姜黃素和姜黃油同步提取工藝

谷政偉，姚 磊，李 丹

（湖南航天天麓新材料檢測有限責(zé)任公司，長沙 410004）

0 引言

姜黃系姜科姜黃屬（CurcumalongaL.）多年生草本［1］，屬于藥食同源植物。姜黃原產(chǎn)于印度，現(xiàn)廣泛分布在我國的熱帶及亞熱帶地區(qū)［2］。姜黃根莖含姜黃素和姜黃油，二者皆含有抑制腫瘤［3］、抗氧化和抑菌等活性成分［4-5］，具有多種用途［6］。

乙醇價格低廉，具有毒性小和易回收等優(yōu)點，常被用作天然產(chǎn)物提取溶劑。在提取過程中，采用超聲波作輔助，能促進原料的細胞破壁或變形，使目標(biāo)成分提取更充分、快速［7］。

目前，已有大量關(guān)于單獨提取姜黃素或姜黃油工藝的公開文獻［8-9］，但姜黃素和姜黃油的同步提取工藝鮮見報道。為提高姜黃的利用率，本文根據(jù)姜黃素和姜黃油皆溶于乙醇而難溶于水的性質(zhì)，以乙醇為提取溶劑，采用超聲波輔助同步提取姜黃素和姜黃油，并用水沉技術(shù)對它們進行分離，以期為姜黃的綜合開發(fā)與利用提供參考。

1 材料與試驗方法

1.1 材料與試劑

姜黃素標(biāo)準(zhǔn)品（純度：HPLC≥98%，上海源葉生物科技有限公司）；其他試劑均為國產(chǎn)；姜黃（姜黃素含量3.83%，姜黃油含量5.09%）：購自市場。

1.2 儀器與設(shè)備

BJ-800A型中藥粉碎機（德清拜杰電器有限公司）；KQ5200DE型數(shù)控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；RE-301型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海科靂儀器設(shè)備有限公司）；1260型高效液相色譜儀（安捷倫科技有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 姜黃素和姜黃油的提取

把姜黃在50 ℃條件下干燥6 h，粉碎，過60目篩。稱取100 g姜黃放入提取瓶中，加入乙醇，手動攪拌1 min。將瓶口蓋上保鮮膜并在四周裹上黑色塑料薄膜，放入超聲波清洗器。設(shè)定提取溫度和提取時間，開啟超聲波清洗器，在提取過程中每過10 min手動攪拌1次。待超聲處理完畢，收集浸出液，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收乙醇，濃縮至約100 mL。待濃縮液冷卻后轉(zhuǎn)入燒杯中，加入10 倍體積的水。杯口蓋上保鮮膜并在四周裹上黑色塑料薄膜，放入冰箱（8 ℃）靜置12 h。上層液經(jīng)分液漏斗分液和離心作用得到姜黃油，沉淀經(jīng)水洗后干燥（50 ℃）得姜黃素。

1.3.2 姜黃素標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

取20 mg姜黃素標(biāo)準(zhǔn)品溶于適量乙醇并定容至100 mL容量瓶，得到濃度為200 mg/L的姜黃素標(biāo)準(zhǔn)中間液。分別取上述標(biāo)準(zhǔn)中間液0.05，0.125，1.25，2.50，5.00 mL于25 mL比色管中，用乙醇定容至 25 mL，得到濃度分別為 0.40，1.00，10.00，20.00，40.00 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)使用液。液相色譜條件如下，色譜柱：Kromasil C18 柱（250 mm × 4.66 mm，5 μm）；流動相：A（0.1%甲酸水溶液），B（0.1%甲酸乙腈溶液），體積比45：55；洗脫方式：等度，18 min；柱溫：25 ℃；進樣量 15 μL；流速：1.00 mL/min；檢測器檢測波長：420 nm。

將標(biāo)準(zhǔn)使用液注入高效液相色譜，以濃度為橫坐標(biāo)，以峰面積為縱坐標(biāo)制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，得曲線方程Y=116.217 527X+0.031 892 8，R=0.999 90。

1.3.3 公式計算

姜黃素提取得率按下式計算：

式中w——姜黃素提取得率，%；

m1——姜黃素的質(zhì)量，g；

M1——姜黃原料的質(zhì)量，g。

姜黃油提取得率按下式計算：

式中b——姜黃油提取得率，%；

m2——姜黃油的質(zhì)量，g。

姜黃素純度按下式計算：

式中p——姜黃素純度，%；

m3——姜黃素粗品中姜黃素的質(zhì)量，g；

M2——姜黃素粗品的質(zhì)量，g。

1.3.4 單因素試驗設(shè)計

以提取溫度40 ℃、提取時間30 min和提取次數(shù)1 次為試驗的基礎(chǔ)條件，以姜黃素和姜黃油提取得率為評價指標(biāo)，依次考察液料比分別為5：1、10：1、15：1、20：1、25：1、30：1 mL/g，提取溫度分別為 30，40，50，60，70 ℃，提取時間分別為 30，40，50，60，70，80 min 和提取次數(shù)分別為 1，2，3，4次條件下，對姜黃素和姜黃油提取得率的影響。

1.3.5 響應(yīng)面試驗設(shè)計

在單因素正交試驗的基礎(chǔ)上，以姜黃素和姜黃油的總提取得率Y為評價指標(biāo)，利用響應(yīng)面軟件Design Expert8.0.6對液料比A、提取溫度B和提取時間C這3個參數(shù)進行優(yōu)化。試驗因素及水平如表1所示。

表1 響應(yīng)面試驗因素及水平表Tab.1 The factors and levels of response surface experiment

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

使用Excel2010和Design Expert8.0.6軟件進行試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，建立方程模型和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 液料比對姜黃素和姜黃油提取得率的影響

液料比對姜黃素和姜黃油得率影響結(jié)果如圖1所示。在 5：1～15：1 mL/g范圍內(nèi)，當(dāng)液料比增大，姜黃素和姜黃油提取得率上升；當(dāng)液料比大于15：1 mL/g，姜黃素提取得率變化不明顯，姜黃油提取得率繼續(xù)增加；當(dāng)液料比大于20：1 mL/g，姜黃油提取得率變化不明顯。考慮到液料比增大，會加大回收乙醇的工作量，因此在后續(xù)的單因素試驗中，把液料比定為15：1 mL/g。

圖1 液料比對姜黃素和姜黃油提取得率的影響Fig.1 The influence of liquid-solid ratio on extraction rate of curcumin and turmeric oil

2.2 溫度對姜黃素和姜黃油提取得率的影響

溫度對姜黃素和姜黃油提取得率的影響結(jié)果如圖2。在40 ℃～60 ℃范圍內(nèi)，姜黃素和姜黃油提取得率隨溫度升高而增大；當(dāng)提取溫度大于60 ℃，姜黃素和姜黃油提取得率降低。因此在后續(xù)的單因素試驗中，把提取溫度定為60 ℃。

圖2 提取溫度對姜黃素和姜黃油提取得率的影響Fig.2 The influence of extraction temperature on extraction rate of curcumin and turmeric oil

2.3 提取時間對姜黃素和姜黃油提取得率的影響

提取時間對姜黃素和姜黃油提取得率的影響如圖3所示。

圖3 提取時間對姜黃素和姜黃油提取得率的影響Fig.3 The influence of extraction time on extraction rate of curcumin and turmeric oil

如圖3所示，在30～50 min范圍內(nèi)，姜黃素和姜黃油提取得率隨提取時間延長而增大；當(dāng)提取時間大于50 min，姜黃素提取得率變化不明顯，姜黃油提取得率繼續(xù)增加；當(dāng)提取時間大于60 min，姜黃油提取得率變化不明顯。這是因為當(dāng)提取時間大于50 min，兩相中的姜黃素濃度已達到動態(tài)平衡；當(dāng)提取時間大于60 min，兩相中的姜黃油濃度達到動態(tài)平衡［10-11］。考慮提取時間越長，雜質(zhì)溶出越多，所以在后續(xù)的單因素試驗中，把提取時間定為50 min。

2.4 提取次數(shù)對姜黃素和姜黃油提取得率的影響

當(dāng)提取次數(shù)大于2次，姜黃素和姜黃油的提取得率變化不明顯，如圖4所示。因此把提取次數(shù)定為2次。

圖4 提取次數(shù)對姜黃素和姜黃油提取得率的影響Fig.4 The influence of number of extraction times on extraction rate of curcumin and turmeric oil

2.5 響應(yīng)面試驗優(yōu)化

2.5.1 響應(yīng)面試驗優(yōu)化結(jié)果

響應(yīng)面試驗結(jié)果如表2所示。數(shù)據(jù)利用Design Expert 8.0.6進行回歸分析，得到總提取得率Y的二次回歸方程如下：

Y=7.18+0.35A+0.40B+0.39C+0.19AB+0.043AC+0.13BC-0.15A2-0.24B2-0.12C2

回歸方程各項的方差分析結(jié)果見表3。此模型P<0.01，表明達到了極顯著的水平。A、B、C、AB、BC、A2、B2和C2是差異極顯著變量（P＜0.01），AC是差異不顯著變量（P＞0.05）。從F值可知，各因素對總提取得率影響大小順序是B＞C＞A。回歸方程的決定系數(shù)（R2）為0.997 8，說明模型能較好的描述試驗結(jié)果。模型修正決定系數(shù)（RAdj2）為0.995 0，說明模型能解釋99.50%的試驗結(jié)果。失擬值為0.264 3，不顯著（P＞0.05），說明回歸方程擬合度好。

表3 響應(yīng)面回歸統(tǒng)計方差分析結(jié)果Tab.3 The results of regression analysis of statistical variance of response surface experiment

2.5.2 最佳提取工藝提取條件的確定及驗證試驗

根據(jù)二次線性回歸方程的分析結(jié)果，姜黃素和姜黃油的最優(yōu)提取條件：液料比18：1 mL/g、提取溫度65 ℃、提取時間55 min，提取2 次，姜黃素和姜黃油總提取得率的預(yù)測值為8.16%。在上述條件下，進行5組平行試驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)姜黃素提取得率3.54%、純度32.13%；姜黃油提取得率4.59%；總提取得率8.13%，相對誤差0.368%。表明該模型適用于從姜黃中同步提取姜黃素和姜黃油。

3 結(jié)語

本文以姜黃為原料，同步提取姜黃素和姜黃油，結(jié)合單因素和響應(yīng)面試驗優(yōu)化提取工藝參數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在液料比18：1 mL/g、提取溫度65 ℃和提取2 次條件下，超聲波作用55 min，姜黃素提取得率3.54%、純度32.13%；姜黃油提取得率4.59%。這一成果對姜黃的進一步開發(fā)有一定參考價值。