干燥工艺对姜黄中姜黄素类化合物和挥发油的影响

田思慧 董春萍 王车礼

(1.常州大学石油化工学院，江苏 常州 213164；2.常州大学药学院，江苏 常州 213164)

姜黄(CurcumalongaL.)是姜黄属植物[1]，是提取姜黄挥发油和姜黄素类化合物的重要植物资源[2-3]。姜黄挥发油主要由倍半萜类物质和酚类物质组成，主要活性成分的结构见图1(a)[4]，其中，姜黄酮类物质(芳姜黄酮、α-姜黄酮、β-姜黄酮)能够有效清除自由基，抑制癌细胞的繁殖等药理作用[5-7]，临床上，已将姜黄挥发油作为抗癌药物投入使用[8-11]。研究[12]表明，姜黄挥发油具有明显的热不稳定性，随着加热温度的升高，挥发油组成发生极大的变化。

姜黄素类化合物是指双去甲氧基姜黄素(BDMC)、去甲氧基姜黄素(DMC)和姜黄素(Cur)，姜黄素类化合物组成如图1(b)所示。姜黄素类化合物也具有抗氧化、抗炎、抗癌、清除自由基、抗微生物以及保护心脑血管系统、调节消化系统、利肝等多方面的药理作用[13-15]。此外，姜黄素类化合物3种物质的药理活性也存在差异，在抗癌、抗炎及抗氧化等方面，Cur活性最强；在降血脂方面，DMC活性最强；在保肝利肝等方面，BDMC活性最强，姜黄素为一种不稳定性物质，3种物质中DMC对姜黄素的稳定作用最强，为姜黄素的天然稳定剂[16]。当从姜黄中提取姜黄素类化合物时，产物为3种物质组成的混合物，其组成比例受多种因素影响，如生长环境、采后初加工方式、干燥温度及时间等。

图1 姜黄挥发油中主要物质化学结构和姜黄素类化合物组成Figure 1 Chemical structure of main substances in turmeric volatile oil and composition of curcumin compounds

中药材干燥作为初加工过程中不可或缺的步骤之一，也是影响中药材质量的重要环节之一。调查发现对姜黄有关的初加工研究较少，尤其是初加工时温度的选择往往参差不齐，例如，羊青等[17]在研究中使用60 ℃对姜黄进行干燥处理；强悦越等[18]在姜黄挥发油成分研究中使用80 ℃对姜黄进行预处理。目前相关研究往往集中在干燥方式对于成分的影响[19-22]，姜黄挥发油和姜黄素类化合物的研究往往集中在药理活性或者提取工艺方面，有关干燥温度及时间对两者的影响研究较少。但是姜黄素类化合物和姜黄挥发油均为光、热不稳定性物质，受温度及时间的影响较大，有关姜黄挥发油及姜黄素类化合物热稳定性的有一定研究及报道[12,17]，但是在温度和时间的影响下，两者的动态变化未见报道，其他姜黄属科植物如温莪术挥发油的动态变化已有报道[23]。因此，研究拟探究不同干燥温度及时间对于姜黄内主要成分的影响，以期为提高姜黄产品品质，规范姜黄采后初加工提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

姜黄：2019年5月份采购于四川省犍为县，经鉴定为姜黄(CurcumalongaL.)的根茎(含水率≤ 8%)，并贮藏在阴凉干燥处；

纯水：实验室自制；

甲苯、无水乙醇、冰醋酸、丙酮：分析纯，国药集团化学试剂有限公司；

乙腈：色谱纯，上海星可高纯溶剂有限公司；

姜黄素、去甲氧基姜黄素和双去甲氧基姜黄素标准品：纯度≥98%，四川维克期生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

电子天平：LQ-A20001型，上海五鑫衡器有限公司；

电热恒温油浴锅：DF-101S型，常州金坛良友仪器有限公司；

气相色谱—质谱联用仪：GCMS-QP2010型，日本岛津公司；

挥发油提取器：HAHFY0500型，千马实验设备有限公司；

中草药破碎机：SE-750型，永康市圣象电器有限公司；

鼓风干燥箱：DHG-9070A型，上海鳌珍仪器制造有限公司；

高效液相色谱仪自动进样：Agilent LC-1260型，美国安捷伦公司；

超声波清洗机：JS-031SD型，深圳市超洁科技实业有限公司；

高速离心机：TD16G型，盐城市凯特实验仪器有限公司。

1.3 姜黄粉末的制备

选取姜黄根茎，使用中草药破碎机破碎，筛选出40～60目的姜黄粉末，使用鼓风干燥机对姜黄进行处理。分别选取温度为60，80，100，120，150 ℃，处理时间为2，4，6，8，10 h的姜黄粉末。将所得的姜黄粉末放置于干燥器中进行冷却，并称量重量，待检测其主要成分含量。

1.4 姜黄中姜黄素类化合物的提取与测定方法

1.4.1 姜黄素类化合物的提取 根据文献[24]修改如下：称取热处理后的姜黄粉末1.00 g于150 mL锥形瓶内，加入30 mL的90%乙醇超声提取(功率为400 W，40 ℃)15 min，离心机转速为9 000 r/min，离心10 min，重复提取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 姜黄素类化合物标准溶液的制备 分别精密称取5 mg的Cur、DMC、BDMC标准品，一起放入10 mL棕色容量瓶中并用甲醇定容至刻度。再通过等梯度稀释，配制成1，2，20，40，100，200，300，500 mg/L的混合标准液。

1.4.3 姜黄素类化合物测定的液相条件 根据文献[24]修改如下：液相色谱柱：Poroshell 120 EC-C18(4.6 mm×150 mm，4 μm)，流动相为乙腈—pH 3.5磷酸水(V乙腈∶V磷酸水=45∶55)，流速1.0 mL/min，柱温25 ℃，紫外灯波长425 nm，进样量20 μL，检测时间11 min。

1.4.4 姜黄素类化合物得率的计算 将提取的姜黄素类化合物溶液稀释一定倍数后，在上述色谱条件下进样分析，根据标准曲线计算溶液中Cur、BDMC、DMC的质量浓度，按照式(1)计算提取率。

(1)

式中：

X——姜黄中Cur、BDMC、DMC得率，%；

C——测定液中Cur、BDMC、DMC的质量浓度，g/mL；

V——提取液体积，mL；

N——稀释倍数；

m——姜黄质量，g。

1.5 姜黄挥发油的提取与测定方法

1.5.1 姜黄挥发油的提取及得油率计算 根据文献[25]修改如下：取热处理后的姜黄粉末20.00 g，加入9.5倍量水，浸泡0.5 h，水蒸气蒸馏法提取7 h，收集挥发油，避光冷藏保存备用。挥发油得油率按式(2)计算。

(2)

式中：

X——姜黄中姜黄挥发油得率，%；

V——提取出挥发油的体积，mL；

m——姜黄质量，g。

1.5.2 姜黄挥发油气相色谱—质谱测定前处理 准确吸取提取出的姜黄挥发油0.20 mL，加入丙酮1.80 mL，使用0.45 μm滤膜进行过滤，进行气相色谱—质谱分析得挥发油的总离子流。经过NIST谱库检索和人工解析，查阅文献鉴定化合物，并以峰面积归一法计算各色谱峰的相对含量。

1.5.3 姜黄挥发油测定的气相色谱—质谱条件 参照文献[26]。

2 结果与讨论

2.1 热处理条件对姜黄素类化合物的影响

2.1.1 姜黄素类化合物标准曲线的绘制 BDMC、DMC和Cur标准品的色谱图如图2所示，BDMC的保留时间为7.380 min，DMC的保留时间为8.291 min，Cur的保留时间为9.305 min，3种化合物能够实现基线分离。以峰面积为纵坐标(Y)，测定浓度为横坐标(X)，绘制标准曲线，分别得到BDMC、DMC和Cur三者的回归方程及相关系数，BDMC、DMC和Cur标准曲线方程见表1。

表1 BDMC、DMC和Cur标准曲线方程Table 1 Calibration curves equations of BDMC,DMC and Cur

图2 BDMC、DMC和Cur标准品的色谱图Figure 2 Chromatograms of BDMC,DMC and Cur standards (425 nm)

2.1.2 姜黄素类化合物得率的变化 姜黄素类化合物是一种光敏性很强的物质，并且在高温条件下极不稳定[17]。如图3所示，犍为县产的姜黄中提取出的姜黄素类化合物中Cur的占比最多，DMC次之，BDMC最少。在60 ℃的热处理温度下，随着热处理时间的推移，姜黄中的BDMC得率呈先上升后下降的趋势，4 h时达到顶峰。在80 ℃ 和100 ℃的热处理温度下，BDMC得率在前2 h也呈上升趋势，之后随着时间的推移，得率逐渐下降。当热处理温度为120 ℃和150 ℃时，随着时间的延长，BDMC得率一直呈下降趋势。在60 ℃的热处理温度下，DMC得率在前4 h内呈些许上升的趋势，之后逐渐下降。当热处理温度≥ 80 ℃时，随着时间的延长，DMC得率呈下降趋势。姜黄中Cur在经过热处理之后，得率一直呈下降趋势，当热处理温度≥ 100 ℃时，下降幅度增大。结合图1 中姜黄素类化合物的化学结构，推测可能存在3种物质之间的转化，对姜黄进行热处理时，DMC和Cur的结构上的甲氧基基团脱落从而转变为BDMC，造成BDMC得率上升，但是随着热处理温度的进一步升高，热处理时间的延长，姜黄素类化合物的主体结构受到影响，从而带来姜黄素类化合物得率的整体下降。以上结果表明，在热处理温度为60 ℃和80 ℃，热处理时间≤ 4 h时，姜黄素类化合物的损失较少。

图3 不同温度及时间下姜黄素类化合物得率的变化Figure 3 Changes of the yields of curcumin compounds at different temperatures

2.2 热处理条件对姜黄挥发油得率及其组成成分的影响

2.2.1 姜黄挥发油得率的变化 如图4所示，在不同的热处理温度下，随着时间的推移，姜黄挥发油得率呈下降趋势。当热处理温度为60 ℃时，姜黄挥发油得率在前2 h 内几乎保持不变，2 h之后呈下降趋势。当热处理温度≥ 80 ℃时，姜黄挥发油得率呈下降趋势，热处理温度越高，下降幅度越大。

图4 不同温度和时间下姜黄挥发油得率的变化Figure 4 Changes of the yields of turmeric volatile oil at different temperatures and time

2.2.2 热处理条件对姜黄内挥发油成分的影响 由图4可知，在不同的热处理温度下，当热处理时间达到10 h时，挥发油得率下降幅度趋于平缓(150 ℃除外)，遂将处理时间定为10 h，并对挥发油化学成分进行分析，挥发油中相对百分含量>0.05%的成分如表2所示。

由表2可知，发现未经热处理(对照)的姜黄挥发油中相对含量在1%以上的成分有8种，占总体的90.27%；经60 ℃热处理后的姜黄挥发油中相对含量在1%以上的成分有12种，占总体的90.37%；80 ℃热处理的姜黄挥发油中相对含量在1%以上的成分有15种，占总体的92.93%；100 ℃热处理的姜黄挥发油中相对含量在1%以上的成分有13种，占总体的90.20%；120 ℃热处理的姜黄挥发油中相对含量在1%以上的成分有14种，占总体的88.49%；150 ℃热处理后的姜黄挥发油中相对含量在1%以上的成分有14种，占总体的87.15%。由此可见，当热处理温度为80 ℃时，姜黄挥发油中的主要成分的种类较多，占总体含量较高。

表2 不同温度下姜黄挥发油组成及相对含量Table 2 Composition and relative content of turmeric volatile oil at different temperatures

续表2

不同热处理温度对姜黄挥发油中具有药理活性成分的影响也各有差异，如热处理温度的升高使得异丁香烯的相对含量呈下降趋势，但在150 ℃时翻倍增加；而对于α-姜黄烯、姜烯和β-倍半水芹烯，80 ℃的热处理温度可以获得较高的相对含量；随着热处理温度的升高，芳姜黄酮和β-姜黄酮的相对含量整体呈缓慢上升的趋势，而姜黄挥发油中占比最高的α-姜黄酮的相对含量却出现明显的下降，结合图1(a)中这几种成分的化学结构，推测热处理使得热敏性成分α-姜黄酮发生分解及转化，使得芳姜黄酮和β-姜黄酮的相对含量上升。此外，每个热处理温度下，姜黄挥发油中一些成分的相对含量降低甚至消失，同时伴随着一些特异性成分的出现，这些现象表明姜黄挥发油内存在热敏性物质，经过热处理后会发生受热分解，姜黄挥发油内成分具体发生怎样的热分解及转化，还在进一步的研究中。

目前姜黄挥发油中具有药理活性的成分主要为6种化合物即α-姜黄烯、β-倍半水芹烯、姜烯、芳姜黄酮、α-姜黄酮和β-姜黄酮[27-28]，结合图4和表2的结果，接下来探究60 ℃和80 ℃下，不同热处理时间对这6种主要成分的影响，结果见图5。由图5可知，当热处理时间为4 h时，检测出6种主要成分的相对百分含量之和最高，且热处理温度为80 ℃时的结果优于60 ℃。热处理温度为80 ℃，时间为4 h时，姜黄挥发油GC-MS总离子流图如图6所示。

图5 60 ℃和80 ℃下6种主要成分的相对百分含量之和Figure 5 Sum of relative content of six main components at 60 ℃ and 80 ℃

图6 热处理条件为80 ℃，4 h时姜黄挥发油的总离子流图Figure 6 Total ion flow diagram of turmeric volatile oil at 80 ℃,4 h

3 结论

通过高效液相色谱对姜黄素类化合物进行分析检测发现：当处理温度≤80 ℃，反应时间≤4 h时，此时提取出的姜黄素化合物的中双去甲氧基姜黄素含量上升，去甲氧基姜黄素和姜黄素含量持平，并且姜黄素整体稳定性较好。此时提取出的姜黄素类化合物在保肝利肝等方面的药效会更好。通过气相色谱—质谱法对姜黄挥发油进行成分检测并分析发现：温度及时间对于挥发油的影响较大，当温度为80 ℃，时间为4 h，此时挥发油得率损失较少，且挥发油中主要药理活性成分(α-姜黄烯、β-倍半水芹烯、姜烯、芳姜黄酮、α-姜黄酮和β-姜黄酮)的相对含量占比较高，在此温度和时间下得到的姜黄挥发油抗炎抗菌的效果会更好。后续可以对相应温度及时间下所提取的姜黄素类化合物和姜黄挥发油的药理活性进一步进行验证，并对两者成分的转化机理进行进一步研究。