流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光法研究生姜提取液清除亞硝酸根離子性能

趙開(kāi)樓，徐海云，柴鳳蘭

(河南應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院，鄭州 450042)

亞硝酸鹽主要是指亞硝酸鈉，當(dāng)人體通過(guò)食物攝入過(guò)量的亞硝酸鈉時(shí)會(huì)引起癌變[1,2]，根據(jù)世界衛(wèi)生組織發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，人體每天最多攝入亞硝酸鹽的量為0.2 mg/kg。醬腌菜中也存在亞硝酸鹽，在腌制蔬菜的過(guò)程中，一些原本附著在蔬菜表面的某些微生物在腌制過(guò)程中進(jìn)行發(fā)酵，腌制過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一種還原菌，在還原菌的作用下，蔬菜中出現(xiàn)更多的亞硝酸鹽[3]，目前，我國(guó)的蔬菜腌制行業(yè)大多采用傳統(tǒng)的腌制工藝，不可避免地，我國(guó)市場(chǎng)上售賣(mài)的醬腌菜基本上都有亞硝酸鹽含量偏高的問(wèn)題。因此，如何清除亞硝酸根離子性能已成為了熱點(diǎn)研究問(wèn)題。

生姜不僅可以在日常生活中作為調(diào)味使用，在中藥中，可以用作一種藥材[4,5]。在一些食品的加工制作中，很多都加入生姜提取物，在平常食用的肉類(lèi)制作中，在炒制過(guò)程中加入生姜片或者生姜條都可以清除膻味，使其更加美味，除此以外，生姜還具有防腐保鮮、嫩化等效用[6]。研究發(fā)現(xiàn)，生姜具有較強(qiáng)的抗菌活性，楊倩等[7]研究了幾種辛辣料的抗菌活性，結(jié)果顯示：生姜對(duì)植物病原真菌具有廣譜的抑菌活性，除可作為抗菌食品和天然防腐劑外，還可有效抑制真菌生長(zhǎng)而且對(duì)環(huán)境友好。生姜還具有較強(qiáng)的抗氧化活性，楊曉杰等[8]研究了溫度對(duì)生姜中多糖提取的影響，并考察了其體外抗氧化活性，結(jié)果顯示：生姜中提取的多糖具有很強(qiáng)的抗氧化活性。王蕓等[9]考察了不同提取方式提取生姜中多糖的體外抗氧化活性，結(jié)果顯示采用超聲波輔助酶法和酶法提取的多糖抗氧化性最好。但是，目前對(duì)生姜提取液清除亞硝酸根離子性能的研究較少，其作用有待考究。杜華英等[10]利用超聲輔助法對(duì)生姜進(jìn)行了提取，并將可能對(duì)提取效果有影響的條件進(jìn)行了探究，研究發(fā)現(xiàn)這種方法提取出來(lái)的生姜對(duì)亞硝酸鹽的清除率和亞硝胺的合成阻斷率最高。本研究對(duì)生姜進(jìn)行提取，并對(duì)提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化，利用流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光法對(duì)提取液清除亞硝酸鹽的能力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1.1 試劑

生姜：市售；魯米諾：98%，成都艾科達(dá)化學(xué)試劑有限公司；本試驗(yàn)所用其他試劑均為分析純。

1.2 儀器設(shè)備

IFFM-E型流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光儀 西安瑞邁分析儀器有限公司；CS-700型高速多功能粉碎機(jī) 武義海納電器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 生姜活性物質(zhì)的提取

將生姜洗凈，去皮，切片，放入CS-700型高速多功能粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎處理，粉碎后的生姜轉(zhuǎn)移至燒杯中。

對(duì)粉碎過(guò)的生姜去皮組織進(jìn)行不同條件的處理：

稱(chēng)取10 g粉碎過(guò)的生姜去皮組織加入不同毫升的蒸餾水(料液比分別為1∶10、1∶8、1∶6、1∶4、1∶2、1∶1)，先利用KQ-800KDE型高功率數(shù)控超聲波對(duì)提取物進(jìn)行30 min的超聲處理，然后放入DK-98-1型電熱恒溫水浴鍋中在80 ℃下加熱30 min，取出，加蒸餾水至100 mL，抽濾。

稱(chēng)取10 g粉碎過(guò)的生姜去皮組織，加入40 mL蒸餾水，先利用KQ-800KDE型高功率數(shù)控超聲波對(duì)提取物進(jìn)行30 min的超聲處理，然后放入DK-98-1型電熱恒溫水浴鍋中在50，60，70，80 ℃下加熱30 min，取出，加蒸餾水至100 mL，抽濾。

稱(chēng)取10 g粉碎過(guò)的生姜去皮組織，加入40 mL蒸餾水，先利用KQ-800KDE型高功率數(shù)控超聲波對(duì)提取物進(jìn)行30 min的超聲處理，然后放入DK-98-1型電熱恒溫水浴鍋電熱恒溫水浴鍋中在80 ℃下分別加熱0，20，30，40，60 min，加熱結(jié)束后，取出加蒸餾水至100 mL，抽濾。

1.3.2 生姜提取液清除亞硝酸根離子能力測(cè)試

將1 mL的0.1 g/L亞硝酸鈉溶液與1mL的生姜提取液混合，加蒸餾水至50 mL，放置10 min。采用碘化鉀-魯米諾-亞硝酸鈉化學(xué)發(fā)光體系利用流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光儀進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)流路見(jiàn)圖1。首先，將魯米諾溶液由主泵從a口泵入流通池，泵入時(shí)間為30 s，然后將KI與HCl混合溶液由副泵從b口泵入流通池，將NaNO2溶液或NaNO2與生姜提取液混合后由副泵從c口泵入，這兩種溶液在M處混合在線產(chǎn)生I2，流入流通池，與原流通池中的魯米諾溶液部分混合進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光。其發(fā)光強(qiáng)度記為I1，同時(shí)利用相同的檢測(cè)方法將生姜提取液換為蒸餾水進(jìn)行檢測(cè)，此時(shí)的發(fā)光強(qiáng)度記為I0，利用式(1)對(duì)生姜提取液清除亞硝酸根離子性能進(jìn)行計(jì)算。

圖1 流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光流路圖Fig.1 The flow diagram of flow injection chemiluminescence

注：a為魯米諾溶液；b為KI與HCl混合液；c為NaNO2溶液(生姜提取液，蒸餾水)；P1為主蠕動(dòng)泵；P2為副蠕動(dòng)泵；V為混合器；F為流通池；W為廢液池；D為發(fā)光檢測(cè)器；P為計(jì)算機(jī)。

R=[(I0-I1)/I0]×100%。

式(1)

式中：R為清除率；I0為空白發(fā)光強(qiáng)度；I1為生姜提取液發(fā)光強(qiáng)度。

2 結(jié)果與分析

2.1 評(píng)價(jià)體系的優(yōu)化

2.1.1 氫氧化鈉濃度的影響

分別利用配制好的0.2，0.3，0.4，0.5，0.6 mol/L的NaOH溶液溶解魯米諾，配制成2×10-3mol/L的魯米諾溶液，0.1 mol/L的HCl溶液，0.1 g/L的NaNO2的溶液，采用1.3.2的試驗(yàn)方法對(duì)該化學(xué)發(fā)光體系的氫氧化鈉溶液的濃度進(jìn)行探究，其發(fā)光強(qiáng)度見(jiàn)圖2。當(dāng)氫氧化鈉溶液的濃度為0.5 mol/L時(shí)，該化學(xué)發(fā)光體系產(chǎn)生的光輻射現(xiàn)象最強(qiáng)，并且在化學(xué)發(fā)光儀的測(cè)量范圍之內(nèi)，則采用0.5 mol/L的氫氧化鈉溶液進(jìn)行檢測(cè)。

圖2 氫氧化鈉濃度對(duì)化學(xué)發(fā)光體系發(fā)光強(qiáng)度的影響Fig.2 Effect of concentration of NaOH on the chemiluminescence system intensity

2.1.2 魯米諾濃度的影響

用0.5 mol/L的NaOH溶液溶解魯米諾，分別配制成4×10-4，8×10-4，2×10-3，4×10-3mol/L的魯米諾溶液，0.1 mol/L的HCl溶液，0.1 g/L的NaNO2的溶液，采用步驟1.3.2所示的試驗(yàn)方法對(duì)該化學(xué)發(fā)光體系的魯米諾溶液的濃度進(jìn)行探究，其發(fā)光強(qiáng)度見(jiàn)圖3。

圖3 魯米諾濃度對(duì)化學(xué)發(fā)光體系發(fā)光強(qiáng)度的影響Fig.3 Effect of concentration of luminol on the chemiluminescence system intensity

由圖3可知，當(dāng)魯米諾濃度越來(lái)越高時(shí)，體系產(chǎn)生的光輻射強(qiáng)度也越來(lái)越強(qiáng)，當(dāng)魯米諾濃度達(dá)到4 mmol/L時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度的增強(qiáng)逐漸趨于平穩(wěn)，出于對(duì)經(jīng)濟(jì)成本的考慮，當(dāng)魯米諾的濃度超過(guò)2×10-3mol/L時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度過(guò)大，如果選用此濃度來(lái)檢測(cè)，可能會(huì)在檢測(cè)過(guò)程中，超出量程導(dǎo)致其對(duì)發(fā)光強(qiáng)度的記錄不準(zhǔn)確，影響后續(xù)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。則在后續(xù)的檢測(cè)過(guò)程中選用魯米諾濃度為2×10-3mol/L。

2.1.3 亞硝酸鈉濃度的影響

本試驗(yàn)考察了亞硝酸鈉對(duì)發(fā)光強(qiáng)度的影響，見(jiàn)圖4。發(fā)光強(qiáng)度隨著亞硝酸鈉濃度的增加而增加，并且當(dāng)亞硝酸鈉濃度在0.06～0.10 g/L之間時(shí)，其與發(fā)光強(qiáng)度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，但是，當(dāng)亞硝酸鈉濃度繼續(xù)增加時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度與亞硝酸鈉濃度的關(guān)系偏離線性關(guān)系，因此，本試驗(yàn)選擇濃度為0.10 g/L亞硝酸鈉溶液作為發(fā)光條件測(cè)試。

圖4 亞硝酸鈉濃度對(duì)化學(xué)發(fā)光體系發(fā)光強(qiáng)度的影響Fig.4 Effect of concentration of NO2- on the chemiluminescence system intensity

2.2 生姜提取液提取工藝的優(yōu)化

2.2.1 料液比對(duì)清除亞硝酸根離子性能的影響

對(duì)不同料液比的生姜提取液進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)生姜提取液清除亞硝酸根離子的能力進(jìn)行檢測(cè)，其清除亞硝酸根離子的能力通過(guò)抑制其發(fā)光體系的發(fā)光來(lái)體現(xiàn)。

由圖5可知，料液比對(duì)生姜提取液清除亞硝酸根離子性能的影響呈拋物線趨勢(shì)，當(dāng)料液比為1∶4時(shí)，生姜提取液對(duì)亞硝酸根離子的清除效果最好，推測(cè)可能是由于過(guò)高或者過(guò)低的料液比都不能將生姜中的活性物質(zhì)最大效率地提取出來(lái)，則需要選用一個(gè)合適的料液比對(duì)生姜進(jìn)行提取，才能使生姜提取液清除亞硝酸根離子的清除率達(dá)到最高。

圖5 料液比對(duì)生姜提取液清除亞硝酸根離子性能的影響Fig.5 Effect of solid-liquid ratio on NO2- scavenging capacity of ginger extract

2.2.2 提取時(shí)間對(duì)清除亞硝酸根離子性能的影響

對(duì)不同加熱時(shí)間的生姜提取液進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)生姜提取液清除亞硝酸根離子的能力進(jìn)行檢測(cè)，其清除亞硝酸根離子的能力通過(guò)抑制其發(fā)光體系的發(fā)光來(lái)體現(xiàn)。

圖6 提取時(shí)間對(duì)生姜提取液清除亞硝酸根離子性能的影響Fig.6 Effect of extraction time on NO2- scavenging capacity of ginger extract

由圖6可知，在生姜提取過(guò)程中加熱時(shí)間與清除亞硝酸根離子的清除能力成線性關(guān)系，在同一溫度下，隨著加熱時(shí)間的增長(zhǎng)，其生姜提取液對(duì)亞硝酸根離子的清除能力也隨之增強(qiáng)，當(dāng)加熱時(shí)間為60 min時(shí)，生姜提取液對(duì)亞硝酸根離子的清除能力最強(qiáng)。

2.2.3 提取溫度對(duì)清除亞硝酸根離子性能的影響

對(duì)不同提取溫度的生姜提取液進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)生姜提取液清除亞硝酸根離子的能力進(jìn)行檢測(cè)，其清除亞硝酸根離子的能力通過(guò)抑制其發(fā)光體系的發(fā)光來(lái)體現(xiàn)，見(jiàn)圖7。

圖7 提取溫度對(duì)生姜提取液清除亞硝酸根離子性能的影響Fig.7 Effect of extraction temperature on NO2- scavenging capacity of ginger extract

由圖7可知，隨著溫度的升高，生姜提取液清除亞硝酸根離子的能力越來(lái)越強(qiáng)，當(dāng)加熱溫度升高至80 ℃時(shí)，生姜提取液清除亞硝酸根離子的能力達(dá)到最強(qiáng)，然而隨著溫度的持續(xù)升高，當(dāng)溫度達(dá)到90 ℃時(shí)，對(duì)亞硝酸根離子的清除能力減弱，推測(cè)可能是由于加熱溫度太高，破壞了生姜提取液中對(duì)某些活性物質(zhì)，使其清除率降低。

3 應(yīng)用研究

從市場(chǎng)上購(gòu)制泡菜，取50 g進(jìn)行攪碎，置于250 mL燒杯中，加入5 g生姜提取液，然后加水至200 mL，煮沸10 min，冷卻，過(guò)濾，按1.3.2進(jìn)行發(fā)光檢測(cè)。按同樣方法，加入200 mL 3次水進(jìn)行處理，測(cè)定發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入3次水時(shí)發(fā)光強(qiáng)度為13000，當(dāng)加入生姜提取液時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度降低為1240，由此說(shuō)明生姜提取液對(duì)泡菜中的亞硝酸根離子清除率達(dá)到90.4%。

4 結(jié)論

生姜提取液有一定的清除亞硝酸根離子性能的作用，在生姜提取過(guò)程中，提取方式的選擇、加熱溫度、加熱時(shí)間、料液比均對(duì)生姜提取液清除亞硝酸根離子性能有影響。在試驗(yàn)探究的范圍內(nèi)，試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)提取溫度為80 ℃、提取時(shí)間為60 min、料液比為1∶4時(shí)對(duì)亞硝酸根離子的清除效果最好；當(dāng)在80 ℃下加熱60 min，料液比為1∶6時(shí)，對(duì)過(guò)氧化氫的清除能力達(dá)到最佳。