生姜中姜酚的提取工艺及其生物活性研究

摘要：姜酚是生姜中的化合物，具有抗炎、抗氧化、抑制微生物和缓解消化不良等多种生物活性功效。传统提取姜酚的方法通常采用乙醚或者乙酸乙酯等有机溶剂，提取后会有有机溶剂残留在姜酚中，并对姜酚的纯度和质量造成影响。该研究基于此，采用传统溶剂提取法、索氏提取法、超声辅助提取法和脉冲电场辅助法4种提取工艺对姜酚提取量的影响进行研究；再研究加工工艺在不同条件下对生姜中姜酚提取量的影响。研究结果表明，采用脉冲电场辅助法提取生姜中的姜酚时提取量最高、所需时间最短、提取温度最低，是一种绿色和低成本的技术；此外，利用脉冲电场辅助法提取生姜中姜酚的最佳加工工艺为乙醇浓度80%、脉冲宽度20 μs、脉冲次数20次和电场强度2.0 kV/cm。

关键词：姜酚；生姜；调味品；药食同源

中图分类号：TS201.1""""" 文献标志码：A"""" 文章编号：1000-9973（2024）09-0196-04

Study on Extraction Process and Bioactivity of Gingerol from Ginger

HU Ya-ping， DANG Shan

（Sanquan College of Xinxiang Medical University， Xinxiang 453500， China）

Abstract： Gingerol is a compound in ginger and has various bioactivity effects such as anti-inflammation， antioxidation， inhibiting microorganisms and relieving indigestion. In the traditional extraction method of gingerol， organic solvents such as ether or ethyl acetate are usually used. After extraction， organic solvents will remain in gingerol and affect the purity and quality of gingerol. Based on this， in this study， the effects of four extraction processes such as traditional solvent extraction method， Soxhlet extraction method， ultrasonic-assisted extraction method and pulsed electric field-assisted method on the extraction amount of gingerol are investigated， and then the effect of processing technology on the gingerol extraction amount in ginger under different conditions is studied. The research results show that when pulsed electric field-assisted method is used to extract gingerol from ginger， the extraction amount is the highest， the required time is the shortest， and the extraction temperature is the lowest， making it a green and low-cost technology. In addition， the optimal processing technology for extracting gingerol from ginger using pulsed electric field-assisted method is ethanol concentration of 80%， pulse width of 20 μs， pulse times of 20 times and electric field intensity of 2.0 kV/cm.

Key words： gingerol; ginger; condiment; homology of medicine and food

收稿日期：2024-02-04

基金项目：河南省高等教育教学改革研究与实践项目（2021SJGLX635）

作者简介：胡亚平（1986—），女，讲师，硕士，研究方向：材料化学、食品化学。

姜酚是一种天然的生物活性化合物，通常存在于姜（Zingiber officinale）中，是一种多酚化合物，其分子结构包括苯环和羟基基团[1-2]。姜酚主要存在于姜根部，但也可以在其他植物中找到，如辣椒、肉桂和干姜等，具有独特的风味和香气，是很多美食和调味料中的重要成分[3]。

姜酚具有强抗氧化性，能够中和自由基，减少氧化应激，有助于维护细胞健康；具有抗炎作用，可以减轻炎症反应和疼痛，在传统草药中被广泛用于治疗疼痛和炎症性疾病[4-5]。研究发现，姜酚对人体健康有多种益处，包括抗肿瘤、改善胰岛素敏感性、保护神经、保护心血管和抗微生物等作用[6]。总之，姜酚是一种多功能的天然化合物，具有多种生物活性，被广泛研究和应用[7-8]。

姜酚是一种具有独特风味和香气的化合物，也在调味品中被广泛应用，比如姜酚是制作姜酱和姜酱油的重要成分，这些调味品常被用于亚洲菜肴，为食物增添了浓郁的姜味和香气[9-10]。另外，姜酚常被加入烹饪和烘烤中来增加食物的风味。

研究姜酚提取工艺具有重要的科学和应用意义，因为姜酚是一种具有多种生物活性和药用潜力的天然化合物。姜酚被认为具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤、抗微生物和抗衰老等生物活性，研究提取工艺可以帮助优化姜酚的提取效率。此外，姜酚作为一种潜在的药物候选物质，对于研发新药或药物配方具有重要意义[11]，优化姜酚的提取工艺有助于开发和生产姜酚相关的药物制剂。姜酚在食品工业中被用作调味剂和防腐剂，因此对提取工艺的研究有助于改善食品的质量和保鲜效果[12]。

总之，研究姜酚提取工艺对于开发姜酚的潜在应用、改善生产效率、提高产品质量、促进健康和环保等都具有重要意义，这些研究有助于揭示姜酚在不同领域中的潜力，并为其广泛的应用提供支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

云南曲靖罗平小黄姜、甲醇、乙酸、乙腈、乙醇、6-姜酚、8-姜酚和10-姜酚。

1.2 试验仪器

高效液相色谱仪、脉冲电场处理仪、液相色谱柱、真空泵、旋转蒸发器、粉碎机、超声波提取机、恒温水浴振荡器。

1.3 试验方法

1.3.1 姜粉的制作[13-14]

将姜洗净后去皮，切成姜片后放入烘箱中在60 ℃条件下烘烤24 h，烘干后将姜片倒入捣碎机中进行研磨，研磨成细粉后过30目的细筛，再将其放于自封袋中保存备用。

1.3.2 不同方法对姜酚的提取

1.3.2.1 传统溶剂提取法

准确称取2 g姜粉，将姜粉置于250 mL锥形瓶中，量取100 mL浓度为80%的乙醇，将二者混合均匀，制成姜粉溶液，再将装有姜粉的溶液置于水浴振荡器中，在60 ℃条件下振荡4 h，最后利用漏斗将姜粉溶液进行分离。

1.3.2.2 索氏提取法

准确称取2 g姜粉，用脱脂滤纸包裹后放于提取管中，取100 mL浓度为80%的乙醇放于提取瓶中，将其加热至90 ℃，提取7 h，再用布氏漏斗抽滤，获得姜酚粗提取液。

1.3.2.3 超声辅助提取法

准确称取2 g姜粉，置于250 mL锥形瓶中，添加100 mL浓度为80%的乙醇，将其混合均匀，制成姜粉溶液，将锥形瓶放于超声波提取机中，设置超声功率500 W、温度25 ℃和时间1 h对其进行提取，再利用布氏漏斗对其进行抽滤，获得姜酚粗提取液。

1.3.2.4 脉冲电场辅助法

准确称取2 g姜粉，将其放入250 mL锥形瓶中，添加100 mL浓度为80%的乙醇，将姜粉溶液置于脉冲电场的设备处理室中，设置电场强度2 kV/cm、脉冲宽度10 μs和脉冲次数20次，对姜粉进行处理，再用布氏漏斗进行抽滤，获得姜酚粗提取液。

1.3.3 姜酚提取量的计算

将获取的姜酚提取液置于旋转蒸发仪中，用氮气吹干，添加1 mL甲醇将姜酚溶解并获得姜酚溶解液，用注射器吸取后用0.22 μm的水相膜进行过滤，然后将其装于棕色瓶中进行测定。

1.3.4 单因素试验

控制电场强度2 kV/cm、脉冲宽度20 μs、脉冲次数20次和乙醇浓度80%，分别研究不同乙醇浓度50%、60%、70%、80%、90%、100%、不同脉冲次数10，20，30，40，50次、不同脉冲宽度5，10，15，20，25 μs和不同电场强度1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 kV/cm对姜酚提取量的影响。

1.3.5 正交试验

根据单因素试验，以脉冲宽度（A）、脉冲次数（B）和电场强度（C）为变量因子，姜酚提取量为指标，对姜酚提取工艺进行正交试验优化，正交试验因素水平表见表1。

2 结果和讨论

2.1 不同提取方法对姜酚提取量的影响

通过对比4种不同的提取方法传统溶剂提取法、索氏提取法、超声辅助提取法和脉冲电场辅助法对生姜中姜酚提取量的影响，结果见表2。采用脉冲电场辅助法提取生姜中的姜酚时，提取量最高、所需时间最短、提取温度最低，是一种绿色和低成本的理想技术。

2.2 单因素试验结果与分析

2.2.1 乙醇浓度对姜酚提取量的影响

乙醇浓度可以影响姜酚的提取量，这是由于溶剂的性质和浓度可以影响化合物从原料中的释放和溶解程度。在姜酚的提取过程中，通常使用乙醇作为溶剂。

由图1可知，随着乙醇浓度的增加，生姜中姜酚提取量先上升后下降，当乙醇浓度为80%时，姜酚提取量最高，为14.5 mg/g，此时的乙醇浓度最佳。

2.2.2 脉冲宽度对姜酚提取量的影响

脉冲宽度通常是姜酚提取过程中使用的萃取技术，用于提高姜酚的提取量。

由图2可知，随着脉冲宽度的增加，姜酚提取量先不断增加，这是由于较长的脉冲宽度使得更多的能量传递到溶液中，使得姜酚提取量增加。当脉冲宽度大于20 μs时，姜酚提取量随着脉冲宽度的增加而降低，这是因为随着脉冲宽度的增加，溶液中热量过度增加，使得姜酚被破坏或者与其他物质发生反应[15]。

2.2.3 脉冲次数对姜酚提取量的影响

由图3可知，随着脉冲次数的增加，姜酚提取量先升高后降低，当脉冲次数小于20次时，增加脉冲次数会增加姜酚的提取量，这是由于每次脉冲都会引起样品中的物质移动和混合，从而更好地释放姜酚。当脉冲次数大于20次时，姜酚提取量开始逐渐降低，这是由于随着脉冲次数的增加，过多的脉冲可能导致姜酚的降解或损失，另外，一些热敏性化合物也会在过度加热的条件下分解[16-17]，所以脉冲次数为20次最佳。

2.2.4 电场强度对姜酚提取量的影响

由图4可知，随着电场强度的增加，姜酚提取量先升高后降低，当电场强度为1.0～2.0 kV/cm时，姜酚提取量逐渐增加，这是由于电场可以引起样品中的电子迁移和离子流动，从而改善物质的迁移和混合，有助于更好地释放姜酚。当电场强度大于2.0 kV/cm时，随着电场强度的增加，姜酚提取量开始逐渐降低，这是由于电场强度增大会导致温度升高，使得生姜中的一部分姜酚被高温破坏，进而使得姜酚提取量减少[18]。

2.3 响应面试验结果与分析

2.3.1 脉冲电场辅助提取姜酚响应面模型的分析

根据单因素试验结果，以脉冲宽度（A）、脉冲次数（B）和电场强度（C）为变量因子，姜酚提取量为指标，进行正交试验，响应面设计方案及结果见表3。

由表3可知，第15组姜酚提取量最高，为15.96 mg/g，此时，姜酚提取工艺为乙醇浓度80%、脉冲宽度20" μs、脉冲次数20次和电场强度2.0 kV/cm。用Design-Expert软件分析获得的二次多项式为Y=14.53＋0.21A－0.35B－0.65C－0.57AB＋0.13AC－1.32BC－1.1A2－1.03B2－1.23C2。

2.3.2 响应面模型方差分析

对拟合的二次多项式模型进行方差分析，结果见表4，模型的Plt;0.001，呈现极显著性，而失拟项的P=0.079 8，不显著，说明模型和数据的拟合程度较高，C的方差=3.21，B的方差=0.75，A的方差=0.68，从影响程度来看，C（电场强度）gt;B（脉冲次数）gt;A（脉冲宽度），即电场强度对姜酚提取量的影响最明显。

2.4 姜酚的生物活性研究

姜酚是一种天然的生物活性化合物，广泛存在于姜、辣椒、肉桂和其他一些植物中，逐渐被广泛研究，并且认为它具有多种生物活性和健康益处，其中姜酚的生物活性功效主要包括以下几个方面：抗氧化活性：姜酚被认为是一种强效的抗氧化剂，可以中和自由基，减少氧化应激损伤，并有助于维护细胞的健康，对预防慢性疾病如癌症和心血管疾病具有潜在的益处；抗炎活性：姜酚具有抗炎特性，可以减轻炎症反应和疼痛，对治疗关节炎、肠道炎症和其他炎症性疾病有一定的疗效；抗肿瘤活性：一些研究表明[19-20]，姜酚对一些异常增殖的细胞具有抑制作用，能够抑制癌细胞的增长和扩散并诱导凋亡（细胞死亡）；神经保护：姜酚对神经系统有保护作用，对防止或减轻神经退行性疾病如阿尔茨海默病具有潜在价值；抗微生物活性：姜酚具有一定的抗微生物活性，可以对抗细菌和真菌感染。

尽管姜酚中有许多潜在的生物活性物质，但具体效应仍然需要更多的研究来详细了解，此外，姜酚的生物利用度和剂量依赖性也是研究中的重要问题，研究姜酚生物活性仍然是一个活跃的研究领域，对于揭示其健康益处和潜在的药用价值非常重要。

3 小结

姜酚是一种天然产生于姜中的生物活性化合物，属于酚类化合物，它是姜的主要香味和药理成分之一，赋予姜独特的味道和香气。在食品中，姜酚常用于调味和提升风味，被制成姜油、姜黄素等姜类产品。

姜酚具有广泛的应用潜力，然而，目前姜酚的提取工艺主要集中于传统加工工艺，姜酚的产量和纯度稍低。本研究基于此，对姜酚提取工艺进行了研究和优化，研究结果表明，姜酚的最佳提取工艺为乙醇浓度80%、脉冲宽度20 μs、脉冲次数20次和电场强度2.0 kV/cm。

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