CN112239399A - 一种6-姜烯酚含量高的姜辣素脉冲电场处理制备方法 - Google Patents

一种6-姜烯酚含量高的姜辣素脉冲电场处理制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种6‑姜烯酚含量高的姜辣素脉冲电场处理制备方法。该方法主要包括以下步骤：(1)将新鲜的黄姜清洗干净，切片，干燥姜片，通过粉碎机粉碎，过筛，得到干姜粉；(2)将干姜粉加入乙醇中，搅拌均匀，加酒石酸调pH得分散液；(3)将姜粉分散液泵入脉冲电场处理室，进行脉冲电场处理；(4)经处理的姜粉分散液进行三相分离取上清液，过膜除杂，得澄清滤液；对滤液进行真空减压浓缩，直至无乙醇旋出，即制备出6‑姜烯酚含量高的姜辣素浓缩物。本发明采用脉冲电场技术，在有机酸催化作用下，实现在低温条件下部分6‑姜酚快速转化为6‑姜烯酚，从而制备出6‑姜烯酚含量高的姜辣素，方法短时高效，操作简单，生产安全。

Description

一种6-姜烯酚含量高的姜辣素脉冲电场处理制备方法
技术领域
本发明涉及姜辣素，特别是涉及一种6-姜烯酚含量高的姜辣素制备方法，属于生物活性成分提取制备领域。
背景技术
生姜辛，微温，归肺脾胃经，具有发汗解表、温中止呕、温肺止咳、解毒等功效。《本草纲目》载其:“生用发散，熟用和中。生姜自古就被认为是一种药食兼用的资源，不仅可以作为调味料用于烹饪，是世界上最古老的香料之一，而且是传统的中药材料，具有药用“黄金”的美誉。生姜可用于多种疾病的预防与治疗，包括关节炎、感冒、心悸、咳嗽、头痛、高血压、消化不良，肌肉不适、恶心和风湿病等。
姜辣素是姜中的辣味成分，也是姜属植物中特有的成分，它是含有3-甲氧基-4-羟基苯基官能团的酚类化合物的统称。姜辣素的主要功效成分是6-姜酚、8-姜酚、10-姜酚和6-姜烯酚。其中6-姜烯酚含量较低，但具有更高的生物效能。由于α、β不饱和酮官能团的存在，6-姜烯酚可与微管蛋白中半胱氨酸残基的SH基团相互作用，导致微管损伤，从而抑制血管恶性肿瘤和实体瘤，6-姜酚无此功能。许多研究表明，与姜酚相比，6-姜烯酚在抗氧化性、抗炎活性、抗血小板凝聚、抗肌肉收缩、抑制癌症(包括直肠癌、卵巢癌、乳腺癌和胃癌等)具有更大的潜能。
现有的技术仅仅研究了通过超声波技术、微波技术、酶法提取、溶剂浸渍等方法制备姜辣素的粗提物，尚未有一种方法研究如何制备具有高含量6-烯酚的姜辣素。如中国发明专利201610455725.9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；该技术通过采用微波辅助萃取可大大降低提取时间，提高提取率。
中国发明专利申请201810250869.X公开了一种生姜中姜辣素的提取方法，该方法包括如下步骤：制取姜粉；纤维素酶溶解；95％乙醇索氏提取；冷却过滤；真空抽滤；浓缩干燥；获得姜辣素。该技术生姜姜辣素的提取方法通过采用95％乙醇索氏提取，并经过冷却过滤；浓缩干燥之后获得姜辣素。该技术使用纤维素酶溶解，再用95％乙醇索氏制备姜辣素，操作简单，提高了姜辣素的得率。
中国发明专利申请201910325173.3公开了一种利用超声波提取、层析柱纯化姜辣素的方法，包括如下步骤：取九蒸九晒干姜，加入质量分数为80％的乙醇，超声处理至少30min，得姜辣素浸膏，以柱层析的方式来分离姜辣素的有效成分，以石油醚-乙酸乙酯系统为流动相，采用梯度洗脱，石油醚-乙酸乙酯系统梯度为7:1、3:1、1:1(v/v)，采用减压旋蒸的方法回收流动相。该方法采用九蒸九晒干姜为原料，先采用超声处理获取姜辣素浸膏，再采用柱层析法提取姜辣素中的有效成分，所提取的干姜主要成分主要为6-姜酚，提高了姜辣素的纯度。
Semwal等人(Important nutraceutical principles fromginger.Phytochemistry，2015，117:554-568.)报道了6-姜烯酚的合成方法，利用6-姜酚在高温以及无机酸如盐酸、硫酸或甲苯磺酸条件下合成6-姜酚，这些无机酸容易引发设备腐蚀和环境污染，不利于工业生产。Min-Jung等人(Min-Jung Ko，Conversion of 6-gingerolto 6-shogaol in ginger(Zingiber officinale)pulp and peel during subcriticalwater extraction，Food Chemistry，Volume 270，2019，Pages149-155)研究了利用超临界技术将6-姜酚转化为6-姜烯酚，需要在高达130℃，处理25min才能实现6-姜酚转化成6-姜烯酚；Jing-bo等(Jing-bo Guo，Wen-jie Zhang，Hao Wu，Li-ming Du，Microwave-assisteddecomposition coupled with acidic food condiment as an efficient technologyfor ginger(Zingiber officinale Roscoe)processing，Separation and PurificationTechnology，Volume 146，2015，Pages 219-226)研究了利用微波技术在140℃、1000W条件下，处理10min促使6-姜酚转化为6-姜烯酚。这些技术都需要大量的能量消耗，并且需在高温条件下长时间操作不适合工业生产。
上述现有专利技术及研究存在如下问题：(1)利用高浓度的乙醇(多为80％及以上)进行高温长时间提取姜辣素，如索氏提取使用95％乙醇在接近100℃条件下提取5～6h，未考虑安全因素，在工业生产存在安全隐患；(2)姜辣素的纯化技术复杂，并且需要加入多种有机溶剂如乙醚、乙酸乙酯等，生产成本高；(3)现有关于姜辣素的提取制备技术方法都只是研究了怎么制备纯化姜辣素，却没有深入研究怎么制备出具有高生物效能、高附加值的姜辣素；(4)关于6-姜烯酚的合成研究都是在高温(超过100℃)、高能消耗下进行的，存在极大的安全隐患，生产要求高；(5)借助大量的无机酸催化6-姜烯酚的合成，无机酸极易腐蚀设备、污染环境，并且生产的产品不适合食品、化妆品等行业。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，弥补在制备具有高附加值的姜辣素的空缺，本发明的目的在于提供一种加工过程在较低温度(17～19℃)中进行，能量消耗少，处理时间短，生产安全环保，成本低，所制备的姜辣素的6-姜烯酚含量为传统方法的两倍及以上的利用脉冲电场技术协同酒石酸处理生产6-姜烯酚含量高的姜辣素的方法。
虽然在姜辣素制备领域已有超声波技术、微波技术、酶法提取、溶剂浸渍等方法，但都存在要一定的问题，尤其是姜辣素的6-姜烯酚含量和能耗方面不尽如意。本发明发现，采用脉冲电场技术(PEF)配合酒石酸处理姜粉确有非常好的效果，综合效果远超现有技术。可能是姜辣素中含量最高的成分是6-姜酚，在酸性条件下，氢质子攻击6-姜酚上C5的羟基，改变6-姜酚的极性，诱导电子转移；6-姜酚具有特殊的β-羟基酮结构，α-H(即C4-H)活泼易失去电子，被攻击的羟基产生较强吸电子效应促使C4的活泼氢上电子向连接着羟基的C5转移，C4与C5使形成π键，产生双键，发生脱水反应，6-姜酚转化成6-姜烯酚。这一过程酸溶剂提供氢质子，催化反应发生，但同时需要高温加上超声或微波等技术手段长时间处理才达到反应活化能，进而实现6-姜酚转化成6-姜烯酚。但在电场作用下带电粒子发生移动，在姜粉细胞组织上聚集，形成空间电压，随着电场强度的增加，姜粉细胞组织表面产生瞬时高压放电，形成电穿孔效应，出现空洞和挤压凹陷，增大了储藏姜辣素等活性成分的油胞的暴露，促使姜辣素等活性成分的流出，实现了姜辣素高效萃取。尤其是本发明使用脉冲电场技术(PEF)协同酒石酸处理，在高压脉冲电场作用下，分子运动与有效碰撞增多，降低反应活化能，促使反应发生；在活化分子碰撞中脉冲电场促进电子转移形成动态诱导效应，同时加上有机酸-酒石酸产生催化因子，极大加快反应速率，实现在较低温度下6-姜酚快速转化成6-姜烯酚(反应方程式见图1)，从而制备出6-姜烯酚含量高的姜辣素浓缩物。并且脉冲电场处理产生的自由基和活性氧分子也可以增强6-姜酚反应活性进一步推动6-姜烯酚的生成。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种6-姜烯酚含量高的姜辣素脉冲电场处理制备方法，包括如下步骤：
(1)制备干姜粉
挑选完整无损的新鲜黄姜，清洗干净，切片，干燥姜片，粉碎，过筛，得干姜粉；
(2)制备姜粉分散液
将步骤(1)制备的干姜粉加入乙醇，分别以g和ml为单位，控制料液比为1:20～1:10，搅拌混合均匀，得姜粉分散液；
(3)调酸
向步骤(2)中的分散液中滴酒石酸，调整pH 2～6，并充分搅拌，制得酸性姜酚分散液；
(4)脉冲电场处理
将步骤(3)制得的酸性姜粉分散液，通过泵输送至脉冲电场处理室进行脉冲电场处理处理；控制姜粉分散液温度为17～19℃；控制脉冲电场处理的的脉冲频率为500～1000Hz，脉冲电场强度为1.0～4.0kV/cm，脉冲宽度为5～20μs，脉冲处理时间为15～80min；
(5)三相分离
向步骤(4)得到的处理液中加入柠檬酸钠溶液，调整pH至4～6，再加入硫酸铵溶液，避光搅拌，离心，取上清液；
(6)过膜纯化
将步骤(5)中得到的上清液滤膜，除去大颗粒杂质，得到澄清滤液；
(7)制备6-姜烯酚含量高的姜辣素浓缩物
对步骤(6)的液进行真空浓缩，直至无乙醇旋出，得棕色浸膏状提取物，制得6-姜烯酚含量高的姜辣素，6-姜烯酚的含量为5～14mg/100g。
为进一步实现本发明目的，优选地，步骤(1)中，所述的新鲜黄姜为云南小黄姜；所述的切片的厚度为2～3mm。
优选地，步骤(1)中，所述的干燥是控制姜片的含水量为7％～10％；所述的过筛是过40～60目筛网。
优选地，步骤(2)中，所述的乙醇的浓度为40％～80wt％。
优选地，步骤(3)中，所述的酒石酸浓度为0.1～0.4M。
优选地，步骤(4)中，控制酸性姜粉分散液的流速为0.5～1.0t/h；控制姜粉分散液温度为17～19℃是通过双级循环冷凝装置控制，使得分散液温度低于酒精溶液的燃点，并且脉冲电场瞬时处理，处理液温度不变，保证工业生产安全。
优选地，步骤(5)中，所述的柠檬酸钠溶液的浓度为0.1～0.4M；所述的硫酸铵浓度为0.1～0.5g/ml。
优选地，步骤(5)中，所述的避光搅拌的转速为200～400rpm，时间为1～2h；所述的离心速度为2000～4000g，离心时间为10～20min。
优选地，步骤(6)中，所述的滤膜的尼龙有机膜的孔径为0.22μm；
优选地，步骤(7)中，所述的真空浓缩的温度为40～45℃，压强为0.08～0.10MPa，时间为30～40min。
本发明在酸性环境下，脉冲电场处理可能有以下三方面的作用机理：一、在电场作用下，脉冲电场产生动态诱导效应，促进电子转移，6-姜酚电负性发生改变，电子云偏向电负性大的发生偏移C5羟基端，同时也促进酒石酸电离出更多氢质子，进一步推动反应发生；二、电场处理促使分子运动，有效碰撞增多，降低反应活化能，产生大量活化分子，促进6-姜酚转化成6-姜烯酚；三、脉冲电场处理可以作用水使其电离出氢离子自由基和羟基自由基等，这些活性氧分子作用6-姜酚的β-羟基酮结构，导致6-姜酚酮式结构转变为烯醇式结构，6-姜酚反应活性增强，促进6-姜酚转化成6-姜烯酚。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明提供的制备6-姜烯酚含量高的姜辣素的方法，与传统常温溶剂法相比，姜辣素提取率提升了80.9％，6-姜烯酚含量提高了1.67倍；与仅使用脉冲电场辅助姜辣素提取相比，姜辣素的提取率基本不变，但6-姜烯酚含量增加了51.53％，可见脉冲电场技术的使用可以促进姜辣素的高效萃取，同时脉冲电场技术与酒石酸处理可以协同促进6-姜酚转化为6-姜烯酚。该方法弥补了制备具有高附加值姜辣素的研究空缺，采用脉冲电场技术以及酒石酸的催化作用，促进姜辣素的提取同时实现低温条件下部分6-姜酚快速转化为6-姜烯酚，从而制备出6-姜烯酚含量高的姜辣素，满足工业高效安全生产。
(2)本发明提供的制备6-姜烯酚含量高的姜辣素的方法，设计双极循环冷凝系统，严格控制温度，借助高压脉冲处理技术，实现了低温高效萃取，既抑制姜辣素高温氧化作用，又保证了工业生产的安全。
(3)本发明提供的制备6-姜烯酚含量高的姜辣素的方法，通过三相分离和滤膜纯化的简单操作，免去复杂高成本的纯化过程，除去大量杂质，提高了姜辣素纯度。
(4)本发明提供的制备6-姜烯酚含量高的姜辣素的方法，采用高压脉冲电场技术，短时高效，生产成本低，操作简单易行，利于工业生产。
(5)本发明提供的制备6-姜烯酚含量高的姜辣素的方法，制备出6-姜烯酚含量高的姜辣素浓缩物，其生物效价高，抗氧化抗炎活性更强，营养价值更高，这极大增加了姜辣素的附加值，可以将其添加到保健品、化妆品、药品等产品中，带来更多产品效益。
附图说明
图1为6-姜酚脱水转化为6-姜烯酚的化学方程式。
图2为本发明的脉冲电场处理系统的结构示意图。
图3为实施例1-4不同脉冲电场强度对6-姜烯酚浓度的影响情况图。
图4为传统常温溶剂浸提、高温溶剂法、超声提取法以及本发明实施例5处理方法对6-姜烯酚浓度的影响情况图。
图5为干姜粉未处理和经过实施例5处理制得的姜辣素的扫描电镜微观图。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图2所示，本发明的脉冲电场处理系统包括泵1、流量计2、循环冷凝装置3、温度计4、高压脉冲电场处理室5、示波器6、高压脉冲电场供电装置7。泵1、流量计2、循环冷凝装置3和高压脉冲电场处理室5依次通过管道连接；循环冷凝装置3和高压脉冲电场处理室5连接的管道上设有温度计4；高压脉冲电场处理室5分别与示波器6和高压脉冲电场供电装置7连接；高压脉冲电场处理室5出口端连接另一循环冷凝装置，另一循环冷凝装置通过管道分别与泵1和出口管连接；进口管一端与酸性的姜粉分散液连通，出口管道收集经过脉冲电场处理系统处理的酸性的姜粉分散液。
应用图2的脉冲电场处理系统处理过程如下：未处理的酸性的姜粉分散液由泵1导入管道，经过循环冷凝装置3降低温度到17～19℃；流量计2测定样品液流速，温度计4监控样品液温度；冷却后的未处理的酸性的姜粉分散液进入高压脉冲电场处理室5进行脉冲电场处理，其中示波器6显示电场强度、脉冲宽度等，高压脉冲电场供电装，7提供电源，被处理一次的样品液再次经过另一循环冷凝装置控制温度为17～19℃，并由泵1重新导入，循环处理，直至处理结束，经过脉冲电场处理系统处理的酸性的姜粉分散液最后由出口管道收集。
实施例1
挑选完整无损的黄姜，清洗干净，用切片机进行切片，姜片厚度为2～3mm，将姜片干燥，干姜片的含水量约为7％，通过粉碎机进行粉碎，过40目筛，得干姜粉；
取5g制备的冻干姜粉加入80％乙醇溶液，料液比(g/ml)为1：20，搅拌混合均匀，在滴加0.1M的酒石酸溶液，调整pH至4.0，制得酸性的姜粉分散液；
将制得酸性的姜粉分散液进入图2所示的脉冲电场处理系统处理，依次通过泵1、循环冷凝装置3输送至高压脉冲电场处理室5进行脉冲电场处理。通过流量计2将酸性的姜粉分散液的流速调整为1.0t/h，通过循环冷凝装置3将处理温度调整为18℃，高压脉冲电场处理室5设定脉冲频率为900Hz，脉冲电场强度为1kV/cm，脉冲宽度为10μs，脉冲处理时间30min，保证酸性的姜粉分散液在高压脉冲电场处理室5能稳定流动。
经处理的酸性的姜粉分散液加入0.2M的柠檬酸钠溶液，调整pH至5，再加入0.1g/ml的硫酸铵，以300rpm速度避光搅拌1h，然后离心(3500g)15min，取上清液。
得到的上清液通过0.22μm尼龙有机滤膜，除去大颗粒杂质，得到澄清滤液；对滤液进行真空减压浓缩，控制温度为40℃，压力0.09MPa，时间为35min，直至无乙醇旋出(旋出的乙醇可以回收利用)，得到棕色浸膏状提取物，即为姜辣素。通过分光光度计法计算姜辣素的提取率为4.87％，通过高效液相色谱测定6-姜烯酚的浓度为8.09mg/100g，数据如图3，实施例1对应第二个点(2，8.09)，图3为上述条件下，不同脉冲电场强度下所制备姜辣素的6-姜烯酚的含量。
实施例2
挑选完整无损的黄姜，清洗干净，用切片机进行切片，姜片厚度为2～3mm，将姜片进行干燥，干姜片的含水量约为8％左右，通过粉碎机进行粉碎，过50目筛，得干姜粉；取5g制备的冻干姜粉加入70％乙醇溶液，料液比(g/ml)为1：15，搅拌混合均匀，在滴加0.2M的酒石酸溶液，调整pH至5，制得酸性的姜粉分散液；
将制得酸性姜粉分散液进入图2所示的脉冲电场处理系统处理。依次通过泵1、循环冷凝装置3输送至高压脉冲电场处理室5接受脉冲电场处理。通过流量计2将酸性的姜粉分散液的流速调整为0.9t/h，通过循环冷凝装置3将处理温度调整为19℃，高压脉冲电场处理室5设定脉冲频率为800Hz，脉冲电场强度为2kV/cm，脉冲宽度为20μs，脉冲处理时间20min，保证酸性的姜粉分散液在高压脉冲电场处理室5能稳定流动。经处理的姜粉分散液加入0.3M的柠檬酸钠溶液，调整pH至4，再加入0.2g/ml的硫酸铵，以250rpm速度避光搅拌1h，然后离心(3000g)10min，取上清液。得到的上清液通过0.22μm尼龙有机滤膜，除去大颗粒杂质，得到澄清滤液；对滤液进行真空减压浓缩，温度为40℃，压力0.095MPa，时间为30min，直至无乙醇旋出(旋出的乙醇可以回收利用)，得到棕色浸膏状提取物，即为姜辣素。通过分光光度计法计算姜辣素的提取率为5.27％，通过高效液相色谱测定6-姜烯酚的浓度为10.59mg/100g。
实施例3
挑选完整无损的黄姜，清洗干净，用切片机进行切片，姜片厚度为2～3mm，将姜片干燥，干姜片的含水量约为9％左右，通过粉碎机进行粉碎，过50目筛，得干姜粉；取5g制备的冻干姜粉加入60％乙醇溶液，料液比(g/ml)为1：10，搅拌混合均匀，在滴加0.3M的酒石酸溶液，调整pH至3，制得酸性的姜粉分散液；
将制得酸性姜粉分散液进入图2所示的脉冲电场处理系统处理。依次通过泵1、循环冷凝装置3输送至高压脉冲电场处理室5接受脉冲电场处理。通过流量计2将酸性的姜粉分散液的流速调整为0.5t/h，通过循环冷凝装置3将处理温度调整为17℃，高压脉冲电场处理室5设定脉冲频率为500Hz，脉冲电场强度为3kV/cm，脉冲宽度为15μs，脉冲处理时间40min，保证酸性的姜粉分散液在高压脉冲电场处理室5能稳定流动。
经处理的姜粉分散液加入0.1M的柠檬酸钠溶液，调整pH至6，再加入0.4g/ml的硫酸铵，以400rpm速度避光搅拌2h，然后离心(3500g)20min，取上清液。得到的上清液通过0.22μm尼龙有机滤膜，除去大颗粒杂质，得到澄清滤液；对滤液进行真空减压浓缩，温度为40℃，压力0.08MPa，时间为40min，直至无乙醇旋出(旋出的乙醇可以回收利用)，得到棕色浸膏状提取物，即为姜辣素。通过分光光度计法计算姜辣素的提取率为5.44％，通过高效液相色谱测定6-姜烯酚的浓度为11.29mg/100g。
实施例4
挑选完整无损的黄姜，清洗干净，用切片机进行切片，姜片厚度为2～3mm，将姜片干燥，干姜片的含水量约为7％左右，通过粉碎机进行粉碎，过50目筛，得干姜粉；取5g制备的冻干姜粉加入40％乙醇溶液，料液比(g/ml)为1：20，搅拌混合均匀，在滴加0.2M的酒石酸溶液，调整pH至3，制得酸性的姜粉分散液；
将制得酸性姜粉分散液进入图2所示的脉冲电场处理系统处理。依次通过泵1、循环冷凝装置3输送至高压脉冲电场处理室5接受脉冲电场处理。通过流量计2将酸性的姜粉分散液的流速调整为0.7t/h，通过循环冷凝装置3将处理温度调整为18℃，高压脉冲电场处理室5设定脉冲频率为800Hz，脉冲电场强度为4kV/cm，脉冲宽度为5μs，脉冲处理时间30min，保证酸性的姜粉分散液在高压脉冲电场处理室5能稳定流动。
经处理的姜粉分散液加入0.2M的柠檬酸钠溶液，调整pH至6，再加入0.5g/ml的硫酸铵，以350rpm速度避光搅拌1h，然后离心(2000g)20min，取上清液。得到的上清液通过0.22μm尼龙有机滤膜，除去大颗粒杂质，得到澄清滤液；对滤液进行真空减压浓缩，温度为45℃，压力0.1MPa，时间为30min，直至无乙醇旋出(旋出的乙醇可以回收利用)，得到棕色浸膏状提取物，即为姜辣素。通过分光光度计法计算姜辣素的提取率为5.51％，通过高效液相色谱测定6-姜烯酚的浓度为11.87mg/100g。
实施例5
挑选完整无损的黄姜，清洗干净，用切片机进行切片，姜片厚度为2～3mm，将姜片薄铺于托盘进行干燥，干姜片的含水量约为7％，通过中药粉碎机进行粉碎，过60目筛，得干姜粉，姜粉结构电镜扫描图见图5处理前组；取5g制备的冻干姜粉加入80％乙醇溶液，料液比为(g/ml)1：20，搅拌混合均匀，在滴加0.2M的酒石酸溶液，调整pH至4，制得酸性的姜粉分散液；
将制得酸性姜粉分散液进入图2所示的脉冲电场处理系统处理。依次通过泵1、循环冷凝装置3输送至高压脉冲电场处理室5接受脉冲电场处理。通过流量计2将酸性的姜粉分散液的流速调整为0.8t/h，通过循环冷凝装置3将处理温度调整为18℃，高压脉冲电场处理室5设定脉冲频率为1000Hz，脉冲电场强度为3kV/cm，脉冲宽度为20μs，脉冲处理时间35min，保证酸性的姜粉分散液在高压脉冲电场处理室5能稳定流动。
经处理的姜粉分散液加入0.2M的柠檬酸钠溶液，调整pH至5，再加入0.1g/ml的硫酸铵，以300rpm速度避光搅拌1h，然后离心(4000g)10min，取上清液。得到的上清液通过0.22μm尼龙有机滤膜，除去大颗粒杂质，得到澄清滤液；对滤液进行真空减压浓缩，温度为40℃，压力0.095MPa，时间为35min，直至无乙醇旋出(旋出的乙醇可以回收利用)，得到棕色浸膏状提取物，即为姜辣素。通过分光光度计法计算姜辣素的提取率为5.59％，通过高效液相色谱测定6-姜烯酚的浓度为13.82mg/100g，数据可看图4，图4为不同处理方法对6-姜烯酚浓度的影响，该实施例为图上第四个条形柱对应的脉冲处理(3kV/cm)所对应数据。
处理后的姜粉结构电镜扫描图见图5处理后组。对比处理前后结构图，可以看出脉冲电场处理促进姜粉结构的崩塌，该姜粉结构的崩塌促使姜辣素的高效萃取。
比较例1
挑选完整无损的黄姜，清洗干净，用切片机进行切片，姜片厚度为2～3mm，将姜片进行干燥，干姜片的含水量约为8％，通过粉碎机进行粉碎，过40～60目筛，得干姜粉；取5g制备的冻干姜粉加入80％乙醇溶液，料液比为(g/ml)1：20，搅拌混合均匀，在滴加0.2M的酒石酸溶液，调整pH至4，制得酸性的姜粉分散液；
将制得酸性姜粉分散液进入图2所示的脉冲电场处理系统处理。依次通过泵1、循环冷凝装置3输送至高压脉冲电场处理室5接受脉冲电场处理。通过流量计2将酸性的姜粉分散液的流速调整为0.8t/h，通过循环冷凝装置3将处理温度调整为18℃，高压脉冲电场处理室5设定脉冲频率为1000Hz，脉冲电场强度为3kV/cm，脉冲宽度为20μs，脉冲处理时间35min，保证酸性的姜粉分散液在高压脉冲电场处理室5能稳定流动。
经处理的姜粉分散液加入0.2M的柠檬酸钠溶液，调整pH至5，再加入0.1g/ml的硫酸铵，以300rpm速度避光搅拌1h，然后离心(4000g)10min，取上清液。得到的上清液通过0.22μm尼龙有机滤膜，除去大颗粒杂质，得到澄清滤液；对滤液进行真空减压浓缩，温度为40℃，压力0.095MPa，时间为35min，直至无乙醇旋出(旋出的乙醇可以回收利用)，得到棕色浸膏状提取物，即为姜辣素。通过分光光度计法计算姜辣素的提取率为5.61％，通过高效液相色谱测定6-姜烯酚的浓度为9.12mg/100g。与实施例5中脉冲电场协同酒石酸处理制备姜辣素相比，姜辣素的提取率基本不变，但是6-姜烯酚的浓度下降51.53％(仅使用酒石酸处理可以参考比较例2，6-姜烯酚浓度为5.18mg/100g，效果更差)；由此可见在提高6-姜烯酚浓度方面，脉冲电场技术与酒石酸处理具有协同作用，共同促使6-姜酚转化为6-姜烯酚，并且其效果明显优于只使用脉冲电场技术的效果。
比较例2
一种传统常温溶剂法(王林，阎东海，陈建玉.姜提取技术及其研究进展[J].中国中医药信息杂志，2006(11):96-98.)制备姜辣素的方法，步骤如下：
挑选完整无损的黄姜，清洗干净，用切片机进行切片，姜片厚度为2～3mm，将姜片进行干燥，干姜片的含水量约为7％，通过粉碎机进行粉碎，过40～60目筛，得干姜粉；取5g制备的冻干姜粉加入80％乙醇溶液，料液比(g/ml)为1：20，搅拌混合均匀，在滴加0.2M的酒石酸溶液，调整pH至4，制得酸性的姜粉分散液；再将其置于恒温磁力搅拌器中，转速600rpm，温度设置为30℃，搅拌240min。经处理的姜粉分散液加入0.2M的柠檬酸钠溶液，调整pH至5，再加入0.1g/ml的硫酸铵，以300rpm速度避光搅拌1h，然后离心(4000g)10min，取上清液。得到的上清液通过0.22μm尼龙有机滤膜，除去大颗粒杂质，得到澄清滤液；对滤液进行真空减压浓缩，温度为40℃，压力0.095MPa，时间为35min，直至无乙醇旋出(旋出的乙醇可以回收利用)，得到棕色浸膏状提取物，即为姜辣素。通过分光光度计法计算姜辣素的提取率为3.09％，通过高效液相色谱测定6-姜烯酚的浓度为5.18mg/100g，数据可看图4，图4为不同处理方法对6-姜烯酚浓度的影响，该实施例为图上第一个条形柱对应的常温浸提(30℃)所对应数据。
比较例3
一种高温溶剂法(高子怡，皇甫阳鑫，闫慧云，王迎进，赵二劳.生姜中多酚提取方法研究现状[J].农业与技术，2017，37(03):11-12.)制备姜辣素的方法，步骤如下：
挑选完整无损的黄姜，清洗干净，用切片机进行切片，姜片厚度为2～3mm，将姜片进行干燥，干姜片的含水量约为7％，通过粉碎机进行粉碎，过40～60目筛，得干姜粉；取5g制备的冻干姜粉加入80％乙醇溶液，料液比(g/ml)为1：20，搅拌混合均匀，在滴加0.2M的酒石酸溶液，调整pH至4，制得酸性的姜粉分散液；再将其置于恒温磁力搅拌器中，转速600rpm，温度设置为60℃，搅拌240min。经处理的姜粉分散液加入0.2M的柠檬酸钠溶液，调整pH至5，再加入0.1g/ml的硫酸铵，以300rpm速度避光搅拌1h，然后离心(4000g)10min，取上清液。得到的上清液通过0.22μm尼龙有机滤膜，除去大颗粒杂质，得到澄清滤液；对滤液进行真空减压浓缩，温度为40℃，压力0.095MPa，时间为35min，直至无乙醇旋出(旋出的乙醇可以回收利用)，得到棕色浸膏状提取物，即为姜辣素。
通过分光光度计法计算姜辣素的提取率为3.81％，通过高效液相色谱测定6-姜烯酚的浓度为7.24mg/100g，数据可看图4，图4为不同处理方法对6-姜烯酚浓度的影响，该实施例为图上第二个条形柱对应的高温浸提(60℃)所对应数据。
比较例4
一种超声辅助姜辣素提取的方法(豁银强，汤尚文，于博，吴进菊.姜辣素的超声波辅助提取及其抗氧化活性研究[J].中国酿造，2013，32(11):68-71)，步骤如下：
挑选完整无损的黄姜，清洗干净，用切片机进行切片，姜片厚度为2～3mm，将姜片薄铺于托盘进行真空冷冻干燥，姜片的含水量约为7％左右，通过粉碎机进行粉碎，过40～60目筛，得冻干姜粉；取7.5g制备的冻干姜粉加入80％乙醇溶液，料液比(g/ml)为1：20，在滴加0.2M的酒石酸溶液，调整pH至4，制得酸性的姜粉分散液。将分散液置于超声提取仪中，参数设置：温度为60℃，功率为400W，超声30min。将经处理的姜粉分散液进行多级过滤直至得到澄清的滤液。经处理的姜粉分散液加入0.2M的柠檬酸钠溶液，调整pH至5，再加入0.1g/ml的硫酸铵，以300rpm速度避光搅拌1h，然后离心(4000g)10min，取上清液。得到的上清液通过0.22μm尼龙有机滤膜，除去大颗粒杂质，得到澄清滤液。对滤液进行真空减压浓缩，温度为40℃，压力0.095MPa，时间为35min，直至无乙醇旋出(旋出的乙醇可以收利用)，得到棕色浸膏状提取物，即为姜辣素。
根据姜辣素提取率计算公式得姜辣素得提取率为4.66％。通过高效液相色谱测定6-姜烯酚含量为7.34mg/100g，数据可看图4，图4为不同处理方法对6-姜烯酚浓度的影响(常温浸提(30℃)、高温浸提(60℃)、超声提取(60℃)方法、脉冲处理(3kV/cm)，该实施例为图上第三个条形柱对应的超声提取(60℃)所对应数据。
对比图4中常温浸提(30℃)、高温浸提(60℃)、超声提取(60℃)方法、脉冲处理(3kV/cm)所得到的姜辣素中6-姜烯酚浓度，脉冲电场技术与酒石酸协同制备姜辣素的6-姜酚浓度具有明显的优势，比常温浸提法提高了1.67倍，比高温浸提法提高了90.88％，比超声提取法提高了88.28％。这说明脉冲电场协同酒石酸处理可以高效制备出6-姜辣素含量高的姜辣素，效果显著优于其他常见方法。
将本发明的方法与现有技术姜辣素提取方法进行综合对比，现有技术姜辣素提取方法为了提高姜辣素的产量，一般需要延长提取时间如常温浸提需8h以上，同时提高提取温度(一般需在60℃及以上进行提取)，从能量消耗和生产安全角度考虑，本发明的脉冲电场处理技术在17～19℃处理时间小于1.5h的条件下进行了姜辣素提取，在时间上有非常显著的优势，这对生产工艺具有重大的影响；同时本发明的无需加热，能耗和设备要求上有显著的优势。
同时，本发明既可保证生产安全以及高产量的姜辣素，同时协同酒石酸处理技术实现6-姜酚转化6-姜烯酚，制备出6-姜烯酚含量高的姜辣素；6-姜烯酚含量高的姜辣素相比于普通的姜辣素，其生物效价高，抗氧化抗炎活性更强，营养价值更高，这极大增加了姜辣素的附加值，可以将其添加到保健品、化妆品、药品等产品中，带来更多产品效益。
本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，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。

Claims (10)

1.一种6-姜烯酚含量高的姜辣素脉冲电场处理制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)制备干姜粉
挑选完整无损的新鲜黄姜，清洗干净，切片，干燥姜片，粉碎，过筛，得干姜粉；
(2)制备姜粉分散液
将步骤(1)制备的干姜粉加入乙醇，分别以g和ml为单位，控制料液比为1:20～1:10，搅拌混合均匀，得姜粉分散液；
(3)调酸
向步骤(2)中的分散液中滴酒石酸，调整pH 2～6，并充分搅拌，制得酸性姜酚分散液；
(4)脉冲电场处理
将步骤(3)制得的酸性姜粉分散液，通过泵输送至脉冲电场处理室进行脉冲电场处理处理；控制姜粉分散液温度为17～19℃；控制脉冲电场处理的的脉冲频率为500～1000Hz，脉冲电场强度为1.0～4.0kV/cm，脉冲宽度为5～20μs，脉冲处理时间为15～80min；
(5)三相分离
向步骤(4)得到的处理液中加入柠檬酸钠溶液，调整pH至4～6，再加入硫酸铵溶液，避光搅拌，离心，取上清液；
(6)过膜纯化
将步骤(5)中得到的上清液滤膜，除去大颗粒杂质，得到澄清滤液；
(7)制备6-姜烯酚含量高的姜辣素浓缩物
对步骤(6)的液进行真空浓缩，直至无乙醇旋出，得棕色浸膏状提取物，制得6-姜烯酚含量高的姜辣素，6-姜烯酚的含量为5～14mg/100g。
2.根据权利要求1所述的6-姜烯酚含量高的姜辣素脉冲电场处理制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的新鲜黄姜为云南小黄姜；所述的切片的厚度为2～3mm。
3.根据权利要求1所述的根据权利要求1所述的6-姜烯酚含量高的姜辣素脉冲电场处理制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的干燥是控制姜片的含水量为7％～10％；所述的过筛是过40～60目筛网。
4.根据权利要求1所述的根据权利要求1所述的6-姜烯酚含量高的姜辣素脉冲电场处理制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的乙醇的浓度为40％～80wt％。
5.根据权利要求1所述的根据权利要求1所述的6-姜烯酚含量高的姜辣素脉冲电场处理制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的酒石酸浓度为0.1～0.4M。
6.根据权利要求1所述的根据权利要求1所述的6-姜烯酚含量高的姜辣素脉冲电场处理制备方法，其特征在于，步骤(3)中，控制酸性姜粉分散液的流速为0.5～1.0t/h；控制姜粉分散液温度为17～19℃是通过双级循环冷凝装置控制。
7.根据权利要求1所述的根据权利要求1所述的6-姜烯酚含量高的姜辣素脉冲电场处理制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述的柠檬酸钠溶液的浓度为0.1～0.4M；所述的硫酸铵浓度为0.1～0.5g/ml。
8.根据权利要求1所述的根据权利要求1所述的6-姜烯酚含量高的姜辣素脉冲电场处理制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述的避光搅拌的转速为200～400rpm，时间为1～2h；所述的离心速度为2000～4000g，离心时间为10～20min。
9.根据权利要求1所述的根据权利要求1所述的6-姜烯酚含量高的姜辣素脉冲电场处理制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述的滤膜的尼龙有机膜的孔径为0.22μm。
10.根据权利要求1所述的根据权利要求1所述的6-姜烯酚含量高的姜辣素脉冲电场处理制备方法，其特征在于，步骤(7)中，所述的真空浓缩的温度为40～45℃，压强为0.08～0.10MPa，时间为30～40min。
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