姜多糖提取率及抗氧化活性研究

杨晓杰，王世佳，王世聪

(1.齐齐哈尔大学 生命科学与农林学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006； 2.佳木斯大学 生命科学学院，黑龙江 佳木斯 154007)

姜是我国重要的调味食品和蔬菜，以四川、贵州、广西、山东和江西等地为多，可用于感冒、头痛鼻塞、食欲减退等[1,2]。姜中含有大量的活性多糖，是一种优质的功效成分资源[3]，多糖及糖复合物能够参与细胞的各种生命现象的调节[4,5]。多糖除了有免疫调节、抗肿瘤的生物学效应外，还有抗衰老、抗疲劳、抗氧化、降血糖、抗凝血等作用，且其对机体毒副作用小[6,7]。姜类调味品与姜汁饮料是目前广受欢迎的2种姜产品，但在生产加工过程中，姜皮成为副产物，造成了姜资源的极大浪费。而在姜皮中存在3种水溶性姜皮多糖，从姜皮中提取姜皮多糖从能源和环境的角度降低了姜皮对环境的污染，并提高了姜的产业价值，具有极其重要的研究意义[8]。前人的研究大多集中在对不同提取方式去皮姜多糖提取工艺以及生物活性的研究，而对于留皮和去皮的姜在同一提取方法下所得多糖的提取率和抗氧化活性的比较分析却鲜有报道。本试验采用单因素和正交试验法，对去皮和留皮条件下的姜多糖进行提取，从而比较多糖提取率的差异。并利用最优提取条件下所得多糖以清除DPPH和总还原能力为指标进行体外抗氧化实验。该研究为今后姜资源的有效利用以及姜多糖生物活性的深入研究提供了实验基础和理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

本试验所用的姜购于齐齐哈尔蔬菜批发市场，且产地相同为同一品种。

1.2 主要仪器设备

721分光光度计、电热恒温水浴锅 上海精密科学仪器有限公司；电子天平 德国赛多利斯公司；L80-2型离心机 上海跃进医疗器械有限公司；冷冻干燥机 北京博医康实验仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 多糖提取率的测定

以葡萄糖质量浓度为x轴、640 nm处测定的吸光值为y轴，得回归方程：y=0.7135x-0.0517，R2=0.9955。

多糖提取率=(测定的多糖浓度×糖液体积×稀释倍数)/姜粉末质量×100%[9]。

1.3.2 材料处理

姜洗净后进行去皮和留皮2种处理，切片后干燥至恒重，粉碎脱脂待用。

1.3.3 单因素试验

准确称取经不同处理的姜粉2 g，采用控制单一变量的方法对功率、时间和料水比3个因素进行单因素试验。在单因素试验的基础上，参照孙莹的方法利用L9(33)进行正交试验。

1.3.4 正交试验

根据单因素试验结果，以功率240，400，640 W，料水比1∶10，1∶15，1∶20，提取时间30，60，90 s进行去皮姜多糖的正交试验。以功率400，640，800 W，料水比1∶10，1∶15，1∶20，提取时间30，60，90 s进行留皮姜多糖的正交试验。

1.3.5 DPPH清除能力测定

将配好的姜多糖溶液分别加入DPPH溶液(0.1 mol/L) 2 mL。空白组以蒸馏水代替并加入乙醇和蒸馏水各2 mL。VC做阳性对照，向其中加入2 mL乙醇，进行20 min避光反应，进行3次平行实验，在517 nm处测定其OD值。清除率E(%)=(A对照-A样品)/A对照×100。

1.3.6 总还原能力测定

将最佳提取条件下所得去皮和留皮姜多糖分别配制成5个不同的浓度(1，2，3，4，5 mg/mL)，取每个浓度糖溶液各2 mL。然后分别加入0.5 mL的磷酸缓冲液(pH 7.4)和1.5 mL浓度为0.3%的铁氰化钾溶液，将所得混合溶液放置于温度为50 ℃的恒温水浴锅中进行10 min水浴处理。再加入1 mL三氯乙酸，将所得溶液混合后静置10 min，从整个混合溶液的体系中取出2 mL，加入0.5 mL的三氯化铁，静置5 min。在700 nm波长下测其OD值，蒸馏水做空白对照，VC为阳性对照，每一浓度做3次平行实验。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 微波功率对姜多糖提取率的影响

在料水比和微波提取时间相同的前提下，本试验采用5个不同功率(80，240，400，640，800 W)对去皮和留皮的姜多糖进行提取。随着微波功率的升高，留皮和去皮姜多糖的提取率逐渐增大，留皮姜多糖提取率在640 W时达到峰值，去皮姜多糖在400 W时达到峰值。因此，选取240，400，640 W作为去皮的姜多糖正交提取的微波功率，选取400，640，800 W作为留皮的姜多糖正交提取的功率。

2.1.2 提取时间对姜多糖提取率的影响

在功率为240 W、料水比为1∶20时，采用不同的微波时间(30，60，90，120，150 s)对2种处理条件下的姜多糖进行提取。随着提取时间增加，去皮姜多糖和留皮姜多糖的提取率都呈现增大趋势。去皮姜多糖和留皮姜多糖的提取时间在60 s时达到最大，因此选取30，60，90 s作为去皮和留皮的姜多糖的正交提取试验的时间。

2.1.3 料水比对姜多糖提取率的影响

在相同的功率和时间条件下，采用5组不同的料水比(1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30)对留皮和去皮的姜多糖进行提取。随着料水比的增大，去皮和留皮的姜多糖的提取率也随之增大。去皮姜多糖和留皮姜多糖的提取率在料水比为1∶15时达到最大。因此选取1∶10，1∶15和1∶20作为去皮和留皮的姜多糖的正交提取试验的料水比。

2.2 正交试验结果

2.2.1 留皮姜多糖正交试验结果

根据单因素试验，结合各种因素的相互作用对留皮姜多糖提取率产生的影响，采用三因素三水平进行正交试验，见表1。

表1 留皮姜多糖提取率的正交试验及极差分析Table 1 Orthogonal test results and range analysis of the extraction rate of polysaccharide from unpeeled ginger

由表1可知，影响留皮姜多糖提取率的各因素大小关系为A(微波功率)>C(微波时间)>B(料水比)，并且微波功率以640 W最佳，微波时间以90 s最佳，料水比以1∶15最佳。因此，留皮姜多糖提取的最佳工艺应为A2B3C2，即微波功率640 W，时间90 s，料水比1∶15。

2.2.2 去皮姜多糖正交试验结果

根据去皮姜多糖单因素试验结果，综合了其他各因素对去皮姜多糖的相互作用对去皮姜多糖提取率产生的影响，采用三因素三水平对去皮姜多糖进行正交试验，见表2。

表2 去皮姜多糖提取率的正交试验结果及极差分析Table 2 Orthogonal test results and range analysis of the extraction rate of polysaccharide from peeled ginger

由表2可知，影响去皮姜多糖提取率的各因素大小关系为C(料水比)>A(微波功率)>B(微波时间)，微波功率以240 W最佳，微波时间以60 s最佳，料水比以1∶20最佳。因此，去皮姜多糖提取的最佳工艺应为A1B2C3，即微波功率240 W，时间60 s，料水比1∶20。

2.3 体外抗氧化能力试验结果

2.3.1 清除DPPH能力

以1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl radical, DPPH)自由基为指标，分别对留皮和去皮姜多糖体外抗氧化能力进行了试验。研究发现阳性对照VC清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基的能力效果明显，留皮和去皮姜多糖对DPPH也有一定的清除能力。在多糖浓度为3 mg/mL时，留皮姜多糖的清除率达到最大，而后趋于平缓。在试验浓度范围内，姜多糖清除DPPH的能力为留皮>去皮，留皮姜多糖的最大清除率为65.32%，见图1。

图1 去皮和留皮姜多糖清除DPPH能力Fig.1 Scavenging DPPH ability of peeled and unpeeled ginger polysaccharide

2.3.2 总还原能力比较

同样以VC为阳性对照，对去皮和留皮的姜进行总还原能力的测定。随着多糖浓度的增加，VC的总还原能力不断减弱，留皮和去皮的姜多糖的总还原能力则不断增强。多糖的总还原能力表现为留皮>去皮，见图2。

图2 留皮和去皮姜多糖总还原能力Fig.2 Total reducing ability of peeled and unpeeled ginger polysaccharide

3 结论与讨论

本研究通过微波提取法对去皮和留皮姜多糖的提取率以及体外抗氧化活性进行比较分析。结果表明：留皮姜多糖最佳提取条件下所得提取率高于去皮姜多糖。根据冯鑫的试验结果可知这是由于姜皮中有3种水溶性姜皮多糖，这3种多糖的单糖组成主要为甘露糖、葡萄糖、木糖,岩藻糖、核糖、半乳糖、阿拉伯糖。而去皮的姜由于缺少姜皮中一部分多糖成分，从而导致其提取率低于留皮的姜多糖。自由基生物学和自由基医学的飞速发展表明：自由基与衰老、心血管疾病、癌症、帕金森综合症等各种急性和慢性疾病密切相关。因此，探讨植物多糖新资源对自由基的清除作用具有重要意义[10]。通过最佳提取条件所得多糖进行体外抗氧化实验，结果发现去皮和留皮姜多糖在清除DPPH以及总还原能力方面均有一定活性，且都为留皮姜高于去皮姜。究其原因可能是姜皮中的多糖含量高于去皮姜的多糖含量，而植物多糖可以通过自身的还原性保护生物体内的其他还原性成分而发挥抗氧化作用，因此留皮姜多糖在2种抗氧化指标上的活性均高于去皮姜多糖。综上所述，在实验浓度范围内不论是从提取率还是抗氧化活性方面来说，留皮姜都优于去皮姜。本研究结果为今后姜皮中有效成分的利用、避免姜资源的浪费以及后续的姜多糖生物活性的研究提供了一定的实验依据。

参考文献：

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[10]孙莹，纪跃芝，马爱民.水提-醇沉法提取大黄多糖工艺优化研究[J].中国实用医药，2015(18):6-8.