姜黃中姜黃素和姜黃油提取工藝研究

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.07.018

引文格式：任柯昱，翁翔宇，路慧，等.姜黃中姜黃素和姜黃油提取工藝研究.中國調味品，2024，49（7）：119-122.

REN K Y， WENG X Y， LU H， et al. Study on extraction technology of curcumin and turmeric oil from Curcuma longa L..China Condiment，2024，49（7）：119-122.

摘要：姜黃素和姜黃油是姜科植物中的重要生物活性成分，姜黃素具有清除機體內自由基和抑制腫瘤細胞生長等多種生物活性功效，姜黃油具有抗菌和保護肝臟等生物活性功效。為了提高姜黃素的生物利用度、改善姜黃油的質地和口感、開發姜黃素和姜黃油的新產品和提高姜黃素和姜黃油的經濟價值，該研究采用單因素試驗、Plackett-Burman（PB）試驗和正交試驗對姜黃中姜黃素和姜黃油的提取工藝進行研究，結果表明，姜黃素和姜黃油的最佳提取工藝為乙醇濃度60%、料液比1∶15、超聲功率210 W、超聲時間40 min和超聲溫度50 ℃。

關鍵詞：姜黃素；姜黃油；PB試驗；正交試驗

中圖分類號：TS202.3""""" 文獻標志碼：A""""" 文章編號：1000-9973（2024）07-0119-04

Study on Extraction Technology of Curcumin and Turmeric Oil from Curcuma longa L.

REN Ke-yu1， WENG Xiang-yu1， LU Hui2， HU Dao-wu3， TAO Ling1*

（1.School of Inspection Technology， Xinyang Vocational and Technical College， Xinyang 464000， China;

2.Laboratory of Green Agricultural Product Safety Production and Early Warning Control in Hetao

Region， Key Laboratory of Institutions of Higher Education in Inner Mongolia Autonomous

Region， Department of Agriculture， Hetao College， Bayan Nur 015000， China;

3.State Key Laboratory of Cotton Biology， Institute of Cotton Research of

Chinese Academy of Agricultural Sciences， Anyang 455000， China）

Abstract： Curcumin and turmeric oil are essential bioactive components in ginger plants. Curcumin has various bioactive effects such as scavenging free radicals in body and inhibiting the growth of tumor cells， while turmeric oil has bioactive effects such as antibiosis and liver protection. In order to improve the bioavailability of curcumin， improve the texture and taste of turmeric oil， develop new products of curcumin and turmeric oil， and increase the economic value of curcumin and turmeric oil， in this study， single factor test， Plackett-Burman（PB） test and orthogonal test are used to study the extraction technology of curcumin and and turmeric oil from Curcuma longa L..The results indicate that the optimal extraction technology of curcumin and turmeric oil are ethanol concentration of 60%， solid-liquid ratio of 1∶15， ultrasonic power of 210 W， ultrasonic time of 40 min and ultrasonic temperature of 50 ℃.

Key words： curcumin; turmeric oil; PB test; orthogonal test

收稿日期：2023-12-28

基金項目：中央級公益性科研院所基本科研業務費專項（Y2021YJ06）

作者簡介：任柯昱（1991—），女，講師，碩士，研究方向：生物化學、分子生物學。

*通信作者：陶玲（1978—），女，回族，教授，碩士，研究方向：臨床檢驗。

姜黃素是存在于姜黃中的天然活性成分，是一種多酚類化合物，具有明亮的黃色，它是姜黃根莖的主要活性成分，也是姜黃在醫藥和食品領域被廣泛應用的原因之一。姜黃素具有多種生物活性和藥理特性，如抗氧化和抗菌等，能夠調節免疫系統、促進消化、降低膽固醇、抗衰老等，被廣泛應用于傳統醫學和現代藥物研究中。除了姜黃素，姜黃油也是姜黃中的重要成分之一，姜黃油是一種富含脂肪的提取物，通常通過溶劑提取方法從姜黃中獲得，它包含多種脂肪酸、脂肪醇和其他脂質成分，被廣泛應用于藥物、化妝品和食品工業中，此外，姜黃油還具有調節血脂、降低血糖、抗腫瘤和改善心血管健康的潛力。

姜黃素和姜黃油具有多種藥用成分，優化其提取工藝可以提高目標物質的提取效率。通過選擇合適的提取劑、優化提取時間、溫度和濃度等參數，可以增加目標物質與提取劑的接觸面積和接觸時間，從而提高目標物質的溶解度和釋放率，最大程度地提取出姜黃素和姜黃油中的有效成分，提取工藝的合理設計和控制可以避免高溫、長時間暴露、光照等因素對活性成分的損失和降解，從而保護活性成分的穩定性和活性。

姜黃素和姜黃油提取工藝的優化和合理設計對于提高提取效率、保護活性成分、降低成本和提高產品質量具有重要意義，有助于實現姜黃素和姜黃油的高效提取和廣泛應用。

1" 材料與方法

1.1" 試驗材料與試劑

姜黃、無水乙醇、無水甲醇、姜黃素標準品、乙酸、乙腈、超純水、蛋白胨、磷酸、乙酸乙酯、DPPH、牛肉膏、瓊脂、氯化鈉、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌。

1.2" 試驗儀器

水浴鍋、振蕩儀、電子天平、離心機、清洗機、干燥機、分光光度計、加熱攪拌器、蒸發儀、GC-MS、氣相色譜儀、烘箱、恒溫振蕩儀、保存箱、滅菌器、超凈工作臺。

1.3" 試驗方法

1.3.1" 單因素試驗

固定影響因素乙醇濃度70%、料液比1∶15、超聲功率210 W、超聲時間40 min和超聲溫度50 ℃，分別研究不同乙醇濃度（50%、60%、70%、80%、90%、100%）、不同料液比（1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35）、不同超聲功率（150，180，210，240，270，300 W）、不同超聲時間（10，20，30，40，50，60 min）和不同超聲溫度（20，30，40，50，60，70 ℃）對姜黃素和姜黃油提取率的影響。

1.3.2" PB試驗因素水平

根據單因素試驗結果，采用PB試驗確定主要影響因素，利用Minitab 19軟件進行試驗設計，見表1。

1.3.3" 正交試驗

根據PB試驗結果，選擇對姜黃素和姜黃油提取工藝影響最明顯的3個影響因素乙醇濃度、料液比和超聲功率進行正交試驗，見表2。

1.3.4" 姜黃素提取率和姜黃油提取率的計算

姜黃素提取率（%）=姜黃素提取質量（g）/原料質量（g）。

姜黃油提取率（%）=（原料質量（g）－提取后的干重（g））/原料質量（g）。

2" 結果和討論

2.1" 超聲輔助法單因素提取試驗

2.1.1" 乙醇濃度對姜黃素和姜黃油提取率的影響

由圖1可知，當乙醇濃度為70%時，姜黃素提取率最高；當乙醇濃度小于或者大于70%時，姜黃素提取率均呈現下降趨勢。隨著乙醇濃度持續增加，姜黃油提取率呈現先升高后緩慢降低的趨勢。當乙醇濃度超過90%時，乙醇濃度開始對姜黃油提取率產生不利影響。當乙醇濃度持續增加時，也可能會導致一些非目標化合物的析出，包括一些雜質，從而降低姜黃素和姜黃油的純度和提取率。

姜黃素和姜黃油的溶解度通常隨著乙醇濃度的增加而增加，高濃度的乙醇可以促進姜黃素和姜黃油與植物材料中的溶質發生萃取反應，更有效地將姜黃素和姜黃油從姜黃中提取出來，從而提高提取率。

2.1.2" 料液比對姜黃素和姜黃油提取率的影響

料液比是指固體物質與提取劑之間的質量比例，其對姜黃素和姜黃油的提取率有一定程度的影響。由圖2可知，當料液比小于1∶15時，姜黃素提取率隨著料液比的增加而不斷增加，這是由于隨著料液比的增加，提供了更多的接觸面積和更充分的溶劑浸潤固體樣品，從而促進姜黃素的釋放和溶解。當料液比超過1∶20時，姜黃素和姜黃油的提取率均呈現下降趨勢，這是由于過高的料液比使得提取液渾濁，姜黃素和姜黃油分離和純化變得困難，過高的料液比也使得提取劑被過度稀釋，從而降低了姜黃素和姜黃油的提取率。

2.1.3" 超聲功率對姜黃素和姜黃油提取率的影響

由圖3可知，隨著超聲功率的增加，姜黃油提取率不斷增加，而姜黃素提取率先升高后降低。當超聲功率小于210 W時，姜黃素提取率隨著超聲功率的增加而不斷增加，這是由于超聲波通過產生高頻振動和微小氣泡的形成破壞細胞結構，從而促進目標物質的釋放和溶解。較高的超聲功率可以提供更強的超聲波作用，加速姜黃素和姜黃油的釋放。超聲波的傳播引起液體中的渦流和剪切力，促進提取劑與樣品之間的混合和質量傳遞。較高的超聲功率可以增加攪拌效應，提高溶劑與姜黃素和姜黃油之間的接觸頻率，從而增強提取效果。

當超聲功率超過210 W時，隨著超聲功率的增加，姜黃素提取率不斷降低，這是由于較高的超聲功率導致提取溫度升高，過高的溫度會對目標物質的穩定性造成影響，導致其降解或損失；另外，超聲功率會引起溶劑中的氣泡形成和劇烈的液體振蕩，增加溶劑的揮發速度，導致溶劑的損失，從而影響了姜黃油和姜黃素的提取效果。

2.1.4" 超聲時間對姜黃素和姜黃油提取率的影響

由圖4可知，當超聲時間小于30 min時，隨著超聲時間的增加，姜黃素和姜黃油的提取率均不斷升高，超聲波的作用可以促進細胞破碎和溶解，從而釋放目標物質，適當的超聲時間可以增加樣品與提取劑之間的接觸時間，使得姜黃素和姜黃油更充分地溶解到提取劑中，超聲波的振蕩作用能夠加速物質的傳質過程，促進目標物質從細胞內部釋放到提取劑中，從而提高提取率。當超聲時間超過40 min時，隨著超聲時間不斷增加，姜黃素和姜黃油的提取率均呈現下降趨勢，這是由于長時間的超聲處理可能導致樣品和提取劑的溫度升高，超過適宜的范圍，使目標物質熱降解或失活，另外，長時間的超聲處理會消耗較多的超聲能量，使得能量傳遞不均勻或能量損失增加，降低姜黃油和姜黃素的提取率。

2.1.5" 超聲溫度對姜黃素和姜黃油提取率的影響

由圖5可知，當超聲溫度低于50 ℃時，隨著超聲溫度的增加，姜黃素和姜黃油的提取率均不斷升高，適當的超聲溫度可以增加物質的擴散速率和分子的運動能量，從而促進姜黃素和姜黃油的釋放和溶解。當超聲溫度超過50 ℃時，隨著超聲溫度的增加，姜黃素和姜黃油的提取率均呈現下降趨勢。姜黃素和姜黃油的最佳超聲溫度為40～60 ℃。

2.2" 姜黃素和姜黃油試驗優化結果

2.2.1" PB試驗顯著性分析

利用PB試驗對單因素試驗結果進行分析，結果見圖6。乙醇濃度、料液比和超聲功率3個影響因素對姜黃素和姜黃油提取率的影響最顯著，其他影響因素對姜黃素和姜黃油提取率的影響較小。

2.2.2" 正交試驗優化

根據PB試驗結果，獲得3個對姜黃素和姜黃油提取率影響最顯著的因素，利用軟件Design-Expert 8.06進行三因素三水平正交試驗，結果見表3。

根據表3中的試驗結果，利用Design-Expert 8.06軟件進行響應面分析，獲得擬合方程：R2=6.89+0.55A+0.16B+0.36C－0.76AB+0.66AC+0.45BC－0.95A2－1.03B2－1.68C2。綜合考慮，確定姜黃素和姜黃油提取的最佳加工工藝為編號14，即最佳加工工藝為乙醇濃度60%、料液比1∶15、超聲功率210 W、超聲時間40 min和超聲溫度50 ℃。

3" 小結

姜黃素和姜黃油的優化提取工藝可以減少原材料和能源的浪費，降低生產成本。通過合理調整提取條件，可以實現高效、經濟的提取過程，提高姜黃素和姜黃油的產量和質量，降低生產成本，也能提高姜黃素和姜黃油產品的純度和活性，去除或減少非目標成分的干擾。通過有效的分離和純化方法，可以獲得高純度的姜黃素和姜黃油產品，確保產品的質量和安全性。

本研究通過單因素試驗、PB試驗和正交試驗，對姜黃中姜黃素和姜黃油的最佳提取工藝進行研究，結果表明，最佳提取工藝為乙醇濃度60%、料液比1∶15、超聲功率210 W、超聲時間40 min和超聲溫度50 ℃。

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