中圖分類號：TS221 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1008-1038（2025）07-0014-06

DOI：10.19590/j.cnki.1008-1038.2025.07.003

Study on the Efficient Extraction of Gingerol from Ginger Residue andItsEncapsulation Stabilization

FANQi'，ZHANGBohua1， ZHANG Ming1，WANG Chongdui'，WANGLi'，WANG Bin1， MENGXiaofeng1，PANJianhe2，MAChaol* （1. Jinan Fruit Research Institute，All China Federation of Supply and Marketing Co-operatives， Jinan，China;2.AnqiuLinfu Food Co.，Ltd.，Weifang ，China）

Abstract： In order to improve the comprehensive utilization of ginger by-products，ginger residue after juicing was used as the raw material to study the optimal process for gingerol using water bath oscilation method by single-factor experiment and orthogonal experimental design.The results showed that the highest yield of gingerol （4.63 % ） was achieved when the material-to-liquid ratio was 1：5O， the extraction temperature was 80‰ ， and the extraction time was1OO minutes.To overcome the instability and poor water solubilityof gingerol， whey protein isolate was used as the emulsifier and medium-chain triglycerides as the oil phase to prepare a gingerol-whey protein nanoemulsion. The encapsulation efficiency of gingerol reached up to 94% ，and the prepared emulsion exhibited good centrifugation stability and particle size distribution.Additionaly，it successfully masked the pungent odor of gingerol， offering a pleasant taste for consumption.

Keywords：Ginger residue; gingerol; nanoemulsion; encapsulation; sensory evaluation

生姜屬于多年生草本植物，性喜溫，含有豐富的生姜油、姜辣素、膳食纖維和礦物質(zhì)元素等，具有發(fā)汗解表、化痰止咳等功效，在食品、醫(yī)藥和化妝品方面應(yīng)用廣泛。我國的生姜目前主要作為調(diào)味品使用，初加工產(chǎn)品少，綜合利用效率低。隨著我國食品加工技術(shù)的發(fā)展，近些年我國姜汁的產(chǎn)量明顯提高，但是榨汁后殘留的姜渣未得到有效合理的應(yīng)用，不僅浪費資源，而且污染環(huán)境。

姜辣素不僅是生姜辣味的主要呈味物質(zhì)，也是生姜多種功能活性的主要功能因子，在抗氧化、抗癌、抗炎和降血脂等方面的作用受到了廣泛關(guān)注5。因此，關(guān)于生姜廢棄物高效提取姜辣素的研究有廣闊的科研前景。姜辣素在酸性條件下性質(zhì)較為穩(wěn)定，但在中性和堿性條件下易被分解。姜辣素水溶性低、遇熱不穩(wěn)定、在胃腸道中穩(wěn)定性差、口服生物利用度低，這些不利因素限制了姜辣素在功能性食品和營養(yǎng)制劑中的應(yīng)用[6-7。姜辣素本身帶有刺激性氣味，以姜辣素為原料開發(fā)的飲品口感很難被消費者接受8-9。生產(chǎn)上多采用包埋方式來掩蓋其氣味。乳狀液對于生物活性成分的包埋具有良好的效果，通過改變?nèi)闋钜旱慕Y(jié)構(gòu)成分和制備工藝，可以制備具有不同特性功能的乳狀液載體體系[。乳清分離蛋白是從牛奶分離提取出來的珍貴蛋白質(zhì)，其純度高、吸收率好、氨基酸組成合理，具有“蛋白之王\"的美譽，是公認(rèn)的人體優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)補充劑之一II-2I，具有乳化、凝膠、配體結(jié)合等多種功能特性，可以用作構(gòu)建生物活性成分的理想載體，在生物活性成分的包埋和保護方面具有廣泛的應(yīng)用[3-14。

本研究以榨汁處理后的姜渣副產(chǎn)物為原料，通過改變提取溫度、提取時間和料液比來研究水浴振蕩法提取姜辣素的最佳工藝，從而實現(xiàn)副產(chǎn)物的最大化利用。將提取得到的姜辣素，以乳清分離蛋白為乳化劑，通過高壓均質(zhì)方法將其包埋在中鏈甘油三酯中，改善姜辣素的風(fēng)味、穩(wěn)定性和生物利用度，通過探究乳清蛋白濃度確定制備姜辣素/乳清蛋白納米乳化體系的最佳工藝參數(shù)，對于擴展姜辣素在功能性食品和營養(yǎng)制劑中的應(yīng)用具有重要意義。

1材料與方法

1.1材料與儀器

生姜品種為‘小黃姜’，購于。

無水乙醇、姜黃素、1，1-二苯基-2-苦基肼自由基、二甲基亞砜、香草醛，均為分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；乳清分離蛋白，純度 92% ，美國Davisco食品國際公司；阿拉伯膠，美國Sigma-Aldrich公司；中鏈甘油三酯，河北鵬宇生物科技有限公司。

ME-104電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；SHA-B雙功能水浴恒溫振蕩器，江蘇杰瑞爾電器有限公司；DHG-9075AE電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海捷呈實驗儀器有限公司；UV1000紫外分光光度計，上海天美科學(xué)儀器有限公司；RE-501旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海越眾儀器設(shè)備有限公司；TGL-10B高速臺式離心機，上海安亭科學(xué)儀器有限公司；RH-600A高速粉碎機，浙江榮浩工貿(mào)有限公司；AH-BASIC30高壓均質(zhì)機，安拓思納米技術(shù)（蘇州）有限公司；NanoBrook 0mi 粒徑分析儀，美國布魯克海文儀器公司。

1.2 姜渣的預(yù)處理

將生姜洗凈后榨汁，收集姜渣，置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中，風(fēng)速設(shè)置為 2m/s ，溫度 60^°C ，干燥至質(zhì)量恒定，將干燥后的姜渣用粉碎機粉碎，過60目篩備用。

1.3姜辣素的提取

準(zhǔn)確稱取 2g 姜渣，加入 95% 乙醇溶液，按照料液比1：40Q/mL ，在 60^°C 提取 60min，3 000r/min 離心 5min 取上清液，過濾后濃縮至 20mL ，獲得姜辣素提取液。

1.4 姜辣素含量的測定

準(zhǔn)確稱取 0.1g 香草醛標(biāo)準(zhǔn)品，用無水乙醇定容至

50mL 容量瓶中，吸取 0.5mL 至 50mL 容量瓶中，用無水乙醇定容，即得到 20.0mg/mL 的香草醛標(biāo)準(zhǔn)溶液。吸取濃度為 20.0μg/mL 的香草醛標(biāo)準(zhǔn)溶液 1、2、3、4、5、6、7mL 分別置于 10mL 容量瓶中，定容，得到濃度為2、4、6、8、10.12.14mg/mL 香草醛系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，搖勻，在 280nm 測吸光度，以香草醛溶液的濃度為橫坐標(biāo)，吸光度 A 為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線[。以無水乙醇為空白，按照公式（1）計算姜辣素提取率。

姜辣素提取率

式中， c 為標(biāo)準(zhǔn)曲線對應(yīng)的濃度， mg/mL V 為樣品溶液體積， mL;m 為姜粉質(zhì)量， g;n 為稀釋倍數(shù)。

1.5 單因素實驗

單因素實驗固定料液比 1：40‰ ，提取溫度 60^°C 提取時間為 60min ，設(shè)定料液比為 1：20.1：30.1：40. （2041：50.1：60（g/mL） ，提取溫度為 40，50，60，70，80^°C ，提取時間為 20?40?60?80?100min， 按照1.4的方法測定姜辣素含量。

1.6 正交實驗

在單因素實驗的基礎(chǔ)上進行正交實驗，對料液比、提取溫度和提取時間三個因素進行優(yōu)化，以姜辣素的得率作為評價指標(biāo)，進行 L₉（3³） 正交實驗設(shè)計（見表1）。

表1正交實驗因素水平表

Table1 Factorsand levelstableof orthogonalexperiment

1.7姜辣素/乳清蛋白納米乳狀液的制備

乳清分離蛋白溶解于水中，室溫下緩慢攪拌1h，使蛋白質(zhì)充分溶解，將 pH 值調(diào)節(jié)至7.0，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4% 的乳清分離蛋白母液，放入 4^°C 冰箱保存?zhèn)溆谩７Q取姜辣素提取溶液與中鏈甘油三酯混合，使中鏈甘油三酯的濃度為 1.0% 。將 4% 乳清分離蛋白母液稀釋為 0.1% 、0.2%，0.5%，1.0%，2.0% ，然后與上述姜辣素中鏈甘油三酯溶液混合，使整體體系達(dá)到 100g 。通過高速剪切乳化均質(zhì)儀以 5000r/min 的轉(zhuǎn)速剪切 1min 制成粗乳液，再用高壓均質(zhì)機在 500bar?4^°C 條件下均質(zhì)3次制備乳狀液。

1.8測定指標(biāo)與方法

1.8.1 粒徑的測定

采用動態(tài)光散射法（dynamic lightscattering，DLS）表征姜辣素/乳清蛋白納米乳狀液。取 20μL 乳狀液樣品，用緩沖液稀釋100倍，在 25°C 下，激光衍射角為 173^° 折射指數(shù)為1.450，測定樣品的粒徑分布。

1.8.2 離心穩(wěn)定性的測定

在 2mL 離心管中加入 2mL 乳狀液，經(jīng) 800r/min 離心 10min ，在距離心管底部 1cm 處取樣 30μL ，加入5mL0.1% 的 SDS 溶液中，混勻后在 500nm 下測定吸光度，每個樣品重復(fù)測定3次，結(jié)果取平均值。乳狀液離心穩(wěn)定性根據(jù)公式（2）計算。

離心穩(wěn)定性

式中， A₀ 為離心前乳狀液的吸光度； A_t 為離心后乳狀液的吸光度。

1.8.3姜辣素包埋率的測定

取制備的乳狀液按照1.4的方法測定乳狀液中姜辣素的總含量 c₀ ，將乳狀液在 10 000r/min 條件下離心30min 后，取上清液按照1.4的方法測定上清液中姜辣素的含量 σ_c1， 按照公式（3）計算姜辣素包埋率。

姜辣素包埋率

1.9姜辣素/乳清蛋白納米乳狀液感官評價

準(zhǔn)備不同蛋白濃度姜辣素/乳清蛋白納米乳狀液的樣品，每份樣品 10g ，選取10名經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的感官評價人員，從外觀、氣味、口感、風(fēng)味協(xié)調(diào)性4個方面對各樣品進行感官評價，滿分40分，評價標(biāo)準(zhǔn)見表2。

1.10 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)用 0rigin9.0 繪圖，SPSS25.0進行顯著性分析，正交實驗采用正交設(shè)計助手Ⅱ進行分析處理。

2結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

在 280nm 波長處測定香草醛吸光度，所得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為 y=178x-0.003 ，相關(guān)系數(shù) R²=0.998 3 ，線性關(guān)系良好，可用來計算生姜廢棄物中的姜辣素含量。

表2感官評價標(biāo)準(zhǔn)表

Table2Standardtableofsensoryevaluation

2.2 單因素實驗

2.2.1料液比對姜辣素得率的影響

如圖1所示，隨著料液比的減少，姜辣素得率先升高后降低。當(dāng)料液比為 1：40（g/mL） 時，姜辣素得率最大，為 3.60% 。因此，最佳料液比為 1：40（g/mL） 。

圖1料液比對姜辣素得率的影響

Fig.1Effect of solid-liquid ratio on gingerol yield

2.2.2 提取溫度對姜辣素得率的影響

由圖2知，隨著提取溫度的提高，姜辣素提取得率先升高后持續(xù)不變。當(dāng)提取溫度為 70% 時，姜辣素提取得率最高，為 4.54% 。因此，最佳提取溫度選擇 70% 。

圖2提取溫度對姜辣素得率的影響

2.2.3提取時間對姜辣素得率的影響

由圖3知，隨著提取時間的延長，姜辣素得率先升高后降低。當(dāng)提取時間為 60min 時，提取得率顯著提升為3.49% ，當(dāng)提取時間為 80min 時，姜辣素提取得率進一步提升至 4.24% ，繼續(xù)延長提取時間，姜辣素的提取得率呈下降趨勢，這可能是因為加熱時間過長，導(dǎo)致姜辣素成分氧化分解，因此選擇提取時間為 80min 。

圖3提取時間對姜辣素得率的影響

Fig.3Effect of extraction time on gingerol yield

2.3 正交實驗

由表3可得，對姜辣素得率影響最大的因素是提取溫度，提取時間影響最小。最佳工藝條件為 A₃B₃C₃ ，即料液比 1：50（g/mL） 、提取溫度 80^8C. 提取時間 100min 。經(jīng)驗證實驗，在此條件下姜辣素得率為 （4.63±0.35）% 。

表3正交實驗結(jié)果

Table3 Results of orthogonal experiment

2.4姜辣素包埋

2.4.1姜辣素乳狀液的離心穩(wěn)定性

離心穩(wěn)定性是評價乳狀液體系物理穩(wěn)定性的重要指標(biāo)之一。由圖4可知，當(dāng)?shù)鞍诐舛葹?0.1% 時，離心穩(wěn)定性僅為 35% ，這可能是因為蛋白濃度太低，不足以維持乳狀液界面張力，制備的乳狀液容易產(chǎn)生分層。當(dāng)?shù)鞍诐舛葹?0.2% 時，乳狀液的離心穩(wěn)定性顯著提高為 58% ；當(dāng)?shù)鞍诐舛葹?1.0% 時，乳狀液的離心穩(wěn)定性最大，達(dá)到 81% ；繼續(xù)提高蛋白濃度，乳狀液離心穩(wěn)定性呈下降趨勢，可能是蛋白濃度過高產(chǎn)生了絮凝，導(dǎo)致穩(wěn)定性下降。

圖4乳清分離蛋白濃度對姜辣素乳狀液離心穩(wěn)定性的影響Fig.4Effect ofwheyprotein isolateconcentration on thecentrifugalstabilityofgingerol emulsion

2.4.2 姜辣素乳狀液粒徑分布

由圖5可知，所有的乳狀液粒徑呈現(xiàn)雙峰分布，第一個峰代表乳狀液中游離蛋白的粒徑，粒徑分布在 100nm 左右，第二個峰為乳狀液顆粒。當(dāng)?shù)鞍诐舛葹?0.1% 時，乳狀液的兩個峰分別在 340nm 和 1400nm 處，說明在此蛋白濃度下的乳狀液穩(wěn)定性欠佳，放置過夜后，乳狀液出現(xiàn)分層現(xiàn)象。當(dāng)?shù)鞍诐舛仍黾訒r，乳狀液粒徑變小，乳狀液穩(wěn)定性顯著提高，結(jié)合圖4，當(dāng)?shù)鞍诐舛仍?0.2% 以上時，離心穩(wěn)定性顯著提高相對應(yīng)。當(dāng)?shù)鞍诐舛葹?.2% 時，乳狀液兩個峰分別在 131，548nm 。當(dāng)?shù)鞍诐舛葹?1.0% 時，乳狀液的粒徑分布達(dá)到最小值，分別位于 112、349nm 處，繼續(xù)增大蛋白濃度，乳狀液的粒徑變化不明顯。

圖5乳清分離蛋白濃度對姜辣素乳狀液粒徑分布的影響Fig.5Effectofwheyproteinisolateconcentrationonparticlesizedistributionofgingerolemulsion

2.4.3姜辣素包埋率

乳清分離蛋白濃度對姜辣素包埋率的影響見圖 6

圖6乳清分離蛋白濃度對姜辣素包埋率的影響Fig.6Effect ofwheyprotein isolate concentrationongingerol encapsulationrate

如圖6所示，隨著蛋白濃度的提升，姜辣素的包埋率先增大后減小。當(dāng)?shù)鞍诐舛葹?1.0% 時，姜辣素包埋率達(dá)到最大值 （94%） 。當(dāng)?shù)鞍诐舛壤^續(xù)升高時，體系中可能發(fā)生蛋白分子的聚集，或因體系黏度增加導(dǎo)致擴散性變差，影響姜辣素與蛋白的有效結(jié)合，同時部分包埋位點可能被遮蔽或形成不利于包埋的空間構(gòu)型，從而使包埋率略有下降[13]。

2.5 姜辣素乳狀液感官評定

表4為不同乳清分離蛋白濃度下，姜辣素乳狀液感官評定得分，得分最低的乳狀液為 0.1% 蛋白濃度條件，為14分，此時制備的乳狀液穩(wěn)定性較差，容易出現(xiàn)分層，且具有刺鼻的姜辣素味道，難以下咽。當(dāng)?shù)鞍诐舛葹?.0% 時，乳狀液得分最高，此時的乳狀液色澤均勻、無沉淀、無雜質(zhì)，較好地掩蓋了姜辣素的刺鼻味，說明此濃度條件下的蛋白對姜辣素具有良好的包埋效果，制備的乳狀液具有良好的口感。

表4姜辣素乳狀液感官評定得分

Table4 Sensoryevaluationscoresof gingerolemulsion

3小結(jié)

本研究以經(jīng)榨汁處理后得到的生姜副產(chǎn)物為研究對象，采用單因素和正交試驗研究姜水浴震蕩提取中姜辣素的最佳工藝，通過改變提取時間、料液比、溫度等參數(shù)進行優(yōu)化，以姜辣素得率為主要評價指標(biāo)，得出在料液比 1：50（g/mL） 、提取溫度 80°C_? 提取時間 100min 條件下姜辣素得率為 （4.63±0.35）% 。以乳清分離蛋白為乳化劑，中鏈甘油三酯為油相，制備姜辣素/乳清蛋白納米乳狀液。通過探究乳清蛋白濃度確定制備姜辣素/乳清蛋白納米乳化體系的最佳工藝參數(shù)得出，當(dāng)?shù)鞍诐舛仍黾訒r，乳狀液粒徑分布變小，乳狀液穩(wěn)定性有所改善。當(dāng)?shù)鞍诐舛葹?1.0% 時，離心穩(wěn)定性最強；隨著蛋白濃度的提升，姜辣素的包埋率呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢，最大包埋率為 94% ，此時的乳狀液口感良好，感官評定得分最高。本研究結(jié)果為生姜廢棄物高效利用、姜辣素的提取工藝及姜辣素穩(wěn)態(tài)的研究提供了參考價值，也為以生姜副產(chǎn)物開發(fā)功能性飲料提供了思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂曉蘭，周文佳，劉妍，等.我國生姜產(chǎn)業(yè)競爭力分析[J].中國蔬菜，2024（6）： 1-10.

[2]趙文竹，張瑞雪，于志鵬，等.生姜的化學(xué)成分及生物活性研究進展[J].食品工業(yè)科技，2016，37（11）：383-389.

[3]任清盛，李承永.我國生姜產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展分析[J].中國蔬菜，2021（8）： 8-11.

[4]夏宇.生姜皮多糖的分離純化、結(jié)構(gòu)分析及其抗氧化活性研究[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016：33-34.

[5]沈玉平，劉玉，謝依帆，等.酶法輔助提取生姜姜辣素及其對山茶油抗氧化作用研究[J].中國糧油學(xué)報，2024，39（3）：124-132.

[6]于澤，韓肖洋，陳靜，等.生姜中姜辣素的提取與功能研究進展[J].食品研究與開發(fā)，2023，44（3）：219-224.

[7]陳冬，張曉陽，劉堯政，等.姜油納米乳液特性與貯藏穩(wěn)定性研究[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2016，47（8）：233-240.

[8]王強偉.姜有效成分的聯(lián)合提取工藝及其飲料的開發(fā)[D].無錫：江南大學(xué)，2015：22-24.

[9]李偉民，余小娜，萬程程.紅棗生姜低糖飲料的研制[J].糧食與食品工業(yè)，2024，31（2）：37-40.

[10]王磊.基于乳清分離蛋白乳狀液體系的維生素E的包埋和保護研究[D].無錫：江南大學(xué)，2015：5-7.

[11] 戴清源，傅錫鵬，朱秀靈，等.乳清分離蛋白-葡聚糖接枝物Pickering 乳液的穩(wěn)定性研究[J] 中國油脂，2023，48（10）：64-70.

[12]盧曉明，王靜波，任發(fā)政，等.乳清蛋白在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J].食品科學(xué)，2010（1）： 269-274.

[13]FANQ，WANGL，SONGY， et al. Partition and stabilityofresveratrol inwhey protein isolate oil-in-water emulsion：Impact of protein and calcium concentrations[J]. InternationalDairy Journal， 2017， 73：128-135.

[14] ZHANG H X， FAN Q， LIANG L， et al. Impact of gum Arabicon the partition and stability of resveratrol in sunflower oilemulsions stabilized by whey protein isolate [J]. Colloids andSurfaces B： Biointerfaces，2019，181： 749-755.

[15]雍其歡，王昱灃，崔秋兵，等.超聲波輔助提取泡姜姜辣素的實驗研究[J].中國調(diào)味品，2015，40（3）：33-36.

[16]郭英.菜籽蛋白-黃原膠復(fù)合物對乳狀液穩(wěn)定性的影響[J].食品科技，2022，47（2）：279-282.

[17]蔣方程.乳清分離蛋白納米纖維的組裝及其穩(wěn)定 Pickering乳液的制備、表征及穩(wěn)定性研究[D].武漢：武漢輕工大學(xué)，2010： 4-7