高良姜挥发油与黄酮连续提取工艺及分离纯化研究

摘要

高良姜为我国著名的十大南药之一，其中含有多种功能性成分，在医药、食品和化妆品的生产加工以及蔬果保鲜上有着广泛的应用。目前，高良姜在工业生产上主要用于提取挥发油，传统的提取工艺仅可获得挥发油，而残渣中所含的多种功能性成分则无法被有效利用，造成原料及功能性成分资源的极大浪费。若能通过新的工艺方法同时从高良姜中获取两种或以上的功能性成分，即可一定程度解决该问题。为了给高良姜的开发利用提供新的思路与理论依据，获得一种高良姜挥发油及黄酮的连续提取工艺，本研究以高良姜为原料，探究了挥发油提取条件对其得率和残渣中黄酮的影响，并在此基础上研究并优化了挥发油及残渣中黄酮的连续提取工艺，建立了高良姜挥发油提取动力学模型，同时还测定了该挥发油的组成成分，最后对所得黄酮进行分离纯化，以提高纯度和抗氧化活性。主要研究内容如下：　　（1）挥发油提取工艺研究　　以高良姜为原料，将挥发油得率和提取时间作为指标，探究了样品形态（粒度与块状厚度）、料液比、浸泡时间 3 个因素对挥发油提取及残渣的影响，并进行正交优化实验，结果发现，最优提取条件为粒度小于0.850 mm（过20目筛）、料液比1∶12、浸泡时间30 min，挥发油得率为0.82 mL/100g，提取时间为45 min；而根据残渣中黄酮的残留量及其抗氧化活性测定结果，发现挥发油提取过程对黄酮残留量和抗氧化活性影响较小，残渣中仍保留有超过80％的黄酮，且抗氧化活性变化不显著（p＞0.05），即高良姜可在最优条件下先提取挥发油，再对黄酮进行提取。　　对挥发油提取动力学模型的研究发现，可将提取过程分为表面洗脱和内部扩散两个同时进行的过程，非稳态扩散模型拟合效果优于一级动力模型，所建立的动力学模型的拟合效果良好，R2均大于0.96，可作为挥发油提取的理论依据。　　通过GC-MS对所得高良姜挥发油进行成分分析，发现高良姜挥发油主要含萜类化合物，其中1,8-桉油精含量最高，达40.22％，其次为β-蒎烯（7.96％），莰烯（6.67％），α-蒎烯（5.76％），松油醇（4.34％）。　　（2）黄酮提取工艺研究　　首先以高良姜残渣为原料，加入适量的乙醇和水调配体系的料液比与乙醇浓度，通过水浴浸提的方法提取高良姜黄酮，实验中探讨了提取温度、乙醇浓度(v∶v)、料液比和提取时间对黄酮得率和纯度的影响，并通过 BBD 响应面设计对黄酮提取工艺进行优化，其最优提取条件为：提取温度 82℃，乙醇浓度 57％(v∶v)，料液比 1∶40，提取时间179 min，在此条件下的黄酮得率为99.39mg/g，纯度为42.92%。　　通过抗氧化实验，对比了经挥发油提取前和提取后高良姜黄酮的抗氧化活性，结果发现两种方法所得黄酮对DPPH·、ABTS·+、·O2-自由基清除能力和还原能力均比较强，且二者的抗氧化能力无差异。　　（3）大孔树脂分离纯化高良姜黄酮　　通过静态吸附和解吸实验探讨了 7 种大孔树脂的静态吸附和解吸性能，筛选出XDA-6作为高良姜黄酮的分离纯化树脂。随后对XDA-6大孔树脂进行解吸液的筛选，结果发现，70％乙醇(v∶v)为最适解吸液；通过实验绘制该树脂的吸附等温线，得出XDA-6树脂的吸附性能更为符合Langmuir模型，且在20～40℃的温度范围内吸附能力无差异。　　根据动态吸附和解吸实验结果，确定了最优纯化条件为：上样流速2 BV/h，上样液浓度2 mg/mL，上样体积31.6 BV，解吸液流速2.5 mL/min，解吸液用量3.1 BV。　　经过纯化，高良姜黄酮纯度由 43.55％提高到了 85.42％，纯度提升为原来的 1.9倍。通过抗氧化实验对比了纯化前后高良姜黄酮的抗氧化活性，两者均具备很好的抗氧化能力，纯化后的黄酮在DPPH·自由基、·O2-自由基清除和还原能力测定中，表现出比纯化前更强的抗氧化能力，而两者对于 ABTS·+自由基清除能力相当，总体上说明了经纯化后的高良姜黄酮的抗氧化活性有所提高。

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