生姜中姜辣素提取工艺研究
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摘要:姜辣素是生姜中主要功能成分之一，具有多种功能活性，在医药、食品、调味品、化妆品和卫生等领域具有广阔的应用前景。研究生姜中姜辣素的提取，对生姜的高值化利用具有重要意义。本文概述了我国生姜中姜辣素提取工艺研究进展，以期为生姜中姜辣素的提取及其开发应用提供参考。
关键词:生姜；姜辣素；提取工艺
生姜为姜科植物姜的根茎，是传统的药食兼用食品，我国生姜资源丰富[1]。生姜中含有多种功能活性成分，具有多种功能活性，姜辣素是其中主要功能活性成分之一。姜辣素不仅是生姜辣味的主要呈味物质，也是生姜多种功能活性的主要功能因子，在医药、食品、调味品、化妆品和卫生等领域具有广阔的应用前景。研究生姜中姜辣素的提取，对于生姜的高值化利用、发展生姜产业具有重要的意义，受到人们广泛关注。本文梳理概述近10年来我国生姜中姜辣素提取研究现状，为生姜姜辣素深入研究及其开发应用提供参考。
1溶剂提取法
溶剂提取就是依据相似相溶原理，考虑姜辣素的溶解性，选择适当的溶剂，尽量多地将姜辣素类成分溶出，同时控制和减少其他成分溶出。考虑姜辣素溶解性和食用安全性，所用溶剂主要为乙醇。目前，国内有关生姜中姜辣素溶剂提取研究相对较多。邓仙梅等[2]以姜辣素提取率为指标，研究了生姜中姜辣素的乙醇回流提取。通过正交试验优化的最佳提取工艺条件为乙醇体积分数80%、料液比（g/mL）1∶10、提取时间1.0h、提取次数3次。该工艺下，生姜姜辣素提取率为55.87mg/g。傅秀娟等[3]也研究了生姜中姜辣素的乙醇回流提取，选用乙醇用量、回流时间和回流次数为因素，采用正交试验法优化的最佳工艺条件为5g干姜粉，加入5.5mL体积分数60%的乙醇，提取3次，每次1.0h。该工艺下，生姜姜辣素提取率为4.79%。汤秀华等[4]研究了生姜中姜辣素的有机溶剂浸提法，选用无水乙醇为溶剂，在单因素试验的基础上，采用正交试验法优化提取工艺，得到影响姜辣素提取率的因素大小顺序为料液比＞浸提温度＞浸提时间，优化的最佳工艺为生姜粉粒度80目、料液比（g/mL）1∶70、提取温度70℃、提取时间75min。该工艺下，生姜姜辣素提取率为2.14%。廖钦洪等[5]研究了生姜中姜辣素乙醇浸提，通过PB试验和CCD响应面法得出，乙醇浓度、浸提温度和料液比对姜辣素提取影响较大。优化的最佳浸提工艺为乙醇浓度72%、料液比（g/mL）1∶57、浸提温度54℃、提取时间1.25h。该工艺下，生姜姜辣素提取率为0.94%。魏锐等[6]也研究了生姜中姜辣素的乙醇浸提法，响应面法优化的最佳浸提工艺条件为80%乙醇作提取剂、料液比（g/mL）1∶12、浸提温度70℃、提取时间1.5h、浸提次数2次。该工艺下，生姜姜辣素提取率达92.55%。张鲁明等[7]研究优化的生姜中姜辣素乙醇浸提工艺为生姜干燥粉碎过60目筛、乙醇浓度80%、料液比（g/mL）1∶10、浸提温度50℃、提取时间2.0h。该工艺下，姜辣素得率达1.61%。另外，姜艳艳[8]研究了鲜姜中姜辣素的乙醇浸提法，正交试验法优化的最佳浸提工艺条件为无水乙醇作提取剂、料液比（g/mL）1∶3.5、浸提时间2.5h、旋蒸温度50℃、浸提次数2次。该工艺下，鲜姜中姜辣素提取率为0.095%。综上所述，影响生姜中姜辣素溶剂提取的因素主要有乙醇浓度、料液比、温度、时间和提取次数。溶剂提取易于操作，工艺简单、适于工业化生产，但也存在提取时间长、产品杂质多、提取温度较高影响姜辣素活性、经济效益较差等问题，影响其工业生产应用。
2超声辅助提取法
超声辅助提取即利用超声波的空化、机械和热效应等，有效破坏生姜细胞结构，促使姜辣素类成分快速溶出，提高姜辣素提取率。目前，有关生姜中姜辣素超声辅助提取的研究也相对较多。赖海涛等[9]研究了生姜中姜辣素超声辅助乙醇提取，采用单因素逐项优化法确定的最佳工艺条件：以体积分数85%乙醇为溶剂，超声功率200W，料液比（g/mL）1∶14，超声时间30min。该工艺下，姜辣素提取率为1.86%。杜秋叶等[10]研究了生姜中姜辣素超声辅助乙醇提取，采用正交试验法优化的最佳提取工艺为：无水乙醇为溶剂，固定超声功率为100W，料液比（g/mL）1∶16，提取温度60℃，超声时间30min。该工艺下，生姜姜辣素提取率为25.8%。项敏等[11]也研究了生姜中姜辣素的超声辅助提取，正交试验优化的最佳工艺条件为固定超声功率600W、乙醇浓度60%、料液比（g/mL）1∶15、提取温度25℃、提取时间10min。该工艺下，生姜姜辣素提取率为5.14%。李萍等[12]由正交试验优化的生姜中姜辣素超声辅助乙醇提取最佳工艺条件为无水乙醇作溶剂、生姜粉目数60～80目、超声功率231W、料液比（g/mL）1∶25、超声温度80℃、超声时间15min。该工艺下，姜辣素提取率为6.896%。豁银强等[13]研究确定的姜辣素超声辅助最佳提取工艺为固定提取温度60℃、乙醇体积分数65%、超声功率300W、料液比（g/mL）1∶12、提取温度60℃、提取时间20min。在该工艺下，生姜姜辣素提取率为2.78%。孔繁东等[14]则研究了生姜渣中姜辣素的超声辅助乙醇提取，确定的最佳工艺为乙醇浓度75%、料液比（g/mL）1∶15、超声功率800W、提取时间10min。在该试验条件下，生姜渣中姜辣素提取率为2.1%。另外，杨小敏等[15]研究了生姜中姜辣素的超声辅助乙酸乙酯提取，响应面法优化的最佳工艺为乙酸乙酯体积分数91.5%、料液比（g/mL）1∶19.3、超声功率800W、提取温度41.5℃、提取时间10min。该工艺下，生姜中姜辣素得率为22.982mg/g。李楠等[16]优化的生姜中姜辣素超声辅助乙醇提取工艺为乙醇浓度79%、料液比（g/mL）1∶13、提取温度40℃、超声功率200W、提取时间26min。该工艺下，姜辣素得率10.42mg/g。综上所述，超声辅助提取可缩短提取时间、能耗较低、提取温度较低，有利于保护姜辣素活性，提取效率较高，是一种生姜姜辣素提取的有效方法，但也存在超声波对环境的污染问题。
3微波辅助提取法
微波辅助提取是利用微波的选择性加热，瞬间产生高温高压，导致生姜细胞壁破裂，减少传质阻力，姜辣素被快速溶出。目前，国内对生姜中姜辣素微波辅助提取研究也相对较多。汤秀华等[17]研究了生姜姜辣素微波辅助无水乙醇提取，通过正交试验法优化的最佳提取工艺条件为生姜粉目数80目、料液比（g/mL）1∶90、微波功率220W、微波温度55℃、微波时间100s。此工艺条件下，姜辣素提取率为1.989%。朱沛沛等[18]研究了生姜姜辣素微波辅助乙醇提取，通过正交试验法优化的最佳提取工艺条件为体积分数80%乙醇作提取剂、料液比（g/mL）1∶14、微波功率300W、微波温度55℃、微波时间120s。此工艺条件下，姜辣素提取率为1.7108%。陈莉华等[19]研究优化的生姜姜辣素微波辅助乙醇提取最佳工艺条件为乙醇浓度66%、料液比（g/mL）1∶16、微波功率300W、微波时间70s。此工艺条件下，姜辣素提取率为1.76%。李爱江等[20]优化的生姜姜辣素微波辅助乙醇提取最佳工艺条件为乙醇浓度80%、料液比（g/mL）1∶18、微波功率300W、微波时间100s。此工艺条件下，姜辣素提取率为1.757%。综上所述，微波辅助提取生姜中姜辣素具有选择性好、提取时间短、提取效率高等优势，但该工艺前期设备成本相对较高，工业化生产的微波设备尚未开发问世，现也仅限于实验室研究。
4酶辅助提取法
酶辅助提取法就是利用酶反应高度专一性的特点，选择相应的酶，特异性地分解生姜细胞壁组成，破坏细胞壁致密结构，减少传质阻力，加快姜辣素类成分溶出。目前，国内有关酶辅助提取生姜中姜辣素研究很少，仅有文献1篇。孙昕等[21]研究了纤维素酶辅助提取生姜中姜辣素工艺，由正交试验法优化的工艺条件为料液比（g/mL）1∶50、酶用量0.95%、酶解温度50℃、酶解时间90min。该工艺下，生姜中姜辣素提取率1.85%。由此可见，酶辅助提取法是一种反应条件温和、提取率较高的姜辣素提取方法，但也存在提取时间相对较长、提取过程条件要求严格、成本较高等问题，目前仅限于实验室研究。
5协同辅助提取法
采用2种或2种以上提取技术协同辅助提取生姜中姜辣素，可实现方法优势互补。徐丽萍等[22]研究了纤维素酶协同超声辅助提取生姜中姜辣素，响应面法优化的最佳工艺条件为按料液比（g/mL）1∶10加入pH值5.9浓度为0.2mol/L的磷酸缓冲液，纤维素酶用量50mg/g，酶解温度47℃，酶解61min后，再加入7.5mL无水乙醇，在超声功率150W、温度49℃下，超声提取30min。该工艺下，姜辣素提取率为4.7701%。赵希艳等[23]研究了纤维素酶协同微波辅助提取生姜中姜辣素，正交试验优化的最佳工艺条件为以pH值5.0的PBS缓冲液为提取剂，料液比（g/mL）1∶100，酶用量4%，酶解温度50℃，酶解时间100min，微波时间80s。该工艺下，粗提物中姜辣素含量6.17%。于博等[24]研究了生姜中姜辣素的超低温冻融协同超声辅助提取，响应面法优化的最佳工艺条件为60%乙醇作提取剂、冻融2次、料液比（g/mL）1∶15、超声温度47℃、超声时间40min。该工艺下，姜辣素提取率2.98%。综上所述，协同辅助提取可明显提高姜辣素提取率，提取温度也较低，符合工业生产要求，但也存在工艺相对复杂，成本较高等问题。
6结语
我国生姜资源丰富，开发应用生姜姜辣素有得天独厚的资源优势。但目前对生姜中姜辣素提取研究还不够系统，难以为生姜姜辣素的产业化生产提供理论支撑。今后应系统深入研究生姜姜辣素提取工艺，应用一些现代天然产物提取分离技术，创新生姜中姜辣素的提取技术，实现生姜中姜辣素的高效提取。
作者:徐未芳 王桂林 范建凤 赵二劳 单位:忻州师范学院化学系
