Сравнительное исследование пяти методов извлечения летучего масла из имбиря
Zingiber officinale Roscoe - это свежее корневище многолетнего травянистого растения имбирь из семейства имбирных, родом из тропической Азии и широко культивируемое в большинстве тропических стран Америки. В "Шэньнун бэнькао цзин" говорится: "Живые существа обладают хорошим качеством. Длительное употребление может устранить неприятные запахи и способствовать благополучию богов". В "Newly Compiled Materia Medica" говорится: "Успокаивает умы богов, предотвращает эпидемии и помогает в генерации ци, которая может рассеять ветер и злых духов". В древних книгах записано, что регулярное употребление имбиря может рассеять ветер и злых духов, укрепить мозг и очистить разум. Летучее масло имбиря в основном содержит два типа соединений: монотерпены и сесквитерпены. К соединениям с высоким содержанием относятся α - гингерен, α - пинен, β - карвацен, камфен, лаурен, цитронеллол и др. Современные фармакологические исследования показали, что имбирь обладает такими фармакологическими эффектами, как противовоспалительный, обезболивающий, антиоксидантный, антибактериальный, противорвотный, а также может лечить заболевания сердечно-сосудистой и иммунной систем. Исследовательская группа ранее подтвердила с помощью сетевой фармакологии, что летучее масло имбиря имеет многокомпонентный, многоцелевой и многопутевой механизм действия при лечении болезни головного ветра, что указывает на то, что оно оказывает определенное защитное действие на нервную систему.
Среди распространенных методов экстракции эфирного масла имбиря - паровая дистилляция, ультразвук, микроволновая печь, дистилляция с помощью ферментов и т.д. Сверхкритическая экстракция CO2 широко используется в промышленности. Ли и др. использовали паровую дистилляцию для извлечения летучих масел из имбиря из разных регионов, при этом выход масла варьировался от 0,14% до 0,41%, и было идентифицировано от 23 до 39 соединений. Кси и др. использовали паровую дистилляцию со вспышкой для извлечения летучего масла имбиря с выходом масла до 0,665%. Чен и др. обнаружили, что степень извлечения летучего масла из имбиря в разных регионах различна: в Сычуани она выше, а в Шаньдуне - ниже; типы компонентов в летучем масле имбиря в разных регионах схожи, а основное различие заключается в различном содержании каждого компонента. Тем не менее, существует мало сообщений о различиях в основных компонентах летучих масел, полученных различными методами экстракции имбиря, произведенного в Шэньси. В данном исследовании использовалась ГХ-МС для определения химических компонентов летучего масла имбиря, полученного пятью методами экстракции. Для сравнения различий в химических компонентах и относительных площадях пиков использовались анализ главных компонент (PCA) и кластерный анализ тепловых карт. Микроструктура лекарственного остатка была визуально сравнена, чтобы обеспечить основу для выбора методов экстракции летучего масла имбиря и дальнейшего развития и использования имбиря в практических целях.

Экстракция летучего масла имбиря в Китайской фармакопее (издание 2020 года) проводится в соответствии с методом определения летучего масла (метод "Общее правило 2204A"). В настоящее время для лабораторного извлечения летучего масла имбиря обычно используется метод паровой дистилляции, предусмотренный действующей фармакопеей. Изучение литературы показало, что компоненты летучего масла имбиря, полученные методом сверхкритической экстракции CO2 в промышленности, более сложны, чем компоненты, полученные методом паровой дистилляции, имеют значительные различия в составе и склонны к смешиванию с другими нелетучими компонентами, такими как фенолы. Поэтому в данном исследовании для сравнения с паровой дистилляцией использовались в основном три типа методов вспомогательной паровой дистилляции, а именно ферментативный гидролиз, ультразвук и микроволновая печь, а также для сравнения с четырьмя вышеуказанными методами был добавлен простой метод прессования.
Выход масла из летучего масла имбиря, полученного пятью методами, а именно паровой дистилляцией, паровой дистилляцией с ферментами, паровой дистилляцией с ультразвуком, паровой дистилляцией с микроволнами и прессованием, составил 0,18%, 0,19%, 0,21%, 0,18% и 0,10%, соответственно. Среди них паровая дистилляция с применением ультразвука дала самый высокий выход масла и позволила выделить наибольшее количество химических компонентов. Летучие компоненты масла, обнаруженные с помощью ГХ-МС в данном исследовании, были похожи на компоненты, обнаруженные Ли и др. и Гунасеной и др.
При использовании традиционных методов, таких как паровая дистилляция и экстракция растворителями, для извлечения летучих масел из лекарственных растений обычно возникают такие проблемы, как чрезмерные затраты энергии и времени, остаточные органические растворители и низкий выход летучих масел, которые постепенно заменяются новыми технологиями. Паровая дистилляция с применением ферментов - это недавно разработанный метод извлечения эфирных масел из натуральных растений. Применяя соответствующие ферменты для ферментативной предварительной обработки растений, клеточная стенка полностью гидролизуется, что способствует высвобождению вторичных метаболитов внутри клетки и увеличению выхода летучих масел. Ультразвуковая паровая дистилляция в основном использует механические эффекты, кавитационные эффекты, тепловые эффекты и химические эффекты для быстрого отделения целевых молекул от носителя, то есть для разрушения структуры растительной клетки и эффективного выделения содержимого клетки, такого как летучие масла. Микроволны - это электромагнитные волны, которые могут способствовать быстрому вращению полярных молекул в электрическом поле за счет диполь-дипольных взаимодействий, тем самым достигая быстрого нагрева. Внедрение микроволн значительно повышает скорость нагрева системы, изменяя метод нагрева при дистилляции эфирных масел. Благодаря синергетическому эффекту тепло- и массообмена эффективно повышается скорость разделения летучих масел. Однако чрезмерная мощность микроволнового облучения может легко привести к потере летучих компонентов и термической деградации растительного сырья. По сравнению с методом паровой дистилляции, три вспомогательных метода паровой дистилляции могут претерпевать изменения из-за термической нестабильности летучих компонентов, на которые могут влиять микроволны, ультразвук и ферментные эффекты, что приводит к различиям в компонентах и относительных площадях пиков.
В данном исследовании метод экстракции летучего масла имбиря из справочной литературы был использован для извлечения сока и дальнейшей обработки с целью получения жирорастворимых компонентов. При использовании ГХМС для определения летучих масел (липофильных компонентов), полученных различными методами экстракции, порог был равномерно установлен на 20, и три соединения были идентифицированы методом прессования. По сравнению с другими методами, можно предположить, что экстракция летучего масла имбиря методом прессования не является неполной. Однако относительные площади пиков α - гингерена и β - сесквитерпенов были значительно выше, чем в других четырех методах, и можно было получить относительно больше 6-гингерола. Из этого видно, что метод прессования позволяет легко и быстро извлечь α - гингерен, β - сесквитерпен и 6-имнгерол из свежего имбиря, с низким потреблением энергии и минимальным загрязнением окружающей среды. 6-гингерол - это алкилфенольное соединение, образующееся в результате дегидратации 6-гингерола, входящего в состав гингерола. Молекулярная структура гингерола содержит 3-метокси-4-гидроксифенильную функциональную группу. В соответствии с различными углеводородными цепочками, соединенными этой функциональной группой, гингерол можно разделить на различные типы, такие как гингерол, гингерол, гингерол, дикетон гингерола, диол гингерола и т.д. Концентрация гингерола ниже, чем гингерола, но он обладает более высокой биологической активностью.
При наблюдении под микроскопом остатков имбиря, полученных различными методами экстракции, при ручном нарезании трудно обеспечить равномерную толщину образца, а сам образец содержит большое количество пузырьков. Поэтому микроскопическое наблюдение является лишь простым и интуитивным методом проверки влияния различных методов на извлечение летучих масел. По сравнению с выходом масла, имбирь обладает сильными волокнистыми свойствами, а ультразвук и ферментативный гидролиз в большей степени способствуют разрыву масляных клеток и выходу летучего масла при паровой дистилляции, тем самым повышая эффективность экстракции. Хотя микроволновая печь оказывает определенное влияние на структуру клеток имбиря, она может привести к потере летучих компонентов и термической деградации свежего растения.

В данном исследовании сравнивались химический состав, относительная площадь пиков и микроструктура летучего масла имбиря, полученного различными методами экстракции, а также анализировались характерные компоненты летучего масла имбиря, полученного различными методами, с тем чтобы дать рекомендации по выбору методов экстракции летучего масла имбиря и дальнейшему развитию и использованию сырого имбиря в практических целях.