（食品科学专业论文）生姜风味物质提取及其饮料的开发.pdf

摘要 摘要 本文以鲜姜为原料，对其中风味物质的提取工艺进行了全面研究，建立了一套新 的风味物质提取工艺，同时研究了用生姜风味提取物配制饮料，并对生姜风味饮料的 稳定性进行了相关研究。 首先对生姜精油的水蒸气蒸馏提取工艺进行了探讨，对比了不同预处理条件下生 姜精油的提取率和成分变化。采用新鲜生姜直接进行水蒸气蒸馏萃取生姜精油的得率 最低，而采用一次冷冻加纤维素酶水解方法的精油得率最高，但与采用一次冷冻预处 理和新鲜生姜加酶水解预处理相比差别不大。采用纤维素酶酶解预处理提取生姜精油 的最佳条件是p h 5 0 ，加酶量2 ( 酶与干姜的比例) ，水解时间为6 0 分钟，水与生姜 的比例为2 5 ：1 ，温度5 0 。在此条件下得率为3 7 1 ( 以干基计) 。采用一次冻融处理 生姜不仅能够提高精油得率，而且可以比较好地保存生姜的独特风味，是一种比较理 想的提取工艺。 研究了纤维素酶解溶剂浸提相结合的姜辣素提取工艺，得到酶解的优化条件为： 加酶量0 2 ( 酶与姜渣的比例) ，酶解料液比1 ：3 ，酶解p h 为5 0 ，酶解温度5 0 ，酶 解时间1 小时，姜辣素得率达到1 1 9 。采用h p l c 对酶解得到的姜辣素进行了成分 分析，发现采用酶解和溶剂法结合提取姜辣素得到的产品纯度高，同时对姜辣素类物 质的破坏作用较小。 以实验室自制的姜精油和姜辣素为主要原料，配以白砂糖和柠檬酸，配制生姜风 味饮料。通过正交回归试验，以感官评定为指标，采用模糊数学矩阵法进行数据处理， 以确定生姜饮料的最优配方。实验确定了配方的四元二次回归方程，经过检验方程高 度显著。通过计算机模拟寻优，获得的最优配方为：绵白糖：7 7 5 ，柠檬酸：o 1 3 ， 姜精油：o 0 7 7 5 ，姜辣素：1 1 8 。 采用阿特拉斯体系标准确定了为乳化生姜饮料所需的最佳亲水亲油平衡值( h l b ) 为1 1 8 ，在此基础上通过实验，最终选择以t w e e n 2 0 ( 5 3 ) + 硬脂酸甘油酯( s s l ) ( 2 2 ) + 单甘酯( 2 5 ) 为体系乳化剂，添加量为0 1 。通过稳定系数法确定了生姜风味饮 料的稳定剂选用c m c ，添加量为0 1 5 。 生姜饮料中姜辣素类物质具有良好的抑菌性，在未杀菌的情况下保存三个月后各 项指标依然达到标准要求。生姜中的姜辣素类物质在储存过程中会发生结构上的变化， 姜酚类物质的含量会降低，其中的一部分会转化成姜烯酚类物质，从而使得姜烯酚类 物质的含量增加。 均质作用对于生姜风味饮料的稳定性影响是比较大的，能够降低体系中悬浮颗粒 的粒径，从而增强体系的稳定性。生姜风味饮料体系在储藏过程中粒径的变化比较明 显。加入c m c 等亲水胶体能够显著增加体系的稳定性，这是由于对生姜风味饮料体系 而言，其稳定性主要受到大分子物质的增稠和空间排斥作用的影响。 关键词：生姜；姜精油；姜辣素；提取；纤维素酶；乳化；稳定；饮料 江南大学硕士学位论文 a b s t r a c t b 灶r a c t i o nt e c l 1 0 l o g yo fn a v o rc o m p o u n d s g i n g e rn a v o rb e v e r a g ew a sf o m u l a t e dw i t hm e a l s oe v a l u a t e d i nf r e s hg i n g e rw a ss t l j d i e de x t e n s i v e l ya n d g i n g e re x t r a c t i o n ，t h eb e v e r a g es ta _ b i l i t yw a s s t r e a md i s t i l l a t i o nw a su s e df o rt 1 1 ee x t r a c t i o no ft h ee s s e n t i a lo i li n 仔e s hg i n g e r i h e r e s u l tr e v e a l e dt h a tt h e 矗o z e n t h a wp r e t r e a t m e n tc o u l de 1 1 1 1 a n c et l l ee x 仃a c t i o n ，a n dt h e 如r r t h e r h y d r o l y z i n gb yc e l l u l a s ef 0 1 l o w e d a r e r行o z e n - t h a wp r e t r e a t m e n tw o u l di n c r e a s et h e e x t r a c t i o n t h eo p t i m u me n z y m o l y s i sc o n d i t i o n 、v a sa sf o l l o w s ：2 o fc e l l u l a s e ( e n z y m e ：d r y g i n g e r ，w ，w ) ，p h 5 o ，2 5 ：1 o f1 i q u o r m a t e r i a lr a t i oa t5 0 f o r1h o u r u n d e rt h eo p t i m a l c o n d i t i o nt h ee x t r a c t i o ny i e l do fg i n g e re s s e n t i a lo i lr e a c h e d3 7 1 ( c a l c u l a t e dw i t hd 拶 g i n g e r ) a l t 1 0 u g ht 1 1 ee n z y m o l y s i sc o u l de r l l l a n c et h ee s s e n t i a lo i le x t r a c t i o n ，t 1 1 e r ew a sn o o b v i o u si n c r e a s i n ge x t r a c t i o n ，a n ds o m eo fc o m p o n e n t so fm eg i n g e re s s e n t i a lo i l 、e r el o s ti n m ep r e t r e a 仃n e n to fe n z y m o l y s i s h o w e v e rt h ep r e t r e a t m e n to f 盘o z e n - t h a wc o u l dp r e f e r a b l y k e e pt l l es p e c i a ln a v o ro ft h eg i n g e re s s e n t i a lo i l t h ep r o c e s sb yc o m b i l l i n gc e l l u l a s eh y d r o l y z i n gw i t hs 0 1 v e n te x t r a c t i n gw a sm n l l e r s t u d i e d t h eo p t i m a lh y d r o l y z i n gc o n d i t i o n s 、v a s ：0 2 o fc e l l u l a s e ( e n z y m e ：d i s t i l i a t i o n r e s i d u eo fg i n g e rw w ) ，t 1 1 er a t i oo fr a wm a t e r i a l t os o l v e n t1 ：3 ( w ，w ) ，p h 5 0 ，t e m p e r a t u r e5 0 ，1h o u lw i t ht k s7 c o n d i t i o n ，t h ey i e l do fg i n g e r o l sr e a c h e d1 19 o u to fg i n g e r t h eh p l c s h o w e d 也a tt h eg i n g e r 0 1 so b t 2 l i n e db y 也i sm e t h o d 、v a sp u r e rt h a n 也a tb ys o l v e n te x t r a c t i o n ， a s 、v e l la st h el e a s tb r e a l ( a g et ot 1 1 eg i n g e r o l s g i n g e rb e v e r a g en a v o r 、v a sf o n n u l a t e dw i mt h eg i n g e ro i la 1 1 dg i n g e r o l ，t o g e t h e rw i t l l w h i t eg r a n u l a t e ds u g a ra n dc i t r i ca c i d t h eb e v e r a g ef o 珊u l a t i o nw a so b t a i n e db yo r t h o g o n a l r e g r e s s i o ne x p e r i m e n tv i as e n s o r ) ，e v a l u a t i o n t h ed a t a 、v a sp r o c e s s e db yf u z z y - m 础e m a t i c s m e t h o d t h eq u a d r a t i c e q u a t i o no fq u a t e m a 巧p a r a m e t e r sw a sc o n f i n l l e d w i t l l 1 1 i g h s i g l l i f i c a n c ef o rt h eb e v e r a g ef o r m u l a t i o n a r e ri m i t a t e do p t i m i z a t i o n 谢mc o i n p u t e r ，t h e o p t i m a li n 昏e d i e n t sw e r e a sf o l l o w s ：s u g a ro f7 7 5 ，c i t r i ca c i do fo 13 ，g i n g e ro i lo f 0 0 0 7 5 ，g i n g e r 0 1o f1 1 8 t h eh l bv a l u ef o re m 【u l s i f i c a t i o no ft h eg i n g e rb e v e r a g e 、v a sd e t e m i n e dt ob el1 8 u s i n ga t l a ss y s t e m t 1 1 r o u g he x p e r i m e n to nm i sb a s i s ，e m u l s i f i e r s 、e r ec h o s e na sf o l l o w s ， t w e e n 2 0 ( 5 3 ) + s s l ( 2 2 ) + m o n o s t e a r a t e ( 2 5 ) ，w i t l lm e i rt o t a l r a t i oo f 0 1 i nt h e b e v e r a g e c m cw a sc h o s e nt ob et h es t a b i l i z e rt h r o u g ht h es t a b i l i t yt e s t ，w i t h0 15 i nm e b e v e r a g e t h eg i n g e r o li nt h eg i n g e rb e v e r a g eh a dg o o db a c t e r i o s t a s i s i tc o u l db ep r e s e r v e df o r3 m o n t h s 埘t hn os i g n i f i c a n tc h a n g e sf o ra l li n d e x e s t h ec o n t e n to fg i n g e r o ld e c r e a s e dd u r i n g t h es t o r i n gp e r i o d ，s o m eo fi tt u m i n gt ob eg i n g e d i 0 1 h o m o g e n i z a t i o np l a y e da ni m p o r t a n tr o l eo nt h es t a b i l i z a t i o no fg i n g e rn a v o rb e v e r a g e ， t h ep a r t i c l ed i a i l l e t e rw a sr e d u c e da n dt h es t a b i l i t yo f b e v e r a g ew a st h e ne n h a n c e d t h e c h a n g eo fp a r r t i c l ed i a m e t e rw a sa p p a r e n ti ns t o r i n g t h es t 山i l i t yo fg i n g e rf l a v o rb e v e r a g e w o u l d b ee n h a n c e d b ya d d i n gc m c t h es t a b i l 时w a sm o s t i ya 虢c t e d b yt h el a r g em 0 1 e c u l a r m i c k e n i n ga n ds p a c er c ! je c tr e a c t i o n i i k e yw o r d s ：g i n g e r ； e s s e n t i a lo i l ； g i n g e r o l s ；e x t r a c t i o n ； c e l l u l a s e ；e m u l s i f i c a t i o n ； s t a b i l i 够；b e v e r a g e i i i 独刨性声明 y 967 97 7 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：姜蕉聋 日期：沙。缉j 厂月谚日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 ， 签名：三埠导师签名：泣兰些 日期：山o 年j 广月力日 第一章绪论 第一章绪论 生姜是姜科多年生革本植物，原产于热带多雨森林区，是姜科植物z i n g i b e r o m c i n a i er o s c o e 的根茎。生姜是典型的药食同源植物，首先它既是食物和调味佳品， 由于其具有独特的风味而成为国际市场上最重要的调味品之一；同时又是不可缺少的 常用药物，干姜是一味常用的中药，其性辛辣，有发汗、散寒、止呕、解毒等功效。 生姜的应用在我国有着悠久的历史，早在距今约1 5 0 0 年的名医别录一书中就有记 载。论语中有“不撤姜食”的说法，民间则广泛流传“冬吃萝h 夏吃姜，不用大夫 开药方”的顺口溜，把生姜推到极其重要的地位。 在我国，生姜的种植大约从2 0 0 0 多年前就开始了。在西汉时代，生姜己成为一种 重要的经济作物，公元前一世纪传入地中海地区，1 1 世纪传入英格兰，1 5 8 5 年传入美 洲，现己遍布世界各地。中国姜栽培历史悠久，资源丰富，地方品种颇多，主要有山 东莱芜片姜，莱芜大姜，广东疏轮大肉姜，广东密轮细肉姜，浙江临平红爪姜，江西 兴国姜，陕西城固黄姜等。据国际粮农组织统计，中国2 0 0 3 年姜产量1 1 1 9 万吨( 以 干姜计) ，亚洲总产量6 4 4 6 1 万吨。我国是世界上姜产量最大的国家，也是主要出口国 之一，年出口量占世界总出口量的4 0 ，当前我国姜的种植面积已达到6 6 6 7 平方公里 以上，南方主要分布在广东、浙江、台湾、福建、湖南、四川等省，北方则以山东省 为主产区【”。 目前，生姜己成为我国一种家喻户晓、老少皆知的食用佐料植物，也是一种常用 的中药材，不仅如此，姜还是当今国际贸易中最重要的根茎类香辛料。但迄今为止， 姜的贸易主体仍是干姜，世界年贸易量超过2 万吨【2 j 。随着食品加工技术的进步，运用 现代工艺技术开展以姜为原料的深入研究和综合开发，具有极其重要的意义。 1 1 生姜的主要功能与应用 1 1 1 食用调料 姜是我国民间家家户户必备的调料，具有祛肉腥增香提味的作用。在我国，传统 的生姜产品较多，如：腌姜，糖醋姜片，姜丝等。但生姜作为调味料目前大多仍采用原 姜或经过粗加工的姜粉，经过提炼的深加工产品很少，而国外生姜的深加工产品姜油 和姜油树脂己得到迅速的发展，并逐渐成为食品工业的主要原料之一【3 】。 1 1 1 1 姜精油 姜精油( e s s e n t i a lo i l ) 是指从姜根茎中用水汽蒸馏的方法提取出来的挥发性油分，几 乎不含高沸点成分，具有浓郁的芳香气味，其主要成分为倍半萜烯类，氧化倍半萜烯， 单萜烯和氧化单萜烯类。姜精油味温热、香辛、有令人愉悦的芳香、不辛辣主要用于 江南大学硕士学位论文 食品、饮料、无醇清凉饮料和特殊甜酒的加香、调味，是天然的食品香料【4 1 。 1 1 1 2 姜油树脂 姜油树脂( 0 l e o r e s i n ) 是指用有机溶剂或超临界流体萃取姜根茎，然后回收溶剂，剩 下的比较粘稠的半液体状物质。其主要成分为挥发性油分，姜辣素以及脂肪酸、棕桐 酸树脂和碳水化合物，其中，姜辣素是决定姜的滋味以及姜油树脂风味的主要成分。 姜油树脂含有姜的全部香气和味道，因此可作为高品质的浓缩调味料替代传统的香辛 原料应用于食品加工及烹调1 5 j 。 1 1 2 饮料 开展以生姜原料生产风味饮料的研究由来已久，这方面的应用可以分为以下几种： 1 ) 直接将鲜姜榨汁过滤，然后调配，加入各种稳定剂和乳化剂，制成混浊型的姜汁风 味饮料，或者利用双联过滤，制成澄清型的风味饮料。林金莺等直接将新鲜生姜蒸煮、 磨碎过滤，同时采用两次脱气、加入以抗坏血酸钠的方法保护生姜中的姜黄色素不被 氧化，开发出浅黄色至棕色的生姜风味饮料睁7 】；杨锡洪等用鲜姜开发出生姜风味的澄 清性矿泉水【8 j ，该饮料清亮透明、酸甜适口，并具有独特的杀口感。这种方法的优点是 能够对生姜进行比较充分的利用，但是仍然存在很多不足，如产品稳定性比较差，压 榨剩下的下脚料中含有较多的功能性成分如姜辣素等；2 ) 以鲜姜为原料榨汁，同时利 用酶法对生姜的细胞结构进行破坏( 主要采用纤维素酶) ，最终再利用淀粉酶分解生姜 压榨制成的姜汁中的淀粉，得到澄清的姜汁，再进行调配制成澄清型的风味饮料，楚 杰等在这方面均有相关研究。这种方法生产的产品稳定性好，但是由于使用了酶的原 因，生产的成本比较高，同时仍然存在着不能够对生姜中的功能性成分姜辣素不能充 分利用的弊端【9 】。3 ) 以鲜姜为原料榨汁然后添加到到各种酒、饮料中制成姜汁复合饮 料，如：姜汁啤酒、姜汁露酒，姜茶等，也可将姜、茶等的提取物混合、干燥制成各种 姜汁冲剂。高晗等对利用苹果、桔子、梨和生姜生产复合饮料进行了研究，最终选用 苹果和生姜制成风味独特的复合饮料【l m l l ；刘玉静用生姜和红枣进行复配，研究开发 出红枣生姜风味因饮品【l2 】；沈锡伟等将生姜抽提液进行处理，研究了其在可乐饮料中 的应用【1 3 1 ；李艳等人则开发出姜汁啤酒等【1 4 】。4 ) 以鲜姜为原料榨汁，然后加入到牛奶 中，利用姜中的蛋白质水解酶的作用使姜汁凝乳生产姜汁奶。张和平等人对此都有相 关研究【1 5 1 甜。 上面这几种方法存在的问题主要是不能充分利用生姜，首先在加工过程中生姜中 的挥发性风味成分一姜精油大量损失，同时在加工过程中生姜里6 0 以上的功能性成分 一姜辣素被丢弃，造成了巨大的物质浪费。 第一章绪论 i 1 3 药用 1 1 3 1 抗运动病 运动病包括晕船、晕机、晕飞船等，对其研究虽然已1 0 0 余年，但随着航海和航 天事业的发展，交通工具的不断更新，世界各国日益重视运动病的发生和防治。近2 0 年来有大量的心理学、体育、物理和化学的方法防治运动病的报导。各国学者普遍认 为药物防治方法最经济，而且使用简便。因此均将药物列为防治运动病的首选措施。 丹麦一项专题研究证实：生姜是减轻晕动症状的“最为理想”的天然药物之一。它虽然 不能使症状完全消失，但能使头晕、恶心、呕吐等症状得到一定程度的减轻，有效率 达9 0 以上，药效可维持4 小时以上。h o l 仃n 锄等1 9 8 9 年报导了在前庭试验室进行的 生姜抗运动病的药理机制的研究，证明生姜的抗运动病的药理机制与常用的抗运动病 药物的中枢神经作用机制有别。生姜的抗运动病作用是直接对胃肠系统产生影响，可 能是增加胃肠动力，阻止胃肠反应和恶心的神经反馈。但是生姜中何种成分最有效， 多大剂量最合理等问题还有待于进一步研究i l ”j 。 1 1 3 2 降胆固醇 美国的一项试验显示：生姜具有显著的能够降低血液中胆固醇含量的作用。生姜提 取物一一种油树脂能抑制肠膜对胆固醇的吸收，故有降低体内胆固醇的作用【2 3 1 。 j1 1 3 3 防血凝 美国科学家最近发现：生姜中含有一种与水杨酸十分相似的物质。而传统的血液抗 。 凝药是以水杨酸为主要原料的。根据这一原理，他们认为采用生姜制作血液稀释剂来 防止血液凝固是十分理想的【2 4 。 1 1 3 4 抗衰老 近来的研究表明：生姜具有很强的抗氧化功能【2 。老年人体表，尤其是脸部总是布 满了点点的“褐斑”，俗称“老年斑”。这种“老年斑”在内脏中也形成。“老年斑”形 成是人体内代谢产物自由基作用的结果。国内医学研究发现：生姜的辛辣成分一姜辣素 具有抗氧化的作用，能抑制体内过氧化脂质的生成和降低脂质色素的积累，从而起到 消除体内自由基，延缓衰老的作用。研究还表明：姜辣素的抗氧化作用比目前应用的 b h tb h a 和维生素e 的效果更好【2 6 瑚】。到目前为止，我国正步入老年化国家的行列， 无副作用且能防治“老年斑”的延年益寿的生姜保健食品或药品是很有开发前景的。 1 1 3 5 治牙痛 当出现牙痛时，切一片生姜咬在痛处可立即止痛。核梭杆菌属的产黑拟杆菌是口 臭和牙周炎的致病菌，生姜中所含的姜醇、姜烯、姜辣素等对之具有特异性杀菌作用。 因此，可以把生姜中提取的姜精油或姜油树脂制成牙粉、漱口剂、软膏、锭剂、口香 江南大学硕士学位论文 糖等口腔卫生制剂【2 9 】。 1 1 3 6 防胆石症 现代医学认为：人体前列腺素如果分泌过多，可导致胆汁中粘蛋白的含量增加。粘 蛋白与胆囊中的钙离子和非结合型胆红素是合成胆囊结石的支架和结晶核。生姜中的 姜酚能抑制前列腺素的合成，相应降低胆汁中粘蛋白的含量，从而抑制胆石症。 1 1 3 7 治疗关节炎 类风湿性关节炎的发生与溶血性链球菌感染有密切关系，而生姜的姜烯酮和姜油 酮可抑制伤寒杆菌、霍乱杆菌，尤其对抑制沙门氏菌效果十分明显，可起到某些抗菌 素的作用。试验表明风湿性关节炎病人每天每人服用鲜姜5 9 或生姜粉0 5 9 1 5 9 ，连续 三个月患者可改善关节活动，疼痛、肿胀和僵硬症状明显减轻，无副作用及并发症3 ”。 1 1 3 8 抗癌 生姜中的有效成分能够阻断亚硝胺的合成，防止亚硝胺的致癌作用。生姜中含有 的多元酸等不但可抑制癌细胞扩散，而且可防止癌细胞增殖。据美国专利报道：由生姜、 美州血根草( b l o o d r o o t ) 合成的一种软膏能治疗上皮癌。美国科学家把生姜汁涂在老鼠身 上，然后将老鼠置于一种致癌化学物质的影响下。事后对老鼠体内的酶进行检测时发 现，涂上姜汁的老鼠体内癌变的倾向不大，而未涂的老鼠则受较大影响。科学家虽然 迄今为止未能断定，生姜中何种成份起了决定作用，但可以肯定它具有防皮肤癌的作 用【3 2 】。 1 1 4 食品添加剂 1 1 4 1 抗氧化剂 生姜具有较强的自由基清除能力，具有较好的抗氧化作用。可以用来有效的防止 肉制品及其它一些食品的氧化酸败，研究表明：柠檬酸、抗坏血酸和生育酚对生姜抗氧 化剂有明显的增效协同作用。而且，生姜抗氧化剂具有良好的热稳定性、安全性强， 有芳香味，可广泛应用于油脂、肉制品、水产品、饼干、饮料等食品中，因此它是一 种值得研究开发的天然抗氧化剂【2 62 8 1 。 1 1 4 2 肉类嫩化剂 生姜蛋白酶是一种硫醇蛋白酶。该酶作为一种新的肉类嫩化剂，在德国、日本已 有资料报道，其最佳作用温度是6 0 ，在7 0 则迅速变性，该酶可分解胶原和肌动球 蛋白使得肉被嫩化。国内也有资料报道，生姜蛋白能够透过肌纤维膜、水解肌原纤维 和其它物质，提高肌肉的嫩度，但是目前有关生姜蛋白酶对全食物的消化作用尚无比 较系统的研究，因此，生姜作为一种肉类嫩化剂，还未得到应用f 3 3 _ 3 5 】。 第一章绪论 1 1 4 3 防腐剂 国外许多研究表明：生姜提取物( 姜油树脂) ，对于细菌、真菌都有抑制作用。尤其 对真菌的抑制作用明显强于山梨酸钾。而且姜油树脂是由生姜提取而来，本身即为食 品，可直接添加。对人体无副作用，是一种具有发展潜力的天然防腐剂【3 6 】。 1 1 s 其它 姜精油香气浓郁、温热、香辛、略有棕檬味，同时具有鲜花的香气特征，是男用 香水的理想香精原料。在农村用生姜制成的土农药可防治棉蚜虫，随着绿色食品消费 的浪潮，生物杀虫剂的研究与开发将成为一种趋势。法国研制的一种含生姜成分的喷 洒液，具有清凉消炎的作用。这是由气胶推进剂( 如二氯四氟甲烷) 、姜精油组成的生 姜还可用于戒酒烟药，是由掩蔽烟草香味的物质与除味物质组成的。前一种物质主要 为姜粉、甘草、芜婪等，后一种物质主要为鸟昔酸、肌昔酸及其盐类。生姜是一种很 有前途的天然药物，对生姜的药理、药化、加工技术和临床等方面有待进行更广泛的 深入研究【3 7 - 39 1 。 1 2 生姜的主要风味物质 生姜的组分比较复杂，包括碳水化合物、蛋白质、维生素、矿物质、辛辣素、脂 肪油和少量的挥发性油分。生姜风味的感观特性主要由两方面物质赋予：姜精油和姜 。辣素，姜精油是生姜中的挥发性油分，它为生姜提供了香气和部分风味；姜辣素不具 有挥发性，它为生姜提供了特征性的辛辣风味。 生姜的风味成分组成比较复杂，受到产地、干燥条件、酶、提取方法等多种因素 的影响【4 8 1 。目前人们已经发现对新鲜生姜呈香贡献最大的成分主要是一系列的单萜 类物质：香叶醇，芳樟醇，以及香叶醛等，氧化倍半萜烯含量较少，但是对生姜的风 味特征贡献也比较大【4 9 1 。对生姜呈现特征性辛辣风味的主要是一系列具有3 一甲氧基一4 一 羟基苯基官能团的酚类、酮类物质【5 。 1 3 生姜风味物质的提取 1 3 1 生姜风味提取物的提取方法 姜油的提取方法有传统的压榨法，溶剂浸提法，水汽蒸馏法和现代的超临界萃取 法和短程分子蒸馏技术等。 1 3 1 1 压榨法 是利用压榨机械手段对洗净的生姜直接处理，获得姜油，该法所得的姜油量除了 与生姜本身质量有关外，更与生姜的预处理和压榨设施的操作情况有关。这种方法姜 江南大学硕士学位论文 油得率低，质量差，含有淀粉、蛋白质、矿质元素、水分子等杂质。 1 3 1 2 水汽蒸馏法 在一定的压力下，蒸汽透过姜粉，因蒸汽的高温作用使姜粉中姜油汽化，随水蒸 从蒸馏管进入冷却器，水汽和汽化的姜油，在冷却器中冷却成油水混合物，再经油水 分离器分离。这种方法操作简便，投资少，但能耗大，得油率低约1 5 2 5 。而且随 着蒸馏时间的延长，姜油成分易发生热敏性劣变钔。 1 3 1 3 溶剂浸提法 溶剂浸提包括直接浸泡和索氏抽提。溶剂浸提法常用的溶剂有乙醚、丙酮、甲醇、 乙醇和乙醇乙酯等。通过浸提提完精油后的姜渣，可得到较纯的姜辣素，便于姜辣素 的分析与利用。不同溶剂提取得到的姜辣素的得率和提取物的性质存在着较大的差异， 采用极性越强的溶剂萃取产量越高。研究表明采用8 0 的乙醇得到的姜辣素中6 姜醇 的含量比采用其他溶剂要高，而抗氧化能力和抑菌能力也比较耐5 1 。 1 3 1 4 分子蒸馏技术 分子蒸馏亦称短程蒸馏，是一项较新的尚未广泛应用于工业化生产的分离技术， 其应用解决大量常规蒸馏技术所不能解决的问题。分子蒸馏是一种特殊的液一液分离 技术，它依据分子运动平均自由程的差别，能使液体在远低于其沸点的温度下将其分 离。分子蒸馏进行时，液体混合物被加热，能量足够的分子逸出液面，轻分子的平均 自由程大，重分子的平均目由程较小，若在离液面小于轻分子平均自由程而大于重分 子自由程处设置一冷凝面，轻分子达到冷凝后被冷凝，从而使其不断逸出；重分子达 不到冷凝面，很快趋于动态平衡，这样就将混合物分离开了【5 ”。 1 3 1 5 超临界流体萃取法 超临界流体萃取技术是近年来发展起来的现代高新技术。它是用处于超临界状态 的流体作为溶剂，利用该状态下流体所具有的高渗透能力和高溶解能力萃取分离混合 物，再经过超临界状态或液态向气态的相转变，将其携带的姜油释放出来。该方法的 优点是无溶剂残留，选择性易于控制。选择合适的流体，萃取分离可在常温下进行， 因而能减少不稳定组分的分解。但是超临界萃取也有缺点，超临界萃取得到的提取物 为复杂的混合物，比较难以分离出比较纯的姜精油和姜辣素1 5 ”。 1 3 2 几种生姜风味提取物 1 3 2 1 生姜精油4 生姜精油是指采用水蒸气蒸馏的方法从生姜根茎中提取的挥发性油分，几乎不含 有高沸点成分。水蒸气蒸馏得到生姜精油的得率一般在1 5 2 5 。生姜精油是一种 透明、浅黄到橘黄可流动得液体，折光率为1 4 8 8 0 1 4 9 6 0 ( 2 0 ) ，旋光性为2 8 0 第一章绪论 4 5 0 ( 2 0 ) ，密度为o 8 7 1 o 8 8 2 ( 2 0 ) ”“。 目前已经发现生姜精油中含有1 0 0 多种化学物质，主要包括碳氢化合物、醇类、 酶类、醛酮类等几大组分。在这些组分中，倍半萜烯类碳水化合物占到了5 0 6 0 ， 氧化倍半萜烯类占到了1 7 ，其余主要是单萜烯类碳水化合物和氧化单萜烯类。倍半 萜烯类碳水化合物中，旺姜烯占主体( 1 5 3 0 ) ，b 一红没药烯( 6 1 2 ) 、芳基一 姜黄( 5 1 9 ) 、a 法呢烯( 3 1 0 ) 和d 一倍半水芹烯( 7 1 0 ) 也有一定的 含量。除了橙花醛，低沸点的单萜烯含量通常较低，约为2 口】。 如上所述，对新鲜生姜呈香贡献最大的成分主要是一系列的单萜类物质，氧化倍 半萜烯对生姜的风味特征贡献也比较大。由于生姜精油本身具有的一些特性质，如独 特的香气、无辛辣味、特殊的生物活性等，是食品、医药、化妆品等行业的重要工业 原料。 1 3 2 2 姜辣素 姜辣素是指利用有机溶剂从提取过挥发油的生姜根茎中提取出来的不具有挥发性 的组分。姜辣素是姜的主要辣味成分，是多种物质的混合物，其组成结构中均含有3 甲氧基一4 一羟基苯基官能团。根据该官能团所连接脂肪链的不同，我们可以把姜辣素分 为六类：姜醇类( g i n g e r o l s ) 、姜烯酚类( s h o g a o l s ) 、副姜油酮类( p a m d o l s ) 、姜酮类 ( z i n g e r o n e ) 、姜二酮类( g i n g e r d i o n e s ) 、姜二醇类( g i n g e d i o l s ) 垆。 1 3 2 3 生姜油树脂 十 生姜油树脂是指利用有机溶剂从生姜根茎中提取的油分，包括了生姜精油和姜辣 素两类，是一种深琥珀色至深棕色的粘稠液体，几乎不溶于水，醇溶度也较低，静置 后可产生粒状沉淀，折光率14 8 8 1 4 9 8 ( 2 0 ) ，旋光性( 3 0 0 ) ( 6 0 0 ) ( 2 0 ) 。姜油树 脂的化学组成通常比较稳定，。但是其中姜辣素中的姜酚类物质化学性质不稳定，所以 在储藏过程中也会发生组分上的变化”j 。目前获得生姜油树脂的方法有有机溶剂浸提 法、压榨法和超临界c 0 2 萃取法。 1 4 立题意义 1 4 1 开展生姜产品的深加工研究具有非常大的经济价值和社会价值 中国是世界上生姜产量最大的国家，但生姜的生产季节性强，采收期比较集中， 采收后，鲜姜保藏难度大，容易发生褐变、发芽、冻伤，腐烂变质现象，造成很大损 失。若采用冷库贮存，则预处理麻烦，贮存费用大，成本高，并且贮存时间较长，生 姜的商品价值会大大降低。开展生姜深加工的研究，为生姜的生产种植提供出路，符 合目前农产品深加工的趋势，具有极大的社会价值。 现在国内，一般在原料产地先将生姜加工成姜粉，再进行贮藏和运输；国外，由 于现代化工艺提取技术的改进，正逐渐以姜油取代鲜姜和姜粉的使用。目前国际市场 江南大学硕士学位论文 上姜精油的售价高达8 0 0 元k ，而姜油树脂的售价也不菲；同时目前国内还没有利用 生姜的独特风味开发的深加工产品，在这样情况下开展生姜产品的深加工具有极大的 经济价值。 1 4 2 目前研究中的问题 1 4 2 1 风味成分的有效提取 姜油已经成为十分重要的生姜加工品，但是姜油的提取工作一直进展不大：水蒸 气蒸馏尽管方法简单简便，投资少，但能耗大，得油率低，蒸馏时间长，姜油成分易 发生热敏性劣变；溶剂浸提所得姜油的组成与质量与所选用的溶剂有关，油品纯度低 且残留溶剂不易去除；超临界流体萃取技术和分子蒸馏虽然能够较大的提取姜中的有 效风味物质，但是投资大，成本高，生产的姜油成分复杂，比较难以分成姜油和姜辣 素两部分，在实际的应用中受到较多的限制。 1 4 2 2 生姜的深加工 目前的生姜加工仍然停留在初级加工的阶段，主要产品有姜粉、鲜姜片等。这些 产品的加工附加值低，产品质量不稳定，不符合现代食品加工的要求。以往的生姜深 加工产品往往只强调生姜的简单利用，而忽视了生姜本身的特点：独特的风味和功能 性物质的统一。所以开发符合上述要求的产品是当务之急，目前也有很多的食品科技 工作者在朝着这个方向努力。 1 4 - 3 本研究的重点 从目前查阅的资料来看，目前生姜风味物质的提取研究工作主要集中在超临界萃 取上，但是超临界萃取得到的产品为复杂的混合物，比较难以分离出比较纯的姜精油 和姜辣素，限制了提取物的应用。本研究将利用酶法对生姜风味物质的提取进行相关 研究，以期寻找到更合适的提取方法。 开发生姜风味饮料是符合生姜本身特点的，然而已有的生姜饮料制品，以冷挤压 原料为主，风味可调性差，香味和辣味不能根据消费者的需求调整。本研究将紧紧扣 住生姜具有的独特风味这一特征，开发其风味饮料产品，同时对产品的风味、口感、 功能性进行相关的研究，最终建立一套完整的风味饮料的生产工艺。 1 5 研究目的和内容 本课题主要围绕着生姜风味物质的有效提取开展工作，同时利用提取的风味物质 配制特征风味饮料。 ，主要研究内容如下： 1 对山东产莱芜大姜的生姜进行风味成分分析，为后面的风味物质提取研究提供 参考依据。 第一章绪论 2 利用水酶法提取生姜精油，对影响提取的各个因素( 酶的种类和用量、预处理、 提取时间、料水比、口h 、温度) 进行讨论，采用单因素和正交实验优化工艺 参数，确定生姜精油的最佳提取工艺。 3 利用酶法和有机溶剂法联合提取姜辣素，对影响提取的各个因素( 提取时间、 料液比、提取温度、提取溶剂) 等因素展开讨论，采用单因素和正交实验优化 各自的工艺参数，确定姜辣素的最佳提取工艺。 4 利用自制的生姜精油和姜辣素以及其他一些辅料配置生姜特征风味饮料，确定 饮料的最优配方，同时选择合适的稳定剂和乳化剂，从而获得稳定性良好的产 品。 5 研究生姜风味饮料的风味成分在储藏和加工过程中的变化，重点分析姜辣素类 物质在加工和储藏过程中的变化。 江南大学硕士学位论文 2 1 引言 第二章生姜基本成分和风昧成分分析 生姜的组成成分非常复杂，含有多种维生素、脂肪酸、微量元素和黄酮类化合物等， 同时还包括了几种重要的活性成分姜酚、姜烯酚等。不同的论文报道存在着较大的差异， 主要是由于采用不同的分析原料和不同分析方法的原因造成的。为了更好的了解生姜的 各种基本成分以及其中的风味成分，为开展生姜综合利用研究提供相关的参考依据，本 章对生姜中主要的基本成分和风味成分进行了测定和分析。 2 2 材料和方法 2 2 1 材料 生姜 丙酮ar 乙醚 a r 乙醇ar 四氯化碳a r 甲醇ar 无水硫酸钠a r 8 0 乙醇 a 淀粉酶 2 2 2 仪器和设备 m p 2 0 0 b 型电子天平 m a l l 0 型电子分析天平 w z s 一1 型阿贝折光仪 组织捣碎仪 电热套 旋转蒸发器 恒温水浴锅 电热恒温鼓风干燥箱 u v - 7 5 4 紫外分光光度计 s h z 9 5 型循环水多用真空泵 液相色谱质谱联用仪 气相色谱质谱联用仪 无锡市售( 山东产莱芜大姜) 中国医药( 集团) 上海化学试剂公司 中国医药( 集团) 上海化学试剂公司 中国医药( 集团) 上海化学试剂公司 中国医药( 集团) 上海化学试剂公司 国药集团化学试剂有限公司 中国医药( 集团) 上海化学试剂公司 实验室自制 。 无锡酶制剂厂( 酶活2 0 0 0 l 】g ) 上海第二天平仪器厂 上海第二天平仪器厂 上海分析仪器厂 上海标本模型厂 江苏芦沟加热仪器厂 上海亚荣生化仪器厂 上海医疗器械五厂 上海跃进医疗器械厂 上海第三分析仪器厂 河南巩义市站街光亚仪器厂 、 ，a t e r sp l a 怕r n lz m d4 0 0 0 f i i l l l i g a i lt r a c em s 0 第二章生姜基本成分和风味成分析 2 2 3 分析方法 2 2 3 1 生姜基本成分测定 水分：蒸馏法，稍作改良【5 4 j 。 取新鲜生姜，切成2 2 2 m m 的小块，准确称取5 9 左右放入2 5 0 m l 的圆底烧瓶中， 加入1 0 0 m l 的四氯化碳，接上挥发油提取器和冷凝管，水浴8 0 加热，直到蒸馏出来 的水的读数不再变化为止，停止加热，读取蒸馏得到的水体积，计算含水量。 粗脂肪： g b 5 0 0 9 6 - 8 5 ，索式抽提法【5 5 】。乙醚提取法。取新鲜生姜，切成2 2 2 m m 的小块 用乙醚提取其中的脂肪，回收溶剂，干燥称重。 粗淀粉：g b 5 0 0 9 9 8 5 ，酶水解法【5 6 】。 粗纤维：g b 5 0 0 9 1o 一8 5 ，酸碱醇洗涤、法【”】。 取新鲜生姜，切成2 2 2 m m 的小块，用热的中性洗涤剂浸煮后，残渣用热水充 分洗涤，除去其中的游离淀粉、蛋白质、矿物质，然后加入d 淀粉酶溶液以分解结合 态淀粉，再用水、丙酮洗涤，以除去残存的脂肪、色素等，残渣经烘干，即为粗纤维。 粗蛋白：g b 5 0 0 9 5 8 5 ，( f = 6 2 5 ) ，凯氏定氮法【5 4 】。 灰分：g b 5 0 0 9 4 - 8 5 ，5 5 0 灼烧法1 5 4 】。 取新鲜生姜，切成2 2 2 m m 的小块，准确称取5 9 左右，置于灰分盒中，放入干 燥箱中，蒸去其中的大部分水分，然后碳化，送入高温炉中高温( 5 0 0 一6 0 0 ) 灼烧成 灰分，然后计算其含量。 2 2 3 2 生姜精油成分分析 生姜精油提取：取新鲜生姜2 0 0 克左右，清洗后切成3 5 m m 的薄片，然后转移到组 织捣碎仪中，加入适量的水，充分捣碎，迅速转移到2 0 0 0 m l 的圆底烧瓶中，加入沸 石，按照1 ：2 5 的比例加入去离子水，接上挥发油提取器和冷凝管，用电加热套加热， 蒸馏2 小时，停止蒸馏，读取挥发油体积，计算生姜精油含量。 生姜精油测定：采用g c m s 测定生姜精油的成分【5 7 j 。 色谱条件：d b 一5 ，5 0 m o 3 2 h u n 1 o 岬弹性石英毛细管柱；进口样温度2 5 0 ，柱 程升温：初始温度4 0 ，停留1m i n ，以5 ，m i n 的速率一阶升温至1 2 0 ，以8 m i n 的速率二阶升温至2 0 0 ，再以1 2 i i l i n 的速率三阶升温至2 5 0 ，保持1 0 m i t l ；流速 为l m l m i n ；载气为氦气；分流比为l ：1 0 ，进样量为o 2 u l 。 质谱条件：电离方式为e i + ，离子源温度2 0 0 ，发射电流是2 0 0 u a ，电子能量7 0 e v ， 接口温度2 5 0 ，检测电压3 5 0 v 。 2 2 3 - 3 姜辣素分析测定 样品的前处理： 各取新鲜生姜1 0 0 克，洗去泥沙，提取挥发油后，趁热用双层纱布过滤