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1、【标题】生姜中有效成分的提取及测定研究进展 【作者】朱 磊 【关键词】生姜姜精油姜辣素姜油树脂提取分析测定 【指导老师】贺 薇 【专业】化学 【正文】1、引言姜又名地辛、百辣云，系姜科多年生宿根草本植物的根茎，它既是香料也是医药、食品、化妆、工业的天然原料。中国是生姜的主要生产国之一，年出口量占世界总出口量的40%，我国中部、东南部至西南部都广为栽培，在河南、山东、湖北、四川等省种植较多，我国生姜产量高，但由于生姜鲜美不耐贮藏等原因，常造成大量损失。实践证明，如果将生姜加工成姜油，则经济效益可提高35倍。随着食品加工技术的进步，应用现代工艺技术提取生姜制成的姜精油、姜辣素、姜油树脂等深加工产品
2、越来越受到推崇，广泛运用于餐饮、美容、医药等行业，为了满足市场需求，对生姜成分的研究和提取具有重大意义。姜的现代加工方法主要有水汽蒸馏法、溶剂浸提法、压榨法、超声波法、微波辐射萃取法、液体浸CO2提法和超临界CO2萃取法等。根据加工方法及所含组分的不同，得到姜精油和姜油树脂两种深加工产品。姜的化学成分组分分析可分为挥发油组分分析和姜辣素组分分析两部分，目前分析过程中主要采用的方法有薄层层析法(TLC)、高效液相色谱(HPLC)、气相色谱(GC)、气质联用(GCMS)、顶空固相微萃取等手段，为取得较好的成分分析效果，大都是几种方法配合使用。因此本文针对生姜中有效成分的提取和测定进行文献综述，希望
3、对研究生姜有效成分新的提取和含量测定方法提供一定的理论依据。2、生姜有效成分简介生姜营养丰富，含精油、姜辣素和微量矿物元素等，生姜的化学成分复杂，已发现的有100多种，可分为挥发油、姜辣素和二苯基庚烷3大类，另外还含有多种氨基酸、维生素及多种功能性成分。2.1姜精油姜的挥发油是一种与水不相溶的油状液体，可经水蒸汽蒸馏法获取，其化学成分主要为萜类物质，其中倍半萜类碳水化合物占50%60%，氧化倍半萜烯类占17%，其他主要是单萜烯类碳水化合物和氧化单萜烯类1。油中主要成分为姜醇、姜烯、水芹烯等。其精油中存在的1乙酰氧基胡椒酚乙酸脂则是姜中最主要的有效成分，具有抗菌、抗癌、抗溃疡、杀虫等生物活性，也
4、是香味和辣味的主要组分。单萜类和倍半萜类这两类物质的含氧衍生物大多有较强的香气和生物活性，是医药、食品、香料和化妆品工业的重要原料。2.2姜辣素姜辣素是生姜中的主要有效成分，它不仅是生姜特征风味的主要呈味物，也是生姜多种药理作用的主要功能因子，它具有镇吐作用、温里作用、抗菌、抗血小板凝聚等多方面的药理作用。它主要存储在姜油树脂中，姜油树脂在贮存过程中，姜辣素含量会增加。姜辣素是姜中的辣味成分，是多种物质构成的混合物，其结构中均含有3甲氧基4羟基苯基官能团，根据该官能团所连接脂肪链的不同，可把姜辣素分为姜酚类、姜烯酚类、酮类、姜二酮类、姜二醇类等不同类型，其中，6姜醇的含量占50%以上。此外，姜
5、中还存在一些微量的辣素成分，如甲基姜醇、二氢姜醇、甲基姜烯酚、六氢姜黄素等2-3。2.3二苯基庚烷二苯基庚烷是姜的主要化学成分之一，它是一类具有1,7二取代苯基并以庚烷骨架为母体结构的化合物的统称，可分为线性二苯基庚烷类和环状二苯基庚烷类化合物。有关研究表明，该类化合物有抗氧活性，在1996年又从生姜的二氯甲烷中分离出5个新的二苯基庚烷化合物4。2.4挥发油与姜油树脂的区别姜精油和姜油树脂是目前姜的两种深加工产品，二者均是从姜中抽取出来的微量、高价的浓缩物质，属植物油脂。挥发油是指从姜根茎中用水蒸气蒸馏的方法得到的挥发性油份，几乎不含高沸点成分，是一种透明、浅黄到橘黄色可流动的液体，具有浓郁的
6、芳香气味，其折光率为1.48801.4940，旋光度为2845，密度为0.8710.8821，主要应用于食品及饮料的加香、调味，也是国内外市场需要的价格不菲的香精原料和药用原料。姜油树脂则是用有机溶剂萃取姜根茎，然后回收有机溶剂，剩下的比较粘稠的半液体物质。它既含有少量精油的挥发成分，也含有精油不具备的非挥发性的脂肪成分，是一种深琥珀色至深棕色的粘稠液体，几乎不溶于水，醇溶度也较低，静置后可产生粒状沉淀，折光率1.4881.498（20），旋光性（30）（60）（20）1。因此姜油树脂口感芳香、辛辣，含有姜作为香辛料的全部风味。其中不挥发成分在呈香方面有着逼真作用，且对挥发性精油起着天然定香剂
7、的作用。因此姜油树脂的高沸点不易挥发的特性特别适用于需要进行高温加工的食品，是一种高品质的调味料和食品配料。3、生姜中有效成分提取方法目前生姜中有效成分的提取方法主要包括：水蒸汽蒸馏法、溶剂浸提法、压榨法、超声波法、微波辐射萃取法、超临界CO?萃取法、干柱层析法和分子蒸馏技术等。根据提取方法及所含组分的不同，可得到姜精油、姜油树脂和姜辣素等深加工产品。3.1水蒸汽蒸馏法水蒸汽蒸馏法是传统的生姜加工方法，它是利用道尔顿分压定律，分离难溶于水的成分。通常是将鲜姜或干姜在蒸馏前捣碎然后在常压或加压下，通入水蒸气以使姜油在低于其沸点的温度下馏出。水汽蒸馏法提取生姜油的具体方法步骤为：（1）原料预处理；
8、（2）烘干；（3）粉碎；（4）蒸馏、冷却；（5）油水分离。该法主要获得姜中挥发性较大的精油，挥发性较小的部分，如某些酚类衍生物，因其独特的物理化学性质及分子结构，难以随水蒸汽蒸出，所以水汽蒸馏法只能提取姜中的部分姜油，其得油率在1.5%2.5%左右，此法操作简单，投资少，但缺点是蒸馏时间长，得油率低，且无法提取姜辣素组分，因而提取的姜精油风味与生姜有一定的差别。由于姜油储藏在根茎角状细胞的空隙中，在根茎的表皮和内部都有分布，在提取姜油前，生姜的不同干燥方法对获得的姜油在组成、质量上有较大的影响，鲜姜干燥成干姜将有许多低沸点的萜类丢失，即使采用冷冻干燥法，也有痕量组分丢失，因此，采用合理的干燥法
9、有利于保留单萜类1,5,6。水汽蒸馏技术近年来有了较大的发展，新的技术主要有水扩散水蒸汽蒸馏器、涡轮式快速蒸馏器、连续蒸馏器及南京野生植物研究所研制开发的加压串联蒸馏设备和能应用在田间的TX-A型小型移动式蒸馏设备等。3.2溶剂浸提法溶剂浸提法是获取姜油树脂的常用方法，包括直接溶剂浸提法和索氏提取法。前者将固态生姜直接浸泡在溶剂中，使姜中所含的有效成分按一定的规律（如费克定律），逐渐溶解于溶剂中而被“浸泡”出来；后者利用对溶剂加热回流及虹吸原理，使固态生姜中的有效成分能够连续多次地被溶剂所萃取。浸提的姜油树脂所含化学成分与所选用的溶剂关系很大，提取时大多用极性强的溶剂，如乙醚、乙醇、丙酮等，其
10、中用乙醇连续索氏提取可获得姜的总含油量。李凤华7等人采用无水乙醇浸提生姜中的姜辣素，试验证明：影响姜辣素浸提率的条件主要是提取温度、液固比、提取时间，最佳提取工艺条件为提取温度60，液固比1:8，提取时间50min。3.3压榨法压榨法是利用压榨机械手段对洗净的生姜进行直接处理，获得其中的姜油树脂8。这种方法不涉及添加化学物质，保留了油料内的丰富营养，无化学溶剂污染，不含任何化学防腐抗氧化剂，保证了产品的安全、纯正、营养和美味，符合人体健康需求，适宜长期放心食用，但缺点是出油率低。3.4超声波提取法超声提取法应用超声波强化提取植物的有效成分，是一种物理破碎过程。超声波在作用的过程中主要产生独特的
11、机械振动和空化作用。振动时产生并传递强大的能量，引起媒质质点振动，从而促使有效成分进入溶剂中；空化作用时伴随着强大的冲击波和微声波，破坏细胞壁结构，使细胞内的有效成分得以释放，从而提高提出率。所以超声波提取技术具有提取速度快，选择性好及操作方便等特点，近年来得到广泛应用。唐仕荣9等人通过单因素试验和正交试验探讨了超声波技术对姜辣素提取率的影响，确定了超声波技术提取姜辣素的最佳工艺参数为：鲜生姜60以下干燥，粉碎过60目筛，60%乙醇为溶剂，1: 12.5料液比条件下超声处理15分钟，姜辣素的1次提取率即可达到3.03%，为乙醇回流提取6小时的88.54%，提取液中姜辣素含量高于乙醇回流法，充分
12、体现了超声波提取的高效率和高选择性的优点。3.5微波辐射萃取法微波辐射萃取法又称微波辅助萃取法，是微波和传统溶剂萃取法相结合后形成的一种新的萃取方法，具有萃取时间短、溶剂用量少、提取率高、溶剂回收率高、所得产品品质好、成本低、投资少等优点。刘红波等10用微波辐射萃取法从生姜中提取姜辣素，在实验中探讨了不同的萃取剂、微波功率、微波辐射时间，固液比对提取率的影响，得出最佳的提取条件是：萃取剂为无水乙醇，固液比(生姜粉末与无水乙醇的比例)为l: 12.5，微波功率为650W40%，微波辐射时间为180s。在最佳提取条件下，姜辣素的提取率可达073%。3.6超临界CO?萃取法超临界流体萃取法是一种物理
13、分离和纯化方法，即以CO?为萃取剂，在超临界状态下，加压后使CO?溶解度增大，将姜油溶解出来，然后通过减压将CO?释放出来。超临界流体萃取采用多元溶剂，包括CO?、乙醇、乙烯等各种低碳原子的烃类及其衍生物，其中CO?较为常用，因其具有适宜的临界特性数值，且具有化学惰性、无毒、价廉易得，可以同萃取物完全分离并循环利用，对环境无污染。以CO?为超临界流体，可在常温下进行分离，这种方法可同时获得挥发性和非挥发性姜油组分。优点是无溶剂残留，选择性易于控制，并能减少姜油中不稳定组分的分解，故抽提效率远远高于其他方法。李加兴11等人采用超临界CO?萃取方法，研究从生姜中提取生姜油的最佳生产工艺，并应用正交
14、试验探讨优化工艺参数。研究结果表明：控制干姜粉末的粉碎度4060目，采用萃取压力30MPa，萃取温度45，萃取时间2.5h，CO?流量380kg/h等工艺条件，可使干生姜粉的出油率达1.81%。超临界CO?萃取法萃取的姜油与水蒸汽蒸馏法获取的姜油在组分上有明显区别，前者既含有挥发油组分，又含有较高的姜辣素组分；而后者几乎不含姜辣素组分。说明CO?萃取法在保留姜的风味及其特性方面有不可替代的作用1。3.7干柱层析法 Hiroe12用硅胶柱、Sep Hadex LH-20柱多次反复层析，结合高效液相色谱(HPLC)制备层析，获得纯6-姜酚、8-姜酚、10-姜酚、二芳环姜酚等十多姜酚类物质，但得量极
15、低，只有毫克级的纯品。黄雪松用硅胶干柱层析法13-14，从姜油树脂中分离姜酚，层析结束后分段取出硅胶，通过薄层层析初步判断含姜酚的硅胶段，用甲醇从此硅胶段上解吸、浓缩得粗姜酚，再利用姜酚在-18的冷正己烷中会结晶析出制得姜酚。或将含姜酚的硅胶装在聚酰胺柱上，以20%50%乙醇溶液为流动相梯度洗脱,能分离出姜辣素。3.8分子蒸馏技术分子蒸馏方法是一种最温和的蒸馏分离手段,它克服了传统蒸馏操作温度高、受热时间长的缺点,尤其适用于高沸点和热敏性物质的分离。王发松等15利用分子蒸馏技术对经超临界流体萃取所得干姜油进行分离纯化,成功地将姜油中的萜类和姜辣素类组分分离,分离出的姜辣素组分中姜烯酚类化合物的
16、含量达到了86%以上，6-姜烯酚的含量达60%左右。4、生姜中有效成分分析测定方法姜的化学成分组分分析可分为挥发油组分分析和姜辣素组分分析两部分，分析过程贯穿着薄层层析法（TLC）、液相色谱（LC）、气相色谱(GC)、气质联用(GCMS)，高效液相色谱(HPLC)和抗原结合分段与质谱联用(FABMS)等分析手段，为了达到良好组分分析效果，一般是几种方法配合使用。4.1挥发油的组分分析法姜的挥发油成份复杂，GC、GCMS是鉴定挥发油组分含量的主要手段，为避免多峰相互重叠导致难以分辨，分析前大多采用LC将挥发油分成碳氢化合物和含氧化合物，甚至将含氧化合物进一步分成若干段分，利用这些手段，使挥发油的组分分析越来越清晰1。检出的挥发油组分分属以下几大类：（1）碳氢化合物，包括49
