正交法优化姜黄中姜黄素提取工艺研究

-----------------------------------基金项目：湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目（sj200804）；湖南省科技计划项目（06GK3078）；湖南理工学院科研项目(2008Y44)作者简介：李杨（1987~），湖南长沙县，女，研究方向为应用化学。联系人：张丽，甘肃庆阳，女，讲师，主要研究方向为生物化学（E-mail：[e-mail]）收稿日期：2008-11-26正交法优化姜黄中姜黄素提取工艺研究李扬，张丽，黄力，刘怀金，阎建辉(湖南理工学院，化学化工系，湖南岳阳414006）摘要：通过单因素实验和正交实验相结合的方法对乙醇提取姜黄中姜黄素的工艺条件进行了研究，以提取物中姜黄素的含量为考察指标，筛选出乙醇提取姜黄素的优化工艺条件为：加10倍量75%乙醇，提取2次，每次提取3ｈ，该工艺条件提取姜黄素含量最高达4.91%。关键词：姜黄素；正交实验；提取中图分类号：文献标识码：A文章编号：StudyontheProcessforExtractionofCurcumaLongaL．byOrthogonalDesignedMethodLIYang，ZHANGLi*，HUANGLi，YANJian-hui（DepartmentofChemistryandChemicalEngineering，HunanInstituteofScienceandTechnology，Yueyang414006，China)Abstract：TooptimizettheextractionprocessofethanolforcurcumininCurcumalongaL.,thepreparationprocessofcurcumalongaL.wasstudiedbysinglefactorleveltestandorthogonaltests．Withtheyieldofcurcuminsastheoptimumindex,theoptimalbestextractionconditionsforcurcuminwastobeinastatewithtentimesof75%ethanolextractingfor3handtwotimesinall.Theextractivecontentofcurcumininthisprocessishighby4.91%．Keywords:curcumin；orthogonaldesign；extraction1前言姜黄(Curcumin)为姜科植物姜黄(CurcumalongaL.)的根茎，姜黄的主要化学成分为姜黄素类和挥发油，此外尚含有糖类、甾醇类及微量元素等。其中姜黄素类是以醇溶性二苯基庚烃类化合物姜黄素、脱甲氧基姜黄素和双脱甲氧基姜黄素等三种组分的混合物（其结构式如图1），是一种较理想的天然色素[1]，也是姜黄发挥药理作用的主要成分。有研究表明，姜黄素具有利胆、降血脂、抗癌、抗病毒、抗炎、抗氧化、抗肿瘤、防止衰老和延年益寿等多方面药理作用[2,3]。美国科学家最新发现，姜黄素还对预防老年痴呆症具有显著的药理作用。因此，2研究姜黄中有效成分提取技术具有重要的现实意义。目前姜黄素提取常见的方法有碱水提取法、酶法等[4]，这些提取工艺中存在着操作过程复杂、pH值对有效成份的影响大，不易控制，不宜工业化大生产等缺点。笔者研究以提取时间、乙醇用量、乙醇浓度、提取次数为因素，确定正交试验考查范围筛，选出优化工艺条件；并采用高效液相法，测定优化工艺条件下的提取物中姜黄素含量。该工艺具有高收率、低成本、操作简单，从而避免了碱水提取法由于反应条件剧烈而造成色素的破坏以及酶提取法的复杂工艺，适合工业化大生产。1．姜黄素：R1=R2=OMe2．脱甲氧基姜黄素：R1=H，R2=OMe3．双脱甲氧基姜黄素：R1=R2=H图1姜黄素类化合物的结构式Fig.1structureformofCurcumin2实验部分2.1仪器与试剂仪器：R201C旋转蒸发器(郑州长城科贸有限公司)、HP1100高效液相色谱仪(美国)、FW-100型万能粉碎机（天津泰斯特仪器有限公司）、723型分光光度计(上海)、TD5A低速台式离心机(长沙)。试剂：姜黄（湖南振兴中药饮片有限公司并经鉴定）、姜黄素对照品(上海楚柏实验室有限公司)、乙腈（色谱纯），其余所用试剂均为AR。2.2实验步骤2.2.1姜黄素最大吸收波长的测定称取2.00g姜黄粉末，加50mL无水乙醇浸提12h，抽滤取0.1mL滤液稀释400倍。用无水乙醇做参比，调节波长测定在不同的波长下姜黄素的吸光值，发现在425nm处姜黄素的吸光值最大。2.2.2姜黄素的提取根据文献[5]及预实验可知姜黄素不溶于水及乙醚，易溶于乙醇及冰醋酸，确定用乙醇提取法提取。将姜黄药材粉碎后过40目筛，称取9份样品各100g，以表32的9种工艺条件组合进行乙醇提取，提取液减压回收乙醇后浓缩成稠膏备用。3结果与讨论3.1因素水平影响实验结果的主要因素有：A每次提取时间、B提取次数、C乙醇浓度、D乙醇用量4个因素，每个因素确定了3个水平，选用L9(34)因素水平表安排正交实验。各因素水平见表1，正交实验安排见表2。表1因素水平表Table1Thelistoffactorlevel因素A/hBC/%D/倍13165524375103527015表2正交试验表及结果Table2Orthogonaldesignlistandresult实验号ABCD姜黄素含量/%111113.13213223.47312333.69421233.58523313.02622123.47731323.44833132.47932213.84K110.2910.149.079.99K210.069.9310.8810.38K39.7511.0110.159.74κ13.433.286.023.33κ23.353.313.623.46κ33.253.673.383.25R0.180.360.600.21实验以姜黄素提取量作为考察指标，由表2直观分析，各因素的极差数据4CBDA，优先顺序为CBDA，分析结果表明，因素C对姜黄素提取量有显著性影响，因素B及因素D次之，因素A影响较小。说明影响最大是乙醇的浓度，其次是提取的次数、固液比，影响因素最小的是提取的时间。因此确定较佳提取工艺条件为A1B3C2D2,即药材加10倍量75%乙醇，提取2次，每次3ｈ。3.2工艺验证试验为进一步验证优化工艺条件，进行重复实验，精密称定姜黄药材3份，按照优化提取条件进行提取，结果见表3.表3优化工艺条件验证结果Table3Testresultofbestextractionconditions试验号姜黄素含量/%平均/%14.464.4124.3734.40由表3可知，优化工艺条件下，3次结果均处于较高水平，平均含量为4.41%。3.3筛选指标的确定姜黄的有效成分主要为姜黄素，为使其有效成分得以充分提取，选择姜黄素提取量为提取工艺的考察指标，其具体的计算公式如下：提取物中姜黄素含量%=(姜黄色素色素的总浓度×稀释倍数×提取液的用量)/姜黄粉的量。3.4姜黄素含量测定1)色谱条件：色谱柱LichrospherC18(406×250ｍｍ，5μｍ)；流动相为5%冰醋酸-乙腈(v:v,50∶50)；流速为1.0ｍL/min；检测波长为425nm；柱温20℃。2)标准曲线的制备精密称取无水硫酸铜密封干燥48h的姜黄素对照品2.4mg，置25mL棕色容量瓶中，加75%乙醇溶解，稀释至刻度配成储备液。精密移取对照品储备液0.50mL、1.0mL、1.50mL、2.00mL、2.50mL、3.00mL、3.50mL分别置于25mL棕色容量瓶中，用75%乙醇稀释至刻度，摇匀，在上述色谱条件下取20μL进样，测定峰面积积分值，以峰面积积分平均值和浓度进行线性回归，得回归方程为:Y=2.42073+88.70369X，r=0.9998，对照品进样量在1.92～13.44μg/mL范围内与峰面积呈良好的线性关系。3)样品含量测定5精密称定姜黄药材3份，按正交试验优化工艺条件进行提取，在上述色谱条件下进样20μL，测定峰面积，按峰面积计算姜黄素含量平均为4.91%，两次验证结果一致，说明该提取工艺稳定可行。4结论实验对姜黄的提取工艺进行优选，以姜黄素为考察指标，采用正交试验法优化工艺条件，有效解决了实验因素的相互影响性并大大的简化了实验次数，提高了实验的精确性。姜黄中姜黄素类成分含量较低，在乙醇中有较好的溶解，实验中选择提取次数、提取时间、乙醇浓度及用量等影响提取的关键因素为考察指标，并考虑到实际生产操作，最终确定姜黄提取的优化工艺为：加10倍量75%乙醇，提取2次，每次提取3ｈ，实验同时采用高效液相色谱法测定姜黄中姜黄素的含量，笔者方法能达到有效分离各组分的目的，具有灵敏度高、操作简单、分离效果好等优点。参考文献：[1]李侠，陈炳卿，宋其林.姜黄素对大鼠肝系统及谷胱甘肽-S-转移酶活性的影响[J].卫生毒理学杂志，1997，11(4):293-295.[2]刘立民,常喜,王伟华,等.姜黄素对前列腺癌PC-3M细胞抗侵袭作用的研究[J].中国实验诊断学,2006,10(9):1085-1087.[3]姚运红,余健华,熊晖,等.姜黄素抑制鼻咽癌细胞增殖及血管内皮生长因子基因表达的研究[J].四川大学学报(医学版),2006,37(4):647-649.[4]黄灵芝,李丽峰,董君英.大孔树脂提取纯化姜黄素的研究[J].精细化工中间体,2007,37(5):24-26.[5]BragameME,LealPF,CarvalhojE，etal.Comparisonofyield,composition,andantioxidantactivityofturmericextaactsobtainedusingvarioustechniques[J].AgricFoodChem，2003，51(22):6604-6611.