纤维素酶-超声波辅助提取泡姜姜辣素的研究

李小龙，雍其欢，崔秋兵

（内江师范学院化学化工学院，四川内江641112）

纤维素酶-超声波辅助提取泡姜姜辣素的研究

李小龙，雍其欢，崔秋兵*

（内江师范学院化学化工学院，四川内江641112）

以泡姜干粉为原料，先用纤维素酶酶解处理泡姜细胞壁，再用超声波辅助体积分数为50%的乙醇溶液提取泡姜的姜辣素。紫外分光光度法在波长280 nm处以香草醛作为标准品检测提取物中姜辣素的含量，并通过单因素试验和L9（34）正交试验确定泡姜姜辣素的最佳提取条件为料液比4∶200（g∶mL），酶解时间90 min，酶解温度55℃，超声时间5 min。在此最佳条件下，泡姜姜辣素提取率达到1.98%。

泡姜；纤维素酶；超声波；姜辣素；提取

泡姜是四川一种独特的历史悠久的发酵制品，是四川各地家常菜中不可缺少的一种酸辣调味品[1]。姜辣素是其中主要的风味成分，由姜酮、姜烯酚、姜醇等组成，也是姜呈现多种药理作用的主要因子[2-3]。经过泡制的姜，口感明显变化，由于特制盐水的浸泡，姜辣素相比未泡制的生姜更容易暴露出来。姜辣素具有多种药用价值，近年来临床研究证明，姜辣素具有抑菌消炎、抗病毒、抗氧化、抗衰老、增强免疫力、护肤美容等作用，对改善胃肠道功能，治疗恶心晕眩、代谢综合症、糖尿病、抗动脉粥样硬化、心脏病、风湿等疾病亦具有显著疗效[4-7]。由此姜辣素在调味品、医药保健品、化妆品等领域具有广泛应用前景[8]。

对于姜辣素的提取方法目前已知的有许多种：压榨法，有机溶剂浸提法，超临界CO2萃取法，水蒸气蒸馏法，超声波法等[9]。但是以上方法浸提时间过长，对设备要求较高，提取效率低。本实验利用纤维素酶对植物细胞壁的破坏作用，使得植物细胞壁在超声波的空化、机械振动及热效应作用下瞬间破裂，从而有利于姜细胞中有效成分的迅速溶出，并且极大程度上保留其活性成分[10]。以此利用纤维素酶-超声波应用于提取泡姜姜辣素，探索一种提取率高、特异性好、萃取时间短的提取方法。通过优化泡姜提取条件，增大姜辣素的提取率，为研究泡姜风味化合物的成分、含量及其活性打下基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

泡姜：购自内江市桂湖街农贸市场，洗净切片处理，经50℃烘干，粉碎后过60目筛，备用。

无水乙醇：成都金山化学试剂有限公司；香草醛：天津市巴斯夫化工有限公司；纤维素酶（1 800 U/mg）：上海金穗生物科技有限公司；一水柠檬酸、柠檬酸三钠：成都市新都区木兰镇工业开发区；以上试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

DHG-9140A电热恒温鼓风干燥箱：上海精宏实验设备有限公司；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器：郑州英峪予华仪器有限公司；SBL-22DT超声波恒温清洗机：宁波新芝生物科技有限公司；TDL-5-A低速大容量离心机：上海安亭科学仪器厂；SHB-B95型循环水式多用真空泵：郑州长城科工贸有限公司；752紫外可见分光光度计：上海欣茂仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 姜辣素测定方法的选择[11]

姜辣素主要由酚类物质构成。目前多数均是利用酚类性质还原铁氰化铁或Folin-酚试剂测定姜辣素含量，但此方法操作繁琐。由于姜辣素与香草醛结构相似，在波长280 nm处有特征吸收峰，采用紫外分光光度法方法简单可行。

1.3.2 香草醛标准曲线的制备

准确称取0.2 g香草醛，用体积分数为50%的乙醇溶液溶解并定容至100 mL，准确移取5.0 mL定容于50 mL容量瓶中，配制香草醛质量浓度200 μg/mL的标准溶液。分别移取0.1 mL、0.2 mL、0.3 mL、0.4 mL、0.5 mL、0.6 mL标准液定容至10 mL，配成2～12 μg/mL的标准溶液。以体积分数为50%的乙醇溶液作为空白，在波长280 nm处测吸光度值。

1.3.3 姜辣素的提取[12-13]

准确称取0.4 g纤维素酶，用柠檬酸三钠和柠檬酸配制的pH 5.00的缓冲液定容至100 mL，备用。按照料液比4∶200（g∶mL）加入缓冲溶液，添加4%酶液，然后在温度50℃下酶解90 min，在100℃灭酶。加入等体积无水乙醇，然后在500W超声功率下超声15min，经离心过滤后定容至25 mL，移取1 mL定容至10 mL，测定其吸光度值。姜辣素的提取率按下式计算[14-15]：

式中：Y表示姜辣素提取率，%；C0表示用标准曲线回归方程得到的香草醛质量浓度，μg/mL；n为稀释倍数；m为泡姜粉的质量，mg；V为提取液总体积，mL；200.3表示香草醛与姜辣素的换算系数；103为将mg换算成μg。

1.3.4 单因素试验

固液比的选择：准确称取0.05 g、0.10 g、0.15 g、0.20 g、0.25 g泡姜粉于5个已编号的烧杯中，分别加入2 mL酶液和8 mL缓冲液，分别考察料液比为1∶200、2∶200、3∶200、4∶200、5∶200（g∶mL）时对姜辣素提取率的影响。

酶添加量的选择：其余条件不变，分别考察酶添加量为0、2%、4%、6%、8%时对姜辣素提取率的影响。

酶解温度的选择：其余条件不变，分别考察酶解温度为40℃、45℃、50℃、55℃、60℃时对姜辣素提取率的影响。

酶解时间的选择：其余条件不变，分别考察酶解时间为30 min、60 min、90 min、120 min、150 min时对姜辣素提取率的影响。

超声时间的选择：其余条件不变，超声提取5 min、10 min、15 min、20 min、25 min，考察超声时间对姜辣素提取率的影响。

1.3.5 正交试验设计

在单因素的基础上，以姜辣素提取率为评价指标，选取固液比，酶解时间，酶解温度，超声时间4个因素，设计L9（34）正交试验，以此确定最佳提取条件。正交试验因素与水平表见表1。

2 结果与分析

2.1 香草醛标准曲线

以香草醛质量浓度（x）为横坐标，吸光度值（y）为纵坐标，绘制香草醛标准曲线见图1。得标准曲线线性回归方程：y=0.066 39x-0.008 53，相关系数R2=0.999 4，表明二者线性关系良好。

2.2 单因素试验

（1）料液比的选择

由图2可知，在料液比1∶200～4∶200（g∶mL）范围内，随着固液比增加提取率增加，超过这一范围提取率增加不明显。当料液比为4∶200（g∶mL）时，提取率达到1.94%。因此料液比选择4∶200（g∶mL）最为适宜。

（2）酶添加量的选择

由图3可知，当酶添加量达到4%时提取率达到2.03%，之后提取率增幅趋于平缓，再提高酶含量对提取率影响不大。因此酶的添加量定为4%最为恰当。

（3）酶解时间的选择

由图4可知，随着酶解时间增长提取率也迅速增长，当酶解时间达到90 min时，提取率达到1.91%。再延长酶解时间对提取率影响不大。因此酶解时间选为90 min。

（4）酶解温度的选择

由图5可知，在40～60℃范围内，提取率先增加后减少。温度达到50℃时提取率最大为1.93%。这是由于酶作用有其最适温度，高温可使酶失活。故此最适温度选为50℃。

（5）超声时间的选择

由图6可知，随着时间增加提取率先急速增加而后趋于平稳，在10 min时提取率达到1.95%，增加超声时间提取率变化不明显，故选取10 min为最佳时间。

2.3 提取条件优化正交试验

综合单因素的试验结果，以姜辣素提取率为评价指标，采用L9（34）正交设计，选择料液比、酶解时间、酶解温度、超声时间4个因素，确定最佳提取条件正交试验结果与分析见表2，方差分析结果见表3。

由表2可知，根据极差R的大小可以判断，影响提取率最大的因素是A料液比，其次是D超声时间，再次是C酶解温度，最小的是B酶解时间，其排位顺序为A＞D＞C＞B。提取泡姜姜辣素最优的条件为A2B2C3D1，即按照料液比4∶200（g∶mL），在55℃酶解90 min，超声时间5 min。在此最佳提取条件下，泡姜姜辣素提取率为1.98%。

由表3可知，料液比对结果影响显著，其余因素对结果影响不显著。

3 结论

采用纤维素酶-超声波辅助乙醇浸提的方法提取泡姜姜辣素，本研究探讨了料液比、酶解时间、酶解温度、酶加量和超声时间等因素对提取率的影响，探究纤维素酶在泡姜姜辣素提取方面的应用，得知添加纤维素酶以后泡姜姜辣素提取率明显提高。在单因素试验基础上选用正交试验法得出最佳的泡姜姜辣素提取条件为料液比4∶200（g∶mL），酶添加量4%，酶解时间90 min，酶解温度55℃，超声时间5 min。在此最佳提取条件下，泡姜姜辣素提取率为1.98%。

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Cellulose and ultrasonic assisted extraction technology of gingerol from pickled ginger

LI Xiaolong,YONG Qihuan,CUI Qiubing*
(College of Chemistry and Chemical Engineering,Neijiang Normal University,Neijiang 641112,China)

With dried pickled ginger powder as raw material,cellulase was firstly applied to broken the pickled ginger cell walls,then gingerol was extracted with 50%ethanol by ultrasonic extraction.UV spectrophotometer was employed to measure the content of gingerols at the wavelength of 280 nm,using vanillin as standard substance.The optimal extraction condition of gingerol was obtained through single-factor and L9(34) orthogonal experiments as follows:solid-to-liquid ratio 4∶200(g∶ml),enzymolysis time 90 min,temperature 55℃and ultrasonic time 5 min.As a result,the content of gingerol in crude extract was 1.98%.

pickled ginger;cellulase;ultrasonic;gingerol;extraction

TS202.3

A

0254-5071（2015）06-0103-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.06.023

2015-05-20

大学生创新科研项目（X201508）

李小龙（1992-），男，本科生，研究方向为天然产物活性成分提取。

*通讯作者：崔秋兵（1974-），女，副教授，博士，研究方向为中药及天然产物活性成分。