高壓水蒸氣蒸餾法提取姜黃有效成分的研究

薩如拉，陳建興，李 靜，陳海偉

（赤峰學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 00240）

高壓水蒸氣蒸餾法提取姜黃有效成分的研究

薩如拉，陳建興，李 靜，陳海偉

（赤峰學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 00240）

為了有效提取姜黃的主要成分，本實(shí)驗(yàn)對(duì)姜黃進(jìn)行高壓水蒸氣蒸餾，試圖提取有效成分姜黃素和精油.本實(shí)驗(yàn)對(duì)姜黃進(jìn)行了有機(jī)溶劑提取、常壓水蒸氣蒸餾，和1.0MPa、1.3MPa、1.6MPa等不同壓力條件下的高壓水蒸氣蒸餾.對(duì)蒸餾液進(jìn)行了紫外檢測和氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）分析，并以有機(jī)溶劑提取出的精油作為姜黃的全部精油提取量，計(jì)算了精油各成分的轉(zhuǎn)移率.有機(jī)溶劑提取姜黃素的提取率為7.42%.但是，在1.0～1.6MPa高壓水蒸氣蒸餾過程中，沒有提取出姜黃素.1.6MPa高壓水蒸氣蒸餾只需進(jìn)行38min，雖然比常壓水蒸氣蒸餾的24小時(shí)縮短很多，但是得到的精油量高于常壓水蒸氣蒸餾，轉(zhuǎn)移率達(dá)到了常壓的1.4倍.在1.6MPa蒸餾的初期階段，轉(zhuǎn)移率達(dá)到了24.2%的最高值.姜黃的蒸餾壓強(qiáng)越高各成分的提取率越高，但隨著壓強(qiáng)的增加提取成分有可能發(fā)生化學(xué)變化.因此，在高壓水蒸氣蒸餾當(dāng)中沒有檢測到姜黃素.

姜黃；高壓水蒸氣蒸餾；姜黃素；精油

1 前言

高壓水蒸氣蒸餾法為比常壓水蒸氣蒸餾法能高效率提取濃度較高的有效成分，并且可以蒸餾常壓水蒸氣蒸餾中很難被蒸餾的難揮發(fā)性物質(zhì).

姜黃(Curcuma longa)為姜科、姜黃屬多年生草本植物，自然分布為原產(chǎn)地的熱帶亞洲、印度和東南亞洲，平原、草地和茂密的低木中自生.有人工栽培作為食品添加劑或香辛料的原料.姜黃能行氣破瘀，通經(jīng)止痛，主治胸腹脹痛，肩臂痹痛，心痛難忍，產(chǎn)后血痛，瘡癬初發(fā)，月經(jīng)不調(diào)，閉經(jīng)，跌打損傷等[1].

姜黃根的主要成分為黃色色素姜黃素4.8%、精油成分4.5%、糖40%.姜黃色素主要包括姜黃素、去甲氧基姜黃素、雙去甲氧基姜黃素；精油的主要成分為姜黃酮、姜黃烯、姜黃醇等倍半萜烯類.姜黃素有抗癌、抗氧化、利膽、抗菌、抗炎癥、降血糖等作用.姜黃酮包含芳姜黃酮、α-姜黃酮、β-姜黃酮等化合物，有抗菌、抗炎癥、抗癌癥、降血糖等作用.姜黃烯有α-姜黃烯β-姜黃烯等兩種化合物，有抗癌、利膽作用.姜黃醇有抗癌作用[1].姜黃的各成分有很多種功能，所以姜黃作為食品添加劑資源有很高的附加價(jià)值，其中姜黃素的功能很多，也是姜黃的主要生理活性成分，所以本研究提取姜黃中的姜黃素及精油成分為目的，使用高壓水蒸氣蒸餾法進(jìn)行了姜黃的提取實(shí)驗(yàn).

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 材料試劑及儀器設(shè)備

材料：姜黃(Curcuma longa).

藥品及試劑：乙醇、甲苯、正己烷、無水硫酸鈉、乙酸乙酯、丙酮、百里香酚.

儀器設(shè)備：索氏提取儀、油浴、日阪高溫高壓成型設(shè)備HTP-40/58、三浦貫流蒸汽鍋爐FH-300、日本島津GCMSQP5050A、分光光度計(jì)UV-160A(SHIMADZU).

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 有機(jī)溶劑提取

了測定干重為3.42g姜黃中的全部姜黃素和精油成分，進(jìn)行了有機(jī)溶劑提取[2-3].在常壓下使用索氏提取器，將150mL乙醇/甲苯的混合液（體積比1∶2）倒入平底燒瓶，在油浴中[（115±3）℃]進(jìn)行24h回流提取，濃縮，稱重，將其作為姜黃的全部提取成分.使用乙醇溶解提取物，加水后使用正己烷分液3次，在有機(jī)層中加無水硫酸鈉進(jìn)行脫水，濃縮稱重.再使用乙酸乙酯，將正己烷分液的水層分液3次，在有機(jī)層加無水硫酸鈉脫水，濃縮，作為乙酸乙酯提取物.

2.2.1.1 成分分析

使用丙酮溶解正己烷提取物（濃度C=1mg/ml），再加百里香酚作為內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行GC-MS分析.使用設(shè)備以及測定條 件 如 下 GC：SHIMADZUGC-17A；GC-MS：SHIMADZU GCMS-QP5050；毛細(xì)管柱：J&W Scientific DB-5MS；0.25 mm(I.D.)×30m(L)×0.5μm；載氣：He；控制方式：分裂；毛細(xì)管柱入口壓力：100kPa；電離方式：EI（electron ionization）；電壓：1.5kV；測定方式：掃描.進(jìn)樣溫度：250℃；氣化室溫度：300℃；升溫程序：初始溫度100℃，保持5min，以10℃/min速率升至300℃，保持10min；分析時(shí)間：3～35min.

2.2.1.2 紫外測定

姜黃素的標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：把姜黃素的標(biāo)準(zhǔn)品溶解于乙醇，并配制成 1.6×10-5mol/L、1.2×10-5mol/L、0.8×10-5mol/L、0.4×10-5mol/L不同濃度的姜黃素溶液，使用分光光度計(jì)在425nm處測定吸光值，得到回歸方程.

使用乙醇溶解乙酸乙酯提取物，進(jìn)行紫外測定，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線定量姜黃素.

2.2.2 常壓水蒸氣蒸餾

為了與高壓水蒸氣蒸餾進(jìn)行比較，進(jìn)行了常壓蒸汽蒸餾實(shí)驗(yàn).100g（干重為20.4g）姜黃放入圓底燒瓶中，加入100ml蒸餾水，組裝好常壓水蒸氣蒸餾裝置，在120℃下進(jìn)行24小時(shí)蒸餾，得到蒸餾液.蒸餾液使用乙酸乙酯3次分液，有機(jī)層由無水硫酸鈉脫水，濃縮干燥得到精油.精油中加入丙酮溶解，并將濃度調(diào)整為C=1mg/ml，使用GC-MS進(jìn)行成分分析.測定設(shè)備和條件同2.2.1.

2.2.3 高壓水蒸氣蒸餾

各300g（干重61.2g）的姜黃裝進(jìn)高壓水蒸氣蒸餾裝置[4-5]當(dāng)中，分別以 1.0MPa、1.3MPa、1.6MPa 作為蒸餾壓強(qiáng)，壓強(qiáng)上升到所定的壓強(qiáng)后，擠壓.1.0MPa回收了0－5、5－10、10－15、15－20、20－25、25－45min 的合計(jì) 45min 蒸餾液.1.3MPa 回收了 0－3、3－6、6－9、9－12、12－15、15－18、18－38min的合計(jì)38min蒸餾液.1.6MPa回收了0－3、3－6、6－9、9－12、12－15、15－18、18－28、28－38min 的合計(jì)38min蒸餾液.蒸餾液使用乙酸乙酯3次分液，有機(jī)層由無水硫酸鈉脫水，濃縮干燥得到精油.精油中加入丙酮溶解，并濃度調(diào)整為C=1mg/ml，使用GC-MS進(jìn)行成分分析.測定設(shè)備和條件同2.2.1.

3 結(jié)果與分析

3.1 有機(jī)溶劑提取

3.1.1 成分分析

從干重為3.82g的姜黃中得到了1.14g的全部提取物，干重收率為29.9%.正己烷提取物為163.8mg、干重收率為4.3%.乙酸乙酯提取物為193.6mg、干重收率為5.1%.姜黃正己烷提取物的GC-MS色譜圖和主要峰值對(duì)應(yīng)的化合物見圖1，檢測到了姜黃酮、姜黃醇、姜黃烯等，但沒有檢測到姜黃主要成分姜黃素的峰值.R.T.10.59min峰為內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)百里香酚的峰，峰面積對(duì)應(yīng)的重量為10mg，精油各組分含量由各化合物峰值面積和內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)峰值面積比計(jì)算得到的（以下相同），精油含量為135.1mg，干重收率為3.5%，將這結(jié)果當(dāng)作姜黃中包含的全部精油量，作為計(jì)算轉(zhuǎn)移率的指標(biāo).干重對(duì)應(yīng)的精油各成分含量見表1，可見，姜黃酮是姜黃精油的主要成分.

表1 姜黃干重對(duì)應(yīng)的精油各成分收率

圖1 姜黃有機(jī)溶劑提取成分的色譜圖和主要峰值對(duì)應(yīng)的化合物

3.1.2 紫外測定

通過姜黃素的標(biāo)準(zhǔn)曲線得到的回歸方程為：Y=56825X-0.0005 R2=0.9999，計(jì)算姜黃干重對(duì)應(yīng)的姜黃素提取率為7.4%，當(dāng)作姜黃中全部的姜黃素.

3.2 常壓水蒸氣蒸餾

在常壓水蒸氣蒸餾中得到了597.7mg精油，干重對(duì)應(yīng)的收率為2.9%.

3.2.1 成分分析

GC-MS測定的蒸餾成分分析結(jié)果見圖2.檢測到了姜黃酮、姜黃烯等，未檢測到姜黃醇.精油的干重對(duì)應(yīng)的收率為2.3%，精油的轉(zhuǎn)移率為64.9%.主要化合物的轉(zhuǎn)移率見表2.

表2 各種倍半萜烯類的轉(zhuǎn)移率

圖2 姜黃常壓水蒸氣蒸餾提取成分的色譜圖和主要峰值對(duì)應(yīng)的化合物

3.3 高壓水蒸氣蒸餾

各蒸餾條件各時(shí)間段回收的蒸餾液量見表3.

通過色譜圖的面積可以推測在1.0、1.3、1.6MPa的高壓水蒸氣蒸餾精油的主要成分為姜黃酮，各高壓水蒸氣蒸餾中檢測到了常壓水蒸氣蒸餾中沒有提取出的姜黃醇.1.3、1.6MPa蒸餾中在R.T.12.50min處出現(xiàn)了香草醛的峰，有機(jī)溶劑提取中沒有得到香草醛.各時(shí)間段下各高壓蒸餾條件的精油量和干重對(duì)應(yīng)收率見表4，各壓強(qiáng)條件下干重對(duì)應(yīng)收率及精油的轉(zhuǎn)移率見表5，各壓強(qiáng)條件下倍半萜烯類的轉(zhuǎn)移率見表6.由于壓強(qiáng)越高精油成分的轉(zhuǎn)移率越高，可見壓強(qiáng)越高越有利于精油的提取.雖然1.6MPa高壓水蒸氣蒸餾只進(jìn)行了38分鐘，但是得到的精油量高于常壓水蒸氣蒸餾.而且1.6MPa蒸餾中，精油成分的濃度高，倍半萜烯類結(jié)晶析出.中村等對(duì)姜黃素進(jìn)行了高壓水蒸氣蒸餾的結(jié)果得到了姜黃素的分解物香草醛、3-甲氧基4-羥基苯乙烯、脫氫姜油酮等3種化合物[6-7].本實(shí)驗(yàn)的蒸餾液中也確認(rèn)了香草醛，但色譜圖中的峰面積很小.原因?yàn)榻S中的糖在高溫下黏在了蒸餾裝置或蒸餾液回收瓶上，黏狀糖包圍了分解物，妨礙了分解物的蒸餾.建議今后如果實(shí)驗(yàn)材料中糖的含量較高，在進(jìn)行水蒸氣蒸餾之前一定要除糖.

表3 各蒸餾條件各時(shí)間段回收的蒸餾液量

表4 各時(shí)間段下各高壓蒸餾條件的精油量和干重對(duì)應(yīng)收率

表5 各壓強(qiáng)條件下干重對(duì)應(yīng)收率及精油的轉(zhuǎn)移率

表6 各壓強(qiáng)條件下倍半萜烯類的轉(zhuǎn)移率

4 結(jié)論

高壓水蒸氣蒸餾法可高效提取出姜黃中的精油成分.在1.0～1.6MPa高壓水蒸氣蒸餾過程中，沒有提取出姜黃素.1.6MPa高壓水蒸氣蒸餾只需進(jìn)行38min，雖然比常壓水蒸氣蒸餾的24小時(shí)縮短很多，但是得到的精油量高于常壓水蒸氣蒸餾，轉(zhuǎn)移率達(dá)到了常壓的1.4倍.在1.6MPa蒸餾的初期階段，轉(zhuǎn)移率達(dá)到了24.2%的最高值.

〔1〕小學(xué)館.中薬大辭典[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，908－909.

〔2〕薩如拉，春花，陳建興.高壓水蒸氣蒸餾法提取和厚樸樹葉的有效精油成分研究[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，32（11）：35-36.

〔3〕薩如拉，陳建興，春花，棚橋光彥，趙雪梅.高壓水蒸氣蒸餾法提取和厚樸樹枝的有效精油成分研究[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，46（5）：152-156.

〔4〕薩如拉，中村晉平，棚橋光彥，等.高圧水蒸気処理による丸竹の新規(guī)平板展開法の開発 [J].木材學(xué)會(huì)，2012，58（4）：193-200.

〔5〕薩如拉，中村晉平，棚橋光彥，等.高圧水蒸気処理による完全平板展開竹材の物性 [J].木材學(xué)會(huì)，2012，58（4）：201-208.

〔6〕中村宣夫.岐阜大學(xué)農(nóng)學(xué)部卒業(yè)論文[D].2007.

〔7〕中村宣夫.岐阜大學(xué)大學(xué)院農(nóng)學(xué)研究科學(xué)位論文[D].2009.

TS264

A

1673-260X（2017）10-0028-03

2017-07-21