罗平小黄姜姜酚的超声波辅助提取工艺的优化

赵丛丛，刘琪

（曲靖师范学院，云南曲靖 655011）

罗平小黄姜姜酚的超声波辅助提取工艺的优化

赵丛丛，刘琪

（曲靖师范学院，云南曲靖 655011）

通过单因素和正交试验研究了乙醇浓度、料液比、超声功率及超声时间对超声波辅助提取罗平小黄姜姜酚的影响。正交试验优化得到最佳工艺条件：乙醇浓度为70%，料液比为1∶15（g／m L），提取时间为15 min，超声功率为120 W（80%）时，姜酚的提取率最大，为1.46%。同时抗氧化试验表明姜酚具有明显的抗氧化能力。

罗平小黄姜；姜酚；超声波辅助法；抗氧化

罗平小黄姜，主要种植于云南罗平，根茎类香辛调味料，是传统的药用植物，具有药用“黄金”之美誉［1－3］。姜酚是姜中的呈辣物质，也是姜中的主要活性成分之一，姜酚包括6-姜酚、8-姜酚、10-姜酚等十余种成分［4－6］。研究表明：姜酚具有降血脂、抗肿瘤、抗炎止痛及杀菌防腐等功能［7，8］。从生姜中提取有效活性成分的方法有有机溶剂萃取法、超声波萃取法、微波萃取法、高效液相色谱法和超临界流体萃取法等［9，10］。但超声波提取与常规萃取技术相比，具有更广谱、更快速、更价廉、更安全的特点［11］。目前对罗平小黄姜的研究甚少，本文以无水乙醇为提取剂，采用单因素和正交试验探索了乙醇浓度、料液比、超声时间、超声功率对罗平小黄姜姜酚超声波辅助提取的影响，并测定了姜酚的抗氧化性。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

罗平小黄姜：购于罗平农贸市场；香草醛、无水乙醇、石油醚、水杨酸、乙酸乙酯：均为分析纯。

1.2 主要仪器和设备

BS210S型分析天平 北京奥多利斯天平有限公司；TU-1810型紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限公司；FW135型中药粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司；K3200LHC型超声仪 上海科导超声仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

新鲜罗平小黄姜→洗净→切丝剁碎→60℃烘干→粉碎→过筛（40目）→干姜粉→超声提取→离心分离→测定吸光度。

1.3.2 标准曲线的绘制

姜酚尚无纯品，因香草醛与姜酚结构相似，故选用香草醛作为对照标准，绘制标准曲线［12］。称取香草醛0.1 g，用无水乙醇溶解、定容至100 m L，取上述溶液5 mL，加无水乙醇稀释至100 mL，配制成0.05 mg／mL香草醛标准溶液。分别取配好的香草醛标准溶液0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8 m L，用无水乙醇定容至1 m L，再加入9 m L铁氰化钾-三氯化铁试剂（0.6%铁氰化钾溶液和0.9%三氯化铁溶液等体积混合），摇匀后静置15 min，以无水乙醇为空白对照，在280 nm处测定吸光度（A），标准曲线见图1。

图1 香草醛标准曲线Fig.1 Standard curve of vanillin

1.3.3 姜酚的测定

称取2.0000 g干姜粉，用无水乙醇在超声功率为80%（120 W）的条件下提取15 min，离心分离5 min后取0.5 mL上清液于10 mL比色管中稀释定容，在280 nm处测其吸光度值，重复操作直至吸光度接近0为止。根据标准曲线，计算相应的含量［13］：

式中：2.001为香草醛换算成姜酚的系数；V0为样品提取液总体积（mL）；V1为测定样液总体积（mL）；C为溶液浓度（μg／mL）；V2为测定时吸取的样品供试液体积（mL）；W为称取的样品量（g）。

1.3.4 最佳提取溶剂的确定

姜酚微溶于水，能溶于无水乙醇、乙酸乙酯、甲醇、石油醚、丙酮等有机溶剂中，所以初步设定实验条件：在超声功率为80%（120 W）、料液比为1∶15、提取时间为15 min的前提下，选用无水乙醇、乙酸乙酯、石油醚、正丁醇和甲醇为提取溶剂进行筛选实验。

1.3.5 单因素试验

选取无水乙醇为提取溶剂，选取乙醇浓度、料液比、超声时间、超声功率4个因素，测定其对姜酚提取率的影响，单因素水平表见表1。

表1 单因素水平表Table 1 Single-factor level table

1.3.6 抗氧化活性的测定

利用H2O2与Fe2＋混合产生·OH，在体系内加入水杨酸将反应产生的·OH捕获，因为2，3-二羟基苯甲酸的生成量与反应的自由基的量成1∶1的关系，该物质在510 nm波长处有最大吸收［14］。向比色管中加入一系列不同浓度的提取液，2 mol／L FeSO4溶液2.00 m L，6 mol／L水杨酸-乙醇2.00 m L，0.3%的H2O2溶液1.00 m L，振荡混匀，37℃条件下恒温反应30 min后，在波长510 nm下测吸光度。

2 结果与分析

2.1 最佳提取剂的确定

溶剂是影响姜酚提取效果的重要因素，考虑到溶剂的极性可能会影响提取效果，本试验拟选取无水乙醇、甲醇、石油醚、乙酸乙酯和正丁醇为提取剂，对姜酚提取率的影响结果见图2。

图2 提取剂对姜酚提取率的影响Fig.2 Effect of extraction solvent on gingerol extraction rate

由图2可知，以甲醇、无水乙醇和乙酸乙酯为溶剂所测的值较高，正丁醇和石油醚的相对较低，这可能是因为酚类物质的溶解度随溶剂极性的增大而增大。但甲醇、乙酸乙酯属于易燃、易爆液体，所以出于环保、经济、安全、无毒等因素的考虑，本试验选用无水乙醇作为提取溶剂。

2.2 单因素试验结果

2.2.1 乙醇浓度对姜酚提取率的影响

图3 乙醇浓度对姜酚提取率的影响Fig.3 Effect of ethanol concentration on gingerol extraction rate

由图3可知，随着乙醇浓度的增高，姜酚提取率呈现先增后减且趋于平缓的趋势。当乙醇浓度为70%时提取效果最好。这是由于抗氧化物质在结构上含有羟基集团，较浓的溶液状态下乙醇的羟基以缔合的形式存在，较稀的浓度溶解不充分且极性较差。同时乙醇浓度增大，提取成本增加，故选择70%的乙醇为宜。

2.2.2 料液比对姜酚提取率的影响

图4 料液比对姜酚提取率的影响Fig.4 Effect of solid-liquid ratio on gingerol extraction rate

由图4可知，随着料液比的增大，提取率先增后减，当料液比为1∶15时提取效果最好。料液比低于1∶15时，测定值随着溶剂用量的增加而增大，这是由于随着溶剂用量的增加，物质溶解量增加。而当料液比高于1∶15时，又随着溶剂用量的增加而减小，这可能是由于溶剂用量过大、传质速率减小而使物质的溶解量减小，导致提取效果下降。故选择料液比1∶15为宜。

2.2.3 超声功率对姜酚提取率的影响

图5 超声功率对姜酚提取率的影响Fig.5 Effect of ultrasonic power on gingerol extraction rate

由图5可知，超声功率对小黄姜中抗氧化活性物质的提取影响较大。当超声功率小于80%（120 W）时，随着功率的增加，测定值逐渐增大，这是因为传质速率随着超声功率的增加而加快，抗氧化物的溶解速度加快；超声功率大于80%（120 W）时，测定值减小，可能是由于超声功率太大，其结构被破坏，导致其含量下降。因此，本试验选择超声功率80%（120 W）为宜。

2.2.4 超声时间对姜酚提取率的影响

图6 超声时间对姜酚提取率的影响Fig.6 Effect of ultrasonic time on gingerol extraction rate

由图6可知，随着超声时间的增加，测定值先增后减，当超声时间为15 min时测定值最大。超声时间低于15 min时，随着时间的升高，测定值越大，这是由于随着提取时间的延长，抗氧化物的溶解量增加，提取率逐渐增大。而超声时间高于15 min时，其值越大提取率则越低，这可能是由于时间过长造成部分抗氧化物分解。故本试验选择超声时间为15 min最佳。

2.3 正交试验结果与分析

采用L9（33）正交试验确定姜酚的最佳提取条件，正交试验设计见表2，正交试验结果见表3。

表2 正交试验因素水平Table 2 The factors and levels of orthogonal experiment

表3 正交试验结果Table 3 The results of orthogonal experiment

由表3可知，在3种因素中，料液比（A）极差最大，超声功率（C）其次，超声时间（B）最小。表明影响姜酚提取率的主次因素顺序为：料液比＞超声功率＞超声时间。从各因素的水平看，A3，B3，C3组合的提取率最大。但此组合不在正交试验中，则进行验证试验。在该组合条件下，追加3次试验，姜酚提取率平均值为1.46%。由此优化出小黄姜中抗氧化性物质含量提取的最优条件为：室温下，料液比1∶15（g／m L），超声功率80%，超声时间15 min。

2.4 姜酚抗氧化活性试验

以最佳提取液为样品，研究不同浓度姜酚对羟基自由基的清除能力，结果见图7。

图7 提取液用量对小黄姜中抗氧化性物质的影响Fig.7 Effect of the dosage of extract on the antioxidants in yellow ginger

由图7可知，提取液对羟基自由基的清除率随其浓度的增大而增大，当提取液的用量达到3 m L时，小黄姜中抗氧化活性物质对羟基自由基的清除率接近100%，这表明姜酚对羟基自由基具有一定的清除能力，且其清除能力与姜酚浓度呈较明显的量效关系。

3 结论

正交试验设计优化得到的最佳提取条件为：料液比1∶15，超声功率80%（120 W），超声时间15 min；在此条件下，小黄姜中姜酚的提取率可达1.46%，且提取物具有抗氧化活性，提取液体积达3 mL时，自由基的清除率接近100%，且浓度越高，抗氧化性越强。

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Optimization of Ultrasonic-assisted Extraction Technology for Extracting Gingerol from Luoping Yellow Ginger

ZHAO Cong-cong，LIU Qi
（Qujing Normal University，Qujing 655011，China）

The effects of ethanol concentration，solid-liquid ratio，ultrasonic power and ultrasonic time on the ultrasonic-assisted extraction of gingerol from Luoping yellow ginger are investigated by single factor and orthogonal tests.The results indicate that the optimum extraction technology is as follows：ethanol concentration is 70%，solid-liquid ratio is 1∶15（g／mL），extraction time is 15 min and ultrasonic power is 120 W（80%）.Under such conditions，the extraction rate of gingerol is 1.46%maximally.Besides，the antioxidant test shows that gingerol has obvious antioxidant capacity.

Luoping yellow ginger；gingerol；ultrasonic-assisted extraction；antioxidation

TS201.1

A

10.3969／j.issn.1000-9973.2017.10.012

1000-9973（2017）10-0057-04

2017－04－18

云南省教育厅科学研究一般项目（2015C088Y）

赵丛丛（1986－），女，讲师，研究方向：保健功能食品。