CN105061168A - 一种酶法预处理辅助提取姜黄素的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种酶法预处理辅助提取姜黄素的工艺，其包括如下步骤：取1份姜黄粉碎过筛加水搅拌均匀后，水浴60min，然后降温并恒定至52～58℃，得到姜黄浆液；在所述姜黄浆液中添加由纤维素酶、淀粉酶及木瓜蛋白酶组成的复合酶，反应2～4h，得到酶解液；取所述酶解液，加入乙醇溶液，8000～9000r/min条件下匀浆1～2min，得到姜黄素提取液；最后在所述提取液中加入絮凝剂搅拌，过滤，将得到的清液流经活性炭层析柱，再使用碱性溶液进行洗脱得到姜黄素的解析液。本发明提取速度快、温度低、能耗低、有效成分姜黄素得率高、得到的产品质量稳定，反应条件易控制，适用于工业化放大生产。

Description

一种酶法预处理辅助提取姜黄素的工艺

技术领域

本发明涉及姜黄素的提取工艺。更具体地说，本发明涉及一种可有效提高姜黄素提取效率及纯度的酶法预处理辅助提取姜黄素的工艺。

背景技术

姜黄素是从中药材姜黄中提取得到的，是姜黄发挥药理作用的最重要的成分。姜黄素能促进名为巨噬细胞的免疫细胞的形成，这种免疫细胞可清除一种可形成与老年痴呆症相关的淀粉体，具有优异的预防老年痴呆的功效。此外，姜黄素还有利胆保肝、降血脂、活血通经、抗艾滋病毒、抗乳腺癌、抗前列腺癌、抗动脉粥样硬化等生理和药理作用。

姜黄素的提取工艺报道较多，比如有机溶剂提取法、酸碱提取法、超临界CO₂萃取法、水杨酸钠法等，其中有机溶剂提取法由于具有工艺简单、操作方便、反应条件较易控制等优点是目前使用最为广泛的一种提取方法。但有机溶剂提取法为了增大提取效率，加速姜黄素的溶出，通常需要提高提取温度，从而会在一定程度上破坏姜黄素的活性，得到的姜黄素浸膏不易干燥，且姜黄素的纯度也会受到影响。

发明内容

作为各种广泛且细致的研究和实验的结果，本发明的发明人已经发现，在姜黄素的提取过程中，首先采用由纤维素酶、淀粉酶和木瓜蛋白酶组成的复合酶对姜黄进行预处理，然后加入合适比例的乙醇溶液进行匀浆提取，有效提高了姜黄素提取液的澄清度，且最终得到的姜黄素的提取率和纯度也达到了显著的提高。基于这种发现，完成了本发明。

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种酶法预处理辅助提取姜黄素的工艺，其能够有效提高姜黄素的提取效率，且提取体系的澄清度和最终产物的纯度也都得到明显提高。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种酶法预处理辅助提取姜黄素的工艺，其包括如下步骤：

步骤一：取1份姜黄粉碎过筛至60～80目，加入3～6份水搅拌均匀，60～70℃下水浴60min，然后降温并恒定至52～58℃，得到姜黄浆液，姜黄粉经水浴处理后，细胞溶胀，孔洞外露，比表面积增大，且在自身所含酶的作用下，细胞壁发生部分降解，利于后续提取步骤的进行；

步骤二：在所述姜黄浆液中添加由8～12U/g姜黄的纤维素酶、60～90U/g姜黄的淀粉酶及5～10U/g姜黄的木瓜蛋白酶组成的复合酶，pH3.8～4.5条件下反应2～4h，得到酶解液，

其中，纤维素酶可有效破坏植物的细胞壁，使细胞壁及其之间的纤维素发生降解，提高植物有效成分的溶出率，淀粉酶和木瓜蛋白酶可将影响姜黄素精制的淀粉、蛋白质等分解去除，提高提取体系的澄清度，且木瓜蛋白酶可增加细胞间的离散程度，利于后续提取工艺的进行；

步骤三：取步骤二所述酶解液，加入与其体积比为7～9的乙醇溶液，8000～9000r/min条件下匀浆1～2min，得到姜黄素提取液，其中所述乙醇溶液的质量分数为65～70％，经酶解处理后的姜黄与乙醇混合后进行匀浆处理，确保了姜黄细胞与乙醇溶液的充分混合，且在匀浆高速剪切力的作用下，细胞发生进一步破碎，促进了有效成分姜黄素的提取；

步骤四：所述提取液中加入0.3～0.5g/L的絮凝剂搅拌30～60min后，过滤，得到的清液流经活性炭层析柱，再使用碱性溶液洗脱得到姜黄素的解析液，在姜黄素的提取处理过程中，先经絮凝剂沉降预处理后，再使用活性炭层析柱进行姜黄素的吸附和洗脱，得到的姜黄素解析液的透光度显著提高。

优选的是，其中，步骤四所述洗脱步骤前，依次使用1～2倍活性炭体积的乙醚溶液、0.8～1.2倍活性炭体积的纯水流经所述活性炭层析柱进行洗杂处理，首先使用乙醚溶液洗脱活性炭吸附的少量脂类物质，然后再用纯水洗脱活性炭吸附的其他杂质，以保证得到的姜黄素产品的纯度。

优选的是，其中，步骤一中所述水为自来水，自来水中含有的微量元素有助提高姜黄自身所含酶的活性，促进自身细胞壁的降解，若粉碎后的姜黄与蒸馏水混合后进行水浴，则会对其有效成分姜黄素的提取产生一定影响。

优选的是，其中，步骤一中所述水浴密封进行，并且在水浴过程中搅拌2～3次，为了减少水浴过程中水的蒸发，保证细胞的溶胀效果，水浴的过程密封进行，且在姜黄水浴过程中仅需搅拌2～3次，不需一直搅拌，否则反而会影响姜黄素提取液的透光率。

优选的是，其中，所述絮凝剂选自壳聚糖、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵中的一种。

优选的是，其中，所述絮凝剂为壳聚糖，使用壳聚糖的絮凝效果更好，且过滤速度快，易于工业化生产。

优选的是，其中，所述壳聚糖先配制成1％的水溶液，然后使用冰醋酸调pH至4.7，搅拌至溶解均匀后再使用。

优选的是，其中，所述碱性溶液选自碱性水、碱性乙醇、碱性丙酮中的任意一种。

优选的是，其中，所述碱性溶液为碱性丙酮，碱性丙酮对姜黄素的洗脱效果较好，得到的解析液中姜黄素的浓度较高，利于后续处理。

优选的是，其中，所述碱性丙酮的pH为8.5～9.5，丙酮的碱性越高，越利于姜黄素的洗脱效果，但丙酮的pH不能过高，否则姜黄素可能会发生分解，反而影响其纯度。

本发明至少包括以下有益效果：

(1)在对姜黄中的姜黄素进行提取工艺前，依次进行水浴溶胀和复合酶处理，有效破坏了细胞的细胞壁，增大了后续提取过程中姜黄素向乙醇扩散的传质面积，显著提高了姜黄素的提取率；

(2)淀粉酶和木瓜蛋白酶的添加可将影响姜黄素精制的淀粉、蛋白质等分解去除，提高提取体系的澄清度，且木瓜蛋白酶可增加细胞间的离散程度，利于后续提取工艺的进行；

(3)经酶解处理后的姜黄与乙醇混合后进行匀浆处理，确保了姜黄细胞与乙醇溶液的充分混合，且在匀浆高速剪切力的作用下，细胞发生进一步破碎，促进了有效成分姜黄素的提取；

(4)在姜黄素的提取处理过程中，先经絮凝剂沉降预处理后，再使用活性炭层析柱进行姜黄素的吸附和洗脱，显著提高了姜黄素解析液的澄清度；

(5)姜黄素洗脱步骤前，先依次使用乙醚溶液和纯水流经所述活性炭层析柱进行洗杂处理，除去活性炭吸附的少量脂类物质及其他杂质，有效提高了姜黄素产品的纯度；

(6)本发明提取速度快、温度低、能耗低、有效成分姜黄素得率高、得到的产品质量稳定，反应条件易控制，适用于工业化放大生产。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

〈实例1〉

一种酶法预处理辅助提取姜黄素的工艺，其包括如下步骤：

步骤一：取1份姜黄粉碎过筛至60目，然后加入3份自来水搅拌均匀后，60℃下密封水浴60min，在水浴过程中搅拌2次，然后降温并恒定至52℃，得到姜黄浆液；

步骤二：在所述姜黄浆液中添加由8U/g姜黄的纤维素酶、60U/g姜黄的淀粉酶及5U/g姜黄的木瓜蛋白酶组成的复合酶，pH3.8条件下反应2h，得到酶解液；

步骤三：取步骤二所述酶解液，加入7倍其体积倍数的乙醇溶液，8000r/min条件下匀浆1min，得到姜黄素提取液，其中所述乙醇溶液的质量分数为65％；

步骤四：所述提取液中加入0.3g/L的壳聚糖搅拌30min后，过滤，将得到的清液流经活性炭层析柱，然后依次使用1倍活性炭体积的乙醚溶液、0.8倍活性炭体积的纯水流经所述活性炭层析柱进行洗杂处理，最后再使用ph8.5的碱性丙酮进行洗脱得到姜黄素的解析液，其中，所述壳聚糖先经配制1％的水溶液，使用冰醋酸调pH至4.7，搅拌至溶解均匀后再使用。

〈实例2〉

一种酶法预处理辅助提取姜黄素的工艺，其包括如下步骤：

步骤一：取1份姜黄粉碎过筛至80目，然后加入6份自来水搅拌均匀后，70℃下密封水浴60min，在水浴过程中搅拌3次，然后降温并恒定至58℃，得到姜黄浆液；

步骤二：在所述姜黄浆液中添加由12U/g姜黄的纤维素酶、90U/g姜黄的淀粉酶及10U/g姜黄的木瓜蛋白酶组成的复合酶，pH4.5条件下反应4h，得到酶解液；

步骤三：取步骤二所述酶解液，加入9倍其体积倍数的乙醇溶液，9000r/min条件下匀浆2min，得到姜黄素提取液，其中所述乙醇溶液的质量分数为70％；

步骤四：所述提取液中加入0.5g/L的聚丙烯酸钠搅拌60min后，过滤，将得到的清液流经活性炭层析柱，然后依次使用2倍活性炭体积的乙醚溶液、1.2倍活性炭体积的纯水流经所述活性炭层析柱进行洗杂处理，最后再使用pH9.5的碱性丙酮进行洗脱得到姜黄素的解析液。

〈实例3〉

一种酶法预处理辅助提取姜黄素的工艺，其包括如下步骤：

步骤一：取1份姜黄粉碎过筛至70目，然后加入5份自来水搅拌均匀后，65℃下密封水浴60min，在水浴过程中搅拌3次，然后降温并恒定至55℃，得到姜黄浆液；

步骤二：在所述姜黄浆液中添加由10U/g姜黄的纤维素酶、80U/g姜黄的淀粉酶及7U/g姜黄的木瓜蛋白酶组成的复合酶，pH4.0条件下反应3h，得到酶解液；

步骤三：取步骤二所述酶解液，加入8倍其体积倍数的乙醇溶液，8500r/min条件下匀浆1.5min，得到姜黄素提取液，其中所述乙醇溶液的质量分数为68％；

步骤四：所述提取液中加入0.5g/L的聚丙烯酰胺搅拌50min后，过滤，将得到的清液流经活性炭层析柱，然后依次使用1.5倍活性炭体积的乙醚溶液、1倍活性炭体积的纯水流经所述活性炭层析柱进行洗杂处理，最后再使用pH9.0的碱性水进行洗脱得到姜黄素的解析液。

〈实例4〉

一种酶法预处理辅助提取姜黄素的工艺，其包括如下步骤：

步骤一：取1份姜黄粉碎过筛至62目，然后加入4份自来水搅拌均匀后，60℃下密封水浴60min，在水浴过程中搅拌3次，然后降温并恒定至54℃，得到姜黄浆液；

步骤二：在所述姜黄浆液中添加由9U/g姜黄的纤维素酶、63U/g姜黄的淀粉酶及6U/g姜黄的木瓜蛋白酶组成的复合酶，在温度53℃，pH4.0条件下反应2.5h，得到酶解液；

步骤三：取步骤二所述酶解液，加入7.5倍其体积倍数的乙醇溶液，8500r/min条件下匀浆1.2min，得到姜黄素提取液，其中所述乙醇溶液的质量分数为67％；

步骤四：所述提取液中加入0.38g/L的壳聚糖搅拌40min后，过滤，将得到的清液流经活性炭层析柱，然后依次使用1.3倍活性炭体积的乙醚溶液、0.9倍活性炭体积的纯水流经所述活性炭层析柱进行洗杂处理，最后再使用pH8.8的碱性丙酮进行洗脱得到姜黄素的解析液，其中，所述壳聚糖先经配制1％的水溶液，使用冰醋酸调pH至4.7，搅拌至溶解均匀后再使用。

〈实例5〉

一种酶法预处理辅助提取姜黄素的工艺，其包括如下步骤：

步骤一：取1份姜黄粉碎过筛至78目，然后加入5.5份自来水搅拌均匀后，68℃下密封水浴60min，在水浴过程中搅拌2次，然后降温并恒定至56℃，得到姜黄浆液；

步骤二：在所述姜黄浆液中添加由11U/g姜黄的纤维素酶、85U/g姜黄的淀粉酶及9U/g姜黄的木瓜蛋白酶组成的复合酶，pH4.3条件下反应3.5h，得到酶解液；

步骤三：取步骤二所述酶解液，加入8.5倍其体积倍数的乙醇溶液，8900r/min条件下匀浆1.9min，得到姜黄素提取液，其中所述乙醇溶液的质量分数为68％；

步骤四：所述提取液中加入0.48g/L的聚二甲基二烯丙基氯化铵搅拌55min后，过滤，将得到的清液流经活性炭层析柱，然后依次使用1.8倍活性炭体积的乙醚溶液、1.1倍活性炭体积的纯水流经所述活性炭层析柱进行洗杂处理，最后再使用pH9.3的碱性乙醇进行洗脱得到姜黄素的解析液。

为了说明本发明的效果，发明人提供比较实验如下：

〈比较例1〉

步骤一得到姜黄浆液后，不进行酶解步骤，直接与乙醇溶液混合进行匀浆提取，其余参数与实例2中的完全相同，工艺过程也完全相同。

〈比较例2〉

步骤二中在所述姜黄浆液中仅添加12U/g姜黄的纤维素酶，其余参数与实例2中的完全相同，工艺过程也完全相同。

〈比较例3〉

步骤三中取步骤二得到的所述酶解液，加入8倍其体积倍数的乙醇溶液，80℃温度下回流提取2.5h，其余参数与实例3中的完全相同，工艺过程也完全相同。

〈比较例4〉

步骤四中姜黄素提取液经壳聚糖处理后，过滤，将得到的清液流经大孔吸附树脂，其余参数与实例4中的完全相同，工艺过程也完全相同。

〈比较例5〉

步骤四中所述提取液中加入0.38g/L的壳聚糖搅拌40min后，过滤，将得到的清液流经活性炭层析柱，然后直接使用pH8.8的碱性丙酮进行洗脱得到姜黄素的解析液，其余参数与实例4中的完全相同，工艺过程也完全相同。

通过在620nm下测定姜黄素解析液的透光率，通过对解析液HPLC中姜黄素峰面积与色谱总面积的比例计算解析液姜黄素的纯度，通过公式(解析液中姜黄素含量×解析液体积)×100％/姜黄质量计算姜黄素的得率对上述各实例和比较例中姜黄素的提取效果进行验证：

表1实例和比较例中姜黄素的提取效果数据

	透光率(％)	纯度(％)	得率(％)
				实例1	96.4	82.1	5.39
实例2	96.8	81.9	5.42
				实例3	95.9	83.2	5.33
实例4	97.1	81.1	5.42
				实例5	96.5	82.4	5.38
比较例1	75.3	70.4	4.51
				比较例2	85.6	73.3	5.02
比较例3	87.7	78.2	4.72
				比较例4	84.4	72.8	5.40
比较例5	81.1	64.1	5.45

从上表1能够看出，实例中由于在姜黄素的提取过程中，首先采用由纤维素酶、淀粉酶和木瓜蛋白酶组成的复合酶对姜黄进行预处理，然后加入合适比例的乙醇溶液进行匀浆提取，有效提高了姜黄素提取液的澄清度，且最终得到的姜黄素的提取率和纯度也达到了显著的提高。

比较例1与实例相比，没有使用复合酶进行预处理，结构致密的姜黄细胞壁影响了有效成分的溶出，且姜黄中的淀粉含量较多，淀粉对姜黄素的吸附能力也在一定程度上影响了姜黄素的得率；

比较例2与实例相比，仅使用单一纤维素酶对姜黄进行预处理，解析液中姜黄素的纯度和透光率明显下降，这说明淀粉酶和木瓜蛋白酶的添加可将影响姜黄素精制的淀粉、蛋白质等分解去除，提高提取体系的澄清度；

比较例3与实例相比，姜黄经酶预处理后使用乙醇回流法进行姜黄素的提取，乙醇回流法时间长，增大了姜黄中其他成分溶入乙醇中的几率，造成姜黄素的纯度下降，体系透光率降低，且乙醇回流法所需温度较高，这也在一定程度上降低了姜黄素的收率；

比较例4与实例相比，姜黄素经乙醇提取后使用大孔吸附树脂进行姜黄素的分离，得到的姜黄素的澄清度明显下降，透光率降低，这可能是因为大孔树脂对姜黄素的选择吸附能力较差，姜黄素与原料中其他杂质的分离度降低；

比较例5与实例相比，姜黄素经活性炭层析柱吸附后，不进行洗杂处理，直接进行洗脱步骤，活性炭上吸附的其他少量杂质混入姜黄素的解析液中，造成姜黄素的纯度降低。

可见，在对姜黄中的姜黄素进行提取工艺前，依次进行水浴溶胀和复合酶处理，有效破坏了细胞的细胞壁，增大了后续提取过程中姜黄素向乙醇扩散的传质面积，显著提高了姜黄素的提取率；

此外，淀粉酶和木瓜蛋白酶的添加可将影响姜黄素精制的淀粉、蛋白质等分解去除，提高提取体系的澄清度，且木瓜蛋白酶可增加细胞间的离散程度，利于后续提取工艺的进行；

此外，经酶解处理后的姜黄与乙醇混合后进行匀浆处理，确保了姜黄细胞与乙醇溶液的充分混合，且在匀浆高速剪切力的作用下，细胞发生进一步破碎，促进了有效成分姜黄素的提取；

此外，在姜黄素的提取处理过程中，先经絮凝剂沉降预处理后，再使用活性炭层析柱进行姜黄素的吸附和洗脱，显著提高了姜黄素解析液的澄清度；

此外，姜黄素洗脱步骤前，先依次使用乙醚溶液和纯水流经所述活性炭层析柱进行洗杂处理，除去活性炭吸附的少量脂类物质及其他杂质，有效提高了姜黄素产品的纯度；

此外，本发明提取速度快、温度低、能耗低、有效成分姜黄素得率高、得到的产品质量稳定，反应条件易控制，适用于工业化放大生产。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的具体实施方式。

Claims (10)

1.一种酶法预处理辅助提取姜黄素的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：取1份姜黄粉碎过筛至60～80目，加3～6份水搅拌均匀，60～70℃下水浴60min，然后降温并恒定至52～58℃，得到姜黄浆液；

步骤二：在所述姜黄浆液中添加由8～12U/g姜黄的纤维素酶、60～90U/g姜黄的淀粉酶及5～10U/g姜黄的木瓜蛋白酶组成的复合酶，pH3.8～4.5条件下反应2～4h，得到酶解液；

步骤三：取步骤二所述酶解液，加入与其体积比为7～9的乙醇溶液，8000～9000r/min条件下匀浆1～2min，得到姜黄素提取液，其中所述乙醇溶液的质量分数为65～70％；

步骤四：所述提取液中加入0.3～0.5g/L的絮凝剂搅拌30～60min后，过滤，得到的清液流经活性炭层析柱，再使用碱性溶液洗脱得到姜黄素的解析液。

2.如权利要求1所述的酶法预处理辅助提取姜黄素的工艺，其特征在于，步骤四所述洗脱步骤前，依次使用1～2倍活性炭体积的乙醚溶液、0.8～1.2倍活性炭体积的纯水流经所述活性炭层析柱进行洗杂处理。

3.如权利要求1所述的酶法预处理辅助提取姜黄素的工艺，其特征在于，步骤一中所述水为自来水。

4.如权利要求1所述的酶法预处理辅助提取姜黄素的工艺，其特征在于，步骤一中所述水浴密封进行，并且在水浴过程中搅拌2～3次。

5.如权利要求1所述的酶法预处理辅助提取姜黄素的工艺，其特征在于，所述絮凝剂选自壳聚糖、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵中的一种。

6.如权利要求1所述的酶法预处理辅助提取姜黄素的工艺，其特征在于，所述絮凝剂为壳聚糖。

7.如权利要求6所述的酶法预处理辅助提取姜黄素的工艺，其特征在于，所述壳聚糖先配制成1％的水溶液，然后使用冰醋酸调pH至4.7，搅拌至溶解均匀后再使用。

8.如权利要求1所述的酶法预处理辅助提取姜黄素的工艺，其特征在于，所述碱性溶液选自碱性水、碱性乙醇、碱性丙酮中的任意一种。

9.如权利要求8所述的酶法预处理辅助提取姜黄素的工艺，其特征在于，所述碱性溶液为碱性丙酮。

10.如权利要求9所述的酶法预处理辅助提取姜黄素的工艺，其特征在于，所述碱性丙酮的pH为8.5～9.5。