生姜中姜黃素的提取工藝研究

1、生姜中姜黃素的提取工藝研究 摘要運(yùn)用超聲波協(xié)同雙水相的方法研究姜黃素的萃取條件。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)考查不同有機(jī)溶劑體積、無(wú)機(jī)鹽的質(zhì)量、固液比、超聲波功率、超聲波時(shí)間及提取溫度對(duì)姜黃素提取的影響。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用三因素三水平的響應(yīng)面分析法，根據(jù)回歸分析確定各工藝條件的影響因子，以上相提取率為響應(yīng)值作響應(yīng)面和等值線圖。結(jié)果表明，姜黃素萃取的最佳工藝條件為：固定液體加入量20 mL，固液比0.1:20、K2HPO4 6g、超聲提取功率150 w、超聲提取時(shí)間為30.2 min、乙醇體積9.86 mL、提取溫度56.6，浸提1 h時(shí)，姜黃素的收率Yt為98.9%，有機(jī)相中提取率為0.054%。對(duì)比

2、乙醇- K2HPO4雙水相提取率0.05%，收率為97.7%，提取率提高了8%；而直接用乙醇浸提，提取率為0.024%。關(guān)鍵詞姜黃素，超聲波，雙水相，響應(yīng)面A Study on Extraction Process of Curcumin in GingerAbstract Using the method of ultrasonic synergy aqueous two-phase researches extraction conditions of curcumin. Through the single factor experiment examined differen

3、t organic solvent volume, the quality of the inorganic salt, solid-liquid ratio, ultrasonic power, ultrasonic time and extraction temperature on the extraction effect of curcumin. On the basis of single factor experiment using three factors and three levels of response surface analysis, according to

4、 the regression analysis to determine the effects of process conditions factor, the top phase of extraction rate as response values for the response surface and contour map. The results showed that the optimum process conditions of curcumin extraction is: when the fixed liquid adding amount of 20 mL

5、，ratio of solid to liquid 0.120, K2HPO4 6g, ultrasonic extraction power 150 w, ultrasonic extraction time 30.2 min, volume of 9.86 mL of ethanol, extraction temperature 56.6 , extracting 1 h,Yt yield of curcumin was 98.9%, the organic phase of extraction rate 0.054%.Comparison of K2HPO4 ethanol - aq

6、ueous two-phase extraction rate by 0.05%, the yield was 97.7%, extraction yield increased by 8%;and the direct use of ethanol extraction, extraction rate was 0.024%.Key Words curcumin, ultrasonic, aqueous two-phase, response surface生姜中姜黃素的提取工藝研究1 前言1.1 生姜與姜黃素生姜指姜屬植物的塊根莖,性溫，其特有的“姜辣素”能刺激胃腸黏膜，使胃腸道充血，消化

7、能力增強(qiáng)，能有效地治療吃寒涼食物過(guò)多而引起的腹脹、腹痛、腹瀉、嘔吐等。吃過(guò)生姜后，人會(huì)有身體發(fā)熱的感覺(jué)，這是因?yàn)樗苁寡軘U(kuò)張，血液循環(huán)加快，促使身上的毛孔張開(kāi)，這樣不但能把多余的熱帶走，同時(shí)還把體內(nèi)的病菌、寒氣一同帶出。當(dāng)身體吃了寒涼之物，受了雨淋或在空調(diào)房間里呆久后，吃生姜就能及時(shí)消除因肌體寒重造成的各種不適。姜黃色素通常稱為姜黃素，是植物界很稀少的具有二酮的色素，為二酮類化合物。姜黃素為橙黃色結(jié)晶粉末，味稍苦，溶于甲醇、乙醇、異丙醇、乙酸乙酯、四氫呋喃、堿、醋酸、丙酮和氯仿等有機(jī)溶劑，不溶于水，在堿性時(shí)呈紅褐色，在中性、酸性時(shí)呈黃色。對(duì)還原劑的穩(wěn)定性較強(qiáng)，著色性強(qiáng)(不是對(duì)蛋白質(zhì))，一經(jīng)著

8、色后就不易退色，但對(duì)光、熱、鐵離子敏感，耐光性、耐熱性、耐鐵離子性較差。1.2 姜黃素的生理活性姜黃素主要來(lái)源于姜科姜黃屬植物的根莖，是其主要活性成分，姜黃素為略帶酸性物質(zhì)，是姜黃素、去甲氧基姜黃素、雙去甲氧基姜黃素的混合體。姜黃根莖中姜黃素含量約為3%6%，明顯高于其他抗癌、抗突變物質(zhì)，已有人將姜黃用于AIDS患者及HIV感染者的治療。最近，國(guó)內(nèi)外許多文獻(xiàn)相繼報(bào)道了姜黃素的降血脂、抗突變、抗癌、抗氧化、清除自由基等生理功能和作用機(jī)理1。姜黃素的染色力大于其他天然色素和合成檸檬黃等，尤其是對(duì)蛋白質(zhì)等有很強(qiáng)的染色能力。由于安全無(wú)毒、無(wú)副作用，因而WHO與FDA批準(zhǔn)姜黃為天然食品添加劑。1.3 姜

9、黃素研究目的及國(guó)內(nèi)外研究狀況姜黃素是聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織食品法典委員會(huì)批準(zhǔn)的食品添加劑（FAO/WHO-1995），是我國(guó)食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB2760-1981）中最早頒布的，允許在食品中使用的九種天然色素之一。在食品生產(chǎn)中主要用于腸類制品、罐頭、醬鹵制品等產(chǎn)品的著色。新頒布的食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)（GB2760-2011）規(guī)定，冷凍飲品，可可制品、巧克力和巧克力制品以及糖果，膠基糖果，裝飾糖果、頂飾和甜汁，面糊、裹粉和煎炸粉，方便米面制品，調(diào)味糖漿，復(fù)合調(diào)味料，碳酸飲料和果凍中姜黃素的最大使用量分別為0.15、0.01、0.7、0.5、0.3、0.5、0.5、0.1、0.01、0.01g/kg

10、，人造黃油及其類似制品、熟制堅(jiān)果與籽類、糧食制品餡料和膨化食品中可按生產(chǎn)需要適量使用2。此外，姜黃素還具有防腐作用。美國(guó)衛(wèi)生部門(mén)擬在最新版美國(guó)藥典中收載姜黃提取物等二十余種植物制劑的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，高純度姜黃素的國(guó)際市場(chǎng)價(jià)約為120180美元/kg。姜黃素是天然色素中極具開(kāi)發(fā)前景的黃色素之一。我國(guó)于上世紀(jì)80年代中后期開(kāi)始研究和應(yīng)用姜黃色素，90年代初發(fā)展到最高峰，但由于產(chǎn)品質(zhì)量原因，市場(chǎng)化程度不高3。目前國(guó)內(nèi)已開(kāi)發(fā)出可與國(guó)外相媲美的水溶性和油溶性姜黃色素產(chǎn)品，通過(guò)復(fù)配生產(chǎn)出多種色調(diào)的姜黃素，已廣泛應(yīng)用于面食、飲料、果酒、糖果、糕點(diǎn)、罐頭、果汁及烹飪菜肴46。姜黃素是一種常見(jiàn)的藥，有多種藥理作用，如

11、：抗炎、抗氧化、抗誘變、抗凝、降血脂、抗動(dòng)脈硬化等。臨床上曾用于外科線治永瘺管，可使傷口逐漸愈合；用姜黃素糊劑治療慢性潰瘍和疤疹，治愈率達(dá)97%；姜黃素為睪丸-5a還原酶抑制劑，可預(yù)防和治療前列腺肥大。姜黃素能活血通經(jīng)止痛， 一切癖血所致痛經(jīng)、經(jīng)閉、產(chǎn)后癖滯腹痛， 均可隨證配伍用之，在治療婦科痛經(jīng)、經(jīng)閉等疾病方面也有顯著療效。研究中發(fā)現(xiàn)，它的主要成分姜黃素(Cur) 在體外可抑制多種腫瘤的生長(zhǎng)， 在體內(nèi)能抑制實(shí)驗(yàn)動(dòng)物皮癌、胃癌、結(jié)腸癌及乳癌的發(fā)生7，Cur來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，幾乎無(wú)毒副作用，因而成為目前腫瘤化療預(yù)防和治療的熱點(diǎn)。Cur的抗腫瘤機(jī)制可能是：誘導(dǎo)惡性腫瘤細(xì)胞分化，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，對(duì)腫

12、瘤的抑制作用及抗突變作用等。有報(bào)道指出，姜黃素在治療心腦血管疾病方面也有很好的效果8,9 。近來(lái)又發(fā)現(xiàn)姜黃素具有抗HIV病毒的作用， 將姜黃素用于AIDS患者及HIV感染者治療。近年臨床上多選擇用于降血脂、治療憂郁癥等方面10 。在治療癌癥方面國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量的臨床試驗(yàn)，被公認(rèn)治癌療效好，無(wú)毒副作用，價(jià)格低廉。姜黃素的制劑學(xué)研究已經(jīng)越來(lái)越廣泛，目前國(guó)外已經(jīng)有從中藥姜黃中提取的姜黃素粗提物制成膠囊上市，用作營(yíng)養(yǎng)藥和非甾體抗炎藥物。姜黃素由于其本身的理化性質(zhì)不穩(wěn)定，使之所做劑型有限。與傳統(tǒng)劑型相比，滴丸具有表面積大、溶出速度快、劑量準(zhǔn)確、生物利用度高、服用方便等特點(diǎn)。滴丸的制備方法是固體分散制備中

13、的熔融法，故藥物在基質(zhì)中以微細(xì)狀態(tài)存在，因而有利于藥物溶出和吸收11。我國(guó)飼料資源短缺，要進(jìn)一步發(fā)展飼料業(yè)就必須開(kāi)發(fā)非常規(guī)飼料資源。目前我國(guó)對(duì)姜黃粉作為飼料原料的研究已經(jīng)起步并到得了一定的成績(jī)，姜黃粉及類似資源的開(kāi)發(fā)利用可以在一定程度上緩解飼料資源短缺的壓力，并且可以帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有廣泛的社會(huì)效益。姜黃在促進(jìn)魚(yú)生長(zhǎng)和魚(yú)病防治也有很多用途：飼料中添加3%的姜黃粉可以顯著提高草魚(yú)腸道中蛋白酶和淀粉酶的活力，促進(jìn)了魚(yú)體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化的吸收。在魚(yú)飼料中添加2%6%的姜黃粉對(duì)草魚(yú)生長(zhǎng)具有明顯的促進(jìn)作用，可提高飼料利用率。在飼料中添加4%6%的姜黃粉能夠預(yù)防魚(yú)腸炎病、小瓜蟲(chóng)病、赤皮病、細(xì)菌性爛鰓病

14、、白嘴病和出血病等疾病12,13 。在飼料科學(xué)中，經(jīng)物理加工的姜黃粉是一種很有開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的非常規(guī)飼料資源，它是一種綠色、環(huán)保、無(wú)公害的純天然型飼料原料，對(duì)畜禽及魚(yú)類也具有一定的保健防病功能， 除含有姜油酮、姜酚等生理活性物質(zhì)外，還含有蛋白質(zhì)、多糖、維生素和多種微量元素。1.4 姜黃素的提取方法本文主要研究姜黃素提取工藝的優(yōu)化，提高姜黃素的提取率。提取姜黃素的方法很多，在工藝流程上各有特色，但都有提取和精制兩大步驟。常用的方法有有機(jī)溶劑提取法，分為先脫油再分離姜黃素、先提取浸膏再分離姜黃油和姜黃素兩種，還有一種為堿水萃取法。近年來(lái)，不少新技術(shù)和工藝也應(yīng)用于姜黃素的提取及精制。 醇提法在常溫或中

15、高溫的條件下，用不同濃度的乙醇(常用70% 80%)提取姜黃素，即采用浸提法、滲漉法等，并可使用超聲波、微波、表面活性劑等輔助萃取。醇提法提取率較高，工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件易于控制，容易在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。 酸堿法宋長(zhǎng)生(2006)利用姜黃素中含有酚羥基易溶于堿的原理，用一定濃度的氫氧化鈉溶液提取姜黃素，然后用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH，使姜黃素析出，得姜黃素粗品。這種方法得到的姜黃素粗品易于干燥，但姜黃素易于在堿性條件下分解，分解速度從pH值7.45開(kāi)始隨著堿性的增強(qiáng)急劇上升，到pH值10.2時(shí)最大，所得的姜黃素產(chǎn)品性質(zhì)不穩(wěn)定，并且堿提取過(guò)程中會(huì)溶出大量淀粉，影響下一步的精制過(guò)程，酸堿法姜黃素收率較低。 酶法

16、董海麗(2000)應(yīng)用纖維素酶、果膠酶組成的復(fù)合酶對(duì)姜黃細(xì)胞壁及細(xì)胞間質(zhì)中的纖維素、半纖維素等物質(zhì)降解，引起細(xì)胞壁及細(xì)胞間質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生局部疏松、膨脹、崩潰等變化，從而提高姜黃素提取率,然后升溫，用堿水提取。但酶的反應(yīng)條件及堿提取條件控制都使得本法難以在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。 水楊酸鈉法劉新橋(2004)考察了酸堿法、活性碳吸附法、水楊酸鈉法，優(yōu)選水楊酸鈉法提取純化姜黃素。水楊酸鈉法操作簡(jiǎn)單，所得產(chǎn)品純度高，達(dá)92.5%。水楊酸鈉可以重復(fù)利用，但總轉(zhuǎn)移率在30%以下，難以達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的要求。 超臨界CO2萃取法姜黃素具有一定的極性，采用超臨界CO2萃取時(shí)必須加入夾帶劑，添加適量夾帶劑乙醇后, 可以將姜

17、黃素萃取出來(lái)，當(dāng)夾帶劑用量為35%以下時(shí)，姜黃素提取率很低，在20%以下。姚煜東(2007)在1 L 的萃取釜中使用了3000 mL的夾帶劑，即夾帶劑量為原料710倍時(shí)，獲得了98%的提取率。由于超臨界萃取設(shè)備昂貴，加上使用夾帶劑量較大，因此采用超臨界CO2 萃取姜黃素的方法在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用還應(yīng)綜合考慮其經(jīng)濟(jì)性。 活性炭柱層析法王賢純(2007)將乙醇提取液直接流經(jīng)活性炭層析柱后，用堿性丙酮洗脫，姜黃素的收率為2.36%，純度為92.33，色素總收率79.62%。乙醇提取液直接流經(jīng)活性炭柱時(shí)，色素迅速被活性炭吸附，從而使傳統(tǒng)工藝中蒸發(fā)濃縮提取液的成本大大下降，同時(shí)柱層析除去姜黃素中脂類雜質(zhì)更徹

18、底，提高了產(chǎn)品的純度，使產(chǎn)品易于干燥。本文運(yùn)用超聲波協(xié)同雙水相的方法來(lái)提取姜黃素,用響應(yīng)面分析法優(yōu)化提取條件。秦?zé)樀?4考察了超聲場(chǎng)對(duì)姜黃素提取的影響，超聲場(chǎng)的介入顯著縮短了浸提時(shí)間，明顯加快傳質(zhì)速率，提高了姜黃素的浸出率，同時(shí)保證了姜黃素的穩(wěn)定性。利用超聲場(chǎng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程強(qiáng)化是開(kāi)拓高效、節(jié)能、降耗工藝過(guò)程的主要途徑之一。雙水相萃取是通過(guò)溶質(zhì)在兩水相之間分配系數(shù)的差異而進(jìn)行萃取的技術(shù)，其應(yīng)用于蛋白質(zhì)的分離純化有以下優(yōu)勢(shì)：體系含水量高，達(dá)80%以上，萃取環(huán)境和操作條件溫和，蛋白質(zhì)在其中不易失活；界面張力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水-有機(jī)溶劑兩相體系的界面張力，有助于強(qiáng)化相際間的質(zhì)量傳遞；易于按比例放大和進(jìn)行連續(xù)性操作等

19、15。近年來(lái)，雙水相萃取技術(shù)的分離對(duì)象進(jìn)一步擴(kuò)大，已包括了多肽、氨基酸、植物有效成分、重金屬離子和抗生素等。自20世紀(jì)80年代初期起， 雙水相萃取技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)， 國(guó)內(nèi)也開(kāi)展了相關(guān)研究16。雙水相體系分為高聚物-高聚物雙水相體系、高聚物-無(wú)機(jī)鹽雙水相體系、低分子有機(jī)物-無(wú)機(jī)鹽雙水相體系、表面活性劑雙水相體系；本文使用的是低分子-無(wú)機(jī)鹽雙水相體系，由于水溶性高聚物難以揮發(fā)， 使反萃取必不可少， 且鹽進(jìn)入反萃取劑中，對(duì)隨后的分析測(cè)定帶來(lái)很大的影響，另外水溶性高聚物大多黏度較大，不易定量操作；與水互溶的有機(jī)溶劑和鹽水相的雙水相萃取體系具有價(jià)廉、低毒、較易揮發(fā)而無(wú)需反萃取和避免使用黏稠水溶性高

20、聚物等特點(diǎn)。響應(yīng)面分析法（RSM）系采用多元二次回歸方法作為函數(shù)估計(jì)的工具，將多因子實(shí)驗(yàn)中因素與指標(biāo)的相互關(guān)系用多項(xiàng)式近似擬合，依此可對(duì)函數(shù)的響應(yīng)面和等高線進(jìn)行分析，研究因子與響應(yīng)面之間、因子與因子之間的相互關(guān)系。它與“正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法” 不同，具有實(shí)驗(yàn)周期短，求得的回歸方程精度高，能研究幾種因素間交互作用等優(yōu)點(diǎn)，由于其合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)良的結(jié)果，已被越來(lái)越多的食品行業(yè)工作者采用1719。20世紀(jì)70年代初期，開(kāi)始把響應(yīng)面方法應(yīng)用于早期食品研究中。由于他在這一領(lǐng)域的領(lǐng)袖地位，該領(lǐng)域的其他研究人員相繼把RSM作為一種研究策。Henika，Palmer（1976）和Henika（1982）發(fā)表的兩篇文章

21、是關(guān)于RSM在這一領(lǐng)域應(yīng)用情況的非常有價(jià)值的參考文獻(xiàn)，文獻(xiàn)22中也有相關(guān)介紹。本實(shí)驗(yàn)在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面分析法對(duì)姜黃素提取工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得出姜黃素提取的最佳工藝條件，為姜黃素資源的開(kāi)發(fā)利用提供了理論基礎(chǔ)。2 材料與方法2.1 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)樣品及試劑生姜（市售）：采購(gòu)于荊州花臺(tái)好鄰居量販 姜黃素標(biāo)準(zhǔn)品，無(wú)水乙醇（AR），甲醇（AR），異丙醇（AR），蒸餾水，K2HPO4（AR），NaH2PO4（AR），(NH4)2SO4（AR）2.2.2試驗(yàn)主要儀器及設(shè)備電子天平 上海精密科學(xué)儀器有限公司HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋 國(guó)華電器有限公司722型可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司1

22、01A-1 電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海實(shí)驗(yàn)儀器總廠 L4-2A臺(tái)式離心機(jī) 北京醫(yī)用離心機(jī)廠制造FW-80超微粉碎機(jī) 金祥龍電子有限公司JPCT300全數(shù)字超聲波發(fā)生器 佳姆信超聲設(shè)備有限公司2.2試驗(yàn)方法2.2.1姜黃素提取工藝雙水相配置加姜粉水浴超聲處理離心分液過(guò)濾姜黃素提取液2.2.2操作要點(diǎn)(1)原料選擇：選擇新鮮的，無(wú)霉點(diǎn)的，無(wú)腐爛的生姜。(2)預(yù)處理：先將生姜清洗干凈，去皮后再清洗一遍，切片，放于烘箱中在50下烘干，用粉碎機(jī)粉碎，過(guò)80目篩，得生姜粉。(3)雙水相體系的配置：控制蒸餾水與有機(jī)溶劑總量為20 mL，稱取一定量的無(wú)機(jī)鹽，加蒸餾水溶解，再加入有機(jī)溶劑，搖勻，靜置5 min，得雙水

23、相體系。(4)姜黃素提?。悍Q取一定量姜粉，加入雙水相中在超聲條件下提取，考慮有機(jī)溶劑體積、無(wú)機(jī)鹽質(zhì)量、固液比、超聲波功率、超聲時(shí)間、提取溫度對(duì)得率的影響。(5)離心：以2000 r/min離心5 min，分液、過(guò)濾2.2.3姜黃素得率的影響因素研究(1)固液比對(duì)姜黃素提取的影響：分別稱取0.05 g、0.1 g、0.15 g、0.2 g、0.25 g的姜粉，加入到總量為20 mL，無(wú)機(jī)鹽為4 g，醇水比為11的雙水相體系中，40水浴1 h，150 w超聲提取30 min，2000 r/min離心5 min，計(jì)算姜黃素的收率Yt及上相提取率，根據(jù)收率和姜黃素得率確定最佳固液比。(2)無(wú)機(jī)鹽的質(zhì)量

24、對(duì)姜黃素提取的影響：在上述試驗(yàn)確定的固液比下，分別選取加入無(wú)機(jī)鹽的質(zhì)量為4 g、6 g、8 g、10 g、12 g，醇水比為11的體系，40水浴1 h，150 w超聲提取30min，2000 r/min離心5 min，根據(jù)收率和姜黃素得率確定無(wú)機(jī)鹽的加入量。(3)有機(jī)溶劑體積對(duì)姜黃素提取的影響：雙水相體系總量為20 mL，在上述試驗(yàn)確定的固液比和無(wú)機(jī)鹽質(zhì)量下，分別選用有機(jī)溶劑體積為6 mL、7 mL、8 mL、9 mL、10 mL、11 mL、12 mL的萃取體系，40水浴1 h，150 w超聲提取30 min，2000 r/min離心5 min，計(jì)算收率Yt及上相提取率，根據(jù)收率和姜黃素得率

25、確定最佳醇水比。(4)超聲波功率對(duì)姜黃素提取的影響：雙水相體系總量為20 mL，在上述試驗(yàn)確定的工藝條件下，40水浴1 h，控制超聲波功率為30 w、90 w、150 w、210 w、270 w，超聲提取30 min，2000 r/min離心5 min，根據(jù)收率和姜黃素得率確定最佳功率。(5)超聲波時(shí)間對(duì)姜黃素提取的影響：雙水相體系總量為20 mL，在上述試驗(yàn)確定的最佳工藝下，40水浴1 h，控制超聲波提取時(shí)間為15 min、30 min、45 min、60 min、75 min進(jìn)行萃取，2000 r/min離心5 min，根據(jù)收率和得率確定最佳超聲時(shí)間。 (6)提取溫度對(duì)姜黃素提取的影響：雙

26、水相體系總量為20 mL，在上述試驗(yàn)確定工藝下，控制水浴溫度20、30、40、50、60，水浴1 h，2000 r/min離心5 min，計(jì)算姜黃素收率Yt及上相提取率，根據(jù)收率和姜黃素得率確定最佳提取溫度。2.3 生姜中姜黃素提取率測(cè)定2.3.1 姜黃素的提取：超聲波協(xié)同雙水相法原理：姜黃素為二酮類化合物，溶于甲醇、乙醇、異丙醇、堿、醋酸、丙酮和氯仿等有機(jī)溶劑,不溶于水。雙水相萃取技術(shù)是利用被提取物質(zhì)在不同的兩相系統(tǒng)間分配行為的差異進(jìn)行分離，具有較高的選擇性和專一性，是一種高效而溫和的分離新技術(shù)，能提取醛、酮、醇等弱極性至無(wú)極性香味成分。超聲場(chǎng)的介入顯著縮短了浸提時(shí)間，明顯加快傳質(zhì)速率，提高

27、了姜黃素的浸出率，同時(shí)保證了姜黃素的穩(wěn)定性。利用超聲場(chǎng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程強(qiáng)化是開(kāi)拓高效、節(jié)能、降耗工藝過(guò)程的主要途徑之一。2.3.2 試劑配制雙水相體系的配置：控制蒸餾水與有機(jī)溶劑總量為20 mL，稱取一定量的無(wú)機(jī)鹽，加蒸餾水溶解，再加入有機(jī)溶劑，搖勻，靜置5 min，得雙水相體系。姜黃素標(biāo)準(zhǔn)溶液：用電子天平精確稱取取姜黃素標(biāo)準(zhǔn)品0.05 g，用甲醇定容于100 mL容量瓶中，得濃度為500 g/ mL的姜黃素標(biāo)準(zhǔn)液。 2.3.3 姜黃素標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 用電子天平精確稱取取姜黃素標(biāo)準(zhǔn)品0.05 g，用甲醇定容于100 mL容量瓶中，得濃度為500 g/mL的姜黃素標(biāo)準(zhǔn)液。精密量取此標(biāo)準(zhǔn)液0.1 mL、0

28、.15 mL、0.2 mL、0.25 mL、0.3 mL、0.35 mL、0.4 mL、0.45 mL、0.5 mL、0.55 mL,于50 mL容量瓶中用甲醇稀釋至刻度，搖勻，以甲醇作為空白對(duì)照，于425nm處測(cè)定吸光度（A）,以姜黃素濃度C（g/ mL）為縱坐標(biāo)，吸光度A為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。 2.3.4 姜黃素得率的計(jì)算讀取過(guò)濾后上下相的姜黃素提取液體積，并按測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法測(cè)其吸光度值。按下式計(jì)算姜黃素得率和收率：R= Vt/Vb；K= Ct/Cb；收率Yt= 1/ ( 1+ 1/RK) 姜黃素得率=Ct×Vt×10-6 /W式中R: 雙水相體系上下相的體積比，

29、Vt : 雙水相體系上相體積( mL)，Vb : 雙水相體系下相體積( mL) ，K：姜黃素雙水相體系分配系數(shù)，Ct：雙水相系統(tǒng)上相姜黃素的質(zhì)量濃度（g/ mL)，Cb：雙水相系統(tǒng)下相姜黃素的質(zhì)量濃度（g/ mL)，Yt： 姜黃素的收率，W：為稱取姜粉粉末重量（g）。3 結(jié)果與分析3.1 姜黃素標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制配置不同濃度的姜黃素溶液，于425 nm測(cè)定吸光度，以姜黃素濃度C（g/ mL）為縱坐標(biāo)，吸光度A為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。得回歸方程：C=5.8019A-0.0884，相關(guān)系數(shù)r2=0.9993。圖1 姜黃素溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線由圖1可知，吸光度與姜黃素濃度在15.5 ug/ mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良

30、好。3.2 雙水相體系的確定分別選用乙醇K2HPO4（鉀-乙）、異丙醇K2HPO4（鉀-異）、 乙醇/(NH4)2SO4（銨-乙）、乙醇/NaH2PO4（鈉-乙）、異丙醇NaH2PO4（鈉-異）作為雙水相萃取體系，稱取0.1g姜粉，加入無(wú)機(jī)鹽的質(zhì)量為4 g，醇水比為11，加入總量為20 mL，40水浴1h，150 w超聲提取30 min，2000 r/min離心5 min，讀取上下兩相溶液體積，并于425 nm處測(cè)吸光度，根據(jù)分相能力、姜黃素的收率Yt及上相提取率，確定最佳萃取體系。結(jié)果見(jiàn)表1：表1 雙水相體系的確定銨-乙銨-異鈉-乙鈉-異鉀-乙鉀-異R7.4441.3267.5001.722

31、3.1782.000K3.26812.8673.55013.80127.09910.217Yt0.9610.9450.9640.9600.9890.953上相提取率0.0150.0220.0160.0200.0490.040K鹽97.05915060125101.163217.500K有機(jī)0.340.220.500.240.430.20以K鹽、K有機(jī)為分相能力的判斷依據(jù)，其值愈大，分相能力愈大。由表1知，用同種有機(jī)溶劑時(shí),在鉀-乙、銨-乙、鈉-乙體系和鉀-異、銨-異、鈉-異體系中，K鉀K銨K鈉， 表明分相能力K2HPO4(NH4)2SO4NaH2PO4；對(duì)比K2HPO4、(NH4)2SO4、N

32、aH2PO4的兩種醇雙水相體系，K乙K異，表明分相能力乙醇異丙醇；且在六種體系中，乙醇K2HPO4體系分配系數(shù)K、萃取姜黃素的收率和提取率最高，故選擇乙醇K2HPO4作為萃取體系。3.3 姜黃素提取的單因素試驗(yàn) 3.3.1 固液比對(duì)姜黃素提取的影響分別稱取0.05 g、0.1 g、0.15 g、0.2 g、0.25 g的姜粉，加入到總量為20 mL，無(wú)機(jī)鹽為4 g，醇水比為11的雙水相體系中，40水浴1 h，150 w超聲提取30 min，2000 r/min離心5 min，將提取液分液過(guò)濾，讀取兩相溶液體積，并于425 nm處測(cè)吸光度，計(jì)算姜黃素的收率Yt及上相提取率。結(jié)果見(jiàn)圖2：圖2 固液

33、比對(duì)姜黃素提取的影響固液比指樣品質(zhì)量與雙水相體系總體積之比，本實(shí)驗(yàn)固定雙水相的體積，通過(guò)姜粉質(zhì)量改變固液比，固液比越大表示相同體積雙水相體系萃取的姜粉越多。根據(jù)液固萃取理論，增加溶劑量將有利于溶質(zhì)的溶出。圖2為固液比對(duì)姜黃素提取的影響，由其可知，姜粉質(zhì)量大于0. 1 g時(shí)，姜黃素得率與收率隨質(zhì)量的增加而減小，固液比增加可導(dǎo)致原料用量的增加，導(dǎo)致姜黃素不能完全溶出，得率減小，而且姜粉增加不利于后續(xù)過(guò)濾處理。綜合考慮，試驗(yàn)選擇的姜粉質(zhì)量為0.1 g，固液比為0.120（g/mL）。3.3.2 K2HPO4質(zhì)量對(duì)姜黃素提取的影響選取加入K2HPO4的質(zhì)量為4 g、6 g、8 g、10 g、12 g的

34、雙水相體系，按上述最佳條件提取姜黃素，計(jì)算姜黃素的收率Yt及上相提取率。結(jié)果見(jiàn)圖3：圖3 無(wú)機(jī)鹽質(zhì)量對(duì)姜黃素提取的影響無(wú)機(jī)鹽添加量越多，有機(jī)相的體積越小，雙水相的體積比R也減小，溶解的姜黃素減少。由圖3可知，鹽質(zhì)量為6 g時(shí)，雙水相分配系數(shù)、得率與收率最大，當(dāng)K2HPO4質(zhì)量大于6 g時(shí)，隨著K2HPO4質(zhì)量增加，姜黃素的提取率與收率明顯降低，故加入6 g鹽效果最好。3.3.3 乙醇體積對(duì)姜黃素提取的影響控制雙水相體系中乙醇體積為6 mL、7 mL、8 mL、9 mL、10 mL、11 mL、12 mL，按上述最佳條件提取姜黃素，計(jì)算姜黃素的收率Yt及上相提取率。結(jié)果見(jiàn)圖4：圖4 乙醇體積對(duì)姜

35、黃素提取的影響姜黃素分配系數(shù)和體積比與乙醇量有一定的相關(guān)性。隨著乙醇增大，姜黃素上下相體積比也增大，考慮到盡量減小乙醇消耗提高姜黃素提取率和收率，同時(shí)也要使姜黃素分配系數(shù)較大，由圖4可確定乙醇加入量為10 mL，即醇水比為11。3.3.4 超聲波功率對(duì)姜黃素提取的影響控制超聲波功率為30 w、90 w、150 w、210 w、270 w，按上述最佳條件提取姜黃素，計(jì)算姜黃素的收率Yt及上相提取率。結(jié)果見(jiàn)圖5： 圖5 超聲波功率對(duì)姜黃素提取的影響由圖5可知，當(dāng)超聲波功率為150 w時(shí)，姜黃素的提取率與收率最高。3.3.5 超聲波時(shí)間對(duì)姜黃素提取的影響控制超聲波提取時(shí)間為15 min、30 min

36、、45 min、60 min、75 min，按上述最佳條件提取姜黃素，計(jì)算姜黃素的收率Yt及上相提取率。結(jié)果見(jiàn)圖6：圖6 超聲波時(shí)間對(duì)姜黃素提取的影響超聲提取技術(shù)主要根據(jù)超聲空化產(chǎn)生的極大壓力使得植物細(xì)胞壁在瞬間被破碎， 并引起湍動(dòng)效應(yīng)、微擾效應(yīng)、界面效應(yīng)和聚能效應(yīng)，從而整體上提高提取過(guò)程的傳質(zhì)速率和效果，起到了輔助姜黃素提取的效果。由圖6可知,隨超聲時(shí)間的增加,姜黃素得率與收率增加，但超過(guò)30 min后，有下降趨勢(shì)。超聲30 min時(shí)，姜黃素得率最高。故試驗(yàn)超聲時(shí)間選擇30 min。3.3.6 提取溫度對(duì)姜黃素提取的影響控制水浴溫度20、30、40、50、60，按上述最佳條件提取姜黃素，計(jì)算

37、姜黃素的收率Yt及上相提取率，結(jié)果見(jiàn)圖7： 圖7 提取溫度對(duì)姜黃素提取的影響由圖7 可知, 隨著提取溫度的升高, 姜黃素的得率逐步增加, 在50時(shí)，姜黃素收率最高，再升高溫度，提取率開(kāi)始下降，因此最佳提取溫度為50。3.4 姜黃素收率Yt與上相提取率的相關(guān)性Yt=1/(1+CbVb/CtVt)，上下相提取率CtVt、CbVb負(fù)相關(guān)，當(dāng)上相提取率提高時(shí)，下相的降低，收率Yt則提高，故收率Yt與上相提取率正相關(guān)；又CbVb<< CtVt，Yt趨近于1，變化較小。3.5 姜黃素提取工藝最佳參數(shù)的確定3.5.1 響應(yīng)面分析因素水平的選取綜合單因素實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果，稱取0.1 g姜粉，加入K2H

38、PO4為6 g，總量為20 mL的雙水相體系，水浴1 h，超聲波功率為150 w，選取乙醇體積、超聲波時(shí)間、提取溫度對(duì)姜黃素雙水相萃取法影響較為顯著的三個(gè)因素，采用三因素三水平的響應(yīng)面分析方法，試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表2：表2 中心組合設(shè)計(jì)的因素與水平表因素編碼水平設(shè)置-101乙醇體積/mLA91011提取溫度/B405060超聲時(shí)間/minC1530453.5.2 響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案及結(jié)果分析在單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，以A、B、C為自變量，以上相提取率為響應(yīng)值，進(jìn)行響應(yīng)面分析試驗(yàn)，試驗(yàn)方案及結(jié)果見(jiàn)表3：表3 響應(yīng)面分析方案及試驗(yàn)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)序列運(yùn)行序列A:乙醇體積/mLB:提取溫度/C:超聲時(shí)間/min

39、上相的提取率%11-1-100.0361720000.0521530000.051441100.042251-100.0451160-110.027871010.0311380000.0516910-10.041710-1010.03616110000.049512-10-10.03814130000.0529140-1-10.047101501-10.04312160110.045317-1100.046表3中實(shí)驗(yàn)112 為析因?qū)嶒?yàn), 1317 為中心實(shí)驗(yàn)。17個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)分為析因點(diǎn)和零點(diǎn)，其中析因點(diǎn)為自變量取值在A、B、C所構(gòu)成的三維頂點(diǎn)，零點(diǎn)為區(qū)域的中心點(diǎn)，零點(diǎn)實(shí)驗(yàn)重復(fù)5次，用以估計(jì)實(shí)驗(yàn)誤差

40、。以姜黃素上相提取率為響應(yīng)指標(biāo)，利用Design-Expert軟件對(duì)表3進(jìn)行二次多元回歸擬合，得到姜黃素提取率對(duì)編碼自變量A、B和C的二次多項(xiàng)回歸方程為：上相提取率=-0.84+0.15A+4.79×10-3B+1.42×10-3C-3.25×10-4AB-1.33×10-4AC+3.67×10-5BC-6.34×10-3A2-2.37×10-5B2-3.61×10-5C2，回歸模擬方程方差分析結(jié)果如表4所示：表4 姜黃素收率二次多項(xiàng)回歸模擬方程方差分析方差來(lái)源平方和自由度均方F值P值顯著性模型8.642E-004

41、99.602E-00529.54< 0.0001極顯著A1.125E-00611.125E-0060.350.5748不顯著B(niǎo)5.513E-00515.513E-00516.960.0045極顯著C1.125E-00411.125E-00434.620.0006極顯著AB4.225E-00514.225E-00513.000.0087極顯著AC1.600E-00511.600E-0054.920.0620不顯著B(niǎo)C1.210E-00411.210E-00437.230.0005極顯著A21.711E-00411.711E-00452.650.0002極顯著B(niǎo)22.375E-00512.3

42、75E-0057.310.0305顯著C22.780E-00412.780E-00485.53< 0.0001極顯著殘差2.275E-00573.250E-006失擬項(xiàng)1.675E-00535.583E-0063.720.1183不顯著純誤差6.000E-00641.500E-006總離差8.869E-00416R2=0.9744 Adj R2=0.9414 Pred R2=0.6873本模型擬合程度明顯，其F=29.54，說(shuō)明僅0.01%的概率模型不顯著；模型失擬項(xiàng)表示模型預(yù)測(cè)值與實(shí)際值不擬合的概率，表中模型失擬項(xiàng)P值為11.83%，模型失擬項(xiàng)不顯著，模型選擇合適。模型中B、C、AB、

43、BC、A2、C2極顯著，B2為顯著項(xiàng)（P0.0500模型顯著，P0.0100模型極顯著），由此可見(jiàn)，各具體試驗(yàn)因素對(duì)響應(yīng)值的影響不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。同時(shí)從表4還可以看出，回歸方程也是極顯著的，相關(guān)系數(shù)R2=0.9744，說(shuō)明響應(yīng)值(姜黃素上相提取率) 的變化有97.44% 來(lái)源于所選變量。對(duì)比三因素的F值可看出，超聲波時(shí)間對(duì)姜黃素提取的影響最大，其次為提取溫度和乙醇體積。因此，回歸方程可以較好地描述各因素與響應(yīng)值之間的真實(shí)關(guān)系。3.5.3 等值線圖和三維響應(yīng)面分析圖借助Design Expert 軟件來(lái)繪制交互作用分析圖，見(jiàn)圖810。從等值線圖可以直觀地反映出兩變量交互作用的顯著程度，圓形表示

44、兩因素交互作用不顯著，而橢圓形與之相反。圖8 乙醇體積與提取溫度對(duì)姜黃素交互作用的響應(yīng)面與等值線圖由圖8可看出，兩因素的交互作用顯著，在提取溫度5060與乙醇體積9.510.5 mL的范圍內(nèi)，有較大的響應(yīng)值。固定一個(gè)因素，得到提取率隨提取溫度的變化較大，即提取溫度的影響較大。圖9 乙醇體積與超聲波時(shí)間對(duì)姜黃素交互作用的響應(yīng)面與等值線圖圖9表明了乙醇體積與超聲波時(shí)間對(duì)姜黃素的交互作用不顯著，較高的乙醇體積和超聲時(shí)間反而使提取率有下降的的趨勢(shì)。圖10 提取溫度超聲波時(shí)間對(duì)姜黃素交互作用的響應(yīng)面與等值線圖由圖10可看出，提取溫度與超聲波時(shí)間對(duì)姜黃素交互作用最顯著，當(dāng)超聲時(shí)間為2130 min時(shí)，在很

45、大的提取溫度范圍內(nèi)，得到較大的響應(yīng)值，超聲時(shí)間對(duì)響應(yīng)值的影響最大。從響應(yīng)面的最高點(diǎn)和等值線可以看出，在所選的范圍內(nèi)存在極值，既是響應(yīng)面的最高點(diǎn)，同時(shí)也是等值線最小橢圓的中心點(diǎn)。通過(guò)軟件的分析計(jì)算，得出了姜黃素提取最優(yōu)工藝條件為乙醇體積9.86 mL、提取溫度56.6、超聲時(shí)間30.2 min，此時(shí)姜黃素提取率的理論預(yù)測(cè)值可達(dá)0.052%。3.5.4 模型驗(yàn)證試驗(yàn)為檢驗(yàn)RSA 法的可靠性，采用上述最優(yōu)提取條件：乙醇體積9.86 mL、提取溫度56.6、超聲時(shí)間30.2 min， 姜黃素提取率的實(shí)測(cè)值為0.054%，與理論預(yù)測(cè)值0.052%基本吻合，此時(shí)姜黃素收率為98.9%，因此，利用響應(yīng)面分析

46、法對(duì)姜黃素提取條件優(yōu)化是可行的，得到的姜黃素提取條件真實(shí)可靠，具有實(shí)用價(jià)值。3.5.5 方法驗(yàn)證采用乙醇- K2HPO4雙水相提?。悍Q取姜粉0.1 g，固定液體加入量20 mL，K2HPO4 6g、乙醇體積9.86 mL、提取溫度56.6，浸提1 h時(shí)，姜黃素的收率Yt為97.7%，有機(jī)相中提取率為0.05%，提取率提高了8%；而用乙醇浸提，提取率為0.024%。4 結(jié)論（1）配置不同濃度的姜黃素溶液，于425 nm測(cè)定吸光度，以姜黃素濃度為縱坐標(biāo)，吸光度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得回歸方程C=5.8019A0.0884，相關(guān)系數(shù)r2=0.9993。吸光度與姜黃素濃度在15.5 ug/ mL范圍

47、內(nèi)線性關(guān)系良好。（2）影響姜黃素提取率的變化有97.44% 來(lái)源于所選變量，即乙醇體積、提取溫度和超聲時(shí)間，且影響大小為: 超聲時(shí)間提取溫度乙醇體積。（3）近來(lái)，超聲波技術(shù)已廣泛應(yīng)用于功能成分的提取，具有提取效率高，提取時(shí)間短的特點(diǎn)，是姜黃素工業(yè)性產(chǎn)較理想的一種提取新工藝。本實(shí)驗(yàn)采用超聲波協(xié)同雙水相提取姜黃素，該方法簡(jiǎn)單快速，提取率較高。通過(guò)對(duì)從生姜中提取姜黃素的工藝條件的單因素試驗(yàn)和響應(yīng)曲面分析，得到超聲協(xié)同雙水相提取姜黃素的最佳工藝條件為：乙醇體積9.86mL、提取溫度56.6、超聲時(shí)間30.2 min，在此條件下姜黃素實(shí)際收率為98.9%，上相提取率為0.054%，為姜黃素生產(chǎn)提供了理論

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