冷却结晶分离纯化姜黄素

陈凌通

（浙江瓯华化工进出口有限公司，浙江 台州 318000）

0 引言

姜黄素是印度香料姜黄（Curcuma longa）的主要活性成分，具有广泛的生物活性（抗菌、抗炎和抗癌特性）[1]。目前市售的姜黄色素通常为姜黄素、脱甲氧基姜黄素及双脱甲氧基姜黄素等多种物质的混合物。粗姜黄素含有大量结构非常相似的化合物，称为类姜黄素，通常约17%的去甲氧基姜黄素（DMC）和3%的双去甲氧基姜黄素（BDMC）[2]。这使得姜黄素的分离和纯化非常具有挑战性[3]。

结晶是工业中最常用的单元操作之一。纯度通常是结晶过程的关键目标，但杂质也会对工艺性能和结晶产品质量）产生重大影响。结构相关的杂质（通常是副产物或未反应的反应物）难以通过结晶完全除去。目前分离和纯化的主要方法主要有：（1）张玉领等[4]将氯仿：甲醇（75∶25）的混合溶剂作为洗脱剂，采用硅胶柱层析方法对姜黄素的提取液进一步洗脱纯化。（2）戴汉松等[5]将姜黄素粗品用正丙醇重结晶2次，获得橙色针状的姜黄素晶体。重结晶法操作简单、损耗较小、纯度更高，可以得到姜黄素单晶。也有将两种方法结合，先将粗品溶解于丙酮中，采用柱层析梯度淋洗，得到的黄色粉末用氯仿和甲醇反复重结晶[6]。大多数情况下，色谱方法[7-8]在实验室规模上用于分离单个类姜黄素，通常使用硅胶作为固定相，不同的溶剂系统使用氯仿和甲醇进行最佳的色谱分离。然而，从工业生产的观点来看，结晶过程通常是优选的。姜黄素有三种晶型，其形式Ⅰ是热力学稳定的，另外两种亚稳态形式（形式Ⅱ和形式Ⅲ）是斜方晶系。本文通过连续冷却结晶对粗姜黄素纯化的实验进行研究，制备高纯度的姜黄素。

1 原材料和方法

1.1 原材料

异丙醇、乙醇、乙腈：购于上海凌峰化学试剂有限公司；姜黄素粗品根据文献方法[9-10]自制，HPLC分析粗姜黄素组合物为78.6%CUR，17.7%DMC和3.6%BDMC。

1.2 实验程序

结晶实验在300 mL玻璃反应器中进行，为了改善混合并防止在搅拌过程中形成涡流，反应容器装有两个宽度为15 mm的垂直底座，彼此径向相对放置。将底部放置在反应器内壁上的小间隙处，以避免颗粒沉积物的积聚。在所有实验中将搅拌速率设定为400 r/min。将温度传感器置于反应容器中，并连接温度控制系统，控制反应器中的温度。在添加晶种实验中，在开始冷却程序后立即将晶种（溶解的总姜黄素的5%）在初始温度下引入体系中。在每个实验结束时，过滤，用少量异丙醇/水彻底洗涤，并在60℃下干燥。

1.3 分析方法

液相检测条件：依利特色谱柱（5μm，4.6×250 mm），进样量为20μL，检测波长为280 nm，柱温为35℃，流速为1 mL/min。流动相：水：乙腈=30：70（v/v）。

2 结果与讨论

2.1 结晶溶剂的筛选

表1 姜黄素、去甲氧基姜黄素、双去甲氧基姜黄素的结构以及溶解度

从表1可以看出，异丙醇对DMC和BDMC的溶解度较大，达到16.2 g/L和8.2 g/L。而对CUR的溶解度溶解度仅有1.0 g/L。这有利于杂质溶解在母液中，姜黄素的析出、纯化。异丙醇为重结晶的最佳溶剂。

2.2 粒径和形状分布

图1 姜黄素的晶习及粉末衍射图

如图1所示，姜黄素粉末在2300倍的放大倍数下，表面形态为光滑的柱状。姜黄素在8.98°、12.3°、14.7°、17.5°、23.5°、24.7°、25.7°、27.5°有较强的特征衍射峰。

2.3 纯化效率

结晶姜黄素样品的HPLC分析结果显示在表2中。结果表明：如果缓慢冷却，则可以达到更高的纯度，一次结晶最高可以达到93.5%。另外，加晶种也有助于提高纯度。在磁力搅拌和缓慢冷却下添加晶种在实验中达到最高纯度。然而，相比之下，在机械搅拌体系中，结晶姜黄素的纯度明显较低，在机械搅拌和高冷却速率，并且不加晶种的结晶实验中达到最低纯度，为90.6%。姜黄素样品的最终纯度为93.6%～98.9%。在第一结晶步骤后93.5%纯度的姜黄素，并且在3次连续结晶后获得99.8%的纯度。

表2 不同的结晶工艺条件对收率及含量的影响

3 结论

姜黄素的冷却结晶对工艺参数敏感，包括搅拌形式、冷却速率和是否添加晶种。磁力搅拌的收率要高于机械搅拌。以10℃/min的速率下降温，磁力搅拌，加晶种的条件下，姜黄素一次结晶的收率可以到达83.1%，纯度达到93.5%。经过三次结晶纯度可以达到99.8%。该研究的结果有助于更详细地了解工艺对姜黄素结晶性能和最终晶体性质的影响。