纖維素酶-超聲波輔助提取泡姜姜辣素的研究

李小龍，雍其歡，崔秋兵

（內(nèi)江師范學院化學化工學院，四川內(nèi)江641112）

纖維素酶-超聲波輔助提取泡姜姜辣素的研究

李小龍，雍其歡，崔秋兵*

（內(nèi)江師范學院化學化工學院，四川內(nèi)江641112）

以泡姜干粉為原料，先用纖維素酶酶解處理泡姜細胞壁，再用超聲波輔助體積分數(shù)為50%的乙醇溶液提取泡姜的姜辣素。紫外分光光度法在波長280 nm處以香草醛作為標準品檢測提取物中姜辣素的含量，并通過單因素試驗和L9（34）正交試驗確定泡姜姜辣素的最佳提取條件為料液比4∶200（g∶mL），酶解時間90 min，酶解溫度55℃，超聲時間5 min。在此最佳條件下，泡姜姜辣素提取率達到1.98%。

泡姜；纖維素酶；超聲波；姜辣素；提取

泡姜是四川一種獨特的歷史悠久的發(fā)酵制品，是四川各地家常菜中不可缺少的一種酸辣調(diào)味品[1]。姜辣素是其中主要的風味成分，由姜酮、姜烯酚、姜醇等組成，也是姜呈現(xiàn)多種藥理作用的主要因子[2-3]。經(jīng)過泡制的姜，口感明顯變化，由于特制鹽水的浸泡，姜辣素相比未泡制的生姜更容易暴露出來。姜辣素具有多種藥用價值，近年來臨床研究證明，姜辣素具有抑菌消炎、抗病毒、抗氧化、抗衰老、增強免疫力、護膚美容等作用，對改善胃腸道功能，治療惡心暈眩、代謝綜合癥、糖尿病、抗動脈粥樣硬化、心臟病、風濕等疾病亦具有顯著療效[4-7]。由此姜辣素在調(diào)味品、醫(yī)藥保健品、化妝品等領域具有廣泛應用前景[8]。

對于姜辣素的提取方法目前已知的有許多種：壓榨法，有機溶劑浸提法，超臨界CO2萃取法，水蒸氣蒸餾法，超聲波法等[9]。但是以上方法浸提時間過長，對設備要求較高，提取效率低。本實驗利用纖維素酶對植物細胞壁的破壞作用，使得植物細胞壁在超聲波的空化、機械振動及熱效應作用下瞬間破裂，從而有利于姜細胞中有效成分的迅速溶出，并且極大程度上保留其活性成分[10]。以此利用纖維素酶-超聲波應用于提取泡姜姜辣素，探索一種提取率高、特異性好、萃取時間短的提取方法。通過優(yōu)化泡姜提取條件，增大姜辣素的提取率，為研究泡姜風味化合物的成分、含量及其活性打下基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

泡姜：購自內(nèi)江市桂湖街農(nóng)貿(mào)市場，洗凈切片處理，經(jīng)50℃烘干，粉碎后過60目篩，備用。

無水乙醇：成都金山化學試劑有限公司；香草醛：天津市巴斯夫化工有限公司；纖維素酶（1 800 U/mg）：上海金穗生物科技有限公司；一水檸檬酸、檸檬酸三鈉：成都市新都區(qū)木蘭鎮(zhèn)工業(yè)開發(fā)區(qū)；以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

DHG-9140A電熱恒溫鼓風干燥箱：上海精宏實驗設備有限公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：鄭州英峪予華儀器有限公司；SBL-22DT超聲波恒溫清洗機：寧波新芝生物科技有限公司；TDL-5-A低速大容量離心機：上海安亭科學儀器廠；SHB-B95型循環(huán)水式多用真空泵：鄭州長城科工貿(mào)有限公司；752紫外可見分光光度計：上海欣茂儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 姜辣素測定方法的選擇[11]

姜辣素主要由酚類物質(zhì)構成。目前多數(shù)均是利用酚類性質(zhì)還原鐵氰化鐵或Folin-酚試劑測定姜辣素含量，但此方法操作繁瑣。由于姜辣素與香草醛結構相似，在波長280 nm處有特征吸收峰，采用紫外分光光度法方法簡單可行。

1.3.2 香草醛標準曲線的制備

準確稱取0.2 g香草醛，用體積分數(shù)為50%的乙醇溶液溶解并定容至100 mL，準確移取5.0 mL定容于50 mL容量瓶中，配制香草醛質(zhì)量濃度200 μg/mL的標準溶液。分別移取0.1 mL、0.2 mL、0.3 mL、0.4 mL、0.5 mL、0.6 mL標準液定容至10 mL，配成2～12 μg/mL的標準溶液。以體積分數(shù)為50%的乙醇溶液作為空白，在波長280 nm處測吸光度值。

1.3.3 姜辣素的提取[12-13]

準確稱取0.4 g纖維素酶，用檸檬酸三鈉和檸檬酸配制的pH 5.00的緩沖液定容至100 mL，備用。按照料液比4∶200（g∶mL）加入緩沖溶液，添加4%酶液，然后在溫度50℃下酶解90 min，在100℃滅酶。加入等體積無水乙醇，然后在500W超聲功率下超聲15min，經(jīng)離心過濾后定容至25 mL，移取1 mL定容至10 mL，測定其吸光度值。姜辣素的提取率按下式計算[14-15]：

式中：Y表示姜辣素提取率，%；C0表示用標準曲線回歸方程得到的香草醛質(zhì)量濃度，μg/mL；n為稀釋倍數(shù)；m為泡姜粉的質(zhì)量，mg；V為提取液總體積，mL；200.3表示香草醛與姜辣素的換算系數(shù)；103為將mg換算成μg。

1.3.4 單因素試驗

固液比的選擇：準確稱取0.05 g、0.10 g、0.15 g、0.20 g、0.25 g泡姜粉于5個已編號的燒杯中，分別加入2 mL酶液和8 mL緩沖液，分別考察料液比為1∶200、2∶200、3∶200、4∶200、5∶200（g∶mL）時對姜辣素提取率的影響。

酶添加量的選擇：其余條件不變，分別考察酶添加量為0、2%、4%、6%、8%時對姜辣素提取率的影響。

酶解溫度的選擇：其余條件不變，分別考察酶解溫度為40℃、45℃、50℃、55℃、60℃時對姜辣素提取率的影響。

酶解時間的選擇：其余條件不變，分別考察酶解時間為30 min、60 min、90 min、120 min、150 min時對姜辣素提取率的影響。

超聲時間的選擇：其余條件不變，超聲提取5 min、10 min、15 min、20 min、25 min，考察超聲時間對姜辣素提取率的影響。

1.3.5 正交試驗設計

在單因素的基礎上，以姜辣素提取率為評價指標，選取固液比，酶解時間，酶解溫度，超聲時間4個因素，設計L9（34）正交試驗，以此確定最佳提取條件。正交試驗因素與水平表見表1。

2 結果與分析

2.1 香草醛標準曲線

以香草醛質(zhì)量濃度（x）為橫坐標，吸光度值（y）為縱坐標，繪制香草醛標準曲線見圖1。得標準曲線線性回歸方程：y=0.066 39x-0.008 53，相關系數(shù)R2=0.999 4，表明二者線性關系良好。

2.2 單因素試驗

（1）料液比的選擇

由圖2可知，在料液比1∶200～4∶200（g∶mL）范圍內(nèi)，隨著固液比增加提取率增加，超過這一范圍提取率增加不明顯。當料液比為4∶200（g∶mL）時，提取率達到1.94%。因此料液比選擇4∶200（g∶mL）最為適宜。

（2）酶添加量的選擇

由圖3可知，當酶添加量達到4%時提取率達到2.03%，之后提取率增幅趨于平緩，再提高酶含量對提取率影響不大。因此酶的添加量定為4%最為恰當。

（3）酶解時間的選擇

由圖4可知，隨著酶解時間增長提取率也迅速增長，當酶解時間達到90 min時，提取率達到1.91%。再延長酶解時間對提取率影響不大。因此酶解時間選為90 min。

（4）酶解溫度的選擇

由圖5可知，在40～60℃范圍內(nèi)，提取率先增加后減少。溫度達到50℃時提取率最大為1.93%。這是由于酶作用有其最適溫度，高溫可使酶失活。故此最適溫度選為50℃。

（5）超聲時間的選擇

由圖6可知，隨著時間增加提取率先急速增加而后趨于平穩(wěn)，在10 min時提取率達到1.95%，增加超聲時間提取率變化不明顯，故選取10 min為最佳時間。

2.3 提取條件優(yōu)化正交試驗

綜合單因素的試驗結果，以姜辣素提取率為評價指標，采用L9（34）正交設計，選擇料液比、酶解時間、酶解溫度、超聲時間4個因素，確定最佳提取條件正交試驗結果與分析見表2，方差分析結果見表3。

由表2可知，根據(jù)極差R的大小可以判斷，影響提取率最大的因素是A料液比，其次是D超聲時間，再次是C酶解溫度，最小的是B酶解時間，其排位順序為A＞D＞C＞B。提取泡姜姜辣素最優(yōu)的條件為A2B2C3D1，即按照料液比4∶200（g∶mL），在55℃酶解90 min，超聲時間5 min。在此最佳提取條件下，泡姜姜辣素提取率為1.98%。

由表3可知，料液比對結果影響顯著，其余因素對結果影響不顯著。

3 結論

采用纖維素酶-超聲波輔助乙醇浸提的方法提取泡姜姜辣素，本研究探討了料液比、酶解時間、酶解溫度、酶加量和超聲時間等因素對提取率的影響，探究纖維素酶在泡姜姜辣素提取方面的應用，得知添加纖維素酶以后泡姜姜辣素提取率明顯提高。在單因素試驗基礎上選用正交試驗法得出最佳的泡姜姜辣素提取條件為料液比4∶200（g∶mL），酶添加量4%，酶解時間90 min，酶解溫度55℃，超聲時間5 min。在此最佳提取條件下，泡姜姜辣素提取率為1.98%。

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Cellulose and ultrasonic assisted extraction technology of gingerol from pickled ginger

LI Xiaolong,YONG Qihuan,CUI Qiubing*
(College of Chemistry and Chemical Engineering,Neijiang Normal University,Neijiang 641112,China)

With dried pickled ginger powder as raw material,cellulase was firstly applied to broken the pickled ginger cell walls,then gingerol was extracted with 50%ethanol by ultrasonic extraction.UV spectrophotometer was employed to measure the content of gingerols at the wavelength of 280 nm,using vanillin as standard substance.The optimal extraction condition of gingerol was obtained through single-factor and L9(34) orthogonal experiments as follows:solid-to-liquid ratio 4∶200(g∶ml),enzymolysis time 90 min,temperature 55℃and ultrasonic time 5 min.As a result,the content of gingerol in crude extract was 1.98%.

pickled ginger;cellulase;ultrasonic;gingerol;extraction

TS202.3

A

0254-5071（2015）06-0103-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.06.023

2015-05-20

大學生創(chuàng)新科研項目（X201508）

李小龍（1992-），男，本科生，研究方向為天然產(chǎn)物活性成分提取。

*通訊作者：崔秋兵（1974-），女，副教授，博士，研究方向為中藥及天然產(chǎn)物活性成分。