高良姜茎叶总黄酮超声提取工艺优化及生物活性研究

赫金凤 吴翠平

摘要：高良姜茎叶总黄酮是高良姜茎和叶子中所含的一类天然化合物，具有多种生物活性和药理作用。该研究通过单因素试验和正交试验优化了高良姜茎叶总黄酮微波提取工艺，研究结果表明，高良姜茎叶总黄酮提取的最佳加工工艺为超声时间40 min、超声功率750 W、乙醇体积分数60%、料液比1∶40和提取温度50 ℃，此时高良姜茎叶总黄酮提取量为107.23 mg/g；另外，对提纯前后的高良姜茎叶总黄酮还原能力和降血糖能力进行了测定，研究结果表明，高良姜茎叶总黄酮具有一定程度的还原能力和降血糖功效，且纯化后的高良姜茎叶总黄酮还原能力和降血糖功效明显强于纯化前。

关键词：高良姜；总黄酮；提取工艺；生物活性

中图分类号：TS201.1      文献标志码：A     文章编号：1000-9973（2023）12-0079-04

Optimization of Ultrasonic Extraction Process and Research on Biological

Activity of Total Flavonoids from the Stems and Leaves

of Alpinia officinarum Hance

HE Jin-feng1， WU Cui-ping2

（1.Shangqiu Medical College， Shangqiu 476006， China; 2.School of Public Health，

Zhengzhou University， Zhengzhou 450003， China）

Abstract： Total flavonoids from the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance are a kind of natural compounds contained in the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance， which have various biological activities and pharmacological effects. In this study， the microwave extraction process of total flavonoids from the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance is optimized through single factor test and orthogonal test. The results show that the optimal processing technology for the extraction of total flavonoids from the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance is the ultrasonic time of 40 min， the ultrasonic power of 750 W， the ethanol volume fraction of 60%， the ratio of solid to liquid of 1∶40 and the extraction temperature of 50 ℃. At this time， the extraction amount of total flavonoids from the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance is 107.23 mg/g. In addition， the reducing ability and hypoglycemic ability of total flavonoids from the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance before and after purification are measured. The research results show that the total flavonoids from the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance have a certain degree of reducing ability and hypoglycemic effect， and the reducing ability and hypoglycemic effect of total flavonoids from the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance after purification are significantly stronger than those before purification.

Key words： Alpinia officinarum Hance; total flavonoids; extraction process; biological activity

收稿日期：2023-06-13

基金項目：河南省教育厅重点科研项目（19B320011）

作者简介：赫金凤（1984－），女，讲师，硕士，研究方向：食药品功能活性成分。

高良姜是一种生长在亚热带和热带地区的植物[1]，主要分布在中国、印度、印度尼西亚、泰国和尼泊尔等地[2]，其中，中国是世界上高良姜生产大国[3]。中国的高良姜主要分布在云南、贵州、广西、广东、福建、江西、湖南等地，云南是中国高良姜的主要产区。根据统计数据，中国的高良姜产量一直保持在世界前列[4-5]。近年来，随着高良姜的医学价值不断被发掘和应用，高良姜的种植面积和产量也有所增加。目前，我国的高良姜产量已经达到数百万吨，其中一部分出口到海外市场[6-7]。

高良姜具有浓郁的姜味，被用于制作各种料理和食品，主要应用在姜汁饮料、腌制食品、焙烤食品（姜饼和蛋糕）和烹饪料理（姜汁猪肉、姜汁虾和姜汁鸡）方面[8]。高良姜在食品方面的应用广泛，能够增加食品的口感、风味和营养，同时有助于提高人体免疫能力和消化功能[9]。

高良姜茎叶总黄酮是指高良姜茎和叶子中所含的一类天然化合物，具有多种生物活性和药理作用[10]。它们是一类黄色的苷类化合物，包括高良姜黄素、芸香素、芹菜素、盐藻素等成分。研究表明[11-12]，高良姜茎叶总黄酮可以抑制癌细胞的生长和扩散，对预防心血管疾病、防治糖尿病等具有一定的效果。因此，高良姜茎叶总黄酮在医学、保健品、食品、化妆品等领域有着广泛的应用前景[13-14]。通过对高良姜茎叶总黄酮进行提取、分离和纯化，可以发现和筛选出新的药物和保健品成分[15-16]，为新药和保健品的研发提供了有力的支持[17]。

总之，研究高良姜茎叶总黄酮的提取、分离、纯化及生物活性，可以为新药和保健品的研发提供支持，提高产品质量，深入了解其生物活性和药理作用机制，探索其应用价值，具有重要的意义和价值。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

选择新鲜无霉变的高良姜茎叶备用；α-淀粉酶、无水乙醇、硝酸铝、亚硝酸钠、氢氧化钠、过硫酸钾、磷酸氢二钾、三氯化铁、可溶性淀粉、苯酚、二硝基水杨酸、硫酸：均为分析纯。

1.2 试验仪器

蒸发仪、真空泵、培养箱、分析天平、清洗仪、水浴锅、分光光度计、离心机、冷冻干燥机和粉碎机。

1.3 试验方法

1.3.1 高良姜茎叶总黄酮含量的测定

量取5 mL待测液于10 mL容量瓶中，加入0.7 mL浓度为5%的NaNO2混匀，静置6 min，加入0.7 mL浓度为10%的Al（NO3）3，静置6 min后，加入25 mL浓度为4%的NaOH，摇匀，最后加入浓度为60%的乙醇定容至10 mL，放置15 min后在波长为510 nm的条件下测定吸光度。高良姜茎叶总黄酮含量计算公式如下：

总黄酮含量（mg/g）=C×V×tm。

式中：C为根据标准方程计算出的总黄酮质量浓度（mg/mL）；V为体积（mL）；t表示稀释倍数；m为高良姜茎叶质量（mg）。

1.3.2 单因素试验

当研究其中一个单因素对高良姜茎叶总黄酮提取量的影响时，控制其他变量因素不变，即料液比为1∶40，提取温度为50 ℃，乙醇体积分数为50%，超声功率为900 W和超声时间为30 min；分别研究不同超声时间（10，20，30，40，50，60 min）、不同料液比（1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50）、不同提取温度（30，40，50，60，70 ℃）、不同乙醇体积分数（30%、40%、50%、60%、70%）和不同超声功率（450，600，750，900，1 050 W）对高良姜茎叶总黄酮提取量的影响。

1.3.3 正交试验

在单因素试验的基础上，以超声时间、超声功率、乙醇体积分数和提取温度作为变量因素，高良姜茎叶总黄酮提取量为指标，进行四因素三水平正交试验，正交试验表见表1。

1.3.4 高良姜茎叶生物活性的测定

1.3.4.1 高良姜茎叶总黄酮还原能力的测定

参照李洪德等[18]的方法对高良姜茎叶总黄酮的还原能力进行测定。

1.3.4.2 高良姜茎叶总黄酮体外降血糖功能的测定

参照曹旅等[19]的方法对高良姜茎叶总黄酮的降血糖功能进行测定。

2 结果和讨论

2.1 单因素试验

2.1.1 超声时间对高良姜茎叶总黄酮提取量的影响

超声时间对高良姜茎叶总黄酮的提取量有一定影响。超声时间过短会使物质释放不充分，提取量少；而超声时间过长则容易造成化合物降解，从而影响提取量。由图1可知，随着超声时间的增加（10～50 min），高良姜茎叶总黄酮提取量为73～80 mg/g。当超声时间为30 min时，高良姜茎叶总黄酮提取量最高，为80 mg/g。

2.1.2 超声功率对高良姜茎叶总黄酮提取量的影响

超声功率是超声提取中一个非常重要的参数，它对高良姜茎叶总黄酮的提取量有明显的影响。超声提取过程中，超声波的作用可以使细胞壁破裂，有利于黄酮类化合物的释放。提高超声功率可以增强超声波的能量密度，加速细胞壁的破裂，从而增加总黄酮的提取量。但是过高的超声功率可能会造成物质的降解，从而影响高良姜茎叶总黄酮的提取效果。高良姜茎叶总黄酮的提取量随着超声功率的增加先升高后降低，当超声功率为900 W时，高良姜茎叶总黄酮提取量最高，为92 mg/g。

2.1.3 乙醇体积分数对高良姜茎叶总黄酮提取量的影响

乙醇可以改变细胞膜的渗透性，促進黄酮的释放。乙醇体积分数越高，黄酮的溶解度越高，从而有利于提高总黄酮的提取量。但是，过高的乙醇体积分数也会影响黄酮的稳定性和纯度。由图3可知，随着乙醇体积分数的增加，高良姜茎叶总黄酮提取量先升高后降低。当乙醇体积分数为50%时，高良姜茎叶总黄酮提取量最高，为93 mg/g。

2.1.4 提取温度对高良姜茎叶总黄酮提取量的影响

温度对细胞膜的稳定性和液相黏度都有一定的影响。过低或过高的温度都可能导致黄酮降解或失活，从而影响高良姜茎叶总黄酮的提取效果。由图4可知，随着提取温度的升高，总黄酮提取量先升高后降低。当提取温度为50 ℃时，高良姜总黄酮提取量最高，当温度高于或者低于50 ℃时，高良姜总黄酮提取量均呈现下降趋势。

2.1.5 料液比对高良姜茎叶总黄酮提取量的影响

液体中的黄酮类化合物需要通过渗透扩散的方式从植物细胞中释放出来。较低的料液比会导致黄酮化合物和细胞的接触面积不足，从而影响黄酮的释放。而较高的料液比则可能导致液体中的黄酮类化合物过度稀释。由图5可知，随着料液比的增加，高良姜茎叶总黄酮提取量呈现不断增加的趋势，但当料液比超过1∶40时，对高良姜茎叶总黄酮提取量的影响不明显，所以选择最佳的料液比为1∶40。

2.2 正交试验结果与分析

以超声时间（A）、超声功率（B）、乙醇体积分数（C）和提取温度（D）作为变量因素，高良姜茎叶总黄酮提取量（mg/g）为指标，进行正交试验，超声波提取高良姜总黄酮的正交试验表见表2。

由表2和表3可知，A、B、C和D 4个影响因素对高良姜茎叶总黄酮提取量的影响顺序为A>B>C>D，即超声时间>超声功率>乙醇体积分数>提取温度。最佳的高良姜茎叶总黄酮提取工艺为超声时间40 min、超声功率750 W、乙醇体积分数60%、提取温度50 ℃、料液比1∶40，此时高良姜茎叶总黄酮提取量为107.23 mg/g。

2.3 高良姜茎叶总黄酮生物活性的测定

2.3.1 高良姜茎叶总黄酮还原能力的测定

抗氧化活性和还原能力密切相关，在还原能力测定的试验中，可以通过吸光度的高低来表示高良姜茎叶总黄酮的还原能力，吸光度越大，表明样品的还原能力越强，也表明抗氧化活性越强。高良姜茎叶总黄酮还原能力的测定见图6。

由图6可知，随着各种物质质量浓度的不断增加，吸光度也不断增大，说明各样品的还原能力不断增强。当浓度为0.05 mg/mL时，纯化后的黄酮吸光度最高，为0.73；纯化前的黄酮吸光度最低，为0.58。说明高良姜茎叶总黄酮具有一定还原能力，且纯化后的黄酮还原能力更强。

2.3.2 高良姜茎叶总黄酮降血糖活性的测定

α-淀粉酶是一种消化酶，能够将淀粉分解成葡萄糖。抑制α-淀粉酶的活性，就能够降低淀粉的消化速度，减缓糖分子的释放，从而使血糖水平上升的速度变慢，降低血糖水平的峰值和总体上升的幅度。由图7可知，随着浓度的增加，高良姜茎叶总黄酮对α-淀粉酶的抑制率不断增加，当浓度小于1.5 mg/mL时，对α-淀粉酶的抑制率增长速度较快；当浓度为1.5～2.5 mg/mL时，对α-淀粉酶的抑制率仍然呈现上升趋势，但是增长速度有所减缓。当浓度为2.5 mg/mL时，对α-淀粉酶的抑制率最高，阿卡波糖、纯化后的黄酮和纯化前的黄酮的抑制率分别为90%、79%和52%，纯化后的黄酮对α-淀粉酶的抑制率明显高于纯化前的黄酮。

3 小结

本研究通过单因素试验和正交试验优化了高良姜超声波提取工艺，研究结果表明，高良姜总黄酮提取的最佳加工工艺为超声时间40 min、超声功率750 W、乙醇体积分数60%、料液比1∶40和提取温度50 ℃，此时高良姜茎叶总黄酮提取量为107.23 mg/g；另外，对提纯前后的高良姜茎叶总黄酮还原能力和降血糖能力进行了测定，研究结果表明，高良姜茎叶总黄酮具有一定的还原能力和降血糖功效，且纯化后的高良姜茎叶总黄酮的还原能力和降血糖功效明显强于纯化前。一些相关研究也表明，高良姜黃酮具有一定的抗氧化活性，能够作为食品添加剂，延长食品的保质期，并改善食品的品质。通过提取高良姜黄酮，能够带动相关产业的发展，提高农户的收入。

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