不同干燥方式對姜黃中姜黃素和姜黃油的影響

吳雙，袁茂廷，夏修新，劉國豪，倪穗

(寧波大學 海洋學院，浙江 寧波 315211)

姜黃(CurcumalongaL.)為姜科姜黃屬多年生草本植物，原產于印度，在我國主要栽培于廣西、云南、福建、四川等省份。姜黃屬于藥食同源植物，通常取其干燥根莖入藥，具有多種藥理作用，如抗炎、抗菌、抗腫瘤等[1]。研究證明，姜黃含有100多種活性化合物，主要生物有效成分為姜黃素類及揮發油類[2]。

姜黃素類化合物(curcuminoids)即總姜黃素，是一種二酮類化合物，主要包括姜黃素(CUR)、去甲氧基姜黃素(DMC)和雙去甲氧基姜黃素(BDMC)。姜黃素類化合物在抗氧化、抗凝、降血脂、降血糖等方面作用顯著，并對如心血管、肺、神經等慢性疾病具有活性，攝入姜黃素也會降低結腸癌、肺癌、乳腺癌等癌癥的發病率，并對人類產生其他有益的生物學效應。姜黃揮發油主要成分為各種揮發性倍半萜類、單萜類和其他芳香化合物[3]，具有抗風濕、抗增殖、抗糖尿病、抗肝毒性、抗血栓、抗酪蛋白酶等多種藥理學特性。醫學研究顯示，姜黃油還能增強免疫功能、促進血液循環、加速排毒和刺激消化[4]。

姜黃根莖的含水量約為70%～80%，不適合長期儲存，因此，要通過不同的干燥工藝降低水分以延長保質期，但目前國內外對姜黃的研究主要集中在姜黃素和姜黃油的藥理作用方面，對其干燥工藝缺少系統研究。姜黃素和姜黃油作為光熱敏感化合物，不同干燥溫度和時間對其成分和含量都有直接影響，因此，本文以新鮮的姜黃根莖為材料，探究5種干燥方式，即曬干、室溫23 ℃自然陰干、30 ℃熱風烘干、60 ℃熱風烘干和真空冷凍干燥對姜黃素和姜黃油的含量及組分的影響，以期為姜黃的開發利用和產品加工提供一定的技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

姜黃根莖：購于云南省紅河哈尼族彝族自治州。純水：實驗室自制；分析純：甲酸水；色譜純：乙腈；標準品：購于上海源葉生物科技有限公司。姜黃素CAS號458-37-7，純度≥98%；去甲氧基姜黃素CAS號22608-11-3，純度≥98%；雙去甲氧基姜黃素CAS號33171-05-0，純度≥98%。

1.2 儀器與設備

電子天平：XSR105，寧波鴻蒙檢測有限公司；氣相色譜—質譜聯用儀：Agilent 8890 GC，美國安捷倫公司；揮發油提取裝置：江蘇三愛思科學儀器有限公司；電子調溫電熱套：PTHW 1 000 mL，江蘇三愛思科學儀器有限公司；高速多功能粉碎機：800Y，永康市鉑歐五金制品有限公司；電熱風干燥器：DHG型，上海成順儀器有限公司；高效液相色譜儀：ACQUITY UPLC H-Class型，美國沃特世公司；超聲波清洗機：SB-5200DT，寧波新芝生物科技有限公司；高速離心機：TG-16臺式高速離心機，海昌儀器(蘇州)有限公司；色度儀：CM-5 型分光測色儀日本柯尼卡美能達公司。

1.3 干燥方法及姜黃粉末的制備

選取姜黃根莖，洗凈去除須根，縱切2 mm片，分別采取曬干、室溫23 ℃自然陰干、30 ℃熱風烘干、60 ℃熱風烘干和真空冷凍干燥至恒重。再使用高速粉碎機分別進行破碎，得到姜黃粉末備用。

1.4 姜黃素類化合物的提取與測定方法

1.4.1 色譜條件

根據參考文獻[5]進行改良。

液相色譜柱為CNW Athena C18 WP，4.6 mm×250 mm，5 μm；流動相為0.1%甲酸水∶0.1%甲酸乙腈=45∶55；洗脫方式為等度洗脫，18 min；柱溫為室溫；進樣量為15 μL；流速為1.00 mL·min-1；檢測波長為420 mm；采用外標法定量。

1.4.2 供試品溶液的制備

將樣品混均勻后，精密稱取樣品0.500 0 g于25 mL旋蓋離心管，定量加入25 mL甲醇溶液，超聲提取1 h后，以10 000 r·min-1離心10 min，過0.22 μm濾膜后，吸取上清液進樣分析。

1.4.3 標準溶液的制備

分別精密稱取姜黃素、去甲氧基姜黃素和雙去甲氧基姜黃素標準品各0.1 g一起放置于10 mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度，得到標準品濃度為200 μg·mL-1的標準液。進行等梯度稀釋，配制成1、2、5、10、20、50、100 μg·mL-1的混合標準液。密封4 ℃保存。混合標準工作液臨用現配。

1.4.4 姜黃素類化合物得率的計算

X=CVN/m。

式中，X為姜黃中BDMC、DMC、CUR得率，%；C為測定液中BDMC、DMC、CUR的質量濃度，g·mL-1；V為提取液體積，mL；N為稀釋倍數；m為姜黃質量，g。

1.5 姜黃揮發油的提取與組分測定方法

1.5.1 姜黃揮發油的提取方法及得油率計算

姜黃揮發油的提取方法參照《中華人民共和國藥典》2020年版四部通則2204中的“揮發油測定法”并進行改良如下[6]：取不同干燥方式下的姜黃粉末10 g，加入500 mL水，水蒸氣蒸餾法提取5 h，收集所得揮發油，加無水Na2SO4干燥，4 ℃避光儲存。

X=100%V/m。

式中，X為姜黃中姜黃揮發油得率，%；V為提取出揮發油的體積，mL；m為姜黃質量，g。

1.5.2 GC-MS條件

氣相色譜條件：HP-5MS石英毛細管色譜柱(0.25 mm×30 m，0.25 μm)；升溫程序：50 ℃保持2 min，3 ℃·min-1速率升至80 ℃，保持2 min，5 ℃·min-1速率升至180 ℃，保持1 min，10 ℃·min-1速率升至230 ℃，保持5 min，最后20 ℃·min-1速率升至250 ℃，保持4 min；體積流量1.500 mL·min-1；載氣氦氣；進樣量1 μL；進樣口溫度220.3 ℃；分流比1∶10。

質譜條件：離子源EI，溫度230 ℃；電離能量70 eV；四極桿溫度150 ℃；溶劑延遲時間7 min；質量掃描范圍m/z為45～800。

定性和定量分析：對總離子流圖中的各色譜峰相對應的質譜圖進行NIST譜庫檢索和人工解析，并結合文獻[7-8] 進行鑒定，采用峰面積歸一化法計算檢出成分的相對含量。

1.6 不同干燥方式下姜黃的色度測定

將色度儀調試到反射測量，測定光源D65，照明系統排除鏡面反射，測定試場10°視角，測試區域30 mm，起止波長360～740 nm。對儀器進行白板與黑板校正后[9]，稱取姜黃粉末2 g均勻平鋪在測色皿底部，進行樣品測定，每組樣品重復測定3次，取平均值。

2 結果與分析

2.1 干燥方式對姜黃素類化合物相對含量的影響

2.1.1 標準曲線的繪制

BDMC、DMC和CUR標準品的色譜圖如圖1所示，BDMC的保留時間為9.263 min，DMC的保留時間為10.027 min，CUR的保留時間為10.882 min，3種化合物能夠實現基線分離。以峰面積為縱坐標(y)，對應的質量濃度為橫坐標(x)繪制標準曲線，分別得到BDMC、DMC和CUR的標準曲線方程，見表1。BDMC、DMC和CUR標準品在1～100 μg·mL-1范圍內與峰面積呈良好的線性關系。

表1 BDMC、DMC和CUR標準曲線方程Table 1 BDMC，DMC，and CUR standard curve equations

圖1 BDMC、DMC和CUR標準品的色譜圖Fig.1 Chromatogram of BDMC，DMC，and CUR standards

2.1.2 不同干燥方式下姜黃素類化合物得率

如圖2所示，姜黃素類化合物中CUR占比最高，最高為1.11%；其次為DMC，最高為0.36%；BDMC占比最少，最高為0.33%。在5種干燥方式中，BDMC和DMC得率最高的是自然陰干，為0.33%、0.36%；其次是30 ℃熱風烘干，為0.32%、0.35%；再次為冷凍干燥，為0.29%、0.30%；最后是60 ℃熱風烘干和曬干；CUR得率最高的是自然陰干，為1.11%；其次是30 ℃熱風烘干，為1.10%；再次是60 ℃熱風烘干，為0.96%；曬干和冷凍干燥最低；同時總姜黃素得率最高的也是自然陰干方式，為1.84%。可見，姜黃素類化合物具有很強的光不穩定性，并且高溫條件下易分解。自然陰干是在室溫23 ℃避光條件下進行，能有效減少光照和保持低溫，從而減少了姜黃素類化合物結構的改變，降低了活性物質的分解，保存了大部分的姜黃素類化合物。

(a)表示CUR；(b)表示DMC；(c)表示BDMC；(d)表示總姜黃素；1表示曬干；2冷凍干燥；3表示自然陰干；4表示30℃熱風烘干；5表示60℃熱風烘干。圖2 不同干燥方式下姜黃素類化合物的得率Fig.2 Yield of curcumin compounds under different drying methods

2.2 干燥方式對姜黃揮發油得率及其組成成分的影響

2.2.1 不同干燥方式下姜黃揮發油的得率

分別對5種干燥方式下的姜黃進行水蒸餾提取5 h，再進行姜黃揮發油含量測定。

從圖3可見，5種干燥方式中自然陰干的姜黃根莖揮發油得率最高，為6.15%；其次是30 ℃熱風烘干，為5.85%；再次是60 ℃熱風烘干，為5.20%；得率最低的是曬干和冷凍干燥。推測可能是姜黃揮發油中的部分組分具有熱敏感性，會隨溫度的升高發生分解，自然陰干相對溫度較低，組分分解較少，因此得率最高。對于冷凍干燥提取率最低的原因也進行了查驗，發現對冷凍干燥機中的冰塊水蒸餾提取后的得油率約為2.00%，推測原因為鮮姜黃片在低溫環境下被快速凍結，部分姜黃揮發油留在了冷凍干燥機中的冰塊上，導致提取率降低。

2.2.2 不同干燥方式下姜黃揮發油的組成成分分析

從表2可知，5種干燥方式下所得姜黃揮發油的成分大致相同，但各組別間種類和相對含量有一定差別。

表2 不同干燥方式下姜黃揮發油組成及相對含量Table 2 Composition and relative content of volatile oil in turmeric under different drying methods

經自然陰干處理的姜黃其揮發油共鑒定出41種成分，其中相對含量在1%以上的成分有11種，占總體的92.51%；經30 ℃處理的姜黃其揮發油共鑒定出41種成分，其中相對含量在1%以上的成分有11種，占總體的91.96%；經60 ℃處理的姜黃其揮發油共鑒定出41種成分，其中相對含量在1%以上的成分有11種，占總體的89.84%；經曬干處理的姜黃其揮發油共鑒定出43種成分，其中相對含量在1%以上的成分有14種，占總體的92.69%。可見，自然陰干處理后所得的姜黃揮發油中主要成分的種類較多，占總體含量較高。

不同干燥方式對姜黃揮發油中活性成分的影響也各不相同，大部分成分隨著溫度的升高而減少，如姜黃酮、石竹烯、β-姜黃酮、姜烯、吉馬酮等；也有部分成分隨著干燥溫度升高而有所增加，如芳姜黃烯、姜醇、芳姜黃酮、姜黃酚等；對于β-雙硼烯、芳姜黃烯、姜烯，60 ℃熱風干燥能夠獲得較高的相對含量。5種干燥方式所得姜黃揮發油組分中相對含量最多的皆為姜黃酮，其次為姜烯和芳姜黃酮，除芳姜黃酮隨干燥溫度的升高呈先升后降的趨勢外，姜黃酮和姜烯都為先降后升。推測原因為在不同溫度下熱敏性成分姜黃酮和姜烯產生分解，轉化為芳姜黃酮[10]。此外，在不同干燥方式下，姜黃揮發油中一些組分的相對含量也會出現下降甚至消失，或者產生一些特異性成分。根據以上現象推測原因為姜黃揮發油中存在光熱敏感組分，不同的干燥方式會使其發生復雜異構化反應，導致含量變化。Singh等[11]的研究表明，高溫會促進不穩定的α-姜黃酮和β-姜黃酮降解轉化為ar-姜黃酮，這與實驗結果中β-姜黃酮的含量變化規律相符，但并未測出ar-姜黃酮，推測β-姜黃酮降解為其他物質。Faiola等[10]研究發現，在較高溫度下熱敏性成分姜黃酮和姜烯產生分解，轉化為芳姜黃酮，這與本研究結果相符合，由此推測較高溫度下某些成分的增加也與類似的過程相關。

2.3 干燥方式對姜黃色澤的影響

2.3.1 不同的干燥方式下姜黃的色澤測定

L*代表明亮度，L*越大，明亮度越大，反之越小；a*代表紅綠色度，a*>0為紅色方向，反之為綠色方向；b*代表黃藍色度，b*>0為黃色方向，反之為藍色方向[12]。

由表3可知，不同干燥方式下的姜黃粉末色度值存在明顯差異。在一定程度上，干燥溫度越低，姜黃粉末亮度L*越高，其中冷凍干燥所得姜黃粉末亮度L*最高，推測原因可能為冷凍干燥是在低溫真空環境下進行的，不會產生美拉德反應和降解；60 ℃處理的姜黃粉末亮度L*最低，推測原因為溫度相對較高，美拉德反應比較強烈。但總姜黃素含量和亮度L*不存在線性關系，而是先增后降，這表明亮度L*和總姜黃素含量的關系不大。

表3 姜黃粉末色度值及總姜黃素含量(n=3)Table 3 Color value and total curcumin content of turmeric powder (n=3)

2.3.2 姜黃色澤與姜黃素含量的相關性分析

以L*、a*、b*值依次為自變量，總姜黃素含量為因變量，用SPSS25.0對不同干燥方式下的姜黃粉末色度值與總姜黃素含量之間進行Pearson相關性分析。如表4所示，總姜黃素含量與姜黃粉末L*、a*、b*之間都無相關性(P>0.05)。由此可見，總姜黃素含量與姜黃粉末色度值關系不大。

表4 姜黃色度值與總姜黃素含量相關性分析(n=34)Table 4 Correlation analysis between turmeric value and total curcumin content (n=34)

3 討論

通過高效液相色譜(HPLC)對不同干燥方式下姜黃根莖中姜黃素類化合物檢測發現，自然陰干時BDMC、DMC、CUR得率最高，其中CUR含量最高，BDMC和DMC相近，此時總姜黃素得率也最高，因此，采取自然陰干方式處理姜黃對姜黃素類化合物的保留最佳；通過GC-MS對不同干燥方式下姜黃根莖中姜黃揮發油成分檢測發現，自然陰干時姜黃揮發油得率也是最高的，且與其他干燥方式所得姜黃油含量差異最顯著；同時自然陰干處理后所得的姜黃揮發油組分也是最多的，相對含量在1%以上的成分占總體含量較高，且揮發油中主要藥理成分姜黃酮、姜烯和芳姜黃酮含量占比也較高，因此，自然陰干處理方式所得姜黃揮發油的抗炎抑菌效果可能更佳；通過色度分析發現，不同干燥方式下姜黃粉末色度差異較大，但總姜黃素含量與姜黃粉末色度值關系不大。

可見，以姜黃素類化合物與姜黃揮發油的含量為主要指標，姜黃干燥處理以自然陰干的方式為最佳。研究結果為姜黃的開發利用提供一定的技術支持。