生姜中姜酚的提取工藝及其生物活性研究

摘要：姜酚是生姜中的化合物，具有抗炎、抗氧化、抑制微生物和緩解消化不良等多種生物活性功效。傳統(tǒng)提取姜酚的方法通常采用乙醚或者乙酸乙酯等有機(jī)溶劑，提取后會(huì)有有機(jī)溶劑殘留在姜酚中，并對(duì)姜酚的純度和質(zhì)量造成影響。該研究基于此，采用傳統(tǒng)溶劑提取法、索氏提取法、超聲輔助提取法和脈沖電場輔助法4種提取工藝對(duì)姜酚提取量的影響進(jìn)行研究；再研究加工工藝在不同條件下對(duì)生姜中姜酚提取量的影響。研究結(jié)果表明，采用脈沖電場輔助法提取生姜中的姜酚時(shí)提取量最高、所需時(shí)間最短、提取溫度最低，是一種綠色和低成本的技術(shù)；此外，利用脈沖電場輔助法提取生姜中姜酚的最佳加工工藝為乙醇濃度80%、脈沖寬度20 μs、脈沖次數(shù)20次和電場強(qiáng)度2.0 kV/cm。

關(guān)鍵詞：姜酚；生姜；調(diào)味品；藥食同源

中圖分類號(hào)：TS201.1""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A"""" 文章編號(hào)：1000-9973（2024）09-0196-04

Study on Extraction Process and Bioactivity of Gingerol from Ginger

HU Ya-ping， DANG Shan

（Sanquan College of Xinxiang Medical University， Xinxiang 453500， China）

Abstract： Gingerol is a compound in ginger and has various bioactivity effects such as anti-inflammation， antioxidation， inhibiting microorganisms and relieving indigestion. In the traditional extraction method of gingerol， organic solvents such as ether or ethyl acetate are usually used. After extraction， organic solvents will remain in gingerol and affect the purity and quality of gingerol. Based on this， in this study， the effects of four extraction processes such as traditional solvent extraction method， Soxhlet extraction method， ultrasonic-assisted extraction method and pulsed electric field-assisted method on the extraction amount of gingerol are investigated， and then the effect of processing technology on the gingerol extraction amount in ginger under different conditions is studied. The research results show that when pulsed electric field-assisted method is used to extract gingerol from ginger， the extraction amount is the highest， the required time is the shortest， and the extraction temperature is the lowest， making it a green and low-cost technology. In addition， the optimal processing technology for extracting gingerol from ginger using pulsed electric field-assisted method is ethanol concentration of 80%， pulse width of 20 μs， pulse times of 20 times and electric field intensity of 2.0 kV/cm.

Key words： gingerol; ginger; condiment; homology of medicine and food

收稿日期：2024-02-04

基金項(xiàng)目：河南省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目（2021SJGLX635）

作者簡介：胡亞平（1986—），女，講師，碩士，研究方向：材料化學(xué)、食品化學(xué)。

姜酚是一種天然的生物活性化合物，通常存在于姜（Zingiber officinale）中，是一種多酚化合物，其分子結(jié)構(gòu)包括苯環(huán)和羥基基團(tuán)[1-2]。姜酚主要存在于姜根部，但也可以在其他植物中找到，如辣椒、肉桂和干姜等，具有獨(dú)特的風(fēng)味和香氣，是很多美食和調(diào)味料中的重要成分[3]。

姜酚具有強(qiáng)抗氧化性，能夠中和自由基，減少氧化應(yīng)激，有助于維護(hù)細(xì)胞健康；具有抗炎作用，可以減輕炎癥反應(yīng)和疼痛，在傳統(tǒng)草藥中被廣泛用于治療疼痛和炎癥性疾病[4-5]。研究發(fā)現(xiàn)，姜酚對(duì)人體健康有多種益處，包括抗腫瘤、改善胰島素敏感性、保護(hù)神經(jīng)、保護(hù)心血管和抗微生物等作用[6]?？傊?，姜酚是一種多功能的天然化合物，具有多種生物活性，被廣泛研究和應(yīng)用[7-8]。

姜酚是一種具有獨(dú)特風(fēng)味和香氣的化合物，也在調(diào)味品中被廣泛應(yīng)用，比如姜酚是制作姜醬和姜醬油的重要成分，這些調(diào)味品常被用于亞洲菜肴，為食物增添了濃郁的姜味和香氣[9-10]。另外，姜酚常被加入烹飪和烘烤中來增加食物的風(fēng)味。

研究姜酚提取工藝具有重要的科學(xué)和應(yīng)用意義，因?yàn)榻邮且环N具有多種生物活性和藥用潛力的天然化合物。姜酚被認(rèn)為具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤、抗微生物和抗衰老等生物活性，研究提取工藝可以幫助優(yōu)化姜酚的提取效率。此外，姜酚作為一種潛在的藥物候選物質(zhì)，對(duì)于研發(fā)新藥或藥物配方具有重要意義[11]，優(yōu)化姜酚的提取工藝有助于開發(fā)和生產(chǎn)姜酚相關(guān)的藥物制劑。姜酚在食品工業(yè)中被用作調(diào)味劑和防腐劑，因此對(duì)提取工藝的研究有助于改善食品的質(zhì)量和保鮮效果[12]。

總之，研究姜酚提取工藝對(duì)于開發(fā)姜酚的潛在應(yīng)用、改善生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、促進(jìn)健康和環(huán)保等都具有重要意義，這些研究有助于揭示姜酚在不同領(lǐng)域中的潛力，并為其廣泛的應(yīng)用提供支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

云南曲靖羅平小黃姜、甲醇、乙酸、乙腈、乙醇、6-姜酚、8-姜酚和10-姜酚。

1.2 試驗(yàn)儀器

高效液相色譜儀、脈沖電場處理儀、液相色譜柱、真空泵、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器、粉碎機(jī)、超聲波提取機(jī)、恒溫水浴振蕩器。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 姜粉的制作[13-14]

將姜洗凈后去皮，切成姜片后放入烘箱中在60 ℃條件下烘烤24 h，烘干后將姜片倒入搗碎機(jī)中進(jìn)行研磨，研磨成細(xì)粉后過30目的細(xì)篩，再將其放于自封袋中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 不同方法對(duì)姜酚的提取

1.3.2.1 傳統(tǒng)溶劑提取法

準(zhǔn)確稱取2 g姜粉，將姜粉置于250 mL錐形瓶中，量取100 mL濃度為80%的乙醇，將二者混合均勻，制成姜粉溶液，再將裝有姜粉的溶液置于水浴振蕩器中，在60 ℃條件下振蕩4 h，最后利用漏斗將姜粉溶液進(jìn)行分離。

1.3.2.2 索氏提取法

準(zhǔn)確稱取2 g姜粉，用脫脂濾紙包裹后放于提取管中，取100 mL濃度為80%的乙醇放于提取瓶中，將其加熱至90 ℃，提取7 h，再用布氏漏斗抽濾，獲得姜酚粗提取液。

1.3.2.3 超聲輔助提取法

準(zhǔn)確稱取2 g姜粉，置于250 mL錐形瓶中，添加100 mL濃度為80%的乙醇，將其混合均勻，制成姜粉溶液，將錐形瓶放于超聲波提取機(jī)中，設(shè)置超聲功率500 W、溫度25 ℃和時(shí)間1 h對(duì)其進(jìn)行提取，再利用布氏漏斗對(duì)其進(jìn)行抽濾，獲得姜酚粗提取液。

1.3.2.4 脈沖電場輔助法

準(zhǔn)確稱取2 g姜粉，將其放入250 mL錐形瓶中，添加100 mL濃度為80%的乙醇，將姜粉溶液置于脈沖電場的設(shè)備處理室中，設(shè)置電場強(qiáng)度2 kV/cm、脈沖寬度10 μs和脈沖次數(shù)20次，對(duì)姜粉進(jìn)行處理，再用布氏漏斗進(jìn)行抽濾，獲得姜酚粗提取液。

1.3.3 姜酚提取量的計(jì)算

將獲取的姜酚提取液置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，用氮?dú)獯蹈桑砑? mL甲醇將姜酚溶解并獲得姜酚溶解液，用注射器吸取后用0.22 μm的水相膜進(jìn)行過濾，然后將其裝于棕色瓶中進(jìn)行測(cè)定。

1.3.4 單因素試驗(yàn)

控制電場強(qiáng)度2 kV/cm、脈沖寬度20 μs、脈沖次數(shù)20次和乙醇濃度80%，分別研究不同乙醇濃度50%、60%、70%、80%、90%、100%、不同脈沖次數(shù)10，20，30，40，50次、不同脈沖寬度5，10，15，20，25 μs和不同電場強(qiáng)度1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 kV/cm對(duì)姜酚提取量的影響。

1.3.5 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)，以脈沖寬度（A）、脈沖次數(shù)（B）和電場強(qiáng)度（C）為變量因子，姜酚提取量為指標(biāo)，對(duì)姜酚提取工藝進(jìn)行正交試驗(yàn)優(yōu)化，正交試驗(yàn)因素水平表見表1。

2 結(jié)果和討論

2.1 不同提取方法對(duì)姜酚提取量的影響

通過對(duì)比4種不同的提取方法傳統(tǒng)溶劑提取法、索氏提取法、超聲輔助提取法和脈沖電場輔助法對(duì)生姜中姜酚提取量的影響，結(jié)果見表2。采用脈沖電場輔助法提取生姜中的姜酚時(shí)，提取量最高、所需時(shí)間最短、提取溫度最低，是一種綠色和低成本的理想技術(shù)。

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 乙醇濃度對(duì)姜酚提取量的影響

乙醇濃度可以影響姜酚的提取量，這是由于溶劑的性質(zhì)和濃度可以影響化合物從原料中的釋放和溶解程度。在姜酚的提取過程中，通常使用乙醇作為溶劑。

由圖1可知，隨著乙醇濃度的增加，生姜中姜酚提取量先上升后下降，當(dāng)乙醇濃度為80%時(shí)，姜酚提取量最高，為14.5 mg/g，此時(shí)的乙醇濃度最佳。

2.2.2 脈沖寬度對(duì)姜酚提取量的影響

脈沖寬度通常是姜酚提取過程中使用的萃取技術(shù)，用于提高姜酚的提取量。

由圖2可知，隨著脈沖寬度的增加，姜酚提取量先不斷增加，這是由于較長的脈沖寬度使得更多的能量傳遞到溶液中，使得姜酚提取量增加。當(dāng)脈沖寬度大于20 μs時(shí)，姜酚提取量隨著脈沖寬度的增加而降低，這是因?yàn)殡S著脈沖寬度的增加，溶液中熱量過度增加，使得姜酚被破壞或者與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)[15]。

2.2.3 脈沖次數(shù)對(duì)姜酚提取量的影響

由圖3可知，隨著脈沖次數(shù)的增加，姜酚提取量先升高后降低，當(dāng)脈沖次數(shù)小于20次時(shí)，增加脈沖次數(shù)會(huì)增加姜酚的提取量，這是由于每次脈沖都會(huì)引起樣品中的物質(zhì)移動(dòng)和混合，從而更好地釋放姜酚。當(dāng)脈沖次數(shù)大于20次時(shí)，姜酚提取量開始逐漸降低，這是由于隨著脈沖次數(shù)的增加，過多的脈沖可能導(dǎo)致姜酚的降解或損失，另外，一些熱敏性化合物也會(huì)在過度加熱的條件下分解[16-17]，所以脈沖次數(shù)為20次最佳。

2.2.4 電場強(qiáng)度對(duì)姜酚提取量的影響

由圖4可知，隨著電場強(qiáng)度的增加，姜酚提取量先升高后降低，當(dāng)電場強(qiáng)度為1.0～2.0 kV/cm時(shí)，姜酚提取量逐漸增加，這是由于電場可以引起樣品中的電子遷移和離子流動(dòng)，從而改善物質(zhì)的遷移和混合，有助于更好地釋放姜酚。當(dāng)電場強(qiáng)度大于2.0 kV/cm時(shí)，隨著電場強(qiáng)度的增加，姜酚提取量開始逐漸降低，這是由于電場強(qiáng)度增大會(huì)導(dǎo)致溫度升高，使得生姜中的一部分姜酚被高溫破壞，進(jìn)而使得姜酚提取量減少[18]。

2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.3.1 脈沖電場輔助提取姜酚響應(yīng)面模型的分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以脈沖寬度（A）、脈沖次數(shù)（B）和電場強(qiáng)度（C）為變量因子，姜酚提取量為指標(biāo)，進(jìn)行正交試驗(yàn)，響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案及結(jié)果見表3。

由表3可知，第15組姜酚提取量最高，為15.96 mg/g，此時(shí)，姜酚提取工藝為乙醇濃度80%、脈沖寬度20" μs、脈沖次數(shù)20次和電場強(qiáng)度2.0 kV/cm。用Design-Expert軟件分析獲得的二次多項(xiàng)式為Y=14.53＋0.21A－0.35B－0.65C－0.57AB＋0.13AC－1.32BC－1.1A2－1.03B2－1.23C2。

2.3.2 響應(yīng)面模型方差分析

對(duì)擬合的二次多項(xiàng)式模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表4，模型的Plt;0.001，呈現(xiàn)極顯著性，而失擬項(xiàng)的P=0.079 8，不顯著，說明模型和數(shù)據(jù)的擬合程度較高，C的方差=3.21，B的方差=0.75，A的方差=0.68，從影響程度來看，C（電場強(qiáng)度）gt;B（脈沖次數(shù)）gt;A（脈沖寬度），即電場強(qiáng)度對(duì)姜酚提取量的影響最明顯。

2.4 姜酚的生物活性研究

姜酚是一種天然的生物活性化合物，廣泛存在于姜、辣椒、肉桂和其他一些植物中，逐漸被廣泛研究，并且認(rèn)為它具有多種生物活性和健康益處，其中姜酚的生物活性功效主要包括以下幾個(gè)方面：抗氧化活性：姜酚被認(rèn)為是一種強(qiáng)效的抗氧化劑，可以中和自由基，減少氧化應(yīng)激損傷，并有助于維護(hù)細(xì)胞的健康，對(duì)預(yù)防慢性疾病如癌癥和心血管疾病具有潛在的益處；抗炎活性：姜酚具有抗炎特性，可以減輕炎癥反應(yīng)和疼痛，對(duì)治療關(guān)節(jié)炎、腸道炎癥和其他炎癥性疾病有一定的療效；抗腫瘤活性：一些研究表明[19-20]，姜酚對(duì)一些異常增殖的細(xì)胞具有抑制作用，能夠抑制癌細(xì)胞的增長和擴(kuò)散并誘導(dǎo)凋亡（細(xì)胞死亡）；神經(jīng)保護(hù)：姜酚對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)有保護(hù)作用，對(duì)防止或減輕神經(jīng)退行性疾病如阿爾茨海默病具有潛在價(jià)值；抗微生物活性：姜酚具有一定的抗微生物活性，可以對(duì)抗細(xì)菌和真菌感染。

盡管姜酚中有許多潛在的生物活性物質(zhì)，但具體效應(yīng)仍然需要更多的研究來詳細(xì)了解，此外，姜酚的生物利用度和劑量依賴性也是研究中的重要問題，研究姜酚生物活性仍然是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域，對(duì)于揭示其健康益處和潛在的藥用價(jià)值非常重要。

3 小結(jié)

姜酚是一種天然產(chǎn)生于姜中的生物活性化合物，屬于酚類化合物，它是姜的主要香味和藥理成分之一，賦予姜獨(dú)特的味道和香氣。在食品中，姜酚常用于調(diào)味和提升風(fēng)味，被制成姜油、姜黃素等姜類產(chǎn)品。

姜酚具有廣泛的應(yīng)用潛力，然而，目前姜酚的提取工藝主要集中于傳統(tǒng)加工工藝，姜酚的產(chǎn)量和純度稍低。本研究基于此，對(duì)姜酚提取工藝進(jìn)行了研究和優(yōu)化，研究結(jié)果表明，姜酚的最佳提取工藝為乙醇濃度80%、脈沖寬度20 μs、脈沖次數(shù)20次和電場強(qiáng)度2.0 kV/cm。

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