微波輔助丙酮提取大蒜油工藝的研究

邵金華 陳莫林 董加寶 胡 娜

(湖南科技學(xué)院生化系，永州 425100)

大蒜(Allium sativum L.)為百合科蔥屬植物的地下鱗莖，又稱蒜、蒜頭、獨蒜、胡蒜［1］。大蒜油，是大蒜細(xì)胞經(jīng)破碎后，蒜氨酸在蒜酶的催化作用下裂解生成的硫醚化合物，具有強烈的辛辣刺激味［2］。大蒜所含大蒜油是一種廣譜抗菌物質(zhì)，具有活化細(xì)胞、促進能量產(chǎn)生、增加抗菌及抗病毒能力、加快新陳代謝、緩解疲勞等多種藥理功能［3］。因此，在很多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用［4］。我國是生產(chǎn)和出口大蒜的大國，長久以來，主要以出口鮮蒜為主，大蒜的深加工方面做得甚少，主要還是以出口初級產(chǎn)品和原料級產(chǎn)品為主［5］。最近幾年，大蒜油廣泛的應(yīng)用價值受到人們的重視，廣大科研工作者開始著力研究和發(fā)展大蒜的有效成分的提取和加工，雖然與過去相比取得了很大的進步，但是仍然存在眾多的不足和難點［6］。微波輔助提取技術(shù)是利用電磁場的作用使固體或半固體物質(zhì)中的某些有機物成分與基體有效的分離，并能保持分析對象的原本化合物狀態(tài)的一種分離方法。它是目前公認(rèn)的綠色樣品預(yù)處理技術(shù)之一，在食品、生化、工業(yè)、環(huán)境以及中藥和天然產(chǎn)物等領(lǐng)域均有較廣泛的應(yīng)用。與常規(guī)提取大蒜油的方法相比較，應(yīng)用微波輻射技術(shù)提取大蒜油得到的產(chǎn)品品質(zhì)好，且色澤淺，不會破壞大蒜油的結(jié)構(gòu)等優(yōu)點［7］。本研究采用微波輔助丙酮提取技術(shù)，以期提高大蒜油的提取率，為大蒜的開發(fā)利用提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料

市售新鮮大蒜。

1.2 試劑

L－半胱氨酸:純度＞99%，上海生物工程公司;DTNB(5，5’－二硫代雙(2－硝基苯甲酸)):北京欣經(jīng)科;Tris:上海生物工程公司;其他試劑均為分析純。

1.3 儀器

XH－MC－1微波合成反應(yīng)儀:北京祥鵠科技發(fā)展有限公司;722型可見分光光度計、恒溫水浴鍋、電子分析天平AUY120:上海瞬宇恒平科技儀器公司;組織搗碎機:金云市醫(yī)療儀器廠。

1.4 試驗方法

1.4.1 大蒜油含量測定［8－9］

取1.0 mmol/L半胱氨酸溶液0.5 mL，加入1 mL 1.0 mmol/LDTNB 溶液，加入 50 mmol/L pH 7.5 的Tris－HCl緩沖溶液到5.0 mL，在26℃下保溫15 min，測定吸光值 A0(412nm)。準(zhǔn)確量取0.5 mL1.0 mmol/L半胱氨酸溶液，加入0.5 mL待測液，在26℃下保溫15 min，然后再加入1 mL1.0 mmol/LDTNB溶液，加入50 mmol/L pH 7.5的Tris－HCl緩沖溶液到5.0 mL，在26℃下保溫15 min，測定半胱氨酸吸光值A(chǔ)(412 nm下)，大蒜油中硫代亞磺酸酯含量計算方法為:

式中:C為大蒜油中硫代亞磺酸酯的含量/mmol/mL;d為試樣的質(zhì)量(g)。

大蒜油含量=c×提取液體積×162.62/新鮮大蒜質(zhì)量×100%

式中:c為硫代亞磺酸酯的濃度/mmol/mL;162.62為硫代亞磺酸酯的分子質(zhì)量。

1.4.2 單因素試驗

1.4.2.1 微波功率對提取效果的影響

在模擬招聘比賽和方案設(shè)計比賽這兩個環(huán)節(jié)，提前準(zhǔn)備好各項資料和評分標(biāo)準(zhǔn)表非常關(guān)鍵。評分標(biāo)準(zhǔn)表由學(xué)生自行先設(shè)計好，然后發(fā)企業(yè)嘉賓進行修正完善。

稱取5 g新鮮大蒜5份 ，分別加水5 mL搗碎。25℃下酶解10 min，倒入微波提取設(shè)備。各加85%丙酮20 mL，按微波功率(0、100、200、300、400 W)分別提取1 min，提取液離心過濾，濾液于56℃下用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去丙酮后，按照1.4.1計算大蒜油提取率。

1.4.2.2 微波提取時間對大蒜油提取率的影響

稱取5 g新鮮大蒜5份 ，分別加水5 mL搗碎。在25℃下酶解10 min，倒入微波提取設(shè)備，各加體積分?jǐn)?shù)為85%丙酮20 mL，在200 W的微波功率下按不同的提取時間(15、30、45、60、75 s)進行提取，提取液離心過濾，濾液于56℃下用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去丙酮后，按照1.4.1計算大蒜油提取率。

1.4.2.3 丙酮濃度對提取效果的影響

稱取5 g新鮮大蒜5份 ，分別加水5 mL搗碎。在25℃下酶解10 min倒入微波提取設(shè)備，分別加入(70%、75%、70%、85%、90%)的丙酮 15 mL，在 200 W的微波功率下分別提取45 s，提取液離心過濾，濾液于56℃下用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去丙酮后，按照1.4.1計算大蒜油提取率。

1.4.2.4 液料比對提取效果的影響

稱取新鮮大蒜5份，每份5 g，每份加入水5 mL，搗碎。在25℃下，酶解10 min，倒入微波輻射裝置中，按照 10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1 比例加入 85%丙酮，在200 W的微波功率下分別提取45 s，提取液離心過濾，濾液于56℃下用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去丙酮后，按照1.4.1計算大蒜油提取率。

1.4.3 正交試驗及優(yōu)選

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，試驗以L9(34)正交表設(shè)計，稱取新鮮的大蒜9份，每份重復(fù)試驗3次，分別以料液比、丙酮濃度、微波提取時間、微波功率為考察因素，以大蒜油的含量為指標(biāo)，置錐形瓶中加入丙酮，微波輔助提取，進行正交試驗。根據(jù)試驗結(jié)果，確定各正交因素水平，試驗以L9(34)正交表設(shè)計，4因素分別為溶液浸提溫度、料液比、乙醇濃度、提取時間;水平設(shè)計以單因素試驗的結(jié)果為基礎(chǔ)，設(shè)計因素水平表。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波功率對提取效率的影響

由圖1可知，隨著微波功率的增大，大蒜油提取率反而降低，可能是微波功率太大破壞了大蒜油的結(jié)構(gòu)，使大蒜油發(fā)生降解，也可能是其他雜質(zhì)的溶出降低了大蒜油的提取率，選擇最低的微波功率100 W，在該功率下得到大蒜油的最大提取率1.21%。

圖1 微波功率對提取率的影響

2.2 微波提取時間對提取率的影響

由圖2可知，大蒜油提取率隨時間的延長而增加，到1 min大蒜油的提取率達到最大值，大蒜油已經(jīng)被完全提取出來，隨著微波提取時間的增加提取液溫度上升，局部過熱可能引起大蒜油的降解和丙酮的揮發(fā)。同時，由于分子極性的影響，在微波場中大蒜油和溶劑間分子間的相互作用也可能引起大蒜油的降解。因此，微波提取時間選擇1 min適宜，此時大蒜油提取率達到最大值1.19%。

圖2 提取時間對提取率的影響

2.3 丙酮濃度對提取率的影響

由圖3可知，濃度對大蒜油提取率有一定影響，丙酮的體積分?jǐn)?shù)為85%時，得到大蒜油的最大提取率0.97%，丙酮濃度過低，溶劑分子通過擴散、滲透作用逐漸通過細(xì)胞壁透入到細(xì)胞內(nèi)的數(shù)量少，溶解大蒜油的效果不是很好，丙酮濃度過高微波輔助提取時容易揮發(fā)，從而不能充分與大蒜研磨液混合。

圖3 丙酮濃度對提取率的影響

2.4 液料比對提取率的影響

由圖4可知，不同料液比對大蒜油提取率有一定影響，液料比為25∶1(mL/g)提取率2.3%，當(dāng)料液比大于25∶1(mL/g)時，大蒜油提取率有所下降。液料比太低，大蒜研磨液難以與提取溶劑充分混合，不利于大蒜油的溶出，當(dāng)液料比為30∶1時大蒜油提取率下降，進一步提高液料比，可能容易浸提其他溶于丙酮的雜質(zhì)，從而降低了大蒜油的提取率。

圖4 液料比對提取率的影響

2.5 正交試驗結(jié)果

試驗探討了各個單因素試驗的影響，在實際應(yīng)用中各個單因素是互相影響的。為了全面討論試驗的影響因素，設(shè)計了四因素三水平的L9(34)正交試驗，因素水平見表1，正交試驗結(jié)果見表2。

表1 正交試驗因素水平表

表2 正交試驗表

表3 方差分析

從表2可知，各因素對大蒜油提取效果影響的大小順序是:A＞B＞C＞D，即料液比對提取效果的影響最大，其次為丙酮濃度和微波提取功率，提取時間影響最小。此順序同方差分析的結(jié)果一致(表3)。從表3看出，料液比對大蒜油的提取率有極顯著的影響，丙酮的濃度、微波功率和提取時間對大蒜油的提取率影響不顯著。由此得出大蒜油最佳提取工藝條件:A3B3C1D3，即液料比25∶1(g/mL)，丙酮體積分?jǐn)?shù)為90%，微波功率100 W，微波提取時間75 s。

2.6 最佳工藝驗證

稱取5 g新鮮大蒜5份 ，分別加水5 mL搗碎。在25℃下酶解10 min，按正交試驗確定的最佳提取方案A3B3C1D3，即丙酮體積分?jǐn)?shù)為90%、液料比25∶1、微波功率100 W、微波提取時間為75 s的條件下提取大蒜油，用1.4.1的方法測定大蒜油的提取率，所得大蒜油的提取率為3.85%。

3 結(jié)論

采用微波輔助技術(shù)提取大蒜油，較傳統(tǒng)的大蒜油提取率高。正交試驗得出了微波輔助提取大蒜油的最佳工藝條件為:丙酮體積分?jǐn)?shù)為90%、液料比25∶1、微波功率100 W、微波提取時間為75 s。在最佳工藝條件下大蒜油提取率高達3.85%。

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