全 文 ：第 wv卷 第 x期
u s s z年 x 月
林 业 科 学
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¤¼ou s s z
超临界 ≤’u 萃取与微波法联用提取
姜黄有效成分的研究
李湘洲 张炎强 张金玲 罗 正
k中南林业科技大学材料科学与工程学院 长沙 wtssswl
摘 要 } 建立姜黄油及姜黄色素的超临界 p微波联合提取工艺 o在超临界 ≤’u 萃取姜黄油前处理工序的基础上 o
通过正交试验研究微波法提取姜黄色素过程中各操作参数对提取效果的影响 o比较组合工艺与其他工艺在提取条
件 !产品得率 !纯度等方面的差异 ∀优化后得到的最佳条件为 }提取温度 wx ε o料液比 tΒtt o乙醇体积分数 {s h o时
间 u °¬±o姜黄色素得率达到 v1uu h ∀超临界 p微波联合提取工艺完成了姜黄油和姜黄色素的分步提取 o而且一定
程度上达到了姜黄油和姜黄色素的提取 !分离同时实现的效果 o更有利于后期精制 ∀
关键词 } 姜黄 ~姜黄色素 ~微波辅助提取 ~超临界 ≤’u 萃取
中图分类号 }±|wy1|t 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kusszlsx p ss{x p sx
收稿日期 }ussy p s| p uu o修回日期 }ussz p sw p us ∀
基金项目 }国家科技部/十一五0科技支撑计划重点项目kussy…„⁄t{…swl和湖南省教育厅优秀青年项目ksx…svtl资助 ∀
Στυδψ ον Εξτραχτιον οφ ΑχτιϖεΙνγρεδιεντ οφ Τυρµεριχ βψ Συπερχριτιχαλ
ΧΟu ανδ Μιχροωαϖε Χοµ βινεδ Τεχηνιθυε
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k Χολλεγε οφ ΜατεριαλΣχιενχε ανδ Ενγινεερινγ o ΧεντραλΣουτη Υνιϖερσιτψοφ Φορεστρψ & Τεχηνολογψ Χηανγσηα wtssswl
Αβστραχτ} ײ ¶¨·¤¥¯¬¶«¤ ±¨ º °¨ ·«²§©²µ·«¨ ¬¨·µ¤¦·¬²± ²©·∏µ°¨ µ¬¦²¬¯ ¤±§¦∏µ¦∏°¬± ¥¼ ¶∏³¨µ¦µ¬·¬¦¤¯ ≤’u ¤±§ °¬¦µ²º¤√¨
¦²°¥¬±¨ §·¨¦«±¬´∏¨ o·∏µ°¨ µ¬¦³²º§¨µº¤¶³µ¨2·µ¨¤·¨§º¬·«¶∏³¨µ¦µ¬·¬¦¤¯ ≤’u·²²¥·¤¬±·∏µ°¨ µ¬¦²¯ ²¨µ¨¶¬±o¤±§·«¨ ± °¬¦µ²º¤√¨ º¤¶
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¬¨·µ¤¦·¬²±o¤±§·«¨ ³¤µ¤°¨ ·¨µ¶¤¥²∏· ¬¨·µ¤¦·¬²± ¦²±§¬·¬²±o ³µ²§∏¦·¬²± ¼¬¨ §¯o ³∏µ¬·¼ ²© §¬©©¨µ¨±· ¬¨·µ¤¦·¬²± ·¨¦«±²¯²ª¬¨¶ º¨ µ¨
¦²°³¤µ¨§q׫¨ ²³·¬°∏° ¦²±§¬·¬²±¶²©¦∏µ¦∏°¬± ¬¨·µ¤¦·¬±ª º¨ µ¨ }·¨°³¨µ¤·∏µ¨ wx ε oµ¤·¬² ²© °¤·¨µ¬¤¯ ·² ¬¯´∏²µtΒtt o{s h
·¨«¤±²¯ ¤¶ ¬¨·µ¤¦·¬±ª¶²¯√¨ ±·o·¬°¨ u °¬±o¼¬¨ §¯²©v1uu h q
Κεψ ωορδσ} ·∏µ°¨ µ¬¦~¦∏µ¦∏°¬±~°¬¦µ²º¤√¨ ¤¶¶¬¶·¨§ ¬¨·µ¤¦·¬²±~¶∏³¨µ¦µ¬·¬¦¤¯ ≤’u ¬¨·µ¤¦·¬²±
姜黄k Χυρχυµα λονγαl系姜科姜黄属多年生草本植物 o盛产于东南亚和澳大利亚北部 ∀我国传统医学认
为 o姜黄根茎具有破气行血 !通经止痛之功效 ~现代医学研究表明 o姜黄的主要有效成分姜黄色素具有抗肿
瘤 !抗氧化 !抗突变 !抗诱变 !抗人类免疫缺陷病毒 !降血脂和抗动脉粥样硬化等作用k陈铁晖等 oussw ~ •¤² ετ
αλqot||xl o姜黄油具有抑制肿瘤 !增强免疫功能等作用k孙秀燕等 oussyl ∀微波辅助提取技术和超临界流体
萃取技术都是近年来在中草药有效成分提取分离领域得到广泛应用的新型分离技术 ∀微波辅助提取技术是
在传统有机溶剂萃取的基础上发展而来的外场辅助强化技术 o其在姜黄色素提取方面的应用已开展了大量
研究k王平等 oussw ~唐课文等 oussx ~李湘洲等 oussyl o证明其无论是萃取速度 !萃取效率还是萃取物质量等
方面均优于常规工艺 ∀超临界流体萃取技术因具有无污染 !萃取选择性强 !操作温度低等优点 o特别适用于
姜黄的脂溶性成分 ) ) ) 姜黄油的提取k„±ª¨¯ ετ αλqousss ~刘树兴等 oussw ~李湘洲等 ousszl ∀然而 o目前在对
姜黄有效成分的提取中 o一般都是单独研究一种主要成分的提取方法 o而将多种有效成分综合考虑 o进行集
成优化提取的研究较少 ∀姜黄中有效成分复杂 o极性差别大 o为确保全面提取这些成分 o就必须有针对性地
将多种提取技术集成使用 o选择出最有竞争力的组合路线 ∀故此 o试验提出了超临界 p微波联合提取姜黄有
效成分的工艺路线 o不仅得到了姜黄色素提取物 o还得到了含量较高的姜黄油 o提高了对姜黄有效成分的综
合利用 ∀
t 材料与方法
111 试验材料及仪器
姜黄购于长沙市中药材市场 o粉碎 o过 us目筛备用 ∀
‹„tut p xs p st型超临界 ≤’u 流体萃取仪k江苏南通华安超临界实业有限公司l o„≥ p ´微波常压萃
取仪k上海新仪科器l o˜∂ p ttss紫外分光光度计k北京瑞利分析仪器公司l o• p ust旋转薄膜蒸发器k上海
中科机械研究所l o台式高速离心机k׊p tyŠl o万分之一电子天平k°…wsv p ‘型l ∀
112 试验方法
t1u1t 姜黄色素的含量测定方法 根据 Š…uzys p t||yks{1tsul法 o测定姜黄中的姜黄色素含量 ∀称取姜黄
素标样 ux °ªo放入 tss °的容量瓶中 o溶于乙醇后定容至刻度 o取此溶液 u °移入另一 xs °容量瓶中 o
再用乙醇稀释至刻度 ∀量取该对照品溶液 t1ux !u1xs !v1zx !x1ss !y1ux !z1xs °分别置于 ts °棕色容量瓶
中 o用乙醇稀释至刻度摇匀 o编号为 t !u !v !w !x !y o在 wux ±°处测吸光度 o以吸光度为纵坐标 o浓度为横坐标 o
得回归方程 }Ψ€ s1ttv v Ξ n s1ssv z oΡ € s1||| | o体积分数在 t1ux ∗ z1xs °ª#pt范围内与吸光度呈现良好
的线形关系 ∀
t1u1u 超临界 p微波法提取工艺 流程如下 }
姜黄粉 超临界流体萃取 姜黄油姜黄渣 微波萃取 姜黄色素提取液 ∀
称取一定量的姜黄粉 o利用超临界 ≤’u 流体萃取法提取姜黄粉中的姜黄油成分k李湘洲等 ousszl o姜黄
油得率为 {1|x h ∀随后 o称一定量经超临界萃取姜黄油后的姜黄渣于圆底烧瓶中 o加入一定体积分数的乙
醇溶剂 o设定好萃取温度 o用微波法提取姜黄色素 ∀提取液离心处理 o以标准曲线计算样品中姜黄色素含量 ∀
姜黄色素得率 €姜黄色素提取质量kªlΠ原料质量kªl ≅ tss h o姜黄油得率 €姜黄油质量kªlΠ原料质量kªl ≅
tss h ∀
u 结果与分析
图 t 提取时间对姜黄色素得率的影响
ƒ¬ªqt ∞©©¨¦·²©§¬©©¨µ¨±··¬° ¶¨²±
¬¨·µ¤¦·¬²± ¼¬¨ §¯²©¦∏µ¦∏°¬±
211 超临界 −微波联合提取工艺结果
u1t1t 提取时间对姜黄色素得率的影响 取超临界 ≤’u 流体提取
姜黄油后的姜黄渣粉 us ªo在温度为 xs ε !无水乙醇 tys °的提
取条件下 o探讨不同提取时间内姜黄色素的得率 o结果如图 t所示 ∀
姜黄色素的得率随着提取时间的延长而增大 o当达到 v °¬±时 o姜
黄色素的提取传质逐渐达到平衡 o随后继续延长提取时间 o可能引
起部分目标提取物的分解 o从而导致得率的降低 ∀
u1t1u 提取温度对姜黄色素得率的影响 称取姜黄渣 us ªo在提
取时间 v °¬± !无水乙醇 tys °的条件下 o探讨不同的提取温度内
姜黄色素的得率 o结果如图 u所示 ∀当温度低于 wx ε 时 o随着辐射
图 u 提取温度对姜黄色素得率的影响
ƒ¬ªqu ∞©©¨¦·²©§¬©©¨µ¨±··¨°³¨µ¤·∏µ¨¶
²± ¬¨·µ¤¦·¬²± ¼¬¨ §¯²©¦∏µ¦∏°¬±
温度升高 o提取剂和目标产物的分子运动越剧烈 o有利于姜黄色素
得率的提高 o但高于 wx ε 后 o得率反而下降 o所以提取温度应该选
择在 wx ε 附近 ∀
u1t1v 料液比对姜黄色素得率的影响 在提取时间 v °¬± !温度 wx
ε 的提取条件下 o探讨不同系列的料液比对姜黄色素得率的影响 o
结果如图 v所示 ∀随着溶剂量的增大 o姜黄色素的得率随之增大 ~
但当料液比增大到 tΒtt时 o增长趋势变缓 ∀考虑到增加溶剂用量
同时会增加回收溶剂的成本和时间 o故料液比选择在 tΒtt附近 ∀
u1t1w 乙醇体积分数对姜黄色素得率的影响 在温度 wx ε !料液
比 tΒ| o提取时间 v °¬±的提取条件下 o分别选用不同体积分数的乙
y{ 林 业 科 学 wv卷
醇为提取剂 o探讨溶剂浓度对姜黄色素提取效果的影响 o结果如图 w所示 ∀在乙醇体积分数为 ys h时 o测得
姜黄色素的得率最高 ∀
图 v 料液比对姜黄色素得率的影响
ƒ¬ªqv ∞©©¨¦·²©§¬©©¨µ¨±·³µ²³²µ·¬²±¶²©¶²¯¬§
¤±§ ¬¯´∏¬§²± ¬¨·µ¤¦·¬²± ¼¬¨ §¯²©¦∏µ¦∏°¬±
图 w 乙醇体积分数对姜黄色素得率的影响
ƒ¬ªqw ∞©©¨¦·²©§¬©©¨µ¨±·¨·«¤±²¯ √²¯∏°¨
©µ¤¦·¬²±¶²± ¬¨·µ¤¦·¬²± ¼¬¨ §¯²©¦∏µ¦∏°¬±
u1t1x 正交试验结果与分析 为了使萃取工艺更加科学 o在单因素试验的基础上 o选择提取时间 !提取温
度 !料液比 !溶剂体积分数 w个因素进行正交试验 o结果如表 t所示 ∀
表 1 Λ9 (34 )正交试验结果分析表
Ταβ . 1 Τηε ρεσυλτσ ανδ δατα οφ εξπεριµεντσ
试验号
‘²q
k„l提取温度
∞¬·µ¤¦·¬²±
·¨°³¨µ¤·∏µ¨Πε
k…l料液比
°µ²³²µ·¬²± ²©¶²¯¬§
¤±§ ¬¯´∏¬§
k≤l乙醇体积分数
∞·«¤±²¯ √²¯∏°¨
©µ¤¦·¬²±Πh
k⁄l提取时间
¬¦µ²º¤√¨
·¬°¨ Π°¬±
姜黄色素得率
≠¬¨ §¯²©
¦∏µ¦∏°¬±Πh
t ws tΒts ys u1s u1|y
u ws tΒtt zs u1x u1{s
v ws tΒtu {s v1s u1yw
w wx tΒts zs v1s u1ws
x wx tΒtt {s u1s v1uv
y wx tΒtu ys u1x v1su
z xs tΒts {s u1x u1|t
{ xs tΒtt ys v1s u1y|
| xs tΒtu zs u1s v1sw
Κt u1{ss u1zxz u1{|s v1szz
Κu u1{{v u1|sz u1zwz u1|ts
Κv u1{{s u1|ss u1|uz u1xzz
Ρ s1s{v s1txs s1t{s s1xss
由表 t分析可知 o
各因素对姜黄色素提取
效果影响的大小顺序
是 }提取时间  乙醇体
积分数 料液比 提取
温度 o其中提取时间对
姜黄色素的得率影响最
大 ∀工艺试验的最佳组
合为 „u…u ≤v ⁄t o即提取
温 度 wx ε o料 液 比
tΒtt o溶剂体积分数
{s h o时间 u °¬±∀为考
察上述优选提取工艺的
稳定性 o取姜黄渣 v份 o
按该工艺条件进行提
取 o测得姜黄色素得率
平均值为 v1uu h ∀
u1t1y 提取物的纯度
分析 为分析超临界 p微波联合提取工艺所得提取物的纯度 o试验用紫外可见分光光度计在 uss ∗ yss ±°
波长内 o分别对超临界工艺的提取物与超临界 p微波联合工艺的提取物进行扫描 ∀
图 x为超临界工艺提取物的扫描曲线 ∀可以看出 o在uvy ±°处有一个明显的姜黄油特征吸收峰 o而在
wux ±°波长下姜黄色素特征峰十分微弱 o说明超临界提取物所得油中姜黄色素含量很低 ∀原因是由于姜黄
色素的化学结构存在二酮基 !酚羟基等 o使其具有一定的极性 ~而超临界 ≤’u 流体主要适用于非极性 !弱极
性物质的萃取 o在不加夹带剂的情况下 o超临界 ≤’u 流体主要提取了原料中的姜黄油成分 o姜黄色素应仍然
残留在余渣中 ∀
图 y为超临界 p微波联合提取工艺提取物的扫描曲线 ∀图形表明 o由于脂溶性成分的预先萃取 o在
uvy ±°处姜黄油的特征吸收峰明显降低 o而在 wux ±°波长下姜黄色素特征峰突出 ∀因此该工艺有利于提高
后续姜黄色素提取物的纯度 o使其更易于精制 ∀
z{ 第 x期 李湘洲等 }超临界 ≤’u 萃取与微波法联用提取姜黄有效成分的研究
图 x 超临界 ≤’u 流体法提取物扫描曲线
ƒ¬ªqx ≥¦¤±±¬±ª¦∏µ√¨ ²© ¬¨·µ¤¦·¥¼ ¶∏³¨µ¦µ¬·¬¦¤¯
≤’u ¬¨·µ¤¦·¬²± ·¨¦«±¬´∏¨
图 y 超临界 p微波提取法提取物扫描曲线
ƒ¬ªqy ≥¦¤±±¬±ª¦∏µ√¨²© ¬¨·µ¤¦·¥¼ ¶∏³¨µ¦µ¬·¬¦¤¯
≤’u2°¬¦µ²º¤√¨ ¦²°¥¬±¨ §·¨¦«±¬´∏¨
212 姜黄原料直接微波辅助提取姜黄色素的结果
为比较超临界 p微波联合提取工艺与直接微波辅助提取工艺提取姜黄色素效果的差异 o按李湘洲等
kussyl的方法 o称姜黄粉 us ª于圆底烧瓶中 o加入料液比 tΒtu o体积分数 zs h的乙醇溶液 o在提取温度 ys ε
的条件下进行微波提取 u1x °¬±∀提取液离心过滤 o用标准曲线法计算提取液姜黄色素含量 o测得姜黄色素
得率为 v1yt h ∀用紫外可见分光光度计在 uss ∗ yss ±°波长内 o对该提取物进行扫描k图 zl o从扫描图上可
以看到 u个明显的吸收峰 o在 wux ±°处姜黄色素的特征吸收峰及在 uvy ±°处姜黄油产生的特征吸收峰 ∀
图 z 微波辅助提取法提取液扫描曲线
ƒ¬ªqz ≥¦¤±±¬±ª¦∏µ√¨²© ¬¨·µ¤¦·
¥¼ °¬¦µ²º¤√¨·¨¦«±¬´∏¨
对直接微波辅助提取工艺提取液中加入石油醚萃取姜
黄油成分 o静置分层 o石油醚层减压回收溶剂后得到姜黄
油 o得率为 u1xv h ∀但试验发现 o由于姜黄素与姜黄油树脂
类物质分离较难 o须用大量溶剂进行多级萃取 o因而生产周
期相对较长 ∀同时 o操作过程中不可避免地存在有机溶剂
损失 o所以若采用此工艺则必须设置有机溶剂回收过程 ∀
213 姜黄主要有效成分 2种不同提取方法的比较
从表 u中可以看出 o与直接微波辅助提取工艺相比 o超
临界 p微波联和提取工艺虽然姜黄色素的得率略微有所降
低 o但姜黄油的得率达到 {1|x h o比前者增加近 v1x倍 o而
且香气纯正 o无溶剂残留 ∀同时 o超临界 p微波联和提取工
艺可以缩短提取时间 !降低提取温度 !减少溶剂用量 o也有利于姜黄色素的稳定 ∀
表 2 不同提取方法的工艺参数比较
Ταβ . 2 Τηε παραµετερσ χοµ παρισον αµ ονγ διφφερεντ εξτραχτιον µετηοδσ
提取方法
∞¬·µ¤¦·¬²± °¨ ·«²§
提取时间
׬° Π¨°¬±
提取温度
× °¨³¨µ¤·∏µ¨Πε
乙醇体积分数
∞·«¤±²¯ √²¯∏°¨
©µ¤¦·¬²±Πh
料液比
°µ²³²µ·¬²± ²©¶²¯¬§¤±§
¬¯´∏¬§Πkª#°ptl
姜黄色素得率
≠¬¨ §¯²©
¦∏µ¦∏°¬±Πh
姜黄油得率
≠¬¨ §¯²©
²¬¯Πh
姜黄的微波辅助提取工艺
¬¦µ²º¤√¨ ·¨¦«±¬´∏¨ u1x ys zs tΒtu v1yt u1xv
姜黄的超临界 p微波联合提取工艺
≥∏³¨µ¦µ¬·¬¦¤¯ ≤’up°¬¦µ²º¤√¨ ¦²°¥¬±¨ §·¨¦«±¬´∏¨ u wx {s tΒtt v1uu {1|x
v 结论
tl 以超临界 ≤’u 流体萃取姜黄油后的姜黄渣为原料 o进行微波提取姜黄色素的工艺 o经优化后得到的
最佳条件为 }提取温度 wx ε o料液比 tΒtt o溶剂体积分数 {s h o时间 u °¬±o姜黄色素的得率达到 v1uu h ∀此
联用提取工艺中超临界提取姜黄油的得率可达 {1|x h ∀
ul 与直接微波辅助提取法相比 o经过超临界预处理后的姜黄渣 o由于脂溶性成分的预先萃取 o使提取物
{{ 林 业 科 学 wv卷
易于精制 o更有利于提高后续姜黄色素提取物的纯度 ∀
vl 超临界 p微波联和提取工艺完成了姜黄油和姜黄色素的分步提取 o而且一定程度上达到了姜黄油和
姜黄色素的提取 !分离同时实现的效果 ∀
wl 经过超临界预处理后的姜黄渣 o在出料时容器内压力急剧下降 o由于细胞壁对流体扩散的阻滞作用 o
便在细胞壁内外形成一个瞬间极大的压差 o该压差能轻易地击破植物细胞的细胞壁k李昶红等 ousswl o可减
少后续微波法提取姜黄色素的阻力 o因而一定程度上更有利于目标成分的提取 ∀
参 考 文 献
陈铁晖 o严国鸿 o陈 华 qussw q姜黄的化学成分及抗肿瘤作用研究进展 q海峡预防医学杂志 otskyl }uv p vx
李昶红 o李 薇 qussw q预破碎细胞壁超临界二氧化碳萃取除虫菊酯 q农药 ouwkttl }xsw p xsy
李湘洲 o张炎强 o刘艳华 o等 qussy q不同方法提取姜黄色素的研究 q林产化学与工业 ouykwl }{v p {y
李湘洲 o张炎强 qussz q超临界 ≤’u 静动态结合萃取姜黄油的工艺研究 q北京理工大学学报 ouzkwl }vyy p vy|
刘树兴 o胡小军 qussw q超临界二氧化碳萃取姜黄油的工艺研究 q中国油脂 ou|kwl }t{ p us
孙秀燕 o李秀琴 o王金辉 o等 qussy q姜黄挥发油抗癌活性成分研究 q中草药 ovzkzl }|{u p |{v
唐课文 o易健民 o李 立 qussx q微波萃取 p吸附分离法提取姜黄素的研究 q化工进展 ouwkyl }ywz p y{s
王 平 o刘川生 o章银军 o等 qussw q微波辅助萃取姜黄素的研究 q中国天然药物 oukxl }vt| p vus
„±ª¨¯ o ‘¨ ¬¯² × o ¤µ¬¯¨ ±¤ ∞o ετ αλqusss1 ≥∏³¨µ¦µ¬·¬¦¤¯ ≤’u ¬¨·µ¤¦·¬²± ²©¦∏µ¦∏°¬±¶¤±§ ¶¨¶¨±·¬¤¯ ²¬¯©µ²°·«¨ µ«¬½²°¨ ¶²©·∏µ° µ¨¬¦kχυρχυµαλονγα ql qŒ±§
∞±ª ≤«¨ ° • ¶¨ov| }wzu| p wzvv
•¤² ≤ ∂ o•¬√¨ ±¶²± „ qt||x q≤«¨ °²³µ¨√ ±¨·¬²± ²©¦²¯²±¦¤µ¦¬±²ª¨ ±¨ ¶¬¶¥¼ §¬¨·¤µ¼¦∏µ¦∏°¬±o¤±¤·∏µ¤¯ ¼¯ ²¦¦∏µµ¬±ª³¯¤±·³«¨ ±²¯¬¦¦²°³²∏±§q≤¤±¦¨µ• ¶¨oxx }ux|
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k责任编辑 石红青l
|{ 第 x期 李湘洲等 }超临界 ≤’u 萃取与微波法联用提取姜黄有效成分的研究