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姜油的化学成分分析与姜辣素的分离纯化研究

作　者: 战琨友
导　师: 徐坤；尹洪宗
学　校: 山东农业大学
专　业: 蔬菜学
关键词: 姜油组织化学定位气质联用技术姜辣素分离纯化
分类号: R284.1
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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引　用: 3次
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内容摘要

生姜(Zingiber officinale Roscoe)根茎中含有挥发性的精油和非挥发性的姜辣素物质,其中精油呈现出生姜的芳香气味,而姜辣素则呈现出生姜的辛辣风味,同时,也是生姜中主要药理活性成分。为加快对生姜姜油的开发利用,本文在对生姜根茎精油和姜辣素组织化学定位基础上,研究了姜油化学成分的GC/MS测定方法,建立了用HSCCC技术分离纯化姜辣素标准样品的新方法,并探讨了生姜不同品种、不同器官、不同生长期、不同栽培因素等对姜油含量及化学成分的影响。主要研究结果如下:1.通过对多种染色剂进行试验比较,确定NADI试剂可作为生姜精油和姜辣素组织化学定位的特异性染色剂。该试剂可使精油呈棕红色,姜辣素呈天蓝色。通过光镜观察及透射电镜观察,确定姜精油和姜辣素混合存在于同一种类型的油细胞中,油细胞在生姜根茎中不同程度地分布于韧皮部和木质部的薄壁细胞中。2.姜油无需衍生化处理,即可用GC/MS联用技术测定其中的挥发性精油和非挥发性姜辣素成分。用GC/MS联用技术在莱芜大姜的姜油中共分析出77种化学成分,其中精油成分50种,姜辣素成分27种。精油相对含量为59.31%,主要为萜类及其氧化物,且以倍半萜为主(50.15%),其中主要成分为α-姜烯(22.29%)、β-倍半水芹烯(8.58%)、α-法尼烯(3.93%)、β-没药烯(3.87%)、α-姜黄烯(2.63%);姜辣素的相对含量为40.69%,其中主要成分为6-姜酚(9.38%)、6-姜烯酚(7.59%)及姜辣素类的分解产物姜油酮(9.24%)。在莱芜大姜中发现3种为新的姜辣素化合物,分别为6-异姜酚、Z-10-异姜烯酚和E-10-异姜烯酚。3.不同提取方法姜油得率及化学成分差异较大,新收获的莱芜大姜根茎采用水蒸气蒸馏法、乙醇浸提法和超临界CO2萃取法的姜油提取率分别为0.95%、3.75%和4.67%;水蒸气蒸馏所得精油主要是呈现芳香性气味的倍半萜类化合物(63.46%)和单萜类化合物(34.91%);乙醇浸提所得浸膏主要是呈现辛辣味的姜辣素类化合物(86.41%),其中主要为6-姜酚(16.86%)、6-姜烯酚(16.58%)和姜油酮(17.68%);超临界CO2萃取所得油树脂中挥发性的芳香味化合物和非挥发性的姜辣素类化合物的相对含量分别为59.31%和40.69%,具有浓郁的芳香气味和强烈的辛辣味。4.老姜的姜油含量比鲜姜高,虽然主要化学成分相同,但其相对含量相差较大。老姜中α-姜黄烯和姜辣素的相对含量分别比鲜姜高3.60%和3.89%。老姜的芳香性气味比鲜姜淡,但其辛辣味较强,具有更高的营养保健价值。5.生姜植株的根、根茎韧皮部、根茎木质部和周皮等部位中均含有丰富的姜油成分,含量分别达2.1±0.1%、4.64±0.13%、4.62±0.17%和0.94±0.04%,因而,在生产中无需脱皮即可提取生姜姜油;生姜地上茎和叶片的超临界CO2提取物中含姜油成分极低,其中姜辣素含量仅占9.52%、2.28%,提取姜油的利用价值不大。6.不同品种生姜姜油的化学成分差异较小,仅各组分的相对含量差异显著。其中姜油含量和姜辣素相对含量较高的生姜品种有:莱芜大姜、日本大姜、山农1号、山农2号、安丘大姜。姜油含量和姜辣素相对含量较低的生姜品种有:房州姜、金时姜和安丘小姜。7.不同生长期生姜姜油成分没有显著差异,但各组分相对含量变化较大。生姜姜油含量及姜辣素相对含量均从发芽期到收获期呈逐渐上升趋势,分别由初始的1.86±0.09%和32.7%上升至收获时的4.56±0.15%和40.11%,说明随着生姜的生长,次生代谢物——姜油被不断地合成,并贮存于根茎的油细胞中。8.生姜幼苗期采用不同有色膜遮光对生姜姜油含量有一定影响。其中绿膜、红膜和白膜对生姜的姜油含量和成分影响不大,适用于生姜遮光栽培,但蓝膜使姜油含量和姜辣素相对含量明显减少,分别降至3.85±0.11%和33.68%,不适于生产中应用。9.用HSCCC技术可以快速地从生姜乙醇浸提物中大量分离纯化高纯度的6-姜酚、8-姜酚和10-姜酚。从200 mg生姜粗提物中在170 min内即可分离纯化6-姜酚30.2 mg、8-姜酚40.5 mg和10-姜酚50.5 mg,其纯度分别达到99.9%、99.9%和92.4%。分离制备的纯品可以用于生理活性实验及分析检测用标样。

全文目录

中文摘要  9-11
Abstract  11-14
1 引言  14-26
  1.1 姜油及其理化性质  14-16
    1.1.1 姜油的分类及定义  14-15
    1.1.2 姜油的理化性质  15-16
  1.2 姜油的组织化学定位  16-17
  1.3 影响姜油化学成分的因素  17-20
    1.3.1 品种与产地环境  17
    1.3.2 干燥方法  17-18
    1.3.3 提取方法和溶剂  18-19
    1.3.4 γ-射线辐射  19
    1.3.5 生育期  19-20
  1.4 姜油成分分析  20-22
    1.4.1 紫外光光谱分析  20
    1.4.2 薄层层析分析  20-21
    1.4.3 高效液相色谱分析  21
    1.4.4 气相色谱分析  21-22
  1.5 姜辣素标样的分离纯化  22-23
  1.6 姜油的生物活性  23-24
    1.6.1 抗氧化活性  23
    1.6.2 镇吐作用  23
    1.6.3 抗炎作用  23-24
    1.6.4 抗菌作用  24
    1.6.5 对心血管系统的作用  24
  1.7 本研究的目的意义  24-26
2 材料与方法  26-31
  2.1 试验材料及处理  26-27
    2.1.1 生姜根茎姜精油和姜辣素的组织化学定位  26
    2.1.2 姜油的不同提取方法与成分分析  26
    2.1.3 老姜与鲜姜超临界CO_2 提取物的化学成分分析  26
    2.1.4 生姜植株不同器官超临界CO_2 提取物的化学成分分析  26
    2.1.5 不同品种生姜姜油含量及成分分析  26
    2.1.6 生姜生长过程中姜油的动态变化  26
    2.1.7 苗期不同有色膜遮光对生姜姜油含量和成分的影响  26-27
    2.1.8 姜辣素标准样品的分离纯化  27
  2.2 试验仪器与试剂  27
  2.3 研究方法  27-31
    2.3.1 生姜根茎的组织化学染色  27-28
    2.3.2 透射电镜制片  28
    2.3.3 生姜姜油的提取  28-29
    2.3.4 姜油得率的计算  29
    2.3.5 姜油化学成分测定  29
    2.3.6 姜辣素标准样品的分离纯化及结构鉴定  29-31
3 结果与分析  31-67
  3.1 生姜根茎姜精油和姜辣素的组织化学定位  31
  3.2 姜油树脂中的挥发性及非挥发性成分分析  31-37
    3.2.1 姜油树脂的化学成分  31-35
    3.2.2 姜油树脂中3 种新发现化合物的质谱分析  35-37
  3.3 不同提取方法对姜油成分的影响  37-41
    3.3.1 不同提取方法姜油得率  37
    3.3.2 姜油的化学成分  37-41
  3.4 老姜与鲜姜超临界CO_2 提取物的化学成分分析  41-45
    3.4.1 姜油提取率  41-42
    3.4.2 姜油的化学成分  42-45
  3.5 生姜植株不同器官超临界CO_2 提取物的化学成分分析  45-49
    3.5.1 提取率  45
    3.5.2 提取物的化学成分  45-49
  3.6 不同品种生姜姜油含量及成分分析  49-56
    3.6.1 姜油提取率  49-50
    3.6.2 姜油的化学成分  50-56
  3.7 生姜生长过程中姜油的动态变化  56-59
    3.7.1 不同生长期姜油的含量  56
    3.7.2 不同生长期姜油的化学成分  56-59
  3.8 苗期不同有色膜遮光对生姜姜油含量和成分的影响  59-62
    3.8.1 不同色膜遮光对姜油含量的影响  59
    3.8.2 不同色膜遮光对姜油成分的影响  59-62
  3.9 姜辣素标准样品的分离纯化  62-67
    3.9.1 逆流色谱分离条件的优化  62-65
    3.9.2 组分鉴定  65-67
4 讨论  67-72
  4.1 生姜根茎姜精油和姜辣素的组织化学定位  67
  4.2 姜油树脂中的挥发性及非挥发性成分分析  67-68
  4.3 不同提取方法对姜油成分的影响  68-69
  4.4 内外因素对姜油成分的影响  69-70
  4.5 姜辣素标准样品的分离纯化  70-72
5 结论  72-74
论文创新点  74-75
参考文献  75-85
附录  85-90
致谢  90-91
攻读学位期间发表论文情况  91

姜油的化学成分分析与姜辣素的分离纯化研究

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