生姜中总黄酮的提取工艺及稳定性研究

吴 玲

(吉林工程职业学院，吉林 四平 136001)

生姜中总黄酮的提取工艺及稳定性研究

吴 玲

(吉林工程职业学院，吉林 四平 136001)

文章以生姜为原料，对其总黄酮的提取工艺及稳定性进行了研究。采用正交试验设计考察粉碎粒度、乙醇浓度、液料比和提取温度对生姜总黄酮提取工艺的影响，并对生姜总黄酮的稳定性进行初步研究。结果表明：生姜粉碎粒度为60目、乙醇浓度为70%、液料比为15∶1、提取温度为70 ℃，在此条件下生姜中总黄酮的提取率达到1.52%；提取的生姜总黄酮溶液在避光和80 ℃以下的条件下稳定性良好，而光照和温度超过80 ℃则出现少量降解。该研究为生姜的深入开发提供一定的思路和理论依据。

生姜；总黄酮；提取工艺；稳定性

生姜，别名百辣云，是姜科多年生草本植物姜的新鲜根茎，在我国多个省份广泛种植[1,2]，是一种典型的食药两用植物。作为一种古老而著名的香辛调味品，生姜广泛用于食物烹饪和食品加工中，深受我国广大人民的喜欢；在药理临床方面，生姜是一种传统的中药材，其性味辛温，具有散寒解表、温中止呕、化痰止咳、回阳通脉等功效[3]，常用于治疗风寒感冒、胃寒呕吐、寒痰咳嗽。生姜营养丰富，含有挥发油类、姜辣素、黄酮类、甾体皂苷类等200余种化学成分物质[4]。其中，黄酮类化合物作为生姜的主要活性物质，具有抗氧化、抗癌、抗炎、抑菌、降血脂、提高免疫力等多种作用[5，6]。针对这些生物活性功能，可以开发生姜在食品添加剂、药品、化妆品、保健食品等领域的应用[7]。近年来，对生姜进行二次开发和综合利用成为国内外的研究热点。

目前，生姜中总黄酮的提取方法较多，如超声波提取法、有机溶剂提取法、微波提取法等[8]。其中，有机溶剂提取法由于提取成本较低、收率较高，现已在工业生产中广泛使用[9,10]。为得到较多的生姜总黄酮，本研究选用乙醇作为提取溶剂，对提取工艺进行优化，并对生姜总黄酮在光、热条件下的稳定性进行考察，以期为生姜的工业开发提供一定的思路与理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

生姜：市售，洗净后切片于70 ℃下烘干，粉碎后过筛备用；芦丁标准品：酷尔化学科技(北京)有限公司；无水乙醇：江苏强盛功能化学股份有限公司；亚硝酸钠：焦作市维联精细化工有限公司；九水合硝酸铝：广东翁江化学试剂有限公司；氢氧化钠：无锡市亚泰联合化工有限公司。

1.2 仪器

DHG-9145A电热鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司；752N紫外分光光度计 上海仪电分析仪器有限公司；家用小型粉碎机 永康市展帆工贸有限公司；电子天平 上海方瑞仪器有限公司； RE-52AA旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂。

1.3 实验方法

1.3.1 标准曲线的制备

以芦丁为标准品，采用比色法测定[11]。称取烘干至恒重的芦丁标准品配成0.2 mg/mL的对照溶液。准确量取芦丁溶液0，0.4，0.8，1.2，1.6，2.0 mL，各加60%乙醇至5 mL，依次加入显色剂，以相应试剂为空白，于510 nm处检测吸光度，以芦丁浓度(C)为横坐标，吸光度(A)为纵坐标，绘制标准曲线，A=8.3571×C-0.0431，R2=0.9985。

1.3.2 生姜总黄酮的测定

精密吸取一定量供试品溶液于10 mL容量瓶中，按1.3.1方法测定吸光度，计算总黄酮含量。生姜中总黄酮提取率按下式计算：

总黄酮提取率=(提取的总质量/生姜粉末质量)×100%。

1.3.3 生姜总黄酮的提取

精确称取不同粉碎粒度的生姜干燥粉末10.00 g，按一定液料比加入一定浓度的乙醇溶剂，在一定温度下回流提取2 h，将提取液冷却后过滤，滤渣再提取1次，合并滤液浓缩至30～40 mL，转移至100 mL容量瓶中，用60%乙醇定容至刻度，摇匀后取1 mL提取液按照1.3.2中方法对总黄酮含量进行测定。

1.3.4 生姜总黄酮稳定性的研究

采用正交试验确定的最佳条件进行总黄酮的提取浓缩，冷却过滤后配制成30 mg/mL水溶液，分别考察光照(阳光直射、避光)、温度对生姜总黄酮稳定性的影响。总黄酮降解率按下式计算：

总黄酮降解率=(初始浓度-检测浓度)/初始浓度×100%。

2 结果与讨论

2.1 单因素试验

2.1.1 粉碎粒度对生姜总黄酮提取率的影响

按1.3.3所述的方法，分别称取20，40，60，80，100目的生姜干燥粉末，按液料比(mL/g)20∶1加入70%乙醇溶液，60 ℃回流提取，考察粉碎粒度在生姜总黄酮提取过程中的影响，结果见图1。

图1 粉碎粒度对总黄酮提取率的影响Fig.1 Influence of particle size on the extraction rate of flavonoids

由图1可知，随着粉碎粒度的增加，总黄酮提取率逐渐升高，当粉碎粒度为60目时，总黄酮提取率达到最高，随后总黄酮提取率出现下降。这是由于粉碎粒度较小时，生姜细胞破碎过多，总黄酮损失较多，造成生姜总黄酮提取率降低；当粉碎粒度过大时，生姜粉末与乙醇溶液的接触表面积较小，总黄酮不能充分萃取出来。因此，本试验选择粉碎粒度60目为宜。

2.1.2 乙醇浓度对生姜总黄酮提取率的影响

按1.3.3所述的方法，称取60目的生姜干燥粉末，按液料比(mL/g)20∶1分别加入50%，60%，70%，80%，90%乙醇溶液，60 ℃回流提取，考察乙醇浓度的影响，结果见图2。

图2 乙醇浓度对总黄酮提取率的影响Fig.2 Influence of ethanol concentration on the extraction rate of flavonoids

由图2可知，总黄酮提取率随乙醇浓度递增呈现先增后减的趋势，乙醇浓度为70%时，总黄酮的提取率最高，达到1.32%。这是因为随着乙醇体积分数增大，黄酮类化合物和乙醇之间由于“相似相溶”而不断溶出，但是高浓度乙醇易使胞内蛋白发生凝聚，增加黄酮类化合物扩散阻力，从而导致总黄酮的提取率下降[12]。因此，选择乙醇浓度70%较佳。

2.1.3 液料比对生姜总黄酮提取率的影响

按1.3.3所述的方法，称取60目的生姜干燥粉末，分别以液料比(mL/g)10∶1，15∶1，20∶1，25∶1，30∶1加入70%乙醇，60℃回流提取，考察液料比的影响，结果见图3。

图3 液料比对总黄酮提取率的影响Fig.3 Influence of liquid-solid ratio on the extraction rate of flavonoids

由图3可知，随着液料比的增加，总黄酮提取率呈现先快速上升后缓慢下降的趋势，当液料比达到20∶1时，总黄酮提取率达到最大，为1.38%。这是因为随着液料比增大，传质推动力不断增大，提取率增加，当液料比过高时容易造成溶剂浪费并提高后续处理工作量。因此，选择液料比20∶1较为合适。

2.1.4 提取温度对生姜总黄酮提取率的影响

按1.3.3所述的方法，称取60目的生姜干燥粉末，以液料比(mL/g)20∶1加入70%乙醇，分别在40，50，60，70，80，90 ℃下回流提取，考察提取温度的影响，结果见图4。

图4 提取温度对总黄酮提取率的影响Fig.4 Influence of extraction temperature on the extraction rate of flavonoids

由图4可知，提取温度40～70 ℃时，总黄酮提取率快速增加，70 ℃时提取率达到1.42%，之后随着温度升高，总黄酮提取率开始下降。这是因为温度升高，有利于传质过程的进行，但是温度过高会造成黄酮类化合物的降解[13]，因此，选择提取温度70 ℃较为适宜。

2.2 正交试验设计

本研究根据2.1中单因素试验结果，对粉碎粒度、乙醇浓度、液料比、提取温度4个因素采用正交试验设计，以寻求最佳的生姜总黄酮提取工艺，试验设计因素水平表见表1。

表1 正交试验设计与结果Table 1 The design and results of orthogonal experiment

由根据表1极差R值大小可知：在试验考察的范围内，各因素对生姜总黄酮提取影响的主次顺序为B>D>A>C，即乙醇浓度>提取时间>粉碎粒度>液料比。根据K值可以得出生姜总黄酮最佳提取搭配为A2B2C1D2，即粉碎粒度为60目、乙醇浓度为70%、液料比为15∶1、提取温度为70 ℃。在此条件下，进行3批工艺验证，生姜总黄酮的提取率达到1.52%。

对所得正交试验结果进行方差分析，见表2。

表2 方差分析表Table 2 Variance analysis table

因素B，D的F比均大于F临界值，说明因素B，D对生姜总黄酮提取工艺影响显著，即乙醇浓度和提取温度是生姜总黄酮提取工艺中的关键参数。

2.3 生姜总黄酮稳定性试验

2.3.1 光照对生姜总黄酮稳定性的影响

分别将10 mL生姜总黄酮溶液在自然光下和避光条件下放置，每隔1 天 测定其含量，结果见图5。

图5 光照对生姜中黄酮稳定性的影响Fig.5 Effects of light on the stability of flavonoids in ginger

由图5可知生姜提取液在自然光和避光下放置2天，其降解率分别为2.1%，1.32%；放置4 天，其生姜总黄酮降解率分别为 5.70%，2.66%。可见自然光对生姜总黄酮溶液有一些降解，而避光条件下生姜总黄酮稳定性良好 。

2.3.2 热对生姜总黄酮稳定性的影响

分别将10 mL生姜总黄酮溶液置于40，50，60，70，80，90 ℃等不同的温度的恒温水浴中保温30 min，测定其含量，结果见图6。

图6 热对生姜中黄酮稳定性的影响Fig.6 Effects of heat on the stability of flavonoids in ginger

由图6可知，在40～80 ℃条件下，热对生姜黄酮的稳定性影响不大，80 ℃时生姜总黄酮的降解率为2.01%；90 ℃时生姜总黄酮的降解率达到7.69%。可见，80 ℃以下生姜总黄酮溶液对热比较稳定。

3 结论

生姜既是调味佳品，又是宝贵的中药材。为了充分利用生姜植物资源，提高其经济效应，国内掀起了生姜开发热潮。本研究采用正交试验设计对生姜中总黄酮的提取工艺进行了优化，并对其稳定性进行了初步研究，得到了生姜总黄酮的最佳提取条件：粉碎粒度60目、乙醇浓度70%、液料比15∶1、提取温度70 ℃，此条件下生姜总黄酮提取率达到1.52%。在考察生姜总黄酮稳定性的研究过程中，发现避光条件及80 ℃以下，生姜总黄酮稳定性良好，而光照和80 ℃以上，生姜总黄酮稳定性较差，因此，在食品行业中为延长生姜黄酮的保存期限，应该尽量在避光、低温的条件下进行保存储藏。

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StudyonExtractionTechnologyandStabilityofFlavonoidsfromGinger

WU Ling

(Jilin Engineering Vocational College, Siping 136001,China)

In this study, the extraction process and stability of flavonoids from ginger are studied.The effects of crushing particle size, ethanol concentration, ratio of liquid-material and extraction temperature on the extraction process of flavonoids are studied by orthogonal test. The stability of flavonoids is also studied. The results show that the optimum extraction conditions are as follows: the particle size is 60 mesh, the ethanol concentration is 70%, the ratio of liquid-material is 15∶1, and the extraction temperature is 70 ℃. Under these conditions, the extraction rate of flavonoids from ginger is 1.52%. The flavonoids have good stability under the conditions of avoiding illumination and below 80 ℃, while there's a small amount of degradation under the conditions of illumination or above 80 ℃.This study has provided some ideas and theoretical basis for the further development of ginger.

ginger；flavonoids；extraction process；stability

TS202.1

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.12.015

1000-9973(2017)12-0071-04

2017-07-14

吴玲(1972-)，女，吉林四平人，副教授，主要从事食品生物化学方面的研究。