薑黃色素

薑黃色素（Curcuminoid）是以薑黃素為主的一種黃色略帶酸性的二苯基庚烴物質的統稱，是自然界中極為稀少的二酮類有色物質，主要包括薑黃素（Curcumin）、脫甲氧基薑黃素（demethoxycurcumin）和雙脫甲氧基薑黃素（bisdemethoxycurcumin）及四氫薑黃素、脫甲氧基四氫薑黃素、雙脫甲氧基四氫薑黃素。

薑黃色素是一種天然黃色素，具有著色力強、色澤鮮艷、熱穩定性強、安全無毒等特性，可作為著色劑廣泛用於糕點、糖果、飲料、冰淇淋、有色酒等食品，被認為是最有開發價值的食用天然色素之一，同時也是聯合國糧農組織（FAO）和世界衛生組織（WHO）所規定的使用安全性很高的天然色素之一。此外，薑黃色素還具有防腐和保健功能，被廣泛用於醫藥、紡染、飼料等工業。

基本性質

薑黃色素是一種天然色素，將襄荷科植物薑黃、鬱金、莪術等的地下根莖經洗淨、乾燥、粉碎後，用乙醇等有機溶劑抽提、過濾、濃縮精製即可得到。

薑黃素主要包括三種活性成分：薑黃素(C₂₁H₂₀O₆，分子量368，約占70%)、脫甲氧基薑黃素(C₂₀H₁₈O₅，分子量338，約占15%)和雙脫甲氧基薑黃素(C₁₉H₁₆O₄，分子量308，約占10%)。

研究表明，薑黃素對人畜幾乎無毒，其著色力比所有合成色素、天然色素都強，是檸檬黃、日落黃的3～4倍。

理化性質

薑黃色素的結晶是橙黃色粉末，有特殊的芳香氣味，熔點為179~182℃，具有親脂性，易溶於冰醋酸、乙酸乙酯和鹼性溶液，並可溶於95%乙醇、丙二醇，但不溶於水。

薑黃色素的95%乙醇溶液在425nm附近有最大吸收峰。高純度（>90%）的薑黃色素在偏酸性環境中呈純黃色，在鹼性環境中其溶液呈棕色或紅棕色，在pH=7.0~8.0範圍內其溶液呈玫瑰紅色，故可作為化學反應指示劑（測定硼離子）。

由於薑黃色素分子中含有多個雙鍵、酚羥基、羰基等，因此化學反應性較強。

穩定性

薑黃色素穩定性易受光照、溫度、酸度、金屬離子等多種因素的影響。光和熱可促使其氧化分解，失去顯色能力。日光直接照射5h，色素的損失率在33%左右。在酸性或中性條件下，薑黃色素溶解度較低，容易產生沉澱。

檸檬酸、Vc對薑黃色素穩定性有一定影響，隨檸檬酸、Vc的濃度增加，薑黃色素的吸光度值減小，顏色變淺。

防腐劑(苯甲酸鈉、山梨酸鉀)對薑黃色素有較大影響，主要表現在最大吸收峰和色調上，苯甲酸鈉、碳酸鈉可使薑黃色素的吸收峰有一定程度的增加，色調加深，對其穩定性具有保護作用。

有人對單體薑黃素的穩定性進行研究，結果表明：苯甲酸鈉、檸檬酸、酒石酸、Cu²⁺可使薑黃素褪色；蔗糖、麥芽糖、Zn²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺對薑黃素有增色作用；維生素C、Na⁺、K⁺、Mg²⁺對薑黃素無明顯影響。

分離方法

利用薑黃提制薑黃色素的方法有多種，雖然這些方法在工藝流程上各有特色，但都不外乎色素的提取和精製兩大步驟。

提取

1)有機溶劑提取法：用乙醇等有機溶劑浸提經粉碎的薑黃原料，採用離心或過濾的方式分離提取液。用有機溶劑提取薑黃色素的主要優點是提取率高；但有機溶劑消耗量大，產品成本高，生產安全性差。分離獲得的提取液中除薑黃色素外，還含有大量酯類等脂溶性雜質。

2)水提取法：薑黃色素易溶於鹼水，可用1%左右的NaOH加熱浸提薑黃中的薑黃色素。儘管其提取效率不如有機溶劑，但從經濟和安全的角度考慮仍有很強的實用性。由於薑黃原料中澱粉含量高，所以色素實際上是與澱粉一起進入了鹼性提取液。基於這一事實，有人直接用中性水加熱提取薑黃色素獲得成功。儘管薑黃色素只微溶於水，但它與澱粉結合緊密，可隨大量可溶性澱粉一起進入水相，從而進一步降低了提取成本。

3）超臨界CO₂流體萃取法：超臨界CO₂流體萃取技術是一種新型的綠色分離技術，超臨界流體既具有氣體的低粘度、高擴散性，也具有類似液體的高密度、大的溶解度。由於超臨界CO₂萃取溫度不高，與氧氣隔絕，因而特別適合萃取熱敏性的物質和不穩定性的物質。

精製

無論採用那種方法提取,獲得的提取物都是薑黃色素的粗製品。儘管有些產家直接銷售這類液態或半固態粗製品，但畢竟給包裝、運輸和使用等各方面帶來諸多的不便，需要進一步精製提純。精製提純薑黃色素的方法主要有四種：

①專一性溶劑法：利用對薑黃色素和其它雜質的溶解能力差別大的單一型或混合型溶劑（如石油醚，乙醚等）多次處理粗製品，使色素與其他雜質分開。用這種方法可以得到部分純度很高的色素產品。但工藝複雜，對設備的要求高，精品色素在全部產品中所占的比例較小，而且可供使用的專一性溶劑種類很少，其實用性受到了限制。

②酸鹼法：用有機溶劑直接浸提薑黃原料時獲得的提取液蒸發濃縮後得到的產物都是半固態的薑黃浸膏，含有大量醋類，不僅色素含量低，而且難以乾燥。用酸鹼對其進行恰當處理,，使其中的醋類水解，可以達到易於乾燥和提純目的。該方法的特點是不用過分複雜的設備就可生產出具有一定純度的粉末狀薑黃色素產品。但由於反應條件較劇烈且難於有效控制，所以容易造成部分色素的破壞。

③酶水解法：用水作溶劑提取薑黃色素時，提取物中澱粉的存在降低了其色素的相對含量。可用澱粉酶進行處理，從而達到純化色素的目的。用澱粉酶水解後，澱粉由與色素吸附緊密的大分子降解成麥芽糖和葡萄糖等色素吸附力較小的小分子物質。這些小分子物質能在一定pH的酸性溶液中保持溶解狀態而與此條件下沉澱的薑黃色素分離。該方法的主要特點是與水提取法結合後，可以少用或完全不用有機溶劑就可提制出高純度的薑黃色素，從而大大降低了產品成本，提高了生產過程中的安全性。但這種方法的專業性較強，技術難度較大。

④柱層析法：用有機溶劑提取薑黃色素時，大量脂溶性雜質也進入了提取液。利用薑黃色素組成結構與其它脂溶性雜質的有所不同，它們的吸附性質也不同,因而可以用吸附柱層析的方法將它們分離。具體做法是：讓薑黃的乙醇提取液直接流經吸附柱，色素及部分脂溶性雜質被吸附劑吸附。然後選擇不同的洗脫劑（極性由強烈到弱或由弱到強）分步洗脫，可順利獲得色素含量高且易於乾燥的薑黃色素產品以及薑黃揮髮油產品。這種方法的主要特點是可一次性地將提取液中的色素和揮髮油完全分離開來，色素純度高，工藝簡單。

含量的測定

對薑黃色素的定量測定主要有以下方法：

(1)分光光度法：此種方法主要是利用薑黃色素溶於有機溶劑或與硼酸、冰醋酸等作用生成有色物質，然後在一定的波長下測其吸光度值來測定薑黃素的含量。該法操作簡單，所需儀器造價不貴，但不足之處是過程煩瑣，且所測數據有較大波動。

(2)HPLC法：此種方法不僅操作簡單，而且數據精確，不受工藝條件影響。

除上述方法外，還可採用極譜分析法測定薑黃色素，該法靈敏度高，選擇性好，簡單、快速。有人採用螢光分光光度法測定薑黃素的含量，激發波長和發射波長分別為442nm、475nm。還有研究者採用雙波長掃描法測定薑黃素的含量，此法準確、快速，但所需技術性強。

功能特性

薑黃色素主要來源於傳統中藥薑黃，薑黃具有破血行氣，通經止痛等功能，薑黃素是它的主要功效成分，現代科學研究表明，薑黃素具有抗癌、抗炎、抗氧化等功能，是一種多效的天然活性物質，它的功能作用主要表現在：

抗癌作用

薑黃素對多種腫瘤有抑制作用，如肝癌、胃癌、大腸癌、食管癌、乳腺癌、前列腺癌、皮膚癌、淋巴瘤及白血病等。它能影響腫瘤發生髮展的多個環節與步驟，如誘導腫瘤細胞凋亡、抑制癌基因表達、抗腫瘤侵襲和轉移、抑制腫瘤血管生成、以及增加腫瘤細胞對化療的敏感性等，從而發揮抗癌作用。

抗炎作用

薑黃素能改善風濕性關節炎、炎症性腸道疾病、1型糖尿病、心肌炎、全身系統性紅斑狼瘡等疾病的症狀。主要是通過抑制炎症介質如環氧合酶、脂肪氧化酶、腫瘤壞死因子α、干擾素γ、誘導型NO合酶，以及轉錄因子如核轉錄因子kB和激活蛋白—1而發揮效應。

抗氧化作用

薑黃素是含有許多功能基團的獨特的抗氧化劑，從化學結構分析，薑黃素有2個如同肉桂醛的苯丙烯醯基骨架，兩個苯環上各有一個酚羥基和一個甲氧基，丙烯基與一個β-雙酮/烯醇式結構連線。很多研究確認：具有1,2-二羥基基團的酚類物質有很強的抗氧化活性，因為此類化合物在抗氧化過程中會產生穩定性很好的醌類物質。到底是酚基團還是中心的甲基氫對薑黃素的抗氧化功能起作用，暫無定論。

防止動脈粥樣硬化作用

黃素能通過抗氧化及清除自由基、抗炎性反應、抗凝、調脂、抗脂質過氧化、抑制斑塊形成、抑制血管平滑肌細胞增值、誘導血紅素氧合酶－1表達等途徑發揮防止動脈粥樣硬化的作用。

抗人免疫缺陷病毒（HIV）作用

研究發現：薑黃素具有抗HIV的作用。HIV感染的演化及免疫缺陷的發展與潛伏前病毒的激活有關，前病毒的複製受病毒的長末端重複序列（LTR）控制。LTR調節因子可能是HIV-1潛伏前病毒通過許多激活因素轉錄激活的基礎。薑黃素抑制HIV-1慢性感染的HIV-LTR活性和病毒複製，提示薑黃素對處於前病毒狀態的病毒有作用，薑黃素可能直接或間接地作用於影響HIV-1LTR活性調節因子.。推測薑黃素用於HIV感染患者的治療，可增加肌體的體液免疫功能，防止繼發性感染，但對細胞免疫功能無影響。

抗肝毒作用

薑黃素對四氯化碳引起的肝脂質過氧化及血清AST、ALT活性的升高有抑制作用，呈量效關係，並防止肝形態改變，也能明顯地抑制Co射線引起的肝脂質過氧化水平。Reddy等報導了薑黃素用藥10 天，有保肝作用，有效地逆轉黃曲酶素誘導的肝損害。薑黃素作為一種有效的治療肝病及感染性發熱的藥物在印度醫學中被廣泛套用，實驗證明薑黃苷可以促進大鼠膽汁流動。薑黃素口服吸收後主要在肝臟中代謝，故不失為一種很好的肝臟毒性損害保護劑。

其他作用

除上述作用外，薑黃素還有保肝、抗胃和十二指腸潰瘍、抗纖維化、促進免疫活性、抑制由紫外光誘導的皮膚突變、降血糖、殺線蟲等多方面的藥理作用。

工業套用

薑黃素著色力強、食用安全、毒性小以及具有多種藥理作用，被用於食品添加劑、醫藥、紡織染色等領域。同時，薑黃素作為天然、營養、多功能的飼料添加劑已經用於動物飼料中，並取得了一定的效果。

食品工業

薑黃色素的染色力大於其他天然色素和合成檸檬黃等，尤其是對蛋白質等有很強的染色能力。薑黃色素安全無毒，無副作用，是國內外允許使用的重要天然食用色素之一。

根據我國《食品添加劑使用衛生標準》（GB2760-1996）中規定：薑黃色素可用於糖果、冰淇淋、碳酸飲料、果凍，最大使用量為0.01g/kg。也可用於蘿蔔乾和咖喱粉中。使用時要先將薑黃色素用少量95%酒精溶解，再加水稀釋成所需濃度使用。用於透明飲料時，要先乳化再使用。因薑黃素及其溶液耐光性差，需避光保存。

除了顯色作用外，薑黃色素還有一定的營養和藥理功能。據報導，薑黃色素產品中含有人體需要的18種胺基酸及多種微量元素成份，具有降壓，利膽，行氣解郁，涼血破瘀之功，是天然色素中極具開發前景的黃色素之一。

薑黃色素微溶於油脂，不溶於水。將薑黃色素或浸膏經乳化，製成易溶於油或水的薑黃色素，不但市場需求量較大，而且附加值高。將水溶和油溶薑黃色素與其它天然色素進行復配，使產品由單一的純黃色素成為橙色、棕色等多種色調的色素。根據用途不同，研發出麵條、方面便、優酪乳、冰淇淋、威化膨化食品、餅乾、人造奶油、菸草等專用型色素。其中，菸草專用色素，不但可以提高菸絲的質量檔次，增強菸草特殊的辛香味，延長菸草的保存期，而且薑黃具有較強的抗氧化功能，可以大大降低菸草的有毒成分。此外，薑黃油可用於食品，改善食品的色、香、味，還可用作煙用香精，具有增香、定香、防霉等效果；提取後的薑黃渣可用作醃菜專用薑黃粉，也可添加到咖喱、芥末及其他調料中。

醫藥工業

薑黃具有抗氧化、抗誘變、抗缺血、降血脂等生理功能，數十年來，薑黃色素在治療炎症介導的疾病，如腫瘤、動脈粥樣硬化、糖尿病、類風濕性關節炎等中扮演著重要的角色，有關薑黃素各種藥理作用的研究已越來越受到醫藥工作者的重視。有報導稱，薑黃素可作為防腐劑、美容品、健胃劑、止痛劑、利尿劑、利膽劑等。此外，薑黃素還能減輕藥物毒性，研究表明：薑黃素可顯著減輕阿黴素所致的腎損害。

為解決薑黃色素水溶性差，口服吸收差的問題。研究者對薑黃素的劑型進行了廣泛研究，研製出微乳、微球、固體分散體、脂質體、磷脂複合物、膠束、納米粒、環糊精包合物等劑型，提高了藥物的溶解度、吸收率和穩定性。

動物飼料

經動物試驗證明，薑黃素可提高肉雞的生產性能和免疫機能，增強機體抗氧化作用，同時可以起到改善脂類代謝、提高雞肉品質等作用；薑黃素在促進魚類生長、提高魚類消化酶活性和抗氧化力、增強免疫功能及改善魚體色澤等方面也具有一定活性。

紡織染色

用薑黃染色得到的生態紡織品，對環境無污染、對人體無害、具有一定抗菌性、對皮膚無過敏性和致癌性、具有較好的生物可降解性和環境相容性、並有一定的保健功效。

已有研究表明，薑黃色素可用於絲綢、皮革、纖維、棉以及羊毛織物等的染色。由於它的水溶性差，上染率低，一般採用媒染法及載體染色法提高其對織物的染色性，染色後的織物具有自然的色澤和香味。

發展趨勢

薑黃素穩定性差，對光、熱敏感，幾乎不溶於水，在酸性溶液中易形成沉澱，這就妨礙了它的大規模套用。採用微膠囊技術可以有效地提高其穩定性。微膠囊技術是食品工程高新技術之一，它具有改變物態、體積和質量，控制釋放速度，降低物質揮發性，隔離活性成分以及保護敏感物質等功能。