黃榕清，許傳俊，蘭 濤，明艷林

(1.福建農(nóng)林大學農(nóng)學院，福建 福州 350002；2.福建省亞熱帶植物研究所/福建省亞熱帶植物生理生化重點實驗室，福建 廈門 361006；3.廈門華僑亞熱帶植物引種園/廈門市植物引種檢疫與植物源產(chǎn)物重點實驗室，福建 廈門 361002)

市場上所銷售的“姜黃素”通常為姜黃素(Curcumin，CUR，含量約 77%)、去甲氧基姜黃素(Demethoxycurcumin，DMC，含量約18%)、雙去甲氧基姜黃素(Bisdemethoxycurcumin，BDMC，含量約5%)等的混合物。

姜黃素(C12H20O6)以兩個苯丙烯?；鶠楣羌?，苯環(huán)上連接鄰羥基甲氧基，丙烯基則連接一個β-雙酮(烯醇式)，是一種極為罕見的二酮多酚類物質(zhì)(圖 1)。姜黃素是姜科和天南星科根莖中的主要成分，熔點為180～l83 ℃，最大吸收峰在425 nm波長附近，難溶于水，易溶于甲醇、乙醇、丙酮、醋酸乙酯和堿性溶液中，著色力較強；由于姜黃素含有雙鍵、-OH、-OCH3等性質(zhì)活潑的結(jié)構(gòu)，在強酸、強堿、光照或高溫下很不穩(wěn)定，容易被氧化而變性變色，且易與金屬離子形成螯合物[1—3]。

姜黃素具有抗氧化[4]、抗凝[5]、降血脂[6]、抗動脈粥樣硬化[7]、抗肝纖維化[8—9]、抗腫瘤[10—12]、抗炎[5,13]、抗病毒[14—15]等藥理活性，且毒性低，廣泛應(yīng)用于食品加工與醫(yī)療行業(yè)。高效的提取方法對于姜黃素的生產(chǎn)與研發(fā)都是必要的。傳統(tǒng)方法多是一些簡單粗糙的提取手段，提取過程中出現(xiàn)溶劑消耗大、耗費時間長、提取效率低、污染環(huán)境等問題[12]，不適用于現(xiàn)階段研發(fā)和市場需求。目前常見的提取方法包括有機溶劑提取、酸堿提取、微波輔助提取、超聲輔助提取、雙水相萃取、酶輔助提取、閃式提取、超臨界CO2流體萃取等。本文通過介紹以上提取方法，旨在為姜黃素的開發(fā)和利用提供參考。

圖1 姜黃色素化學結(jié)構(gòu)式Fig.1 Chemical structure of curcumin

1 化學提取技術(shù)

1.1 有機溶劑提取

有機溶劑提取是根據(jù)所需要提取物的溶解性，選擇甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等有機溶劑滲透到組織細胞內(nèi)部，將化學物質(zhì)浸提(固液萃取)出來[16]。有機溶劑提取法是姜黃素提取最常用的手段，操作簡單方便，常常作為提取的首要步驟與其他輔助手段相結(jié)合，如劉莉等[17]分別用九種常用提取溶劑加熱回流提取姜黃素，各溶劑的提取率由大到小分別是：甲醇(0.56%)、乙酸乙酯:乙醇(0.55%)、無水乙醇(0.53%)、乙酸乙酯(0.50%)、70%乙醇(0.45%)、丙酮(0.44%)、80%乙醇(0.43%)、50%乙醇(0.31%)、水(0.15%)。蔡婧婧等[18]用響應(yīng)面優(yōu)化有機溶劑結(jié)合均漿法提取生姜的姜黃素，按照優(yōu)化的提取工藝，用90%乙醇提取的姜黃素含量為2.27 mg·g-1，與預(yù)測值2.34 mg·g-1基本吻合。曾志丁[19]確定丙酮提取法的最佳提取條件為姜黃粉目數(shù)40 目、提取溫度30 ℃、料液比1:10、攪拌轉(zhuǎn)數(shù)400 r·min-1，提取率達 2.69%。張敏等[20]分別以體積分數(shù)為50%的乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯和堿液作為溶劑提取姜黃素，發(fā)現(xiàn)堿液提取姜黃素不穩(wěn)定；乙酸乙酯的提取效果最好，但成本較高；乙醇不僅提取效果好而且經(jīng)濟安全，是理想的姜黃素提取溶劑。一般提取姜黃素采用的具有親水性的乙醇溶劑，相比有毒的甲醇和丙酮，操作更安全，可重復(fù)利用，價格便宜，且提取液不易發(fā)霉變質(zhì)，是良好的綠色溶劑。

1.2 酸堿提取

酸堿提取是指根據(jù)所需提取成分的水溶解性與酸堿度有關(guān)的性質(zhì)，在溶液中加入適量酸或堿，促使該成分溶解或析出。由于姜黃素的酚羥基易溶于堿溶液，可用NaOH和HCl溶液調(diào)節(jié)乙醇溶劑pH，以提高姜黃素的提取率。宋長生等[21]采用正交試驗優(yōu)化姜黃素堿溶液法提取工藝條件，在投料10 g、浸取溫度20 ℃、浸取時間28 h、NaOH溶液質(zhì)量分數(shù)1.0%的最佳條件下，姜黃素提取率為3.13%，總姜黃素純度達95.44%。該方法得到的粗姜黃素容易干燥，但溶液pH難以一次調(diào)控，一旦pH值過大姜黃素容易分解，所得產(chǎn)品性質(zhì)不穩(wěn)定。

1.3 雙水相萃取

雙水相萃取是利用物質(zhì)在互不相溶的兩液相間分配系數(shù)的差異來進行萃取。雙水相萃取技術(shù)是一種新型的、環(huán)保的提取純化技術(shù)，此法多應(yīng)用于蛋白質(zhì)、核酸的提取純化[22—24]。目前，該方法用于姜黃素提取的報道并不多，但由于其條件溫和可用于提取色素。此法要求根據(jù)提取物性質(zhì)選擇雙水相體系(ATPS)，雙水相系統(tǒng)有高聚物/高聚物、高聚物/無機鹽(硫酸鉀、硫酸鈉等)、低分子有機物/無機鹽、表面活性劑四種。出于溶劑來源及成本的考慮，一般植物提取多采用低分子有機物/無機鹽雙水相體系。

蘇文斌等[25]以親水性離子液體溴化N-丁基吡啶([BPy]Br)和磷酸氫二鉀形成的ATPS結(jié)合微波輔助萃取姜黃中姜黃素類化合物，姜黃素提取率達4.99%，比傳統(tǒng)熱回流方法的提取率(0.042%)高100多倍。王佳靜等[26]取脫脂姜黃20 g，用乙醇提取液和60%硫酸銨溶液按1:1進行混合獲得雙水相，取超聲提取液50 mL與硫酸銨鹽溶液按1:1混合，取醇相進行濃縮烘干得到姜黃素粗品，液相檢測其含量為11%。Ghasemzadeh等[27]則選擇由碳水化合物(山梨醇、果糖)和四丁基溴化膦(IL)組成的ATPS提取姜黃素。雙水相萃取的提取液較穩(wěn)定，但雙水相體系易發(fā)生乳化，提取效率偏低，需借助微波、超聲等輔助，不適用于樣品最初的粗提取。

1.4 酶輔助提取

酶輔助提取是指在溶劑中加入適量的酶分解植物組織，促使組織中的有效成分快速溶解，提高提取效率。常用的酶有分解植物細胞壁的纖維素酶、果膠酶等，尹立沖[28]利用酶協(xié)同超聲波法提取姜黃素，酶用量21 mg·g-1酶解42 min后，姜黃素得率達4.890%。寧娜等[29]采用微波輔助酶法提取姜黃中姜黃素，姜黃素收率為21.96 mg·g-1。相比機械物理細胞破碎，此法操作更簡單，提取效率高，但酶的適宜環(huán)境難以準確調(diào)控，操作不當易失活，影響提取效率。

2 物理提取技術(shù)

2.1 微波輔助提取

微波是指頻率為300 MHz～300 GHz的電磁波，具有較好的穿透力，液體吸收微波會發(fā)熱。微波輔助提取是通過加熱溶劑，將有效成分從樣品基體中分離出來以加快萃取的方法。該方法在于通過體系發(fā)熱從而加快有效成分溶解速度，Hadi等[30]用微波輔助提取法確定了提取姜黃素最佳工藝條件為微波功率700 W、萃取粒度0.30～0.60 mm、提取時間3 min、溶劑體積10 mL、樣品2 g、提取溫度60 ℃。劉彩琴等[31]利用微波提取姜黃素的最佳工藝參數(shù)：料液比1:43.81，溶劑為71.21%乙醇，微波功率540 W，提取時間 30 s。微波條件穩(wěn)定，而傳統(tǒng)熱輔助提取則無法準確把控溫度，受熱不均且溫度過高易使姜黃素變質(zhì)失活，降低提取率。

2.2 超聲輔助提取

超聲輔助提取是利用超聲波破壞植物細胞壁，便于溶劑滲入細胞，加速有效成分溶解到溶劑中，進而提高有效成分提取率和提取速率[20]。超聲輔助提取姜黃素主要受到超聲次數(shù)、超聲功率、超聲時間、溶劑種類及用量等因素的影響。郭辰旭[32]超聲提取姜黃素的提取率為(1.22±0.02)%；同時采用連續(xù)流動超聲輔助法提取姜黃素，提取率提高為(1.232±0.031)%。Xu等[33]采用超聲波提取技術(shù)，結(jié)合硫酸銨/乙醇水溶液提取姜黃根莖中的姜黃素，提取率可達46.91 mg·g-1。

馬銘研等[34]建立以離子液體為提取劑，結(jié)合超聲輔助提取，利用高效液相色譜法測定溫郁金姜黃素含量的方法，在最佳提取條件下提取姜黃素含量達68.53 μg·g-1。離子液體由有機陽離子和無機或有機陰離子組成，是綠色化學新興研究領(lǐng)域之一。有些離子液體是纖維素的優(yōu)良溶劑，植物細胞壁主要由纖維素、半纖維素組成，傳統(tǒng)溶劑只能依靠濃度差來完成提取，離子液體可以通過溶解纖維素來溶解部分植物細胞壁達到提取的目的，從而增大提取率和縮短提取時間。超聲提取操作簡單，條件可控且穩(wěn)定，不破壞提取物的結(jié)構(gòu)和活性，有助于加快提高效率，可作為一種“綠色技術(shù)”廣泛應(yīng)用。

2.3 閃式提取

閃式提取又稱組織破碎提取，是在室溫下利用高速破碎、研磨、攪拌和超分子滲透技術(shù)，在數(shù)分鐘內(nèi)使藥材有效成分溶解，達到快速提取的效果。馮素香等[35]對比研究回流提取法與閃式提取法提取姜黃中姜黃素的效果，結(jié)果表明閃式提取法效率更高。閃式提取法是材料粉碎與溶解同時進行，大大縮短時間，避免長時間提取造成有效成分分解消耗，提取率高且耗能低，是良好的綠色提取技術(shù)。不過該方法提取量受限，只適用于實驗室，不能大規(guī)模生產(chǎn)，且不適合粘性過大的藥材，易造成破碎后難以過濾[36]。

2.4 超臨界CO2流體萃取

超臨界CO2流體萃取是在超臨界狀態(tài)下，將超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸，使其有選擇性地把極性大小、沸點高低和分子量大小的成分依次萃取分離出來。由于超臨界流體的粘度和擴散系數(shù)接近氣體，而密度和溶劑化能力接近液體，相比傳統(tǒng)溶劑提取粘度小、擴散度大、溶解性更強，可加快有效成分的提取。羅海等[37]采用超臨界CO2流體萃取法提取姜黃中有效成分姜黃素，夾帶劑用量和萃取壓力是最重要的影響因素，在最佳萃取條件下，姜黃素含量為14.317 mg·g-1。Martinez-Correa等[38]采用40 MPa條件下60 ℃的超臨界二氧化碳(SCCO2)、常壓條件下25 ℃的乙醇(或60 ℃的水)作為提取溶劑，分別比較一步法和兩步法提取姜黃中姜黃素的產(chǎn)率。一步法是同時用 SCCO2和乙醇(或水)混合溶劑進行提??；兩步法則是先用SCCO2連續(xù)萃取，再用乙醇或水萃取，對應(yīng)于一步法和兩步法的產(chǎn)率分別為3.3%和3.9%(每100g姜黃中姜黃素含量)。此法壓力溫度等條件易于控制，適合于熱敏性物質(zhì)和易氧化物質(zhì)的分離，獲得的提取物純度較高，但是投入成本較高，不適用于工廠化生產(chǎn)。

3 其他提取方法

除了以上方法，姜黃素提取還有水楊酸鈉法、超高壓提取技術(shù)、亞臨界萃取、超聲強化微乳提取、加速溶劑萃取等提取方法，都有較好的效果。

水楊酸鈉法一般用水楊酸鈉溶液浸提姜黃素粗粉，提取液用水稀釋后產(chǎn)生沉淀，取沉淀干燥后乙醇溶解、過濾、回收干燥得總姜黃素產(chǎn)品。劉新橋等[39]比較水楊酸鈉法、酸堿法、活性炭等方法對姜黃素提取率的影響，以水楊酸鈉法所得總姜黃素純度最高，可達 93.2%，但轉(zhuǎn)移率低于 10%。水楊酸鈉提取法獲得的姜黃素具有較高的產(chǎn)品純度，且操作簡單，對設(shè)備要求低，重復(fù)利用度高，可以用于小規(guī)模生產(chǎn)。在提取過程中若采用自然沉降法，提取液中還有大量總姜黃素沒有沉淀，使轉(zhuǎn)移率過低；若采用離心法則會有大量雜質(zhì)隨總姜黃素沉淀，最終產(chǎn)品純度不高，因此不適用于工廠化生產(chǎn)[21]。

超高壓提取技術(shù)的基本原理是在常溫條件下，先將藥材粉碎，再與提取介質(zhì)(提取介質(zhì)根據(jù)藥材的性質(zhì)而選擇)混合放入密閉容器中，對原料液施加100～1000 MPa的流體靜壓力，保壓一定時間后迅速卸除壓力，進而完成整個提取過程。李曉鵬[40]用70%乙醇提取時，比較四種提取方法的總姜黃素得率，由高到低依次為超高壓(2.874%)＞超聲(2.421%)＞回流(2.039%)＞冷浸(1.585%)。從時間效率來看，超高壓3 min的提取率比冷浸12 h的提取率高1.289%，比回流2 h的提取率高0.835%，比超聲1 h的提取率高0.453%。超高壓提取通過壓力差，減少溶劑消耗，且提取液穩(wěn)定，適合熱敏性和揮發(fā)性成分提取，但與超聲相比條件單一，還需要其他條件調(diào)控。畢曉丹等[41]采用家用高壓鍋模擬家庭煮沸法提取姜黃素，高壓輔助法的提取率最高達0.403%，而傳統(tǒng)煮沸法的姜黃素提取率為0.200%?？梢姼邏狠o助提取不僅可作為實驗研究與工廠生產(chǎn)，還可推廣至家用提取，但工廠化應(yīng)用的設(shè)備價格昂貴且操作安全性要求極高。

亞臨界萃取是根據(jù)有機物相似相溶的原理，利用亞臨界流體作為溶媒，在密閉、無氧、低壓的壓力容器內(nèi)萃取物料脂溶性成分，再通過減壓蒸發(fā)將萃取劑與目的產(chǎn)物分離的萃取技術(shù)。Kwon等[42]采用亞臨界溶劑萃取法從姜黃中提取3種姜黃色素，姜黃素的最大得率為13.58%(姜黃素4.94%、去甲氧基姜黃素4.73%、雙去甲基姜黃素3.91%)。亞臨界萃取比超臨界CO2流體萃取方法產(chǎn)能大、節(jié)能、運行成本低，可進行工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

岳春華等[43]以微乳為橋梁，把提取工藝和分離工藝耦合到一起，總姜黃素提取量為20.12 mg·g-1，提取粗品中微乳提取液和油層分離液可以不去除輔料直接制成藥品。

加速溶劑萃取或加壓液體萃取是在較高的溫度(50～200 ℃)和壓力(1000～3000 psi)下用有機溶劑萃取固體或半固體基質(zhì)中有效成分的新型提取技術(shù)。Yadav等[45]以加速溶劑萃取法提取姜黃素類化合物，并對乙醇、乙酸乙酯、丙酮作為萃取溶劑的性能進行了比較，類姜黃素收率分別為3.8%、2.8%和2.9%。此法大大縮短時間，過程自動化，操作簡單，提取效率高。各提取技術(shù)優(yōu)缺點對比如表1。

表1 姜黃素各提取技術(shù)優(yōu)缺點比較Table 1 Comparison of the extraction techniques of curcumin

4 展望

基于姜黃素特性、工藝條件、成分的代謝機制等研究提取方法，已發(fā)展出超聲輔助提取法、超臨界流體萃取法、閃式提取法等新型提取技術(shù)，與傳統(tǒng)提取方法相比，這些新技術(shù)在提取姜黃素中大大縮短時間，耗材耗能小，提取效率明顯提高，但仍存在以下問題。

首先姜黃素提取研究多是工藝參數(shù)優(yōu)化、不同工藝之間的比較，而對不同工藝間的結(jié)合創(chuàng)新還是較少。

其次，隨著提取工藝過程越來越繁雜，標準越來越高，這些技術(shù)的推廣普及仍有一定困難，且提取設(shè)備資金投入增加，不適于小型公司前期生產(chǎn)投入。

再者，姜黃素提取技術(shù)工藝優(yōu)化及相應(yīng)提取設(shè)備以實驗研究為主，工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)缺乏，實驗研究成果較難落地，造成實驗技術(shù)與工廠化生產(chǎn)出現(xiàn)斷層。

此外，作者在從姜黃中提取姜黃素的實驗中，發(fā)現(xiàn)姜黃中含有大量與姜黃素物理化學特性極為相似姜黃油，其很難從姜黃素粗品中去除，導(dǎo)致后續(xù)分離純化較為困難。

為此，今后對于姜黃素提取技術(shù)的研究首先應(yīng)在工業(yè)生產(chǎn)方面結(jié)合多種提取技術(shù)設(shè)計相應(yīng)設(shè)備，簡化提取技術(shù)；其次，根據(jù)實驗研究和工廠化生產(chǎn)應(yīng)用對提取技術(shù)進行分門別類，將實驗研究與工業(yè)化生產(chǎn)進行對接，使實驗?zāi)M數(shù)據(jù)及工藝更好的落地應(yīng)用；建議在提取過程中嘗試去除姜黃油，減輕分離純化的難度，提高姜黃素的純度，甚至獲得姜黃素結(jié)晶。姜黃是一類藥食同源的植物，姜黃素作為其主要活性成分，在醫(yī)療和食品加工行業(yè)廣泛應(yīng)用，需求量大，因此高效的提取技術(shù)將更有利于姜黃研究和產(chǎn)業(yè)鏈的開發(fā)。