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姜黄色素

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  姜黄色素(Curcuminoid)是以姜黄素为主的一种黄色略带酸性的二苯基庚烃物质的统称,是自然界中极为稀少的二酮类有色物质,主要包括姜黄素(Curcumin)、脱甲氧基姜黄素(demethoxycurcumin)和双脱甲氧基姜黄素(bisdemethoxycurcumin)及四氢姜黄素、脱甲氧基四氢姜黄素、双脱甲氧基四氢姜黄素

  姜黄色素是一种天然黄色素,具有着色力强、色泽鲜艳、热稳定性强、安全无毒等特性,可作为着色剂广泛用于糕点、糖果、饮料、冰淇淋、有色酒等食品,被认为是最有开发价值的食用天然色素之一,同时也是联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)所规定的使用安全性很高的天然色素之一。此外,姜黄色素还具有防腐和保健功能,被广泛用于医药、纺染、饲料等工业。

  姜黄色素是一种天然色素,将襄荷科植物姜黄、郁金、莪术等的地下根茎经洗净、干燥、粉碎后,

  研究表明,姜黄素对人畜几乎无毒,其着色力比所有合成色素、天然色素都强,是柠檬黄、日落黄的3~4倍

  姜黄色素的结晶是橙黄色粉末,有特殊的芳香气味,熔点为179~182℃,具有亲脂性,易溶于冰醋酸、

  姜黄色素的95%乙醇溶液在425nm附近有最大吸收峰。高纯度(90%)的姜黄色素在偏酸性环境中呈纯黄色,在碱性环境中其溶液呈棕色或红棕色,在pH=7.0~8.0范围内其溶液呈玫瑰红色,故可作为化学反应指示剂(测定硼离子)。

  姜黄色素稳定性易受光照、温度、酸度、金属离子等多种因素的影响。光和热可促使其氧化分解,失去显色能力。日光直接照射5h,色素的损失率在33%左右。在酸性或中性条件下,姜黄色素溶解度较低,容易产生沉淀。

  柠檬酸、Vc对姜黄色素稳定性有一定影响,随柠檬酸、Vc的浓度增加,姜黄色素的吸光度值减小,颜色变浅。

  防腐剂(苯甲酸钠、山梨酸钾)对姜黄色素有较大影响,主要表现在最大吸收峰和色调上,苯甲酸钠、碳酸钠可使姜黄色素的吸收峰有一定程度的增加,色调加深,对其稳定性具有保护作用。

  有人对单体姜黄素的稳定性进行研究,结果表明:苯甲酸钠、柠檬酸、酒石酸、Cu

  利用姜黄提制姜黄色素的方法有多种,虽然这些方法在工艺流程上各有特色,但都不外乎色素的提取和精制两大步骤。

  1)有机溶剂提取法:用乙醇等有机溶剂浸提经粉碎的姜黄原料,采用离心或过滤的方式分离提取液。用有机溶剂提取姜黄色素的主要优点是提取率高;但有机溶剂消耗量大,产品成本高,生产安全性差。分离获得的提取液中除姜黄色素外,还含有大量酯类等脂溶性杂质。

  2)水提取法:姜黄色素易溶于碱水,可用1%左右的NaOH加热浸提姜黄中的姜黄色素。尽管其提取效率不如有机溶剂,但从经济和安全的角度考虑仍有很强的实用性。由于姜黄原料中淀粉含量高,所以色素实际上是与淀粉一起进入了碱性提取液。基于这一事实,有人直接用中性水加热提取姜黄色素获得成功。尽管姜黄色素只微溶于水,但它与淀粉结合紧密,可随大量可溶性淀粉一起进入水相,从而进一步降低了提取成本。

  流体萃取技术是一种新型的绿色分离技术,超临界流体既具有气体的低粘度、高扩散性,也具有类似液体的高密度、大的溶解度。由于超临界CO

  萃取温度不高,与氧气隔绝,因而特别适合萃取热敏性的物质和不稳定性的物质。

  无论采用那种方法提取,获得的提取物都是姜黄色素的粗制品。尽管有些产家直接销售这类液态或半固态粗制品,但毕竟给包装、运输和使用等各方面带来诸多的不便,需要进一步精制提纯。精制提纯姜黄色素的方法主要有四种

  ①专一性溶剂法:利用对姜黄色素和其它杂质的溶解能力差别大的单一型或混合型溶剂(如石油醚,等)多次处理粗制品,使色素与其他杂质分开。用这种方法可以得到部分纯度很高的色素产品。但工艺复杂,对设备的要求高,精品色素在全部产品中所占的比例较小,而且可供使用的专一性溶剂种类很少,其实用性受到了限制。

  ②酸碱法:用有机溶剂直接浸提姜黄原料时获得的提取液蒸发浓缩后得到的产物都是半固态的姜黄浸膏,含有大量醋类,不仅色素含量低,而且难以干燥。用酸碱对其进行恰当处理,,使其中的醋类水解,可以达到易于干燥和提纯目的。该方法的特点是不用过分复杂的设备就可生产出具有一定纯度的粉末状姜黄色素产品。但由于反应条件较剧烈且难于有效控制,所以容易造成部分色素的破坏。

  ③酶水解法:用水作溶剂提取姜黄色素时,提取物中淀粉的存在降低了其色素的相对含量。可用淀粉酶进行处理,从而达到纯化色素的目的。用淀粉酶水解后,淀粉由与色素吸附紧密的大分子降解成麦芽糖和葡萄糖等色素吸附力较小的小分子物质。这些小分子物质能在一定pH的酸性溶液中保持溶解状态而与此条件下沉淀的姜黄色素分离。该方法的主要特点是与水提取法结合后,可以少用或完全不用有机溶剂就可提制出高纯度的姜黄色素,从而大大降低了产品成本,提高了生产过程中的安全性。但这种方法的专业性较强,技术难度较大。

  ④柱层析法:用有机溶剂提取姜黄色素时,大量脂溶性杂质也进入了提取液。利用姜黄色素组成结构与其它脂溶性杂质的有所不同,它们的吸附性质也不同,因而可以用吸附柱层析的方法将它们分离。具体做法是:让姜黄的乙醇提取液直接流经吸附柱,色素及部分脂溶性杂质被吸附剂吸附。然后选择不同的洗脱剂(极性由强烈到弱或由弱到强)分步洗脱,可顺利获得色素含量高且易于干燥的姜黄色素产品以及姜黄挥发油产品。这种方法的主要特点是可一次性地将提取液中的色素和挥发油完全分离开来,色素纯度高,工艺简单。

  (1)分光光度法:此种方法主要是利用姜黄色素溶于有机溶剂或与硼酸冰醋酸等作用生成有色物质,然后在一定的波长下测其吸光度值来测定姜黄素的含量。该法操作简单,所需仪器造价不贵,但不足之处是过程烦琐,且所测数据有较大波动。

  (2)HPLC法:此种方法不仅操作简单,而且数据精确,不受工艺条件影响。

  除上述方法外,还可采用极谱分析法测定姜黄色素,该法灵敏度高,选择性好,简单、快速。有人采用荧光分光光度法测定姜黄素的含量,激发波长和发射波长分别为442nm、475nm。还有研究者采用双波长扫描法测定姜黄素的含量,此法准确、快速,但所需技术性强。

  姜黄色素主要来源于传统中药姜黄,姜黄具有破血行气,通经止痛等功能,姜黄素是它的主要功效成分,现代科学研究表明,姜黄素具有抗癌、抗炎、抗氧化等功能,是一种多效的天然活性物质,它的功能作用主要表现在

  姜黄素对多种肿瘤有抑制作用,如肝癌、胃癌、大肠癌、食管癌、乳腺癌、前列腺癌、皮肤癌、淋巴瘤及白血病等。它能影响肿瘤发生发展的多个环节与步骤,如诱导肿瘤细胞凋亡、抑制癌基因表达、抗肿瘤侵袭和转移、抑制肿瘤血管生成、以及增加肿瘤细胞对化疗的敏感性等,从而发挥抗癌作用。

  姜黄素能改善风湿性关节炎、炎症性肠道疾病、1型糖尿病、心肌炎、全身系统性红斑狼疮等疾病的症状。主要是通过抑制炎症介质如环氧合酶、脂肪氧化酶、肿瘤坏死因子α、干扰素γ、诱导型NO合酶,以及转录因子如核转录因子kB和激活蛋白—1而发挥效应。

  姜黄素是含有许多功能基团的独特的抗氧化剂,从化学结构分析,姜黄素有2个如同肉桂醛的苯丙烯酰基骨架,两个苯环上各有一个酚羟基和一个甲氧基,丙烯基与一个β-双酮/烯醇式结构连接。很多研究确认:具有1,2-二羟基基团的酚类物质有很强的抗氧化活性,因为此类化合物在抗氧化过程中会产生稳定性很好的醌类物质。到底是酚基团还是中心的甲基氢对姜黄素的抗氧化功能起作用,暂无定论。

  黄素能通过抗氧化及清除自由基、抗炎性反应、抗凝、调脂、抗脂质过氧化、抑制斑块形成、抑制血管平滑肌细胞增值、诱导血红素氧合酶-1表达等途径发挥防止动脉粥样硬化的作用。

  研究发现:姜黄素具有抗HIV的作用。HIV感染的演化及免疫缺陷的发展与潜伏前病毒的激活有关,前病毒的复制受病毒的长末端重复序列(LTR)控制。LTR调节因子可能是HIV-1潜伏前病毒通过许多激活因素转录激活的基础。姜黄素抑制HIV-1慢性感染的HIV-LTR活性和病毒复制,提示姜黄素对处于前病毒状态的病毒有作用,姜黄素可能直接或间接地作用于影响HIV-1LTR活性调节因子.。推测姜黄素用于HIV感染患者的治疗,可增加肌体的体液免疫功能,防止继发性感染,但对细胞免疫功能无影响。

  姜黄素对四氯化碳引起的肝脂质过氧化及血清AST、ALT活性的升高有抑制作用,呈量效关系,并防止肝形态改变,也能明显地抑制Co射线引起的肝脂质过氧化水平。Reddy等报道了姜黄素用药10 天,有保肝作用,有效地逆转黄曲酶素诱导的肝损害。姜黄素作为一种有效的治疗肝病及感染性发热的药物在印度医学中被广泛应用,实验证明姜黄苷可以促进大鼠胆汁流动。姜黄素口服吸收后主要在肝脏中代谢,故不失为一种很好的肝脏毒性损害保护剂。

  除上述作用外,姜黄素还有保肝、抗胃和十二指肠溃疡、抗纤维化、促进免疫活性、抑制由紫外光诱导的皮肤突变、降血糖、杀线虫等多方面的药理作用。

  姜黄素着色力强、食用安全、毒性小以及具有多种药理作用,被用于食品添加剂、医药、纺织染色等领域。同时,姜黄素作为天然、营养、多功能的饲料添加剂已经用于动物饲料中,并取得了一定的效果。

  姜黄色素的染色力大于其他天然色素和合成柠檬黄等,尤其是对蛋白质等有很强的染色能力。姜黄色素安全无毒,无副作用,是国内外允许使用的重要天然食用色素之一。

  根据我国《食品添加剂使用卫生标准》(GB2760-1996)中规定:姜黄色素可用于糖果、冰淇淋、碳酸饮料、果冻,最大使用量为0.01g/kg。也可用于萝卜干和咖喱粉中。使用时要先将姜黄色素用少量95%酒精溶解,再加水稀释成所需浓度使用。用于透明饮料时,要先乳化再使用。因姜黄素及其溶液耐光性差,需避光保存

  除了显色作用外,姜黄色素还有一定的营养和药理功能。据报道,姜黄色素产品中含有人体需要的18种氨基酸及多种微量元素成份,具有降压,利胆,行气解郁,凉血破瘀之功,是天然色素中极具开发前景的黄色素之一。

  姜黄色素微溶于油脂,不溶于水。将姜黄色素或浸膏经乳化,制成易溶于油或水的姜黄色素,不但市场需求量较大,而且附加值高。将水溶和油溶姜黄色素与其它天然色素进行复配,使产品由单一的纯黄色素成为橙色、棕色等多种色调的色素。根据用途不同,研发出面条、方面便、酸奶、冰淇淋、威化膨化食品、饼干、人造奶油、烟草等专用型色素。其中,烟草专用色素,不但可以提高烟丝的质量档次,增强烟草特殊的辛香味,延长烟草的保存期,而且姜黄具有较强的抗氧化功能,可以大大降低烟草的有毒成分。此外,姜黄油可用于食品,改善食品的色、香、味,还可用作烟用香精,具有增香、定香、防霉等效果;提取后的姜黄渣可用作腌菜专用姜黄粉,也可添加到咖喱、芥末及其他调料中。

  姜黄具有抗氧化、抗诱变、抗缺血、降血脂等生理功能,数十年来,姜黄色素在治疗炎症介导的疾病,如肿瘤动脉粥样硬化糖尿病类风湿性关节炎等中扮演着重要的角色,有关姜黄素各种药理作用的研究已越来越受到医药工作者的重视。有报道称,姜黄素可作为防腐剂、美容品、健胃剂、止痛剂、利尿剂、利胆剂等。此外,姜黄素还能减轻药物毒性,研究表明:姜黄素可显著减轻阿霉素所致的肾损害。

  为解决姜黄色素水溶性差,口服吸收差的问题。研究者对姜黄素的剂型进行了广泛研究,研制出微乳、微球、固体分散体、脂质体、磷脂复合物、胶束、纳米粒、环糊精包合物等剂型,提高了药物的溶解度、吸收率和稳定性。

  经动物试验证明,姜黄素可提高肉鸡的生产性能和免疫机能,增强机体抗氧化作用,同时可以起到改善脂类代谢、提高鸡肉品质等作用;姜黄素在促进鱼类生长、提高鱼类消化酶活性和抗氧化力、增强免疫功能及改善鱼体色泽等方面也具有一定活性。

  用姜黄染色得到的生态纺织品,对环境无污染、对人体无害、具有一定抗菌性、对皮肤无过敏性和致癌性、具有较好的生物可降解性和环境相容性、并有一定的保健功效。

  已有研究表明,姜黄色素可用于丝绸、皮革、纤维、棉以及羊毛织物等的染色。由于它的水溶性差,上染率低,一般采用媒染法及载体染色法提高其对织物的染色性,染色后的织物具有自然的色泽和香味。

  姜黄素稳定性差,对光、热敏感,几乎不溶于水,在酸性溶液中易形成沉淀,这就妨碍了它的大规模应用。采用微胶囊技术可以有效地提高其稳定性。微胶囊技术是食品工程高新技术之一,它具有改变物态、体积和质量,控制释放速度,降低物质挥发性,隔离活性成分以及保护敏感物质等功能。

  李湘洲,张炎强,旷春桃. 姜黄色素的生物活性和提取分离研究进展. 中南林业科技大学学报. 2009,29(3)

  范春梅,刘学文,伍学明. 姜黄色素的研究进展与应用前景. 中国调味品. 2011,36(10)

  刘树兴,胡小军. 姜黄色素的研究进展. 陕西科技大学学报(自然科学版)2003,21(4)

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