姜黄素和姜黄油同步提取工艺

谷政伟，姚 磊，李 丹

（湖南航天天麓新材料检测有限责任公司，长沙 410004）

0 引言

姜黄系姜科姜黄属（CurcumalongaL.）多年生草本［1］，属于药食同源植物。姜黄原产于印度，现广泛分布在我国的热带及亚热带地区［2］。姜黄根茎含姜黄素和姜黄油，二者皆含有抑制肿瘤［3］、抗氧化和抑菌等活性成分［4-5］，具有多种用途［6］。

乙醇价格低廉，具有毒性小和易回收等优点，常被用作天然产物提取溶剂。在提取过程中，采用超声波作辅助，能促进原料的细胞破壁或变形，使目标成分提取更充分、快速［7］。

目前，已有大量关于单独提取姜黄素或姜黄油工艺的公开文献［8-9］，但姜黄素和姜黄油的同步提取工艺鲜见报道。为提高姜黄的利用率，本文根据姜黄素和姜黄油皆溶于乙醇而难溶于水的性质，以乙醇为提取溶剂，采用超声波辅助同步提取姜黄素和姜黄油，并用水沉技术对它们进行分离，以期为姜黄的综合开发与利用提供参考。

1 材料与试验方法

1.1 材料与试剂

姜黄素标准品（纯度：HPLC≥98%，上海源叶生物科技有限公司）；其他试剂均为国产；姜黄（姜黄素含量3.83%，姜黄油含量5.09%）：购自市场。

1.2 仪器与设备

BJ-800A型中药粉碎机（德清拜杰电器有限公司）；KQ5200DE型数控超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；RE-301型旋转蒸发仪（上海科雳仪器设备有限公司）；1260型高效液相色谱仪（安捷伦科技有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 姜黄素和姜黄油的提取

把姜黄在50 ℃条件下干燥6 h，粉碎，过60目筛。称取100 g姜黄放入提取瓶中，加入乙醇，手动搅拌1 min。将瓶口盖上保鲜膜并在四周裹上黑色塑料薄膜，放入超声波清洗器。设定提取温度和提取时间，开启超声波清洗器，在提取过程中每过10 min手动搅拌1次。待超声处理完毕，收集浸出液，经旋转蒸发回收乙醇，浓缩至约100 mL。待浓缩液冷却后转入烧杯中，加入10 倍体积的水。杯口盖上保鲜膜并在四周裹上黑色塑料薄膜，放入冰箱（8 ℃）静置12 h。上层液经分液漏斗分液和离心作用得到姜黄油，沉淀经水洗后干燥（50 ℃）得姜黄素。

1.3.2 姜黄素标准曲线的制作

取20 mg姜黄素标准品溶于适量乙醇并定容至100 mL容量瓶，得到浓度为200 mg/L的姜黄素标准中间液。分别取上述标准中间液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，得到浓度分别为 0.40，1.00，10.00，20.00，40.00 mg/L的标准使用液。液相色谱条件如下，色谱柱：Kromasil C18 柱（250 mm × 4.66 mm，5 µm）；流动相：A（0.1%甲酸水溶液），B（0.1%甲酸乙腈溶液），体积比45：55；洗脱方式：等度，18 min；柱温：25 ℃；进样量 15 µL；流速：1.00 mL/min；检测器检测波长：420 nm。

将标准使用液注入高效液相色谱，以浓度为横坐标，以峰面积为纵坐标制作标准曲线，得曲线方程Y=116.217 527X+0.031 892 8，R=0.999 90。

1.3.3 公式计算

姜黄素提取得率按下式计算：

式中w——姜黄素提取得率，%；

m1——姜黄素的质量，g；

M1——姜黄原料的质量，g。

姜黄油提取得率按下式计算：

式中b——姜黄油提取得率，%；

m2——姜黄油的质量，g。

姜黄素纯度按下式计算：

式中p——姜黄素纯度，%；

m3——姜黄素粗品中姜黄素的质量，g；

M2——姜黄素粗品的质量，g。

1.3.4 单因素试验设计

以提取温度40 ℃、提取时间30 min和提取次数1 次为试验的基础条件，以姜黄素和姜黄油提取得率为评价指标，依次考察液料比分别为5：1、10：1、15：1、20：1、25：1、30：1 mL/g，提取温度分别为 30，40，50，60，70 ℃，提取时间分别为 30，40，50，60，70，80 min 和提取次数分别为 1，2，3，4次条件下，对姜黄素和姜黄油提取得率的影响。

1.3.5 响应面试验设计

在单因素正交试验的基础上，以姜黄素和姜黄油的总提取得率Y为评价指标，利用响应面软件Design Expert8.0.6对液料比A、提取温度B和提取时间C这3个参数进行优化。试验因素及水平如表1所示。

表1 响应面试验因素及水平表Tab.1 The factors and levels of response surface experiment

1.3.6 数据处理

使用Excel2010和Design Expert8.0.6软件进行试验数据统计分析，建立方程模型和作图。

2 结果与分析

2.1 液料比对姜黄素和姜黄油提取得率的影响

液料比对姜黄素和姜黄油得率影响结果如图1所示。在 5：1～15：1 mL/g范围内，当液料比增大，姜黄素和姜黄油提取得率上升；当液料比大于15：1 mL/g，姜黄素提取得率变化不明显，姜黄油提取得率继续增加；当液料比大于20：1 mL/g，姜黄油提取得率变化不明显。考虑到液料比增大，会加大回收乙醇的工作量，因此在后续的单因素试验中，把液料比定为15：1 mL/g。

图1 液料比对姜黄素和姜黄油提取得率的影响Fig.1 The influence of liquid-solid ratio on extraction rate of curcumin and turmeric oil

2.2 温度对姜黄素和姜黄油提取得率的影响

温度对姜黄素和姜黄油提取得率的影响结果如图2。在40 ℃～60 ℃范围内，姜黄素和姜黄油提取得率随温度升高而增大；当提取温度大于60 ℃，姜黄素和姜黄油提取得率降低。因此在后续的单因素试验中，把提取温度定为60 ℃。

图2 提取温度对姜黄素和姜黄油提取得率的影响Fig.2 The influence of extraction temperature on extraction rate of curcumin and turmeric oil

2.3 提取时间对姜黄素和姜黄油提取得率的影响

提取时间对姜黄素和姜黄油提取得率的影响如图3所示。

图3 提取时间对姜黄素和姜黄油提取得率的影响Fig.3 The influence of extraction time on extraction rate of curcumin and turmeric oil

如图3所示，在30～50 min范围内，姜黄素和姜黄油提取得率随提取时间延长而增大；当提取时间大于50 min，姜黄素提取得率变化不明显，姜黄油提取得率继续增加；当提取时间大于60 min，姜黄油提取得率变化不明显。这是因为当提取时间大于50 min，两相中的姜黄素浓度已达到动态平衡；当提取时间大于60 min，两相中的姜黄油浓度达到动态平衡［10-11］。考虑提取时间越长，杂质溶出越多，所以在后续的单因素试验中，把提取时间定为50 min。

2.4 提取次数对姜黄素和姜黄油提取得率的影响

当提取次数大于2次，姜黄素和姜黄油的提取得率变化不明显，如图4所示。因此把提取次数定为2次。

图4 提取次数对姜黄素和姜黄油提取得率的影响Fig.4 The influence of number of extraction times on extraction rate of curcumin and turmeric oil

2.5 响应面试验优化

2.5.1 响应面试验优化结果

响应面试验结果如表2所示。数据利用Design Expert 8.0.6进行回归分析，得到总提取得率Y的二次回归方程如下：

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

回归方程各项的方差分析结果见表3。此模型P<0.01，表明达到了极显著的水平。A、B、C、AB、BC、A2、B2和C2是差异极显著变量（P＜0.01），AC是差异不显著变量（P＞0.05）。从F值可知，各因素对总提取得率影响大小顺序是B＞C＞A。回归方程的决定系数（R2）为0.997 8，说明模型能较好的描述试验结果。模型修正决定系数（RAdj2）为0.995 0，说明模型能解释99.50%的试验结果。失拟值为0.264 3，不显著（P＞0.05），说明回归方程拟合度好。

表3 响应面回归统计方差分析结果Tab.3 The results of regression analysis of statistical variance of response surface experiment

2.5.2 最佳提取工艺提取条件的确定及验证试验

根据二次线性回归方程的分析结果，姜黄素和姜黄油的最优提取条件：液料比18：1 mL/g、提取温度65 ℃、提取时间55 min，提取2 次，姜黄素和姜黄油总提取得率的预测值为8.16%。在上述条件下，进行5组平行试验。结果发现姜黄素提取得率3.54%、纯度32.13%；姜黄油提取得率4.59%；总提取得率8.13%，相对误差0.368%。表明该模型适用于从姜黄中同步提取姜黄素和姜黄油。

3 结语

本文以姜黄为原料，同步提取姜黄素和姜黄油，结合单因素和响应面试验优化提取工艺参数。结果发现在液料比18：1 mL/g、提取温度65 ℃和提取2 次条件下，超声波作用55 min，姜黄素提取得率3.54%、纯度32.13%；姜黄油提取得率4.59%。这一成果对姜黄的进一步开发有一定参考价值。