CN105996028B - 生姜提取物、生姜纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型生姜提取物、生姜纤维及其制备方法。所述方法包括：以优质干姜片为原料首先采用超临界二氧化碳萃取方法将姜粉中的脂溶性姜精油和油树脂萃取出来，然后同时加入蛋白酶和糖化酶进行酶解水提，提取液经固液分离、浓缩或浓缩干燥得到富含碳水化合物、氨基酸、多肽、多糖、膳食纤维、皂苷以及蛋白质、维生素、微量元素等营养功能成分以及口感鲜甜丰满的生姜提取物，同时得到生姜纤维。这种生姜提取物可以广泛用于调味品、营养保健品、个人护理品。生姜纤维则可用于膳食营养补充剂。本发明将生姜中所有营养功能成分进行全面提取，提高了原料的综合利用度，降低了成本，无任何有机溶剂，绿色环保，简单方便，提高了市场竞争力。

Description

生姜提取物、生姜纤维及其制备方法

技术领域

本发明属于食品领域，具体地是涉及一种生姜提取物、生姜纤维及其制备方法。

背景技术

生姜，是古今中外最能被人们普遍接受和喜欢的香料植物之一，它集“药、食、香”于一体，浑身是宝，具有发散、止呕、止咳等功效，中医更说姜能治百病。在印度，生姜是阿育吠咜医药系统中评价最高的一款草药。在中国，《神农本草经》早把生姜列为上品药材，《本草纲目》中说姜“可蔬，可和，可果，可药，其利博矣”。在中国的民间，早就流传着许多关于姜的谚语，比如“早吃三片姜，赛过人参汤”、“冬吃萝卜夏吃姜，不劳医生开药方”、“男人不可一日无姜”等等。

作为香料植物，生姜主要用于去腥、提神、开胃；作为中药或植物药，生姜具有清除自由基，抗氧化，抗衰老；抗菌，消炎；促进血液循环，增强细胞营养；预防晕车晕船和运动性反胃；助胃肠消化；治疗偏头痛、风湿病和关节炎；抗血栓；抗肿瘤；抑制前列腺癌细胞生长等多种生理和药理功能。作为食品，生姜则具有多方面的养生保健功能。

生姜的各种功能其实是与其所含丰富的营养和功能成分密不可分的。研究表明，每百克鲜姜(每公斤干姜需要7-8公斤新鲜姜)含蛋白质1.4-2.0克，脂肪0.7-1.0克，碳水化合物8-11克，粗纤维1-1.5克，钙250-270毫克，磷45-60毫克，铁7-10毫克，类胡萝卜素类0.18-0.21克，维生素B1 0.01-0.02毫克，维生素B2 0.04-0.06毫克，维生素C 0.4-0.5毫克。此外，生姜还富含膳食纤维、姜辣素、姜黄素、生姜黄酮、有机锡、植物甾醇等多种保健活性成分。

目前市场上的生姜提取物主要为以下几类：水溶性提取物；乙醇、丙酮及乙酸乙酯等有机溶剂的提取物；脂溶性成分的精油、油树脂等。这些提取物及其生产方法存在以下缺点：

(1)以水为溶媒提取得到生姜水提取物。缺点：非水溶性营养和功能成分没有被提取出来；产物产率低、口感差、色状差；渣料难易被再综合利用，原料的价值远没有得到充分利用，原料浪费大。

(2)以乙醇、丙酮及乙酸乙酯等有机溶剂为溶媒提取得到生姜提取物。缺点：产物产率低，颜色深、杂质多、性状差、有机溶剂残留量大；渣料很难再被利用，原料浪费大；生产过程对环境污染大，并存在严重的安全隐患。

(3)采用超临界二氧化碳萃取生产姜油或姜油树脂等香料物质。缺点：只能得到脂溶性的产品，对于水溶性的营养功能成分萃取不出来，渣料只是作为普通的下脚料使用，没有得到很好的综合利用，原料浪费大。

此外，无论是上述哪种方法得到的提取物其口感均不好：苦、麻、干涩味明显。

为解决上述问题，首先，如何能使价格昂贵的生姜在提取时全部得以利用是本发明的第一个目的；其次，如何使生姜中的各类功能活性成分等都能被萃取出来并得以高值化利用，同时又能大大改善提取物的口感：使生姜水溶性提取物基本上不呈现苦、麻、干涩的味道反而具有鲜甜的味道是本发明的第二个目的；再次，如何使姜粉的酶解过程变得更加简单、高效，并同时得到富含营养功能的生姜提取物和生姜纤维是本发明的第三个目的。

为实现以上之目的，本发明采取首先利用超临界二氧化碳萃取脱除脂溶性的姜精油、油树脂、蜡质和姜辣素等成分，得到高品质的姜油和姜油树脂，然后以脱油姜粉为原料，采用现代生物酶解技术，同时选取最佳的工艺条件和过程对其进行高效酶解提取，得到富含碳水化合物、蛋白质、多肽、氨基酸、膳食纤维、多糖、皂苷及其它各种水溶性功能活性成分的生姜提取物，以及生姜纤维。这种生姜提取物不仅附加值很高，还具有鲜甜丰满的口感，没有一般生姜提取物的“苦、麻、干涩”的味道，可以广泛用于食品调味品、保健食品及个人护理品中。

可见，采取本发明的方法，生姜的所有活性部位都可得以萃取，所有产品都是高附加值的高品质的产品，安全健康，真正做到了“一料多品”和“吃干榨净”，极大地提高了原料的综合利用度，大大降低了产品的成本，进而显著提高了产品的市场竞争力和在国际市场上的份额；此外，全部生产过程不使用任何有机溶剂，对环境友好，且安全性高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种性状稳定、口感鲜甜丰满、营养功能成分丰富的生姜提取物、生姜纤维及其简单、高效、绿色的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种生姜提取物、生姜纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)原料粉碎：将干姜片粉碎，得到20-80目的姜粉；

(2)姜粉萃取脱油：将所述的姜粉装入超临界二氧化碳萃取釜中，设定萃取釜、第一级分离釜(分I)、第二级分离釜(分II)中的工作压力、工作温度和二氧化碳流量，然后开启二氧化碳循环泵对萃取釜内的姜粉进行超临界二氧化碳萃取、分离，得到脂溶性成分和脱油姜粉(以下简称“姜渣”)；所述脂溶性成分包括姜精油、姜辣素、姜树脂、蜡质等。

(3)姜渣的前处理：将所述姜渣用纯净水在搅拌下进行浸泡湿润，然后把姜渣与纯净水的混合物细化为姜渣浆液；

(4)酶解提取：在所述的姜渣浆液中同时加入蛋白酶和糖化酶的混合物，进行酶解提取，酶解提取后再将蛋白酶和糖化酶灭活，降温，得到酶解后的物料。

(5)固-液分离：将所述的酶解后的物料进行固-液分离，得到酶解提取液和酶解后的浆渣；

(6)生姜纤维的制备：将所述酶解后的浆渣经水洗，压滤，洗去残留的酶解液，得到生姜纤维压块和水洗液，将所述生姜纤维压块进一步真空干燥后即得到生姜纤维干粉；

(7)提取液浓缩：将(5)中所述的酶解提取液和(6)中所述的水洗液合并、浓缩，即得生姜提取物(液体)；可以进一步将浓缩液通过低温真空干燥、粉碎或者直接经喷雾干燥得到流膏、干膏或粉末状的生姜提取物。

优选地，(2)中所述姜粉的超临界二氧化碳萃取的条件为：萃取釜工作压力为20-32MPa，工作温度为30-45℃；第一级分离釜工作压力为9-14MPa，工作温度为40-60℃；第二级分离釜工作压力为4-7MPa，工作温度为30-50℃；二氧化碳流量为每公斤姜粉每小时12-16公斤二氧化碳；萃取时间为60-90分钟。

更优选地，(2)中所述姜粉的超临界二氧化碳萃取的条件为：萃取釜工作压力为25-28MPa，工作温度为40-45℃；第一级分离釜工作压力为11-13MPa，工作温度为45-55℃；第二级分离釜工作压力为5-6MPa，工作温度为35-45℃；二氧化碳流量为每公斤姜粉每小时14-15公斤二氧化碳，萃取时间为80-90分钟。

优选地，(4)中所述的酶解提取条件为：蛋白酶和糖化酶的用量分别为姜渣用量的3-6wt％及1-3wt％，酶解提取的温度是50-60℃，酶解提取的时间是2-5小时。

更优选地，(4)中所述的酶解提取条件为：蛋白酶和糖化酶的用量分别是姜渣用量的4-5wt％及2-3wt％，酶解提取的温度是55-60℃，酶解提取的时间是3-4小时。

优选地，(4)中所述的将蛋白酶和糖化酶灭活的条件为：升温至80-90℃维持20-30分钟；所述降温为将温度降至40℃以下。

优选地，(5)中所述的固-液分离方式是先用板框式压滤机压滤然后对滤液再进行离心分离，或者是先采用带自动排渣的连续式离心机进行离心分离然后对离心液再进行高速离心。

优选地，(7)中所述的浓缩为，使浓缩后浓缩液中的含固率为45wt％-55wt％。

优选地，(3)中纯净水的用量为姜渣质量的8-10倍。

优选地，(3)中所述的细化的方法为用胶体磨将姜渣与纯净水的混合物磨细或利用高压均质机的瞬间高低压差对姜渣与纯净水的混合物进行破碎化处理。

根据上述的生姜提取物、生姜纤维的制备方法得到的生姜提取物。

根据上述的生姜提取物、生姜纤维的制备方法得到的生姜纤维。

上述生姜提取物、生姜纤维的制备方法同样适用于任何一种类似于生姜的食品类的辛香料根茎类原料的提取物的制备，所述辛香料根茎类原料包括沙姜、高良姜、姜黄。

本发明的生姜提取物、生姜纤维的制备方法，首先利用超临界二氧化碳萃取及其优选的萃取条件经萃取脱除生姜中的挥发性姜精油、姜树脂、蜡质和姜辣素等脂溶性成分。这些脂溶性香气和活性成分一方面是一种高品质的姜油和姜油树脂，但另一方面又是一类在酶解过程中对酶解的活性发挥不利的物质，且极易导致最终产品变浑浊、分层。因此，去掉这些成分有利于酶解过程快速、高效，确保生姜提取物的性状稳定和好的口感，去掉生姜中的“苦、麻、干涩”感。此外，这类物质，特别是生姜中的游离脂肪酸，被事先萃取分离之后，能使姜渣加水后的体系中的pH值稳定在6.5左右，这就为两种酶的同时加入和有效酶解提供了合适的酸碱性条件。现有的酶解生产过程经常需要对不同的酶采用不同的pH值，多种酶解过程则需要分多步先后进行，步骤多，酶解时间长，生产成本显著增加。此外，姜粉的颗粒大小在20-80目时最有利于超临界二氧化碳萃取。

其次，以脱油姜粉为原料，采用现代生物酶解技术并选取最佳的酶解工艺条件和过程对其进行酶解提取，将原料中的蛋白质转化为多肽和氨基酸，淀粉转化为多糖和单糖，同时将原料中的其它水溶性成分也提取出来，既可得到富含多肽、氨基酸、膳食纤维、多糖、单糖、皂苷及其它各种水溶性功能活性成分的生姜提取物，又因为大部分的淀粉转变成水溶性好的糖类物质后大大减少了淀粉的糊化，而淀粉的糊化经常是导致生产中固液分离十分困难的主要原因。大量的研究表明，多肽、氨基酸、膳食纤维、多糖、皂苷及其它生姜的水溶性成分具有很好的强身健体的功能，因此，本发明得到的生姜提取物的附加值很高，它既没有一般方法生产的生姜提取物的“苦、麻、干涩”的味道，还具有鲜甜而丰满的口感。而且，得到的生姜提取物全部水溶，状态均匀而稳定、不分层。以该生姜提取物为原料开发调味品、营养保健品、个人护理品用途十分广泛，市场需求潜力巨大。得到的副产品生姜纤维则可用于膳食补充剂，对养生保健也很有裨益。

再次，为加快酶解速度，提高酶解效率，本发明利用超临界二氧化碳萃取后姜渣的组织结构变得非常疏松的特点，同时结合使用胶体磨等细化物料的手段把酶解底物姜渣进一步地细化、浆化，从而非常有利于酶解过程中的传质和传热，进而加快了酶解的速度，强化了酶解的深度。

最后，利用压滤和离心相结合，或者连续离心自动排渣相结合的办法可以将固液分离后的残渣中的残液量大大减少，以便得到更多的生姜提取物，同时更加容易地得到“干净”的生姜纤维，提高了两个产品的产率，降低了能耗和水耗。

另外，本发明为确保生姜提取物为更安全的、绿色的高品质产品，优选使用优质干姜片，即国家的出口标准级别的姜片。

与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：

采用超临界二氧化碳萃取作为分离生姜中的精油等脂溶性成分，既可得到高品质、高附加值的姜油和姜油树脂，还可以得到最适合生产本发明所述的生姜提取物及生姜纤维的脱油姜粉。

以超临界二氧化碳萃取后的姜渣(脱油姜粉)为原料，采用让蛋白酶和糖化酶同时进行酶解的方法，在优选的酶解条件下可以高收率地得到水溶性的生姜提取物和生姜纤维，酶解过程不需要调节pH值，生产步骤少、过程简单、操作方便、绿色环保、成本低。

得到的生姜提取物全部水溶，状态均匀而稳定、不分层，无现有其它方法生产的生姜提取物产品普遍存在的“苦、麻、干涩”之味，反而具有鲜甜丰满的口感。

得到的生姜提取物由于其营养功能成分十分丰富，口感丰满而鲜甜，因此可以广泛用于调味品、营养保健品、个人护理品，市场需求潜力巨大。得到的副产品生姜纤维则可用于膳食补充剂，对养生保健也很有裨益。

使用本发明的技术，生姜的所有活性部位都可得以萃取，所有产品都是高附加值高品质的产品，安全健康，真正实现了“一料多品”和“吃干榨净”，极大地提高了原料的综合利用度，大大降低了产品的成本，进而显著提高了产品的市场竞争力和在国际市场上的份额；此外，全部生产过程不使用任何有机溶剂，对环境友好，且安全性高。

具体实施方式

本发明采取首先利用超临界二氧化碳萃取脱除脂溶性的姜精油、油树脂、蜡质和姜辣素等成分得到高品质的姜油和姜油树脂，然后以脱油姜粉为原料，采用现代生物酶解技术，同时选取最佳的工艺条件和过程对其进行高效酶解提取，得到富含碳水化合物、蛋白质、多肽、氨基酸、膳食纤维、多糖、皂苷及其它各种水溶性功能活性成分的生姜提取物，以及生姜纤维。这种生姜提取物不仅附加值很高，还具有鲜甜丰满的口感，没有一般生姜提取物的“苦、麻、干涩”的味道，可以广泛用于食品调味品、保健食品及个人护理品中。采取本发明的方法，提高了原料的综合利用度，降低了产品的成本，生产过程不使用任何有机溶剂，环保且安全性高。

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

以下为具体实施例。

本实施例的生姜提取物、生姜纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取干姜片(小黄姜)25公斤，用不锈钢粉碎机粉碎后得到20-80目的姜粉，该姜粉可以用于多次萃取脱油实验。

(2)每次称取(1)中所述的姜粉2公斤装入到5L的超临界二氧化碳萃取釜中，设定萃取分离条件参见表1，设定和控制二氧化碳流量为每公斤姜粉每小时15公斤二氧化碳，对姜粉进行连续稳定萃取，萃取时间为90分钟。第一级分离釜内得到姜油树脂，第二级分离釜内得到姜油。萃取脱油后的姜粉(姜渣)用作酶解提取的原料。

(3)称取(2)中所述萃取脱油后的姜渣(用量参见表1)放入不锈钢混合罐中，然后加纯净水(用量参见表1)，在搅拌下浸泡湿润10分钟，然后用胶体磨将该姜渣与纯净水的混合物磨细得到姜渣浆液；

(4)将(3)中所述的姜渣浆液转入到带搅拌的20L的酶解提取罐中，在搅拌下升温至表1中所述的温度，然后同时加入表1所述用量的蛋白酶(活力5万，U/g)和糖化酶(活力10万，U/g)的混合物，维持此温度下继续酶解表1所述酶解时间，然后将温度升高到85℃继续搅拌20-30分钟，使酶失活；降低温度到40度以下，得到酶解后的物料。

(5)将(4)中所述酶解后的物料用板框压滤机压滤，得到滤液和滤渣块，板框压滤压力为5公斤；滤液再经管式离心机离心分离，得到澄清透明的提取液和少量固形物，离心速度为每分钟4000-6000转。

(6)生姜纤维的制备：将(5)中所述酶解后的浆渣经水洗，压滤，得到生姜纤维压块和水洗液，所述生姜纤维压块进一步经真空干燥后即得到生姜纤维干粉。所述水洗液与(5)中的酶解提取液合并浓缩。

(7)用旋转蒸发仪对(5)中所述的提取液与(6)中的水洗液进行真空浓缩，采用分批浓缩与合并浓缩相结合的方式将提取液浓缩到一定的含固率(参见表1)，即得生姜提取物(液体)。

2、不同实施条件下的实施结果：见表1及表2。

表1实施例与对照例提取实验数据和提取结果

表2生姜提取物营养功能成分

营养功能成分	实施例1	实施例2	实施例3
				蛋白质含量，％	6.26	6.53	6.71
水解氨基酸含量，％	4.71	4.56	4.65
				多肽含量，％	2.26	2.43	2.39
多糖含量，％	2.39	2.44	1.97
				水溶膳食纤维含量，％	10.43	10.78	12.08
总皂苷含量，g/100g	0.33	0.34	0.39
				碳水化合物含量，g/100g	39.2	40.7	41.6

结果分析：

表1中，实施例2与对照例5的主要区别在于是否对生姜进行过脱油处理。从二者的实验结果来看，实施例2得到的生姜提取物为棕褐色的液体，在室温下稳定、均一；对照例5为褐绿色的浑浊液体，在室温下不稳定，久置分层；这就证明本发明生姜经事先萃取脱油后可以确保生姜提取物的性状稳定。而且，实施例2得到的生姜提取物味道鲜甜，产率较高(139％)；对照例5得到的生姜提取物味道很辣而且苦麻，生姜提取物产率较低(125％)；二者在相同的酶解时间下(3小时)，实施例2的口感和产率均高于对照例5，这就说明，生姜经萃取脱油有利于酶解过程快速、高效，去掉生姜中“苦、麻、干涩”感。

实施例1与对照例4的主要区别在于，实施例1对脱油姜粉进行了酶解提取，对照例4为纯水提取，实验结果为实施例1得到棕褐色液体，对照例4则呈现泥黄色，浆糊状，这是因为经过酶解后的姜粉中大部分的淀粉转变为水溶性好的糖类物质，大大减少了淀粉的糊化，使得生产中的固液分离变得更加简单易行。同时，从表2中可以看出，实施例1-3均可得到富含多肽、氨基酸、膳食纤维、多糖、单糖、皂苷及其它各种水溶性功能活性成分的生姜提取物，因此，本发明得到的生姜提取物的附加值很高，它既没有一般方法生产的生姜提取物的“苦、麻、干涩”的味道，还具有鲜甜而丰满的口感。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种生姜提取物、生姜纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)原料粉碎：将干姜片粉碎，得到20-80目的姜粉；

(2)姜粉萃取脱油：将所述姜粉装入超临界二氧化碳萃取釜中，设定萃取釜、第一级分离釜、第二级分离釜中的工作压力、工作温度及二氧化碳流量，对姜粉进行超临界二氧化碳萃取、分离，得到脂溶性成分和姜渣；

(3)姜渣的前处理：将所述姜渣用纯净水在搅拌下进行浸泡湿润，然后把姜渣与纯净水的混合物细化为姜渣浆液；

(4)酶解提取：在所述姜渣浆液中同时加入蛋白酶和糖化酶的混合物，进行酶解提取，酶解提取后再将蛋白酶和糖化酶灭活，降温，得到酶解后的物料；

(5)固-液分离：将所述酶解后的物料进行固-液分离，得到酶解提取液和酶解后的浆渣；

(6)生姜纤维的制备：将所述酶解后的浆渣经水洗，压滤，得到生姜纤维压块和水洗液，将生姜纤维压块干燥即得生姜纤维干粉；

(7)提取液浓缩：将步骤(5)中所述的酶解提取液和步骤(6)中所述的水洗液合并、浓缩，即得生姜提取物。

2.根据权利要求1所述的生姜提取物、生姜纤维的制备方法，其特征在于，(2)中姜粉的超临界二氧化碳萃取的条件为：萃取釜工作压力为20-32MPa，工作温度为30-45℃；第一级分离釜工作压力为9-14MPa，工作温度为40-60℃；第二级分离釜工作压力为4-7MPa，工作温度为30-50℃；二氧化碳流量为每公斤姜粉每小时12-16公斤二氧化碳，萃取时间为60-90分钟。

3.根据权利要求2所述的生姜提取物、生姜纤维的制备方法，其特征在于，(2)中姜粉的超临界二氧化碳萃取的条件为：萃取釜工作压力为25-28MPa，工作温度为40-45℃；第一级分离釜工作压力为11-13MPa，工作温度为45-55℃；第二级分离釜工作压力为5-6MPa，工作温度为35-45℃；二氧化碳流量为每公斤姜粉每小时14-15公斤二氧化碳，萃取时间为80-90分钟。

4.根据权利要求1-3任一项所述的生姜提取物、生姜纤维的制备方法，其特征在于，(4)中所述的酶解提取条件为：蛋白酶和糖化酶的用量分别为姜渣用量的3-6wt％及1-3wt％，酶解提取的温度为50-60℃，酶解提取的时间为2-5小时。

5.根据权利要求1-3任一项所述的生姜提取物、生姜纤维的制备方法，其特征在于，(4)中所述的将蛋白酶和糖化酶灭活的条件为：升温至80-90℃维持20-30分钟；所述降温为将温度降至40℃以下。

6.根据权利要求1-3任一项所述的生姜提取物、生姜纤维的制备方法，其特征在于，(5)中所述的固-液分离方式是先压滤然后对滤液再进行离心分离，或者是先采用带自动排渣的连续式离心机进行离心分离然后再进行高速离心。

7.根据权利要求1-3任一项所述的生姜提取物、生姜纤维的制备方法，其特征在于，(7)中所述的浓缩为浓缩至浓缩液中的含固率为45wt％-55wt％。

8.根据权利要求1-3任一项所述的生姜提取物、生姜纤维的制备方法，其特征在于，(3)中所述的细化的方法为用胶体磨将姜渣与纯净水的混合物磨细或利用高压均质机的瞬间高低压差对姜渣与纯净水的混合物进行破碎化处理。

9.根据权利要求1-8任一项所述的生姜提取物、生姜纤维的制备方法制备得到的生姜提取物。

10.根据权利要求1-8任一项所述的生姜提取物、生姜纤维的制备方法制备得到的生姜纤维。