超声波法提取姜辣素(共22页)

1、PAGE PAGE 25目录(ml) TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc356894315 摘 要 PAGEREF _Toc356894315 h 1 HYPERLINK l _Toc356894316 ABSTRACT PAGEREF _Toc356894316 h 2 HYPERLINK l _Toc356894317 第1章 引言(ynyn) PAGEREF _Toc356894317 h 3 HYPERLINK l _Toc356894318 1.1生姜(shn jin)概况 PAGEREF _Toc356894318 h 3 HYPERLINK l _T

2、oc356894319 1.2姜辣素的研究现状 PAGEREF _Toc356894319 h 3 HYPERLINK l _Toc356894324 1. 3 本课题的研究意义 PAGEREF _Toc356894324 h 5 HYPERLINK l _Toc356894325 1. 4本课题的研究内容 PAGEREF _Toc356894325 h 5 HYPERLINK l _Toc356894326 第2章 实验部分 PAGEREF _Toc356894326 h 7 HYPERLINK l _Toc356894327 2.1实验材料和仪器 PAGEREF _Toc356894327

3、 h 7 HYPERLINK l _Toc356894330 2.2原料及预处理7 HYPERLINK l _Toc356894331 2.3实验方法 PAGEREF _Toc356894331 h 8 HYPERLINK l _Toc356894332 2.3.1实验步骤 PAGEREF _Toc356894332 h 8 HYPERLINK l _Toc356894333 2.3.2 最大吸收波长的确定 PAGEREF _Toc356894333 h 8 HYPERLINK l _Toc356894334 2.3.3溶剂筛选 PAGEREF _Toc356894334 h 8 HYPERL

4、INK l _Toc356894335 2.3.4单因素实验 PAGEREF _Toc356894335 h 8 HYPERLINK l _Toc356894336 2.4分析方法 PAGEREF _Toc356894336 h 9 HYPERLINK l _Toc356894337 2.4.1姜辣素的提取效果分析 PAGEREF _Toc356894337 h 9 HYPERLINK l _Toc356894338 2.4.2羟基自由基清除能力的测定 PAGEREF _Toc356894338 h 9 HYPERLINK l _Toc356894341 2.4.3 提取物的GC-MS分析 P

5、AGEREF _Toc356894341 h 10 HYPERLINK l _Toc356894342 第3章 结果与分析 PAGEREF _Toc356894342 h 11 HYPERLINK l _Toc356894343 3.1 最大吸收波长的确定 PAGEREF _Toc356894343 h 11 HYPERLINK l _Toc356894344 3.2溶剂的选择 PAGEREF _Toc356894344 h 11 HYPERLINK l _Toc356894345 3.3超声提取最佳工艺条件的确定 PAGEREF _Toc356894345 h 12 HYPERLINK l

6、_Toc356894346 3.3.1乙醇体积分数的选择 PAGEREF _Toc356894346 h 12 HYPERLINK l _Toc356894347 3.3.2液料比的选择 PAGEREF _Toc356894347 h 13 HYPERLINK l _Toc356894348 3.3.3超声温度的选择 PAGEREF _Toc356894348 h 13 HYPERLINK l _Toc356894349 3.3.4超声功率的选择 PAGEREF _Toc356894349 h 14 HYPERLINK l _Toc356894350 3.3.5超声时间的选择 PAGEREF

7、_Toc356894350 h 15 HYPERLINK l _Toc356894351 3.4羟基自由基清除能力的测定 PAGEREF _Toc356894351 h 15 HYPERLINK l _Toc356894352 3.5提取物的GC-MS分析 PAGEREF _Toc356894352 h 16 HYPERLINK l _Toc356894353 结 论 PAGEREF _Toc356894353 h 18 HYPERLINK l _Toc356894354 参考文献 PAGEREF _Toc356894354 h 19摘 要 本论文(lnwn)以60 oC条件(tiojin)下

8、干燥、过40 目筛的生姜(shn jin)干粉为原料，通过单因素试验，考察了溶剂种类、乙醇体积分数、料液比、超声温度、超声功率和超声时间对姜辣素提取工艺的影响；并对最佳工艺条件下提取物的化学成分和抗氧化性进行研究。结果表明，60%乙醇为提取剂，料液比为1:15 (g/mL)，超声功率为120 W，超声温度为45 oC，超声时间为15 min时，姜辣素的提取率最高。以最佳提取液为样品，抗氧化性实验表明，姜辣素对羟基自由基具有一定的清除能力，且清除率随其浓度的增大而增大；GC-MS结果表明，生姜乙醇提取物中姜辣素的主要成分为6-姜酮醇，其含量高达22.46%。关键词：生姜；超声提取；姜辣素；GC-

9、MS；抗氧化性ABSTRACTThe ultrasonic extraction technology of gingerol from ginger which was dried at 60 C with particle size as 40 screen mesh, was studied. The correlation influence parameters of extractive agent, ethanol concentration, temperature, supersonic power ,times and the ratio of feed liquor we

10、re discussed through the single-factor experiment and the optimum ultrasonic extraction conditions were obtained. In addition, the oxidation resistance and the main components of the gingerol were also analyzed. The experimental results showed that the optimum ultrasonic extraction conditions of gin

11、gerol from ginger were as followed: extraction temperature was 45 C, extraction time was 15 min, solid-liquid ratio was 1:15 (g/mL) and ultrasonic power was 120 W when we use 60% ethanol(v/v) as extraction solvent. Oxidation resistance experiments showed that gingerol have a certain capacity to clea

12、r the hydroxyl free radicals in a good dose-dependent manner. GC-MS analysis result showed that the main components of the gingerol is 6 - ketone alcohol ginger, which can reach as high as 22.46%. Key words: Ginger; Ultrasound extraction; Gingerol; GC-MS; Antioxidant activity第1章 引言(ynyn)1.1生姜(shn ji

13、n)概况(gikung)生姜指姜属植物的块根茎，含有辛辣和芳香成分，是世界范围内的一种重要的香辛调味剂，也是亚洲传统的药食两用植物。生姜化学成分复杂，已发现的有100多种，可归为挥发油、姜辣素和二苯环基庚烷3大类1。生姜用于解表，主要为发散风寒，多用治感冒轻症，煎汤，加 HYPERLINK /view/281988.htm t _blank 红糖乘热服用，往往能得汗而解，也可用作预防感冒药物。生姜中特有的姜辣素能刺激胃肠黏膜，使胃肠道充血，消化能力增强，能有效地治疗吃寒凉食物过多而引起的腹胀、腹痛、腹泻、呕吐等，也可治 HYPERLINK /view/760073.htm t _blank 胃

14、热呕吐，配合半夏、 HYPERLINK /view/51513.htm t _blank 竹茹、 HYPERLINK /view/21017.htm t _blank 黄连等同用效果更佳。在炎热的气温下，食品容易受到细菌的污染，而且生长繁殖快，容易引起急性胃肠炎，适量吃些生姜可起到防治作用。生姜提取液具有显著抑制皮肤真菌的功效，可治疗各种痈肿疮毒。另外，可用生姜水含漱治疗口臭和 HYPERLINK /view/26981.htm t _blank 牙周炎。研究表明2，姜辣素组分不仅是生姜特征性风味的主要呈味物质，也是生姜呈多种药理作用的主要功能因子，一般认为包括姜醇，姜酚和姜酮类物质的混合物，

15、其在食品，医药，化妆品和保健品等行业具有广泛的应用。 HYPERLINK l _Toc292736475 1.2姜辣素的研究现状1.2.1姜辣素的理化性质姜辣素是生姜中具有辣味物质的总称，为多种物质组成的混合物。它是黄色油状液体，味辣而苦，其分子式为C17H26O4，分子量294.39，微溶于水，可溶予乙醇、乙醚、氯仿、苯、冰醋酸，在热石油醚中也溶，但溶解度不大。生姜因受生长环境、气候条件的影响，不同产地的生姜中姜辣素含量会有所不同，但其主要成分基本一致，都含有3-甲氧基-4-羟基苯基官能团3。根据其所含官能团所连接脂肪链的不同，可把姜辣素分为姜酚类(gingerols)、姜烯酚类(shoga

16、ols)、姜酮类(zingerone)、姜二酮类(gingerdiones)、姜二醇类(gingerdiols)等不同类型。此外，生姜中还存在一些微量的辣素成分，如甲基姜醇、二醇、甲基姜烯酚等3。 1.2.2姜辣素的提取(tq)工艺研究现状(xinzhung) 目前，从生姜中提取姜辣素的常用(chn yn)方法有主要有以下几种：(1)微波提取法：朱沛沛等4研究了以微波辅助法提取姜辣素的方法，探讨了溶剂浓度、微波功率、料液比、提取时间等因素对产品提取率的影响，其主要影响次序是：微波功率 乙醇浓度 微波温度提取时间料液比，最佳的工艺条件为：乙醇浓度80%，微波温度为60 oC，微波时间为120 s

17、，微波功率为300 W，料液比为1:12，在此条件下的姜辣素提取率为1.7747%。与传统提取方法相比，微波辅助提取具有萃取时间短，产率高，能耗低，溶剂用量少等优点，但其升温迅速，较难控制，会造成姜辣素有一定程度的分解，影响产品质量。(2) 溶剂浸提法：有机溶剂浸提法是目前天然色素提取的常用方法。张鲁明等5采用溶剂浸提法从生姜中提取姜辣素，研究了姜粉细度，乙醇浓度、料液比及提取时间4个单因素对乙醇提取姜辣素得率的影响，获得各单因素的最佳条件，并在单因素的实验基础上，通过正交试验对乙醇提取姜辣素的条件进行优化。结果表明，以生姜为原料，恒温50 oC干燥，过60目筛，乙醇浓度为80%，料液比为1:

18、10，提取时间为2 h提取的姜辣素得率最高，姜辣素得率达到1.61%。溶剂浸提法具有操作简单，提取安全，成本低廉等优点，但产物易受残留溶剂的污染，且会沉淀变色，因此溶剂浸提法在实际运用中受到一定的限制。 (3) 超临界CO2萃取法：超临界流体技术是近20年来发展起来的新型化工分离技术，它运用物质在超临界状态下的特殊性质代替传统的蒸馏和有机溶剂萃取方法。孟青等6人建立了干姜超临界CO2提取物的有效部位质量控制方法。采用薄层色谱法，以石油醚(6090 oC)、醋酸乙酯、冰醋酸按照8:3:0.2的体积比为展开剂，5%香草醛硫酸溶液为显色剂，对本品进行鉴别，并采用紫外双波长分光光度法和高效液相色谱法对

19、本品进行总酚及有效成分6-姜酚的含量测定。结果表明，总酚在9.66838.67 gmL-1呈良好线性关系(r=0.9999)，平均回收率为97.7%，RSD(相对标准偏差)为1.96%；6-姜酚在0.202.00 gmL-1呈良好线性关系(r=0.9999)，平均回收率为97.9%，RSD为0.33%。超临界流体萃取技术工艺流程简单，操作方便，节省能量，萃取完全，提取温度低，萃取和分离合二为一，节约成本，萃取速度快，时间短。但超临界流体萃取工艺作为一门新技术尚有不完善的方面，有待进一步研究。(4) 超声提取(tq)法：超声波能产生(chnshng)并传递强大的能量，大能量的超声波作用(zuyn

20、g)在液体里，液体会被撕裂成很多小空穴，这些空穴瞬间闭合，产生瞬间高压，即产生空化效应。超声波的空化效应产生极大的压力造成被提取物料细胞壁及整个生物体的破碎，且整个破碎过程在瞬间完成；同时，超声波产生的振动作用加强了胞内物质的释放、扩散和溶解，有利于胞内有效成分的提取。因此，超声技术适用性广，能耗较低。在姜辣素的提取中，超声提取比常规提取的效果更好。将此法应用于工业生产，对于提高姜辣素的生产技术水平，充分利用资源、降低成本具有重要意义。1.2.3 姜辣素的抗氧化性研究目前，普遍通过在油脂类食品中添加抗氧化剂以达到有效的预防或抑制氧化反应的发生。广泛使用于食品中的抗氧化剂有丁基羟基茴香醚(BHA

21、)、二丁基羟基甲苯(BHT)和没食子酸丙酯(PG)，但上述抗氧化剂存在毒副作用较大，对人体肝、脾、肺等均有不利影响，且热稳定性差，应用范围较狭窄等缺点7。因此，在崇尚天然、营养、回归大自然的热潮中，人们越来越趋向于尽可能使用具有色泽鲜艳、着色力强、安全无毒、富含营养等优点天然添加剂，姜辣素作为一种新型、安全、稳定的天然抗氧化剂越来越受到人们的青睐。姜辣素是生姜中富含的天然活性成分之一，不仅具有健胃、抗胃溃疡、利胆、保肝、强心、抑制血小板聚集、防晕、抗肿瘤、中枢抑制、增强免疫力、抗菌、杀虫、消炎等作用8，而且还具有很强的抗氧化能力，是一种新型、安全、具有优异性能的天然抗氧化剂，在药品、化妆品、食

22、品等领域已具有广泛的应用。研究表明9，姜辣素具有一定的清除羟基自由基和DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼)自由基的能力，其清除能力与浓度呈较明显的量效关系。1. 3 本课题的研究(ynji)意义综上所述，姜辣素具有(jyu)良好(lingho)的着色性、分散性、抗氧化活性等优点，可被广泛应用于食品、化妆品、医药等众多领域。为了更好地开发我国丰富的生姜资源，因此，本论文以生姜为原料，对传统的提取工艺进行改进，采用超声法提取姜辣素，研究提取姜辣素的最佳工艺条件及其抗氧化性，为生姜中姜辣素的工业化生产及其应用奠定基础。1. 4本课题的研究内容本课题以生姜为原料，在筛选溶剂的基础上，探讨用超声波

23、法从生姜中提取姜辣素的工艺条件，并对产物抗氧化性及成分进行分析，具体内容如下：(1) 最大吸收波长与溶剂的筛选；(2) 通过单因素实验，研究溶剂浓度、料液比、提取温度、提取时间和超声功率五个主要影响因素，优化超声法提取生姜中姜辣素的工艺条件参数；(3) 研究姜辣素最佳提取物对羟基自由基清除能力；(4)姜辣素最佳提取物的GC-MS分析。第2章 实验(shyn)部分2.1实验(shyn)材料和仪器(yq)2.1.1实验试剂实验中所用试剂如表2.1所示。表2.1 实验试剂试剂 类型生产厂家乙酸乙酯分析纯 500 mL北京化工厂甲醇分析纯 500 mL北京化工厂无水乙醇分析纯 500 mL天津市凯通化

24、学试剂有限公司正丁醇分析纯 500 mL天津市致远化学试剂有限公司石油醚分析纯 500 mL北京化工厂2.1.2实验仪器实验中所用仪器如表2.2所示。表2.2 实验(shyn)仪器仪器型号生产厂家冷凝管24口成都蜀牛仪器厂电子天平BSA1245赛多利斯科学仪器有限公司紫外可见分光光度计UV-3200PC上海美谱达仪器有限公司循环水式真空泵SHZ-D（III）巩义市予华仪器有限责任公司数控超声仪40目筛可见分光光度计气相色谱质谱联用仪KQ3200DE孔径0.45毫米网目722G ITQ700昆山市超声波仪器有限责任司上海宝蓝实验仪器制造有限公司上海精密仪器科技有限公司Thermo2.2原料(yu

25、nlio)及预处理新鲜(xn xin)生姜购于兰州市安宁区桃海市场，具体处理过程依次如下：新鲜生姜切丝60 oC烘干捣碎过筛(40目)生姜干粉，备用。2.3实验方法2.3.1实验步骤实验以生姜为原料，采用超声法从生姜中提取姜辣素，并对其产物性能及化学成分进行分析。实验具体步骤如下：(1) 将超声波中的水加热到设定温度；(2) 称取2.000 g生姜干粉于干燥的圆底烧瓶中； (3) 用移液管加入一定体积溶剂； (4) 将圆底烧瓶置于超声仪器内，装好回流装置并设定时间与功率；(5) 待超声完毕，进行抽滤并洗涤三次；(6) 取0.5 mL上层清液于10 mL比色管中稀释定容，保存待测；(7) 用紫外

26、分光光度计检测其吸光值。2.3.2 最大吸收波长的确定准确称取2.000 g姜粉于干燥的圆底烧瓶中，加入30 mL无水乙醇，在超声温度为45 oC，超声功率为80%(120 W)条件下超声15 min，取出后抽滤得到姜辣素样品。将样品吸取0.5 mL于10 mL比色管，用无水乙醇定容至刻度，摇匀。在200500 nm波长范围内进行扫描9，测定最大吸收波长。2.3.3溶剂(rngj)筛选初步设定(sh dn)实验条件：超声温度(wnd)为45 oC，超声功率为80%(120 W)，料液比为1:15，提取时间为15 min，拟选用无水乙醇、乙酸乙酯、正丁醇、石油醚和甲醇等为溶剂进行筛选实验。 HY

27、PERLINK l _Toc292736483 2.3.4单因素实验以最佳溶剂为提取剂，分别进行如下实验：(1) 溶剂浓度：在固定提取时间为15 min，料液比为1:15，超声温度为45 oC，超声功率为80%(120 W)的条件下，选用溶剂浓度分别为50%、60%、70%、80%、90%和100%进行提取实验。(2) 料液比：以最佳溶剂浓度为提取剂，固定提取时间为15 min，超声温度为45 oC，超声功率为80%(120 W)，拟选用料液比分别为1:5、1:10、1:15、1:20和1:25进行提取实验。(3) 超声温度：以最佳液料比为条件，固定提取时间为15 min，超声功率为80%(1

28、20 W)，拟选用超声温度分别为35 oC、40 oC、45 oC、50 oC和55 oC进行提取实验。(4) 超声功率：以最佳液料比及温度为条件，固定提取时间为15 min，拟选用超声功率分别为60%(90 W)、70%(105 W)、80%(120 W)、90%(135 W)、 100%(150 W)进行提取实验。(5) 超声时间：以最佳液料比、温度及功率为条件，拟选用超声时间分别为5 min、10 min、15 min、20 min和25 min进行提取实验。2.4分析(fnx)方法(fngf)2.4.1姜辣素的提取(tq)效果分析为便于研究，在固定原料和溶剂用量，按2.3.2节测定的最

29、大吸收波长条件下，测定提取液稀释液的吸光度值大小来反映姜辣素提取率高低，从而确定提取姜辣素的最佳提取工艺。2.4.2羟基自由基清除能力的测定利用H2O2 与Fe2+混合产生OH，在体系内加入水杨酸捕捉OH并产生有色物质，该物质在510 nm波长处有最大吸收10。向比色管中加入一系列不同浓度的最优提取液溶液5 mL，2 mmol/LFeSO4溶液2.00 mL，6 mmol/L 水杨酸-乙醇2.00 mL，最后加入H2O2（0.3%）1.00 mL启动反应，振荡混合，水浴37 oC，保温30 min，在波长510 nm下测量各自的吸光度。 溶液的配制FeSO4溶液(2 mmol/L)：称取FeS

30、047H2O晶体0.0556 g，用双蒸水定容于 100 mL容量瓶，备用。H2O2(0.3%)：取30%的过氧化氢溶液1.00 mL，用双蒸水定容于100 mL容量瓶，备用。水杨酸乙醇(6 mmol/L)：称取水杨酸固体0.0820 g，用25 mL无水乙醇与75 mL双蒸水定容于100 mL容量瓶，备用。样品配置：移取最优提取液0.5 mL，定容至10 mL，备用。羟基自由基(OH)的测定自由基清除率公式计算式为：D=(A0-As)/A0100%式中，A0为空白管的吸光度，As为加入提取液后的吸光度。A0值的测定：在10 mL的比色管中依次移去5 mL双蒸水，2.00 mL 2 mmol/

31、LFeSO4溶液，2.00 mL6mmol/L水杨酸乙醇，1.00 mL H2O2(0.3%)，振荡混合，水浴37 oC，保温30 min，在波长510 nm下测量各自的吸光度值。此值即为A0值。As值的测定(cdng)：向10mL比色管中加入一系列不同(b tn)浓度稀释后的提取液溶液 5 mL，2 mmol/LFeSO4溶液(rngy)2.00 mL，6 mmol/L水杨酸乙醇溶液2.00 mL，最后加入H2O2(0.3%)1.00 mL启动反应，振荡混合，水浴37 oC，保温30 min，在波长510 nm下测量各自的吸光度值。此值即为As值。2.4.3 提取物的GC-MS分析样品前处理

32、：取适量姜辣素最佳提取液，自然风干，以丙酮溶解稀释，再加入无水MgSO4干燥2 h，采用0.22m有机相过滤膜过滤，即按如下条件对样品进行GC-MS分析。 GC-MS分析条件：色谱柱为TR-5MS(30 m0.25 mm0.25 m)，载气为He气，流速1.0 mL/min；分流比20:1，进样量0.6 uL；进样口温度230 oC；升温程序：35 oC保持2 min，10 oC/min升至160 oC，再以4 oC/min升至220 oC保持1 min，再以2 oC/min升至260 oC，保持10 min。离子源EI，离子化电压70 eV，离子源温度230 oC；质量扫描范围 50650 u。第3章 结果与分析3.1 最大吸收波长的确定参照2.3.2节步骤，测得姜辣素在250 nm350 nm处的吸收波谱如图3.1所示。图3.1姜辣素最大吸收(xshu)波谱图 由上图可知(k zh)，姜辣素在波长(bchng)280 nm处有最大吸收，根据溶液浓度与其吸光度的关系可知，吸光值越大，则溶液浓度越大，即提取率越好。由此，可根据280 nm处吸光值的大小来反映其提取率的高低。3.2溶剂的选择溶剂是影响姜辣素提取效果的一种重要因素，本实验拟选取无水乙醇、甲醇、石油醚、乙酸乙酯和正丁醇为提取剂，参照2.3