Sammenlignende undersøgelse af fem metoder til udvinding af flygtig olie fra ingefær
Zingiber officinale Roscoe er et frisk rhizom af den flerårige urteagtige plante ingefær i ingefærfamilien, der er hjemmehørende i tropisk Asien og dyrkes i vid udstrækning i de fleste tropiske lande i Amerika. I "Shennong Bencao Jing" står der: "Levende væsener er af god kvalitet. Langvarigt forbrug kan fjerne dårlig lugt og fremme gudernes velbefindende." I "Newly Compiled Materia Medica" står der: "Glatter gudernes sind, afværger epidemier og hjælper med at generere qi, som kan fordrive vind og onde ånder." Gamle bøger fortæller, at regelmæssig indtagelse af ingefær kan fordrive vind og onde ånder, styrke hjernen og rense sindet. Den flygtige olie fra ingefær indeholder hovedsageligt to typer forbindelser: monoterpener og sesquiterpener. Forbindelserne med højere indhold omfatter α - gingerene, α - pinene, β - carvacene, camphene, laurene, citronellol osv. Moderne farmakologisk forskning har vist, at ingefær har farmakologiske virkninger som antiinflammatorisk, smertestillende, antioxidant, antibakteriel, antiemetisk og også kan behandle hjerte-kar- og immunsystemets sygdomme. Forskerteamet har tidligere bekræftet gennem netværksfarmakologi, at flygtig ingefærolie har en multikomponent-, multimål- og multivejsmekanisme til behandling af hovedvindssygdom, hvilket indikerer, at den har en vis beskyttende effekt på nervesystemet.
De almindeligt anvendte ekstraktionsmetoder til æterisk olie af ingefær omfatter dampdestillation, ultralyd, mikrobølgeovn, enzymassisteret destillation osv. Superkritisk CO2-ekstraktion er almindeligt anvendt i industrien. Li et al. brugte dampdestillation til at udvinde flygtige olier fra ingefær fra forskellige regioner med olieudbytter fra 0,14% til 0,41% og identificerede 23 til 39 forbindelser. Xie et al. brugte flashassisteret dampdestillation til at udvinde flygtig olie fra ingefær med et olieudbytte på op til 0,665%. Chen et al. fandt, at udvindingsgraden af flygtig olie fra ingefær varierer i forskellige regioner, hvor Sichuan-producerende ingefær har en højere udvindingsgrad, og Shandong-producerende ingefær har en lavere udvindingsgrad; Typerne af komponenter i den flygtige olie fra ingefær i forskellige regioner er ens, hvor den største forskel er de varierende niveauer af hver komponent. Der er dog kun få rapporter om forskellene i hovedkomponenterne i flygtige olier opnået fra forskellige ekstraktionsmetoder af ingefær produceret i Shaanxi. Denne undersøgelse brugte GC-MS til at påvise de kemiske komponenter i flygtig olie fra ingefær fremstillet ved fem ekstraktionsmetoder. Principal component analysis (PCA) og cluster heatmap analysis blev brugt til at sammenligne forskellene i kemiske komponenter og relative topområder. Mikrostrukturen af den medicinske rest blev sammenlignet visuelt for at give reference til udvælgelsen af metoder til udvinding af flygtig olie fra ingefær og yderligere udvikling og anvendelse af ingefær i praktiske anvendelser.

Ekstraktionen af flygtig olie fra ingefær i den kinesiske farmakopé (2020-udgaven) udføres i henhold til metoden til bestemmelse af flygtig olie (General Rule 2204A-metoden). I øjeblikket bruger laboratorieekstraktion af flygtig olie fra ingefær normalt den nuværende farmakopés dampdestillationsmetode. Litteraturforskning har vist, at de flygtige oliekomponenter i ingefær, der opnås ved superkritisk CO2-ekstraktion i industrien, er mere komplekse end dem, der opnås ved dampdestillation, med betydelige forskelle i sammensætning og er tilbøjelige til at blande sig med andre ikke-flygtige komponenter såsom fenoler. Derfor brugte denne undersøgelse hovedsageligt tre typer assisterede dampdestillationsmetoder, nemlig enzymatisk hydrolyse, ultralyd og mikrobølgeovn, til at sammenligne med dampdestillation og tilføjede også den enkle drift af pressemetoden til at sammenligne med de ovennævnte fire metoder.
Olieudbyttet af flygtig olie fra ingefær udvundet ved fem metoder, nemlig dampdestillation, enzymassisteret dampdestillation, ultralydsassisteret dampdestillation, mikrobølgeassisteret dampdestillation og presning, var henholdsvis 0,18%, 0,19%, 0,21%, 0,18% og 0,10%. Blandt dem havde ultralydassisteret dampdestillation det højeste olieudbytte og identificerede de fleste typer kemiske komponenter. De flygtige oliekomponenter, der blev påvist ved GC-MS i denne undersøgelse, svarede til dem, der blev påvist af Li et al. og Gunasena et al., men der var også forskelle, som kan skyldes forskelle i ingefærens oprindelse og ekstraktionsmetoder.
Når man bruger traditionelle metoder som dampdestillation og opløsningsmiddelekstraktion til at udvinde flygtige olier fra lægeurter, er der normalt problemer som for stort energi- og tidsforbrug, rester af organiske opløsningsmidler og lavt udbytte af flygtige olier, som gradvist erstattes af nye teknologier. Enzymassisteret dampdestillation er en nyudviklet metode til udvinding af æteriske olier fra naturlige planter. Ved at anvende passende enzymer til enzymatisk forbehandling af planter hydrolyseres cellevæggen fuldstændigt, hvilket forbedrer frigivelsen af sekundære metabolitter i cellen og øger udbyttet af flygtige olier. Ultralydassisteret dampdestillation udnytter hovedsageligt mekaniske effekter, kavitationseffekter, termiske effekter og kemiske effekter til at fremme den hurtige adskillelse af målmolekyler fra bæreren, det vil sige til at fremme ødelæggelsen af plantecellestrukturen og effektivt fremme udstrømningen af celleindhold såsom flygtige olier. Mikrobølger er en elektromagnetisk bølge, der kan fremme den hurtige rotation af polære molekyler i et elektrisk felt gennem dipoldipolinteraktioner og derved opnå hurtig opvarmning. Indførelsen af mikrobølger forbedrer i høj grad systemets opvarmningshastighed ved at ændre opvarmningsmetoden i destillation af æterisk olie. Gennem den synergistiske effekt af varme- og masseoverførsel forbedres separationshastigheden for flygtige olier effektivt. Men overdreven mikrobølgebestråling kan let føre til tab af flygtige komponenter og termisk nedbrydning af plantematerialer. Sammenlignet med dampdestillationsmetoden kan de tre ekstra dampdestillationsmetoder undergå ændringer på grund af den termiske ustabilitet af flygtige komponenter, som kan påvirkes af mikrobølge-, ultralyds- og enzymeffekter, hvilket resulterer i forskelle i komponenter og relative topområder.
I denne undersøgelse blev ekstraktionsmetoden for flygtig olie fra ingefær fra referencelitteraturen brugt til juiceekstraktion og yderligere behandling for at opnå fedtopløselige komponenter. Ved brug af GCMS til at bestemme de flygtige olier (lipofile komponenter), der blev opnået ved forskellige ekstraktionsmetoder, blev tærsklen ensartet justeret til 20, og tre forbindelser blev identificeret ved pressemetoden. Sammenlignet med andre metoder spekuleres der i, at ekstraktionen af flygtig olie fra ingefær ved hjælp af pressemetoden ikke er ufuldstændig. Imidlertid var de relative topområder for α-gingerene og β-sesquiterpener betydeligt højere end de andre fire metoder, og der kunne opnås relativt mere 6-gingerol. Heraf kan man se, at pressemetoden nemt og hurtigt kan udvinde α-gingerene, β-sesquiterpener og 6-gingerol fra frisk ingefær med lavt energiforbrug og minimal forurening. 6-gingerol er en alkylfenolforbindelse, der dannes ved dehydrering af 6-gingerol, som hører til gingerol. Den molekylære struktur af gingerol indeholder en 3-methoxy-4-hydroxyphenyl-funktionel gruppe. I henhold til de forskellige kulbrintekæder, der er forbundet med denne funktionelle gruppe, kan gingerol opdeles i forskellige typer såsom gingerol, gingerol, gingerol, gingerol diketone, gingerol diol osv. Koncentrationen af gingerol er lavere end gingerol, men den har højere biologisk aktivitet.
Når man observerer ingefærrester opnået ved forskellige ekstraktionsmetoder under mikroskop, er manuel udskæring vanskelig for at sikre ensartede standarder for prøvetykkelse, og prøven indeholder et stort antal bobler. Derfor er mikroskopisk observation kun en enkel og intuitiv metode til at verificere effekten af forskellige metoder til udvinding af flygtig olie. Sammenlignet med olieudbyttet har ingefær stærke fibrøse egenskaber, og ultralyd og enzymatisk hydrolyse er mere befordrende for brud på olieceller og udstrømning af flygtig olie under dampdestillation og forbedrer derved ekstraktionseffektiviteten. Selvom mikrobølgeovnen har en vis indvirkning på ingefærcellernes struktur, kan den føre til tab af flygtige komponenter og termisk nedbrydning af friske planter.

Denne undersøgelse sammenlignede den kemiske sammensætning, relative topareal og mikrostruktur af flygtig ingefærolie opnået ved forskellige ekstraktionsmetoder og analyserede de karakteristiske komponenter i flygtig ingefærolie opnået ved forskellige metoder for at give reference til valg af ekstraktionsmetoder for flygtig ingefærolie og yderligere udvikling og udnyttelse af rå ingefær i praktiske anvendelser.