图1 姜黄的植物成分图谱

姜黄含有多种生物活性物质，具有多种药理活性。其生物活性取决于地理区域、温度和土壤类型。姜黄素，由姜黄素I、姜黄素II和姜黄素III组成。此外，姜黄素的去甲氧基和双脱甲氧基衍生物已从长姜子中鉴定出来。姜黄素在176~177 ℃熔化，与碱反应生成红棕色的盐。

生物活性及其活性

姜黄素类多酚类化合物研究最多的是姜黄素、双去甲氧基姜黄素和去甲氧基姜黄素。由于姜黄素不溶于水，所以常用有机溶剂提取。代谢物的进一步活性和作用机制详见图2。姜黄提取物中含有大量的化合物，包括姜黄素、去甲氧基姜黄素、单脱甲氧基姜黄素、双脱甲氧基姜黄素、二氢姜黄素和环姜黄素，如表2所述。

图2 从姜黄中分离出不同的活性成分

二阿魏酰甲烷或俗称姜黄素，是一种倍半萜，分子式为C₂₁H₂₀O₆，它有两个甲氧基和羟基取代的芳环，这些芳环通过具有α，β-不饱和-羟基酮部分的七元烷链连接在一起。氢原子的贡献是姜黄素生物活性的首要因素。它还有助于姜黄素的氧化、部分的亲核加成、水解、降解和重要的酶活性。姜黄素可以通过激活细胞程序性死亡和抑制细胞生长和分化发挥抗癌作用。

从姜黄中分离出的另一种重要成分是姜黄醇。用姜黄醇对大鼠局灶性脑缺血的神经保护作用来验证动物脑梗塞的范围。通过手术组再灌注24 h后无脑损伤。大脑中动脉闭塞组脑梗塞面积清晰可见，与模型组比较，姜黄醇能显著缩小脑梗塞面积。

结构活性关系

姜黄素是一种天然产生的黄色多酚色素，具有疏水性，对其结构变化及其进一步活性的基础研究已有较多报道。姜黄素及其衍生物被证明具有抗帕金森氏症、抗癌、降血糖、炎症、抗细菌、抗病毒、抗氧化、动脉粥样硬化和心血管活性，如抗心律失常、抗高血压和降血脂活性。姜黄素及其已报道的衍生物治疗各种疾病的能力归因于它们潜在的生物活性。

姜黄素可激活GPR97，并增加GPR97过表达细胞中血清反应元件介导的转录，但未见反应因子或cAMP介导的转录。姜黄素及其相关化合物可激活G蛋白偶联受体蛋白水解区不裂解的GPR97(T250A)突变株和突变株GPR97(N)。

姜黄素衍生物抑制α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异 唑丙酸(AMPA)受体亚基，影响门控生物物理特性。AMPA受体的过度激活与癫痫、肌萎缩侧索硬化症和中风有关。一项研究描述了姜黄素通过抑制氧化应激、核因子-κB和JNK信号通路来保护心肌细胞免受缺血-再灌注损伤。

姜黄素及其类似物的常用合成路线

姜黄素类似物和姜黄素之间的一个结构差异是苯环取代。取代苯甲醛与2,4-戊二酮的缩合是该类似物家族的一般合成方法，如图3所示。在该缩合反应中使用了氧化硼，它与2,4-戊二酮形成了一个络合物。

图3 姜黄素及其类似物的一般合成路线

不同生物活性的构效关系(SARS)

姜黄素衍生物的抗炎作用与对位改变有关。研究发现，对位羟基的存在对于获得显著的抗炎活性是必不可少的，而不含羟基的类似物显示出较差的或非炎症活性。当一个或两个甲氧基缺失时，天然姜黄素和四氢姜黄素都具有较低的抗氧化活性。在脂质过氧化模型中，邻位多个CH₃基团相对于酚羟基的化合物显示出最好的抑制作用。Shim等人发现从月桂素类化合物中提取的肼类化合物比姜黄素类化合物具有更高的抗牛主动脉内皮细胞(BAECs)增殖的效果。与姜黄素不同的是，姜黄素无差别地抑制各种上皮细胞和成纤维细胞的生长，而肼基乌尔津素类化合物被发现是针对内皮细胞的。姜黄素类化合物的效价顺序为1>2>3。肼类化合物也遵循类似的模式。结果，从苯环上去除甲氧基降低了抗血管生成活性。

通过对姜黄素不同提取方法的实验研究，对姜黄素的提取进行了研究。对于姜黄素的提取，由于其在水和溶剂中的溶解度有限，需要使用有机溶剂。为了有效地分离姜黄素，索氏萃取器连续萃取法已被成功应用。超声(US)、微波(MW)、亚临界水和超临界CO₂萃取法是姜黄素提取的改进方法。这些技术的主要好处是减少了提取时间、能源消耗和产生的残留物。表3描述了不同的姜黄提取工艺和条件。

代谢指纹图谱和代谢组学突出了各种尖端的分析仪器，如高效薄层色谱-质谱仪(HPTLC-MS)、液相色谱(LC)、质谱仪(MS)、核磁共振(核磁共振)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、气相色谱-质谱仪(GC-MS)和超性能液质联用仪(UPLC-MS)。为了研究姜黄属植物，人们开发了各种分析方法。大多数方法采用了先进的联用色谱方法，如HPTLC、HPLC、UPLC、GC-MS和LC-MS。利用紫外可见、红外、拉曼和核磁共振光谱对姜黄进行了鉴定。核磁共振光谱学可用于同时分析各种植物样品中的初级和次级代谢物。先进的核磁共振技术已经成为生成天然分子指纹的宝贵工具。主成分分析(PCA)、偏最小二乘判别分析(PLS-DA)和正交投影潜在结构判别分析(OPLS-DA)对天然产物中存在的代谢物有贡献。

采用分析技术对姜黄中的代谢产物进行了鉴定、分离和表征。其他几项研究也证明了该植物的多样性，含有各种类型的次生代谢物，特别是类固醇和生物碱。Singh等人使用GC-MS检测了从干燥和新鲜的姜黄根茎中获得的提取物和精油的组成。新鲜根茎的主要成分是Ar-姜黄酮、α-姜黄酮和β-姜黄酮，而干燥的根茎含有少量的活性代谢物，即Ar-姜黄酮、檀香烯和Ar-姜黄烯。而唐等人的进一步采用GC-MS指纹图谱分析方法对不同产地的龙眼根茎进行鉴别，鉴定出姜黄酮、紫草酮、生姜等不同成分。

在不同的实验文献中，从Erode(Tamilnadu)获得的姜黄品种优于其他地区，这使得它适合种植优质姜黄素品种。研究小组对姜黄的乙醇提取物进行的分析表明，从干燥的根茎中可以定量地提取姜黄素，即占总含量的1.5%。此外，根据文献，姜黄素根茎中姜黄素类化合物的含量因环境和基因型的不同而分别变化了70%和16%。

分光光度法是测定各种样品基质中姜黄素的一种直接和广泛使用的方法。KOTRA等人用分光光度法和高效液相色谱法对姜黄素的含量进行了比较，其中分光光度法优于高效液相色谱法。乙酸乙酯被用作分析的合适溶剂，因为在乙酸乙酯中制备的萃取物只有几毫升就足以产生理想的结果。此外，该溶剂的可生物降解性和对环境无害，使其成为进行检测的最佳选择。在Pundarikakshudu等人进行的一项研究中，同时从姜黄和姜黄的甲醇提取物中定量测定了姜黄素。姜黄素对β-Hb形成有明显的抑制作用，其抑制率为78.8%，而水溶液的抑制率为91.8%，二甲基亚砜的抑制率为10.7%。

Rohman和他的同事开发了一种快速可靠的基于FT-IR的方法，这种方法不需要样品准备，同时不需要样品引入的溶剂。近红外光谱与多元统计分析相结合，为34个不同样品中不同的姜黄素成分提供了有价值的信息。在近红外光谱中观察到姜黄素类化合物的两个明显的吸收带，即1700和2 300~2320 nm。用偏最小二乘法测定了姜黄样品中姜黄素的含量。此外，特征吸收带有助于预测姜黄素、黄根和黄根粉末中的活性代谢物。

高效液相色谱法是分析姜黄素的良好仪器之一。不同的科学家使用流动相柱和不同的波长来鉴定姜黄中的生物活性物质。在一项研究中，作者从姜黄中分离和鉴定了15种酚类化合物，结果表明，龙眼的乙醇提取物中含有大量的姜黄素以及可能与抗糖尿病活性有关的必需酚类化合物。表4提到了不同的检测技术，用于鉴定从姜黄中选择的代谢物。

提取液中含有数百种化学成分，且含量较低，分离比较复杂。最近，代谢组学已经成为从提取物中鉴定和分析不同代谢物的鼓舞人心的工具。在最近的一项研究中，研究了UPLC-MS/MS(UPLC-MS/MS)中报道的5种姜黄代谢产物。研究结果表明，在姜黄等植物中鉴定出近432种代谢产物，并发现与姜黄素生物合成途径相关的酚酸、氨基酸衍生物和类黄酮类化合物的含量较高。这项研究展示了对姜黄和其他物种代谢组学的新见解，为未来以功能为基础的食品产品的开发提供了新的思路。

姜黄素类化合物是生物活性化学物质，是黄连药效的重要成分，姜黄素含量高的产品更受青睐。因此，依赖于单一活性/标记化学品的基于HPLC的质量控制系统可能是不够的。姜黄的根和根茎在医学和经济领域都有广泛的应用，在世界范围内主要用作香料和食品补充剂。采用紫外光谱、红外光谱、核磁共振氢谱和高效液相色谱等方法对姜黄进行质量评价，建立代谢组指纹图谱。利用主成分分析和层次聚类分析(HCA)对30个样本进行了异同分析。研究结果表明，紫外光可以作为一种简单、快速的方法来替代高效液相色谱、傅立叶变换红外光谱。样品之间的代谢变异性在精油/脂肪酸中更为明显。

姜黄素是大约两个世纪前由Vogel和Pelletier在姜黄中发现的。在发现姜黄素之后的几十年里，几位化学家对姜黄素的结构进行了推测。目前已知姜黄有超过235 种次生代谢物，由109 个倍半萜和68 个单萜组成，以及3 个姜黄素分子已通过色谱方法鉴定，姜黄素、DMC和双去甲氧基姜黄素，所有这些都是黄姜的其他成分，似乎具有多种药用价值。环姜黄素是第四种分子，在缺乏α-，β-不饱和β-二酮基序的情况下，不被认为是姜黄素类化合物，而是一种姜黄素类似物，最近发现在根茎中的浓度要低得多，但具有一些有趣的药用特性。姜黄属植物的有效成分已被鉴定为姜黄素类化合物。姜黄素、去甲氧基姜黄素和双去甲氧基姜黄素是姜黄素的三种类型，其中姜黄素的浓度最高。

代谢组学为中草药的传统生物学和质量控制提供了更好的加速途径。代谢组学的目的是探索生物活性物质的潜力与其药理活性之间的关系。本工作汇编并突出了建立可靠、可重复性的姜黄定性和定量代谢物指纹图谱数据库的重要性。这些技术可以通过确定植物部分的发育阶段来改进提取程序，并可能在食品工业中发挥巨大的帮助。评估食品和草药样品质量的更简单的方法，包括薄层色谱、高效薄层色谱和高效液相色谱，都是适用的，而且成本低廉。此外，进一步的验证技术，如GC-MS、LC-MS和核磁共振可用于铅分子的验证。考虑到目前有关长姜黄代谢产物的信息，本工作可能通过结合不同的组学数据来源为未来食品和草药产品的研究提供一个新的视野，以探索和理解长姜黄的次生代谢物。

GUPTA S, SINGH A P, SINGH G, et al. Plant based metabolomics: a future prospective and versatile tool for metabolite databases of Curcuma longa[J]. Journal of Future Foods, 2024, 4(1): 37-47. DOI:10.1016/j.jfutfo.2023.05.003.