姜黃色素的提取工藝及色素穩(wěn)定性分析

朱盡順+方麗丹+何方

摘要：本文設(shè)計一個三因素三水平的正交試驗，以同一波長下的吸光度為標(biāo)準(zhǔn)，確定姜黃色素的最佳提取工藝為：溫度60℃、姜黃濃度80g/L、pH值6。試驗發(fā)現(xiàn)pH值對姜黃色素的穩(wěn)定性影響較大;金屬離子Fe3+、Ca2+、Fe2+、Cu2+四種離子加入后，萃取液的顏色發(fā)生了改變，因此在姜黃色素的加工、使用及儲藏過程中應(yīng)避免與鐵、銅、鈣制容器接觸。

關(guān)鍵詞：姜黃色素;提取工藝;染色性能

1 ? ?姜黃色素概況及研究意義

1.1 ?姜黃及其資源概況

姜科姜黃屬植物有60 余種，分布較廣，盛產(chǎn)于東南亞和澳大利亞北部，喜馬拉雅海拔4000 米的高山亦有分布。我國有16 種，主要產(chǎn)于四川、廣東、廣西、云南、福建、貴州、湖南、臺灣等地[1]，其中溫郁金、姜黃、莪術(shù)、椎莪術(shù)和川郁金5種根莖作為中藥材莪術(shù)、郁金或姜黃應(yīng)用于臨床。入藥部位郁金多為塊根，莪術(shù)主要為主根莖，而姜黃主要為側(cè)根莖和塊根。均具有破瘀、行氣、消積和止痛的功效;還有抗癌、抗早孕、抗凝血、抗氧化和保肝等活性[2]。

1.2 ?姜黃色素的理化性質(zhì)

姜黃是一種天然染料，其主要成分是姜黃素。同時還有纖維質(zhì)、淀粉、膠質(zhì)、礦物質(zhì)以及具有強烈嗅味的芳香油及棕色素，姜黃素是一種得自姜黃根莖中的色素[3]，其結(jié)構(gòu)式見圖1。

圖1 ? ?姜黃素結(jié)構(gòu)圖

姜黃的不同部位姜黃色素含量不同，以姜黃的根莖最高（>2%），根須較低（0.488%），塊根最低（僅0.023%）。姜黃素結(jié)晶呈橙黃色粉末狀，有特殊的芳香氣味，熔點179℃～182℃，易溶于冰醋酸、乙酸乙酯、甲醇、乙醇、丙二醇和堿性溶液[4]。在酸性和中性溶液中顯黃色，在pH值約大于8.0的堿性溶液中顯紅色。研究表明：姜黃色素對人畜幾乎無毒[5]，其著色力比所有合成色素、其他天然色素都強。它的著色是檸檬黃、日落黃的3～4倍。

1.3 ?姜黃色素的藥理作用

醫(yī)學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)，從姜黃中提取的姜黃色素具有極強的抗氧化性能，在人體內(nèi)能有效地消除對人體有害的自由基，從而表現(xiàn)出阻止衰老和延年益壽等功能[6]。姜黃色素是一種天然、高效、低毒的抗氧化劑，具有提供人體基本的營養(yǎng)成分和滿足人們的各種感官要求的功能[7]。作為典型的鏈斷型脂溶性抗氧化劑，姜黃色素的研究已經(jīng)引起國內(nèi)外的普遍重視。

1.4 ?研究的目的、意義和主要內(nèi)容

1.4.1 ?研究的目的、意義

我國姜黃資源非常豐富，是世界上姜黃的生產(chǎn)和出口大國。目前，我國姜黃主要用作調(diào)味品染料，功能單一，資源利用度低，與我國姜黃生產(chǎn)、出口的大國地位極不相稱，在姜黃的深加工、產(chǎn)品開發(fā)、綜合利用方面與國外相比有較大差距。由于現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝落后，加工粗放，質(zhì)量不符合國際市場準(zhǔn)入的標(biāo)準(zhǔn)，只能以低端的初級產(chǎn)品以低價銷售給國際市場[8]。深入開展姜黃活性成分的研究，開發(fā)在國內(nèi)外市場上具有很強競爭力的有高附加值的姜黃色素，可以促進姜黃產(chǎn)業(yè)由資源優(yōu)勢向技術(shù)和經(jīng)濟轉(zhuǎn)化，增強企業(yè)和產(chǎn)品在國際市場上的競爭力，可以提高姜黃原料產(chǎn)地廣大農(nóng)民的收入，大力促進姜黃原料產(chǎn)地經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[9]。

1.4.2 ?研究的主要內(nèi)容

① 設(shè)計一個三因素三水平的正交試驗，以同一波長下的吸光度為標(biāo)準(zhǔn)，確定姜黃色素的最佳提取工藝;

② 通過使用UV-2550型紫外可見光分光光度計分析溫度、pH值、金屬離子對姜黃色素穩(wěn)定性的影響。

2 ? ?姜黃色素的提取

2.1 ?試驗儀器與器材

試驗主要儀器見表1。

表1 ? ?試驗儀器

試驗主要材料見表2。

表2 ? ?試驗材料

2.2 ?姜黃色素的提取

采用水煮提取法，稱取一定重量的姜黃粉末放入蒸餾水中，制成姜黃溶液，在一定的溫度和pH值條件下水煮，紗布過濾后，按1：5的比例稀釋染液，用移液管吸取該染液1mL至離心管中，并注入3mL蒸餾水。用紫外可見分光光度計測定該溶液在此條件下的吸光度，得出其吸收光譜曲線，找出其所對應(yīng)的最大吸收波長257nm。在此條件下，測定其光密度。

2.2.1 ?正交試驗

用三水平三因素正交試驗進行姜黃色素萃取條件試驗，試驗結(jié)果如表3所示。姜黃濃度是指每升蒸餾水中姜黃的重量。

2.2.2 ?試驗結(jié)果與討論

從表3分析可知，各因素對姜黃色素提取率效果影響主次順序為：姜黃濃度>pH值>提取溫度。因此，在影響姜黃色素提取的3因素中，姜黃濃度是最主要的影響因素。姜黃色素提取的最佳工藝組合為A1B3C3，即提取溫度60℃，姜黃濃度80g/L，pH=6。與正交試驗中的試驗3相對應(yīng)，該組萃取液吸光度為0.679，是最高值，表明正交試驗結(jié)果較為合理。

3 ? ?姜黃色素穩(wěn)定性分析

3.1 ?主要材料與儀器設(shè)備

材料：氯化鈣，氯化鋁，硫酸銅，硫酸亞鐵，硫酸鈉，硫酸鉀，亞硫酸鈉，三氯化鐵，鹽酸，氫氧化鈉等均為分析純。

儀器設(shè)備：UV-2550 紫外可見分光光度計[SHIIMADZU（日本島津）];數(shù)顯恒溫水浴鍋;pH試紙。

3.2 ?試驗方法

姜黃色素提取液是經(jīng)2.2.1 優(yōu)化條件萃取，經(jīng)紗布過濾后稀釋5 倍的染液。采用紫外可見分光光度儀在200mm～800nm 范圍內(nèi)掃描。

3.2.1 ? pH值對姜黃色素穩(wěn)定性的影響

吸取10mL姜黃色素于5 個試管中，用粗配的鹽酸溶液和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)色素溶液的pH值至2、4、6、7、8、10，平衡一個小時，觀察顏色變化并測定最大吸收波長下溶液吸光度。

3.2.2 ?溫度對姜黃色素穩(wěn)定性的影響

分別將色素稀釋液置于30℃、40℃、50℃、60℃、70℃的溫度下加熱1h，并在最大吸收波長下測定其吸光度。

3.2.3 ?光照對姜黃色素穩(wěn)定性的影響

分別吸取80mL 的色素稀釋液置于兩個100mL的容量瓶中定容，然后分別放在光照和避光條件下，在0h、24h、48h、72h、96h 和120h 取樣，在最大吸收波長下分別測其吸光度。

3.2.4 ?金屬離子對姜黃色素穩(wěn)定性分析的影響

分別配制Al3+、K+、Na+、Fe3+、Ca2+、Fe2+、Cu2+的硫酸鹽或鹽酸鹽溶液，吸取9mL色素，加1mL金屬離子，振蕩30s，觀察顏色變化。

3.3 ?姜黃色素穩(wěn)定性的研究結(jié)果

3.3.1 ?pH值對姜黃色素穩(wěn)定性影響

由圖2可知，pH值對姜黃色素的穩(wěn)定性影響較大，pH值為2時呈亮黃色，pH值為4、6時呈黃色，pH值為7時呈茶紅色，pH值為8時呈橙紅色，pH值為l0時呈紅棕色。放置24h后顏色變淺。

圖2 ? ?pH值對姜黃色素穩(wěn)定性分析

3.3.2 ?溫度對姜黃色素穩(wěn)定性的影響

由圖3可知，溫度對姜黃色素穩(wěn)定性影響不大，因此，在食品加工中，適合高溫加工。

圖3 ? ?溫度對姜黃色素穩(wěn)定性分析

3.3.3 ?光照對姜黃色素穩(wěn)定性的影響

采取避光和光照兩種方法進行對照試驗，由圖4可知，在避光條件下，吸光度基本不變;在光照條件下，隨著放置時間的延長，吸光度呈明顯的下降趨勢;說明光照對姜黃色素的穩(wěn)定性有較大的影響，在保存時應(yīng)避光。

圖4 ? ?光照對姜黃色素穩(wěn)定性影響

3.3.4 ?金屬離子對姜黃色素穩(wěn)定性分析的影響

分別測定了Al3+、K+、Na+、Fe3+、Ca2+、Fe2+、Cu2+的硫酸鹽或鹽酸鹽溶液對姜黃色素的穩(wěn)定性的影響，含有Fe3+的色素溶液變?yōu)樽丶t色，含有Ca2+的色素溶液由黃綠色變?yōu)闇\黃色，含有Cu2+的色素溶液由黃綠色變?yōu)闇\綠色，含有Fe2+的色素溶液顏色加深，而Al3+、K+、Na+色素幾乎無影響，所以在使用及加工過程中應(yīng)避免與鐵、銅、含鈣容器接觸。

4 ? ?結(jié)論

通過對姜黃色素的提取，穩(wěn)定性分析，得出以下結(jié)論：

（1）天然染料姜黃色素的最佳提取工藝為：溫度60℃、姜黃濃度80g/L、pH值6。

（2）姜黃色素有很好的熱穩(wěn)定性，光對姜黃色素的穩(wěn)定性有一定的影響，保存時應(yīng)盡量低溫、避光;pH對姜黃色素的穩(wěn)定性影響較大;金屬離子Fe3+、Ca2+、Fe2+、Cu2+四種離子加入后，萃取液的顏色發(fā)生了改變，在姜黃色素的加工、使用及儲藏過程中應(yīng)避免與鐵、銅、鈣制容器接觸。

參考文獻：

[1] 肖小河，蘇中武，喬傳卓，等.姜黃屬藥用植物研究進展[J].中草藥，1997，28（2）：114-119.

[2] WINAWER S J， ZAUBER A G， GERDES H， eta1. Risk Of colorectal cancer in the familiesof patients with adenomatous polyps [J].National Polyp Study Workgroup， 1996， 334：82-87.

[3] 安鴻志，李杰，周麗莉.中藥姜黃的抗腫瘤作用[J].中國醫(yī)院藥學(xué)雜志，2004，24（8）：493-495.

[4] 鮑小龍，劉月蕊.中國民間傳統(tǒng)手工印染的傳承與發(fā)展[J].絲綢，2007，（10）：50-52.

[5] 趙伯濤，錢驊.燃料植物資源的開發(fā)利用[J].中國野生植物資源，2007，（5）：26.

[6] 張義安，趙其明.植物染料的研究現(xiàn)狀[J].染料與染色，2008，（6）：45.

[7] 韓婷.姜黃的化學(xué)成分及藥理活性研究進展[J].解放軍藥學(xué)學(xué)報，2001，11（2）：95-97.

[8] 沃興德，洪行球，高承賢，等.姜黃長期毒性試驗[J].浙江中醫(yī)學(xué)院學(xué)報，2000，24（1）：61-66.

[9] 唐傳核，彭志英.姜黃素類物質(zhì)的生理功能及其抗氧化機理[J].中國食品添加劑，2000，（4）：40-44.

（作者單位：湖北省黃岡市纖維檢驗局）