超聲輔助提取大蔥中蔥辣素的工藝優(yōu)化

徐艷陽，王乃茹，李科靜，胡曉歡，張煥，胡紹峰

（吉林大學生物與農業(yè)工程學院，吉林長春130022）

大蔥（Allium fistulosum L.var.giganteum Makino）是百合科蔥屬的一種多年生草本植物，其上部為青色蔥葉，下部為白色蔥白，是人們日常食用的調味品和蔬菜。由于其耐寒抗凍，在我國北方比南方種植更廣泛。大蔥中含有揮發(fā)油，其主要成分是蔥辣素。這種有機硫化合物具有較強的殺菌、抗病毒、降低血糖、以及預防高膽固醇、高血壓等作用[1-2]。目前，國內外提取蔥辣素的方法主要有水蒸氣蒸餾法[3]、有機溶劑浸提法[4]、減壓蒸餾法[5]、超臨界二氧化碳萃取法[6]等，其中水蒸氣蒸餾法耗能較大、蒸餾溫度相對較高，導致提取的蔥辣素有效成分被破壞、風味較差；有機溶劑浸提法可溶性雜質較多，需要進一步處理才能得到高品質的蔥辣素；超臨界二氧化碳萃取法具有得率高、品質好的特點，但設備投資大、生產效率較低。而超聲波輔助提取是近年來發(fā)展較快的一種新型植物活性成分提取技術[7]，具有提取時間短、不需加熱、易操作和節(jié)省能源等優(yōu)點。因此本文應用超聲波技術提取大蔥中的蔥辣素，為大蔥的深加工和產品開發(fā)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 原料、試劑與儀器

1.1.1 原料

大蔥購于長春市農貿市場，洗凈，干燥、粉碎過60目篩，備用。

1.1.2 試劑

無水乙醇：北京化工廠；L-半胱氨酸：上?；菔郎噭┯邢薰?；Ellman 試劑（DTNB）：上?？笊锛夹g有限公司；Hepes 試劑：北京鼎國昌盛生物技術有限責任公司；所用試劑均為分析純。

1.1.3 主要儀器

PH070A 型培養(yǎng)箱/干燥箱：上海一恒科學儀器有限公司；MM721AAU-PW 美的微波爐：佛山市順德區(qū)美的微波電器制造有限公司；LD4-2A 型雷勃爾低速離心機：北京雷勃爾離心機有限公司；T6 新世紀紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 大蔥中蔥辣素的提取工藝

大蔥粉碎→乙醇浸泡→超聲提取→離心→定容→測定

1.2.2 大蔥中蔥辣素得率的測定

采用分光光度法[8]測定大蔥中蔥辣素的得率。準確吸取1.0 mol/L L-半胱氨酸溶液0.5 mL 至試管中，加入待測大蔥稀釋液0.5 mL、2.0 mol/L DTNB 溶液2.0 mL，用50 mol/L Hepes 緩沖液稀釋至6.0 mL，26 ℃下保溫10 min，在412 nm 波長下測定其吸光度A，每5 min 測定一次，同時做空白試驗，其吸光度用A0表示。

蔥辣素得率的計算公式如下：

式中：V 為大蔥提取液的體積，mL；d 為總稀釋倍數；162.26 為L-半胱氨酸分子量；14 150 為DTNB 與L-半胱氨酸反應產物2-硝基-5-硫代苯甲酸（NTB）的摩爾消光系數；M0為大蔥質量，g。

1.2.3 單因素試驗設計

1.2.3.1 乙醇體積分數對蔥辣素得率的影響

精確稱取0.500 g 大蔥干粉，按照料液比1 ∶20，分別用體積分數為50%、60%、70%、80%、90%、100%乙醇溶液浸泡，在250 W 超聲功率下提取20 min，提取液在4 000 r/min 下離心10 min，取上清液定容后，測其蔥辣素得率。

1.2.3.2 料液比對蔥辣素得率的影響

精確稱取0.500 g 大蔥干粉，用90%乙醇按照料液比1 ∶20、1 ∶25、1 ∶30、1 ∶35、1 ∶40 g/mL 浸泡，在250 W超聲功率下提取20 min，提取液在4 000 r/min 下離心10 min，取上清液定容后，測其蔥辣素得率。

1.2.3.3 超聲功率對蔥辣素得率的影響

1.2.3.4 超聲時間對蔥辣素得率的影響

精確稱取0.500 g 大蔥干粉，用90%乙醇按料液比1 ∶30 浸泡，在225 W 功率下分別提取7、10、13、16、19 min，提取液在4 000 r/min 下離心10 min，取上清液定容，測其蔥辣素得率。

1.2.4 正交試驗設計

在單因素試驗基礎上，以蔥辣素得率為指標，按L9（34）正交試驗設計對超聲輔助提取大蔥中蔥辣素的工藝條件進行優(yōu)化，因素水平見表1。

表1 因素水平表Table 1 Levels of factors

2 結果與討論

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 乙醇體積分數對蔥辣素得率的影響

在料液比、超聲功率、超聲時間相同的條件下，考察乙醇體積分數對蔥辣素得率的影響，結果見圖1。

圖1 乙醇體積分數對蔥辣素得率的影響Fig.1 Effects of ethanol concentration on allicin yield

由圖1 可知，乙醇體積分數在50%～90%范圍內，蔥辣素得率隨著乙醇體積分數的增加而增高，原因可能是隨著乙醇體積分數的增加，蔥辣素逐漸溶出；當乙醇體積分數在90 %時，蔥辣素得率達到最大值0.041 mg/g；超過90%后，蔥辣素得率開始下降。因此，選擇90%乙醇為較佳提取條件。

2.1.2 料液比對蔥辣素得率的影響

21世紀是信息化高速發(fā)展時代,多媒體的廣泛應用已經成為大趨勢。隨著高校信息化的發(fā)展,也必然使多媒體教室的使用朝著信息化、智能化方向深入發(fā)展[6]。不同高校應該從學校的實際情況出發(fā),堅持發(fā)展的理念,運用科學的管理方法、先進的管理技術、完善的管理制度,認真做好多媒體的管理使用工作,同時還要做好多媒體管理人員和任課教師等的培訓工作,為高校的正常教學運行提供可靠的軟件支持和硬件支撐,更好地服務于全校的教學工作。

在乙醇體積分數、超聲功率、超聲時間相同的條件下，考察料液比對蔥辣素得率的影響，結果見圖2。

圖2 料液比對蔥辣素得率的影響Fig.2 Effects of solid-liquid rate on allicin yield

由圖2 可知，料液比在1 ∶35（g/mL）處，蔥辣素得率達到最大值，在1 ∶25（g/mL）～1 ∶35（g/mL）之間，隨著料液比的增加，蔥辣素的得率增高，超過1 ∶35（g/mL）后，蔥辣素的得率明顯下降。原因可能是料液比較小時，蔥辣素沒有得到充分的浸泡溶出，導致蔥辣素的得率較低；當料液比超過1 ∶35（g/mL）后，大蔥中一些易溶于乙醇的成分被溶出，與蔥辣素競爭溶劑，導致蔥辣素得率下降。因此，選1 ∶35（g/mL）為較佳料液比。

2.1.3 超聲功率對蔥辣素得率的影響

在乙醇體積分數、料液比、超聲時間相同的條件下，考察超聲功率對蔥辣素得率的影響，結果見圖3。

圖3 超聲功率對蔥辣素得率的影響Fig.3 Effects of ultrasonic power on allicin yield

由圖3 可知，超聲功率在125 W～225 W 時，隨著超聲功率的升高，蔥辣素的得率逐漸升高，在225 W時蔥辣素的得率達到最大值，超過225 W 后，蔥辣素的得率開始下降。原因可能是超聲功率低于225 W時，超聲破碎作用使蔥辣素逐漸有效的溶出；當超聲功率高于225 W 后，可能破壞了大蔥中蔥辣素的穩(wěn)定性，使蔥辣素的得率降低，因此，選取超聲功率225 W為較佳條件。

2.1.4 超聲時間對蔥辣素得率的影響

在乙醇體積分數、料液比、超聲功率相同的條件下，考察超聲時間對蔥辣素得率的影響，結果見圖4。

圖4 超聲時間對蔥辣素得率的影響Fig.4 Effects of ultrasonic time on allicin yield

由圖4 可知，超聲時間在7 min～10 min 內，蔥辣素得率隨著超聲時間的增加而升高，在10 min 時，蔥辣素的得率達到最大值，超過10 min 后，蔥辣素的得率逐漸下降。原因可能是當超聲時間超過10 min 后，蔥辣素在超聲作用下發(fā)生分解，得率下降。因此，選取10 min 為較佳超聲時間。

2.2 正交試驗結果分析

通過單因素試驗，表明乙醇體積分數、料液比、超聲時間及超聲功率對蔥辣素得率有一定的影響。因此，通過對這四個因素按照L9（34）表進行正交試驗研究，以蔥辣素得率為指標來確定最優(yōu)提取工藝條件，結果見表2、3。

表2 正交試驗結果Table 2 Results of orthogonal experiments

續(xù)表2 正交試驗結果Continue table 2 Results of orthogonal experiments

表3 方差分析結果Table 3 Results of ANOVA

由表2 極差分析可知，影響蔥辣素得率的主次因素順序為：料液比＞乙醇體積分數＞超聲功率＞超聲時間；最優(yōu)組合是A3B3C1D3，即超聲輔助提取大蔥中蔥辣素的最佳工藝條件是：乙醇體積分數為100%、料液比為1 ∶35、超聲功率為200 W、超聲時間為13 min。

由表3 方差分析可知，乙醇體積分數、料液比、超聲功率、超聲時間對蔥辣素得率的影響都極顯著，對最優(yōu)組合進行區(qū)間估計：y^優(yōu)=0.052 3+0.005 3+0.003 0+0.003 0+0.006 3=0.070，誤差限為0.003。因此，最優(yōu)組合的蔥辣素得率真值在0.067 mg/g～0.073 mg/g 之間，此時的置信度為99%。

按上述條件進行驗證試驗，測得蔥辣素得率為（0.069±0.002）mg/g，經表3 方差分析得出置信區(qū)間為0.067 mg/g～0.073 mg/g，因此采用正交試驗對超聲波提取蔥辣素工藝進行優(yōu)化的結果是可靠的。

3 結論

通過對乙醇體積分數、料液比、超聲功率、超聲時間進行單因素和正交試驗設計，確定影響蔥辣素得率的主次因素順序為：料液比＞乙醇體積分數＞超聲功率＞超聲時間；最佳工藝條件是：乙醇體積分數為100 %、料液比為1 ∶35、超聲功率為200 W、超聲時間為13 min。在該條件下蔥辣素的得率為（0.069±0.002）mg/g，實際測定值與理論預測值基本吻合。

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