CN106083548B - 一种微波辅助萃取干姜姜辣素的方法 - Google Patents

一种微波辅助萃取干姜姜辣素的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微波辅助萃取干姜姜辣素的方法，包括以下步骤：1）取干姜样品，将干姜样品去杂清洗干净，然后切成2‑3mm的薄片，在55℃的温度条件下干燥至恒重，再粉碎至粒度50‑80目，得干姜粉末；2）往干姜粉末中加入料液比（g/ml）1:130‑170的质量浓度为50‑70%的乙醇，搅拌均匀进行微波辅助萃取，制得提取液；3）将提取液在真空度0.06‑0.08Mpa的条件下进行抽滤，得滤液；4）将滤液经减压浓缩至无乙醇，得深棕色浸膏状提取物姜辣素；本发明通过采用微波辅助萃取可大大降低提取时间，提高提取率，为生姜有效成分的深入开发奠定了重要的基础。

Description

一种微波辅助萃取干姜姜辣素的方法
技术领域
本发明属于提取制备技术领域，具体涉及一种微波辅助萃取干姜姜辣素的方法。
背景技术
生姜（Zingiber officinale Roscoe)是姜科姜属植物的新鲜根茎，一种药食两用植物，姜辣素是生姜呈辣味的主要物质，具有极强的抗氧化性，作为一种天然的抗氧化剂。查阅文献发现，目前对姜辣素提取研究较多，但同样的处理方法，生姜提取率也不尽相同。不同的地理位置和生长环境均对生姜姜辣素的含量有影响，故姜种的影响不可忽视。微波辅助萃取(Microwave-Assisted Extraction)是一种将微波和传统的溶剂提取法相结合形成的一种新型提取技术，应用范围越来越广泛。
姜既可调味，又能防病健身。据文献记载，姜可被用来预防多种疾病，如缓解关节疼痛、降血脂、降血压、预防心肌梗塞，治疗伤风感冒，防治胆囊炎和胆结石等。姜辣素是生姜中富含的天然活性成分之一，姜辣素不但具有特别芳香的姜辣风味，而且还具有驱风、发汗、治疗伤风感冒的作用。美国科学家研究表明：“天然元”姜辣素能促进血液循环、抗炎、镇痛，尤其对关节疼痛有明显改善作用。姜辣素对血管运动中枢及呼吸中枢有明显兴奋作用，还具有降血脂和抗动脉粥样硬化作用。姜辣素能抑制前列腺素的合成，从而相对减少胆汁中粘蛋白含量，保持胆汁中各种物质的均衡，发挥抑制胆结石的作用。现有技术中的姜辣素的提取通常采用传统浸提法或者酶法辅助提取，传统浸提法由于没有进行细胞破碎，因此细胞壁和细胞膜带来一定的提取阻力，酶法辅助提取存在酶成本高、酶作用条件不稳定等缺陷，两种提取方法都存在提取率低、提取时间长的问题，因此，急需一种改进的技术来解决现有技术中存在的上述问题。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种微波辅助萃取干姜姜辣素的方法。
所述的一种微波辅助萃取干姜姜辣素的方法，其特征在于包括以下步骤：
1）取干姜样品，将干姜样品去杂清洗干净，然后切成2-3mm的薄片，在55℃的温度条件下干燥至恒重，再粉碎至粒度50-80目，得干姜粉末；
2）往步骤1）制得的干姜粉末中加入料液比（g/ml）1:130-170的质量浓度为50-70%的乙醇，搅拌均匀进行微波辅助萃取，制得提取液；
3）将步骤2）制得的提取液在真空度0.06-0.08Mpa的条件下进行抽滤，得滤液；
4）将步骤3）制得的滤液经减压浓缩至无乙醇，得深棕色浸膏状提取物姜辣素；所述减压浓缩的条件为温度50-70℃，压力0.07-0.09Mpa，时间40-50min。
所述的一种微波辅助萃取干姜姜辣素的方法，其特征在于步骤2）中料液比（g/ml）为1:170。
所述的一种微波辅助萃取干姜姜辣素的方法，其特征在于步骤2）中，微波萃取条件为：微波功率200-400w，温度60℃，萃取时间为140-160s。
所述的一种微波辅助萃取干姜姜辣素的方法，其特征在于微波萃取条件为微波功率200w，温度50℃，萃取时间为150s。
所述的一种微波辅助萃取干姜姜辣素的方法，其特征在于步骤1）中所述的干姜样品为金秀辣姜样品。
本发明通过采用微波辅助萃取可大大降低提取时间，提取时间是酶法辅助时间的1/24，传统浸提法时间的1/36，同时，萃取温度低，萃取效率高于酶法辅助提取和传统浸提法。本发明微波辅助萃取方法解决了酶作用条件不稳定，酶成本高，以及传统浸提操作没有进行细胞破碎，细胞壁和细胞膜带来的提取阻力，体现了加热速度快、节能高效。本发明方法所获得的工艺参数为微波辅助萃取姜辣素的工业化提供了较重要的基础数据，进而也为生姜有效成分的深入开发奠定了重要的基础。
附图说明
图1为不同乙醇体积分数对姜辣素提取率的影响；
图2为不同微波功率对姜辣素提取率的影响；
图3为不同提取时间对姜辣素提取率的影响；
图4 为不同料液比对姜辣素提取率的影响。
具体实施方式
本发明下面结合实施例予以进一步详述。
金秀辣姜，广西柳州市来宾市种植户提供；无水乙醇 分析纯；香草醛 分析纯；天津福晨试剂厂提供。
752B紫外分光光度计由天津市普瑞斯仪器有限公司生产；AUY120电子分析天平为日本岛津公司生产；XH-MC-1型微波合成仪由北京祥鹄科技发展有限公司生产；RE-5298旋转蒸发仪由上海亚荣实验仪器厂生产。
实施例1
称取粉碎至60目的金秀辣姜生姜干粉1.0016g，加入170ml60%乙醇，搅拌均匀，温度控制在60℃，微波功率200w条件下，萃取150s，得到提取液，冷却，在0.06-0.08MPa的条件下进行真空抽滤，得到滤液；该滤液经减压浓缩至无乙醇，即得深棕色浸膏状提取物姜辣素；减压浓缩条件是指温度为60℃、压力为0.08MPa；时间40-50min。
以香草醛作对照标准，得标准曲线回归方程y=0.0673x+0.0056，利用紫外分光光度法测定经稀释2500倍后的浸膏中姜辣素的吸光度为0.675，代入提取率公式，计算得到姜辣素的提取率为4.973%。
，其中，2.003 为香草醛换算姜辣素的倍数；C：香草醛浓度，µg/ml；W：姜粉的质量，g。
实施例2
称取粉碎至60目的金秀辣姜生姜干粉1.0016g，加入150ml 60 %乙醇，搅拌均匀，温度控制在60℃，微波功率400w条件下萃取140s，得到提取液，冷却，在0.06-0.08MPa的条件下进行抽滤，得到滤液；该滤液经减压浓缩至无乙醇，即得深棕色浸膏状提取物姜辣素；所述减压浓缩条件是指温度为60℃、压力为0.08 MPa；时间40-50min。以香草醛作对照标准，利用紫外分光光度法测定经稀释2500倍后的浸膏中姜辣素的吸光度为0.646，代入提取率公式，计算得到姜辣素的提取率为4.757%。
实施例3
称取粉碎至60目的金秀辣姜生姜干粉1.0016g，加入130ml 60%乙醇，搅拌均匀，温度控制在60℃，微波功率300w条件下萃取160s，得到提取液，冷却，在0.06-0.08MPa的条件下进行抽滤，得到滤液；该滤液经减压浓缩至无乙醇，即得深棕色浸膏状提取物姜辣素；所述减压浓缩条件是指温度为60℃、压力为0.08 MPa；时间40-50min。以香草醛作对照标准，利用紫外分光光度法测定经稀释2500倍后的浸膏中姜辣素的吸光度为0.593，代入提取率公式，计算得到姜辣素的提取率为4.365%。
实施例4
称取粉碎至60目的金秀辣姜生姜干粉1.0016g，加入170ml 40%乙醇，搅拌均匀，温度控制在60℃，微波功率200w条件下，萃取150s，得到提取液，冷却，在0.06-0.08MPa的条件下进行真空抽滤，得到滤液；该滤液经减压浓缩至无乙醇，即得深棕色浸膏状提取物姜辣素；减压浓缩条件是指温度为60℃、压力为0.08MPa；时间40-50min。以香草醛作对照标准，利用紫外分光光度法测定经稀释2500倍后的浸膏中姜辣素的吸光度为0.567，代入提取率公式，计算得到姜辣素的提取率为4.170%。
实施例5
称取粉碎至60目的金秀辣姜生姜干粉1.0016g，加入170ml 80%乙醇，搅拌均匀，温度控制在60℃，微波功率200w条件下，萃取150s，得到提取液，冷却，在0.06-0.08MPa的条件下进行真空抽滤，得到滤液；该滤液经减压浓缩至无乙醇，即得深棕色浸膏状提取物姜辣素；减压浓缩条件是指温度为60℃、压力为0.08MPa；时间40-50min。以香草醛作对照标准，利用紫外分光光度法测定经稀释2500倍后的浸膏中姜辣素的吸光度为0.580，代入提取率公式，计算得到姜辣素的提取率为4.267%。
实施例6
称取粉碎至60目的金秀辣姜生姜干粉1.0016g，加入170ml 60%乙醇，搅拌均匀，温度控制在60℃，微波功率150w条件下，萃取150s，得到提取液，冷却，在0.06-0.08MPa的条件下进行真空抽滤，得到滤液；该滤液经减压浓缩至无乙醇，即得深棕色浸膏状提取物姜辣素；减压浓缩条件是指温度为60℃、压力为0.08MPa；时间40-50min。以香草醛作对照标准，利用紫外分光光度法测定经稀释2500倍后的浸膏中姜辣素的吸光度为0.572，代入提取率公式，计算得到姜辣素的提取率为4.208%。
实施例7
称取粉碎至60目的金秀辣姜生姜干粉1.0016g，加入170ml 60%乙醇，搅拌均匀，温度控制在60℃，微波功率450w条件下，萃取150s，得到提取液，冷却，在0.06-0.08MPa的条件下进行真空抽滤，得到滤液；该滤液经减压浓缩至无乙醇，即得深棕色浸膏状提取物姜辣素；减压浓缩条件是指温度为60℃、压力为0.08MPa；时间40-50min。以香草醛作对照标准，利用紫外分光光度法测定经稀释2500倍后的浸膏中姜辣素的吸光度为0.575，代入提取率公式，计算得到姜辣素的提取率为4.230%。
实施例8
称取粉碎至60目的金秀辣姜生姜干粉1.0016g，加入120ml 60%乙醇，搅拌均匀，温度控制在60℃，微波功率200w条件下，萃取150s，得到提取液，冷却，在0.06-0.08MPa的条件下进行真空抽滤，得到滤液；该滤液经减压浓缩至无乙醇，即得深棕色浸膏状提取物姜辣素；减压浓缩条件是指温度为60℃、压力为0.08MPa；时间40-50min。以香草醛作对照标准，利用紫外分光光度法测定经稀释2500倍后的浸膏中姜辣素的吸光度为0.573，代入提取率公式，计算得到姜辣素的提取率为4.215%。
实施例9
称取粉碎至60目的金秀辣姜生姜干粉1.0016g，加入180ml 60%乙醇，搅拌均匀，温度控制在60℃，微波功率200w条件下，萃取150s，得到提取液，冷却，在0.06-0.08MPa的条件下进行真空抽滤，得到滤液；该滤液经减压浓缩至无乙醇，即得深棕色浸膏状提取物姜辣素；减压浓缩条件是指温度为60℃、压力为0.08MPa；时间40-50min。以香草醛作对照标准，利用紫外分光光度法测定经稀释2500倍后的浸膏中姜辣素的吸光度为0.578，代入提取率公式，计算得到姜辣素的提取率为4.252%。
实施例10
称取粉碎至60目的金秀辣姜生姜干粉1.0016g，加入170ml 60%乙醇，搅拌均匀，温度控制在60℃，微波功率200w条件下，萃取100s，得到提取液，冷却，在0.06-0.08MPa的条件下进行真空抽滤，得到滤液；该滤液经减压浓缩至无乙醇，即得深棕色浸膏状提取物姜辣素；减压浓缩条件是指温度为60℃、压力为0.08MPa；时间40-50min。以香草醛作对照标准，利用紫外分光光度法测定经稀释2500倍后的浸膏中姜辣素的吸光度为0.571，代入提取率公式，计算得到姜辣素的提取率为4.200%。
实施例11
称取粉碎至60目的金秀辣姜生姜干粉1.0016g，加入170ml 60%乙醇，搅拌均匀，温度控制在60℃，微波功率200w条件下，萃取200s，得到提取液，冷却，在0.06-0.08MPa的条件下进行真空抽滤，得到滤液；该滤液经减压浓缩至无乙醇，即得深棕色浸膏状提取物姜辣素；减压浓缩条件是指温度为60℃、压力为0.08MPa；时间40-50min。以香草醛作对照标准，利用紫外分光光度法测定经稀释2500倍后的浸膏中姜辣素的吸光度为0.581，代入提取率公式，计算得到姜辣素的提取率为4.274%。
比较例1 ：酶辅助提取
准确称取粉碎至60目的金秀辣姜生姜干粉1.0016g，加入到100ml的锥形瓶中，再加入15mg纤维素酶，加入10 ml缓冲液调pH至5.0，50℃下酶解1.5h后置于70℃水浴5min灭酶活，取出冷却后加入60%乙醇150ml，60℃恒温水浴提取60min，冷却，在0.06-0.08MPa的条件下进行抽滤，得到滤液；该滤液经减压浓缩至无乙醇，即得深棕色浸膏状提取物姜辣素；所述减压浓缩条件是指温度为60℃、压力为0.08 MPa；时间40-50min。以香草醛作对照标准，利用紫外分光光度法测定经稀释2500倍后的浸膏中姜辣素的吸光度为0.554，代入提取率公式，计算得到姜辣素的提取率为4.074%。
比较例2：传统浸提法
准确称取粉碎至60目的金秀辣姜生姜干粉1.0016g，加入70%乙醇150ml，60℃提取90min，冷却，在0.06-0.08MPa的条件下进行抽滤，得到滤液；该滤液经减压浓缩至无乙醇，即得深棕色浸膏状提取物姜辣素；所述减压浓缩条件是指温度为60℃、压力为0.08MPa；时间40-50min。以香草醛作对照标准，利用紫外分光光度法测定经稀释2500倍后的浸膏中姜辣素的吸光度为0.522，代入提取率公式，计算得到姜辣素的提取率为3.836%。
从上述实施例1-实施例3、比较例1-比较例2的提取率结果可看出，采用本发明提取方法对金秀辣姜生姜干粉中姜辣素进行提取，其提取率均高于比较例1和比较例2的提取率。
由实施例1、实施例4和实施例5的提取率结果可知，乙醇体积分数偏离本发明范围，其提取率降低；由实施例1、实施例6和实施例7的提取结果可知，微波功率偏离本发明范围，其提取率降低；由实施例1、实施例8和实施例9的提取率结果可知，料液比偏离本发明范围，其提取率降低；由实施例1、实施例10和实施例11的提取率结果可知，微波提取时间偏离本发明，其提取率同样降低。
实验例
生姜干粉的制备：取金秀辣姜样品，洗净并切为2-3 mm的薄片，55℃干燥至恒重，经粉碎机粉碎，过80目筛，保存至棕色试剂瓶，备用。
标准曲线的制作：准确称取0.1000g香草醛，用无水乙醇定容至100ml，取上述液体5ml，用无水乙醇稀释至25ml配置成200μg/ml的香草醛标准溶液。分别吸取0.25、0.5、0.75、1.0、1.25、1.5ml于25ml容量瓶中，无水乙醇定容，摇匀，以无水乙醇为空白，在280nm处测吸光度，绘制标准曲线。
姜辣素提取单因素试验：在固定其他因素的条件下，选择乙醇浓度(50、60、70、80、90%)、料液比(1：110、1：130、1：150、1：170、1：190)、微波功率（100、200、300、400、500w）、提取时间(60、90、120、150、180s）为参考因素，各个因素各取5个水平，在280nm波长下用紫外分光光度计测定吸光度，并以提取率为评价标准研究各因素对提取的影响。
其中：2.003 为香草醛换算姜辣素的倍数；C：香草醛浓度，µg/ml；W：姜粉的质量，g）
正交试验：在上述单因素的实验基础上，对影响姜辣素提取的四个参数，即乙醇浓度、料液比、微波功率、提取时间为参考因素进行L9(34)正交试验设计。
提取乙醇体积分数的确定：由于提取物生姜具有药食性，选择乙醇作为提取剂，且姜辣素具有较大极性，不同浓度的乙醇对其提取率存在影响。由图1可知，乙醇体积分数在40 %-60%时，体积分数越高，金秀辣姜中姜辣素的提取率越高，而在60%以后提取率则呈现出明显下降的趋势。可能是乙醇浓度较低时，溶剂还不足以进入姜粉内部结构，无法溶解金秀辣姜有效成分，故随着乙醇体积分数提高时，提取率上升；当乙醇相对比例过大时又因极性较强反而又限制了姜辣素的有效溶解，故导致提取率下降，因此选择50%、60%、70%乙醇作为正交的因素水平。
微波功率的确定： 微波功率是影响提取效果的最主要因素之一，由于生姜细胞壁吸收微波能量，组织分子在微波电磁场作用下产生瞬时极化，产生键的振动、断裂和粒子之间的相互摩擦、碰撞，使维管束组织的内部急剧升温，并且能保持此温度直至其内部压力超过细胞壁膨胀的能力，致使细胞壁破裂，部分细胞壁内部和细胞之间的油脂得以释放出来。萃取时，如果微波功率过低，则微波振荡能较小，不足以产生破壁效应，导致萃取率较低。由图2可知，微波功率在100-300w时，随着微波功率的增大，姜辣素的提取率也随之升高，功率为300w时，提取率最高；超过300w后，微波功率越大，提取率越低，究其原因，细胞壁内部的油脂基本被提取出来，所以继续增加微波功率，对油脂的提取率影响不大，且由于微波功率过大，微波能过高导致姜辣素部分分解，故提取率反而下降。为了节能和提取率的最大化，因此选择200w、300w、400w作为正交的因素水平。
提取时间的确定：微波作用于物料时，微波所产生的电磁场，加速被萃取成分向界面扩散及热运动，缩短萃取组分由物料内部扩散到萃取剂中的时间，随着微波提取时间的延长，油脂提取效果会越好。由图3可知，随着提取时间的增加姜辣素的提取率明显上升，但在后期逐渐呈现平缓趋势。主要因为微波短时间内使物料升温迅速，可能引起乙醇的大量挥发，同时高温也会破坏姜辣素的部分结构，影响提取率。出于保护姜辣素结构和节约能源考虑，因此选择140s、150s、160s作为正交的因素水平。
提取料液比的确定：微波能在提取体系中的传递和吸收均需要提取剂，所以液固相比对于微波提取来说也是一个重要的影响因素。当提取剂较少，导致萃取体系的渗透压过高，对微波能的传递和吸收情况均不够，而且提取剂少还会带来提取物的浓度高，使得体系内物质传递的推动力小，因此提取效果较差。由图4所示，料液比在1:110-1:150时，随着料液比的增加，提取率上升，1:150 时姜辣素提取率最高；液固比继续增大，姜辣素的提取得率降低，处理量及能量吸收增大，也不利于油脂的分离及纯化。因此，选择1:130、1:150、1:170作为正交的因素水平。
正交试验最佳提取工艺条件的确定见表1和表2。
表1单因素水平表
表2正交实验结果
从表2可以看出，通过计算极差可知四个单因素对姜辣素提取率的影响顺序A＞B＞D＞C，即在本实验设定的梯度下乙醇体积分数影响最大，微波功率次之，料液比随其后，提取时间影响最低。采用微波辅助提取的方法提取姜辣素最佳工艺条件可确定为A2B1C2D3，即乙醇浓度60%、微波功率为200w、提取时间为150s、料液比1:170。

Claims (4)

1.一种微波辅助萃取干姜姜辣素的方法，其特征在于由以下步骤组成：
1）取干姜样品，将干姜样品去杂清洗干净，然后切成2-3mm的薄片，在55℃的温度条件下干燥至恒重，再粉碎至粒度50-80目，得干姜粉末；
2）往步骤1）制得的干姜粉末中加入料液比（g/ml）1:130-170的质量浓度为50-70%的乙醇，搅拌均匀进行微波辅助萃取，制得提取液；
所述微波萃取条件为：微波功率200-400w，温度40-60℃，萃取时间为140-160s；
3）将步骤2）制得的提取液在真空度0.06-0.08Mpa的条件下进行抽滤，得滤液；
4）将步骤3）制得的滤液经减压浓缩至无乙醇，得深棕色浸膏状提取物姜辣素；所述减压浓缩的条件为温度50-70℃，压力0.07-0.09Mpa，时间40-50min。
2.根据权利要求1所述的一种微波辅助萃取干姜姜辣素的方法，其特征在于步骤2）中料液比（g/ml）为1:170。
3.根据权利要求1所述的一种微波辅助萃取干姜姜辣素的方法，其特征在于微波萃取条件为微波功率200w，温度60℃，萃取时间为150s。
4.根据权利要求1所述的一种微波辅助萃取干姜姜辣素的方法，其特征在于步骤1）中所述的干姜样品为金秀辣姜样品。
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