生姜油樹(shù)脂提取工藝及其功能活性研究進(jìn)展

徐未芳，王桂林，范建鳳，趙二勞

(忻州師范學(xué)院 化學(xué)系，山西 忻州 034000)

生姜為姜科植物姜的根莖，藥食兩用，我國(guó)資源豐富[1]。作為調(diào)味佳品，可去腥除膩，增香提味；作為中藥，具有溫中止嘔、解表散寒、化痰止咳等功效[2]。研究表明[3-4]，生姜油樹(shù)脂是生姜中的功能成分之一，在食品、調(diào)味品、醫(yī)藥和衛(wèi)生等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。研究生姜油樹(shù)脂的提取及其功能活性，對(duì)于生姜產(chǎn)業(yè)由粗放型應(yīng)用向精細(xì)化應(yīng)用轉(zhuǎn)型、提高生姜產(chǎn)品的科技附加值，發(fā)展生姜產(chǎn)業(yè)具有重要的實(shí)際意義。本文梳理概述近10年來(lái)我國(guó)生姜油樹(shù)脂提取及其功能活性研究進(jìn)展，為生姜油樹(shù)脂深入研究及其開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供參考。

1 生姜油樹(shù)脂提取工藝研究進(jìn)展

1.1 酶解法

王琛等[5]以姜辣素提取率為指標(biāo)，研究了生姜中油樹(shù)脂雙酶(纖維素酶-半纖維素酶)酶解提取。通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化的最佳提取工藝條件：纖維素酶-半纖維素酶質(zhì)量比5∶3，酶用量2.8 mg/100 mL，酶解溫度45℃，酶解時(shí)間2.5 h。該工藝條件下，生姜油樹(shù)脂的代表性成分姜辣素提取率為3.711%，比乙醇溶液浸提法姜辣素提取率提高了30%。采用酶解法提取生姜油樹(shù)脂，有助于提高油樹(shù)脂提取率，但該工藝成本相對(duì)較高，提取時(shí)間較長(zhǎng)，工藝過(guò)程中溫度、pH控制要求相對(duì)較高，經(jīng)濟(jì)效益不高，現(xiàn)僅適于實(shí)驗(yàn)室研究。

1.2 超聲輔助提取法

夏樹(shù)林等[6]研究了生姜中油樹(shù)脂超聲輔助乙醇提取，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)合正交試驗(yàn)，得出影響生姜油樹(shù)脂超聲輔助提取的因素主次順序?yàn)椋禾崛囟?超聲時(shí)間>料液比>乙醇濃度。優(yōu)化的最佳提取工藝：乙醇濃度95%，料液比(g/mL) 1∶17，提取溫度70℃，超聲時(shí)間50 min。該工藝下，生姜油樹(shù)脂提取率為5.29%。超聲輔助提取可減少溶劑用量，縮短提取時(shí)間，提高提取效率[7]，是一種生姜油樹(shù)脂提取的有效方法。

1.3 雙水相萃取法

周令國(guó)等[8]以β-環(huán)糊精、碳酸鈉、氯化鈉為雙水相萃取劑，研究了雙水相萃取生姜油樹(shù)脂。結(jié)果顯示，β-環(huán)糊精為萃取相的主要組成成分，碳酸鈉、氯化鈉有助于提高萃取相中姜油樹(shù)脂的代表性成分姜辣素的分配比例，以及提高萃取率。姜辣素分配系數(shù)為0.21～0.32，姜辣素萃取率為71.6%。雙水相體系萃取分離生姜油樹(shù)脂具有作用條件溫和、操作簡(jiǎn)單、萃取分離效率高、易于工業(yè)放大應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，值得深入研究。

1.4 超臨界CO2萃取法

張魯明等[9]研究了超臨界CO2萃取生姜油樹(shù)脂工藝，優(yōu)化的工藝條件為：萃取壓力22 MPa，萃取溫度50℃，萃取時(shí)間15min。此條件下，生姜油樹(shù)脂提取率為5.34%。張建立等[10]優(yōu)化的工藝為：萃取壓力35 MPa，溫度40℃，萃取時(shí)間2.5 h。該工藝下，生姜油樹(shù)脂萃取率為2.86%。王登斌等[11]優(yōu)化的工藝條件為：萃取壓力25 MPa，解析壓力9 MPa，溫度50℃，萃取時(shí)間90 min。王亞潔[12]由響應(yīng)面法優(yōu)化的生姜油樹(shù)脂超臨界CO2萃取工藝：CO2流量為25 kg/h，萃取壓力28.6 MPa，溫度41.7℃，萃取時(shí)間2.7 h。卞夢(mèng)瑤[13]研究得到的最佳工藝條件為：裝料量200 g，原料粒徑60目，萃取壓力24 MPa、萃取溫度48℃、萃取時(shí)間45 min。在此條件下，生姜油樹(shù)脂得率為5.561%。另外，于大勝等[14]研究了山東主產(chǎn)區(qū)生姜油樹(shù)脂的超臨界CO2萃取，萃取壓力15MPa，萃取溫度45℃，萃取時(shí)間80 min為萃取的最佳經(jīng)濟(jì)條件。該工藝條件下，萊蕪寨里生姜油樹(shù)脂提取率達(dá)到5.06%，為山東地區(qū)姜油樹(shù)脂提取率最高的生姜品種。由上可知，超臨界CO2萃取生姜中油樹(shù)脂，雖存在前期設(shè)備投入成本較高，工藝技術(shù)要求較嚴(yán)等問(wèn)題，但該工藝具有產(chǎn)品純度高，萃取溫度低、可保護(hù)熱敏性物質(zhì)，無(wú)有機(jī)溶劑殘留等優(yōu)勢(shì)，具有工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用前景，需要深入研究。

1.5 集成提取法

孫靜等[15]采用微波真空干燥、亞臨界流體丁烷萃取和超臨界CO2流體萃取的集成工藝提取生姜中油樹(shù)脂。結(jié)果表明，微波真空干燥生姜工藝參數(shù)：干燥頻率(2450±50)MHz，時(shí)間8 min；亞臨界流體丁烷萃取參數(shù)：萃取壓力0.40MPa，萃取溫度40℃，時(shí)間40 min；超臨界流體CO2萃取參數(shù)：萃取壓力16 MPa，萃取溫度45℃，CO2流量為18L/min，周期120 min。在此集成工藝下，生姜油樹(shù)脂萃取率可達(dá)97%，溶劑殘留達(dá)到未檢出。可見(jiàn)，該工藝下生姜中油樹(shù)脂基本提出，無(wú)溶劑殘留，符合工業(yè)生產(chǎn)要求。但也存在工藝相對(duì)復(fù)雜，一次性投入成本較高等問(wèn)題。

2 生姜油樹(shù)脂功能活性研究進(jìn)展

2.1 生姜油樹(shù)脂清除自由基抗氧化活性

葛慶豐等[16]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)生姜油樹(shù)脂的代表性成分姜辣素與DPPH自由基的物質(zhì)的量比達(dá)到2.0時(shí)，5 min后就檢測(cè)不出DPPH自由基，表明生姜油樹(shù)脂具有較強(qiáng)的清除自由基抗氧化活性。夏樹(shù)林等[6]和徐勇等[17]的研究均表明生姜油樹(shù)脂具有較強(qiáng)的清除自由基抗氧化活性。李遠(yuǎn)坤等[18]研究表明，不同濃度的生姜油樹(shù)脂對(duì)MDA均有不同程度的抑制作用，即具有一定的抗氧化活性。段書(shū)平[19]研究發(fā)現(xiàn)，油脂中添加一定量的生姜油樹(shù)脂后，油脂的貨架期延長(zhǎng)，抗氧化能力提高，表明生姜油樹(shù)脂具有抗氧化活性。另外，卞夢(mèng)瑤等[20]研究發(fā)現(xiàn)，生姜油樹(shù)脂對(duì)過(guò)氧化氫引起的RAW264.7巨噬細(xì)胞損傷具有保護(hù)作用，認(rèn)為作用機(jī)制是源于生姜油樹(shù)脂可有效清除自由基，提高抗氧化能力，調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原系統(tǒng)。綜上可知，生姜油樹(shù)脂具有一定的抗氧化活性。

2.2 生姜油樹(shù)脂抑菌活性

張魯明等[9]研究發(fā)現(xiàn)，生姜油樹(shù)脂對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、沙門氏菌、痢疾志賀氏菌和蘇云金桿菌等5種供試菌均有一定的抑制作用，抑菌最低質(zhì)量濃度為0.5～1.0 mg/mL，且其抑菌作用具有一定的光、熱穩(wěn)定性。陳團(tuán)偉等[21]研究發(fā)現(xiàn)發(fā)，生姜油樹(shù)脂可顯著抑制小孢擬盤多毛孢侵染所致橄欖果實(shí)病害發(fā)生，其最佳抑菌劑量為30μL/mL?？梢?jiàn)，生姜油樹(shù)脂具有一定的抑菌活性。

2.3 生姜油樹(shù)脂防輻射作用

李晴等[22]研究發(fā)現(xiàn)，生姜油樹(shù)脂能降低輻射所誘發(fā)的活性氧水平，減輕輻射造成的DNA損傷，明顯提高抗氧化酶、NQO1的mRNA 表達(dá)水平，表明生姜油樹(shù)脂具有防護(hù)輻射作用，其作用機(jī)制可能是通過(guò)激活Nrf2 信號(hào)通路達(dá)到。

3 展望

綜上，我國(guó)生姜資源豐富，開(kāi)發(fā)應(yīng)用生姜油樹(shù)脂有得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢(shì)。但目前對(duì)生姜油樹(shù)脂的相關(guān)研究不足，難以為生姜油樹(shù)脂的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供理論支撐。因此，今后應(yīng)深入研究生姜油樹(shù)脂的提取工藝，做到生姜油樹(shù)脂的高效提取。同時(shí)應(yīng)系統(tǒng)研究生姜油樹(shù)脂的功能活性，理清其量效關(guān)系、作用機(jī)制，為生姜油樹(shù)脂的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)奠定理論基礎(chǔ)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生姜油樹(shù)脂的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。