超临界CO2萃取测定姜黄中姜黄素的实验研究

目的：筛选超临界CO2萃取姜黄中姜黄素的姜黄素的工艺条件，采用HPLC法测定姜黄素含量。结果取温度55℃，采用无水乙醇作为夹带剂与超临界CO2流萃取5 h，CO2流量3.5 L/min。结论：超临界CO2萃取姜，切实可行。
姜黄；姜黄素；超临界CO2萃取；HPLC
姜黄始载于《唐本草》，为姜科Zingiberaceae植物姜黄Curcuma longa L．的干燥根茎，其性燥而温，味苦而辛，具有行气止痛、通经破血、祛风疗痹等功效，是临床上常用的中药之一。现代药理研究表明姜黄中主要有效成分姜黄素具有利胆、降血脂、抗癌、抗氧化等多方面药理作用。有文献报道对超临界CO2萃取姜黄中姜黄油的工艺条件进行了较深入的研究，其中文献还对姜黄中姜黄素的超临界CO2萃取工艺条件进行了研究，但只对各单因素的影响进行了探讨，并未系统深入地探讨其最佳工艺条件。本实验对姜黄素超临界CO2萃取法的萃取工艺条件进行了实验研究，并采用HPLC测定其含量，筛选出超临界CO2最佳萃取工艺条件。
1 仪器及试剂
1．1 仪器
高效液相色谱仪(BIO-TEK，MDI检测器，WDL-95色谱工作站)，台式高速离心机( L-16G)，超声清洗器(KQ-500B)，1／10万电子天平，超临界co2萃取实验台(江苏大学江苏海安应有石油设备制造厂联合研制，萃取器容积1 L，200 mL规格)。
1．2 试剂及药品
甲醇(色谱纯)，水(亚沸重蒸水)，冰醋酸(分析纯)，蒸馏水，丙酮，甲醇(分析纯)，乙醇(分析纯)均购于上海化学试剂厂)，微孔滤膜(0.45μm)。姜黄(购于毫州药材市场，经南京中医药大学药学院王永珍教授鉴定为姜科植物姜黄Curcuma longa L．的干燥根茎，符合《中国药典》2000年版标准)；姜黄素标准品(中国药品生物制品检定所)。
2 实验方法与结果
2．1 姜黄素的含量测定方法
2．1．1 色谱条件：Kromasil Cl8柱；流动相甲醇-水(含5％冰醋酸)(70：30)；流速1 mL/min；检测波长428nm；柱温30℃；进样量10μL 。
2．1．2 标准曲线的绘制：精密称取姜黄素对照品5．42 g置5 mL容量瓶中，甲醇溶解并定容至刻度，作为母液。分别精密吸取l0，60，120，180，240 的母液置1 mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀，各吸取10μL进样，以姜黄素含量为横坐标，峰面积值为纵坐标，得标准曲线，并计算回归方程Y=26 140X-48 046．156，r=0．999 5。在10．84～26o．16 呈现良好的线性关系。
2．1．3 精密度试验：取标准曲线项下标准品溶液，按上述色谱条件，重复进样5次，对照品峰面积积分值的RSD为2．26％( =5)。
2．1．4 稳定性试验：取同一样品溶液，按上述色谱条件分别在0，1，2，3，4，5 h内测定，测得峰面积积分值的RSD为2．51％( n=6)，表明供试品溶液在5 h内稳定。
2．1．5 加样回收率试验：取已知含量的姜黄药材适量，加入标准品溶液适量，挥干，按样品方法萃取及测定，平均回收率为100．48％，RSD=2．31％( n=6)。
2．1．6 样品测定：超临界萃取得到的萃取物，用甲醇溶解定容，经高速离心或微孔滤膜过滤后精密吸取10μL 进样，通过标准曲线计算其含量。
2．2 超临界CO2萃取实验方法与结果
2．2．1 萃取方法：将姜黄药材粉碎后过40目筛，精密称取250 g，装入萃取器中，调整好萃取温度和压力后，静态萃取4 h后开始动态萃取，至规定时间后，停止萃取。精密称定萃取物重量，计算得率并测定姜黄素含量。静态萃取法是将化合物置于密闭的容器内，在确定的温度压力下，通过搅拌或其他方法使物系达到平衡状态，静态萃取法有助于提高萃取效率。动态萃取法是在一定的温度压力下，将超临界CO2流体流过溶质，而将溶质夹带出来，并通过等温降压或等压降温法将夹带的溶质释放出来。本实验采用先静态萃取4 h(依据萃取性质确定)再动态萃取的
方法。
2．2．2 正交试验设计：经过预实验，采用正交实验的方法来确定最佳提取条件，根据影响超临界COC2萃取的各种因素条件，拟订出4因素3水平表见表1。以萃取物姜黄素含量为试验考察指标，萃取物得率平均值作为参考。每号试验做3次，实验结果及方差分析见表2，表3。方差分析表明，因素D， 和A对试验结果影响极显著，因素C影响显著。选取显著因素最好水平得到最佳工艺条件为A2B3C3D3。
2．2．3 正交试验的补充试验——夹带剂的选择
由于姜黄素具有一定的极性，分子量相对较大，不加入夹带剂时姜黄素萃取率较低，所以在上述正交试验研究的基础上加入合适的夹带剂。因而进一步对夹带剂的种类及用量进行试验研究。夹带剂种类的选择分别选择甲醇、无水乙醇、丙酮作为夹带剂，夹带剂与超临界CO2流体同步泵人萃取器内，加入量为物料重量的10％，萃取物得率和姜黄素含量测定结果见表4。
从表4中可看出夹带剂的加入对姜黄素的萃取率影响较大，夹带剂影响程度大小依次为：丙酮>无水乙醇>甲醇，但丙酮和乙醇的影响程度相差不大，综合考虑生产条件的许可，选用无水乙醇作为夹带剂。夹带剂无水乙醇加入量的试验研究试验中无水乙醇的加入量在10％ ～40％(与物料重量比)，试验分析结果见表5。从表5可以看出无水乙醇的加入量对姜黄素的萃取效果影响较明显，可以使姜黄素迅速溶解出来，无水乙醇的加入量达到一定程度姜黄素的含量不再增加，最佳的加入量为30％(与物料之比)。萃取物得率与姜黄素含量随时间变化的试验研究为了进一步探讨姜黄素的动态萃取时间，进行了随时间的延长，萃取物得率及姜黄素含量的变化研究。见图1，图2。由图1，图2可看出，动态萃取2 h左右萃取物得率基本达到最大值，随时间的继续延长，得率增加不大，5 h后几乎不再增加；从含量曲线可看出，姜黄素集中在0～2 h萃出，2 h时为高峰，5 h基本萃取完全，故最佳萃取条件可定为：萃取压力25 MPa，萃取温度55℃，动态萃取5 h，无水乙醇作为夹带剂，用量30％(与物料之比)，CO2流量3．5 L/min。
2．3 验证实验
称取姜黄药材粗粉适量，3份，精密称定，按照最佳萃取条件进行萃取，萃取物得率分别为：
2．91％，2．89％，2．95％，姜黄素占萃取物的百分含量分别为7．9o％，7．89％，8．91％。
3 讨论
3．1 超临界萃取法通常在略高于室温的条件下进行，因而对易挥发组分或生理活性物质极少损失或破坏，特别适合于天然活性物质的提取和分离。本实验姜黄中姜黄素对热、光均敏感，超临界CO2萃取法对其提取分离具有较明显的优势，夹带剂的加人大大提高了姜黄素的萃取效率。
3．2 与传统溶剂提取法相比较，超临界C02萃取法对某些活性物质的萃取具有一定的优越性：CO2安全无毒，适合于食品和制药行业；操作简便，萃取分离一次完成，而且没有溶剂残留。但对于萃取物的药效作用应与传统溶剂(特别是水煎煮)提取物进行比较，以保证传统功效。本实验HPLC经过流动相筛选，采用组成简单分离效果佳的甲醇一水(含5％冰乙酸)(70：30)作为流动相。
3．3 本实验采用正交试验方法及静态、动态萃取实验优化最佳萃取条件为萃取压力25 MPa，萃取温度55℃，静态萃取4 h，动态萃取5 h，无水乙醇作为夹带剂，用量30％(与物料之比，与超临界CO2流体同步泵人萃取器中)，co2流量3．5 L/min。本实验不足之处在于未能同时优化萃取压力、温度与夹带剂使用时的萃取效果，有待进一步深入探讨。