姜黄总多酚大孔树脂纯化工艺研究

郭明鑫 沈颖 冯毅凡 吴霞 胡志强

【摘 要】

目的：比较6种不同极性大孔树脂对姜黄多酚的吸附性能，并确立纯化工艺参数。方法：采用福林酚显色法测定多酚含量；采用静态吸附、解吸附实验对6种大孔树脂进行筛选，确定最佳树脂；依据吸附和解吸附条件进行单因素实验，确定最佳工艺条件。结果：AB-8型大孔树脂的吸附-解吸性能最佳；纯化姜黄多酚的最佳静态吸附条件为：吸附时间7 h，样液浓度15 mg/mL，样液pH=4；最佳静态解吸条件为：解吸附时间2 h，乙醇浓度80%，pH=8；最佳动态吸附条件为：径高比1∶4，样液浓度25 mg/mL，样液pH=5，上样流速1.5 mL/min；最佳动态解吸条件为：乙醇浓度80%，乙醇pH=8，洗脱流速1.5 mL/min。结论：此工艺条件操作简单，经济成本低，为姜黄的进一步开发利用提供了参考依据。

【关键词】

姜黄；多酚；大孔树脂；纯化

【中图分类号】R284.1   【文献标志码】 A    【文章编号】1007-8517（2023）07-0033-05

Purification Technology of Polyphenol from Curcuma longa L. by Macroporous Resin

GUO Mingxin1 SHEN Ying1 FENG Yifan2 WU Xia2 HU Zhiqiang1*

1.Yixing Peoples Hospital，Yixing 214200，China；2.New Drug Research and Development Center of Guangdong Pharmaceutical University，Guangzhou 510006，China

Abstract：

Objective The adsorption properties of six different polar macroporous adsorption resins on Curcuma longa L. polyphenols were compared，and the purification process parameters were established.Methods The content of polyphenols was determined by Folin phenol colorimetric method; 6 kinds of macroporous resins were screened by static adsorption and desorption experiments to determine the best resin; single factor experiments were carried out according to the adsorption and desorption conditions to determine the best process conditions.Results The results showed that the adsorption-desorption performance of AB-8 macroporous resin was the best; the optimal static adsorption conditions for purifying Curcuma longa L. polyphenols are adsorption time 7 h，sample concentration 15 mg/mL，sample pH=4; The static desorption conditions were ethanol concentration 80%，pH=8. The optimal dynamic adsorption conditions were diameter-height ratio 1∶4，sample concentration 25 mg/mL，sample pH=5，sample flow rate 1.5mL/min;optimal dynamic desorption conditions were ethanol concentration 80 %，ethanol pH=8. The elution flow rate was 1.5 mL/min.Conclusion The process conditions are simple to operate，and the economic cost is low，which provides a reference for the further development and utilization of Curcuma longa L.

Keywords：

Curcuma Longa L.; Polyphenol; Macroporous Resin; Purification

姜黃（Curcuma longa L.）是姜科多年生草本植物姜黄的干燥根茎，最早记载于唐代的《新修本草》，味辛，有破血行气、通经止痛功效［1］，主要用于治疗胸痛、痛经、闭经、肿块、风湿性疼痛及外伤疼痛等［2］。姜黄属于“药食同源”，其气味芳香常用作食品添加剂，也是咖喱的主要成分［3］，现代营养学说［4］认为其能疏肝理气、健脾胃，久用可预防癌症。此外，姜黄茶可以保护肝脏作为解酒用［5］。

研究［6］表明，多酚类物质是姜黄的主要有效成分，如姜黄素、去甲氧基姜黄素和双去甲氧基姜黄素，还含有挥发油、黄酮类及少量多萜类和生物碱［7］。姜黄挥发油多作为美容护肤用品［8］。多酚作为姜黄中的主要活性成分，是具有多种治疗特性的天然化合物。大孔吸附树脂具有吸附速度快、选择性强、易再生、机械强度高等优点，特别适用于多酚类物质的分离纯化［9］。目前，尚未见姜黄中多酚类成分的大孔树脂纯化工艺研究报道。本文通过研究不同极性树脂对姜黄总多酚动态吸附与解吸特性，筛选适宜的树脂，优化其纯化工艺参数，以期为姜黄进一步研究提供一定实验支持。

1 仪器与试剂

1.1 材料与试剂 姜黄饮片，市售，经鉴定为姜科植物干燥根茎（广州大参林医药集团，产地：安徽亳州）。福林酚、没食子酸、AB-8、D101、DM301、NKA-9（上海源叶生物科技有限公司）；HPD100、HPD60型大孔树脂（南开大学化工厂）；盐酸、氢氧化钠、无水乙醇、无水碳酸钠，分析纯。

1.2 仪器与设备 SHZ-DIII循环水式多用真空泵（予华器械有限公司）；旋转蒸发器（EYELA公司）；DU-800紫外可见分光光度计（BECKMAN COΜLTER公司）；HH-4恒温水浴锅、玻璃层析柱（Φ20 mm×180 mm）（常熟澳华仪器有限公司）；万分之一分析天平（上海双旭电子有限公司）；J500Y电子天平（广州沪瑞明仪器有限公司）。

2 试验方法

2.1 标准曲线的绘制 精密称取没食子酸0.0200 g于容量瓶中，蒸馏水溶解定容得对照品溶液。对照品溶液稀释得到系列浓度溶液：0.00025 mg/mL、0.0005 mg/mL、0.001 mg/mL、0.002 mg/mL、0.002 5 mg/mL、0.004 mg/mL、0.005 mg/mL、0.006 mg/mL、0.0075 mg/mL。根据福林酚显色法［10］测定吸光度，以溶液的浓度（C）对吸光度（A）进行线性回归，得：A＝79.9224C+0.024，R＝0.9996，表明没食子酸溶液的吸光度与溶液浓度在0.00025～0.0075 mg/mL范围内有良好的线性关系。

2.2 供试品制备及多酚含量测定 称取50 g的姜黄粉末，采用1∶15（g/mL）料液比，在70 ℃恒温水浴锅中用70％乙醇溶液浸提2 h，平行操作3次，滤液合并，旋转蒸干得到浸膏，用70% 乙醇溶解浸膏定容至25 mL容量瓶中，得到2 g/mL的供试溶液。根据福林酚显色法，在765 nm波长下测定吸光度值，计算姜黄样品中多酚的含量。

2.3 大孔树脂吸附实验

2.3.1 大孔树脂的预处理 将HPD100、HPD600、NKA-9、DM301、D101和AB-8大孔树脂分别用无水乙醇浸泡活化，经过一定的搅拌操作使气泡完全消失，静置浸泡时间设为24 h，待其充分溶胀后进行抽滤以除去无水乙醇，并用蒸馏水不断冲洗至无醇味，之后用蒸馏水浸泡备用。

2.3.2 大孔树脂的筛选 在三角瓶中加入6种已经过预处理的大孔树脂，将姜黄提取液分别加入到各树脂中，在室温下吸附24 h，每隔5 min振摇10 s，持续60 min，吸取上清液显色并测定吸光度值，由标准曲线计算出各型号树脂的总多酚吸附量。

蒸馏水冲洗已吸附饱和的不同型号树脂至流出液无色。用20 mL 70％乙醇溶液加入到树脂中，在室温下解吸24 h，每隔5 min振摇10 s，持续60 min，取上清液显色并测定吸光度，由标准曲线计算出各型号树脂的总多酚解吸率。

Q=（C0-C1）×V1W

D=C2×V2W×Q×100

在上式中，Q：吸附量（mg/g）；C0：初始浓度（mg/mL）；C1：平衡浓度（mg/mL）；V1：吸附溶液体积（mL）；D：解吸率（%）；C2：解吸后溶液中酚酸浓度（mg/mL）；V2：解吸液体积（mL）；W：大孔树脂质量（g）。

2.4 AB-8大孔树脂纯化姜黄多酚的工艺考察

2.4.1 AB-8大孔树脂的静态吸附-解吸动力学 在三角瓶中加入2.0 g已预处理好的AB-8大孔树脂，将姜黄提取液加入到树脂中，在室温下吸附24 h，每隔5 min振搖10 s，持续60 min，在一定的时间间隔内依次取0.5 mL上清液进行吸光度值的测定，并计算酚酸吸附量。将已吸附饱和的大孔树脂取出来，其表面应用蒸馏水洗至无明显残存液，用20 mL 70％乙醇溶液进行解吸24 h，每隔5 min振摇10 s，持续60 min，在一定的时间间隔内依次取上清液进行吸光度值的测定，通过计算已被解吸出来的酚酸浓度得到解吸率。

2.4.2 AB-8大孔树脂静态吸附-解吸条件的优化 在各三角瓶中加入2.0 g已预处理好的AB-8大孔树脂，将姜黄提取液加入其中，在室温下进行静态吸附，比较不同样液浓度（5 mg/mL、10 mg/mL、15 mg/mL、20 mg/mL、25 mg/mL）、不同样液pH（4、5、6、7、8）对AB-8静态吸附酚酸效果的影响。吸附完成后的AB-8大孔树脂室温下静态解吸24 h，分析不同浓度乙醇溶液（40%、50%、60%、70%、80%）和不同乙醇溶液pH（4、5、6、7、8）对AB-8酚酸静态解吸效果的影响。

2.4.3 AB-8大孔树脂动态吸附-解吸条件的优化 采用湿法将AB-8大孔树脂装入层析柱中，姜黄酚酸提取液的上样吸附浓度选择20 mg/mL，体积为20 mL，每管流出液的收集体积为3 mL，测定每管流出液的吸光度，计算流出液中未被树脂吸附的总酚酸含量，根据结果制作酚酸泄露曲线。考察AB-8动态吸附酚酸效果的影响因素：径高比（1∶2、1∶3、1∶4）、上样浓度（5 mg/mL、10 mg/mL、15 mg/mL、20 mg/mL、25 mg/mL）、上样pH（4、5、6、7、8）和上样流速（1.0 mL/min、1.5 mL/min、2.0 mL/min）。吸附完成后用蒸馏水进行冲洗，需至流出液无色，用100 mL乙醇溶液洗脱，测定其吸光度，计算每管流出液中总多酚的浓度，绘制洗脱曲线。考察AB-8酚酸动态解吸效果的影响因素：乙醇浓度（40%、50%、60%、70%、80%）、乙醇pH（4、5、6、7、8）以及洗脱流速（1.0 mL/min、1.5 mL/min、2.0 mL/min）。

3 结果与分析

3.1 大孔树脂筛选结果 由表1可知，AB-8树脂对姜黄多酚的吸附能力和解吸能力都是最强的。虽然NKA-9的解吸率较高，但其吸附量较低，表明树脂与多酚的结合能力不强。通过对比可得AB-8是用于姜黄多酚分离纯化的最佳大孔树脂类型。

3.2 AB-8大孔樹脂静态吸附-解吸条件的优化 在静态吸附前7 h内，随着吸附时间的增加，AB-8对姜黄多酚的吸附量整体呈现上升趋势，7 h以后吸附量基本持平；解吸过程中在2 h时解吸率达到最高。如图1可知，增大样液的浓度，AB-8型大孔树脂对酚酸吸附量变化趋势为先增加后减少，在样液浓度为15 mg/mL时达到最大值是最佳的样液浓度。过高的样液浓度会使树脂快速到达过饱和状态，不利于对目标成分的吸附。由图2可知，当姜黄提取液pH为4时，酚酸比吸附量为0.348 mg/g，而随着pH值的增加，溶液酸性减弱，酚酸类物质难以保持分子状态，溶解性增大，不易被大孔树脂吸附。由图3可知，姜黄中多酚的解吸率随着乙醇浓度的增加呈上升的趋势。当乙醇浓度为80%时，解吸率达到最大值。80%乙醇的极性与姜黄中酚酸类物质的极性最为接近，根据相似相容原理其相互吸引作用最强。由图4可知，姜黄中多酚的解吸率随着乙醇pH值的增加而表现出上升的趋势。在弱碱性环境下多酚能够更多地被乙醇解吸出来，当乙醇pH值为8时，比解吸附率为88.10%达到最高。

3.3 AB-8大孔树脂动态吸附-解吸条件优化 泄露点出现的时间早晚与树脂吸附量有关，出现得越晚，目标物被树脂吸附越充分。当洗脱液体积为12 mL时，流出液中酚酸浓度达到原提取液中酚酸浓度的38.4%，即为泄露点。如图5所示。

在一定范围内，层析柱中的树脂高度越高，其目标物质泄露量越少，树脂中目标物吸附量越多；树脂与上样液接触时间相对较长，姜黄中的酚酸类物质大部分被大孔树脂AB-8吸收，动态吸附效果最好，比较后确定最佳径高比为1∶4。由图6可知，随着上样浓度的不断增大，树脂中吸附的总酚量也呈上升趋势，当上样浓度为25 mg/mL时，姜黄多酚比吸附量为1.32 mg/g，综合考虑确定最佳动态吸附上样浓度。由图7可知，随着上样pH的增加，AB-8树脂的酚酸吸附量略微增加后减少，pH =5时的比吸附量为0.192 mg/g；在弱酸性条件下酚酸可以维持分子状态，因氢键和分子间的作用力被树脂有效吸附，提高酚酸吸附量。由图8可知，随着上样流速的增加，树脂的酚酸吸附量明显下降，当上样流速为1.0 mL/min时树脂的酚酸吸附量相对较高；虽然低流速有利于提高树脂的酚酸吸附量，但会延长生产周期，使到生产效率降低，生产效益会大打折扣，在工业化生产中存在一定的短板。因此经过实际情况的考虑，用AB-8分离纯化姜黄多酚的最佳上样流速确定为1.5 mL/min。由图9可知，不同浓度的乙醇洗脱液中多酚含量随洗脱液体积的增加都呈现出增加的变化趋势，80%乙醇的解吸效果最好。从图10可得知，多酚成分呈弱酸性有利于使用乙醇进行酚酸解吸，当乙醇pH为8时比吸附率为86.85%，对姜黄中酚酸类物质的解吸效果最好。随着乙醇洗脱流速的增加，酚酸动态洗脱曲线的峰值会出现时间越早，通过计算到的解吸液酚酸含量可知，洗脱液的流速越快，其解吸效果越差。由图11可知，选择1.5 mL/min作为姜黄中酚酸类物质的最佳动态解吸洗脱流速。

3.4 验证实验 取适量姜黄提取液进行含量测定，计算纯化前姜黄多酚的质量为0.105 g，纯度为21.14%。分别取3份处理好的AB-8型大孔树脂，湿法装柱，采用pH=4的15 mg/mL的姜黄多酚提取液大孔树脂中吸附7 h，利用pH为8的80%的乙醇解吸2 h，收集解吸液并浓缩、减压干燥得到精制姜黄多酚产品0.227 g，纯度为45.70%，静态吸附的姜黄多酚精制提高2.16倍。分别取3份处理好的大孔树脂，按照径高比1∶24湿法装柱，采用pH为5，浓度为25 mg/mL的姜黄多酚提取液在AB-8大孔树脂中吸附，利用pH为5的80%乙醇解吸，上样和洗脱流速均为1.5 mL/min，收集解吸液并浓缩、减压干燥得到精制姜黄多酚产品0.310 g，纯度为50.38%，动态吸附的姜黄多酚精制提高2.95倍。

取适量姜黄提取液进行含量测定，计算纯化前姜黄多酚的质量为0.105 g，纯度为21.14%；按确定的优化条件上柱、吸附、解吸，收集解吸液并浓缩、干燥得到精制姜黄多酚产品 0.227 g，纯度为45.70%。姜黄多酚精制提高2.16倍。

4 小结与讨论

通过对比HPD100、HPD600、NKA-9、DM301、D101、AB-8六种型号大孔树脂对姜黄中酚酸类物质的吸附量和解吸率，分析不同树脂的吸附和解吸效果，从中筛选出最佳树脂类型；通过对AB-8大孔树脂分离纯化姜黄中酚酸类物质的工艺条件进行优化。根据实验结果，AB-8的最佳静态吸附条件为：吸附时间7 h，样液浓度15 mg/mL，样液pH=4；最佳静态解吸条件为：解吸附时间2 h，乙醇浓度80%，乙醇pH=8。AB-8最佳动态吸附条件为：径高比1∶4，上样浓度25 mg/mL，上样pH=5，上样流速1.5 mL/min；最佳动态解吸条件为：乙醇浓度80%，乙醇pH=8，洗脱流速1.5 mL/min。

酚酸类化合物含有酚羟基，具有一定的弱极性和亲水性，生成氢键的能力较强［11］，弱极性和极性树脂对姜黄多酚的吸附能力较强，这跟其结构有关。在酸性条件下可以保持住分子状态，分子间作用力使其更易被树脂吸附［12］。当样液浓度过低时，姜黄中酚酸与树脂的结合机会较少，且AB-8树脂的粒径较小，当样液浓度增加到一定程度后，可能会发生多层吸附，堵塞树脂内部微孔，杂质分子会与多酚就大孔树脂的活性位点发生争抢，造成多酚吸附量的降低。利用AB-8树脂在最佳的工艺条件下对姜黄中酚酸类物质进行分离纯化，操作简单，经济成本低，适用于实验室研究和工业化生产，有利于继续深入研究姜黄中酚酸类物质的组成成分、药理作用、药物活性等，为姜黄的进一步开发利用提供了参考依据。

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（收稿日期：2022-08-09 編辑：陶希睿）