大蔥中蔥辣素的微波輔助提取工藝優(yōu)化

徐艷陽，胡曉歡，王乃茹，胡紹峰，張煥，張凡

（吉林大學(xué) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)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。由于其耐寒抗凍，在我國北方比南方種植更廣泛。在日常生活中，大蔥既是人們常食的調(diào)味品，又是營養(yǎng)豐富的蔬菜，具有降低血脂、血糖和血壓等功效[1]。大蔥中不僅含有大量的維生素和礦物質(zhì)，還含有揮發(fā)油類物質(zhì)，其主要活性成分是蔥辣素，這類有機(jī)硫類化合物具有較強(qiáng)的殺菌、抑癌、降血脂和預(yù)防動脈硬化等作用[2]。

目前，國內(nèi)外提取植物活性成分的方法主要有水蒸汽蒸餾法、有機(jī)溶劑提取法和超臨界二氧化碳萃取法[3-5]。水蒸汽蒸餾法操作簡便，但耗能較大、得率低，蒸餾溫度較高易破壞植物活性成分。超臨界二氧化碳萃取法有較高的得率，但生產(chǎn)成本高、操作技術(shù)難度大。而微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(shù)[7]，具有提取時間短、易操作控制和節(jié)省能源等優(yōu)點。有機(jī)溶劑提取法操作方便，對活性成分的得率高于水蒸汽蒸餾法。將微波與有機(jī)溶劑提取法有效結(jié)合，可以快速提高溶劑的傳質(zhì)速率，從而縮短浸提時間。因此本文應(yīng)用微波輔助有機(jī)溶劑提取法對大蔥中的蔥辣素進(jìn)行提取條件的優(yōu)化研究，旨在為大蔥的深加工和產(chǎn)品開發(fā)提供科學(xué)參考。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

大蔥：購于長春市農(nóng)貿(mào)集市，經(jīng)清洗粉碎后，過60目篩密封備用。

無水乙醇：北京化工廠；L-半胱氨酸：上?；菔郎噭┯邢薰?；5，5-二硫代雙（2-硝基苯甲酸）（DTNB）：上海楷洋生物技術(shù)有限公司；Hepes 試劑：北京鼎國昌盛生物技術(shù)有限責(zé)任公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

PH070A 型培養(yǎng)箱/干燥箱：上海一恒科技有限公司；MM721AAU-PW 型美的微波爐：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(jī)：北京雷勃爾離心機(jī)有限公司；T6 型紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

大蔥→清洗干燥→粉碎→提取→離心→取上清液→定容→測定

1.3.2 蔥辣素含量檢測方法

準(zhǔn)確吸取1.0 mmol/L 半胱氨酸溶液0.5 mL 至試管中，加入待測大蔥油稀釋液0.5 mL，加入2.0 mmol/L DTNB 溶液2.0 mL，用50 mmol/L Hepes 緩沖液稀釋至6.0 mL，26 ℃下保溫10 min，在412 nm 波長下測定吸光度，記為A，每5min 測定一次，同時做空白試驗，測定吸光度，記為A0[6]。其計算公式如下：

式中：V 為大蔥提取液體積，mL；d 為總稀釋倍數(shù)；162.26 為L-半胱氨酸分子量；14150 為DTNB 與L-半胱氨酸反應(yīng)產(chǎn)物2-硝基-5-硫代苯甲酸（NTB）的摩爾消光系數(shù)；M0為大蔥質(zhì)量，g。

1.4 單因素試驗設(shè)計

1.4.1 乙醇濃度對蔥辣素得率的影響

精確稱取1.500 g 大蔥粉，按料液比1 ∶10 分別加入40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%乙醇，微波功率700 W，提取5 s，4 000 r/min 離心10 min，取上清液并定容，測定蔥辣素含量。

1.4.2 料液比對蔥辣素得率的影響

精確稱取1.500 g 大蔥粉，分別按料液比1 ∶5、1 ∶10、1 ∶15、1 ∶20、1 ∶25 g/mL，加入100%乙醇，微波功率700 W，微波功率700 W，提取5 s，4 000 r/min 離心10 min，取上清液并定容，測定蔥辣素含量。

1.4.3 微波時間對蔥辣素得率的影響

精確稱取1.500 g 大蔥粉，按料液比1 ∶10 加入50%乙醇，微波功率700 W，間歇式提取5、10、15、20、25 s，4 000 r/min 離心10 min，取上清液并定容，測定蔥辣素含量。

1.5 正交優(yōu)化試驗設(shè)計

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)行L9（34）正交試驗設(shè)計。

2 結(jié)果與分析

2.1 乙醇濃度對蔥辣素得率的影響

按1.4.1 處理樣品，結(jié)果見圖1。

圖1 乙醇濃度對蔥辣素得率的影響Fig.1 Effects of ethanol concentration on allicin yield

由圖1 可知，隨著乙醇濃度的增大，大蔥中蔥辣素的得率逐漸增大，當(dāng)乙醇濃度為50%時，得率最大為0.037 mg/g，之后得率降低。原因可能是不同濃度的乙醇極性不同，濃度為50%的乙醇溶液與大蔥中蔥辣素的極性相似，蔥辣素的得率最大。乙醇濃度越小，提取液黏度就越大。這可能是由于果膠、蛋白質(zhì)等物質(zhì)在水中的溶解度比乙醇大，這些大分子物質(zhì)的溶出量增加，使提取液黏度增大。黏度越大，蔥辣素轉(zhuǎn)移到溶劑中就越困難，導(dǎo)致蔥辣素得率降低。但當(dāng)乙醇濃度較大時，大蔥中的一些醇溶性雜質(zhì)和親脂性強(qiáng)的物質(zhì)溶出量增加，這些成分與蔥辣素競爭結(jié)合乙醇—水分子，從而導(dǎo)致蔥辣素的得率下降。因此選取50%乙醇濃度作為正交試驗的較優(yōu)水平。

2.2 料液比對蔥辣素得率的影響

按1.4.2 處理樣品，結(jié)果見圖2。

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

由圖2 可知，隨著料液比的增大，大蔥中蔥辣素的得率逐漸增大，當(dāng)料液比為1 ∶20 g/mL 時，得率最大為0.030 mg/g，之后得率降低。原因可能是當(dāng)料液比低時，溶劑較少，液相與固相的接觸面積較小，不利于蔥辣素的擴(kuò)散。隨著乙醇用量的增加，加大了二者的接觸面積，并且提高了擴(kuò)散速度，從而使蔥辣素的得率增大。但當(dāng)料液比高于1 ∶20（g/mL）時，可能已浸出的蔥辣素抑制或其他成分吸附未浸出的蔥辣素，導(dǎo)致得率下降。而且過多的提取溶劑增加成本，還增加后續(xù)濃縮過程的工作量。綜合考慮，選取料液比為1 ∶20 g/mL 作為正交試驗的較優(yōu)水平。

2.3 微波時間對蔥辣素得率的影響

按1.4.3 處理樣品，結(jié)果見圖3。

圖3 微波時間對蔥辣素得率的影響Fig.3 Effect of microwave time on allicin yield

由圖3 可知，隨著微波時間的增長，大蔥中蔥辣素的得率逐漸增大，當(dāng)時間為10 s 時得率最大為0.044 mg/g，之后得率降低。由于在較短時間內(nèi)微波輻射將能量傳遞到原料內(nèi)部，使之瞬間受熱，有利于蔥辣素的提取。但當(dāng)微波時間過長時，產(chǎn)生的溫度過高，破壞了蔥辣素的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致得率降低。因此，選取微波時間為10 s 作為正交試驗的較優(yōu)水平。

2.4 大蔥中蔥辣素的微波輔助提取工藝優(yōu)化試驗結(jié)果

對微波輔助提取蔥辣素的工藝條件進(jìn)行極差和方差分析，正交試驗因素水平見表1，結(jié)果見表2 和表3。

表1 因素水平表Table 1 Levels of factors

表2 正交試驗結(jié)果Table 2 Results of orthogonal experiments

表3 方差分析結(jié)果Table 3 Results of ANOVA

由表2 和表3 可知，最優(yōu)因素水平組合為A1B3C2，即乙醇濃度為40%、微波時間為15 s、料液比為1 ∶20 g/mL。各因素影響蔥辣素得率的順序是B＞C＞A，即微波時間＞料液比＞乙醇濃度。其中微波時間和液料比對蔥辣素得率有極顯著的影響，乙醇濃度對蔥辣素得率有顯著的影響。對優(yōu)勢組合的蔥辣素得率進(jìn)行區(qū)間估計，點估計=0.026 8+0.001 2+0.008 2+0.007 2=0.043 4，誤差限為0.002 9。因此，蔥辣素得率的置信區(qū)間為（0.043 4±0.002 9）mg/g，此時的置信度為99%。

2.5 驗證試驗

按最佳工藝水平A1B3C2，即乙醇濃度為40%、微波時間為15 s、料液比為1 ∶20 g/mL 進(jìn)行驗證實驗，測得蔥辣素得率為0.045 mg/g，在置信區(qū)間內(nèi)，與理論預(yù)測值基本相符。這表明采用此正交試驗對大蔥中蔥辣素微波輔助提取工藝進(jìn)行優(yōu)化的結(jié)果是可靠的。

3 結(jié)論

采用單因素和正交試驗獲得微波輔助提取大蔥中蔥辣素的最優(yōu)工藝條件為微波功率700 W，微波時間15 s，料液比1 ∶20 g/mL，乙醇濃度40%，在此條件下蔥辣素的得率為0.045 mg/g。影響微波輔助提取的顯著因素順序為：微波時間＞料液比＞乙醇濃度。該優(yōu)勢組合的蔥辣素得率置信區(qū)間為（0.043 4±0.002 9）mg/g，此時的置信度為99%。

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