PDF《用匀浆法提取鲜姜黄中姜黄素》

Vol.

34 No.

10 Oct.

2014 第34 卷第10 期2014 年10 月中南林业科技大学学报Journal of Central South University of Forestry &

Technology 收稿日期:2013-10-11 基金项目:国家林业公益性行业科研专项资助(20120460103) 作者简介:张胜(1975- ),男,河北南宫人,高级工程师,主要从事天然产物化学与利用研究;

E-mail:[email protected] 通讯作者:李湘洲(1965-),女,湖南郴州人,教授,博士研究生导师,主要从事天然产物化学与利用研究;

E-mail:[email protected] 姜黄素(curcumin)是一种黄色略带酸性的 二苯基庚烃物质 [1] ,主要从姜黄科属植物如姜黄 Curcuma longa L. 的块根里提取. 由于姜黄素具有 抗氧化 [2] 、抗肿瘤 [3] 、抗艾滋病毒 [4] 等活性,是 近些年来天然产物研究领域的热点化合物之一. 关于姜黄素的提取工艺报道较多,主要可分 为溶剂提取法,酶法辅助提取,超声或微波辅助 提取,超临界 CO2 萃取法等 [1] .溶剂提取法设备 简单、操作方便,为大生产常用方法,常用溶液 提取方法包括乙醇水溶液回流提取、碱水加热浸 提、表面活性剂水溶液(如水杨酸钠、异丙基苯 磺酸钠等)浸提.但姜黄素在光照下和碱液中不 稳定 [5] ;

超临界萃取法则成本较高 [6] .匀浆法是指 将适当溶媒加入到新鲜的生物组织中,在匀浆搅 拌刀的强力作用下,细胞液中的活性成分迅速溶 出到溶媒中的过程.具有成分提取率高,能耗低, 提取不加温,提取速度快等优点 [7] . 该法过去主 要应用于分子生物学试样中的遗传物质的提取. 近年来祖元刚等学者将其改进后应用应用于植物 活性成分的提取,例如茄尼醇 [7] ,长春碱 [8] ,苦楝 素[9] ,原花青素 [10] ,花色苷 [11] 等活性成分的提取, 但将此法应用于姜黄素的提取还未见文献报道.

1 材料与方法 1.1 试验材料及试剂 鲜姜黄

2011 年采于广西南宁;

经中南林业科 技大学喻勋林教授鉴定为姜科植物姜黄的块状根 茎.将姜黄表面的附着泥土除去,切成小块混合, 以保证样本的均匀性.干姜黄购于长沙益丰药店, 粉碎过

40 目后备用. 姜黄素对照品(批号:110823-201004),购 于天津一方科技有限公司,纯度为 98.8%;

乙腈与 甲醇为色谱纯,购于天津大茂试剂有限公司;

其 用匀浆法提取鲜姜黄中姜黄素 张胜, 李湘洲, 杨艳红, 李瑞敏 (中南林业科技大学,湖南 长沙 410004) 摘要:以鲜姜黄为原料, 对姜黄素的匀浆提取进行了研究,确定采用 75% 乙醇为溶剂,匀浆

3 min,转速

8 000 r/min,料液比为

1 ∶ 9(g/mL)为最佳提取条件.姜黄素的提取率可达 63.45%.相对回流提取法,匀浆 提取具有操作简便,提取率高的优点. 关键词:鲜姜黄;

姜黄素;

匀浆提取 中图分类号:S759.82 文献标志码:A 文章编号:1673-923X(2014)10-0123-04 Technique of homogenized extraction of curcumin from fresh Curcuma longa ZHANG Sheng, LI Xiang-zhou, YANG Yan-hong, LI Rui-min (Central South University of Forestry &

Technology, Changsha 410004, Hunan, China) Abstract: By taking fresh Curcuma longa L. as the row materials, the extraction process of homogenzed extraction of curcumin from fresh Curcuma longa was studied. The results show that the optimum technology parameters were found as follows: extraction time

3 min,ethanol concentration 75%,homogenization velocity

10 000 r/min,ratio of material to liquid

1 ∶ 9;

the extraction rate of curcumin was more than 63.45% under the optimized conditions;

the method had many advantages such as simplicity of operation, rapidly and high ef?ciency compared with re?uxing extraction process. Key words: fresh Curcuma longa L.;

curcumin;

homogenized extraction 张胜,等:用匀浆法提取鲜姜黄中姜黄素

124 第10 期 它试剂为分析纯. 1.2 主要仪器、设备 JJ-2B 型组织捣碎匀浆机(金坛市友联仪器研 究所) ;

LC-20A 高效液相色谱仪 (日本岛津公司) . 1.3 实验方法 1.3.1 姜黄素的测定 高效液相测定方法参考文献 [12]: C18 反相 色谱柱(5 μm,4.6 mm*250 mm);

流动相梯度 洗脱程序为:A 相:乙腈;

B 相:0.01 mol・L-1 的 磷酸二氢钾溶液(用磷酸调整 pH 至2.5);

流动 相按表

1 程序进行.流速:1.0 mL・min-1 ;

检测波 长:425 nm,柱温:30 ℃.精密称定姜黄素对照 品适量甲醇溶解后配制成对照品溶液. 表1 流动相梯度洗脱程序 Table

1 Mobile-phase gradient elution process T /min A% B%

0 45

55 20

40 60

30 45

55 鲜姜黄中姜黄素的含量测定:精密称取鲜姜 黄约

10 g,置具塞锥形瓶中加入体积分数为 75% 乙醇

70 mL 后回流

120 min,放冷,再称定重量, 用75% 乙醇补足因蒸发减失的重量,摇匀,离心, 取上清液进行测定.含量计算公式为: Y= m cV *100%. (1) 式(1)中Y为鲜姜黄中姜黄素含量 (%);

c 为上 清液中姜黄素的浓度(mg/mL);

V 为提取液体积 (mL);

m 为鲜姜黄质量(mg). 匀浆法提取鲜姜黄中姜黄素的提取率:精密称 取鲜姜黄约

10 g,加定量提取溶剂后匀浆 ? 提取, 匀浆液离心,取上清液进行含量测定,并根据鲜姜 黄中姜黄素的含量计算提取率. 提取率计算公式为 : X= mY cV *100*100% . (2) 式(2) 中X为姜黄素提取率 (%);

c 为姜黄素的浓 度(mg/mL);

V 为提取液体积 (mL);

m 为鲜姜黄 质量 (mg);

Y 为鲜姜黄原料中姜黄素的含量 (%). 1.3.2 乙醇体积分数的选择 称取5份鲜姜黄,按照料液比为1∶7(g/mL),分别加入 95%,85%,75%,65%, 55% 浓度的乙醇水溶液,匀浆提取

3 min,保持转 速为

10 000 r/min.每个实验重复测定

3 次,取平 均值.计算姜黄素的提取率. 1.3.3 匀浆时间对姜黄素提取率的影响 称取

5 份鲜姜黄,按照料液比为

1 ∶ 7(g/mL), 将75% 的乙醇溶液加入鲜姜黄原料中,匀浆转速 设置为

10 000 r/min,匀浆时间为 1,2,3,4 和5min,每个实验重复测定

3 次,取平均值.计算姜 黄素的提取率. 1.3.4 匀浆转数对姜黄素提取率的影响 称取

5 份鲜姜黄,按照料液比为

1 ∶ 7(g/mL), 将75% 的乙醇溶液加入鲜姜黄原料中,匀浆转速设 置为

14 000 r/min,12

000 r/min,10

000 r/min,8

000 r/min,6

000 r/min,匀浆提取时间为

3 min,每个实 验重复测定

3 次, 取平均值. 计算姜黄素的提取率. 1.3.5 料液比对姜黄素提取率的影响 称取

5 份鲜姜黄,料液比分别设置为

1 ∶ 3,

1 ∶ 5,1 ∶ 7,1 ∶ 9,1 ∶ 11(g/mL), 将75% 的乙醇溶液加入鲜姜黄原料中,匀浆转速设 置10

000 r/min,匀浆提取时间为

3 min,每个实 验重复测定

3 次, 取平均值. 计算姜黄素的提取率. 1.3.6 匀浆提取方法的参数优化 采用正交设计助手软件,设计正交实验,以 姜黄素提取率作为考察指标,对料液比、匀浆时 间及匀浆转速进行优化 ,从中筛选姜黄素匀浆提 取的最优条件.

2 结果与分析 2.1 乙醇体积分数的确定和鲜姜黄中姜黄素的含量 经测定,鲜姜黄中姜黄素含量为 0.55%.姜黄 素提取率受乙醇浓度的影响如图

1 所示. 根据图 1, 可以发现姜黄素的提取率随着乙醇浓度的增加而 逐渐增加 , 当乙醇浓度高于 75% 时,提取率逐渐趋 于稳定.考虑到生产过程中节约成本的因素,选 择乙醇浓度为 75%. 图1姜黄素提取率与乙醇浓度的关系 Fig.1 Relations of ethanol concentration and extraction yield of curcumin

125 第34 卷中南林业科技大学学报2.2 匀浆时间的影响 由图

2 可知,在一定的时间内,姜黄素提取 率在

1 ~

3 min 时升高,峰值在

3 min 时出现,之 后开始下降.鲜姜黄块在高速运转的匀浆机绞刀 的作用下,迅速破碎,细胞壁破碎后,游离在细 胞液中的姜黄素溶出,并迅速向溶媒中扩散.而 匀浆时间延长,物料粉碎过细,匀浆液黏度较大, 成糊状,反而影响了姜黄素的传质速度. 较大.姜黄素的提取率在料液比为

1 ∶

9 以下时 呈逐渐提高的趋势,料液比高于

1 ∶

9 以后,提 取率增加的趋势变缓.结果说明当料液比在一定 范围内增加可以促使姜黄素从植物细胞内扩散到 溶媒中,但是料液比太大时,反而使姜黄素的绝 对浓度降低. 图2姜黄素得率 - 匀浆时间的关系 Fig.2 Relations of homogenized extraction time and extraction yield of curcumin 图3姜黄素得率 - 匀浆转数的关系 Fig.3 Relations of extraction yield of curcumin and homogenate revolution 图4姜黄素得率 - 料液比的关系 Fig.4 Relations of extraction yield of curcumin and ratio of solid to liquid 2.3 匀浆转数的影响 由图

3 可知,姜黄素的提取率在匀浆转速为

6 000 ~

10 000 r/min 范围内升高,峰值在

10 000 r/min 时达到峰值,提取率随之下降.原因是提取 溶剂随着转速增大而与物料接触几率增加,从而提 取率增加;

但转速过高时,物料过度粉碎,细胞中 的粘液质使匀浆液浓度增大, 姜黄素扩散速率降低. 2.4 料液比的影响 由图

4 可知,姜黄素的提取率受料液比影响 2.5 提取参数的优化 根据匀浆时间、转速以及料液比单因素对姜 黄素提取率的影响, 设计正交因素水平表 (见表2) , 并进行实验,实验结果见表 3. 表2正交因素水平表 Table

2 Factors and levels of orthogonal test 因素 A 匀浆时 /min B 料液比 /(g・mL-1 ) C 匀浆转数 /(r・min-1 )

1 2

1 ∶

5 8

000 2

3 1 ∶

7 10

000 3

4 1 ∶

9 12

000 表3正交实验结果 Table

3 Results of orthogonal test 试验号 A 匀浆时间 /min B 料液比 /(g・mL-1 ) C 转数 /(r・min-1 ) 提取率 /%

1 2

1 ∶

5 8

000 42.31

2 2

1 ∶

7 10

000 46.80

3 2

1 ∶

9 12

000 42.94

4 3

1 ∶

5 10

000 44.88

5 3

1 ∶

7 12

000 63.56

6 3

1 ∶

9 8

000 57.66

7 4

1 ∶

5 12

000 42.19

8 4

1 ∶

7 8

000 48.18

9 4

1 ∶

9 10

000 61.87 均值

1 44.02 43.13 49.38 均值

2 55.37 52.85 51.18 均值

3 50.75 54.16 49.56 极差 11.35 11.03 1.80 张胜,等:用匀浆法提取鲜姜黄中姜黄素

126 第10 期表4方差分析结果? Table

4 Results of variance analysis 因素 偏差平方和 自由度 F 比 匀浆时间 195.46

2 33.15* 料液比 217.86

2 36.94* 转速 5.90

2 1.00 ? F0.05(2,2)=19.00;

p........