生姜中姜酚的提取研究

生姜中姜酚的提取研究

20世紀(jì)80年代，國外的藥理學(xué)試驗證實，從粗姜酚中分離出的粗姜酚能刺激粘膜，促進(jìn)胃腸道分泌，抑制異常腫脹，促進(jìn)氣體排放，刺激大腦皮質(zhì)和血管運(yùn)動中心，可以改善血液循環(huán)。最新的實驗和臨床觀察證實，姜酚有強(qiáng)心、降血脂、防治心血管疾病、抗氧化、抗衰老、抗腫瘤、止嘔、止暈、抑制前列腺素合成、防腐殺蟲、驅(qū)蟲、護(hù)膚美容等多方面的生物活性。為此，可利用姜酚開發(fā)生產(chǎn)多種調(diào)味品、保健食品、藥品、化妝品，以及綠色農(nóng)藥等。姜酚是生姜的主要活性成分，是開發(fā)生，國內(nèi)外非常重視姜酚提取、分離、純化、鑒定及其化學(xué)合成或結(jié)構(gòu)改造工作。姜酚(見圖1)是生姜原料中天然存在的一類辣味物質(zhì)成分，其分子結(jié)構(gòu)中均具有酚官能團(tuán)，但由于苯環(huán)的取代基不同、位置不同及側(cè)鏈長短、環(huán)化與否等差異，組成了許多分子質(zhì)量不同、分子結(jié)構(gòu)僅略有差異的不同姜酚類物質(zhì)；另外，姜酚類物質(zhì)易受酸、堿、熱等因素影響而破壞，這些均給其分離、提純工作帶來了很大的難度。為了滿足高純度姜酚的需求，本實驗采用有機(jī)溶劑萃取法、超聲波萃取法和微波萃取法從生姜中提取生物有效活性成分姜酚，對提取物進(jìn)行定性定量分析，用IR、UV等手段進(jìn)行表征，探討姜酚的抗氧化性能。1材料和方法1.1材料表面生姜購自湘潭大學(xué)農(nóng)貿(mào)市場，用刀切成片后，37℃烘干24h，粉碎成干姜粉(40～60目)。1.2有機(jī)溶劑的提取將干姜粉100g裝入提取器中，加入500ml丙酮浸泡24h，過濾，濾液減壓蒸餾，純化，冷凍干燥24h，稱重，姜酚萃取率達(dá)0.15%。1.3提取劑用量對姜酚萃取率的影響將干姜粉100g裝入燒瓶中，加入500ml石油醚，放入超聲波提取器萃取，取出冷卻到室溫，過濾，濾液減壓蒸餾，純化，冷凍干燥24h，稱重，計算姜酚萃取率。1.4微波輻射預(yù)處理將干姜粉100g裝入燒瓶中，加入500ml石油醚，放入微波(微波頻率915MHz，發(fā)射功率600W)輻射0.5h后，取出冷卻到室溫，過濾，濾液減壓蒸餾，純化，冷凍干燥24h，稱重，姜酚萃取率達(dá)0.96%。1.5醛標(biāo)準(zhǔn)溶液的測定準(zhǔn)確稱取0.1g香草醛，用丙酮溶解定容至100ml，取上述溶液5ml，加丙酮稀釋至100ml，配制成0.05mg/ml香草醛標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別吸取濃度為0.05mg/ml香草醛標(biāo)準(zhǔn)溶液0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8ml，用丙酮定容至1ml，加入9ml鐵氰化鉀-三氯化鐵試劑(0.6%鐵氰化鉀溶液和0.9%三氯化鐵溶液等體積混合)，靜置15min，在660nm處測定各溶液的吸光度。以香草醛標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為橫坐標(biāo)，對應(yīng)的吸光度為為縱坐標(biāo)，作香草醛標(biāo)準(zhǔn)曲線圖(圖2)。1.6氧氣陰離子saf的測定測定方法參照文獻(xiàn)進(jìn)行。1.7二苯基c-自由基測定dpph測定方法參照文獻(xiàn)進(jìn)行。1.8因素三水平正交試驗以輻射時間、輻射功率、占空比三因素為變量。進(jìn)行三因素三水平正交試驗(表1)。對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到最佳工藝條件后，再以此條件進(jìn)行超聲波萃取姜酚實驗，得出最佳條件下的萃取率，以驗證數(shù)據(jù)處理所得結(jié)果。2結(jié)果與分析2.1種提取方法姜酚提取率的比較為比較不同提取方法所得姜酚提取率和純度差異，分別對有機(jī)溶劑萃取、超聲波萃取和微波萃取所得的提取物定性定量分析，所得結(jié)果見表2。在微波頻率915MHz，發(fā)射功率600W和輻射0.5h條件下，微波萃取姜酚的萃取率最高，為0.96%(優(yōu)化數(shù)據(jù)未示)。從表2知，三種不同提取方法中，有機(jī)溶劑萃取法姜酚提取率和純度最低，分別為0.15%和47.9%，超聲波萃取法姜酚提取率和純度最高，分別為1.39%和96.2%。與有機(jī)溶劑萃取法相比，超聲波和微波萃取法能顯著降低提取時間，且提取率和純度較高。超聲波和微波輻射直接作用于生姜粉末，使之在丙酮浸提液中劇烈振動，顯著降低生姜粉末與浸提液間的表面張力，同時在浸提液中形成局部性的負(fù)作用區(qū)，產(chǎn)生大量空化氣泡,迅速完成傳質(zhì)過程，且微輻射流作用會在界面之間形成強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌效應(yīng)，且這種效應(yīng)可以突破層流邊界層的限制，從而強(qiáng)化界面的傳質(zhì)過程，提高姜酚的萃取率。微波輻射時，浸提液迅速升溫，姜酚在高溫條件下不穩(wěn)定，從而降低了微波萃取姜酚的純度。2.2輻射時間與姜酚萃取率超聲波萃取姜酚的正交實驗工藝參數(shù)優(yōu)化見表3。從表3可知，輻射時間，輻射功率，占空比三因素提取率的離差值分別為0.23,0.174和0.145，結(jié)果順序為：輻射時間>輻射功率>占空比。輻射功率對姜酚萃取率影響最大。用超聲波萃取生姜中姜酚最佳提取工藝為，輻射時間1.5h，輻射功率500W，占空比0.7。在此條件下姜酚的提取率高達(dá)1.39%，純度77.4%。在最佳條件下做了3次追加驗證實驗，相應(yīng)得提取率分別為1.21%，1.48%和1.32%，其均值為1.34%。2.3姜酚的鑒定2.3.1相鄰基的影響將最佳條件下超聲波提取物姜酚進(jìn)行IR分析，并與標(biāo)樣對照，從圖3中可知，提取物姜酚和標(biāo)樣姜酚IR圖譜吻合較好，這與表2中超聲波提取物姜酚的純度77.4%相符。3500～3378cm-1出現(xiàn)的吸收峰為酚或醇的-OH吸收峰，-OH與之相鄰的羰基以氫鍵結(jié)合，使其振動波數(shù)比自由態(tài)的-OH低。3000～2910cm-1出現(xiàn)的吸收峰為亞甲基的不對稱伸縮振動(vasδ)峰，2890～2810cm-1出現(xiàn)的吸收峰為甲氧基芳醚的(vas)和對稱伸縮振動峰，甲氧基芳醚對稱性降低，導(dǎo)致v3和v4振動模式簡并度的消除，同時這種對稱性的降低也會引起1260～1250cm-1芳香醚吸收峰(vC-O)v1的活化。1796～1682cm-1出現(xiàn)的為羰基吸收峰(vC=O)，1600～1480cm-1出現(xiàn)的為苯環(huán)吸收峰，1470～1446cm-1與1390～1317cm-1出現(xiàn)的吸收峰為甲基相關(guān)峰，1300～1250cm-1出現(xiàn)的為芳香酚吸收峰(vC-O)，1260～1250cm-1為芳香醚吸收峰，860～580cm-1為相鄰亞甲基的振動峰。2.3.2酚的吸收峰圖4為超聲波提取物姜酚的UV圖譜。從圖4知，姜酚有3個吸收峰，207、280nm處的吸收峰為苯環(huán)的特征吸收峰，230nm附近的吸收峰為共軛雙鍵特征吸收峰。以上結(jié)果與文獻(xiàn)報道的姜酚圖譜一致。2.4dpph的清除率姜酚的抗氧化結(jié)果見圖4。從圖4知，姜酚有很好的抗氧化性能，能有效地清除超氧陰離子(SARF)和DPPH自由基。姜酚對超氧陰離子(SARF)的清除率隨樣品濃度的增加呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，樣品濃度為400μmol/L時，清除率高達(dá)(67.33±0.87)%。SARF是供電子體，姜酚抑制SARF的主要活性部位在苯環(huán)上C2=C3，苯環(huán)上羰基(CH3O-)和酚羥基(-OH)的作用下，苯環(huán)內(nèi)側(cè)形成一個大的共軛體系，使C2=C3有較強(qiáng)的吸電子能力，隨著樣品濃度的增加，吸電子能力也隨之增加，表現(xiàn)為SARF的清除率增大。當(dāng)樣品濃度超過400μmol/L時，姜酚自養(yǎng)化作用增強(qiáng)，且自氧化作用強(qiáng)于其對超氧陰離子自由基的清除能力，所以抑制率下降了。姜酚對DPPH的清除率隨濃度的增加而增加，當(dāng)濃度100～400μmol/L時，清除率隨濃度變化而顯著增加，繼續(xù)增大樣品濃度，清除率基本不變。DPPH自由基為單電子，其清除機(jī)理還有待進(jìn)一步探究。3抗氧化活性考察3.1從生姜中有效提取姜酚的方法為超聲波萃取法，其姜酚提取率1.39%和純度77.4%。3.2超聲波萃取生姜中姜酚最佳提取工藝為：輻射時間1.5h，輻射功率500W，占空