生姜黄酮乙醇浸提工艺优化及其稳定性研究

　　摘要：【目的】优化生姜黄酮乙醇浸提工艺，并对其稳定性进行研究，为发掘生姜作为高附加值产品提供科学依据。【方法】在单因素试验基础上，选择乙醇体积分数(A)、液料比(B)、浸提温度(C)和浸提时间(D)为影响因子，应用Box-Benhnken中心组合法进行4因素3水平试验设计，以生姜黄酮提取率(Y)为响应值进行响应面分析，并研究生姜黄酮的稳定性。【结果】生姜黄酮提取率对4个因素的二次方程模型为：Y=2.10-0.088A-0.10B+0.30C+0.058D-0.15AB-5.25E-003AC+0.50AD+0.19BC-0.35BD-0.13CD-0.18A2-0.23B2-0.22C2-0.24D2(R2=0.9329)，响应面设计模型拟合程度较好，其中乙醇体积分数、液料比与浸提时间的交互作用对黄酮提取率有极显著影响(P<0.01)，液料比、浸提时间与浸提温度的交互作用影响显著(P<0.05)，各因素对生姜黄酮提取率影响的排序为浸提温度>液料比>乙醇体积分数>浸提时间。生姜黄酮的最佳提取工艺条件为：乙醇体积分数60%、液料比30∶1、浸提温度80 ℃、浸泡时间3 h，在此条件下实际测得的生姜黄酮提取率为2.396%，与预测值(2.457%)接近，相对误差为2.482%。生姜黄酮在盐酸和氯化钠溶液中较稳定，而在氢氧化钠溶液中不稳定，在80 ℃以下时稳定性良好，温度超过80 ℃后出现少量降解。【结论】通过响应面优化的生姜黄酮乙醇浸提工艺所需设备简单、易操作、提取温度较低、污染小、耗能低且提取率较高，可用于生姜黄酮规模化提取，同时生姜黄酮可作为天然稳定剂进行开发。

　　关键词： 生姜;黄酮;提取;响应面分析;稳定性

　　引言

　　【研究意义】生姜是姜科多年生草本植物姜的新鲜根茎，多为不规则图形，整体呈黄色，既可食用又可药用，具有活血脉络、祛痰的功效，对脾、肺也有益(匡芮等，2007)。生姜不仅含有姜酚、姜油酮、α-蒎烯、桉油精和黄酮类物质(谭建宁等，2013;高红岩，2016)，还有一些微量元素和维生素(吴建華和张丽君，2002)。其中，黄酮可清除人体内的自由基，是一种抗氧化剂(郑裕国等，2004)。黄酮类化合物在抗肿瘤、抗病毒等方面具有显著的药理作用，还可软化血管，促进血液循环(朱茂田，2006)。在多种常见的中药中均含有黄酮成分，如丹参、黄芪、葛根和金银花等(王青云，2010;何军，2019)。黄酮种类繁多，是一种开发前景广阔的天然有机药物。因此，研究生姜中总黄酮提取工艺，对于生姜的综合利用具有重要意义。【前人研究进展】目前，科技人员已对生姜黄酮的提取方法进行相关研究。郭艳华等(2010)以生姜为原料，采用微波法辅助乙醇提取黄酮，并通过避光、紫外光、加热等方式研究生姜黄酮的稳定性;许庆陵等(2012)以生姜加工的废弃物生姜皮为原料，采用乙醇浸提法提取其总黄酮，在最佳工艺条件[乙醇体积分数75%、浸提时间5.5 h、浸提温度60 ℃、料液比1∶45(g/mL，下同)]下获得总黄酮提取率0.61%;王宗成等(2015)采用响应面法优化生姜茎叶总黄酮的提取条件，并发现生姜茎叶总黄酮体外清除羟基自由基能力强于相同浓度的2，6-二叔丁基对甲酚;吴玲(2017)采用正交试验法优化生姜黄酮提取工艺，结果发现，在生姜粉过40目筛、乙醇体积分数70%、液料比15∶1(mL/g，下同)、温度70 ℃的条件下，黄酮提取率为1.52%;孙晓玲(2018)研究发现纤维素酶—乙醇结合法提取的生姜总黄酮提取率高于超声提取法和回流提取法;罗思玲等(2019)采用超声辅助甲醇浸提法对生姜残渣中总黄酮进行提取，结果表明，在最佳提取工艺条件(料液比1∶25、甲醇浓度72%、超声温度62 ℃、超声时间30 min)下，生姜残渣总黄酮提取量为10.42 mg/g。【本研究切入点】虽然已有不少关于生姜黄酮提取方法及其活性的研究，但主要集中在生姜鲜姜、生姜皮、生姜茎叶、生姜残渣等原料。因品种、地域等因素差异，生姜黄酮种类较多，不同溶剂浸提出的黄酮在结构和生理功能上存在差异(梅邢等，2017)。尤其是生姜老姜茎块提取的黄酮与上述原料有无差异目前尚不知晓，关于响应面设计乙醇浸提生姜老姜黄酮工艺及其在不同条件下的稳定性研究也鲜见报道。【拟解决的关键问题】通过分光光度法测定生姜老姜中的总黄酮含量，采用响应面设计优化溶剂法提取生姜老姜黄酮的工艺，探究各因素(乙醇体积分数、液料比、浸提温度、浸提时间)及其交互作用对黄酮提取率的影响，同时考察生姜黄酮在不同浓度盐酸、氯化钠、氢氧化钠溶液及不同温度条件下的稳定性，为发掘生姜作为高附加值产品提供科学依据。

　　1 材料与方法

　　1. 1 试验材料

　　生姜购自淮安市城南农贸市场，将生姜老姜茎块洗净后切片，置于干燥箱中60 ℃烘干，粉碎，过40目筛备用。芦丁标准品购自金克隆(天津)生物技术有限公司，亚硝酸钠购自无锡拜尔化工厂，硝酸铝购自上海展云化工有限公司，乙醇购自无锡市亚泰联合化工有限公司，甲醇和乙酸乙酯购自扬州市华富化工有限公司。主要仪器设备：UV1801紫外可见分光光度计[北京北分瑞利分析仪器(集团)有限责任公司]，DHG-9053A型电热鼓风干燥箱(上海亦博实业有限公司)，0521型索氏提取器(成都乔跃仪器有限公司)，DCTE-1000超声波萃取仪(北京弘祥隆生物技术股份有限公司)，HH-600型恒温水浴锅(常州国华电器有限公司)，FA1004型分析天平(上海卓精电子科技有限公司)，JYT-1托盘天平(常熟市桂衡天平仪器有限公司)，JYL-C012榨汁机(九阳股份有限公司)，JJ-2型组织捣碎机(上海弗鲁克流体机械制造有限公司)。

　　1. 2 试验方法

　　1. 2. 1 标准曲线绘制 将芦丁置于120 ℃干燥箱中干燥至恒重后，精确称取0.0200 g置于100 mL容量瓶中，用80%乙醇溶解并定容至刻度，颜色呈浅黄色，得质量浓度为0.2 mg/mL的芦丁标准溶液。移液管分别移取0、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0和10.0 mL配好的芦丁标准溶液于25 mL具塞试管中，分别加入5%亚硝酸钠溶液1.0 mL，振匀后放置5 min，再分别加入10%硝酸铝溶液1.0 mL，振匀后放置5 min，加入1.0 mol/L氢氧化钠溶液10.0 mL，用80%乙醇定容至刻度线，盖上塞子，振匀后放置10 min，用UV1801紫外可见分光光度计在510 nm处测定吸光值。以芦丁标准溶液质量浓度(x)为横坐标，吸光值(y)为纵坐标制作标准曲线，得回归方程为y=0.71504x-0.01861(R2=0.9992)。

　　1. 2. 2 样品测定 称取5.0 g生姜粉置于锥形瓶中，加入100 mL 80%乙醇，在80 ℃恒温水浴锅中浸提1 h，冷却过滤，取滤液2.5 mL于50 mL容量瓶中，分别加入亚硝酸钠溶液1.0 mL，振匀，放置5 min，再分别加入10%硝酸铝溶液1.0 mL，振匀后放置5 min，加入1.0 mol/L氢氧化钠溶液10.0 mL，用80%乙醇定容至刻度线，盖上塞子，振荡摇匀后放置10 min，于UV1801紫外可见分光光度计上测定吸光值，计算生姜黄酮含量，再根据公式计算黄酮提取率。

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文章名称： 生姜黄酮乙醇浸提工艺优化及其稳定性研究

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