流動注射化學發光法研究生姜提取液清除亞硝酸根離子性能

趙開樓，徐海云，柴鳳蘭

(河南應用技術職業學院，鄭州 450042)

亞硝酸鹽主要是指亞硝酸鈉，當人體通過食物攝入過量的亞硝酸鈉時會引起癌變[1,2]，根據世界衛生組織發布的標準，人體每天最多攝入亞硝酸鹽的量為0.2 mg/kg。醬腌菜中也存在亞硝酸鹽，在腌制蔬菜的過程中，一些原本附著在蔬菜表面的某些微生物在腌制過程中進行發酵，腌制過程中會產生一種還原菌，在還原菌的作用下，蔬菜中出現更多的亞硝酸鹽[3]，目前，我國的蔬菜腌制行業大多采用傳統的腌制工藝，不可避免地，我國市場上售賣的醬腌菜基本上都有亞硝酸鹽含量偏高的問題。因此，如何清除亞硝酸根離子性能已成為了熱點研究問題。

生姜不僅可以在日常生活中作為調味使用，在中藥中，可以用作一種藥材[4,5]。在一些食品的加工制作中，很多都加入生姜提取物，在平常食用的肉類制作中，在炒制過程中加入生姜片或者生姜條都可以清除膻味，使其更加美味，除此以外，生姜還具有防腐保鮮、嫩化等效用[6]。研究發現，生姜具有較強的抗菌活性，楊倩等[7]研究了幾種辛辣料的抗菌活性，結果顯示：生姜對植物病原真菌具有廣譜的抑菌活性，除可作為抗菌食品和天然防腐劑外，還可有效抑制真菌生長而且對環境友好。生姜還具有較強的抗氧化活性，楊曉杰等[8]研究了溫度對生姜中多糖提取的影響，并考察了其體外抗氧化活性，結果顯示：生姜中提取的多糖具有很強的抗氧化活性。王蕓等[9]考察了不同提取方式提取生姜中多糖的體外抗氧化活性，結果顯示采用超聲波輔助酶法和酶法提取的多糖抗氧化性最好。但是，目前對生姜提取液清除亞硝酸根離子性能的研究較少，其作用有待考究。杜華英等[10]利用超聲輔助法對生姜進行了提取，并將可能對提取效果有影響的條件進行了探究，研究發現這種方法提取出來的生姜對亞硝酸鹽的清除率和亞硝胺的合成阻斷率最高。本研究對生姜進行提取，并對提取工藝進行了優化，利用流動注射化學發光法對提取液清除亞硝酸鹽的能力進行了評價。

1 材料與方法

1.1 試劑

生姜：市售；魯米諾：98%，成都艾科達化學試劑有限公司；本試驗所用其他試劑均為分析純。

1.2 儀器設備

IFFM-E型流動注射化學發光儀 西安瑞邁分析儀器有限公司；CS-700型高速多功能粉碎機 武義海納電器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 生姜活性物質的提取

將生姜洗凈，去皮，切片，放入CS-700型高速多功能粉碎機中進行粉碎處理，粉碎后的生姜轉移至燒杯中。

對粉碎過的生姜去皮組織進行不同條件的處理：

稱取10 g粉碎過的生姜去皮組織加入不同毫升的蒸餾水(料液比分別為1∶10、1∶8、1∶6、1∶4、1∶2、1∶1)，先利用KQ-800KDE型高功率數控超聲波對提取物進行30 min的超聲處理，然后放入DK-98-1型電熱恒溫水浴鍋中在80 ℃下加熱30 min，取出，加蒸餾水至100 mL，抽濾。

稱取10 g粉碎過的生姜去皮組織，加入40 mL蒸餾水，先利用KQ-800KDE型高功率數控超聲波對提取物進行30 min的超聲處理，然后放入DK-98-1型電熱恒溫水浴鍋中在50，60，70，80 ℃下加熱30 min，取出，加蒸餾水至100 mL，抽濾。

稱取10 g粉碎過的生姜去皮組織，加入40 mL蒸餾水，先利用KQ-800KDE型高功率數控超聲波對提取物進行30 min的超聲處理，然后放入DK-98-1型電熱恒溫水浴鍋電熱恒溫水浴鍋中在80 ℃下分別加熱0，20，30，40，60 min，加熱結束后，取出加蒸餾水至100 mL，抽濾。

1.3.2 生姜提取液清除亞硝酸根離子能力測試

將1 mL的0.1 g/L亞硝酸鈉溶液與1mL的生姜提取液混合，加蒸餾水至50 mL，放置10 min。采用碘化鉀-魯米諾-亞硝酸鈉化學發光體系利用流動注射化學發光儀進行檢測，檢測流路見圖1。首先，將魯米諾溶液由主泵從a口泵入流通池，泵入時間為30 s，然后將KI與HCl混合溶液由副泵從b口泵入流通池，將NaNO2溶液或NaNO2與生姜提取液混合后由副泵從c口泵入，這兩種溶液在M處混合在線產生I2，流入流通池，與原流通池中的魯米諾溶液部分混合進行反應，產生化學發光。其發光強度記為I1，同時利用相同的檢測方法將生姜提取液換為蒸餾水進行檢測，此時的發光強度記為I0，利用式(1)對生姜提取液清除亞硝酸根離子性能進行計算。

圖1 流動注射化學發光流路圖Fig.1 The flow diagram of flow injection chemiluminescence

注：a為魯米諾溶液；b為KI與HCl混合液；c為NaNO2溶液(生姜提取液，蒸餾水)；P1為主蠕動泵；P2為副蠕動泵；V為混合器；F為流通池；W為廢液池；D為發光檢測器；P為計算機。

R=[(I0-I1)/I0]×100%。

式(1)

式中：R為清除率；I0為空白發光強度；I1為生姜提取液發光強度。

2 結果與分析

2.1 評價體系的優化

2.1.1 氫氧化鈉濃度的影響

分別利用配制好的0.2，0.3，0.4，0.5，0.6 mol/L的NaOH溶液溶解魯米諾，配制成2×10-3mol/L的魯米諾溶液，0.1 mol/L的HCl溶液，0.1 g/L的NaNO2的溶液，采用1.3.2的試驗方法對該化學發光體系的氫氧化鈉溶液的濃度進行探究，其發光強度見圖2。當氫氧化鈉溶液的濃度為0.5 mol/L時，該化學發光體系產生的光輻射現象最強，并且在化學發光儀的測量范圍之內，則采用0.5 mol/L的氫氧化鈉溶液進行檢測。

圖2 氫氧化鈉濃度對化學發光體系發光強度的影響Fig.2 Effect of concentration of NaOH on the chemiluminescence system intensity

2.1.2 魯米諾濃度的影響

用0.5 mol/L的NaOH溶液溶解魯米諾，分別配制成4×10-4，8×10-4，2×10-3，4×10-3mol/L的魯米諾溶液，0.1 mol/L的HCl溶液，0.1 g/L的NaNO2的溶液，采用步驟1.3.2所示的試驗方法對該化學發光體系的魯米諾溶液的濃度進行探究，其發光強度見圖3。

圖3 魯米諾濃度對化學發光體系發光強度的影響Fig.3 Effect of concentration of luminol on the chemiluminescence system intensity

由圖3可知，當魯米諾濃度越來越高時，體系產生的光輻射強度也越來越強，當魯米諾濃度達到4 mmol/L時，發光強度的增強逐漸趨于平穩，出于對經濟成本的考慮，當魯米諾的濃度超過2×10-3mol/L時，發光強度過大，如果選用此濃度來檢測，可能會在檢測過程中，超出量程導致其對發光強度的記錄不準確，影響后續檢測結果的準確性。則在后續的檢測過程中選用魯米諾濃度為2×10-3mol/L。

2.1.3 亞硝酸鈉濃度的影響

本試驗考察了亞硝酸鈉對發光強度的影響，見圖4。發光強度隨著亞硝酸鈉濃度的增加而增加，并且當亞硝酸鈉濃度在0.06～0.10 g/L之間時，其與發光強度呈現良好的線性關系，但是，當亞硝酸鈉濃度繼續增加時，發光強度與亞硝酸鈉濃度的關系偏離線性關系，因此，本試驗選擇濃度為0.10 g/L亞硝酸鈉溶液作為發光條件測試。

圖4 亞硝酸鈉濃度對化學發光體系發光強度的影響Fig.4 Effect of concentration of NO2- on the chemiluminescence system intensity

2.2 生姜提取液提取工藝的優化

2.2.1 料液比對清除亞硝酸根離子性能的影響

對不同料液比的生姜提取液進行檢測，對生姜提取液清除亞硝酸根離子的能力進行檢測，其清除亞硝酸根離子的能力通過抑制其發光體系的發光來體現。

由圖5可知，料液比對生姜提取液清除亞硝酸根離子性能的影響呈拋物線趨勢，當料液比為1∶4時，生姜提取液對亞硝酸根離子的清除效果最好，推測可能是由于過高或者過低的料液比都不能將生姜中的活性物質最大效率地提取出來，則需要選用一個合適的料液比對生姜進行提取，才能使生姜提取液清除亞硝酸根離子的清除率達到最高。

圖5 料液比對生姜提取液清除亞硝酸根離子性能的影響Fig.5 Effect of solid-liquid ratio on NO2- scavenging capacity of ginger extract

2.2.2 提取時間對清除亞硝酸根離子性能的影響

對不同加熱時間的生姜提取液進行檢測，對生姜提取液清除亞硝酸根離子的能力進行檢測，其清除亞硝酸根離子的能力通過抑制其發光體系的發光來體現。

圖6 提取時間對生姜提取液清除亞硝酸根離子性能的影響Fig.6 Effect of extraction time on NO2- scavenging capacity of ginger extract

由圖6可知，在生姜提取過程中加熱時間與清除亞硝酸根離子的清除能力成線性關系，在同一溫度下，隨著加熱時間的增長，其生姜提取液對亞硝酸根離子的清除能力也隨之增強，當加熱時間為60 min時，生姜提取液對亞硝酸根離子的清除能力最強。

2.2.3 提取溫度對清除亞硝酸根離子性能的影響

對不同提取溫度的生姜提取液進行檢測，對生姜提取液清除亞硝酸根離子的能力進行檢測，其清除亞硝酸根離子的能力通過抑制其發光體系的發光來體現，見圖7。

圖7 提取溫度對生姜提取液清除亞硝酸根離子性能的影響Fig.7 Effect of extraction temperature on NO2- scavenging capacity of ginger extract

由圖7可知，隨著溫度的升高，生姜提取液清除亞硝酸根離子的能力越來越強，當加熱溫度升高至80 ℃時，生姜提取液清除亞硝酸根離子的能力達到最強，然而隨著溫度的持續升高，當溫度達到90 ℃時，對亞硝酸根離子的清除能力減弱，推測可能是由于加熱溫度太高，破壞了生姜提取液中對某些活性物質，使其清除率降低。

3 應用研究

從市場上購制泡菜，取50 g進行攪碎，置于250 mL燒杯中，加入5 g生姜提取液，然后加水至200 mL，煮沸10 min，冷卻，過濾，按1.3.2進行發光檢測。按同樣方法，加入200 mL 3次水進行處理，測定發光強度進行對照試驗。結果發現，當加入3次水時發光強度為13000，當加入生姜提取液時，發光強度降低為1240，由此說明生姜提取液對泡菜中的亞硝酸根離子清除率達到90.4%。

4 結論

生姜提取液有一定的清除亞硝酸根離子性能的作用，在生姜提取過程中，提取方式的選擇、加熱溫度、加熱時間、料液比均對生姜提取液清除亞硝酸根離子性能有影響。在試驗探究的范圍內，試驗結果表明：當提取溫度為80 ℃、提取時間為60 min、料液比為1∶4時對亞硝酸根離子的清除效果最好；當在80 ℃下加熱60 min，料液比為1∶6時，對過氧化氫的清除能力達到最佳。