生姜中姜酚的提取研究

生姜中姜酚的提取研究

20世纪80年代，国外的药理学试验证实，从粗姜酚中分离出的粗姜酚能刺激粘膜，促进胃肠道分泌，抑制异常肿胀，促进气体排放，刺激大脑皮质和血管运动中心，可以改善血液循环。最新的实验和临床观察证实，姜酚有强心、降血脂、防治心血管疾病、抗氧化、抗衰老、抗肿瘤、止呕、止晕、抑制前列腺素合成、防腐杀虫、驱虫、护肤美容等多方面的生物活性。为此，可利用姜酚开发生产多种调味品、保健食品、药品、化妆品，以及绿色农药等。姜酚是生姜的主要活性成分，是开发生，国内外非常重视姜酚提取、分离、纯化、鉴定及其化学合成或结构改造工作。姜酚(见图1)是生姜原料中天然存在的一类辣味物质成分，其分子结构中均具有酚官能团，但由于苯环的取代基不同、位置不同及侧链长短、环化与否等差异，组成了许多分子质量不同、分子结构仅略有差异的不同姜酚类物质；另外，姜酚类物质易受酸、碱、热等因素影响而破坏，这些均给其分离、提纯工作带来了很大的难度。为了满足高纯度姜酚的需求，本实验采用有机溶剂萃取法、超声波萃取法和微波萃取法从生姜中提取生物有效活性成分姜酚，对提取物进行定性定量分析，用IR、UV等手段进行表征，探讨姜酚的抗氧化性能。1材料和方法1.1材料表面生姜购自湘潭大学农贸市场，用刀切成片后，37℃烘干24h，粉碎成干姜粉(40～60目)。1.2有机溶剂的提取将干姜粉100g装入提取器中，加入500ml丙酮浸泡24h，过滤，滤液减压蒸馏，纯化，冷冻干燥24h，称重，姜酚萃取率达0.15%。1.3提取剂用量对姜酚萃取率的影响将干姜粉100g装入烧瓶中，加入500ml石油醚，放入超声波提取器萃取，取出冷却到室温，过滤，滤液减压蒸馏，纯化，冷冻干燥24h，称重，计算姜酚萃取率。1.4微波辐射预处理将干姜粉100g装入烧瓶中，加入500ml石油醚，放入微波(微波频率915MHz，发射功率600W)辐射0.5h后，取出冷却到室温，过滤，滤液减压蒸馏，纯化，冷冻干燥24h，称重，姜酚萃取率达0.96%。1.5醛标准溶液的测定准确称取0.1g香草醛，用丙酮溶解定容至100ml，取上述溶液5ml，加丙酮稀释至100ml，配制成0.05mg/ml香草醛标准溶液。分别吸取浓度为0.05mg/ml香草醛标准溶液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铁氰化钾-三氯化铁试剂(0.6%铁氰化钾溶液和0.9%三氯化铁溶液等体积混合)，静置15min，在660nm处测定各溶液的吸光度。以香草醛标准溶液浓度为横坐标，对应的吸光度为为纵坐标，作香草醛标准曲线图(图2)。1.6氧气阴离子saf的测定测定方法参照文献进行。1.7二苯基c-自由基测定dpph测定方法参照文献进行。1.8因素三水平正交试验以辐射时间、辐射功率、占空比三因素为变量。进行三因素三水平正交试验(表1)。对试验数据进行处理得到最佳工艺条件后，再以此条件进行超声波萃取姜酚实验，得出最佳条件下的萃取率，以验证数据处理所得结果。2结果与分析2.1种提取方法姜酚提取率的比较为比较不同提取方法所得姜酚提取率和纯度差异，分别对有机溶剂萃取、超声波萃取和微波萃取所得的提取物定性定量分析，所得结果见表2。在微波频率915MHz，发射功率600W和辐射0.5h条件下，微波萃取姜酚的萃取率最高，为0.96%(优化数据未示)。从表2知，三种不同提取方法中，有机溶剂萃取法姜酚提取率和纯度最低，分别为0.15%和47.9%，超声波萃取法姜酚提取率和纯度最高，分别为1.39%和96.2%。与有机溶剂萃取法相比，超声波和微波萃取法能显著降低提取时间，且提取率和纯度较高。超声波和微波辐射直接作用于生姜粉末，使之在丙酮浸提液中剧烈振动，显著降低生姜粉末与浸提液间的表面张力，同时在浸提液中形成局部性的负作用区，产生大量空化气泡,迅速完成传质过程，且微辐射流作用会在界面之间形成强烈的机械搅拌效应，且这种效应可以突破层流边界层的限制，从而强化界面的传质过程，提高姜酚的萃取率。微波辐射时，浸提液迅速升温，姜酚在高温条件下不稳定，从而降低了微波萃取姜酚的纯度。2.2辐射时间与姜酚萃取率超声波萃取姜酚的正交实验工艺参数优化见表3。从表3可知，辐射时间，辐射功率，占空比三因素提取率的离差值分别为0.23,0.174和0.145，结果顺序为：辐射时间>辐射功率>占空比。辐射功率对姜酚萃取率影响最大。用超声波萃取生姜中姜酚最佳提取工艺为，辐射时间1.5h，辐射功率500W，占空比0.7。在此条件下姜酚的提取率高达1.39%，纯度77.4%。在最佳条件下做了3次追加验证实验，相应得提取率分别为1.21%，1.48%和1.32%，其均值为1.34%。2.3姜酚的鉴定2.3.1相邻基的影响将最佳条件下超声波提取物姜酚进行IR分析，并与标样对照，从图3中可知，提取物姜酚和标样姜酚IR图谱吻合较好，这与表2中超声波提取物姜酚的纯度77.4%相符。3500～3378cm-1出现的吸收峰为酚或醇的-OH吸收峰，-OH与之相邻的羰基以氢键结合，使其振动波数比自由态的-OH低。3000～2910cm-1出现的吸收峰为亚甲基的不对称伸缩振动(vasδ)峰，2890～2810cm-1出现的吸收峰为甲氧基芳醚的(vas)和对称伸缩振动峰，甲氧基芳醚对称性降低，导致v3和v4振动模式简并度的消除，同时这种对称性的降低也会引起1260～1250cm-1芳香醚吸收峰(vC-O)v1的活化。1796～1682cm-1出现的为羰基吸收峰(vC=O)，1600～1480cm-1出现的为苯环吸收峰，1470～1446cm-1与1390～1317cm-1出现的吸收峰为甲基相关峰，1300～1250cm-1出现的为芳香酚吸收峰(vC-O)，1260～1250cm-1为芳香醚吸收峰，860～580cm-1为相邻亚甲基的振动峰。2.3.2酚的吸收峰图4为超声波提取物姜酚的UV图谱。从图4知，姜酚有3个吸收峰，207、280nm处的吸收峰为苯环的特征吸收峰，230nm附近的吸收峰为共轭双键特征吸收峰。以上结果与文献报道的姜酚图谱一致。2.4dpph的清除率姜酚的抗氧化结果见图4。从图4知，姜酚有很好的抗氧化性能，能有效地清除超氧阴离子(SARF)和DPPH自由基。姜酚对超氧阴离子(SARF)的清除率随样品浓度的增加呈现出先增加后减小的趋势，样品浓度为400μmol/L时，清除率高达(67.33±0.87)%。SARF是供电子体，姜酚抑制SARF的主要活性部位在苯环上C2=C3，苯环上羰基(CH3O-)和酚羟基(-OH)的作用下，苯环内侧形成一个大的共轭体系，使C2=C3有较强的吸电子能力，随着样品浓度的增加，吸电子能力也随之增加，表现为SARF的清除率增大。当样品浓度超过400μmol/L时，姜酚自养化作用增强，且自氧化作用强于其对超氧阴离子自由基的清除能力，所以抑制率下降了。姜酚对DPPH的清除率随浓度的增加而增加，当浓度100～400μmol/L时，清除率随浓度变化而显著增加，继续增大样品浓度，清除率基本不变。DPPH自由基为单电子，其清除机理还有待进一步探究。3抗氧化活性考察3.1从生姜中有效提取姜酚的方法为超声波萃取法，其姜酚提取率1.39%和纯度77.4%。3.2超声波萃取生姜中姜酚最佳提取工艺为：辐射时间1.5h，辐射功率500W，占空