生姜中活性物质糖蛋白的提取工艺及抗菌活性

冯麟，李荣英，王婷，刘玮励，黄鑫慧，魏微,

1.成都体育学院附属体育医院（成都 610041）；2.西南医科大学（泸州 646000）；3.西南医科大学（中西医结合学院附属中医医院）（泸州 646000）

生姜是一种常见的植物果实，也是人们经常食用的配料。在中国，生姜有悠久的种植历史，它同时具有食用和药用2种功能[1]。生姜除了作为烹饪调料之外，其还具有丰富的营养成分，如姜酮、姜辣素、姜烯酚、姜油、嘌呤类化合物等，除此之外，还有大量活性多糖类和糖蛋白。糖蛋白主要成分包括多肽链与寡糖链，它是一种大分子物质，Choi等[2]通过研究证实，生姜中富含多种糖蛋白，半胱氨酸蛋白酶只是其中一种，它能够对肉类进行分解和催化[3-4]。另外，有学者发现糖蛋白能够抗衰老、增强免疫力及抗氧化功效[5-7]。从现有研究来看，对生姜活性成分的研究主要围绕如何提取姜辣素、姜精油、姜烯酚等成分上面，关于如何提取糖蛋白的研究存在较大空白。张旭等[8]通过研究发现，生姜提取液能够增强小鼠的免疫力。曾高峰等[9]指出，一定剂量的生姜提取液可有效缓解阿尔茨海默病大鼠的症状。因此，生姜中的糖蛋白药物功能有很大的开发价值。鉴于此，重点研究如何从生姜中提取糖蛋白成分，并对其的抗菌功效进行分析，为开发生姜药用价值提供有益参考。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

生姜（市售）。

浓硫酸、乙醇、氯化钠、正丙醇、考马斯亮蓝G250、邻二氮菲、硫酸铵等（实验室提供）。

1.2 试验仪器与设备

超声波清洗器（北京亚欧德鹏科技有限公司）；紫外分光光度计（岛津公司）；真空抽滤装置（上海冉富仪器有限公司）；分析天平（上海精密实验设备有限公司）；等。

1.3 试验方法

1.3.1 生姜中活性物质糖蛋白超声波提取工艺

生姜粉末→加0.2 mol/L磷酸钾缓冲液（pH 7）→加0.1 mol/L NaCl溶液→超声波辅助提取→抽滤→浓缩→旋转蒸发至原体积的1/10→加入预冷乙醇→离心→蒸馏水复溶糖→加入1/5体积的Sevage试剂→冷冻离心→回收上清液→用选择性半透膜透析→旋转蒸发→减压浓缩→真空冷冻干燥→糖蛋白提取物

1.3.2 糖蛋白中多糖含量的测定

苯酚-浓硫酸法[10]测定多糖含量。

1.3.3 糖蛋白中蛋白质含量的测定

考马斯亮蓝法[11]测定蛋白质含量。

1.3.4 糖与蛋白质提取率

式中：m为生姜的质量，g；C为溶液中蛋白质或糖质量浓度，μg/mL；V为溶液体积，mL；D为稀释倍数。

2 结果与分析

2.1 液料比选择

从图1可以看出，随着溶剂用量不断增加，生姜的糖和蛋白质提取率也会相应提高，这是因为随着液料比增加，增加细胞内外的渗透压差，糖蛋白得以充分的溶胀。生姜中活性物质糖蛋白提取过程中，液料比达到25∶1（mL/g），糖得率和蛋白质达到最高值。在实际中，如果溶剂用量偏低，提取液较少，这对后续过滤分离会产生较大影响；但是随着溶剂用量不断增加，后续浓缩工艺和回收耗时增加，成本消耗上升，液料比不宜选择过大。因此控制液料比25∶1（mL/g）比较适合。

图1 液料比选择

2.2 超声波功率选择

从图2可以看出，生姜中活性物质糖蛋白超声波提取过程中，超声波功率增大，可加快有效成分向外扩散，有利于物质溶出，提取率提高。超声波功率达到140 W后，随着超声波功率不断上升，瞬间热效应反应突出，破坏作用越大，可能会对物质本身的结构造成破坏，蛋白质和糖有一定损失。

图2 超声波功率选择

2.3 提取时间选择

从图3可以看出，提取前20 min，糖提取率和蛋白质提取率提高的幅度很大。提取时间达到30 min时，生姜中活性物质糖提取率达到最高，蛋白质提取率变化不大。此后，随着提取时间延长，料液温度不断上升，这时候糖蛋白提取率开始下降，可能时间过长，导致蛋白质新的二硫键形成和疏水位点暴露，引起不同组分的相互聚集变性。

图3 提取时间选择

2.4 提取温度选择

由图4可知，随着提取温度升高，糖蛋白得率呈现先增后减的趋势，在提取温度40 ℃时达到最大值。提取温度低于40 ℃时，可能由于在低温条件下糖蛋白的溶出率不高，导致糖蛋白得率低，而温度过高则导致糖蛋白链断裂，蛋白质组分间相互解离、蛋白质凝胶发生破裂，极易引起蛋白质的变性，影响糖蛋白提取率。

图4 提取温度选择

2.5 响应面优化生姜中活性物质糖蛋白超声波的提取工艺条件

从表1～表3中可以看出，生姜中活性物质糖蛋白提取条件中，液料比、超声波功率、提取时间、提取温度对结果影响显著。糖蛋白综合提取率二次回归拟合方程为：提取率=3.56-0.51A+0.21B+0.21C-0.39D-0.35AB-0.038AC+0.096AD+0.038BC-0.29BD-0.16CD-0.35A2-0.53B2-0.37C2-0.49D2（其中，A是液料比，B是超声波功率、C是提取时间，D是提取温度）。

表1 响应面优化生提取的工艺因素和水平

表3 响应面试验结果分析

生姜中活性物质糖蛋白提取试验失拟项不显著，p值为0.606 7，模型极显著，p值＜0.000 1，得到的生姜中活性物质糖蛋白提取最佳条件为：液料比22∶1（mL/g）、超声波功率154 W、提取时间38 min、提取温度38 ℃。

表2 生姜中活性物质糖蛋白超声波提取条件试验结果

图5 各因素响应面图

2.6 生姜中活性物质糖蛋白的抗菌活性研究

生姜中活性物质糖蛋白抑菌圈直径见图6。生姜中活性物质糖蛋白对根霉、大肠杆菌、黑曲霉、酿酒酵母、金黄色葡萄球菌、沙门菌都有很强的抑制效果，其抗菌谱较宽。

图6 生姜中活性物质糖蛋白的抑菌直径

3 结论

生姜中活性物质糖蛋白超声波提取的最佳条件是液料比22∶1（mL/g）、超声波功率154 W、提取时间38 min、提取温度38 ℃。同时生姜中活性物质糖蛋白具有较强的抑菌效果，其抗菌谱较宽。