＊陳嫘 賈瑞 張慧云 沈琪 魏勝華

（安徽工程大學(xué)生物與食品工程學(xué)院 安徽 241000）

生姜（Zingiber officinale Roscoe）為姜科單子葉植物的塊莖，作為一種常見的草本植物，因其具有辛辣口感和芳香的氣味，是人們?nèi)粘Ｉ钪械闹饕{(diào)味品之一[1]。生姜中含有多種有功效的生理活性物質(zhì)，賦予其具有消炎、殺菌和抗氧化等作用[2]。生姜油是生姜塊莖中含有的揮發(fā)性成分，其外觀是淡黃色澄清透明的液體，是生姜產(chǎn)生風(fēng)味和具有活性功能的物質(zhì)基礎(chǔ)之一[3]。

生姜油常規(guī)的提取方法一般采用水蒸氣蒸餾、有機溶劑浸提和二氧化碳超臨界萃取等方法，水蒸氣蒸餾和有機溶劑浸提的效率較低，超臨界萃取對設(shè)備的要求較高[4-6]。三相分離法是近年來發(fā)展起來的一種較新的提取生物活性成分的方法，通過將鹽和有機溶劑加入到含有目標(biāo)物的提取液中，混勻，靜置后分層形成三相，其中上相為有機溶劑（包含非極性化合物），中間相為酶蛋白的固體層，下相為水相（包含極性化合物），通過三相分離可以獲得不同目標(biāo)的產(chǎn)物，該方法其具有簡單、快速和易于放大的優(yōu)點，在蛋白、油脂以及多糖的分離提取中應(yīng)用廣泛[7-9]。

我國雖然是生姜生產(chǎn)大國，但是生姜制品多是生姜片、生姜粉和生姜汁等初級加工的產(chǎn)品，其附加值不高，開發(fā)生姜中姜油相關(guān)制品是提高生姜產(chǎn)品價值的有效途徑之一，針對目前在生姜油提取中存在的問題，本文研究采用三相法從生姜中提取生姜油，考察了有機溶劑的用量、硫酸銨的濃度、提取pH和提取溫度等因素的影響，并通過正交實驗獲得了最佳提取工藝，為高效提取生姜油提供了新方法。

1.材料與方法

(1)材料與儀器

生姜，購自當(dāng)?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場；硫酸銨、叔丁醇、鹽酸、氫氧化鈉等化學(xué)試劑購自國藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司，均為分析純。

64R臺式高速離心機，美國貝克曼公司；FA-1004精密電子天平，天津天馬恒基儀器有限公司；JJ-665小型研磨機，浙江永康金味電器有限公司；SK-1快速混勻器，浙江金壇杰瑞爾電器有限公司；RE-201D旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海力辰儀器科技有限公司；PHS-25酸度計，上海雷磁儀器有限公司。

(2)三相法分離

將生姜攪碎成漿，加入20mL濃度為40%(w/v)的硫酸銨溶液中，快速混勻器上處理5min，使之完全混合，然后調(diào)節(jié)pH值為7.0后加入等體積的叔丁醇。以上的混合物在35℃振蕩水浴鍋中充分振蕩60min，然后4000r/min的條件下離心10min使三相分層明顯，用注射器吸取上層的有機溶劑，放入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器減壓蒸發(fā)，收集瓶中所得到的液體即為生姜油，將收集瓶稱重，通過前后的重量差別得到生姜油的質(zhì)量。

在以上初始條件的情況上，進(jìn)行單因素優(yōu)化，然后在此基礎(chǔ)上選取叔丁醇的用量、硫酸銨濃度、pH值和溫度這4個因素，每個因素考察3個水平，以生姜油的提取率為指標(biāo)，進(jìn)行正交實驗，獲得最佳提取工藝。

2.結(jié)果與分析

(1)單因素實驗

①叔丁醇用量對提取的影響

叔丁醇相比較其他溶劑，其揮發(fā)性比較小，容易成相，是三相分離中最常用的有機溶劑。另外，叔丁醇的熔點較低，在低溫下就可以凝固，因此在油脂的提取中后期可以采用低溫凝固的方法實現(xiàn)叔丁醇與油脂的快速分離，很適合油脂的大規(guī)模的提取，這也是三相法提取油脂的一個優(yōu)點[10]。固定提取液的體積，改變叔丁醇的用量考察其對提取的影響，實驗結(jié)果如圖1所示，從圖中可以看出，隨著叔丁醇用量的增加，生姜油的提取率越來越高，當(dāng)提取液與叔丁醇的比例達(dá)到1.0:1.5的時候，基本達(dá)到平衡，這說明叔丁醇的量已經(jīng)達(dá)到足夠能夠把生姜油從植物組織的間隙以及油水界面提取到有機相中，進(jìn)一步提高叔丁醇的用量會造成成本的增加。

圖1 叔丁醇用量對提取的影響

②硫酸銨濃度對提取的影響

圖2 硫酸銨濃度對提取的影響

圖3 pH值對提取的影響

一定濃度的硫酸銨可以使原本互溶的叔丁醇和水互不相溶，在成相的過程中起著重要的作用，圖2顯示了不同硫酸氨濃度下的提取情況，看出在一定范圍內(nèi)，隨著硫酸氨濃度的增加生姜油的提取率也隨之增加，濃度過低，三相無法形成；但是濃度過高反而會使提取率下降，可能是高濃度的硫酸銨使生姜中的蛋白質(zhì)發(fā)生了變性，變性的蛋白結(jié)構(gòu)比較緊密，聚集在中間層或者粘附在生姜組織間隙，抑制了生姜油向叔丁醇的有效擴散，因此當(dāng)硫酸銨的濃度為45%時是最佳。

③pH對提取的影響

pH值是三相分離中的重要參數(shù)，不同的pH值條件下生物大分子的帶電狀態(tài)不同，從而影響其在不同相中的分配系數(shù)，在生姜油的提取過程中，應(yīng)當(dāng)盡量使蛋白從植物組織中游離出來從而有利于油脂的釋放，圖3顯示了不同pH條件下對提取的影響，由圖可以看出在pH6.0的條件下，提取率最高，這可能是這是生姜中多數(shù)蛋白的等電點，在等電點附近蛋白容易在中間相積累。

④溫度對提取的影響

在三相分離過程中，溫度將三相體系的傳質(zhì)效率有很大的影響。溫度較低時，傳質(zhì)效率會變低，特別是叔丁醇的熔點較低，低溫下其流動性較差，導(dǎo)致形成三相時間過長；溫度較高雖然可以提高三相體系的傳質(zhì)效率，但可以使生姜中的蛋白質(zhì)變性失活，從而影響生姜油的提取。圖4顯示了在不同溫度下的提取情況，由圖可以看出在40℃的情況下，生姜油的提取效果最好。

圖4 溫度對提取的影響

(2)正交試驗

表1 正交實驗因素與水平

在以上單因素實驗的基礎(chǔ)上，采用L9（34）的正交實驗，其具體數(shù)據(jù)如表1所示，實驗結(jié)果如表2所示。

表2 正交實驗結(jié)果

由表2可知，最優(yōu)組合水平為A2、B3、C3、D2，即料液與叔丁醇比為1:1.5（w/w），硫酸銨的量為50%，pH值為7.0，提取溫度為40℃。在最佳提取條件下，其提取率為3.56%。提取的效果如圖5所示，其中上相為含有生姜油的有機相，中間的固相層含有蛋白（一般為生姜蛋白酶）以及生姜的粗纖維，下相一般為生姜多糖以及含有少量的生姜淀粉的沉淀。由此可以看出，采用三相法提取生姜油，能夠同時獲得蛋白、多糖以及淀粉，達(dá)到一步提取可以得到多種有效成分的目的，實現(xiàn)生姜的綜合利用，其效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他的提取方法。

圖5 三相法提取生姜油

3.結(jié)論

采用三相法提取生姜油，當(dāng)料液與叔丁醇比為1:1.5（w/w），硫酸銨的量為50%，pH值為7.0，提取溫度為40℃時，提取效果最好，提取率可以達(dá)到3.56%。該方法簡單、高效，為生姜的深加工提供了一個新方法。