Estudio comparativo de cinco métodos de extracción de aceite volátil de jengibre
Zingiber officinale Roscoe es un rizoma fresco de la planta herbácea perenne jengibre de la familia del jengibre, originaria de Asia tropical y ampliamente cultivada en la mayoría de los países tropicales de América. El "Shennong Bencao Jing" afirma: "Los seres vivos son de buena calidad. Su consumo prolongado puede eliminar los malos olores y promover el bienestar de los dioses." La "Newly Compiled Materia Medica" afirma: "Suaviza la mente de los dioses, aleja las epidemias y ayuda a la generación de qi, que puede disipar el viento y los malos espíritus." Los libros antiguos recogen que el consumo regular de jengibre puede disipar el viento y los malos espíritus, fortalecer el cerebro y despejar la mente. El aceite volátil del jengibre contiene principalmente dos tipos de compuestos: monoterpenos y sesquiterpenos. Los compuestos con mayor contenido incluyen α - gingereno, α - pineno, β - carvaceno, canfeno, laureno, citronelol, etc. La investigación farmacológica moderna ha demostrado que el jengibre tiene efectos farmacológicos como antiinflamatorio, analgésico, antioxidante, antibacteriano, antiemético, y también puede tratar enfermedades cardiovasculares y del sistema inmunitario. El equipo de investigación ha confirmado previamente mediante farmacología en red que el aceite volátil de jengibre tiene un mecanismo de acción multicomponente, multiobjetivo y multivía en el tratamiento de la enfermedad de viento en la cabeza, lo que indica que tiene un cierto efecto protector sobre el sistema nervioso.
Los métodos de extracción comúnmente utilizados para el aceite esencial de jengibre incluyen la destilación por vapor, ultrasonidos, microondas, destilación asistida por enzimas, etc. La extracción con CO2 supercrítico se utiliza habitualmente en la industria. Li et al. utilizaron la destilación por vapor para extraer aceites volátiles de jengibre de diferentes regiones, con rendimientos de aceite que oscilaban entre 0,14% y 0,41%, e identificaron entre 23 y 39 compuestos. Xie et al. utilizaron la destilación flash asistida por vapor para extraer aceite volátil de jengibre con un rendimiento de aceite de hasta 0,665%. Chen et al. descubrieron que la tasa de extracción del aceite volátil del jengibre varía en las distintas regiones, siendo el jengibre producido en Sichuan el que presenta una mayor tasa de extracción y el producido en Shandong el que presenta una menor tasa de extracción; Los tipos de componentes en el aceite volátil del jengibre en las distintas regiones son similares, siendo la principal diferencia los distintos niveles de cada componente. Sin embargo, existen pocos informes sobre las diferencias en los principales componentes de los aceites volátiles obtenidos a partir de distintos métodos de extracción del jengibre producido en Shaanxi. Este estudio utilizó GC-MS para detectar los componentes químicos del aceite volátil de jengibre obtenido por cinco métodos de extracción. Se utilizaron el análisis de componentes principales (ACP) y el análisis de mapas térmicos de conglomerados para comparar las diferencias en los componentes químicos y las áreas relativas de los picos. Se comparó visualmente la microestructura del residuo medicinal, con el fin de proporcionar una referencia para la selección de los métodos de extracción del aceite volátil de jengibre y el posterior desarrollo y utilización del jengibre en aplicaciones prácticas.

La extracción del aceite volátil de jengibre en la farmacopea china (edición de 2020) se realiza según el método de determinación del aceite volátil (método de la regla general 2204A). Actualmente, la extracción en laboratorio del aceite volátil de jengibre suele utilizar el método de destilación al vapor de la farmacopea actual. La investigación bibliográfica ha demostrado que los componentes del aceite volátil de jengibre obtenidos por extracción con CO2 supercrítico en la industria son más complejos que los obtenidos por destilación al vapor, con diferencias significativas en su composición, y son propensos a mezclarse con otros componentes no volátiles como los fenoles. Por lo tanto, en este estudio se utilizaron principalmente tres tipos de métodos de destilación al vapor asistida, a saber, hidrólisis enzimática, ultrasonidos y microondas, para compararlos con la destilación al vapor, y también se añadió la sencilla operación del método de prensado para compararlos con los cuatro métodos anteriores.
Los rendimientos de aceite volátil de jengibre extraído por cinco métodos, a saber, destilación al vapor, destilación al vapor asistida por enzimas, destilación al vapor asistida por ultrasonidos, destilación al vapor asistida por microondas y prensado, fueron de 0,18%, 0,19%, 0,21%, 0,18% y 0,10%, respectivamente. Entre ellos, la destilación al vapor asistida por ultrasonidos tuvo el mayor rendimiento de aceite e identificó el mayor número de tipos de componentes químicos. Los componentes volátiles del aceite detectados por GC-MS en este estudio fueron similares a los detectados por Li et al. y Gunasena et al., pero también hubo diferencias, que pueden deberse a diferencias en el origen y los métodos de extracción del jengibre.
Cuando se utilizan métodos tradicionales como la destilación al vapor y la extracción con disolventes para extraer aceites volátiles de hierbas medicinales, suelen surgir problemas como el consumo excesivo de energía y tiempo, los disolventes orgánicos residuales y el bajo rendimiento de los aceites volátiles, que son sustituidos gradualmente por tecnologías emergentes. La destilación al vapor asistida por enzimas es un método desarrollado recientemente para extraer aceites esenciales de plantas naturales. Mediante la aplicación de enzimas adecuadas para el pretratamiento enzimático de las plantas, la pared celular se hidroliza completamente, lo que favorece la liberación de metabolitos secundarios dentro de la célula y aumenta el rendimiento de los aceites volátiles. La destilación al vapor asistida por ultrasonidos utiliza principalmente efectos mecánicos, efectos de cavitación, efectos térmicos y efectos químicos para promover la rápida separación de las moléculas objetivo del portador, es decir, para promover la destrucción de la estructura celular de la planta y promover eficazmente la salida de contenidos celulares como los aceites volátiles. La microonda es una onda electromagnética que puede promover la rotación rápida de moléculas polares en un campo eléctrico a través de interacciones dipolo dipolo, logrando así un calentamiento rápido. La introducción de microondas mejora enormemente la velocidad de calentamiento del sistema cambiando el método de calentamiento en la destilación de aceites esenciales. Mediante el efecto sinérgico de la transferencia de calor y masa, se mejora eficazmente la velocidad de separación de los aceites volátiles. Sin embargo, una potencia de irradiación de microondas excesiva puede provocar fácilmente la pérdida de componentes volátiles y la degradación térmica de los materiales vegetales. En comparación con el método de destilación por vapor, los tres métodos auxiliares de destilación por vapor pueden sufrir cambios debido a la inestabilidad térmica de los componentes volátiles, que pueden verse afectados por los efectos de las microondas, los ultrasonidos y las enzimas, dando lugar a diferencias en los componentes y las áreas de pico relativas.
En este estudio, se utilizó el método de extracción del aceite volátil de jengibre de la bibliografía de referencia para la extracción del zumo y su posterior procesamiento para obtener componentes liposolubles. Al utilizar GCMS para determinar los aceites volátiles (componentes lipofílicos) obtenidos por diferentes métodos de extracción, el umbral se ajustó uniformemente a 20, y se identificaron tres compuestos por el método de prensado. En comparación con otros métodos, se especula que la extracción del aceite volátil de jengibre por el método de prensado no es incompleta. Sin embargo, las áreas de pico relativas de α - gingereno y β - sesquiterpeno obtenidas fueron significativamente más altas que las de los otros cuatro métodos, y se pudo obtener relativamente más 6-gingerol. De ello se desprende que el método de prensado puede extraer fácil y rápidamente α - gingereno, β - sesquiterpeno y 6-gingerol del jengibre fresco, con un bajo consumo de energía y una contaminación mínima. El 6-gingerol es un compuesto alquilfenólico formado por deshidratación del 6-gingerol, perteneciente al gingerol. La estructura molecular del gingerol contiene el grupo funcional 3-metoxi-4-hidroxifenilo. Según las distintas cadenas de hidrocarburos conectadas por este grupo funcional, el gingerol puede dividirse en distintos tipos, como gingerol, gingerol, gingerol diketona, gingerol diol, etc. La concentración de gingerol es menor que la de gingerol, pero su actividad biológica es mayor.
Cuando se observa al microscopio el residuo de jengibre obtenido por distintos métodos de extracción, el corte manual es difícil para garantizar la uniformidad de las normas de grosor de la muestra, y ésta contiene un gran número de burbujas. Por lo tanto, la observación microscópica es sólo un método sencillo e intuitivo para verificar el efecto de diversos métodos en la extracción de aceite volátil. En comparación con el rendimiento del aceite, el jengibre tiene fuertes propiedades fibrosas, y el ultrasonido y la hidrólisis enzimática favorecen más la ruptura de las células oleosas y la salida del aceite volátil durante la destilación al vapor, mejorando así la eficacia de la extracción. Aunque las microondas tienen cierto impacto en la estructura de las células del jengibre, pueden provocar la pérdida de componentes volátiles y la degradación térmica de las plantas frescas.

Este estudio comparó la composición química, el área de pico relativa y la microestructura del aceite volátil de jengibre obtenido por diferentes métodos de extracción, y analizó los componentes característicos del aceite volátil de jengibre obtenido por diferentes métodos, con el fin de proporcionar una referencia para la selección de los métodos de extracción del aceite volátil de jengibre y un mayor desarrollo y utilización del jengibre crudo en aplicaciones prácticas.