離子液體[BMIM]PF6酶法輔助提取姜黃揮發(fā)油工藝優(yōu)化及成分分析

盧彩會，牟德華

離子液體[BMIM]PF6酶法輔助提取姜黃揮發(fā)油工藝優(yōu)化及成分分析

盧彩會，牟德華*

（河北科技大學生物科學與工程學院，河北 石家莊 050000）

以姜黃粉為原料，采用響應面試驗設計對離子液體[BMIM]PF6結合酶法提取姜黃揮發(fā)油的工藝進行優(yōu)化。以離子液體添加量、纖維素酶添加量、液料比和酶解溫度為自變量，姜黃揮發(fā)油含量為響應值，優(yōu)化得到姜黃揮發(fā)油最佳提取工藝條件為離子液體添加量體積分數18%、纖維素酶添加量質量分數1.4%、液料比10∶1（mL/g）、 酶解溫度50 ℃，在此條件下姜黃揮發(fā)油含量為5.0 mL/g。將水蒸氣蒸餾和離子液體酶2 種方法制得的姜黃揮發(fā)油經氣相色譜-質譜分析，分別鑒定出48 種和53 種組分，主要為倍半萜烯類物質，占相對含量的74.49%和84.57%。與水蒸氣蒸餾法相比，離子液體酶法獲得的姜黃揮發(fā)油組分也有所增加。2 種提取方法得到的姜黃揮發(fā)油其主要成分相同，但相對含量有所差別。其中水蒸氣蒸餾法得到的芳姜黃酮、姜黃新酮和1-（1,5-二甲基-4-己烯-1-基）-4-甲基苯的相對含量為42.86%、13.71%和7.22%；離子液體酶法分別為39.37%、15.02%和9.12%。

離子液體[BMIM]PF6；纖維素酶；姜黃揮發(fā)油；組分

姜黃（Curcuma longa L.）是姜科屬多年生草本植物姜黃的根莖，主要成分為姜黃素和姜黃揮發(fā)油[1]。姜黃揮發(fā)油的提取方法多為水蒸氣蒸餾法，劉江等[2]采用水蒸氣蒸餾法提取姜黃揮發(fā)油，并對提取工藝進行了優(yōu)化，得到最適工藝條件下的姜黃揮發(fā)油得率為3.6%；李瑞敏等[3]采用水蒸氣蒸餾法提取姜黃揮發(fā)油，姜黃揮發(fā)油得率僅為2.13%。也有一些報道采用新型的提 取方法，如微波輔助提取法、超聲輔助提取法、超臨界提取法亞臨界水萃取法[4]。姜黃揮發(fā)油所含成分極其復雜，一般有數十種至數百種組分，主要有脂肪類化合物、萜類化合物、芳香族化合物，如姜黃烯、倍半萜烯、姜黃酮和脂肪酸等物質[5]，且不同地區(qū)、不同品種、不同年份的姜黃得到的姜黃揮發(fā)油成分也有很大的差別[6]。姜黃揮發(fā)油具有抗氧化、抗癌、抗炎、抑菌、止咳等功能，多應用于食品、化妝品和醫(yī)藥行業(yè)[7-8]。

離子液體是指在室溫或接近室溫條件下呈現液態(tài)的、完全由陰陽離子所組成的鹽，也稱為低溫熔融鹽[9]。與傳統有機溶劑相比，離子液體具有蒸汽壓低、黏度范圍寬、導電性好、溶解能力強及熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點[10]。同時，離子液體還具有良好的可設計性，即可通過陰陽離子組合或基團修飾來調節(jié)其極性、溶解度、疏水性或親水性等物理化學性質[11]。離子液體與酶結合提取植物揮發(fā)油，離子液體既能作為生物催化介質，提高酶的活性及酶解產物的得率，也能作為萃取介質，替代傳統的有機溶劑，提高萃取率和選擇性[12]。同時離子液體能夠有效穩(wěn)定酶-底物的過渡態(tài)，降低反應活化能，使酶表現出較高的催化活性[13]。離子液體作為綠色溶劑，在環(huán)境友好型和回收利用方面具有無可替代的優(yōu)勢和潛力，非常適用于對安全性要求較高的醫(yī)藥和食品行業(yè)[14]。

本實驗主要研究離子液體[BMIM]PF6酶法提取姜黃揮發(fā)油的工藝并對其進行優(yōu)化，并且比較傳統水蒸氣蒸餾與離子液體酶2 種提取方法得到的姜黃揮發(fā)油成分的區(qū)別，為姜黃揮發(fā)油的提取及應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

姜黃，2014年產于印度卡納塔克邦；纖維素酶（酶活≥400 U/mg） 上海寶曼生物科技有限公司；離子液體[BMIM]PF6（1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽）（純度99%） 上海成捷化學有限公司；檸檬酸、磷酸氫二鈉（分析純） 天津市津東天正精細化學試劑廠；乙醚（分析純） 天津市永大化學試劑有限公司。

DELA 320型pH計 梅特勒-托利多儀器有限公司；HAHFY0500型揮發(fā)油提取裝置 上海臻潯金屬制品有限公司；7820-5975C氣相色譜-質譜聯用儀 美國安捷倫公司；AR1140電子分析天平 奧豪斯國際貿易（上海）有限公司。

1.2 方法

1.2.1 姜黃粉的制備

將姜黃自然晾曬干燥，用粉碎機打碎，過40 目篩，得到姜黃粉，使用前放置在80 ℃左右干燥箱中烘干至水分含量低于0.5%，放于干燥器中備用。

1.2.2 水蒸氣蒸餾法提取姜黃揮發(fā)油

姜黃揮發(fā)油的水蒸氣蒸餾法參照《中國藥典》2015（一部）附錄揮發(fā)油測定法[15]，以揮發(fā)油含量為考察指標。姜黃揮發(fā)油含量按下式計算：

1.2.3 離子液體酶法協同輔助制取姜黃揮發(fā)油

稱取10 g姜黃粉于圓底燒瓶中，加入纖維素酶和含離子液體[BMIM]PF6的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液（pH 4.0）混勻，置于恒溫搖床中酶解90 min，用揮發(fā)油提取裝置提取15 min，讀取體積并收集姜黃揮發(fā)油，無水硫酸鈉進行干燥，放于4 ℃的冰箱中保存?zhèn)溆谩⑹Ｓ嗵崛∫哼^濾去渣，取上清液靜置，[BMIM]PF6、緩沖液雙相體系會自動分層，上層為緩沖液，下層為離子液體相。通過分液漏斗進行分層后，收集下層離子液體相，經過旋轉蒸發(fā)得到無色透明黏稠狀液體，即離子液體[BMIM]PF6，可循環(huán)使用。

1.2.4 單因素試驗

單因素試驗各因素水平設置如下：離子液體添加量為總體積的0%、5%、10%、15%、20%、25%，纖維素酶添加量為樣品質量的0%、0.2%、0.5%、1%、1.5%、2%，液料比為6∶1、8∶1、10∶1、12∶1、14∶1（mL/g），酶解溫度為30、40、50、60、70 ℃。分別考察上述4 個因素對姜黃揮發(fā)油含量的影響，姜黃揮發(fā)油含量按1.2.2節(jié)公式計算。

1.2.5 提取工藝優(yōu)化

在單因素試驗結果的基礎上，采用響應面分析法，利用Box-Behnken試驗原理，以離子液體添加量、纖維素酶添加量、液料比及酶解溫度為變量，姜黃揮發(fā)油含量為響應值，選用二次回歸方程，進行精油提取工藝條件的優(yōu)化，見表1。

表 1 響應面試驗因素與水平Table 1 Coded and actual values for the factors used in response surface analysis

1.2.6 姜黃揮發(fā)油組分的氣相色譜-質譜測定

氣相色譜條件：HP-5色譜柱（30.0 m×0.25 mm，0.25 μm）；升溫程序：初溫50 ℃，保持2 min，以15 ℃/min的速率上升至128 ℃，保持2 min，再以1 ℃/min的速率上升至168 ℃，保持3 min，最后以15 ℃/min的速率上升至259 ℃并保持2 min；載氣為高純He；載氣流量1 mL/min；進樣量1 μL；進樣口溫度230 ℃；分流比5∶1。

質譜條件：電子電離源；電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；溶劑延遲時間3 min；質量掃描范圍45～550 u。

1.2.7 定性和定量分析

通過對總離子流圖中各色譜峰相應的質譜圖進行NIST 05.1和NIST 05-ILB譜庫檢索，人工譜圖解析，根據各峰的質譜裂片，參考有關文獻[16-19]對各峰的英文名稱及分子式等方面進行比較，并且根據保留時間和其他可靠的質譜標準進行最后鑒定。定量分析結果依據總離子流色譜峰的峰面積歸一化法來計算各組分的相對含量。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 離子液體添加量對姜黃揮發(fā)油含量的影響

圖 1 離子液體添加量對姜黃揮發(fā)油含量的影響Fig. 1 Effect of ionic liquid concentration on the extraction yield of curcuma oil

離子液體具有較強的催化活性，在與酶結合提取植物揮發(fā)油時，酶活性都比其在有機溶劑中高[20]。如圖1所示，在離子液體添加量為0%～15%時，姜黃揮發(fā)油的含量隨著離子液體添加量的增加而增加，當添加量達到15%時，姜黃揮發(fā)油含量達到5.2 mL/g，其后隨著離子液體添加量的增加，姜黃揮發(fā)油的含量反而下降。適當的離子液體添加能夠增強纖維素酶的催化活性，當離子液體添加量較低時，則可能影響非酶水解反應速率，從而使反應初速率受到影響。但當離子液體添加量過大時，由于其本身較高的黏度，使得溶劑提取體系的黏度增大，降低了傳質速率，阻礙了纖維素酶與底物的結合，從而影響到纖維素酶的催化作用，降低酶解速率[21]。

2.1.2 纖維素酶添加量對姜黃揮發(fā)油含量的影響

圖 2 纖維素酶添加量對姜黃揮發(fā)油含量的影響Fig. 2 Effect of cellulase concentration on the extraction yield of curcuma oil

姜黃細胞壁主要由纖維素、半纖維素組成，纖維素容易產生分子內氫鍵及纖維素鏈之間的分子間氫鍵，并聚集形成纖維素微纖絲。當提取溶液中加入適量的纖維素酶時，能有效地破壞姜黃的細胞壁，提高提取效率[22]。如圖2A所示，在不加離子液體的情況下，姜黃揮發(fā)油含量隨著纖維素酶添加量的增加而增加，當纖維素酶添加量達到3%時，姜黃揮發(fā)油含量為3.0 mL/g。如圖2B所示，纖維素酶添加量為0%時，加入離子液體后的姜黃揮發(fā)油含量明顯提高。原因是離子液體本身對細胞壁具有很好的溶解性，能競 爭性地與纖維素形成氫鍵，且對纖維素的活性位點具有更強的親和力，更大程度地破壞纖維素微纖絲的氫鍵網狀結構，而這種作用力能夠改變纖維素的特性，破壞它的三級結構，溶解纖維素，進而顯著提高萃取效率[23]。當纖維素酶添加量在0%～1%時，姜黃揮發(fā)油含量隨著加酶量的增加而增加，當纖維素酶添加量為1%時姜黃揮發(fā)油含量達到最高值5.2 mL/g，此時纖維素酶的添加量已能夠將姜黃細胞壁破壞完全，添加過量的纖維素酶對提高含量沒有很大的影響。

由圖2A、B比較可知，隨著離子液體的加入，纖維素酶添加量從3%降低到1%，姜黃揮發(fā)油最高含量從3 mL/g升高到5.2 mL/g。原因可能是[BMIM]PF6是疏水性的離子液體，能夠形成疏水性的微環(huán)境，有利于保持酶的活性[24]；且酶在疏水性的離子液體中的表觀活化能較低，能夠增加與底物的親和能力，從而使酶的活性增強，提高酶的轉移活性[25]。也可能是因為[BMIM]PF6影響了姜黃細胞壁的離子化狀態(tài)，從而使底物的鍵更易與纖維素酶結合[26]。

2.1.3 液料比對姜黃揮發(fā)油含量的影響

圖 3 液料比對姜黃揮發(fā)油含量的影響Fig. 3 Effect of liquid-to-solid ratio on the extraction yield of curcuma oil

由圖3可知，當液料比過低時，姜黃揮發(fā)油含量比較低，且提取時出現焦糊現象。當液料比為10∶1時，姜黃揮發(fā)油含量達到最大值為5.2 mL/g，而后隨著液料比的增加，姜黃揮發(fā)油的含量并沒有繼續(xù)增大，反而出現了減小的趨勢，原因是液料比不斷增加，使得酶的濃度降低，導致酶解反應的降低，降低了提取效果。

2.1.4 酶解溫度對姜黃揮發(fā)油含量的影響

圖 4 酶解溫度對姜黃揮發(fā)油含量的影響Fig. 4 Effect of hydrolysis temperature on the extraction yield of curcuma oil

由圖4可知，當酶解溫度在50 ℃時，酶解速率最高，姜黃揮發(fā)油的含量為5.2 mL/g。當酶解溫度70 ℃時，姜黃揮發(fā)油的含量又出現上升的趨勢，可能是因為此時雖然酶的活性很低，但高溫也能破壞姜黃的細胞壁，有利于揮發(fā)油的提取，從而增加了姜黃揮發(fā)油的含量。

2.2 響應面優(yōu)化試驗設計及結果

2.2.1 Box-Behnken試驗設計及結果

以離子液體添加量、纖維素酶添加量、液料比、酶解溫度為自變量，以姜黃揮發(fā)油含量為響應值，響應面試驗分析及結果如表2所示。

表 2 響應面試驗分析及結果Table 2 Experimental design and results for response surface analysis

表 2 響應面試驗分析及結果Table 2 Experimental design and results for response surface analysis

試驗號A離子液體添加量/ %姜黃揮發(fā)油含量/（m L / g）1 1 5 1 . 0 8∶1 6 0 3 . 8 2 1 0 1 . 0 1 0∶1 6 0 4 . 0 3 1 0 1 . 5 1 0∶1 5 0 4 . 8 4 1 5 1 . 0 1 0∶1 5 0 5 . 4 5 1 5 1 . 0 8∶1 4 0 4 . 2 6 1 5 1 . 0 1 0∶1 5 0 5 . 2 7 1 5 0 . 5 8∶1 5 0 4 . 0 8 2 0 1 . 0 1 0∶1 6 0 4 . 0 9 1 5 1 . 5 1 2∶1 5 0 5 . 0 1 0 1 0 1 . 0 1 2∶1 5 0 4 . 0 1 1 1 5 0 . 5 1 0∶1 6 0 3 . 6 1 2 2 0 1 . 0 8∶1 5 0 3 . 6 1 3 1 5 0 . 5 1 0∶1 4 0 3 . 8 1 4 1 5 1 . 0 1 2∶1 6 0 4 . 0 1 5 1 5 1 . 5 1 0∶1 6 0 4 . 2 1 6 1 5 1 . 0 1 0∶1 5 0 5 . 0 1 7 2 0 1 . 0 1 0∶1 4 0 3 . 6 1 8 1 5 0 . 5 1 2∶1 5 0 3 . 8 1 9 2 0 1 . 5 1 0∶1 5 0 5 . 0 2 0 1 5 1 . 0 1 2∶1 4 0 3 . 8 2 1 1 5 1 . 0 1 0∶1 5 0 5 . 2 2 2 1 0 0 . 5 1 0∶1 5 0 4 . 0 2 3 1 0 1 . 0 1 0∶1 4 0 4 . 2 2 4 2 0 0 . 5 1 0∶1 5 0 3 . 8 2 5 1 5 1 . 0 1 0∶1 5 0 5 . 2 2 6 2 0 1 . 0 1 2∶1 5 0 3 . 6 2 7 1 5 1 . 5 8∶1 5 0 4 . 6 2 8 1 0 1 . 0 8∶1 5 0 3 . 6 2 9 1 5 1 . 5 1 0∶1 4 0 4 . 2 B纖維素酶添加量/ % C液料比（m L / g）D酶解溫度/℃

2.2.2 模型方程的建立及顯著性檢驗

表 3 回歸模型的方差分析Table 3 Analysis of variance of the fitted quadratic regression model for extraction yield

采用Design-Expert軟件對表2所得的姜黃揮發(fā)油含量試驗數據進行回歸擬合，如表3所示，得到A離子液體添加量、B纖維素酶添加量、C液料比、D酶解溫度為自變量對姜黃揮發(fā)油含量的回歸方程：姜黃揮發(fā)油含量

5.200 －0.083A+0.400B+0.033C－0.017D+0.100AB－0.100AC+0.150AD+0.150BC+0.050BD+0.150CD－0.630A2－0.300B2－0.650C2－0.720D2。

通過回歸模型的方差分析表得出，整體模型的P值小于0.000 1，表明二次模型極顯著，失擬項P0.084 6大于0.05，不顯著，表明此二項模型擬合有效，可以分析和預測各因素與響應值的關系。各影響因素的主次順序為：B纖維素酶添加量＞A離子液體添加量＞C液料比＞D酶解溫度。

2.2.3 各因素的響應面分析

響應面圖形是響應值對各試驗因素A、B、C、D所構成的三維空間的曲面圖，從響應面分析圖上可形象地看出最佳參數及各參數之間的相互作用。根據回歸方程得出不同因素的響應面分析圖及相應等高線圖結果見圖5。各因素交互作用對姜黃中姜黃揮發(fā)油含量的影響，若曲線越陡峭，則表明該因素對姜黃揮發(fā)油含量的影響越大，相應表現為響應值變化的大小[27]。而由等高線圖可以看出存在極值的條件應該在圓心處。從圖5可以看出，纖維素酶添加量對姜黃揮發(fā)油含量影響最大，表3回歸分析結果也與此相吻合，纖維素酶添加量的P值為0.000 1，達到了極顯著水平。

圖 5 兩因素交互作用對總姜黃揮發(fā)油含量的響應面和等高線圖Fig. 5 Response surface and contour plots for the effect of operating parameters on the extraction yield of curcuma oil

2.3 最佳試驗條件預測與驗證

由Design-Expert軟件可求得回歸方程的極值點，得到姜黃揮發(fā)油提取最佳工藝條件為：離子液體添加量18.43%、纖維素酶添加量1.40%、液料比10.15∶1、酶解溫度50.95 ℃。所用浸提液為pH 4的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液，酶解時間為90 min，在此條件下姜黃揮發(fā)油的理論預測含量為5.040 53 mL/g。對最佳提取條件進行驗證實驗，考慮到實際操作，將最佳工藝參數修正為：離子液體添加量18%、纖維素酶添加量1.4%、液料比10∶1、酶解溫度50 ℃。測得姜黃揮發(fā)油含量為5.0 mL/g，與預測值接近。

2.4 姜黃揮發(fā)油提取物的氣相色譜-質譜分析

圖 6 姜黃揮發(fā)油GC-MS總離子流色譜圖Fig. 6 Total ion current chromatograms of curcuma oils extracted by different methods

按最佳實驗條件對2 種提取方式得到的姜黃揮發(fā)油化學成分進行測定分析，如圖6所示。采用質譜檢索和查閱相關文獻對其定性，定性結果及相對含量見表4。

表 4 姜黃揮發(fā)油中化學成分的氣相色譜-質譜鑒定結果及各化合物的相對含量Table 4 Chemical components of curcuma oils identified using GC-MS

續(xù)表4

由表4可以看出，水蒸氣蒸餾法和離子液體酶法提取得到的姜黃揮發(fā)油組分分別為48 種和53 種。其中單萜烯類分別有13 種（相對含量6.76%）和10 種（相對含量3.63%）；倍半萜烯分別為21 種（74.49%）和25 種（84.57%）；二萜烯只有1 種，相對含量為1.32%，只存在水蒸氣蒸餾得到的姜黃揮發(fā)油中。2 種方法得到的姜黃揮發(fā)油相同成分有29 種，相對含量分別為79.95%和84.59%。其主要成分多為倍半萜烯，在倍半萜烯中酮類物質所占比重較大，分別為58.32%和60.38%。

水蒸氣蒸餾法得到的姜黃揮發(fā)油主要成分為芳姜黃酮（42.86%）、姜黃新酮（13.71%）、1-（1,5-二甲基-4-己烯-1-基）-4-甲基苯（7.22%）、[S-（R*,S*）]-3-（1,5-二甲基-4-環(huán)烯基）-6-亞甲基環(huán)己烯（4.70%）、4-異丙基甲苯（3.64%）、乙基-四甲基環(huán)戊二烯（2.35%）、β-紅沒藥烯（1.70%）、姜黃酮（1.65%）、對傘花烯（1.45%）9 種成分，占總含量的79.28%；離子液體酶法得到的姜黃揮發(fā)油主要成分為芳姜黃酮（39.37%）、姜黃新酮（15.02%）、1-（1,5-二甲基-4-己烯-1-基）-4-甲基苯（9.12%）、姜黃酮（5.99%）、[S-（R*,S*）]-3-（1,5-二甲基-4-環(huán)烯基）-6-亞甲基環(huán)己烯（4.95%）、2-乙基對二甲苯（2.58%）、乙基-四甲基環(huán)戊二烯（2.27%）、β-紅沒藥烯（1.34%）、5-甲基水楊醛（1.20%）9 種成分，占含量的81.84%。

2 種提取方法得到的姜黃揮發(fā)油的主要組分均為芳姜黃酮，芳姜黃酮具有較強的抗癌、抑制細胞增值的作用。Yue等[28]從姜黃揮發(fā)油中分離純化得到芳姜黃酮，發(fā)現其具有抑制血管生成的作用，筆者發(fā)現芳姜黃酮能顯著抑制官腔的形成和HMEC-1細胞在非細胞毒素濃度條件下的增值。季明杰[29]將芳姜黃酮從姜黃中分離純化出來，同時對實驗用的腫瘤細胞株無毒性，發(fā)現姜黃酮能夠誘導腫瘤細胞凋亡，并具有良好的量效和時效依賴關系，并且芳姜黃酮對誘導的腫瘤細胞凋亡具有選擇性，尤其對白血病細胞的凋亡效果明顯。

從提取的主要成分及相對含量上來看，2 種提取方法并沒有很大的區(qū)別，但離子液體酶法可以破壞姜黃細胞壁，使姜黃揮發(fā)油更容易被提取出來，減少了一些熱敏性成分的破壞，使得提取得到的姜黃揮發(fā)油組分更多，相對含量也有所提高。

Gounder等[30]分別用鮮的姜黃和干燥的姜黃（印度產）提取得到姜黃揮發(fā)油，分別得到28 種和14 種成分，多為倍半萜烯類物質，主要成分分別為芳姜黃酮（21.0%、30.3%）、α-姜黃酮（33.5%、26.5%）、β-姜黃酮（18.9%、19.1%）。Ferreira等[31]用水蒸氣蒸餾法提取姜黃（Curcuma longa L.）揮發(fā)油，得到25 種組分，主要成分為芳姜黃酮（33.2%）、α-姜黃酮（23.5%）、β-姜黃酮（22.7%），與文獻[30]得到的成分相似，但都與本實驗得到的姜黃揮發(fā)油的成分有所區(qū)別，這可能是因為不同的產地、氣候和收獲時間等因素對姜黃揮發(fā)油的組成有一定的影響。

3 結 論

本研究通過單因素試驗和響應面試驗設計對離子液體酶法提取工藝進行優(yōu)化，最佳提取條件為：離子液體添加量18%、纖維素酶添加量1.4%、液料比10∶1、酶解溫度50 ℃。在此條件下得到的姜黃揮發(fā)油含量為5.0 mL/g。經氣相色譜-質譜分析，水蒸氣蒸餾法和離子液體酶法分別鑒定出48 種和53 種組分。與水蒸氣蒸餾法相比，離子液體酶法得到的姜黃揮發(fā)油組分有所增加。2種提取方法提取得到的姜黃揮發(fā)油組分多為倍半萜烯類物質，主要成分為芳姜黃酮、姜黃新酮等物質。

[1] MONTON C, CHAROENCHAI L, SUKSAEREE J, et al. Quantitation of curcuminoid contents, dissolution pro le, and volatile oil content of turmeric capsules produced at some secondary government hospitals[J]. Journal of Food and Drug Analysis, 2016, 24(3): 493-499. DOI:10.1016/j.jfda.2016.01.007.

[2] 劉江, 樊鈺虎, 王澤秀, 等. 響應面法優(yōu)化姜黃揮發(fā)油提取工藝及其化學成分研究[J]. 西南師范大學學報(自然科學版), 2012, 37(10): 70-76. DOI:10.3969/j.issn.1000-5471.2012.10.016.

[3] 李瑞敏, 李湘洲, 張勝. 姜黃油的不同提取方法及其化學成分的研究[J]. Journal of Central South University of Forestry and Technology, 2013, 33(4): 114-116. DOI:10.14067/i.cnki.1673-923x.2013.04.006.

[4] MEMARZADEH S M, PIRBALOUTI A G, ADIBNEJAD M. Chemical composition and yield of essential oils from Bakhtiari savory (Satureja bachtiarica Bunge.) under different extraction methods[J]. Industrial Crops and Products, 2015, 76: 809-816. DOI:10.1016/ j.indcrop.2015.07.068.

[5] GOUNDER D K, LINGAMALLU J. Comparison of chemical composition and antioxidant potential of volatile oil from fresh, dried and cured turmeric (Curcuma longa) rhizomes[J]. Industrial Crops and Products, 2012, 38: 124-131. DOI:10.1016/j.indcrop.2012.01.014.

[6] 丁洪濤. 姜黃揮發(fā)油組效關系研究[D]. 天津: 天津大學, 2012.

[7] CARVALHO P I N, OSORIO-TOBóN J F, ROSTAGNO M A, et al. Techno-economic evaluation of the extraction of turmeric (Curcuma longa L.) oil and ar-turmerone using supercritical carbon dioxide[J]. The Journal of Supercritical Fluids, 2015, 105: 44-54. DOI:10.1016/ j.su p u.2015.03.020.

[8] LERTSUTTHIWONG P, NOOMUN K, JONGAROONNGAMSANG N, et al. Preparation of alginate nanocapsules containing turmeric oil[J]. Carbohydrate Polymers, 2008, 74(2): 209-214. DOI:10.1016/ j.carbpol.2008.02.009.

[9] VALDERRAMA J O, CAMPUSANO R A. Melting properties of molten salts and ionic liquids. Chemical homology, correlation, and prediction[J]. Comptes Rendus Chimie, 2016, 19(5): 654-66 4. DOI:10.1016/j.crci.2016.02.002.

[10] KUCHLYAN J, KUNDU N. Ionic liquids in microemulsions: formulation and characterization[J]. Current Opinion in Colloid and Interface Science, 2016, 25: 27-38. DOI:10.1016/j.cocis.2016.05.011.

[11] CHO C W, PARK J S, STOLTE S, et al. Modelling for antimicrobial activities of ionic liquids towards Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Candida albicans using linear free energy relationship descriptor s[J]. Journal of Hazardous Materials, 2016, 311:1 68-175. DOI:10.1016/j.jhazma t.2016.03.006.

[12] 曹紅, 段海燕, 李春, 等. 離子液體超聲-微波協同制取洋蔥精油[J]. 化工學報, 2012, 63(3): 826-833. DOI:10.3969/ j.issn.0438-1157.2012.03.022.

[13] 曹紅, 孫倩, 段海燕, 等. [BMIM]PF6/緩沖液兩相體系中固定化β-葡萄糖醛酸苷酶催化特性研究[J]. 北京理工大學學報, 2011, 31(6): 732-736. DOI:10.15918/j.tbit1001-0645.2011.06.005.

[14] ARCE A, EARLE M J, RODRíGUEZ H, et al. Separation of benzene and hexane by solvent extraction with 1-alkyl-3-methylimidazolium bis {(tri uoromethyl) sulfonyl} amide ionic liquids: effect of the alkylsubstituent length[J]. The Journal of Physical Chemistry B, 2007, 111(18): 4732-4736. DOI:10.1021/jp066377u.

[15] 國家藥典委員會. 中華人民共和國藥典: 第一部[M]. 北京: 中國醫(yī)藥科技出版社, 2015: 259-260.

[16] ZAIBUNNISA A H, NORASHIKIN S, MAMOT S, et al. An experimental design approach for the extract ion of volatile compounds from turmeric leaves (Curcuma domestica) using pressurised liquid extraction (PLE)[J]. LWT-Food Science and Technology, 2009, 42(1): 233-238. DOI:10.1016/j.lwt.2008.03.0 15

[17] KAMAZERI T S A T, SAMAH O A, TAHER M, et al. Antimicrobial activity and essential oils of Curcuma aeruginosa, Curcuma mangga, and Zingiber cassumunar from Malaysia[J]. Asian Pacific Journal of Tropical Medicine, 2012, 5(3): 202-209. DOI:10.1016/S1995-7645(12)60025-X.

[18] ANGEL G R, MENON N, VIMAL A B, et al. Essential oil composition of eight starchy Curcuma species[J]. Industrial Crops and Products, 2014, 60: 233-238. DOI:10.1016/j.indcrop.2014.06.028.

[19] SINGH P, SINGH S, KAPOOR I P S, et al. Chemical composition and antioxidant activities of essential oil and oleoresins from Curcuma zedoaria rhizomes, part-74[J]. Food Bioscience, 2013, 3: 42-48. DOI: 10.1016/j.fbio.2013.06.002.

[20] GO RDON C M. New developments in catalysis using ionic liquids[J]. Applied Catalysis A: General, 2001, 222(1): 101-117. DOI:10.1016/ S0926-860X(01)00834-1.

[21] 劉輝鴻, 胡飛, 李平凡. 離子液體[Emim]OAc環(huán)境提取生姜精油的研究[J]. 食品工業(yè)科技, 2015, 36(6): 208-211. DOI:10.13386/ j.issn1002-0306.2015.06.038.

[22] WHITE K E, REEVES J B, COALE F J. Cell wall compositional changes during incubation of plant roots measured by mid-infrared diffuse re ectance spectroscopy andber analysis[J]. Geoderma, 2016, 264: 205-213. DOI:10.1016/j.geoderma.2015.10.018.

[23] CAO Y, WU J, ZHANG J, et al. Room temperature ionic liquids (RTILs): a new and versatile platform for cellulose processing and deriva tization[J]. Chemical Engineering Journal, 2009, 147(1): 13-21. DOI:10.1016/j.cej.2008.11.011.

[24] 羅莞超. 基于離子液體復合膜的葡萄糖生物傳感器[J]. 臨床醫(yī)學工程, 2011, 18(10): 1507-1509. DOI:10.3969/j.issn.1674-4659.2011.10.1507.

[25] 馬歌麗, 韓甜甜, 李全喜, 等. β-呋喃果糖苷酶在離子液體中的酶學特性研究[J]. 飼料工業(yè), 2014, 35(6): 18-24. DOI:10.13302/j.cnki. .2014.06.005.

[26] 陳金燕, 劉桂艷, 李春. 離子液體對重組β-葡萄糖醛酸苷酶催化特性的影響[J]. 石河子大學學報(自然科學版), 2011, 29(5): 603-607. DOI:10.13880/j.cnki.65-1 174/n.2011.05.027.

[27] 趙妍嫣, 秦新生, 朱圣偉, 等. 大豆凝集素的超聲波輔助提取工藝優(yōu)化及其性質[J]. 食品科學, 2016, 37(10): 34-39. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201610007.

[28] YUE G G L, KWOK H F, LEE J K M, et al. Novel anti-angiogenic effects of aromatic-turmerone, essenti al oil isolated from spice turmeric[J]. Journal of Functional Foods, 2015, 15: 243-253. DOI:10.1016/j.jff.2015.03.030.

[29] 季明杰. 中藥姜黃組分芳姜黃酮誘導腫瘤細胞凋亡的研究[D].濟南: 山東大學, 2005.

[30] GOUNDER D K, LINGAMALLU J. Comparison of chemical composition and antioxidant potential of volatile oil from fresh, dried and cured turmeric (Curcuma longa) rhizomes[J]. Industrial Crops and Products, 2012, 38: 124-131. DOI:10.1016/j.indcrop.2012.01.014.

[31] FERREIRA F D, KEMMELMEIER C, ARROTéIA C C, et al. Inhibitory effect of the essential oil of Curcuma longa L. and curcumin on aflatoxin production by Aspergillus flavus Link[J]. Food Chemistry,2013, 136(2): 789-793. DOI:10.1016/ j.foodchem.2012.08.003.

Optimization of [BMIM]PF6Ionic Liquid-Assisted Enzymatic Extraction of Curcuma Oil and Analysis of Its Composition

LU Caihui, MOU Dehua*
(College of Bioscience and Bioengineering, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050000, China)

In this investigation, the response surface methodology was employed to optimize the ionic liquid [BMIM]PF6-assisted enzymatic extraction of curcuma oil from turmeric powder. For this purpose, a regression model was developed to describe the yield of curcuma oil as a function of 4 independent variables including ionic liquid concentration, cellulase concentration, liquid-to-solid ratio and hydrolysis temperature. The optimum extraction parameters were determined as follows: ionic liquids concentration, 18% (V/V); cellulase concentration, 1.4% (m/m); liquid-to-solid ratio, 10:1 (mL/g); and hydrolysis temperature, 50 ℃. Under these conditions, the yield of curcuma oil was 5.0 mL/g. The essential oils obtained from SD and ILSE were analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). A total of 48 and 53 components were identified, respectively, which were mainly sesquiterpenes substance and its total relative content reached 74.49% and 84.57%, respectively. Compared with the steam distillation method, the volatile oil component of turmeric powder was increased. The volatile oil of turmeric had the same components, but their relative contents were different. The major components and their relative contents from SD andILSE methods were ar-turmerone (42.86%, 39.37%), curlone (13.71%, 15.02%), and benzene,1-(1,5 -dimethyl-4-hexen-1-yl)-4-methyl- (7.22%, 9.12%), respectively.

ionic liquid [BMIM]PF6; cellulase; curcuma oil; composition

10.7506/spkx1002-6630-201710043

TS202.1

A

1002-6630（2017）10-0264-08

盧彩會, 牟德華. 離子液體[BMIM]PF6酶法輔助提取姜黃揮發(fā)油工藝優(yōu)化及成分分析[J]. 食品科學, 2017, 38(10): 264-271. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201710043. http://www.spkx.net.cn

LU Caihui, MOU Dehua. Optimization of [BMIM]PF6ionic liquid-assisted enzymatic extraction of curcuma oil and analysis of its composition[J]. Food Science, 2017, 38(10): 264-271. (in Chinese with English abstract)

10.7506/spkx1002-6630-201710043.http://www.spkx.net.cn

2016-09-26

盧彩會（1992—），女，碩士研究生，研究方向為農產品加工。E-mail：2269984137@qq.com

*通信作者：牟德華（1960—），男，教授，學士，研究方向為農產品加工。E-mail：dh_mou@163.com