姜渣油樹(shù)脂的SF-CO2萃取工藝及抗氧化效果研究

馬 超，朱風(fēng)濤，吳茂玉，趙 巖，和法濤，葛邦國(guó)，宋 燁

(中華全國(guó)供銷合作總社濟(jì)南果品研究院，山東 濟(jì)南 250014)

姜渣油樹(shù)脂的SF-CO2萃取工藝及抗氧化效果研究

馬 超，朱風(fēng)濤，吳茂玉，趙 巖，和法濤，葛邦國(guó)，宋 燁

(中華全國(guó)供銷合作總社濟(jì)南果品研究院，山東 濟(jì)南 250014)

為充分利用生姜資源，以榨汁后姜渣為原料，采用正交試驗(yàn)方法確定超臨界二氧化碳(SCF-CO2)萃取姜渣中姜渣油樹(shù)脂的最佳工藝條件。結(jié)果表明：最佳工藝條件為粉碎粒度50目、萃取壓力25MPa、萃取溫度45℃、萃取時(shí)間90min。姜渣油樹(shù)脂在動(dòng)物油中的抗氧化作用和對(duì)1,1-二苯基-2-苦基肼(DPPH)自由基的清除作用結(jié)果表明，SCF-CO2萃取的姜渣油樹(shù)脂具有良好的抗氧化作用。

姜渣；超臨界CO2萃取；油樹(shù)脂；抗氧化性；天然抗氧化劑

目前，防止油脂氧化的最常用方法是添加人工合成的抗氧化劑如BHA、BHT等。由于各種化學(xué)合成抗氧化劑具有不同程度的安全性問(wèn)題，尋找安全可靠的天然抗氧化劑勢(shì)在必行。

生姜作為一種藥食兩用植物，廣泛用于醫(yī)藥、食品、烹調(diào)與香料行業(yè)。研究表明，其提取物有較強(qiáng)的抗氧化能力[1-2]。生姜提取物中主要的抗氧化活性物質(zhì)是姜辛醇類、姜烯酚和某些相關(guān)的酚酮類衍生物，它們能清除超氧化陰離子和苯自由基。由于生姜中抗氧化成分多為難溶于水的物質(zhì)，本研究以榨汁后的姜渣為原料，經(jīng)過(guò)烘干、粉碎、過(guò)篩、超臨界二氧化碳萃取等工藝得到棕褐色有濃郁生姜風(fēng)味的黏稠姜渣油樹(shù)脂。采用正交試驗(yàn)方法，確定超臨界二氧化碳萃取姜渣中姜渣油樹(shù)脂的最佳工藝條件，并考察萃取物在動(dòng)物油脂中的抗氧化性能和對(duì)DPPH自由基的清除能力。研究姜渣中的抗氧化物質(zhì)，對(duì)于防止食品腐敗、抗老防衰、保障人民健康及合理利用生姜資源有重要意義[3-6]。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

姜渣 中華全國(guó)供銷合作總社濟(jì)南果品研究院生產(chǎn)姜汁后產(chǎn)生的新鮮姜渣；豬油 市售新鮮豬板油熬制，過(guò)濾后備用。

DPPH(1,1-二苯基-2苦基肼) Sigma-Aldrich公司；冰乙酸、無(wú)水乙醇、三氯甲烷、碘化鉀、硫代硫酸鈉、可溶性淀粉均為國(guó)產(chǎn)分析純。

752型紫外分光光度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司；101-3A型電熱鼓風(fēng)干燥箱 天津泰斯特儀器有限公司；HA221-40-15超臨界萃取裝置 江蘇南通華安超臨界萃取有限公司；AE200電子分析天平 梅特勒-托利多國(guó)際貿(mào)易(上海)有限公司；FW-1001高速萬(wàn)能粉碎機(jī) 北京永光明醫(yī)療儀器廠；標(biāo)準(zhǔn)篩 上虞市金鼎標(biāo)準(zhǔn)篩具廠；HH-501型恒溫水浴鍋 德國(guó)Fluko公司。

1.2 方法

1.2.1 姜渣粉的制備

將榨汁后的新鮮姜渣放在通風(fēng)處，自然風(fēng)干水分，置于烘箱中50℃干燥至水分含量10%以內(nèi)，粉碎，過(guò)篩備用。

1.2.2 姜渣油樹(shù)脂的超臨界CO2提取[7-10]

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用L9(43)正交表，以姜渣粉碎度(A)、萃取壓力(B)、萃取溫度(C)和萃取時(shí)間(D)為因素選取3個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)，結(jié)果進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)，確定最佳的提取工藝條件，各因素水平見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments

1.2.3 姜渣油樹(shù)脂抗氧化性能的測(cè)定

1.2.3.1 姜渣提取物對(duì)豬油的抗氧化作用[11-12]

采用Schaal烘箱法，將添加不同量姜渣提取物的豬油放入(65±0.5)℃鼓風(fēng)干燥箱中強(qiáng)化保存，誘導(dǎo)其氧化，每天定點(diǎn)攪拌一次，間隔48h取樣測(cè)定。按照GB/T 5009.37—2003《食用植物油衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》，測(cè)定油脂的過(guò)氧化值(POV)，衡量姜渣中姜渣油樹(shù)脂的抗氧化活性[13]。

1.2.3.2 DPPH自由基清除能力測(cè)定[14-15]

DPPH自由基清除能力測(cè)定已被廣泛用于研究抗氧化物質(zhì)的活性測(cè)定。將100μL一系列濃度梯度的姜渣提取物加入到試管中，然后向每管中加入3.9mL 0.1mmol/L DPPH乙醇溶液，混勻避光室溫放置3min后在517nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，以乙醇做空白對(duì)照。DPPH自由基清除率公式：

式中：Ab為空白對(duì)照管的吸光度；As為樣品測(cè)定管的吸光度。

2 結(jié)果與分析

2.1 姜渣油樹(shù)脂提取正交試驗(yàn)

按照L9(43)正交表進(jìn)行試驗(yàn)，獲得棕褐色有濃郁生姜風(fēng)味的黏稠液體。各試驗(yàn)所得姜渣油樹(shù)脂提取率見(jiàn)表2。

表2 姜渣油樹(shù)脂提取率正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of orthogonal experiments for optimizing the extraction of oleoresin from ginger residues

表3 方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal experiments for optimizing the extraction of oleoresin from ginger residues

由表2、3可以看出，4個(gè)因素對(duì)試驗(yàn)的影響順序?yàn)檩腿毫Γ据腿囟龋痉鬯槎龋据腿r(shí)間。由表2可知，理論最優(yōu)組合為B3C3A2D2，即萃取壓力25MPa、萃取溫度45℃、粉碎度50目、萃取時(shí)間90min。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，6號(hào)試驗(yàn)的姜渣油樹(shù)脂得率最高，其試驗(yàn)組合為A2B3C1D2，即粉碎度50目、萃取壓力25MPa、萃取溫度35℃、萃取時(shí)間90min。因此，需要進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)以確定姜渣油樹(shù)脂萃取的最佳工藝條件。

2.2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

對(duì)以上兩個(gè)方案分別做3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。

表4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of validation experments

由表4可以看出，方案A2B3C3D2的姜渣油樹(shù)脂得率大于方案A2B3C1D2的姜渣油樹(shù)脂得率。確定姜渣中姜渣油樹(shù)脂超臨界CO2萃取的最佳工藝條件為粉碎度50目、萃取壓力25MPa、萃取溫度45℃、萃取時(shí)間90min。在此條件下，姜渣油樹(shù)脂得率為4.04%。

2.3 姜渣萃取物對(duì)豬油的抗氧化作用

圖1 姜渣萃取物不同添加量的抗氧化性Fig.1 Antioxidant activity of ginger residue extract at different concentrations

由圖1可知，姜渣萃取物能顯著地增強(qiáng)豬油的抗氧化能力。隨萃取物添加量的增加，豬油的抗氧化性隨之增強(qiáng)，當(dāng)其添加量為豬油質(zhì)量的0.05%時(shí)，豬油的抗氧化性明顯優(yōu)于空白對(duì)照。

2.4 姜渣萃取物對(duì)DPPH自由基的清除作用

脂類氧化是一種自由基引發(fā)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，抗氧化劑通過(guò)捕獲自由基，阻斷鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的進(jìn)行。DPPH自由基在有機(jī)溶劑中是一種穩(wěn)定的自由基，因而可以通過(guò)測(cè)定某種自由基清除劑對(duì)其清除能力，間接反映其抗氧化能力的大小。

圖2 姜渣萃取物不同質(zhì)量濃度對(duì)DPPH自由基的清除效果Fig.2 Scavenging effect of ginger residue extract at different concentrations on DPPH free radicals

由圖2可見(jiàn)，隨萃取物質(zhì)量濃度的增加，清除率逐漸增高。當(dāng)萃取物質(zhì)量濃度在11mg/mL時(shí)，自由基清除率達(dá)86%。

3 結(jié) 論

通過(guò)正交試驗(yàn)確定了超臨界CO2萃取姜渣中姜渣油樹(shù)脂的最佳工藝條件為粉碎粒度50目、萃取壓力25MPa、萃取溫度45℃、萃取時(shí)間90min。在此條件下，姜渣油樹(shù)脂得率為4.04%。抗氧化性實(shí)驗(yàn)表明：姜渣提取物對(duì)DPPH自由基有明顯的清除作用，當(dāng)萃取物質(zhì)量濃度在11mg/mL時(shí)，自由基清除率達(dá)到86%；不同添加量的萃取物對(duì)豬油也具有明顯的抗氧化性，當(dāng)其添加量為0.05%時(shí)，豬油的抗氧化性明顯優(yōu)于空白對(duì)照。

[1]KIKUZAKI H, NAKATANI N. Antioxidant effects of some ginger constituents[J]. J Food Science, 1993, 58(6): 1407-1410.

[2]李迎秋, 田文利, 黃雪松. 生姜提取物在食用油脂中的抗氧化效果[J]. 山東輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào), 2004(2): 47-50.

[3]黃雪松. 生姜中天然抗氧化劑的研究現(xiàn)狀[J]. 中國(guó)調(diào)味品, 1997(8): 2-4.

[4]王林, 閻東海, 陳建玉. 姜提取技術(shù)及其研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)中醫(yī)藥信息雜志, 2006,13(11): 96-98.

[5]國(guó)家藥典委員會(huì). 中國(guó)藥典: 一部[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2005: 281.

[6]陳懷鑄. 生姜油提取方法[J]. 保鮮與加工, 2007(4): 18.

[7]張克梅, 唐世洪, 余佶, 等. 生姜超臨界CO2萃取物的抗氧化性研究[J]. 食品科學(xué), 2005, 26(11): 90-93.

[8]鄒綱明, 鄭品梅, 李彥威, 等. 姜精油的超臨界CO2提取及其抗氧化性研究[J]. 食品科技, 2007(2): 136-138.

[9]李亞琴. 超臨界CO2萃取卵黃油的研究[J]. 食品工業(yè)科技, 2000(2): 39-40.

[10]張志偉, 楊中平, 岳田利, 等. 超臨界CO2流體萃取桑葚籽油的研究[J]. 中國(guó)油脂, 2007, 32(1): 77-79.

[11]RATHEE J S, PATRO B S, MULA S, et al. Antioxidant activity of piper betel leaf extract and its constituents[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2006, 54(24): 9046-9054.

[12]胡迎芬, 杭瑚. 秦皮抗氧化物的提取及對(duì)食用油抗氧化作用的研究[J]. 中國(guó)食品添加劑, 2002(1): 22-25.

[13]魏洪媛, 蘇子貴. 食品中使用的天然抗氧化劑[J]. 肉類工業(yè), 1997(3): 38-40.

[14]李文林, 黃鳳洪. 天然抗氧化劑研究現(xiàn)狀[J]. 糧食與油脂, 2003(10): 10-13.

[15]鄭詩(shī)超, 張銳利. 天然抗氧化劑在油脂中的應(yīng)用研究[J]. 食品與機(jī)械, 2003(5): 7-8.

Supercritical Fluid CO2Extraction of Oleoresin from Ginger Residues and Its Antioxidant Activity

MA Chao，ZHU Feng-tao，WU Mao-yu，ZHAO Yan，HE Fa-tao，GE Bang-guo，SONG Ye
(Jinan Fruit Research Institute, All China Federation of Supply and Marketing Cooperatives, Jinan 250014, China)

In order to make full use of the ginger residues after making ginger juice, oleoresin was extracted from ginger residues by using supercritical fluid CO2(SF-CO2) technology. The optimal extraction processing was explored by orthogonal experiments to be particle size for ginger residues of 50 mesh, extraction pressure of 25 MPa, extraction temperature of 45 ℃ and extraction time of 90 min. Meanwhile, an obvious effect of oleoresin from ginger residues on the peroxidation of lard oil and scavenging activity of DPPH free radicals was observed. Therefore, the oleoresin from ginger residues has strong antioxidant activity.

ginger residue；SF-CO2；oleoresin；antioxidant activity；natural antioxidant

TS255.36

A

1002-6630(2010)24-0087-03

2010-03-06

科技部農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項(xiàng)目(2008442004)

馬超(1982—)，男，研究實(shí)習(xí)員，碩士，主要從事果蔬加工技術(shù)研究。E-mail：mch.01@163.com