阅读说明：本技术 一种姜黄素的高效提取方法 (High-efficiency curcumin extraction method ) 是由 郑秋芳 方丽金 颜才健 于 2020-08-11 设计创作，主要内容包括：一种姜黄素的高效提取方法,包括以下步骤：步骤一：向粉碎后的姜黄粉加入提取剂A,过滤得到固体物料Ⅰ；步骤二：向得到的固体物料Ⅰ加入提取剂B,过滤去渣后得到提取液Ⅱ；步骤三：将提取液Ⅱ进行离心,过滤后得到固体物料Ⅲ；步骤四：对所述固体物料Ⅲ进行清洗、干燥,得到姜黄素；所述提取剂A中包括溶剂a,所述溶剂a含有以下结构：<Image he="72" wi="195" file="100004_DEST_PATH_IMAGE001.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>(1)式(1)中,<Image he="20" wi="24" file="100004_DEST_PATH_IMAGE003.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>为<Image he="18" wi="25" file="100004_DEST_PATH_IMAGE004.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>、<Image he="17" wi="28" file="100004_DEST_PATH_IMAGE006.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>、<Image he="18" wi="59" file="100004_DEST_PATH_IMAGE007.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>、<Image he="15" wi="54" file="100004_DEST_PATH_IMAGE009.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>、<Image he="16" wi="65" file="100004_DEST_PATH_IMAGE011.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>中的一种；所述提取剂B中包含有溶剂b,所述溶剂b含有以下：<Image he="64" wi="276" file="100004_DEST_PATH_IMAGE012.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>(2)式(2)中,<Image he="16" wi="18" file="100004_DEST_PATH_IMAGE014.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>为金属螯合型阴离子。本发明针对姜黄素的特性设计了提取剂A与提取剂B组合提取的方法,姜黄的得率较高,且大大减少有机试剂的使用,符合绿色环保的需求。(A high-efficiency curcumin extraction method comprises the following steps: the method comprises the following steps: adding an extracting agent A into the crushed turmeric powder, and filtering to obtain a solid material I; step two: adding an extracting agent B into the obtained solid material I, and filtering to remove residues to obtain an extracting solution II; step three: centrifuging the extracting solution II, and filtering to obtain a solid material III; step four: cleaning and drying the solid material III to obtain curcumin; the extractant A comprises a solvent a, and the solvent a has the following structure: (1) in the formula (1), the reaction mixture is, is composed of 、 、 、 、 One of (1); the extractant B comprises a solvent B, and the solvent B comprises the following components: (2) in the formula (2), the reaction mixture is, is metal chelating anion. The invention designs the method for extracting the curcumin by combining the extracting agent A and the extracting agent B according to the characteristics of the curcumin, so that the yield of the curcumin is higher, the use of organic reagents is greatly reduced, and the method meets the requirements of environmental protection.)

一种姜黄素的高效提取方法

技术领域

本发明属于植物提取与分离技术领域，具体涉及一种姜黄素的高效提取方法。

背景技术

姜黄（Curcuma longa L.）是姜科属多年生草本植物，又名毛姜黄，是一种药食同源的传统药材。姜黄的药材价值指的是其干燥的根茎，在热带与亚热带地区被广泛的栽培，特别是在东南亚和澳大利亚的北部，其中主要分布在中国、非洲、美国、日本等国家。在我国种植姜黄的地区较多，主要集中在四川、福建、湖南、广东、云南、西藏、贵州以及台湾等地。

姜黄性味辛、苦、温和，入心、肝和脾，具有破血行气、通经止血的功效，姜黄具有悠久的药用历史，在古代中药学上，常用于治疗胸部疼痛、经闭、症瘕、风湿疼痛、跌打肿痛等症，因它具有防腐杀菌的功效，还可用来治疗割伤、烧伤和瘀伤。此外，姜黄具有较好的保健作用，还用以辅助治疗胃痛和消化不良等疾病。在现代中药领域中，主要用于中药制剂的生产。

姜黄的主要成分为姜黄素和姜黄挥发油，此外，还含有树脂类、糖类、甾醇类、多肽类、脂肪酸、单烯酸、二烯酸、生物碱及微量元素等。近年来，国内外对姜黄的研究，主要集中在其活性成分姜黄素和姜黄油的提取、纯化以及相应功效的研究，从姜黄活性成分中分离和发掘新药并对其结构进行鉴定、化学合成、改造等方面是广大学者们研究的重点。

姜黄素作为天然色素，因具有较强着色性，被广泛应用于糕点、糖果、饮料、肠类制品和罐头等食品。目前现有的人工色素，多数会对人体产生一定的危害，而作为天然色素的姜黄素几乎是无毒无害的，它正逐步代替人工色素。姜黄素是一种略带酸性的二苯基庚烃物质，是极为罕见的二酮类有色物质，同时又是具有多酚类特殊结构的化合物。平常提到的姜黄素通常指的是姜黄素（C21H20O6）单体、去甲氧基姜黄素（C20H18O5）单体和双去甲氧基姜黄素（C19H16O4）单体的总称。姜黄素是一种橙色晶体状粉末，味稍苦，不溶于水，能溶于乙醇、丙二醇、冰醋酸和碱溶液。因此利用姜黄素此特性，现有对姜黄色的提取方法通常有：乙醇回流法、渗漉法、水杨酸钠法、酶法、超声波法、微波萃取法和超临界CO2法等。为了得到较纯的姜黄素产品，需要进行进一步的纯化，纯化姜黄素的方法一般包括：有机溶剂萃取法、柱层析法等。

离子液体是指在室温或接近室温条件下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐，也称为低温熔融盐。与传统的有机溶剂相比，离子液体具有蒸汽压低、粘度范围宽、导电性好、溶解能力强及热稳定性高等优点。同时离子液体还具有良好的设计性，即可通过阴阳离子组合或集团修饰来调节其极性、溶解度、疏水性或亲水性等物理化学性质。由于离子液体具有上述优点，因而引起了许多研究者的注意。如申请号为201711237710.6的文件公开了一种应用离子液体提取制备竹叶黄酮的方法，其包括以下工艺步骤：将已经粉碎过筛的竹叶粉加入离子液体水溶液A，超声辅助提取后，得到提取液，提取液过滤得到滤液A和固体物料A；将固体物料A加入离子液体水溶液B，超声辅助提取后,得到提取液，提取液过滤得到滤液B；将滤液B加入有机溶剂萃取，静置分层，获得上层有机相萃取液和下层萃余液，将上层有机萃取液减压浓缩，即得竹叶总黄酮。该方法是一种竹叶黄酮成分提取制备的新工艺，所得竹叶黄酮提取率高、纯度品质高，离子液体可以循环使用，操作方便，具有良好的推广应用前景。

但是该离子液体并不适用于姜黄素的提取，本发明人针对姜黄素的性质，研究并得到了一种适用于姜黄素的提取方法，并以姜黄素得率为考察指标，研究了提取姜黄素方法的最佳工艺参数，确定了最佳纯化工艺条件。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种姜黄素的高效提取方法，针对姜黄素的特性设计了一套特定的提取与纯化方法，姜黄的得率较高，且大大减少有机试剂的使用，符合绿色环保的需求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种姜黄素的高效提取方法，包括以下步骤：步骤一：向粉碎后的姜黄粉加入提取剂A，过滤得到固体物料Ⅰ；步骤二：向得到的固体物料Ⅰ加入提取剂B，过滤去渣后得到提取液Ⅱ；步骤三：将提取液Ⅱ进行离心，过滤后得到固体物料Ⅲ；步骤四：对所述固体物料Ⅲ进行清洗、干燥，得到姜黄素；所述提取剂A中包括溶剂a，所述溶剂a含有以下结构：

（1）

式（1）中，为

、、

、

、

中的一种；

所述提取剂B中包含有溶剂b，所述溶剂b含有以下：

（2）

式（2）中，

为金属螯合型阴离子。

在本方案设计中，由于由纤维素、半纤维素组成的细胞壁中存在大量的氢键，这些氢键使分子链间相互缔合形成了密度较大的高度结晶化的晶状区域和密度较小的无定形区域，正是由于庞大的氢键网络形成的致密的晶状结构导致了很好的化学和机械稳定性，阻碍了姜黄素等活性成分的溶出。本发明采用的提取剂A中含有的溶剂a为咪唑类离子液体：（1）首先咪唑环3位N上的取代基选用丙烯基的优势在于丙烯基是由三个碳原子和一个双键组成的不饱和碳链，相比常使用的C₄链体积更小，因此离子移动性较好，有助于与纤维素的结合，而且不饱和键的存在使阳离子的缺电子程度增加，有利于溶解过程中阳离子对纤维素、半纤维素上羟基原子的进攻，同时不饱和链状结构有助于降低离子的液体浓度，从而增加离子液体的萃取效率。（2）阴离子采用

、、

、、，上述阴离子基团都具有较强的氢键接受能力，可以与纤维素分子上羟基的氢质子形成氢键，从而破坏纤维素、半纤维素之间的氢键，进而导致溶解，且上述阴离子可使溶剂a的粘度降低，加强溶剂a的亲水性，进一步与去离子水制备得到提取剂A，不仅使得姜黄素的提取效率增加，而且有利于姜黄素的提取分离。

本发明采用的提取剂B中含有的溶剂b为磺酸改性金属螯合型离子液体，是基于咪唑离子液体的功能化离子液体，磺酸基团的引入可提高对芳香烃物质的选择性和萃取容量，因此可大大提高对姜黄素的萃取率；同时引入了含金属离子的阴离子，优势在于：（1）金属螯合阴离子的构造稳定性较高，因此在与阳离子反应时不会发生改变；（2）使离子液体具有类似于表面活性剂的结构，即同时具有极性头和非极性尾，对姜黄素具有增溶作用，有利于提高姜黄素的提取率；（3）同时螯合型金属阴离子可降低离子液体的晶格能，能使离子液体在室温下呈现稳定的液态；（4）同时溶剂b可与乙醇混合得到提取剂B，一步实现了对姜黄素的萃取以及提纯，同时后续与乙醇的分离工艺也仅需加热蒸馏回收乙醇即可实现分离，因此可循环使用。

作为本发明的进一步优选，提取剂A由所述溶剂a和去离子水组成，其中，所述溶剂a与去离子水的摩尔比为1~4:1。

作为本发明的进一步优选，步骤一中所述姜黄粉与所述提取剂A的固液比为1:10~20g/mL。

作为本发明的进一步优选，提取剂B由所述溶剂b和无水乙醇组成，其中，所述溶剂b与所述无水乙醇的体积比为1~4:1。

作为本发明的进一步优选，固体物料Ⅰ与所述提取剂B的固液比为1:10~15g/mL。

在本方案设计中，上述提取参数是本发明人通过实验设计得到的工艺优化参数。

作为本发明的进一步优选，所述

为螯合物，制备所述

螯合物采用的螯合剂为IDA、DTPA、EDTA、NTA、HFAC、IDS中的一种。

在本方案设计中，选用

是得到的离子液体性质稳定且可使离子液体呈现一定的蓝色，有助于区分，不选用性质相似的铁离子是由于铁离子会导致姜黄素的活性被破坏。

作为本发明的进一步优选，所述螯合剂为IDA、HFAC中的一种，上述两种螯合剂对铜离子的螯合性能优于其他螯合剂。

作为本发明的进一步优选，所述溶剂b的制备过程包括：将螯合剂溶解到乙腈中，然后加入氨水，密封室温下搅拌，然后进行第一次旋蒸，得到固体物；将得到的固体物溶解于乙醇，加入氯化铜，密封室温下搅拌，过滤后然后进行第二次旋蒸，得到第一金属螯合产物。

作为本发明的进一步优选，所述溶剂b的制备过程还包括：将R基咪唑和1,3-丙磺酸内酯混合，加入丙酮后在30~50℃搅拌，反应后得到固体，将固体用浓酸进行酸化，然后进行洗涤干燥，得到第二磺酸化离子液体产物。上述R基咪唑可为-CH₃、-CH₂=CH、-C₂H₅等，优选为链长较短的-CH₃。

作为本发明的进一步优选，所述溶剂b的制备过程还包括：将所述第一金属螯合产物和所述第二磺酸化离子液体产物混合在密封室温下反应，过滤后进行第三次旋蒸，然后加入***进行溶解，进行纯化、洗涤，然后进行第四次旋蒸，干燥后得到溶剂b。

本发明具有以下有益效果：

本发明采用的提取剂A对姜黄含有的纤维素、半纤维素具有优秀的溶解能力，因此可提高姜黄素的溶出量及溶出速率同时结合提取剂B对姜黄素进行选择性提取，进一步提高了对姜黄素的提取效果，且提取剂A与提取剂B都具有稳定、易分离回收的性质，减少了有机溶剂的使用，符合绿色环保的要求。

具体实施方式

一．材料准备

试剂：六氟乙酰丙酮（HFAC，≥99%）、二水合氯化铜（≥99%）、氨水（25-28%）、乙腈（≥99%）、乙醇（≥99%）、氯丙烯（分析纯）、1-乙烯基咪唑（分析纯）、N-甲基咪唑（99%）、甲酸（分析纯）、1,3-丙磺酸内酯（分析纯）、丙酮（分析纯）、乙酸乙酯（分析纯）、浓硫酸（≥99%）、去离子水等。

二、实验方法

1. 溶剂a的制备

称取物质的量之比为1:1的N-甲基咪唑（82.1g/mol）和氯丙烯（76.5g/mol）并依此加入250ml圆底烧瓶中，该混合物在75℃水浴下通过电磁搅拌回流24h停止反应，将混合物移入分液漏斗中，静置一段时间，溶液分为上下两层，收集下层，然后用乙酸乙酯将该物质洗涤3次，通过旋转蒸发仪于90℃下抽真空旋转蒸发去除N-甲基咪唑、氯丙烯、乙酸乙酯等杂质。反应过程如下：

溶剂a中阴离子选为时按照相似的方法合成，但是考虑到与

属于卤素原子，性质相似，但本身具有颜色，会影响姜黄素提取的辨别，因此优选。

溶剂a中阴离子选为、

、 制备方法相似，以为例，将[Amim]Cl水溶液以适当的流速加入到装有强碱性阴离子交换树脂的离子交换柱中，得到[Amim]OH水溶液，然后将等摩尔的[Amim]OH与甲酸混合进行中和反应，待充分反应后减压蒸馏除去水，70℃真空干燥48h，得到离子液体。

2.溶剂b的制备

（1）将10mmol的六氟乙酰丙酮（液体）加入到250ml的单口圆底烧瓶中，再加入50ml乙腈作溶剂，最后加入等摩尔的氨水，密封，室温下磁力搅拌反应24h。反应完成后，加入3.33mmol的二水合氯化铜，再加入20-30ml乙醇助溶，室温下搅拌反应10-12h。反应完成后，过滤掉副产物氯化铵，旋转蒸发仪蒸去乙腈和乙醇，得到第一金属螯合产物。反应过程如下：

使用IDA为螯合剂，制备过程与六氟乙酰丙酮相似，得到的金属螯合产物反应过程为：

（2）将甲基咪唑和1,3-丙磺酸内酯按摩尔比1:1称取，并加入到250ml圆底烧瓶中，用丙酮做溶剂，在40℃下电磁搅拌17h，二者发生缩合反应。停止搅拌，然后抽滤得到白色固体，将次白色固体再次用丙酮、乙醇洗涤，过滤，得到白色粉末，将其置于真空干燥箱中80℃下干燥4h，取出称量，然后用等物质量的浓硫酸在80℃下酸化6h，得到透明溶液，将该溶液用适量乙酸乙酯洗涤三次，然后干燥一定时间，得到第二磺酸化离子液体产物。

（3）将得到的第一金属螯合产物和第二磺酸化离子液体产物以等物质的量加入到250ml圆底烧瓶中反应10-12h，反应结束后过滤掉副产物氯化铵，旋转蒸发仪蒸去残余的丙酮、乙醇、乙酸乙酯可得到绿色液体。

（4）将得到的绿色液体溶于***中，过滤掉残留的氯化铵，将滤液转移到分液漏斗中，用超纯水洗涤4-6次，检测没有卤素离子残留即可，然后利用旋转蒸发仪蒸去***，所得产品真空干燥24h，即可得到纯化后的离子液体，即为溶剂b。

本发明人主要制得了几种离子液体如下表所示：

三、提取姜黄素

实施例1~10中采用的提取剂A与提取剂B的成分及含量如下表所示：

提取工艺如下：

（1）挑选优质的姜黄根茎，干燥后粉碎，过80目筛，然后称取一定量的姜黄粉末，与提取剂A以1g：10ml的固液比混合，提取10h后以3000~5000rpm进行离心，上层滤液可用于后续回收，取下层沉淀进行干燥，得到微黄色粉末；

（2）向得到的微黄色粉末中以1g：15ml的固液比加入提取剂B，提取12h以上后进行过滤得到提取液，将提取液用挥发油提取装置提取15min，然后将剩余提取液以3000~5000rpm进行离心，上层滤液可用于后续回收，下层沉淀使用去离子水清洗3次后进行干燥，得到姜黄素提取物。

在上述提取工艺中，提取剂A为水性提取液，而姜黄素不溶于水，因此可利用此特性，在充分溶解纤维素、半纤维素的基础上，使的姜黄素以沉淀的形式析出，分离过程简单；提取剂B为非极性提取液，可充分萃取姜黄素，同时含有一部分酯类杂质，在后续分离过程中，通过蒸馏即可去除酯类杂质，而采用离心的方法即可实现姜黄素与离子液体的分离。并且在上述工艺中，由于离子液体的稳定性及密度较大，在后续分离过程中与水或乙醇的分离通过简单的蒸馏法即可实现，因此离子液体可循环使用，符合绿色环保的要求。

本发明采用硼显色分光光度法，此法简单、稳定、不受其他黄色素干扰。

姜黄素标准曲线的建立

精密称取姜黄素标准品1mg于25ml量瓶中，甲醇定容，即为标准溶液。精密量取0.2ml、0.3ml、0.4ml、0.5ml、0.6ml标准溶液于10ml比色管中，加入浓硫酸-醋酸（1:1）3.00ml，加1.2mol/L硼酸甲醇溶液1.00ml，摇匀，室温放置5min，加甲醇稀释至10ml，分别在512nm处比色测定，甲醇作空白。回归方程y=0.1269x+0.1587，r=0.9988。

姜黄素中总姜黄素含量测定

准确称取姜黄粉3.9994g于索氏提取器中，甲醇提取至姜黄无色。提取液于100ml量瓶中甲醇定容，即为提取液。精密量取提取液0.01ml于10ml具塞刻度试管中，加入浓硫酸-冰醋酸（1:1）3.00ml，加1.2mol/L硼酸甲醇溶液1.00ml摇匀，室温放置5min，加甲醇稀释至8ml，分别在512nm处比色测定，甲醇作空白。姜黄素含量为2.58%，即为姜黄中姜黄素总含量。

提取率测定

准确称取5.00g姜黄粉末置于碘量瓶中，准确加入实施例1~10选用的提取剂A与提取剂B方案，将分别得到的姜黄素提取物加入浓硫酸：冰醋酸（1:1）12.00ml，加1.2mol/L硼酸甲醇溶液4.00ml，摇匀，室温放置5min，加甲醇稀释至32ml，分别在512nm处比色测定，甲醇作空白，测定姜黄素的提取率，如下表所示：

如上表所示，本发明采用提取剂A和提取剂B的组合最后得到的姜黄素提取率可高达84.9%，高于文献中50~70%左右的提取率，姜黄素的提取率较高。在本发明提取工艺下，采用#1号的提取剂A的提取效果略大于采用#2~#4的提取剂A的提取效果，采用#5号的提取剂B的提取效果优于采用#6的提取剂B的提取效果；此外，实施例3的提取率较低的原因可能在于，全部采用离子液体使提取剂的粘度增加，提取剂的流动性弱，不利于与姜黄粉末的充分接触。

基于上述实施例1~10的检测结果，建立实施例11，与实施例1的不同之处在于，姜黄粉末与提取剂A的固液比为 1g：20ml；建立实施例12，与实施例1的不同之处在于，微黄色粉末与提取剂B的固液比为 1g：10ml，测得姜黄素提取率分别为84.5%、84.2%，与实施例1相差不大。

基于上述实施例1~10的检测结果，建立对比例1，与实施例1的不同之处在于，用等量的乙醇代替提取剂A，调整相关的提取工艺（关于乙醇的提取工艺较为成熟，不再赘述）；建立对比例2，与实施例1的不同之处在于，用等量的乙醇代替提取剂B，调整相关的提取工艺（关于乙醇的提取工艺较为成熟，不再赘述）；建立对比例3，与实施例1的不同之处在于，用等量的乙醇分别代替提取剂A、提取剂B，调整提取工艺关于乙醇的提取工艺较为成熟，不再赘述）。

用同样的检测方法检测对比例1~3，得到的姜黄素提取率分别为69.7%、74.6%、60.2%，对比例2的提取率最高，证明提取剂A对纤维素的溶解能力可充分提高姜黄素的溶出率，对提高姜黄素提取率的作用最强，对比例1略低于对比例2但高于对比例3，证明采用提取剂B也具有提高姜黄素提取率的作用。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。