干燥工藝對姜黃中姜黃素類化合物和揮發油的影響

田思慧 董春萍 王車禮

(1.常州大學石油化工學院，江蘇 常州 213164；2.常州大學藥學院，江蘇 常州 213164)

姜黃(CurcumalongaL.)是姜黃屬植物[1]，是提取姜黃揮發油和姜黃素類化合物的重要植物資源[2-3]。姜黃揮發油主要由倍半萜類物質和酚類物質組成，主要活性成分的結構見圖1(a)[4]，其中，姜黃酮類物質(芳姜黃酮、α-姜黃酮、β-姜黃酮)能夠有效清除自由基，抑制癌細胞的繁殖等藥理作用[5-7]，臨床上，已將姜黃揮發油作為抗癌藥物投入使用[8-11]。研究[12]表明，姜黃揮發油具有明顯的熱不穩定性，隨著加熱溫度的升高，揮發油組成發生極大的變化。

姜黃素類化合物是指雙去甲氧基姜黃素(BDMC)、去甲氧基姜黃素(DMC)和姜黃素(Cur)，姜黃素類化合物組成如圖1(b)所示。姜黃素類化合物也具有抗氧化、抗炎、抗癌、清除自由基、抗微生物以及保護心腦血管系統、調節消化系統、利肝等多方面的藥理作用[13-15]。此外，姜黃素類化合物3種物質的藥理活性也存在差異，在抗癌、抗炎及抗氧化等方面，Cur活性最強；在降血脂方面，DMC活性最強；在保肝利肝等方面，BDMC活性最強，姜黃素為一種不穩定性物質，3種物質中DMC對姜黃素的穩定作用最強，為姜黃素的天然穩定劑[16]。當從姜黃中提取姜黃素類化合物時，產物為3種物質組成的混合物，其組成比例受多種因素影響，如生長環境、采后初加工方式、干燥溫度及時間等。

圖1 姜黃揮發油中主要物質化學結構和姜黃素類化合物組成Figure 1 Chemical structure of main substances in turmeric volatile oil and composition of curcumin compounds

中藥材干燥作為初加工過程中不可或缺的步驟之一，也是影響中藥材質量的重要環節之一。調查發現對姜黃有關的初加工研究較少，尤其是初加工時溫度的選擇往往參差不齊，例如，羊青等[17]在研究中使用60 ℃對姜黃進行干燥處理；強悅越等[18]在姜黃揮發油成分研究中使用80 ℃對姜黃進行預處理。目前相關研究往往集中在干燥方式對于成分的影響[19-22]，姜黃揮發油和姜黃素類化合物的研究往往集中在藥理活性或者提取工藝方面，有關干燥溫度及時間對兩者的影響研究較少。但是姜黃素類化合物和姜黃揮發油均為光、熱不穩定性物質，受溫度及時間的影響較大，有關姜黃揮發油及姜黃素類化合物熱穩定性的有一定研究及報道[12,17]，但是在溫度和時間的影響下，兩者的動態變化未見報道，其他姜黃屬科植物如溫莪術揮發油的動態變化已有報道[23]。因此，研究擬探究不同干燥溫度及時間對于姜黃內主要成分的影響，以期為提高姜黃產品品質，規范姜黃采后初加工提供一定理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

姜黃：2019年5月份采購于四川省犍為縣，經鑒定為姜黃(CurcumalongaL.)的根莖(含水率≤ 8%)，并貯藏在陰涼干燥處；

純水：實驗室自制；

甲苯、無水乙醇、冰醋酸、丙酮：分析純，國藥集團化學試劑有限公司；

乙腈：色譜純，上海星可高純溶劑有限公司；

姜黃素、去甲氧基姜黃素和雙去甲氧基姜黃素標準品：純度≥98%，四川維克期生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

電子天平：LQ-A20001型，上海五鑫衡器有限公司；

電熱恒溫油浴鍋：DF-101S型，常州金壇良友儀器有限公司；

氣相色譜—質譜聯用儀：GCMS-QP2010型，日本島津公司；

揮發油提取器：HAHFY0500型，千馬實驗設備有限公司；

中草藥破碎機：SE-750型，永康市圣象電器有限公司；

鼓風干燥箱：DHG-9070A型，上海鰲珍儀器制造有限公司；

高效液相色譜儀自動進樣：Agilent LC-1260型，美國安捷倫公司；

超聲波清洗機：JS-031SD型，深圳市超潔科技實業有限公司；

高速離心機：TD16G型，鹽城市凱特實驗儀器有限公司。

1.3 姜黃粉末的制備

選取姜黃根莖，使用中草藥破碎機破碎，篩選出40～60目的姜黃粉末，使用鼓風干燥機對姜黃進行處理。分別選取溫度為60，80，100，120，150 ℃，處理時間為2，4，6，8，10 h的姜黃粉末。將所得的姜黃粉末放置于干燥器中進行冷卻，并稱量重量，待檢測其主要成分含量。

1.4 姜黃中姜黃素類化合物的提取與測定方法

1.4.1 姜黃素類化合物的提取 根據文獻[24]修改如下：稱取熱處理后的姜黃粉末1.00 g于150 mL錐形瓶內，加入30 mL的90%乙醇超聲提取(功率為400 W，40 ℃)15 min，離心機轉速為9 000 r/min，離心10 min，重復提取3次，合并上清液于100 mL棕色容量瓶中，用90%的乙醇定容至刻度。

1.4.2 姜黃素類化合物標準溶液的制備 分別精密稱取5 mg的Cur、DMC、BDMC標準品，一起放入10 mL棕色容量瓶中并用甲醇定容至刻度。再通過等梯度稀釋，配制成1，2，20，40，100，200，300，500 mg/L的混合標準液。

1.4.3 姜黃素類化合物測定的液相條件 根據文獻[24]修改如下：液相色譜柱：Poroshell 120 EC-C18(4.6 mm×150 mm，4 μm)，流動相為乙腈—pH 3.5磷酸水(V乙腈∶V磷酸水=45∶55)，流速1.0 mL/min，柱溫25 ℃，紫外燈波長425 nm，進樣量20 μL，檢測時間11 min。

1.4.4 姜黃素類化合物得率的計算 將提取的姜黃素類化合物溶液稀釋一定倍數后，在上述色譜條件下進樣分析，根據標準曲線計算溶液中Cur、BDMC、DMC的質量濃度，按照式(1)計算提取率。

(1)

式中：

X——姜黃中Cur、BDMC、DMC得率，%；

C——測定液中Cur、BDMC、DMC的質量濃度，g/mL；

V——提取液體積，mL；

N——稀釋倍數；

m——姜黃質量，g。

1.5 姜黃揮發油的提取與測定方法

1.5.1 姜黃揮發油的提取及得油率計算 根據文獻[25]修改如下：取熱處理后的姜黃粉末20.00 g，加入9.5倍量水，浸泡0.5 h，水蒸氣蒸餾法提取7 h，收集揮發油，避光冷藏保存備用。揮發油得油率按式(2)計算。

(2)

式中：

X——姜黃中姜黃揮發油得率，%；

V——提取出揮發油的體積，mL；

m——姜黃質量，g。

1.5.2 姜黃揮發油氣相色譜—質譜測定前處理 準確吸取提取出的姜黃揮發油0.20 mL，加入丙酮1.80 mL，使用0.45 μm濾膜進行過濾，進行氣相色譜—質譜分析得揮發油的總離子流。經過NIST譜庫檢索和人工解析，查閱文獻鑒定化合物，并以峰面積歸一法計算各色譜峰的相對含量。

1.5.3 姜黃揮發油測定的氣相色譜—質譜條件 參照文獻[26]。

2 結果與討論

2.1 熱處理條件對姜黃素類化合物的影響

2.1.1 姜黃素類化合物標準曲線的繪制 BDMC、DMC和Cur標準品的色譜圖如圖2所示，BDMC的保留時間為7.380 min，DMC的保留時間為8.291 min，Cur的保留時間為9.305 min，3種化合物能夠實現基線分離。以峰面積為縱坐標(Y)，測定濃度為橫坐標(X)，繪制標準曲線，分別得到BDMC、DMC和Cur三者的回歸方程及相關系數，BDMC、DMC和Cur標準曲線方程見表1。

表1 BDMC、DMC和Cur標準曲線方程Table 1 Calibration curves equations of BDMC,DMC and Cur

圖2 BDMC、DMC和Cur標準品的色譜圖Figure 2 Chromatograms of BDMC,DMC and Cur standards (425 nm)

2.1.2 姜黃素類化合物得率的變化 姜黃素類化合物是一種光敏性很強的物質，并且在高溫條件下極不穩定[17]。如圖3所示，犍為縣產的姜黃中提取出的姜黃素類化合物中Cur的占比最多，DMC次之，BDMC最少。在60 ℃的熱處理溫度下，隨著熱處理時間的推移，姜黃中的BDMC得率呈先上升后下降的趨勢，4 h時達到頂峰。在80 ℃ 和100 ℃的熱處理溫度下，BDMC得率在前2 h也呈上升趨勢，之后隨著時間的推移，得率逐漸下降。當熱處理溫度為120 ℃和150 ℃時，隨著時間的延長，BDMC得率一直呈下降趨勢。在60 ℃的熱處理溫度下，DMC得率在前4 h內呈些許上升的趨勢，之后逐漸下降。當熱處理溫度≥ 80 ℃時，隨著時間的延長，DMC得率呈下降趨勢。姜黃中Cur在經過熱處理之后，得率一直呈下降趨勢，當熱處理溫度≥ 100 ℃時，下降幅度增大。結合圖1 中姜黃素類化合物的化學結構，推測可能存在3種物質之間的轉化，對姜黃進行熱處理時，DMC和Cur的結構上的甲氧基基團脫落從而轉變為BDMC，造成BDMC得率上升，但是隨著熱處理溫度的進一步升高，熱處理時間的延長，姜黃素類化合物的主體結構受到影響，從而帶來姜黃素類化合物得率的整體下降。以上結果表明，在熱處理溫度為60 ℃和80 ℃，熱處理時間≤ 4 h時，姜黃素類化合物的損失較少。

圖3 不同溫度及時間下姜黃素類化合物得率的變化Figure 3 Changes of the yields of curcumin compounds at different temperatures

2.2 熱處理條件對姜黃揮發油得率及其組成成分的影響

2.2.1 姜黃揮發油得率的變化 如圖4所示，在不同的熱處理溫度下，隨著時間的推移，姜黃揮發油得率呈下降趨勢。當熱處理溫度為60 ℃時，姜黃揮發油得率在前2 h 內幾乎保持不變，2 h之后呈下降趨勢。當熱處理溫度≥ 80 ℃時，姜黃揮發油得率呈下降趨勢，熱處理溫度越高，下降幅度越大。

圖4 不同溫度和時間下姜黃揮發油得率的變化Figure 4 Changes of the yields of turmeric volatile oil at different temperatures and time

2.2.2 熱處理條件對姜黃內揮發油成分的影響 由圖4可知，在不同的熱處理溫度下，當熱處理時間達到10 h時，揮發油得率下降幅度趨于平緩(150 ℃除外)，遂將處理時間定為10 h，并對揮發油化學成分進行分析，揮發油中相對百分含量>0.05%的成分如表2所示。

由表2可知，發現未經熱處理(對照)的姜黃揮發油中相對含量在1%以上的成分有8種，占總體的90.27%；經60 ℃熱處理后的姜黃揮發油中相對含量在1%以上的成分有12種，占總體的90.37%；80 ℃熱處理的姜黃揮發油中相對含量在1%以上的成分有15種，占總體的92.93%；100 ℃熱處理的姜黃揮發油中相對含量在1%以上的成分有13種，占總體的90.20%；120 ℃熱處理的姜黃揮發油中相對含量在1%以上的成分有14種，占總體的88.49%；150 ℃熱處理后的姜黃揮發油中相對含量在1%以上的成分有14種，占總體的87.15%。由此可見，當熱處理溫度為80 ℃時，姜黃揮發油中的主要成分的種類較多，占總體含量較高。

表2 不同溫度下姜黃揮發油組成及相對含量Table 2 Composition and relative content of turmeric volatile oil at different temperatures

續表2

不同熱處理溫度對姜黃揮發油中具有藥理活性成分的影響也各有差異，如熱處理溫度的升高使得異丁香烯的相對含量呈下降趨勢，但在150 ℃時翻倍增加；而對于α-姜黃烯、姜烯和β-倍半水芹烯，80 ℃的熱處理溫度可以獲得較高的相對含量；隨著熱處理溫度的升高，芳姜黃酮和β-姜黃酮的相對含量整體呈緩慢上升的趨勢，而姜黃揮發油中占比最高的α-姜黃酮的相對含量卻出現明顯的下降，結合圖1(a)中這幾種成分的化學結構，推測熱處理使得熱敏性成分α-姜黃酮發生分解及轉化，使得芳姜黃酮和β-姜黃酮的相對含量上升。此外，每個熱處理溫度下，姜黃揮發油中一些成分的相對含量降低甚至消失，同時伴隨著一些特異性成分的出現，這些現象表明姜黃揮發油內存在熱敏性物質，經過熱處理后會發生受熱分解，姜黃揮發油內成分具體發生怎樣的熱分解及轉化，還在進一步的研究中。

目前姜黃揮發油中具有藥理活性的成分主要為6種化合物即α-姜黃烯、β-倍半水芹烯、姜烯、芳姜黃酮、α-姜黃酮和β-姜黃酮[27-28]，結合圖4和表2的結果，接下來探究60 ℃和80 ℃下，不同熱處理時間對這6種主要成分的影響，結果見圖5。由圖5可知，當熱處理時間為4 h時，檢測出6種主要成分的相對百分含量之和最高，且熱處理溫度為80 ℃時的結果優于60 ℃。熱處理溫度為80 ℃，時間為4 h時，姜黃揮發油GC-MS總離子流圖如圖6所示。

圖5 60 ℃和80 ℃下6種主要成分的相對百分含量之和Figure 5 Sum of relative content of six main components at 60 ℃ and 80 ℃

圖6 熱處理條件為80 ℃，4 h時姜黃揮發油的總離子流圖Figure 6 Total ion flow diagram of turmeric volatile oil at 80 ℃,4 h

3 結論

通過高效液相色譜對姜黃素類化合物進行分析檢測發現：當處理溫度≤80 ℃，反應時間≤4 h時，此時提取出的姜黃素化合物的中雙去甲氧基姜黃素含量上升，去甲氧基姜黃素和姜黃素含量持平，并且姜黃素整體穩定性較好。此時提取出的姜黃素類化合物在保肝利肝等方面的藥效會更好。通過氣相色譜—質譜法對姜黃揮發油進行成分檢測并分析發現：溫度及時間對于揮發油的影響較大，當溫度為80 ℃，時間為4 h，此時揮發油得率損失較少，且揮發油中主要藥理活性成分(α-姜黃烯、β-倍半水芹烯、姜烯、芳姜黃酮、α-姜黃酮和β-姜黃酮)的相對含量占比較高，在此溫度和時間下得到的姜黃揮發油抗炎抗菌的效果會更好。后續可以對相應溫度及時間下所提取的姜黃素類化合物和姜黃揮發油的藥理活性進一步進行驗證，并對兩者成分的轉化機理進行進一步研究。