CN111995509B

CN111995509B - 一种姜辣素的制备方法

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Publication number: CN111995509B
Application number: CN202010759830.8A
Authority: CN
Inventors: 李晓娟; 孟君; 李丹; 秦画置
Original assignee: Qianjin Pharmaceutical Co ltd
Current assignee: Qianjin Pharmaceutical Co ltd
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2023-04-14
Anticipated expiration: 2040-07-31
Also published as: CN111995509A

Abstract

本发明属于植物有效成分提取技术领域，具体涉及一种姜辣素的制备方法。该方法将生姜前处理后超微粉碎，加入复合酶酶解，灭活后经脉冲电场浸提、超临界二氧化碳萃取，得到姜辣素，各步骤及条件相结合，先用超微粉碎和复合酶酶解破坏细胞壁的胞间层，再结合脉冲电场破坏细胞膜，使组织液流出，有效成分被浸提出来，最后低温超临界二氧化碳萃取，除去杂质，纯化的同时，可以使姜辣素保持较高的活性，整个方法可以显著提高得率和含量，且使所得姜辣素活性和稳定性均保持较高水平。

Description

一种姜辣素的制备方法

技术领域

本发明属于植物有效成分提取技术领域。更具体地，涉及一种姜辣素的制备方法。

背景技术

生姜是姜科姜属植物的块根茎，在我国很早就作为一种药食兼用的资源。在营养方面，生姜含有蛋白质、多种维生素、胡萝卜素、钙、铁、磷等多种营养成分；在药理作用方面，生姜具有抗氧化、抗肿瘤、降血糖、调节神经系统、健胃止吐、抗血栓形成、抑菌防腐、消炎镇痛、利胆保肝等功效。生姜的化学组成复杂，约有100多种化学成分，主要分为挥发油、姜辣素和二苯基庚烷三大类。其中，姜辣素是生姜所具有的特殊辛辣味的主要呈味物质和功能性成分，包括姜酚、姜烯酚、姜酮、姜醇类物质，具有抗菌、抗氧化、驱虫和抗癌等活性，在食品、医药、化妆品和保健品等行业有广泛的应用。

目前利用姜来制取姜辣素的加工方法主要有水蒸气蒸馏法、溶剂浸提法、压榨法、超声波法、液体CO₂浸提法和超临界CO₂萃取法等。如中国专利申请CN107915613A公开了一种洗发水用生姜姜辣素的制备方法，该方法用超微粉碎和微波超声波辅助低共熔试剂萃取生姜中的姜辣素，但是单纯的超声波破壁未能充分提取生姜中的姜辣素，仍需要低共熔试剂萃取要重复2～3次，造成低共熔试剂残留；中国专利申请CN110878014A公开了一种姜辣素的快速提取方法，采用无水乙醇对干姜药材进行搅拌提取，再用氧化铝过滤柱除杂，但是简单的常温乙醇提取无法完全将干姜中的有效成分完全提取出来，所得姜辣素活性较低。其它如水煮法、水蒸气蒸馏等，需要加热至高温，容易破坏姜辣素的结构和活性，造成提取效率、产物活性显著降低。

因此，迫切需要提供一种操作简单，绿色环保的姜辣素提取方法，使所得姜辣素得率和含量，以及活性和稳定性均保持较高水平。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有姜辣素提取工艺得率有限、杂质残留较多、产物活性、稳定性较差等缺陷和不足，提供一种操作简单，绿色环保的姜辣素提取方法，使所得姜辣素得率和含量，以及活性和稳定性均保持较高水平。

本发明的目的是提供一种姜辣素的制备方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种姜辣素的制备方法，将生姜前处理后超微粉碎，加入复合酶酶解，灭活后经脉冲电场浸提、超临界二氧化碳萃取，分离得到姜辣素。

进一步地，具体包括以下步骤：

S1、超微粉碎：生姜挑选、去皮、切片、烘干，超微粉碎得生姜超微粉；

S2、复合酶酶解：将步骤S2所得生姜超微粉加入至缓冲液中，调整pH为4～6，加入由纤维素酶、果胶酶蒲塘淀粉酶按质量比1:(1～2):(1～2)组成的复合酶酶解，灭活、离心，得生姜渣和酶解液；

S3、脉冲电场浸提：将步骤S2所得生姜渣加入乙醇溶液中，脉冲电场振荡浸提，离心、分离，得上清姜辣素粗提液；

S4、超临界二氧化碳萃取：将步骤S3所得姜辣素粗提液和步骤S2所得酶解液置于超临界二氧化碳萃取釜中，设置压力为(20～50)MPa，温度为35～60℃进行萃取，收集萃取物，离心、分离，得姜辣素。

更进一步地，步骤S1中，所述生姜超微粉的粒径D50小于50μm。

进一步地，步骤S1中，所述超微粉碎的仪器功率为22～45kW/h，转速为20000～25000r/min，进料速度为0.5～3.0kg/h，压力为0.3～1.5MPa，处理3～5min。

进一步地，步骤S2中，所述酶解的温度为35～50℃。

更进一步地，步骤S2中，所述生姜超微粉与缓冲液的质量体积比为1:(1～5)g/L。

进一步地，步骤S2中，所述复合酶和缓冲液的质量体积比为(60～100)mg/L。

更进一步地，步骤S2中，所述缓冲溶液为柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液、柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液、乙酸-乙酸钠溶液或柠檬酸-氢氧化钠-盐酸溶液。

进一步地，步骤S2中，所述酶解的时间为(1～2)h。

更进一步地，步骤S3中，所述脉冲电场的场强(1～10)kv/cm，脉冲次数10～50次，脉冲宽度(100～1000)μs，脉冲频率(0.1～10)Hz。

更进一步地，步骤S3中，所述生姜渣和乙醇溶液的质量体积比为1:(15～30)g/ml。

进一步地，步骤S3中，所述浸提的时间为(1～2)h。

更进一步地，步骤S4中，所述二氧化碳的流量为(20～50)L/h。

进一步地，步骤S4中，所述超临界二氧化碳萃取的时间为90～150min。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用超微粉碎技术，使姜粉粒径D50控制在50μm以下，增加了姜粉的均一性和流动性，一方面使生姜细胞壁破坏程度达到最大，姜渣脉冲浸提的时间就相应的缩短，乙醇溶剂更容易进入姜细胞内部，提高有效成分的溶剂化程度和扩散程度，另一方面，增大了提取溶剂乙醇与姜粉的接触面积和提取通道，使有效成分快速扩散，可以显著提高提取效率。

(2)本发明选用果胶酶、纤维素酶、葡糖淀粉酶组成的复合酶酶进行酶解，果胶酶和纤维素酶破坏细胞壁的胞间层，去掉细胞的纤维素外壁，葡糖淀粉酶转化姜汁中的易引起浑浊的淀粉和蛋白质成分，得到游离的裸露原生质体，通透性提高，加快组织液的流出，从而提高生姜组织液的流出。

(3)本发明采用脉冲电场浸提，利用电穿孔效应，促使细胞膜破裂，细胞质流出，组织通透性增加，有效成分显著浸出，从而提高姜辣素的得率和含量。

(4)本发明采用超临界二氧化碳进行萃取纯化，可以在低温条件下将目标产物与姜挥发油成分、蛋白质，多糖等其他杂质分离，从而提高姜辣素的纯度，并且无溶剂残留，能够较好的保持姜辣素的色泽，保持姜辣素的生物活性，稳定性高。

附图说明

图1为本发明加辣素的制备方法的具体步骤流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例1一种姜辣素的制备方法

所述姜辣素制备方法包括以下步骤：

S1、超微粉碎：挑选色泽光鲜，表皮粗糙，无异味，无须根，无损伤，无黑心的优质生姜100g，冷水洗涤去皮，整齐地切成大约硬币厚的薄片，晾干后放置在40℃烘箱内7h烘干，在功率为22kW/h，转速为20000r/min，进料速度为0.5kg/h，压力为0.3MPa的超微粉碎仪中处理3min，得粒径D50小于50μm的生姜超微粉10g；

S2、复合酶酶解：将步骤S2所得10g生姜超微粉加入至10L柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液中，调整pH为4，加入由纤维素酶、果胶酶、葡糖淀粉酶按质量比1:1:2组成的复合酶，复合酶添加量为60mg/L，在35℃温度下酶解1h，75℃温度下灭活3min，3000r/min离心8min，得下层生姜渣和上层酶解液；

S3、脉冲电场浸提：将步骤S2所得生姜渣加入80％乙醇溶液中，使生姜渣和乙醇溶液的质量体积比为1:30g/ml，设置脉冲电场的场强1kv/cm，脉冲次数10次，脉冲宽度100μs，脉冲频率0.1Hz，脉冲电场振荡浸提1h，3000r/min离心6min，分离，得上清姜辣素粗提液；

S4、超临界二氧化碳萃取：将步骤S3所得姜辣素粗提液和步骤S2所得酶解液置于超临界二氧化碳萃取釜中，设置压力为20MPa，温度为35℃，二氧化碳的流量为20L/h进行萃取，萃取时间为90min，收集萃取物，3000r/min离心6min，分离，得姜辣素。

实施例2一种姜辣素的制备方法

所述姜辣素制备方法包括以下步骤：

S1、超微粉碎：挑选色泽光鲜，表皮粗糙，无异味，无须根，无损伤，无黑心的优质生姜105g，冷水洗涤去皮，整齐地切成大约硬币厚的薄片，晾干后放置在45℃烘箱内8h烘干，在功率为33kW/h，转速为22000r/min，进料速度为0.5kg/h，压力为0.3MPa的超微粉碎仪中处理3min，得粒径D50小于30μm的生姜超微粉10g；

S2、复合酶酶解：将步骤S2所得10g生姜超微粉加入至30L柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液中，调整pH为5，加入由纤维素酶、果胶酶、葡糖淀粉酶按质量比1:1.5:1.5组成的复合酶，复合酶添加量为80mg/L，在40℃温度下酶解1.5h，80℃温度下灭活3min，5000r/min离心6min，得下层生姜渣和上层酶解液；

S3、脉冲电场浸提：将步骤S2所得生姜渣加入80％乙醇溶液中，使生姜渣和乙醇溶液的质量体积比为1:20g/ml，设置脉冲电场的场强5kv/cm，脉冲次数30次，脉冲宽度500μs，脉冲频率5Hz，脉冲电场振荡浸提1.5h，5500r/min离心10min，分离，得上清姜辣素粗提液；

S4、超临界二氧化碳萃取：将步骤S3所得姜辣素粗提液和步骤S2所得酶解液置于超临界二氧化碳萃取釜中，设置压力为35MPa，温度为45℃，二氧化碳的流量为35L/h进行萃取，萃取时间为120min，收集萃取物，5500r/min离心10min，分离，得姜辣素。

实施例3一种姜辣素的制备方法

所述姜辣素制备方法包括以下步骤：

S1、超微粉碎：挑选色泽光鲜，表皮粗糙，无异味，无须根，无损伤，无黑心的优质生姜110g，冷水洗涤去皮，整齐地切成大约硬币厚的薄片，晾干后放置在50℃烘箱内9h烘干，在功率为45kW/h，转速为25000r/min，进料速度为3.0kg/h，压力为1.5MPa的超微粉碎仪中处理5min，得粒径D50小于15μm的生姜超微粉10g；

S2、复合酶酶解：将步骤S2所得10g生姜超微粉加入至50L柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液中，调整pH为6，加入由纤维素酶、果胶酶、葡糖淀粉酶按质量比1:2:2组成的复合酶，复合酶添加量为100mg/L，在50℃温度下酶解2h，90℃温度下灭活6min，8000r/min离心5min，得下层生姜渣和上层酶解液；

S3、脉冲电场浸提：将步骤S2所得生姜渣加入80％乙醇溶液中，使生姜渣和乙醇溶液的质量体积比为1:15g/ml，设置脉冲电场的场强10kv/cm，脉冲次数50次，脉冲宽度1000μs，脉冲频率10Hz，脉冲电场振荡浸提2h，8000r/min离心6min，分离，得上清姜辣素粗提液；

S4、超临界二氧化碳萃取：将步骤S3所得姜辣素粗提液和步骤S2所得酶解液置于超临界二氧化碳萃取釜中，设置压力为50MPa，温度为60℃，二氧化碳的流量为50L/h进行萃取，萃取时间为150min，收集萃取物，8000r/min离心6min，分离，得姜辣素。

对比例1一种姜辣素的制备方法

与实施例2不同之处在于，对比例1的生姜超微粉采用普通粉碎的方法制得，粒径D50大于60μm，其余操作及参数参考实施例2，得姜辣素。

对比例2一种姜辣素的制备方法

与实施例2不同之处在于，对比例2不进行酶解，直接将步骤S1所得生姜超微粉进行脉冲电场振荡浸提，其余操作及参数参考实施例2，得姜辣素。

对比例3一种姜辣素的制备方法

与实施例2不同之处在于，对比例3不添加脉冲电场，直接将步骤S2所得生姜渣加入80％乙醇溶液中，浸提1.5h，其余操作及参数参考实施例2，得姜辣素。

对比例4一种姜辣素的制备方法

与实施例2不同之处在于，对比例4不进行超临界二氧化碳萃取，步骤S3所得姜辣素粗提液即为姜辣素，其余操作及参数参考实施例2，得姜辣素。

实验例1姜辣素的浓度和得率测定

姜辣素的含量测定方法：紫外分光光度法。

其中，姜辣素的含量采用紫外分光光度法进行测定，具体步骤包括：

标准曲线的制作：精密量取20μg/ml香草醛无水乙醇溶液各1ml、2ml、3ml、4ml、5ml、6ml、7ml分别置于10ml容量瓶中用无水乙醇定容至刻度，以无水乙醇为对照组，在最大吸收波长处测定吸光度值，绘制标准曲线(绘制标准曲线，以标准液浓度为横坐标，以吸光度为纵坐标)，并计算对应标准方程。

吸光度A与浓度C的线性回归方程为A＝0.0541C+0.012，相关指数R²为0.9996。

姜辣素含量的测定：精密量取待测样品5ml于10ml容量瓶中，用80％乙醇稀释、定容至刻度，以80％无水乙醇为空白，在波长280nm处测其吸光度值，根据香草醛标准曲线计算相应的浓度(以香草醛计)。

根据上述标准曲线求得对应吸光度下对应香草醛的含量乘以系列2.003即得姜辣素含量除以相对密度即得体积含量。

表1个实施例和对比例姜辣素浓度及得率

由表1可见，本发明实施例1～3制备的姜辣素浓度和得率均较高，外观性状也呈深黄色，晶莹透亮；而对比例1～4改变了制备步骤后姜辣素浓度和得率显著降低。

实验例2姜辣素抑菌活性测定

1、实验材料：实施例1～3和对比例1～4制备的姜辣素制成的不同浓度姜辣素溶液；大肠杆菌(A)、枯草芽孢杆菌(B)、恶臭假单孢菌(C)、产气肠杆菌(D)、金黄色葡萄球菌(E)、沙门氏菌(F)、痢疾杆菌(G)。

2、实验方法：琼脂－孔洞扩散法

2.1制备菌悬液

将试剂细菌接种于LB斜面培养基上，放于37℃恒温培养箱中活化12h，加入10ml无菌水中振荡5min，使菌液的细胞数为10⁶～10⁷个/L。

2.2制备样品溶液

取实施例和对比例制备的姜辣素溶液，用二甲基甲酰胺(DMF)作溶剂，采用2倍连续稀释法配制成不同浓度的样品溶液，测定对不同细菌的抑菌圈大小

3、实验结果：参见表2。

表2姜辣素抑菌活性测定结果

注；“-”表示没有抑菌活性，抑菌圈直径＞15mm为高度敏感，10～15mm为中度敏感，7～9mm为低度敏感，没有抑菌圈为不敏感。

由表2可见，本申请实施例1～3制备的姜辣素对细菌有显著的抑制作用，生物活性高。本申请实施例1～3制备的姜辣素连续稀释6倍，即浓度大于3.63ug/ml时，姜辣素抑菌活性依然高度敏感，对比例1～4制备的姜辣素只能连续稀释4倍，姜辣素抑菌活性高度敏感，即实施例制备的姜辣素抑菌活性高。

实验例3姜辣素稳定性测定

参考实验例1、2的方法，对实施例1～3和对比例1～4制备的姜辣素进行稳定性考察，将制备得到的姜辣素常温放置30、60、120、180、240、360天后对其含量、抑菌活性、外观性状等进行测定。其中，抑菌活性仅对实施例2和对比例3制备的姜辣素进行考察，实施例2稀释6倍，对比例3稀释4倍，以4μg/ml甲基甲酰胺为空白对照组。

表3姜辣素浓度及外观性状稳定性

由表3可见，本发明实施例1～3制备的姜辣素放置了360天后浓度没有明显的变化，外观性状也能保持深黄色，晶莹透亮；而对比例姜辣素浓度逐渐降低，下降了3～4％，对比例2、4在放置180天后外观性状也逐渐变浑浊，不透亮。

表4姜辣素抑菌活性稳定性

注：空白对照组至360d均没有抑菌活性；抑菌圈直径＞15mm为高度敏感，10～15mm为中度敏感，7～9mm为低度敏感，没有抑菌圈为不敏感。

由表4可见，稳定性考察期间，实施例制备的姜辣素在360d后对7种细菌抑菌圈均大于15mm，均达到高度敏感抑菌效果，稳定性好，抑菌效果持久；而对比例的姜辣素放置360天后对7种细菌的抑菌圈均显著减小，抑菌效果降低。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种姜辣素的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S2、复合酶酶解：将步骤S2所得生姜超微粉加入至缓冲液中，调整pH为4～6，加入由纤维素酶、果胶酶、葡糖淀粉酶按质量比1:(1～2):(1～2)组成的复合酶酶解，灭活、离心，得生姜渣和酶解液；

S4、超临界二氧化碳萃取：将步骤S3所得姜辣素粗提液和步骤S2所得酶解液置于超临界二氧化碳萃取釜中，设置压力为(20～50)MPa，温度为35～60℃进行萃取，收集萃取物，离心、分离，得姜辣素；

步骤S1中，所述生姜超微粉的粒径D50小于50μm；

步骤S3中，所述脉冲电场的场强(1～10)kv/cm，脉冲次数10～50次，脉冲宽度(100～1000)μs，脉冲频率(0.1～10)Hz。

2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述酶解的温度为35～50℃。

3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述生姜超微粉与缓冲液的重量体积比为1:(1～5)g/L。

4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述复合酶和缓冲液的质量体积比为(60～100)mg/L。

5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述酶解的时间为(1～2)h。

6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述生姜渣和乙醇溶液的质量体积比为1:(15～30)g/ml。

7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述二氧化碳的流量为(20～50)L/h。