冷卻結晶分離純化姜黃素

陳凌通

（浙江甌華化工進出口有限公司，浙江 臺州 318000）

0 引言

姜黃素是印度香料姜黃（Curcuma longa）的主要活性成分，具有廣泛的生物活性（抗菌、抗炎和抗癌特性）[1]。目前市售的姜黃色素通常為姜黃素、脫甲氧基姜黃素及雙脫甲氧基姜黃素等多種物質的混合物。粗姜黃素含有大量結構非常相似的化合物，稱為類姜黃素，通常約17%的去甲氧基姜黃素（DMC）和3%的雙去甲氧基姜黃素（BDMC）[2]。這使得姜黃素的分離和純化非常具有挑戰性[3]。

結晶是工業中最常用的單元操作之一。純度通常是結晶過程的關鍵目標，但雜質也會對工藝性能和結晶產品質量）產生重大影響。結構相關的雜質（通常是副產物或未反應的反應物）難以通過結晶完全除去。目前分離和純化的主要方法主要有：（1）張玉領等[4]將氯仿：甲醇（75∶25）的混合溶劑作為洗脫劑，采用硅膠柱層析方法對姜黃素的提取液進一步洗脫純化。（2）戴漢松等[5]將姜黃素粗品用正丙醇重結晶2次，獲得橙色針狀的姜黃素晶體。重結晶法操作簡單、損耗較小、純度更高，可以得到姜黃素單晶。也有將兩種方法結合，先將粗品溶解于丙酮中，采用柱層析梯度淋洗，得到的黃色粉末用氯仿和甲醇反復重結晶[6]。大多數情況下，色譜方法[7-8]在實驗室規模上用于分離單個類姜黃素，通常使用硅膠作為固定相，不同的溶劑系統使用氯仿和甲醇進行最佳的色譜分離。然而，從工業生產的觀點來看，結晶過程通常是優選的。姜黃素有三種晶型，其形式Ⅰ是熱力學穩定的，另外兩種亞穩態形式（形式Ⅱ和形式Ⅲ）是斜方晶系。本文通過連續冷卻結晶對粗姜黃素純化的實驗進行研究，制備高純度的姜黃素。

1 原材料和方法

1.1 原材料

異丙醇、乙醇、乙腈：購于上海凌峰化學試劑有限公司；姜黃素粗品根據文獻方法[9-10]自制，HPLC分析粗姜黃素組合物為78.6%CUR，17.7%DMC和3.6%BDMC。

1.2 實驗程序

結晶實驗在300 mL玻璃反應器中進行，為了改善混合并防止在攪拌過程中形成渦流，反應容器裝有兩個寬度為15 mm的垂直底座，彼此徑向相對放置。將底部放置在反應器內壁上的小間隙處，以避免顆粒沉積物的積聚。在所有實驗中將攪拌速率設定為400 r/min。將溫度傳感器置于反應容器中，并連接溫度控制系統，控制反應器中的溫度。在添加晶種實驗中，在開始冷卻程序后立即將晶種（溶解的總姜黃素的5%）在初始溫度下引入體系中。在每個實驗結束時，過濾，用少量異丙醇/水徹底洗滌，并在60℃下干燥。

1.3 分析方法

液相檢測條件：依利特色譜柱（5μm，4.6×250 mm），進樣量為20μL，檢測波長為280 nm，柱溫為35℃，流速為1 mL/min。流動相：水：乙腈=30：70（v/v）。

2 結果與討論

2.1 結晶溶劑的篩選

表1 姜黃素、去甲氧基姜黃素、雙去甲氧基姜黃素的結構以及溶解度

從表1可以看出，異丙醇對DMC和BDMC的溶解度較大，達到16.2 g/L和8.2 g/L。而對CUR的溶解度溶解度僅有1.0 g/L。這有利于雜質溶解在母液中，姜黃素的析出、純化。異丙醇為重結晶的最佳溶劑。

2.2 粒徑和形狀分布

圖1 姜黃素的晶習及粉末衍射圖

如圖1所示，姜黃素粉末在2300倍的放大倍數下，表面形態為光滑的柱狀。姜黃素在8.98°、12.3°、14.7°、17.5°、23.5°、24.7°、25.7°、27.5°有較強的特征衍射峰。

2.3 純化效率

結晶姜黃素樣品的HPLC分析結果顯示在表2中。結果表明：如果緩慢冷卻，則可以達到更高的純度，一次結晶最高可以達到93.5%。另外，加晶種也有助于提高純度。在磁力攪拌和緩慢冷卻下添加晶種在實驗中達到最高純度。然而，相比之下，在機械攪拌體系中，結晶姜黃素的純度明顯較低，在機械攪拌和高冷卻速率，并且不加晶種的結晶實驗中達到最低純度，為90.6%。姜黃素樣品的最終純度為93.6%～98.9%。在第一結晶步驟后93.5%純度的姜黃素，并且在3次連續結晶后獲得99.8%的純度。

表2 不同的結晶工藝條件對收率及含量的影響

3 結論

姜黃素的冷卻結晶對工藝參數敏感，包括攪拌形式、冷卻速率和是否添加晶種。磁力攪拌的收率要高于機械攪拌。以10℃/min的速率下降溫，磁力攪拌，加晶種的條件下，姜黃素一次結晶的收率可以到達83.1%，純度達到93.5%。經過三次結晶純度可以達到99.8%。該研究的結果有助于更詳細地了解工藝對姜黃素結晶性能和最終晶體性質的影響。