生姜姜辣素提取工艺的研究进展 - 朱沛沛 pdf 

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生姜姜辣素提取工艺的研究进展

朱沛沛 张 菲 任佳静 同瑞婷 赵红珠 刘军海 （陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西 汉中 723001）

摘 要：简要介绍了生姜姜辣素的在各方面的应用，综述了近年来姜辣素提取工艺的 研究进展，着重讨论了提取工艺的研究热点及存在的问题，并探讨了其今后的发展趋势。

关键词：生姜 姜辣素 提取工艺

前言

基-4-羟基苯基官能团。根据该官能团所连接烃

链的不同，可把姜辣素分为姜酚（Gingeols）、姜

生姜（Zingiber officinale Rosc）属姜科类多 年生草本宿根植物，用姜块进行无性繁殖，是世界 范围内最为重要的调味品之一，也是一种传统的药 用植物。我国生姜种植历史悠久，资源丰富，南北 各地均有种植。

烯酚（Shogaols），副姜油酮（Paradols）、姜酮

（Zingerone）、姜辣二酮（Gingerdiones）、姜辣

二醇（Gingerdiols）等不同类型。姜酚的各类混合 物包括[6]-、[8]-、[10]-、[12]-姜酚等，鲜姜中[6]-

生姜含有丰富的多种营养物质，有温暖、兴 奋、发汗、止呕、解毒、温肺止咳等作用。其主要 活性成分为姜辣素，不仅是生姜辣味的主要呈味物 质，也是生姜多种药理作用的主要功能因子，在食

[1-2]

姜酚含量占总的姜辣素的80%以上。姜酚属于热不稳 定的酚类化合物，生姜在高温或长期贮藏过程中会 脱水生成相应的姜脑系列产物，而姜脑具有较好的 稳定性，其辣味强度是姜酚的两倍多，在调味品方 面占据重要地位。此外，生姜中还含有一些微量

品、医药、化妆品和保健品等领域应用广泛

。本

辣 素成分，如甲基姜醇、二氢姜醇、甲基姜烯酚、六 氢姜黄素等。

文综述了生姜姜辣素提取工艺研究进展，旨在为姜 辣素的进一步研究提供参考。

姜辣素是生姜药理作用的主要功能因子，具有 降血糖，保肝利胆，抗血小板聚集，诱导T-淋巴细 胞调亡，抑制环加氧酶-1（COX-1）等活性，降低 胆固醇，促进血液循环，化痰止咳，祛风活血、抗

1 姜辣素的组分及功能

姜辣素是姜酚、姜脑与生姜有关辣味物质的 总称。姜辣素的组分研究迄今为止已有一百多年历 史，1969年Connell和Sutherland分离出姜酚（Gin-

癌、止呕等作用

[3-5]

。在化妆品方面作为洗发液和护

发素的添加物，具有防脱发，抑菌，发热祛风，抑 制头皮屑生长等作用。姜辣素还可作为天然香料香 精及营养添加剂用于食品工业。除以上作用外，姜

gerols）的结晶体，并确认姜酚是由系列类似化合

物组成，各组分物质的分子结构中均含有3-甲氧

朱沛沛（1991-），女，陕西渭南人，专业方向化学工程与工艺。

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辣素的抗氧化作用可以抑制人体内氧化物的生成，

对基因引起的皮肤“褐斑”和体内器官上的“体

锈”具有较好的清除作用。基于其极强的抗氧化能

力，近年来，姜辣素被作为食品防腐保鲜的添加剂

备受关注。

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超声波辅助提取生姜姜辣素的提取率要高于

传统的溶剂提取法，一般提取步骤是将生姜干燥粉

碎，加入乙醇再超声处理，最后浓缩结晶精制即可

[7]

得固体产品，或者离心后直接测定含量。如唐仕容

等以乙醇为提取剂，研究了超声法提取姜辣素的工

艺条件：乙醇体积分数60%、超声波处理15min、料 液比1∶12.5（g/mL）、生姜粉末过60目筛，平行

提取3次，平均提取率最高可达3.03%。

[ 8 ]

孔繁东 等研究发现 ， 7 5 % 乙醇、超声提取

10min、料液比1∶15（g/mL）、超声功率800W，

[9]

姜渣粉中姜辣素提取率为2.1%。骆海林等以响应

面法优化了超声波提取生姜中姜辣素的工艺条件，

结果表明：料液比为1∶13.7（g/mL）、超声时间

25.9min、乙醇浓度90.0%，该条件下姜辣素得率为

7.41mg/g。

超声波提取技术因其操作简便、时间短、产 率高、能耗低及产物易分离提纯等优点而得到广泛 应用，用于姜辣素提取优势明显，是近年来姜辣素 的研究热点，也是今后工业化生产的发展趋势。此 外，超声波还具有一定的杀菌作用，同时絮凝作用 使得浸出液易澄清过滤，有利于后期产品的精制。 但工业上采用超声波大量提取时效率不高；另外由 于使用较大功率的发生器，由此产生的噪音对人体 健康也有一定的危害，此类问题亟待解决。

2 姜辣素提取工艺的研究进展

2.1 溶剂提取法

姜辣素溶于乙醚、丙酮、乙醇、甲醇等有机溶

剂，常用的溶剂提取法分冷提法和热提法两种。当 溶剂加到原料中时，由于溶剂的扩散及渗透作用进 入细胞内，溶解可溶性物质。由此造成的内外浓度

差使细胞内的浓溶液不断向外扩散，溶剂又不断进 入原料组织细胞，多次往返，直到细胞内外浓度达 到动态平衡，将此饱和溶液滤出，再加新溶剂，把

所需成分大部分溶出。

乙醇价格便宜且无毒性，是姜辣素首选的提 取溶剂，朱媛等采用乙醇提取姜辣素，对提取液 进行减压蒸馏，用紫外分光光度法测定生姜姜辣 素含量。结果发现，生姜粉末60目，乙醇体积分数

[6]

75%，固液比1∶9（g/mL），在50℃的条件下提

取90min，提取一次，姜油树脂中姜辣素含量即达

1.59%。

溶剂提取法操作简单，提取完全，提取成本 低廉等优点，是目前工业生产中应用广泛的提取方

法；但产物粘度大且含有较多的树脂及脂肪油等杂

质，给后期的分离提纯增加了难度，因此产品纯度 不高，有逐渐被淘汰的趋势。

2.2 超声波提取法

超声波提取法是利用超声波增大物质分子运动

频率和速度，增加溶剂穿透力，提高药物溶出速度

和溶出次数，缩短提取时间的浸提方法。超声波是

在溶剂和样品之间产生空化作用，使溶液内形成气

泡，爆破压缩，从而使固体样品分散，增大样品与

萃取溶剂之间的接触面积，提高目标产物从固相转

移到液相的传质速率。

2.3 微波提取法

微波辐射过程是高频电磁波穿透萃取介质， 到达物质的内部，由于吸收微波能，细胞内迅速升 温，细胞壁压力增大膨胀破裂，细胞内有效成分流 出，溶解到提取剂中，通过进一步过滤和分离，即

得到萃取物质。此外，微波所产生的电磁场加速被

萃取成分向萃取剂界面扩散速率，使得提取速率提 高数倍。

微波提取姜辣素的流程与超声波提取类似，但

[10]

时间更短，一般仅需几分钟即可。如刘成梅等采

用微波提取技术从生姜中提取姜辣素。结果表明：

农产品加工业

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颗粒度大小80目、微波功率250W、固液比1∶12.5 （g/mL）、萃取时间180s，该条件下姜辣素得率为 0.776%。陈莉华

[11]

等人通过正交试验优化了姜辣素

的提取工艺参数，得最佳工艺条件：66%乙醇溶剂、 料液比1∶16（g/mL）、微波功率300W、微波协同 处理70s，此条件下姜辣素的提取率达到1.76%。

微波辅助提取技术具有萃取时间短、产率高、 能耗低、溶剂用量少等优点，使其在各个领域广泛 应用。但微波升温迅速、较难控制，造成姜辣素有 一定程度的分解失活，影响到产品质量，如何更好 地用于工业化生产有待完善。

2.4 超临界CO2萃取法

超临界CO2流体是一类特殊的流体，具有液体 的溶解度又具有气体的扩散系数，其性质对压力和

温度十分敏感。超临界CO2萃取过程是在超临界状态

纯化姜辣素法、乙醇渗漉法、酶解法等。

乙醇浸提-大孔吸附树脂纯化姜辣素法综合了乙

醇浸提姜油树脂的得率高，大孔树脂纯化分离姜辣

[13]

素效果好等优点。刘伟等人用这种方法得出最佳

工艺条件：树脂类型AB-8型，树脂用量40mg姜辣

素/g干树脂，洗脱溶剂正己烷∶乙醇=7∶3，洗脱

速度为0.4ml/min，纯化姜油含姜辣素48.3%。大孔

吸附树脂理化性质稳定，不溶于酸碱及有机溶剂，

对有机物选择性好，适于有效成分的纯化。但其洗

脱时间较长，不适合大批量的生产过程。

渗漉法是将适度粉碎的药材置于渗漉筒中，添

加浸出溶剂使其渗过药粉，渗出溶剂渗过药粉时因

重力作用向下移动，上层的浸出溶剂或稀释液不断 置换浓溶液，形成浓度梯度，使扩散较好进行。渗 漉法在室温下就可以进行，其操作简单，不发生变 相，因此比较节能。王丽萍

[14]

下，将超临界CO2流体与待分离的物质接触，使其有 选择性的把极性大小、沸点高低和分子量大小的成 分依次萃取出来。最后借助减压升温的方法使超临 界CO2流体变成普通气体，则萃取物基本析出，从而 达到分离提纯的目的。

超临界萃取可以在室温（35～40℃）下进行提 取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散，可以 保护提取物的有效成分。如曾凡逵

[12]

等确定最佳渗漉工艺

为：干姜粗粉，用10倍量95%乙醇渗漉，先用4倍

量95%乙醇冷浸2h，渗漉速率为3BV/h。在此条件 下测得6-姜酚平均收率为86.4%。渗漉法操作时间 长，浪费溶剂，对药材要求较高且有一定的污染，

等人将乙醇法

萃取、丙酮法萃取与超临界CO2萃取生姜姜辣素做了 比较，结果显示，通过超临界CO2萃取法姜辣素得率 为0.7155%，显著高于乙醇法和丙酮法。

超临界C O2萃取法属清洁提取方法，工艺简 单，萃取速度快，全过程不用有机溶剂，保证了提 取物的纯天然性。且CO2价格便宜，无毒性。但是采 取此法时，萃取压力高，能耗大，用于工业上扩大 生产还存在技术难度，因而目前这方面的研究仍以

实验研究为主。

2.5 其他提取方法

随着现代分离纯化技术的发展，新型姜辣素提 取工艺不断被开发出来，如乙醇浸提-大孔吸附树脂

一定程度上阻碍了其在提取方面的推广。 酶解法多

应用于中草药有效成分的提取，应用

酶（如纤维素酶、半纤维素酶、果胶质等）能够分

解构成细胞壁的纤维素、半纤维素及果胶，从而破

坏细胞壁的结构，产生局部的坍塌、溶解、疏松，

减少溶剂提取时来自细胞壁和细胞质间的阻力，加

快有效成分的溶出细胞的速率。酶解法可较大的加

[15]

快提取速率，提高提取率。王琛等人研究采用纤

维素酶和半纤维素酶共同酶解姜粉提取姜油树脂的

最优提取工艺，结果表明：纤维素酶-半纤维素酶

质量比5∶3、混合酶用量2.8mg/100mL、酶解时间

2.5h、酶解温度45℃，姜辣素提取率高达3.711%。

酶解法提取工艺简单、条件温和、节能环保，还可

以优化提取物有效组分，提高目标产物的药用价

值，但高纯度的酶价格偏高，如何降低成本还需进

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