一种良姜细胞水的制备方法和得到的良姜细胞水的应用
阅读说明：本技术 一种良姜细胞水的制备方法和得到的良姜细胞水的应用 (Preparation method of galangal cell water and application of galangal cell water ) 是由 屈恋 何健 容宝珊 郑晓旻 艾勇 何廷刚 于 2020-04-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种良姜细胞水的制备方法,通过低温-真空(减压)提取技术与酶解技术的有机结合,不需要添加任何溶剂,在较低的温度(30℃-65℃)下能得到纯天然的良姜细胞水。通过本发明方法得到的良姜细胞水品质高,含有70多种易挥发活性成分,气味芳香柔和,对人体安全性高,同时具有一定的保湿功效；可作为绿色天然的原料应用于食品、保健品、药品及化妆品等领域。(The invention discloses a preparation method of galangal cell water, which can obtain pure natural galangal cell water at a lower temperature (30-65 ℃) without adding any solvent through the organic combination of a low-temperature vacuum (reduced pressure) extraction technology and an enzymolysis technology. The galangal cell water obtained by the method disclosed by the invention is high in quality, contains more than 70 volatile active ingredients, is aromatic and soft in smell, is high in safety to a human body, and has a certain moisturizing effect; can be used as green natural raw material in the fields of food, health product, medicine and cosmetic.)
技术领域
本发明涉及农产品处理技术领域，特别是涉及一种良姜细胞水的制备方法和得到的良姜细胞水的应用。
背景技术
良姜(Alpinia officinarum Hance)，别名小良姜、高良姜。多年生草本，根茎圆柱形，其性温、味辛、具有芳香气；有节，节处有环形膜质鳞片，节上生根。分布于我国云南、广东、广西及台湾等地区。良姜具有辛散温通、散寒止痛的功效，主治脘腹冷痛，胃寒呕吐，嗳气吞酸。良姜中富含挥发油和黄酮类成分，挥发油的主要成分有1,8-桉叶素、桂皮酸甲酯、丁香油酚、蒎烯、荜澄茄烯及辛辣成分高良姜酚等；黄酮类成分主要为高良姜素、山柰素、山柰酚、槲皮素、异鼠李素等。良姜由于其本身具有较强的辛辣感，使其应用受到了很大的限制。
良姜提取的常规方法是溶剂萃取法，主要是针对某种目标成分的提取。该方法提取后需要进行一系列后续提纯处理(如减压蒸馏去除溶剂)，而减压蒸馏无法完全将溶剂去除，残留的有机溶剂会对使用者的健康带来一定的隐患。中国专利申请CN108740636A公开了一种姜汁的提取工艺，直接将生姜打浆，再用水于低温下进行萃取，最后过滤得到姜汁。该方法无法充分提取出其芳香类活性物质，香气不足，而且得到的提取液具有较强的辛辣感，同时含有大量植物组织(有颗粒感)。
对于植物的提取，中国专利申请CN109730948A公开了一种采用超声低温旋蒸法和酶法相结合制备牡丹鲜花细胞水的方法：首先通过压榨法得到榨汁和残渣1，再将残渣1旋蒸得到细胞水1和残渣2，最后将残渣2进行酶解后再旋蒸得到细胞水2。将榨汁、细胞水1和细胞水2混合后得到高收率牡丹花细胞水。该方法具有较高的提取效率，但是具有如下缺陷：(1)采用压榨法，后与真空提取法得到的液体混合，这样会带入多糖、色素和刺激气味，导致防腐和脱色问题；(2)工艺后期配合其他植物一起蒸馏，解决防腐问题，但是容易改变原有的牡丹花细胞水成分和气味，后期生产也无法控制品质。
发明内容
本发明的目的在于，克服上述技术缺陷，提供一种良姜细胞水的制备方法，得到富含多种活性成分的良姜细胞水，澄清透明，气味芳香柔和，安全性高。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种良姜细胞水的制备方法，包括以下步骤：不加入溶剂，将良姜在温度30℃～65℃、压力-60kPa～-101kPa下初步提取，良姜细胞水形成蒸气并冷凝收集液体，提取1.5～2.5小时，得到初提细胞水和初提良姜残渣，在初提细胞水中加入初始良姜总重量为基准的0.2％～0.4％的纤维素酶和0～0.1％的果胶酶后再倒回初提良姜残渣中，在温度30℃～45℃、压力-80kPa～-101kPa条件下再次提取，3～7小时提取结束后，收集得到良姜细胞水。
所述的良姜切成厚度为1mm～10mm的姜片再进行提取，有利于加快提取速率和充分提取。
初步提取时间是关键参数之一，如果时间太短，提取出的良姜细胞水过少，加入酶后细胞水很难湿润良姜残渣，导致酶解不能正常进行。如果初步提取时间过长，细胞水流出过多，降低了后续提取效率，也增长了酶解时间，带来过度酶解的风险。本发明通过在初提细胞水中加入一定量的酶，再次投入容器中对良姜残渣进行提取，具有如下有益优点：第一、初提细胞水表面张力低，渗透性好；第二、初提细胞水pH为3～7，无需额外调节pH，有利于提高酶活性；第三、酶解能够加速破壁；第四、低温真空技术。通过四种效应的协同，能够在较低温度(30～45℃)下控制酶解速度，加快细胞液流出速度。再次提取步骤中的前1小时左右会蒸除掉倒回容器内的初提细胞水，在这期间酶解速度快，通过初提液体的量与再次提取的工艺条件来控制酶解的时长(此时初提液体的多少就至关重要，多了会延长酶解时间，使酶解过度；少了会缩短酶解时间，酶解不充分)，避免了传统酶解法需要加入大量水而稀释细胞液以及酶解过度带来刺激气味的问题。
初提良姜细胞水的渗透性比纯水好，通过实验发现，以溶剂法提取良姜残渣时，采用良姜细胞水相比采用纯水作为溶剂，能够多提取出约80％的黄酮和多糖。
优选的，所述的初提阶段的温度为35℃～50℃，压力为-80kPa～-101kPa。优选的温度与压力，细胞水能很好的渗出以及蒸发，同时又能够在较低温度下保留挥发出来的细胞水的活性。
优选的，纤维素酶的加入量为0.25％～0.35％，果胶酶加入量为0.01％～0.06％。酶是大分子蛋白质，在上述加入量范围下，能够吸附在良姜残渣细胞表面，难以在低温真空条件挥发出来，无需进行后续处理。
在提取过程中进行搅拌，搅拌速度为1～150转/分钟。使良姜均匀受热，防止局部高温，同时可以加快提取速率，利于细胞水的充分提取；而且再次提取步骤中通过搅拌可以使良姜残渣与加入酶的初提细胞水混匀，充分浸润所有良姜残渣，保证酶解的进行。
收集过程中进行冷凝，冷凝温度为-10℃～8℃。
由于良姜的辛辣成分极易挥发，在低温真空提取过程中，难以被收集，恰好能够在极大程度上减弱良姜细胞水的辛辣感，解决了由于良姜的辛辣刺激感而应用受限的问题。
本发明所述的良姜采用良姜根茎，良姜根茎中的活性成分含量高；优选的，所述的良姜选用新鲜的良姜，新鲜的良姜饱含水分、无霉变和腐烂、未经烤干或晒干。一般的，新鲜的良姜是采摘后不超过两周的，也可以是通过冷藏等保鲜手段长时间贮存的。
通过本发明的方法制备得到的良姜细胞水，可应用于食品、保健品、药品及化妆品等领域。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明将低温-真空(减压)提取技术与酶解技术进行有机结合，通过低温-真空(减压)提取技术对良姜进行初步提取，利用初提细胞液的高渗透性，将其作为酶解溶剂，对良姜残渣进行再次提取。相比于单一的低温真空提取技术，细胞液的提取率更高且能得到更多的活性成分；同时解决了传统酶解法容易酶解过度使提取液具有杂味的问题。
通过本发明方法得到的良姜细胞水，澄清透明，为浅棕黄色；富含70多种挥发性活性成分；气味芳香柔和(既保存了良姜特有的芳香气味，同时也避免了良姜所带来的辛辣刺激感)，安全性高，具有一定的保湿功效；能够应用于食品、保健品、药品及化妆品等领域。
附图说明
图1为实施例1良姜细胞水安全性测试数据柱状图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例和对比例所用良姜为广东湛江的新鲜的良姜根茎(无腐烂和霉变)。洗净、沥干水后，切割成厚度为2～3mm的姜片，进行提取实验。
实施例1：
将50kg良姜投入150L低温提取设备，不加入任何溶剂，在35℃，压力-101kPa下初步提取，良姜细胞水形成蒸气并冷凝收集液体，提取2小时，得到初提细胞水和初提良姜残渣，在初提细胞水中加入145g纤维素酶和25g果胶酶后再倒入初提良姜残渣中，在35℃、压力-101kPa下再次提取，6.5小时提取结束；全程搅拌为45转/分，冷凝温度为-8℃；收集得到28.8kg良姜细胞水，液体澄清透明，为浅棕黄色，气味芳香柔和，无辛辣感。
实施例2：
将50kg良姜投入150L低温提取设备，不加入任何溶剂，在50℃，压力-80kPa下初步提取，良姜细胞水形成蒸气并冷凝收集液体，提取2小时，得到初提细胞水和初提良姜残渣，在初提细胞水中加入125g纤维素酶和30g果胶酶后再倒入初提良姜残渣中，在45℃、压力-90kPa下再次提取，5小时提取结束；全程搅拌为60转/分，冷凝温度为-8℃；收集得到28.1kg良姜细胞水，液体澄清透明，为浅棕黄色，气味芳香柔和，无辛辣感。
实施例3：
将50kg良姜投入150L低温提取设备，不加入任何溶剂，在65℃，压力-60kPa下初步提取，良姜细胞水形成蒸气并冷凝收集液体，提取1.5小时，得到初提细胞水和初提良姜残渣，在初提细胞水中加入170g纤维素酶和10g果胶酶后再倒入初提良姜残渣中，在40℃、压力-90kPa下再次提取，6小时提取结束；全程搅拌为80转/分，冷凝温度为-8℃；收集得到28.5kg良姜细胞水，液体澄清透明，为浅棕黄色，气味芳香柔和，无辛辣感。
实施例4：
将50kg良姜投入150L低温提取设备，不加入任何溶剂，在40℃，压力-101kPa下初步提取，良姜细胞水形成蒸气并冷凝收集液体，提取2小时，得到初提细胞水和初提良姜残渣，在初提细胞水中加入100g纤维素酶和45g果胶酶后再倒入初提良姜残渣中，在45℃、压力-90kPa下再次提取，4.5小时提取结束；全程搅拌为60转/分，冷凝温度为-8℃；收集得到27.6kg良姜细胞水，液体澄清透明，为浅棕黄色，气味芳香柔和，无辛辣感。
实施例5：
将50kg良姜投入150L低温提取设备，不加入任何溶剂，在30℃，压力-101kPa下初步提取，良姜细胞水形成蒸气并冷凝收集液体，提取2.5小时，得到初提细胞水和初提良姜残渣，在初提细胞水中加入200g纤维素酶和5g果胶酶后再倒入初提良姜残渣中，在30℃、压力-101kPa下再次提取，7小时提取结束；全程搅拌为45转/分，冷凝温度为-8℃；收集得到29.4kg良姜细胞水，液体澄清透明，为浅棕黄色，气味芳香柔和，无辛辣感。
对比例1：
将50kg良姜投入150L低温提取设备，不加入任何溶剂，在35℃、-101kPa下提取，细胞水形成蒸气后冷凝收集液体，提取8.5小时，全程搅拌为45转/分，冷凝温度-8℃，得到良姜细胞水22.8kg，液体澄清透明，为浅棕黄色，香味较淡。
对比例2：
将50kg良姜投入150L低温提取设备，与5kg水、145g纤维素酶和25g果胶酶混合后在35℃搅拌45分钟，后在35℃、-101kPa下提取，良姜细胞水形成蒸气后冷凝收集液体，全程搅拌为45转/分，冷凝温度-8℃，提取8.5小时，收集得到31.7kg良姜细胞水(含有5kg额外添加的水)，液体澄清透明，为浅棕黄色，香味较淡，且有杂味。
对比例3：
将50kg良姜投入150L低温提取设备，与5kg水、145g纤维素酶和25g果胶酶混合后在35℃、常压、60转/分搅拌下提取，提取8.5小时，过滤(双重过滤：先离心机过滤，再采用0.22μm滤膜过滤)后收集得到33.5kg良姜细胞水(含有5kg额外添加的水)，液体为深棕色，略微浑浊，香味淡且异味重。
对比例4：
将50kg良姜投入150L低温提取设备，不加入任何溶剂，在35℃，压力-101kPa下初步提取，良姜细胞水形成蒸气并冷凝收集液体，提取0.5小时，得到初提细胞水和初提良姜残渣，在初提细胞水中加入145g纤维素酶和25g果胶酶后再倒入初提良姜残渣中，在35℃、压力-101kPa下再次提取，6.5小时提取结束；全程搅拌为45转/分，冷凝温度为-8℃；收集得到26.2kg良姜细胞水，液体澄清透明，为浅棕黄色，香味较淡，无辛辣感。
各项测试方法：
1、良姜细胞水挥发性活性成分分析：在80℃进样温度下进行顶空气质检测。
(1)仪器信息：Agilent 7980AGC；MS:5975C；50/30μm CAR/PDMS/DVB萃取纤维头，美国SUPELCO公司。
(2)GC-MS条件：色谱柱为HP-INNOWAX毛细管柱子(30m×0.25mm×0.25μm)；载气为He，流速1mL/min，分离比5:1；进样温度为250℃；升温程序为起始温度为40℃，保持5min，以8℃/min，升至250℃，保持5min。
质谱条件：EI电离源，能量70eV；离子源温度230℃，四极杆温度150℃，接口温度250℃，扫描范围30-400m/z。
(3)样品前处理：将5mL样品、1g NaCl置于20ml顶空瓶中，拧紧瓶盖。于搅拌模式80℃下平衡5min后，用固相微萃取针80℃下萃取5min，然后于进样口解析5min。
表1：实施例1良姜细胞水挥发性活性成分分析结果(匹配度和相对含量低的成分不列出)
(2)良姜细胞水安全性测试
HaCaT细胞为人永生表皮细胞系，对HaCaT细胞的细胞毒性，可作为对皮肤安全性的参考数据。正常细胞代谢旺盛，其线粒体内的琥珀酸脱氢酶，可将四唑盐类物质还原为带颜色的结晶状物质，沉积在细胞周围，该变化可通过酶标仪读取OD值，通过OD值与空白对照组的比较，可以得知细胞的相对生长情况。实施例1良姜细胞水的安全性测试结果见附图1。
由图1说明了良姜细胞水对人体表皮细胞基本无毒性。
(3)良姜细胞水的保湿功效测试
测试仪器：皮肤水分测定仪、皮肤水分流失测定仪。
测试方案：对参加测试的受试者筛选合格后，对受试部位先用清水清洗测试部位，统一用干的面巾纸擦试干净。用3cm*3cm的定位卡片做好测试部位标识，在恒温恒湿的环境休息20min后开始测试使用样品前的皮肤角质层含水率和经皮水分流失率的数据，然后用移液枪分别吸取30μL的样品于相应的测试部位，再用手指打圈按摩60s后在恒温恒湿室里静坐，最后测试涂抹样品后1h、2h、3h的皮肤角质层含水率和经皮水分流失率的数据。
受试者筛选条件：皮肤健康成年人；工作环境有空调；受试者对常用化妆品不敏感；现在或最近三个月受试部位未参加其他临床试验者；
限制事项：试用期间，禁止对被测试部位进行影响测试的治疗；禁止使用其他护肤产品及其他影响测试的产品；沐浴露、香皂、洗发水等日用品类要跟试用开始前一致，禁止更换。
测试结果见表3和表4。
表3：实施例1和对比例3皮肤角质层含水率和含水量改善率数据平均值
通过表3数据，使用实施例1的良姜细胞水样品后的3h内皮肤角质层含水量改善率均高于空白组，表明本发明方法得到的良姜细胞水具有一定的保湿功效。而由对比例3的方法得到的良姜细胞水对于皮肤角质层含水率改善效果不足，其保湿效果差。
表4：实施例1和对比例3的经皮水分流失率和经皮水分流失改善率数据平均值
通过表3数据，使用实施例1的良姜细胞水样品后的3h内经皮水分流失改善率均高于空白组，表明本发明方法得到的良姜细胞水有修护皮肤屏障的功效，起到对皮肤的保湿作用。而由对比例3的方法得到的良姜细胞水对于经皮水分流失率改善效果明显较差。
实施例和对比例工艺结果分析：
表1：实施例和对比例所提取良姜细胞水的主要挥发性活性成分含量表
续表1：
综合分析实施例和对比例，通过本发明的提取方法可以得到挥发性活性成分组分多和含量高的优质良姜细胞水，具有良姜特有的芳香气味的同时也避免了良姜所带来的辛辣刺激感，安全性高。
由对比例1可知，采用单一的低温真空提取技术，提取到的细胞液重量低，而且成分较少，气味较淡。由对比例2可知，先加入一定量的酶与水对良姜进行酶解后，再采用低温真空技术提取，会有酶解过度产生杂味的问题；而且由于水的渗透性差，且外加的水会稀释提取液，导致了提取率较低、细胞水香味清淡等缺陷。由对比例3可知，由单一的酶提取法，得到的良姜细胞水中含有较多杂质，异味重，同时由于额外加入了5kg水使提取液浓度低，价值不高。由对比例4可知，由于初提时间过短导致初提细胞液少，再倒回容器能再次提取时不到30分钟初提细胞水全部蒸发，导致酶解程度过低，相对于实施例1提取的细胞水收率不高，并且活性成分少导致香味较淡。
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