Összehasonlító tanulmány öt módszerről az illóolaj kivonására a gyömbérből
A Zingiber officinale Roscoe a gyömbérfélék családjába tartozó, a trópusi Ázsiában őshonos és az amerikai kontinens legtöbb trópusi országában széles körben termesztett, évelő lágyszárú növény, a gyömbér friss rizómája. A "Shennong Bencao Jing" szerint: "Az élőlények jó minőségűek. Hosszú távú fogyasztása megszünteti a kellemetlen szagokat és elősegíti az istenek jólétét". Az "Újonnan összeállított Materia Medica" szerint: "Megsimítja az istenek elméjét, elhárítja a járványokat, és segíti a qi keletkezését, ami elűzheti a szelet és a gonosz szellemeket". Az ősi könyvek feljegyzik, hogy a gyömbér rendszeres fogyasztása elűzi a szelet és a gonosz szellemeket, erősíti az agyat és tisztítja az elmét. A gyömbér illóolaja főként kétféle vegyületet tartalmaz: monoterpéneket és szeszkviterpéneket. A magasabb tartalmú vegyületek közé tartozik az α - gingeren, α - pinen, β - karvacén, kámfén, lauren, citronellol stb. A modern farmakológiai kutatások kimutatták, hogy a gyömbérnek olyan farmakológiai hatásai vannak, mint a gyulladáscsökkentő, fájdalomcsillapító, antioxidáns, antibakteriális, antiemetikus, valamint a szív- és érrendszeri és immunrendszeri betegségek kezelésére is alkalmas. A kutatócsoport korábban hálózati farmakológiával igazolta, hogy a gyömbér illóolajának többkomponensű, több célpontot és több útvonalat érintő hatásmechanizmusa van a fejlégzéses betegség kezelésében, ami arra utal, hogy bizonyos védőhatást fejt ki az idegrendszerre.
A gyömbér illóolajának általánosan használt extrakciós módszerei közé tartozik a vízgőz-desztilláció, az ultrahang, a mikrohullámú, az enzimekkel támogatott desztilláció stb. A szuperkritikus CO2 extrakciót gyakran használják az iparban. Li és munkatársai vízgőzdesztillációt alkalmaztak különböző régiókból származó gyömbérből származó illóolajok kivonására, az olajhozam 0,14% és 0,41% között változott, és 23-39 vegyületet azonosítottak. Xie és munkatársai flash-asszisztált vízgőzdesztillációt alkalmaztak a gyömbér illóolajának kivonására, és az olajhozam elérte a 0,665%-t. Chen és munkatársai megállapították, hogy a gyömbérből származó illóolaj kivonási aránya a különböző régiókban eltérő, a Sichuanban termelt gyömbér kivonási aránya magasabb, a Shandongban termelt gyömbéré pedig alacsonyabb; a különböző régiókban a gyömbér illóolajában található összetevők típusai hasonlóak, a fő különbség az egyes összetevők eltérő szintje. A Shaanxi tartományban termelt gyömbér különböző extrakciós módszereivel nyert illóolajok fő összetevőinek különbségeiről azonban kevés jelentés született. Ez a tanulmány GC-MS-t használt az öt extrakciós módszerrel nyert gyömbér illóolaj kémiai összetevőinek kimutatására. A kémiai komponensek és a relatív csúcsterületek különbségeinek összehasonlítására főkomponens-elemzést (PCA) és klaszteres hőtérkép-elemzést alkalmaztunk. A gyógyszermaradék mikroszerkezetét vizuálisan összehasonlítottuk, hogy referenciát nyújtsunk a gyömbér illóolaj-kivonási módszereinek kiválasztásához és a gyömbér további fejlesztéséhez és gyakorlati felhasználásához.

A Kínai Gyógyszerkönyvben (2020-as kiadás) a gyömbér illóolajának kivonását az illóolaj meghatározási módszerrel (2204A általános szabály szerinti módszer) végzik. Jelenleg a gyömbér illóolajának laboratóriumi extrakciója általában a jelenlegi gyógyszerkönyvben szereplő vízgőz-desztillációs módszerrel történik. A szakirodalmi kutatások kimutatták, hogy az iparban szuperkritikus CO2 extrakcióval nyert gyömbér illóolaj-komponensek összetettebbek, mint a vízgőzdesztillációval nyertek, összetételükben jelentős eltéréseket mutatnak, és hajlamosak más nem illékony komponensekkel, például fenolokkal keveredni. Ezért ez a tanulmány elsősorban háromféle segédgőz-desztillációs módszert használt, nevezetesen az enzimatikus hidrolízist, az ultrahangot és a mikrohullámot, hogy összehasonlítsa a gőz-desztillációval, és hozzáadta a préselési módszer egyszerű működését is, hogy összehasonlítsa a fenti négy módszerrel.
Az öt módszerrel, nevezetesen vízgőzdesztillációval, enzimekkel segített vízgőzdesztillációval, ultrahanggal segített vízgőzdesztillációval, mikrohullámmal segített vízgőzdesztillációval és préseléssel kivont gyömbér illóolajának olajáradéka 0,18%, 0,19%, 0,21%, 0,18% és 0,10% volt. Közülük az ultrahanggal támogatott vízgőz-desztillációnak volt a legnagyobb az olajhozama, és a legtöbbféle kémiai összetevőt azonosította. A GC-MS által ebben a vizsgálatban kimutatott illóolaj-komponensek hasonlóak voltak a Li et al. és Gunasena et al. által kimutatottakhoz, de voltak különbségek is, amelyek a gyömbér eredetének és extrakciós módszereinek különbözőségéből adódhatnak.
A gyógynövényekből történő illóolaj-kivonás hagyományos módszereinek, például a vízgőzdesztillációnak és az oldószeres extrakciónak a használata során általában olyan problémák merülnek fel, mint a túlzott energia- és időfelhasználás, a visszamaradó szerves oldószerek és az illóolajok alacsony hozama, amelyeket fokozatosan felváltanak az új technológiák. Az enzimekkel támogatott gőzdesztilláció egy újonnan kifejlesztett módszer az illóolajok természetes növényekből történő kivonására. A növények enzimatikus előkezeléséhez megfelelő enzimek alkalmazásával a sejtfal teljesen hidrolizálódik, ezáltal fokozva a másodlagos anyagcseretermékek felszabadulását a sejtben és növelve az illóolajok hozamát. Az ultrahanggal támogatott vízgőzdesztilláció elsősorban mechanikai hatásokat, kavitációs hatásokat, termikus hatásokat és kémiai hatásokat használ a célmolekulák hordozótól való gyors elválasztásának elősegítésére, azaz a növényi sejtek szerkezetének elpusztítására, és hatékonyan elősegíti a sejttartalom, például az illóolajok kiáramlását. A mikrohullám olyan elektromágneses hullám, amely dipól-dipólus kölcsönhatások révén elősegítheti a poláris molekulák gyors forgását elektromos mezőben, ezáltal gyors felmelegedést érhet el. A mikrohullámok bevezetése jelentősen javítja a rendszer fűtési sebességét azáltal, hogy megváltoztatja a fűtési módszert az illóolaj-desztillációban. A hő- és tömegátadás szinergikus hatása révén az illóolajok elválasztási sebessége hatékonyan javul. A túlzott mikrohullámú besugárzási teljesítmény azonban könnyen az illékony komponensek elvesztéséhez és a növényi anyagok termikus degradációjához vezethet. A vízgőz-desztillációs módszerrel összehasonlítva a három kiegészítő vízgőz-desztillációs módszer az illékony komponensek termikus instabilitása miatt változásokon mehet keresztül, amelyeket a mikrohullám, az ultrahang és az enzimhatások befolyásolhatnak, ami a komponensek és a relatív csúcsterületek különbségeit eredményezi.
Ebben a tanulmányban a gyömbér illóolajának a szakirodalomban szereplő extrakciós módszerét alkalmazták a gyümölcslé kivonására és további feldolgozására a zsírban oldódó komponensek kinyerése érdekében. A különböző extrakciós módszerekkel nyert illóolajok (lipofil komponensek) meghatározásakor a GCMS alkalmazásakor a küszöbértéket egységesen 20-ra állítottuk be, és három vegyületet azonosítottunk a préselési módszerrel. Más módszerekkel összehasonlítva feltételezhető, hogy a gyömbér illóolajának préselési módszerrel történő kivonása nem hiányos. A kapott α - gingerén és β - szeszkviterpén relatív csúcsterülete azonban lényegesen nagyobb volt, mint a másik négy módszerrel, és viszonylag több 6-gingerolt lehetett nyerni. Ebből látható, hogy a préselési módszerrel könnyen és gyorsan kivonható α - gingeren, β - szeszkviterpén és 6-gingerol a friss gyömbérből, alacsony energiafelhasználás és minimális szennyezés mellett. A 6-gingerol a gingerolhoz tartozó 6-gingerol dehidratálásával képződő alkil-fenolos vegyület. A gingerol molekulaszerkezete 3-metoxi-4-hidroxi-fenil funkciós csoportot tartalmaz. Az e funkciós csoport által összekapcsolt különböző szénhidrogénláncok szerint a gingerol különböző típusokra osztható, mint például gingerol, gingerol, gingerol, gingerol-diketon, gingerol-diol stb. A gingerol koncentrációja alacsonyabb, mint a gingerolé, de nagyobb biológiai aktivitással rendelkezik.
A különböző extrakciós módszerekkel nyert gyömbérmaradványok mikroszkópos megfigyelésekor a kézi szeleteléssel nehéz biztosítani az egyenletes mintavastagsági szabványokat, és a minta nagyszámú buborékot tartalmaz. Ezért a mikroszkópos megfigyelés csak egy egyszerű és intuitív módszer a különböző módszerek illóolaj-kivonásra gyakorolt hatásának ellenőrzésére. Az olajhozamhoz képest a gyömbér erős rostos tulajdonságokkal rendelkezik, és az ultrahang és az enzimatikus hidrolízis jobban elősegíti az olajsejtek felszakadását és az illóolaj kiáramlását a vízgőz-desztilláció során, ezáltal javítva a kivonás hatékonyságát. Bár a mikrohullámú sütésnek van bizonyos hatása a gyömbérsejtek szerkezetére, a friss növények illékony összetevőinek elvesztéséhez és termikus degradációjához vezethet.

Ez a tanulmány összehasonlította a különböző extrakciós módszerekkel nyert gyömbér illóolaj kémiai összetételét, relatív csúcsterületét és mikroszerkezetét, és elemezte a különböző módszerekkel nyert gyömbér illóolaj jellemző összetevőit annak érdekében, hogy referenciát nyújtson a gyömbér illóolaj extrakciós módszerek kiválasztásához és a nyers gyömbér további fejlesztéséhez és felhasználásához a gyakorlati alkalmazásokban.