不同提取工藝對(duì)生姜渣中多糖結(jié)構(gòu)的影響及其抗氧化活性分析

李淑敏,何瑞娟,任寶旗,石賢勇,楊國(guó)靜,施展

(1.濮陽(yáng)醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校,河南 濮陽(yáng) 457001;2.新鄉(xiāng)學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453003)

姜屬于多年生草本植物,是一種香辛類調(diào)味品,在食品、醫(yī)藥和化妝品方面被廣泛使用,是一種非常重要的天然調(diào)味原料[1-2]。生姜在中國(guó)的種植歷史已經(jīng)超過(guò)2 000年[3],有超過(guò)20個(gè)省份種植,其中種植面積最廣的省份包括山東、云南、湖南和貴州等,全國(guó)的生姜年產(chǎn)量超過(guò)1 000萬(wàn)噸[4-5]。

生姜中含有豐富的生姜油、姜辣素、膳食纖維和礦物質(zhì)元素等,這些物質(zhì)主要包括干物質(zhì)、總脂類、多糖、纖維素、粗蛋白、淀粉和維生素,由于生姜品種的差異,這些物質(zhì)在含量上也存在一定程度的差異[6-7]。生姜中的化學(xué)成分復(fù)雜,目前發(fā)現(xiàn)的化學(xué)成分已經(jīng)超過(guò)100種,主要包括揮發(fā)油類(α-蒎烯、α-姜烯和β-倍半萜)、烷烴類(二苯基烷烴類和二苯基庚烷類)和姜辣素類(二酮類、二醇類、烯酚類和姜酚類等)[8-9],另外,生姜中還富含多種氨基酸、維生素和微量元素[10]。

發(fā)達(dá)國(guó)家生姜深加工產(chǎn)品較多,目前主要通過(guò)分子蒸餾和超聲萃取生姜中的成分,將其制作成各種各樣的產(chǎn)品供消費(fèi)者使用[11]。我國(guó)的生姜目前主要作為調(diào)味品使用,初加工產(chǎn)品少,綜合利用效率低[12]。隨著我國(guó)食品加工技術(shù)的發(fā)展,近些年我國(guó)生姜油的產(chǎn)量也得到了明顯提高,但是生產(chǎn)生姜油后的生姜渣未得到有效合理的應(yīng)用[13],不僅對(duì)環(huán)境造成了污染,而且浪費(fèi)了資源。

隨著生姜被劃為食藥用資源,其在食品、保健品和化妝品方面作為原材料被廣泛應(yīng)用,在生產(chǎn)加工產(chǎn)品的過(guò)程中,產(chǎn)生大量的生姜渣。一些研究結(jié)果表明[14],生姜副產(chǎn)物姜渣含有較高的生物活性物質(zhì),所以研究姜渣多糖生物活性結(jié)構(gòu)也具有重要意義。

本研究對(duì)比了兩種加工方式對(duì)生姜渣中多糖結(jié)構(gòu)以及抗氧化活性的影響,以期為生姜渣的開(kāi)發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

生姜:購(gòu)于農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)。

無(wú)水乙醇、過(guò)氧化氫、乙酸、磷酸二氫鉀、水楊酸、鹽酸、硫酸銅溶液、三氯乙酸、鄰苯三酚、溴化鉀、硫酸亞鐵和維生素C等。

1.2 試驗(yàn)儀器

電子天平 北京賽多利斯天平有限公司;精密天平、pH計(jì) 梅特勒-托利多儀器有限公司;高效液相色譜儀 Agilent 公司;烘箱 上海一恒科技有限公司;紫外分光光度計(jì) 昆明通用儀器有限公司;核磁共振儀、紅外光譜儀 德國(guó)Bruker公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 生姜渣多糖提取工藝

稱取5 g生姜粉,在生姜粉中加入300 mL濃度為75%的乙醇,室溫條件下浸泡 3 h,之后在離心機(jī)轉(zhuǎn)速為5 000 r/min的條件下離心15 min,移除上清液,在超聲波功率為500 W、料液比例為1∶20、超聲波時(shí)間為20 min和提取溫度為60 ℃的條件下進(jìn)行萃取,萃取后用0.45 μm的微孔膜過(guò)濾,風(fēng)干,獲得生姜渣多糖。

1.3.2 生姜渣中多糖純度和相對(duì)分子質(zhì)量測(cè)定

生姜渣中多糖濃度和相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定參考文獻(xiàn)[15]。

1.3.3 生姜渣中多糖組分單糖分析

利用衍生高效液相色譜法,參考文獻(xiàn)[16]的研究方法對(duì)生姜渣中的多糖組分單糖進(jìn)行分析。

1.3.4 生姜渣中體外抗氧化活性研究

DPPH自由基清除率和羥基自由基清除率是目前檢測(cè)食品抗氧化活性最常見(jiàn)的方法,分別將采用超聲波輔助法和熱水浸提法獲得的6組生姜渣多糖A-1、A-2、A-3、B-1、B-2和B-3以及維生素C,按照濃度200,400,600,800,1 000,2 000 μg/mL進(jìn)行自由基清除能力測(cè)定[17-18]。

式中:As為生姜渣多糖樣品對(duì)照組的吸光度值;A0為生姜渣多糖樣品溶液自身干擾測(cè)定的吸光度值;A1為去離子水的吸光度值。

式中:A1為生姜渣樣品的吸光度值;A0為生姜渣多糖樣品對(duì)照組的吸光度值;A2為去離子水的吸光度值。

1.3.5 不同方法提取的生姜渣多糖編號(hào)

為了試驗(yàn)操作方便,分別將超聲波輔助法和熱水浸提法獲得的生姜渣多糖進(jìn)行編號(hào),見(jiàn)表1。

表1 不同提取方法生姜渣多糖編號(hào)

2 結(jié)果和討論

2.1 不同方法提取的生姜渣多糖紫外光譜對(duì)比分析

由圖1可知,超聲波輔助法提取的生姜渣多糖A-1、A-2和A-3組分分析和熱水浸提法提取的生姜渣多糖B-1、B-2和B-3組分分析。A-1、A-2、A-3、B-1、B-2和B-3這6種生姜渣中的多糖在波長(zhǎng)為260 nm和280 nm處均沒(méi)有明顯的吸收峰,說(shuō)明6種生姜渣多糖中蛋白質(zhì)和雜質(zhì)含量相對(duì)較低。

圖1 生姜渣中的多糖紫外線光譜特征

2.2 不同方法提取的生姜渣多糖相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)比分析

由表2可知,不同提取方式生姜渣中的多糖相對(duì)分子質(zhì)量存在一定程度的差異,其中各個(gè)小組中多糖保留時(shí)間分別為A-1(11.231 min)、A-2(7.544 min)、A-3(7.312 min)、B-1(10.682 min)、B-2(7.56 min)和B-3(7.518 min);得到各個(gè)組分中多糖的相對(duì)分子質(zhì)量分別為A-1(50.231 kDa)、A-2(824.22 kDa)、A-3(973.31 kDa)、B-1(67.351 kDa)、B-2(915.231 kDa)和B-3(981.381 kDa)。使用超聲波輔助法獲得的生姜渣多糖的相對(duì)分子質(zhì)量比采用熱水浸提法獲得的少。經(jīng)過(guò)超聲波處理后的生姜渣多糖相對(duì)分子質(zhì)量低,這是由于超聲波的機(jī)械作用使得多糖化學(xué)鍵斷裂,導(dǎo)致生姜渣中的多糖相對(duì)分子質(zhì)量低[19]。

表2 不同提取方式生姜渣中的多糖相對(duì)分子質(zhì)量

2.3 不同方法提取的生姜渣多糖純化后的單糖對(duì)比分析

通過(guò)高效液相色譜法對(duì)生姜渣中多糖的單糖成分進(jìn)行研究和分析,此方法具有操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)[20]。

由表3可知,6組生姜渣中的多糖純化組分主要由葡萄糖構(gòu)成,所有提取方式的生姜渣多糖純化后含量最高的均為葡萄糖,葡萄糖的含量均超過(guò)50%。超聲波輔助法提取的A-2多糖組分和熱水浸提法提取的B-2多糖組分相同,均為葡萄糖、木糖、甘露糖、阿拉伯糖和鼠李糖,其中A-2多糖中的單糖組分含量分別為61.23%、8.67%、12.33%、5.21%和9.12%;B-2多糖中的單糖組分含量分別為55.32%、11.23%、11.96%、8.17%和9.57%。超聲波輔助法提取的A-3多糖組分單糖和熱水浸提法提取的B-3多糖組分單糖相同,均為葡萄糖、半乳糖、木糖、甘露糖、阿拉伯糖和鼠李糖,其中A-3多糖組分的單糖含量分別為51.29%、4.25%、11.28%、7.38%、6.77%和9.05%;B-2多糖組分的單糖含量分別為51.29%、10.23%、5.23%、11.56%、9.22%和14.25%。超聲波輔助法提取的A-1多糖組分中的單糖為葡萄糖、甘露糖和鼠李糖,含量分別為71.24%、15.28%和7.16%;熱水浸提法提取的B-1多糖組分為葡萄糖、甘露糖和鼠李糖,含量分別為66.23%、10.35%和11.23%。

表3 不同方法提取的生姜渣中多糖的單糖組分含量對(duì)比

兩種方式提取的生姜渣中的多糖純化組分單糖成分相同,說(shuō)明超聲波提取法和熱水浸提法對(duì)生姜渣中的多糖組成成分單糖沒(méi)有影響,但兩種提取方法獲得的單糖組分含量存在差異,這是由于超聲波提取法會(huì)使生姜渣中的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜破裂,使得更多的多糖溶解;此外,超聲波輔助法也會(huì)使生姜渣多糖鏈斷裂和重組,從而影響生姜多糖中的單糖組分含量。

2.4 不同方法提取的生姜渣多糖抗氧化活性對(duì)比分析

2.4.1 不同方法提取的生姜渣多糖對(duì)DPPH自由基清除能力的對(duì)比

DPPH自由基是一種相對(duì)穩(wěn)定的自由基,其溶液在紫外波長(zhǎng)為517 nm處具有吸光值,當(dāng)溶液中存在自由基清除劑時(shí),DPPH的吸光值會(huì)慢慢降低,其降低的比例和加入的自由基清除劑呈現(xiàn)一定的比例關(guān)系,所以采用DPPH自由基清除率對(duì)生姜渣中的多糖含量進(jìn)行定量測(cè)定。維生素C(Vc)是公認(rèn)最具有抗氧化活性的物質(zhì),將Vc加入到試驗(yàn)組中對(duì)生姜渣中的多糖含量進(jìn)行比較分析。不同提取方法生姜渣中的多糖對(duì)DPPH自由基的清除能力見(jiàn)圖2。

圖2 不同方法提取的生姜渣多糖對(duì)DPPH自由基清除能力的對(duì)比

由圖2可知,隨著生姜渣多糖濃度的逐漸增加,對(duì)DPPH自由基的清除能力也逐漸增強(qiáng),生姜渣中多糖濃度和清除能力呈正比關(guān)系。從幾種生姜渣多糖的清除能力可以看出,A-3生姜渣多糖對(duì)DPPH自由基的清除能力最強(qiáng);B-1生姜渣多糖對(duì)DPPH自由基的清除能力最弱。6組生姜渣多糖和維生素C對(duì)DPPH自由基的清除能力強(qiáng)弱依次為Vc>A-3>B-3>A-2=B-2>A-1>B-1,清除率最高時(shí)依次為90%、45%、40%、40%、35%和30%。說(shuō)明生姜渣多糖具有一定程度的抗氧化活性,可以作為一種潛在的抗氧化活性物質(zhì)進(jìn)行開(kāi)發(fā),另外,采用超聲波輔助法提取的多糖DPPH自由基清除率相比熱水浸提法效果更加明顯。

2.4.2 不同方法提取的生姜渣多糖對(duì)羥基自由基清除能力的對(duì)比

羥基自由基具有較強(qiáng)的氧化活性,能夠氧化機(jī)體內(nèi)很多大分子物質(zhì)。6組生姜渣多糖和Vc對(duì)羥基自由基的清除率見(jiàn)圖3。

圖3 不同方法提取的生姜渣多糖對(duì)羥基自由基清除能力的對(duì)比

由圖3可知,生姜渣多糖對(duì)羥基自由基具有一定程度的清除能力,當(dāng)生姜渣多糖濃度小于1 000 μg/mL時(shí),對(duì)羥基自由基的清除能力與生姜渣多糖濃度呈正比,當(dāng)生姜渣多糖濃度大于1 000 μg/mL時(shí),生姜渣多糖濃度對(duì)羥基自由基的清除能力影響變小。當(dāng)生姜渣多糖濃度為1 000 μg/mL時(shí),6組生姜渣多糖和維生素C對(duì)羥基自由基的清除能力最高,其強(qiáng)弱依次為Vc>B-3>B-2>A-3>A-2>B-1>A-1,清除率依次為90%、35%、32%、30%、28%、27%和25%。

3 小結(jié)

通過(guò)分光光度法對(duì)比超聲波輔助法和熱水浸提法提取的生姜渣中的多糖組分差異,在260 nm和280 nm的條件下,生姜渣中的多糖組分純化效果較理想,蛋白質(zhì)和其他雜質(zhì)含量較低;通過(guò)凝膠過(guò)濾色譜技術(shù)對(duì)6組生姜渣的多糖進(jìn)行研究分析,6組生姜渣多糖的分子質(zhì)量分別為A-1(50.231 kDa)、A-2(824.22 kDa)、A-3(973.31 kDa)、B-1(67.351 kDa)、B-2(915.231 kDa)和B-3(981.381 kDa),超聲波輔助法提取的生姜渣多糖分子質(zhì)量低于熱水浸提法獲得的生姜渣多糖;采用高效液相色譜法對(duì)生姜渣中的多糖組分進(jìn)行分析,生姜渣多糖組分中單糖含量最高的是葡萄糖,均超過(guò)50%;抗氧化結(jié)果表明,生姜渣具有一定程度的抗氧化活性,且超聲波輔助法提取的生姜渣多糖的抗氧化活性強(qiáng)于熱水浸提法提取的生姜渣多糖。