¿Cuál es el método de extracción de la cúrcuma?

La curcumina vendida en el mercado es generalmente una mezcla de curcumina (CUR, contenido alrededor del 77%), demetoxicurcumina (DMC, contenido alrededor del 18%), y bisdemetoxicurcumina (BDMC, contenido alrededor del 5%).

La curcumina (C12H20O6) tiene dos fracciones de ácido benzenepropanocomo columna vertebral, con un grupo o-hidroximetoxi unido al anillo de benceny una − -dicetona (forma enol) unida al grupo propileno. La curcumina es el ingrediente principal en los rizomas de las familias de jengibre y araceae. Tiene un punto de fusión de 180-183 °C, un pico máximo de absorción cerca de una longitud de onda de 425 nm, es ligeramente soluble en agua, pero soluble en metan, etanol, acetona, acetato de etilo y soluciones alcalinas. Tiene un fuerte poder color. También es propenso a formar quelatos con iones metálicos [1-3].

La curcumina tiene actividades farmacológicas como antioxidante [4], anticoagul[5], hipolipidemic [6], anti-aterosclerosis [7], anti-fibrosis hepática [8-9], anti-tumoral [10-12], anti-inflamatorio [5,13], anti-viral [14-15], etc, y es ampliamente utilizado en el procesamiento de alimentos y las industrias médicas debido a su baja toxicidad. Métodos eficientes de extracción son necesarios para la producción e investigación y desarrollo de la curcumina. Los métodos tradicionales son en su mayoría métodos de extracción simples y crudos, y el proceso de extracción tiene problemas como el alto consumo de disolventes, los largos tiempos de procesamiento, la baja eficiencia de extracción, y la contaminación ambiental [12], que no son adecuados para la investigación y desarrollo actual y la demanda del mercado. Los métodos de extracción actualmente comunes incluyen la extracción con disolvente orgánico, la extracción ácibase, la extracción asistida por microondas, la extracción asistida por ultrasonidos, la extracción de doble fase, la extracción asistida por enzimas, la extracción flash, la extracción de fluido supercrítico de CO2, etc. Este artículo tiene como objetivo proporcionar una referencia para el desarrollo y la utilización de la curcumina mediante la introducción de los métodos de extracción anteriores.

1 técnicas de extracción química

1.1 extracción con disolventes orgánicos

La extracción con disolvente orgánico se basa en la solubilidad del extracto deseado. Disolventes orgánicos como metan, etanol, acetona y acetato de etilo se seleccionpara penetrar en el interior de las células de los tejidos y extraer las sustancias químicas (extracción sólido-líquido). El método de extracción con disolvente orgánico es el más comúnmente utilizado para la extracción de la curcumina. Es simple y conveniente de operar, y se utiliza a menudo como el paso primario en la extracción en combinación con otros medios auxiliares. Por ejemplo, Liu Li et al. [17] extraen la curcumina por calentamiento y reflujo con nueve disolventes de extracción de uso común. Las tasas de extracción de cada disolvente, de mayor a menor, fueron: metanol (0,56%), acetato de etilo: etanol (0,55%), etanol absoluto (0,53%), acetato de etilo (0,50%), etanol 70% (0,45%), acetona (0,44%), etanol 80% (0,43%), etanol 50% (0,31%), agua (0,15%). Cai Jingjing et al. [18] utiliza la optimización de la superficie de respuesta para extraer la curcumina de jengibre utilizando un solvente orgánico combinado con un método de homogenei. De acuerdo con el proceso de extracción optimizado, el contenido de curcumina extraído con 90% de etanol fue de 2,27 mg·g-1, que fue básicamente consistente con el valor predicho de 2,34 mg·g-1.

Zeng Zhiding [19] determinó que las condiciones óptimas de extracción para el método de extracción de acetona eran un polvo de cúrcuma de 40 malla, una temperatura de extracción de 30 °C, una relación material-líquido de 1:10, una velocidad de agitación de 400 r·min-1, y una tasa de extracción de 2,69%. Zhang Min et al. [20] extraen la curcumina usando etanol, metan, acetona, acetato de etilo y lejcomo disolventes a una fracción de volumen del 50%, respectivamente. Se encontró que la lejía era inestable para la extracción de curcumina; El acetato de etilo tenía el mejor efecto de extracción, pero era más caro; El etanol no sólo tenía un buen efecto de extracción, sino que también era económico y seguro, por lo que es un disolvente ideal para la extracción de curcumina. En general, el disolvente etanol hidrófilo utilizado para la extracción de la curcumina es más seguro de manejar que el metany acetona tóxicos. También es reutiliz, barato, y la solución extrano es propensa al moho y el deterioro, por lo que es un buen disolvente verde.

1.2 extracción ácido-base

La extracción ácibase se refiere a la adición de una cantidad adecuada de ácido o álcali a una solución para promover la disolución o precipitación del componente deseado, con base en la propiedad de la solubilidad en agua del componente que se extrae está relacionado con el pH. dado que el grupo hidroxilo fenóde la curcumina es fácilmente soluble en una solución alcalina, el pHdel disolvente de etanol puede ser ajustado usando NaOH y HCl soluciones para mejorar la tasa de extracción de la curcumina. Song Changsheng et al. [21] utilizaron una prueba ortogonal para optimizar las condiciones del proceso para el método de extracción de solución de base de curcumina. Bajo las condiciones óptimas de 10 g de alimento, una temperatura de extracción de 20 °C, un tiempo de extracción de 28 h, y una fracción de masa de la solución de NaOH de 1,0%, la tasa de extracción de curcumina fue de 3,13%, y la pureza total de la curcumina fue de 95,44%. La curcumina cruobtenida por este método es fácil de secar, pero el pH de la solución es difícil de regular a la vez. Una vez que el valor pH es demasiado alto, la curcumina se descompone fácilmente, y las propiedades del producto obtenido son inestables.

1.3 Extracción de doble fase

La extracción de doble fase utiliza la diferencia en los coeficientes de distribución de sustancias entre dos fases líquidas inmiscibles para extraer. La tecnología de extracción de doble fase es una nueva tecnología de extracción y purificación respetuosa con el medio ambiente. Este método se utiliza principalmente para la extracción y purificación de proteínas y ácidos nucle[22-24]. En la actualidad, no hay muchos informes sobre el uso de este método para la extracción de curcumina, pero puede ser utilizado para extraer pigmentos debido a sus condiciones suaves. Este método requiere la selección de un sistema acuoso de dos fases (ATPS) de acuerdo con la naturaleza del extracto. Hay cuatro tipos de ATPS: polímero/polímero, polímero/sal inorgánica (sulfato de potasio, sulfato de sodio, etc.), sal orgánica/inorgánica de bajo peso molecular, y surfactante. Debido a la fuente y el costo de los disolventes, la sal orgánica/inorgánica de bajo peso molecular ATPS se utiliza generalmente para la extracción de plantas.

Su Wenbin et al. [25] utilizaron un líquido iónico anfifílico, bromuro de 1-butil-3-piri([BPy]Br), y fosfato de hidrógeno de dipotasio para formar un ATPS,que se combincon la extracción asistida por microondas para extraer curcuminoides de la cúrcuma. La tasa de extracción del curcuminoide fue de 4,99%, más de 100 veces superior a la tasa de extracción (0,042%) con el método tradicional de reflujo caliente. Wang Jiajing et al. [26] tomó 20 g de cúrcuma desgrasy la mezclcon un extracto de etanol y una solución de sulfato de amonal 60% en una proporción de 1:1 para obtener una mezcla de dos fases. 50 mL del extracto ultrasónico se mezclaron con una solución de sulfato de amonamonen en una proporción 1:1, y la fase alcohólica se concentró y secó para obtener un producto crudo de curcumina. La fase líquida fue probada y se encontró que contiene 11% de curcumina. Ghasemzadehet al. [27]usaron un ATPS compuesto de carbohidratos (sorbitol, fructosa) y bromuro de tetrabutilfosfonio (IL) para extraer la curcumina. La solución de extracción de la extracción disolvente de dos fases es relativamente estable, pero el sistema disolvente de dos fases es propenso a la emulsificación, y la eficiencia de extracción es baja. Es necesario utilizar métodos auxiliares como microondas y ultrasonido, y no es adecuado para la extracción inicial de muestras crudas.

1.4 extracción asistida por enzimas

La extracción asistida por enzimas se refiere a la adición de una cantidad adecuada de enzima a un disolvente para descomponer el tejido vegetal, lo que promueve la rápida disolución de los principios activos en el tejido y mejora la eficiencia de extracción. Las enzimas de uso común incluyen celulasa y pectinasa, que rompla la pared celular de la planta. Yin Lichong [28] utilizó un método ultrasónico asistido por enzima para extraer la curcumina. Después de 42 minutos de hidrólisis enzimcon una cantidad de enzima de 21 mg·g-1, el rendimiento de curcumina fue de 4.890%. Ning Na et al. [29] utilizaron un método enzimasistido por microondas para extraer la curcumina de la cúrcuma, con un rendimiento de la curcumina de 21,96 mg·g-1. Comparado con la interrupción mecánica y física de la célula, este método es más simple de operar y tiene una alta eficiencia de extracción. Sin embargo, es difícil controlar con precisión el ambiente adecuado para la enzima, y un funcionamiento inadecuado puede fácilmente inactivarla, afectando la eficiencia de extracción.

2 técnicas de extracción física

2.1 extracción asistida por microondas

Las microondas son ondas electromagnéticas con una frecuencia de 300 MHz a 300 GHz. Tienen un buen poder de penetración y cuando son absorbidos por líquidos generan calor. La extracción asistida por microondas es un método que calienta el disolvente para separar los principios activos de la matriz de la muestra y acelerar el proceso de extracción. El método consiste en calentar el sistema para acelerar la disolución de los principios activos. Hadi et al. [30] utilizaron la extracción asistida por microondas para determinar las condiciones óptimas del proceso para la extracción de la curcumina: potencia de microondas 700 W, tamaño de partícula 0,30-0,60 mm, tiempo de extracción 3 min, volumen de disolvente 10 mL,muestra 2 g, temperatura de extracción 60 ℃. Liu Caiqin et al. [31] utiliza la extracción por microondas para obtener los parámetros de proceso óptipara la curcumina: una relación material-líquido de 1:43.81, un disolvente de 71,21% de etanol, una potencia de microondas de 540 W, y un tiempo de extracción de 30 s. Las condiciones de microondas son estables, mientras que la extracción tradicional asistida por calor no puede controlar con precisión la temperatura. El calentamiento desigual y las altas temperaturas pueden desactivar fácilmente la curcumina y reducir la tasa de extracción.

2.2 extracción asistida por ultrasonidos

La extracción asistida por ultrasutiliza ondas ultrasónicas para romper las paredes celulares de las plantas, facilitando la penetración de disolventes en las células y acelerando la disolución de ingredientes activos en disolventes, aumentando así la tasa de extracción y la tasa de extracción de ingredientes activos [20]. Extracción asistida por ultrasonido de la curcumina se ve afectada principalmente por factores tales como el número de veces de ultrasonido, potencia de ultrasonido, tiempo de ultrasonido, tipo de solvente y la cantidad. Guo Chenxu [32] utiliza el ultrasonido para extraer la curcumina con una tasa de extracción de (1,22 ± 0,02)%; Al mismo tiempo, el ultrasonido de flujo continuo ayudó a la extracción de la curcumina, y la tasa de extracción aumentó a (1.232±0.031)%. Xu et al. [33] utilizaron tecnología de extracción ultrasónica combinada con una solución acuosa de sulfato de amonio/etanol para extraer la curcumina de rizomas de cúrcuma, con una tasa de extracción de hasta 46,91 mg·g-1.

Ma Mingyan et al. [34] estableció un método para determinar el contenido de curcumina de Curcumawenchowensis usando líquidos iónicos como un extractante, combinado con extracción asistida por ultrasonido, y cromatolíquida de alto rendimiento. Bajo las condiciones óptimas de extracción, el contenido de curcumina alcanzó 68.53 μg·g-1. Los líquidos iónicos, que consisten en cationes orgánicos y aniones inorgánicos u orgánicos, son uno de los campos de investigación emergentes en química verde. Algunos líquidos iónicos son excelentes disolventes para la celul. Las paredes celulares de las plantas se componen principalmente de celuly hemicelulosa. Los disolventes tradicionales sólo pueden basarse en las diferencias de concentración para completar la extracción. Los líquidos iónicos pueden disolver algunas paredes celulares de plantas disolviendo celulpara lograr el propósito de extracción, aumentando así la tasa de extracción y acortando el tiempo de extracción. La extracción ultrasónica es fácil de operar, con condiciones controlables y estables. No daña la estructura y actividad del extracto, lo que ayuda a acelerar y mejorar la eficiencia. Puede ser ampliamente utilizado como una "tecnología verde".

Extracción de Flash 2.3

La extracción Flash, también conocida como extracción de trituración de tejidos, implica el uso de técnicas de trituración, molido, agitación y ósmosis supermolecular a alta velocidad a temperatura ambiente para disolver los principios activos de los materiales medicinales en pocos minutos, logrando el efecto de extracción rápida. Feng Suhuang et al. [35] compararon los efectos de la extracción por reflujo y la extracción relámpago en la extracción de curcuminoides de la cúrcuma y los resultados mostraron que la extracción relámpago fue más eficiente. La extracción Flash implica tritury disolver el material al mismo tiempo, lo que reduce en gran medida el tiempo necesario. Evita la descomposición y el consumo de principios activos causados por la extracción a largo plazo, y tiene una alta tasa de extracción y bajo consumo de energía. Sin embargo, la cantidad de extracto obtenido por este método es limitada, y sólo es adecuado para su uso en laboratorios, no para la producción a gran escala. Tampoco es adecuado para su uso con hierbas que son demasiado pegajosas, ya que pueden llegar a ser difíciles de filtrar después de la tritur[36].

2.4 extracción de fluido CO2 supercrítico

La extracción de fluido supercrítico de CO2 involucra el contacto de un fluido supercrítico con la sustancia a ser separada en un estado supercrítico, de modo que selectivamente extrae y separa los componentes en orden de polaridad, punto de ebulliy peso molecular. Dado que el coeficiente de viscoy difusión de los fluidos supercríticos son cercanos a los de los gases, mientras que su densidad y capacidad de solubilison cercanos a los de los líquidos, la extracción de fluido supercrítico tiene menor visco, mayor difusión y mayor solubilidad que la extracción con solvente tradicional, lo que puede acelerar la extracción de componentes efectivos. Luo et al. [37] usaron la extracción de fluido supercrítico de CO2 para extraer la curcumina, un ingrediente activo de la cúrcuma. La dosis del agente de arrastre y la presión de extracción son los factores de influencia más importantes. Bajo las condiciones óptimas de extracción, el contenido de curcumina fue de 14.317 mg·g-1.

Martínez-correa et al. [38] utilizaron dióxido de carbono supercrítico (SCCO2) a 60 °C y 40 MPa y etanol (o agua a 60 °C) a presión atmosférica y 25 °C como disolventes de extracción para comparar los rendimientos de la curcumina extrade la cúrcuma utilizando un método de un paso y dos pasos, respectivamente. El método de un solo paso consiste en extraer con un disolvente mixto de SCCO2 y etanol (o agua) al mismo tiempo; El método de dos pasos es primero extraer continuamente con SCCO2, y luego extraer con etanol o agua. Los rendimientos correspondientes del método de un paso y el método de dos pasos son de 3.3% y 3.9% (contenido de curcumina por 100g de cúrcuma), respectivamente. La pureza del extracto obtenido es relativamente alta, pero el costo es alto, por lo que no es apto para la producción industrial.

Otros 3 métodos de extracción

Además de los métodos anteriores, también están el método de salicilato de sodio, la tecnología de extracción de ultra-alta presión, la extracción subcrítica, ultrasónica mejorada microemulsión de extracción, la extracción por solvente acelerado, y otros métodos de extracción para la extracción de la curcumina, todos los cuales tienen buenos resultados.

El método del salicilato de sodio generalmente implica extraer elCúrcuma en bruto en polvoCon una solución de salicilato de sodio. El extracto se diluye con agua para producir un precipit, que se seca, se disuelve en etanol, se fil, y luego se seca de nuevo para obtener el producto total de curcumina. Liu Xinqiao et al. [39] compararon los efectos del método del salicilato de sodio, el método ácido-base, carbón activado y otros métodos en la tasa de extracción de curcumina. El método del salicilato de sodio produjo la mayor pureza de la curcumina total, hasta el 93,2%, pero la tasa de transferencia fue inferior al 10%. El método de extracción de salicilato de sodio obtiene curcumina con alta pureza del producto, es fácil de operar, tiene bajos requerimientos de equipo, y es altamente reutiliz, y puede ser utilizado para la producción a pequeña escala. Si la sedimentnatural se utiliza en el proceso de extracción, una gran cantidad de curcumina total en el extracto no se precip, lo que resulta en una tasa de transferencia muy baja. Si se utiliza la centrifu, una gran cantidad de impurezas se precipitará con la curcumina total, resultando en un producto final de baja pureza y por lo tanto inadecuado para la producción industrial [21].

El principio básico de la tecnología de extracción de superalta presión es primero aplastar las hierbas medicinales a temperatura ambiente, luego mezclarlas con el medio de extracción (el medio de extracción se selecciona de acuerdo a la naturaleza de las hierbas medicinales) y colocarlas en un recipiente sellado. Una presión hidrostática de 100-1000 MPa se aplica A la solución de la materia prima, y la presión se libera rápidamente después de mantener durante un cierto período de tiempo para completar todo el proceso de extracción. Li Xiaopeng [40] comparó el rendimiento total de la curcumina de cuatro métodos de extracción cuando se extrae con 70% de etanol, de alta a baja: extracción supercrítica (2.874%) > Ultrasonido (2.421%) > Reflujo (2,039%) > Perfusión en frío (1,85%). En términos de eficiencia de tiempo, la tasa de extracción de 3 min de presión ultra alta es 1,289% superior a la de 12 h de perfusión en frío, 0,835% superior a la de 2 h de reflujo y 0,453% superior a la de 1 h de ultrasonido. La extracción supercrítica reduce el consumo de disolventes a través de diferencias de presión, y el extracto es estable. Es adecuado para la extracción de componentes sensibles al calor y volátiles, pero en comparación con el ultrasonido, las condiciones son más simples y otras condiciones necesitan ser ajustadas. Bi Xiaodan et al. [41] utilizaron una olla de presión doméstica para simular el método de ebullicaspara la extracción de la curcumina. La tasa de extracción del método de alta presión asistida fue tan alta como 0.403%, mientras que la tasa de extracción de curcumina del método de ebullitradicional fue de 0.200%. Se puede observar que la extracción asistida a alta presión no sólo puede utilizarse para la investigación experimental y la producción industrial, sino que también puede extenderse a la extracción doméstica. Sin embargo, el equipo para aplicaciones de fábrica es caro y tiene requisitos de seguridad extremadamente altos.

La extracción subcrítica es una técnica de extracción que utiliza un fluido subcrítico como disolvente para extraer los componentes liposoludel material basado en el principio de solubilidad similar de los compuestos orgánicos, en un recipiente cerrado, libre de oxígeno y de baja presión. El extractante se separa luego del producto objetivo por destilación al vacío. Kwonet al. [42]utilizaron la extracción con solvente subcrítica para extraer tres curcuminoides de la cúrcuma, con el rendimiento máximo de la curcumina de 13,58% (4,94% curcumina, 4,73% demetoxicurcumina, 3,91% bisdemetoxicurcumina). La extracción subcrítica tiene mayor productividad que la extracción supercrítica de CO2, ahorra energía, tiene bajos costos de operación y puede ser utilizada para la producción industrial a gran escala.

Yue Chunhua et al. [43] utilizaron una microemulsión como puente para acoplar el proceso de extracción con el proceso de separación. La extracción total de curcumina fue de 20.12 mg·g-1. La solución de extracción de microemulsión y la solución de separación de capas de aceite en el producto crudo pueden convertirse directamente en fármacos sin eliminar los excipientes.

La extracción por solvente acelerada o extracción líquida presurizada es una nueva tecnología de extracción que utiliza disolventes orgánicos para extraer ingredientes activos de matrices sólidas o semicsólidas a temperaturas más altas (50-200 °C) y presiones (1000-3000 psi). Yadav et al. [45] extrajeron curcuminoides mediante extracción con disolvente acelerada y compararon el rendimiento de etanol, acetato de etilo, acetona como disolventes de extracción y los rendimientos de curcuminoides fueron de 3,8%, 2,8% y 2,9%, respectivamente. Este método acorta mucho el tiempo, automatiel proceso, es sencillo de operar y tiene una alta eficiencia de extracción. Las ventajas y desventajas de cada técnica de extracción se comparan en la tabla 1.

4 perspectivas

Métodos de extracción basados en la investigación de las características de la curcumina, las condiciones del proceso, y los mecanismos metabólicos de los ingredientes han llevado al desarrollo de nuevas técnicas de extracción, tales como la extracción asistida por ultrasonido, extracción de fluido supercrítico, y la extracción flash. En comparación con los métodos tradicionales de extracción, estas nuevas técnicas acortan en gran medida el tiempo necesario para la extracción de la curcumina, consumen menos consumibles y energía, y mejorar significativamente la eficiencia de extracción. Sin embargo, siguen existiendo los siguientes problemas.

En primer lugar, la mayoría de la investigación sobre la extracción de la curcumina implica la optimización de los parámetros del proceso y las comparaciones entre diferentes procesos, mientras que todavía hay relativamente poca innovación en la combinación de diferentes procesos.

En segundo lugar, como el proceso de extracción se vuelve más complicado y los estándares se vuelven más altos, todavía hay dificultades en la popularización de estas tecnologías. Además, la inversión de capital en equipos de extracción ha aumentado, por lo que no es adecuado para las pequeñas empresas invertir en la producción temprana.

Además, la optimización de la tecnología del extracto de cúrcuma y el equipo de extracción correspondiente se basa principalmente en la investigación experimental, y hay una falta de tecnología de producción industrial. Es difícil poner en práctica los resultados de la investigación experimental, lo que ha provocado una brecha entre la tecnología experimental y la producción industrial.

Además, en el author's experimento aExtractos de cucuminaDe la cúrcuma, se encontró que la cúrcuma contiene una gran cantidad de aceite de cúrcuma, que es muy similar en propiedades físicas y químicas a la cúrcuma. Es difícil extraerlo de la curcumina cruda, lo que dificulta su posterior separación y purificación.

Por lo tanto, la investigación futura sobre la tecnología de extracción de la curcumina debe primero diseñar el equipo correspondiente mediante la combinación de múltiples tecnologías de extracción en la producción industrial para simplificar la tecnología de extracción. En segundo lugar, la tecnología de extracción debe clasificarse de acuerdo con la investigación experimental y las aplicaciones de producción industrializada, y la investigación experimental debe conectarse con la producción industrializada para hacer que los datos de simulación experimental y los procesos se apliquen mejor. Se recomienda tratar de eliminar el aceite de curcumina durante el proceso de extracción para reducir la dificultad de separación y purificación, mejorar la pureza de la curcumina, e incluso obtener cristales de curcumina. La cúrcuma es un tipo de hierba con propiedades medicinales y comestibles. La curcumina, su principal ingrediente activo, es ampliamente utilizado en las industrias de procesamiento médico y de alimentos y en la demanda. Por lo tanto, la tecnología de extracción eficiente será más favorable para la investigación de la cúrcuma y el desarrollo de la cadena industrial.

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