5（g/mL）、萃取时间180s，该条件下姜辣素得率为0.776%。陈莉华[11]等人通过正交试验优化了姜辣素的提取工艺参数，得最佳工艺条件：66%乙醇溶剂、料液比1∶16（g/mL）、微波功率300W、微波协同处理70s，此条件下姜辣素的提取率达到1.76%。微波辅助提取技术具有萃取时间短、产率高、能耗低、溶剂用量少等优点，使其在各个领域广泛应用。但微波升温迅速、较难控制，造成姜辣素有一定程度的分解失活，影响到产品质量，如何更好地用于工业化生产有待完善。2.4超临界CO2萃取法超临界CO2流体是一类特殊的流体，具有液体的溶解度又具有气体的扩散系数，其性质对压力和温度十分敏感。超临界CO2萃取过程是在超临界状态下，将超临界CO2流体与待分离的物质接触，使其有选择性的把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。最后借助减压升温的方法使超临界CO2流体变成普通气体，则萃取物基本析出，从而达到分离提纯的目的。超临界萃取可以在室温（35～40℃）下进行提取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散，可以保护提取物的有效成分。如曾凡逵[12]等人将乙醇法萃取、丙酮法萃取与超临界CO2萃取生姜姜辣素做了比较，结果显示，通过超临界CO2萃取法姜辣素得率为0.7155%，显著高于乙醇法和丙酮法。超临界CO2萃取法属清洁提取方法，工艺简单，萃取速度快，全过程不用有机溶剂，保证了提取物的纯天然性。且CO2价格便宜，无毒性。但是采取此法时，萃取压力高，能耗大，用于工业上扩大生产还存在技术难度，因而目前这方面的研究仍以实验研究为主。2.5其他提取方法随着现代分离纯化技术的发展，新型姜辣素提取工艺不断被开发出来，如乙醇浸提-大孔吸附树脂40农产品加工业纯化姜辣素法、乙醇渗漉法、酶解法等。乙醇浸提-大孔吸附树脂纯化姜辣素法综合了乙醇浸提姜油树脂的得率高，大孔树脂纯化分离姜辣素效果好等优点。刘伟[13]等人用这种方法得出最佳工艺条件：树脂类型AB-8型，树脂用量40mg姜辣素/g干树脂，洗脱溶剂正己烷∶乙醇=7∶3，洗脱速度为0.4ml/min，纯化姜油含姜辣素48.3%。大孔吸附树脂理化性质稳定，不溶于酸碱及有机溶剂，对有机物选择性好，适于有效成分的纯化。但其洗脱时间较长，不适合大批量的生产过程。渗漉法是将适度粉碎的药材置于渗漉筒中，添加浸出溶剂使其渗过药粉，渗出溶剂渗过药粉时因重力作用向下移动，上层的浸出溶剂或稀释液不断置换浓溶液，形成浓度梯度，使扩散较好进行。渗漉法在室温下就可以进行，其操作简单，不发生变相，因此比较节能。王丽萍[14]等确定最佳渗漉工艺为：干姜粗粉，用10倍量95%乙醇渗漉，先用4倍量95%乙醇冷浸2h，渗漉速率为3BV/h。在此条件下测得6-姜酚平均收率为86.4%。渗漉法操作时间长，浪费溶剂，对药材要求较高且有一定的污染，一定程度上阻碍了其在提取方面的推广。酶解法多应用于中草药有效成分的提取，应用酶（如纤维素酶、半纤维素酶、果胶质等）能够分解构成细胞壁的纤维素、半纤维素及果胶，从而破坏细胞壁的结构，产生局部的坍塌、溶解、疏松，减少溶剂提取时来自细胞壁和细胞质间的阻力，加快有效成分的溶出细胞的速率。酶解法可较大的加快提取速率，提高提取率。王琛[15]等人研究采用纤维素酶和半纤维素酶共同酶解姜粉提取姜油树脂的最优提取工艺，结果表明：纤维素酶-半纤维素酶质量比5∶3、混合酶用量2.8mg/100mL、酶解时间2.5h、酶解温度45℃，姜辣素提取率高达3.711%。酶解法提取工艺简单、条件温和、节能环保，还可以优化提取物有效组分，提高目标产物的药用价值，但高纯度的酶价格偏高，如何降低成本还需进技术装备一步研究。显，近年来在天然产物提取中越来越多地被采用，3结语将是今后姜辣素工业提取的主要发展趋势。微波提随着绿色食品观念的增强，人们越来越重视食取法、超临界CO2萃取法还存在不少技术上问题，品安全问题，如何更好地运用天然提取物作为食品工业化生产还需研究者进行更深入的研究。酶解法添加剂备受关注。姜辣素的防腐保鲜作用国内鲜有等新型提取工艺尚不成熟，仍以实验研究为主。多报道，但其极强的抗氧化能力在食品、药品及化妆种技术的联用会降低成本，提高提取率，如乙醇浸品方面的作用已被大量研究者证实。此外，其药用提-大孔吸附树脂纯化，但这方面的研究报道还不是机理的研究及在癌症方面的突出作用也极具潜力。很多。在姜辣素的纯化方面，大孔吸附树脂纯化姜目前，工业上大量采用的姜辣素提取工艺仍辣素的工艺比较成熟，因为高纯度姜辣素的价格更以溶剂提取法为主，但由于存在诸多缺点已面临高，发展前景更好。此外，还要加大姜辣素的应用淘汰。超声波提取技术用于天然产物提取优势明性及安全方面的研究，以拓展其应用范围。参考文献[1]吴贾峰,张晓鸣.生姜风味物质的研究进展[J].食品与发酵工业,2005,31(4):100-104.[2]蒋苏贞,宓穗卿,王宁生.姜辣素的化学成分研究概述[J].中药新药与临床药理,2006,17(5):386-387.[3]李录久,刘荣乐,陈防等.生姜的功效及利用研究进展[J].安徽农业科学,2009,37(30):14656-14657,14696.[4]赵晋.生姜姜辣素的提取及其功能性质研究[D].重庆:西南大学,2008.[5]王耀霞,杨志宏,岳旺等.姜辣素在2种呕吐动物模型中止呕作用机制的探讨[J].沈阳药科大学学报,2009,26(2):134-138.[6]朱媛,张雪松.乙醇溶剂提取姜辣素的实验研究[J].中国调味品,2008,350(4):83-85.[7]唐仕荣,宋慧,刘全德等.姜辣素的超声波提取及其抗氧化性研究[J].食品科学,2009,30(20):138-142.[8]孔繁东,王恋峰,祖国仁等.超声波辅助提取姜渣中姜辣素工艺研究[J].中国酿造,2010,214(1):102-104.[9]骆海林,陆宁.响应面法优化生姜中姜辣素的超声波提取工艺[J].包装与食品机械,200