CN105294876B - 一种从生姜加工副产物生姜皮中提取多糖和姜辣素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于植物资源综合利用领域，公开了一种从生姜加工副产物生姜皮中提取多糖和姜辣素的方法，包括：收集生姜加工副产物生姜皮，生姜皮经预处理后超微粉碎制得生姜皮超微粉，经乙醇浸提、离心得到含姜辣素的醇提上清液和含多糖的离心沉淀物，醇提上清液经喷雾干燥得到姜辣素，离心沉淀物经过热水浸提、离心、浓缩、醇沉、冷冻干燥得到生姜皮多糖。姜辣素得率为1.73％，多糖得率为7.69％。本发明工艺简单，流程短，操作简单，得率高，通过一条工艺流程就可将工业生产中废弃的生姜皮渣变废为宝，提取其中的活性成分。一方面解决了工业垃圾污染问题，保护了生态环境，同时也能够产生一定的社会效益、经济效益和生态效益。

Description

一种从生姜加工副产物生姜皮中提取多糖和姜辣素的方法

技术领域

本发明属于植物资源综合利用领域，涉及一种从生姜加工副产物生姜皮中提取多糖和姜辣素的方法，制得的多糖和姜辣素可广泛应用于功能食品、生物医药等领域。

背景技术

生姜：姜科多年生草本植物姜(Zingiber officinale Roscoe)的新鲜根茎，别名有姜根、百辣云、勾装指、因地辛、炎凉小子、鲜生姜、蜜炙姜。姜的根茎(干姜)、栓皮(姜皮)、叶(姜叶)均可入药。生姜在中医药学里具有发散、止呕、止咳等功效。生姜中含有多种对人体有益的活性有机成分，如矿物质，维生素，氨基酸类，姜油树脂等。生姜有改善血液循环，促进人体新陈代谢，增加消化速率，促进食欲的功效。

生姜作为一种食药两用的植物，一直被人们加工利用。随着人类食品工业的发展，生姜的大规模生产也逐渐发展起来。一些生姜制品出现在人们的生活中，如生姜脯、糖姜片、姜茶等。而现代食品加工生姜过程中，去皮工艺会带来许多加工过程中的副产物-姜皮。一般生姜加工后留下的姜皮会作为废弃物直接丢弃，这造成了资源的浪费同时也给环境带来了污染，给生姜加工企业增加了处理废弃物的成本。近年来，人们对生姜的研究不断深入，发现生姜皮中含有大量活性物质，如姜辣素、多糖等。研究还发现生姜多糖具有良好的抗氧化功能和抗疲劳的功效，因此利用生姜加工过程中丢弃的生姜皮，提取分离人们需要的活性物质成为一种极具意义的技术。姜辣素、生姜多糖的提取分离方法不仅影响着产品的得率，直接关系经济效益，还与产品的生物活性有着密切的关系。而传统的分步提取方法，提取时间长，得率低。目前生姜多糖、姜辣素的提取工艺主要使用生姜的食用部分，提取主要成分后会产生大量残渣，不仅在资源上是一种浪费，同时也给环境造成了负担。

发明内容

本发明的目的是提供一种从生姜加工副产物生姜皮中提取多糖和姜辣素的方法，与传统方法比较，该方法成分利用了生姜加工后的废弃物，实现了变废为宝，可以最大程度地提高废弃物的利用率，减少对环境的污染；避免了传统提取技术提取时间长，提取率低、能耗高的弊端；同时该方法简便，易得，制得的姜辣素和多糖无毒、安全，且得率与纯度较高，可广泛应用于保健品、功能食品、生物医药等领域。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种从生姜加工副产物生姜皮中提取多糖和姜辣素的方法，包括：收集生姜加工副产物生姜皮，生姜皮经预处理后超微粉碎制得生姜皮超微粉，经乙醇浸提、离心得到含姜辣素的醇提上清液和含多糖的离心沉淀物，醇提上清液经喷雾干燥得到姜辣素，离心沉淀物经过热水浸提、离心、浓缩、醇沉、冷冻干燥得到生姜皮多糖；

具体包括以下步骤：

(1)制备生姜皮超微粉：收集生姜加工副产物生姜皮，生姜皮经预处理后，经超微粉碎机粉碎，过80目筛，制得生姜皮超微粉；

(2)乙醇浸提：称取生姜皮超微粉，按1g超微粉加入10～20mL无水乙醇，在温度20～30℃下浸提2～3h，过滤、得乙醇提取液，乙醇提取液离心，得到醇提上清液和离心沉淀物；醇提上清液用0.45μm半透膜过滤，滤液经喷雾干燥得到姜辣素；

(3)热水浸提：向步骤(2)中得到的离心沉淀物中加入去离子水，在浸提温度70～90℃下水浴提取2～3h，得到水提液，水提液离心后再用0.45μm半透膜过滤得到水提上清液；水提上清液除去蛋白，离心得到多糖提取液；其中，所述的去离子水和离心沉淀物的用量比(水料比)为20～40mL：1g；

(4)浓缩、醇沉、冷冻干燥：多糖提取液用0.45μm半透膜过滤，滤液在40～50℃下进行浓缩得到浓缩液，往浓缩液中加入无水乙醇进行沉淀，沉淀物在下低温冷冻干燥，得到生姜皮粗多糖。

本发明所述的生姜皮是指在生姜加工过程中被去除的没有商业价值的生姜皮。

步骤(1)中，所述的生姜皮的预处理为：生姜皮除杂、清洗，晾晒，55～65℃下鼓风烘干至恒重。优选的，生姜皮在烘箱中60℃鼓风干燥。

步骤(2)中，优选的，所述的生姜皮超微粉和无水乙醇的用量比1g：15mL；所述的提取温度为20～30℃，时间为3h。

最优选的，所述的生姜皮超微粉和无水乙醇的用量比1g：15mL；所述的提取温度为25℃，时间为3h。

步骤(2)中，所述的乙醇提取液在转速5000r/min下离心30min，得到醇提上清液和离心沉淀物。

步骤(3)中，优选的，所述的去离子水和离心沉淀物的用量比40mL：1g；所述的浸提温度为80～90℃，浸提时间为2～2.5h。

最优选的，所述的去离子水和离心沉淀物的用量比为40mL：1g；所述的浸提温度为90℃，浸提时间为2.5h。

热水浸提在HH-4数显恒温水浴锅中进行浸提。

步骤(3)中，所述的水提液在转速5000r/min下离心15min，取水提上清液。

采用采用Sevag法(Sevag试剂为正丁醇：三氯甲烷＝1：4)除去水提上清液中的蛋白。

除去蛋白后的水提上清液在转速5000r/min下离心15min，取上清液作为多糖提取液。

步骤(4)中，滤液在温度45℃下浓缩至滤液原体积的1/4，得到浓缩液，按照浓缩液和无水乙醇的体积比1：4往浓缩液中加入无水乙醇，4℃下沉淀12h后，在转速5000r/min下离心15min得到沉淀物。沉淀物在-40℃下低温冷冻干燥，得到生姜皮粗多糖。

本发明的有益效果：

本发明采用超微粉碎技术、喷雾干燥技术、热水浸提技术与冷冻干燥技术相结合的方法，与传统的分步提取姜辣素和多糖方法相比，本发明方法不仅具有原料价值低廉、提取时间短、提取效率高、操作方便、产品安全无毒等特点，同时显著提高了多糖和姜辣素的得率、纯度，生姜皮多糖的得率可达到7.69％，纯度为43.16％，姜辣素的得率可达1.73％。产品作为功能基料，可广泛应用于功能食品和医药等领域。

本发明方法分离过程中无有毒有机试剂参与，所得产品无毒，安全；同时具有设备简单，操作容易，适用范围广，生产效率高，能量损耗小等优点。

本发明技术为生姜加工副产物的充分利用，将工业生产中废弃的生姜皮渣变废为宝，开辟了新的途径。一方面解决了工业垃圾污染问题，保护了生态环境，同时也能够产生一定的社会效益、经济效益和生态效益。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。

姜辣素含量的测定方法：

姜辣素在280nm处有特征吸收峰，可以做定量的标准。但是姜辣素成分复杂，目前尚无纯品，研究证实，香草醛与姜辣素结构相似，可以选用香草醛作对照标准品。

香草醛标准曲线的制作

精确称取0.100g香草醛，放于100mL容量瓶中，并用无水乙醇定容。取3mL香草醛溶液于100mL容量瓶中，无水乙醇定容，配制30μg/mL的标准溶液。分别量取1、2、3、4、5mL标准溶液于10mL容量瓶中，并用无水乙醇定容，配制成3、6、9、12、15μg/mL的溶液，在280nm下测吸光度，并作香草醛标准曲线，线性回归得香草醛的标准曲线方程为y＝0.0708x+0.0811，y为样品的吸光度，x为香草醛的含量。标准曲线的相关系数R²＝0.9993，该方法线性关系良好。

姜辣素含量计算方法

用移液管吸取乙醇提取液1mL于10mL容量瓶中，无水乙醇稀释至刻度，摇匀。用无水乙醇做空白，在280nm下测定样品的吸光度，根据香草醛的标准曲线计算姜辣素的含量。

姜辣素得率的计算公式：

姜辣素得率(％)＝姜辣素质量(g)/超微粉重(g)×100％

多糖含量的测定方法：

采用硫酸苯酚法，精密称取生姜皮粗多糖5g，溶于250mL去离子水，精密吸取样液0.5mL，置于15mL试管中，并用去离子水补至2mL，分别加入1mL 6％苯酚和5mL浓硫酸，摇匀，沸水中水浴20min，自然冷却后在490nm处测定吸光值A。

以葡萄糖为标准品，制作标准曲线。

取葡萄糖标准品烘干至恒重，配置浓度为40μg/mL葡萄糖标准溶液，取8支试管，分别加入上述葡萄糖标准溶液0.0mL、0.4mL、0.6mL、0.8mL、1.0mL、1.2mL、1.4mL、1.6mL，进而用去离子水补齐至2.0mL。加6％苯酚溶液1.0mL，再缓慢加入浓硫酸5.0mL，充分小心混匀，静置冷却30min后于490nm处测定吸光值，并以去离子水作为空白对照。以试管中葡萄糖微克数为横坐标，吸光值为纵坐标，绘制葡萄糖标准曲线并得到标准曲线的回归方程，y＝0.0121x+0.0484(R²＝0.9992)，其中，x为葡萄糖微克数，y为490nm处溶液吸光值。

根据葡萄糖标准曲线和吸光值计算出样品中总糖的微克数，再求出粗多糖样品中总糖的百分比含量。

粗多糖得率的计算公式：

粗多糖得率(％)＝粗多糖质量(g)/超微粉重(g)×100％

实施例1

一种生姜加工副产物生姜皮中同步提取姜辣素和多糖的方法，具体包括以下步骤：

(1)制备生姜皮超微粉：收集生姜加工副产物生姜皮，生姜皮经除杂、清洗、晾晒，放于烘箱中60℃鼓风烘干，然后经超微粉碎机粉碎，过80目筛，制得生姜皮超微粉，置于-4℃备用；

(2)乙醇浸提：称取生姜皮超微粉，按1g超微粉加入15mL无水乙醇，25℃下浸提3h，过滤、得乙醇提取液，乙醇提取液在转速5000r/min下离心30min，得到醇提上清液和离心沉淀物；取醇提上清液，用0.45μm半透膜过滤，滤液经喷雾干燥得到姜辣素，姜辣素得率1.73％、纯度64.31％；

(3)热水浸提：步骤(2)中的离心沉淀按照水料比40mL/g加入去离子水充分混匀，置于在HH-4数显恒温水浴锅中，在浸提温度90℃水浴中浸提2.5h(浸提期间可以适时搅拌)，得到水提液，水提液在转速5000r/min下离心15min离心，取水提上清液；水提上清液采用Sevag法(Sevag试剂：正丁醇：三氯甲烷＝1：4)法除去蛋白，除去蛋白后的水提上清液在转速5000r/min条件下离心15min，取上清液作为多糖提取液；

(3)多糖提取液用0.45μm半透膜过滤，滤液置于旋转蒸发仪(N-1100EYELA型旋转蒸发仪，日本东京理化器械株式会社)在45℃下减压浓缩至滤液原体积的1/4得到浓缩液，按照浓缩液的4倍体积加入无水乙醇，置于冰箱在4℃下沉淀12h；取出后在转速5000r/min下离心15min取沉淀物，沉淀物-40℃低温冷冻干燥，得到生姜皮粗多糖。

选择步骤(2)中的浸提温度、浸提时间和料液比(生姜皮超微粉：无水乙醇)做单因素试验，通过单因素试验初步确定3个变量的适宜范围，进行三因素三水平正交试验设计考察对姜辣素得率的影响，各因素的试验水平及编码列于表1，正交试验设计及其结果见表2，实验显示三个因素水平的影响大小为料液比＞时间＞温度，其中料液比(g/mL)为1：15，提取温度为25℃，提取时间为3h时，姜辣素得率最高为1.73％。

表1正交试验水平及编号

表2正交试验结果

选择步骤(3)中离心沉淀物的浸提温度、浸提时间和水料比(去离子水：离心沉淀物)做单因素试验，通过单因素试验初步确定3个变量的适宜范围，进行三因素三水平正交试验设计考察对粗多糖得率的影响，各因素的试验水平及编码列于表3，正交试验设计及其结果见表4，实验显示三个因素水平的影响大小为水料比＞温度＞时间，其中水料比(mL/g)为40：1，提取温度为90℃，提取时间为2.5h时，多糖得率最高为7.69％。

表3正交试验水平及编号

表4正交试验结果

Claims (9)

1.一种从生姜加工副产物中提取多糖和姜辣素的方法，其特征在于包括：收集生姜加工副产物生姜皮，生姜皮经预处理后超微粉碎制得生姜皮超微粉，经乙醇浸提、离心得到含姜辣素的醇提上清液和含多糖的离心沉淀物，醇提上清液经喷雾干燥得到姜辣素，离心沉淀物经过热水浸提、离心、浓缩、醇沉、冷冻干燥得到生姜皮粗多糖；

具体包括以下步骤：

(1)制备生姜皮超微粉：收集生姜加工副产物生姜皮，生姜皮经预处理后，经超微粉碎机粉碎，过80目筛，制得生姜皮超微粉；

(2)乙醇浸提：称取生姜皮超微粉，按1g超微粉加入10～20mL无水乙醇，在温度20～30℃下浸提2～3h，过滤、得乙醇提取液，乙醇提取液离心，得到醇提上清液和离心沉淀物；醇提上清液用0.45μm半透膜过滤，滤液经喷雾干燥得到姜辣素；

(3)热水浸提：向步骤(2)中得到的离心沉淀物中加入去离子水，在浸提温度70～90℃下水浴提取2～3h，得到水提液，水提液离心后再用0.45μm半透膜过滤得到水提上清液；水提上清液除去蛋白，离心得到多糖提取液；其中，所述的去离子水和离心沉淀物的用量比为20～40mL：1g；

(4)浓缩、醇沉、冷冻干燥：多糖提取液用0.45μm半透膜过滤，滤液在40～50℃下进行浓缩得到浓缩液，往浓缩液中加入无水乙醇进行沉淀，沉淀物在-40℃下冷冻干燥，得到生姜皮粗多糖。

2.根据权利要求1所述的从生姜加工副产物中提取多糖和姜辣素的方法，其特征在于步骤(1)中，所述的生姜皮的预处理为：生姜皮除杂、清洗，晾晒，55～65℃下鼓风烘干至恒重。

3.根据权利要求2所述的从生姜加工副产物中提取多糖和姜辣素的方法，其特征在于生姜皮在烘箱中60℃鼓风干燥。

4.根据权利要求1所述的从生姜加工副产物中提取多糖和姜辣素的方法，其特征在于步骤(2)中，所述的生姜皮超微粉和无水乙醇的用量比为1g：15mL；所述的乙醇提取温度为20～30℃，浸提时间为3h。

5.根据权利要求4所述的从生姜加工副产物中提取多糖和姜辣素的方法，其特征在于步骤(3)中，所述的去离子水和离心沉淀物的用量比40mL：1g；所述的浸提温度为80～90℃，浸提时间为2～2.5h。

6.根据权利要求5所述的从生姜加工副产物中提取多糖和姜辣素的方法，其特征在于步骤(3)中，所述的去离子水和离心沉淀物的用量比为40mL：1g；所述的热水浸提温度为90℃，浸提时间为2.5h。

7.根据权利要求1所述的从生姜加工副产物中提取多糖和姜辣素的方法，其特征在于步骤(2)中，所述的乙醇浸提液在转速5000r/min下离心30min，得到醇提上清液和离心沉淀物；

步骤(3)中，水提液在转速5000r/min下离心15min；除去蛋白后的水提上清液在转速5000r/min下离心15min，取上清液作为多糖提取液；

8.根据权利要求1所述的从生姜加工副产物中提取多糖和姜辣素的方法，其特征在于步骤(3)中，采用Sevag法除去水提上清液中的蛋白。

9.根据权利要求1所述的从生姜加工副产物中提取多糖和姜辣素的方法，其特征在于步骤(4)中，滤液在温度45℃下浓缩至滤液原体积的1/4，得到浓缩液，按照浓缩液和无水乙醇的体积比1：4往浓缩液中加入无水乙醇，4℃下沉淀12h后，在转速5000r/min下离心15min得到沉淀物。