郭曉宇

（吉林工程職業(yè)學(xué)院，吉林四平136001）

大蒜揮發(fā)油具有大蒜獨(dú)特的強(qiáng)烈的香味，在國(guó)外廣泛應(yīng)用于軟飲料、冰淇淋、糖果、調(diào)味料、烘烤食品和肉類[1]；在藥理作用這方面，臨床顯示大蒜揮發(fā)油具有抗菌消炎、抗血凝、降血脂和預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化的良好功效。

近十五年來(lái)，興起了一些新的技術(shù)，如超聲波萃取[2]、超臨界流體萃取[3-5]、超聲波-微波協(xié)同萃取以及微波輔助提取等高新技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于油脂的提取過(guò)程中[6-8]。這些新技術(shù)有不少優(yōu)點(diǎn)，比如具有產(chǎn)率高、純度高、提取速度快等優(yōu)點(diǎn)。在這些提取新技術(shù)中，微波誘導(dǎo)萃?。∕icrowave-Assisted Extraction，MAE）近年來(lái)在物質(zhì)成分提取中的應(yīng)用中受到國(guó)內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注[9-10]。

本文在溶劑提取的工藝基礎(chǔ)上，采用微波輔助固相微萃取法對(duì)大蒜揮發(fā)油進(jìn)行提取，優(yōu)化提取工藝，從而為大蒜揮發(fā)油提取提供可靠的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大蒜：市購(gòu)（產(chǎn)地：吉林）。

揮發(fā)油提取器：南京晚晴玻璃儀器廠；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀RE-52A：上海亞榮生化儀器廠；微波爐D8023CTLK4：佛山格蘭仕微波爐電器有限責(zé)任公司。

1.2 方法

1.2.1 提取方法

1.2.1.1 提取工藝流程

大蒜→去皮→磨碎→微波照射→加入提取劑→加熱保溫→收集揮發(fā)油

1.2.1.2 提取操作方法

取一定量大蒜，去皮，精確稱量后加水磨碎，浸泡一定時(shí)間，微波照射一定時(shí)間，放入 1000 mL圓底燒瓶中，加入少量玻璃珠，連接揮發(fā)油測(cè)定器與回流冷凝管，自冷凝管上端加水使充滿揮發(fā)油測(cè)定器的刻度部分，并溢流入燒瓶時(shí)為止，再加入3 mL正己烷，將燒瓶置電熱套中加熱至沸，調(diào)溫并保持微沸一定時(shí)間，停止加熱，放置片刻，開(kāi)啟測(cè)定器下端活塞將水緩緩放出，收集揮發(fā)油，無(wú)水硫酸鈉脫水，50℃水浴揮去正己烷，得到淡黃色揮發(fā)油，采用SPME提取后準(zhǔn)確稱量，計(jì)算提取率。

揮發(fā)油提取率/%=大蒜中揮發(fā)油含量/大蒜質(zhì)量×100

1.2.2 單因素試驗(yàn)

根據(jù)相關(guān)資料[11]，選用酶解時(shí)間、微波時(shí)間、微波功率作為考察因子，以提取率為指標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

1.2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)

選取酶解時(shí)間（A）、微波時(shí)間（B）、微波功率（C）作為考察變量，提取率（Y）為響應(yīng)值，利用響應(yīng)曲面分析法優(yōu)化提取工藝。試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平見(jiàn)表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of RAS test

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

以正己烷為浸提溶劑，蒸餾時(shí)間60 min，料液比1∶3，酶解溫度30℃的條件下，分析酶解時(shí)間、微波時(shí)間、微波功率3個(gè)因素對(duì)大蒜揮發(fā)油提取效果的影響。

2.1.1 酶解時(shí)間對(duì)提取效果的影響

微波時(shí)間為5 min，微波功率為400 W，不同酶解時(shí)間對(duì)大蒜揮發(fā)油提取率的影響如圖1所示。

圖1 酶解時(shí)間對(duì)提取效果的影響Fig.1 Effect of hydrolysis time on extraction effect

由圖1可得，酶解時(shí)間越長(zhǎng)，提取效果越好，是因?yàn)榇笏馄扑楹笏獍彼崤c蒜氨酸酶接觸，時(shí)間越長(zhǎng)酶解越充分，所得的揮發(fā)油越多，但酶解時(shí)間超過(guò)90 min后抑菌效果增長(zhǎng)緩慢，到120 min時(shí)達(dá)到最大值，這可能是由于揮發(fā)油中一些易揮發(fā)性成分損失所致。因此，酶解時(shí)間也不是越長(zhǎng)越好。最佳酶解時(shí)間選取120min為宜，選取90、120、150 min為響應(yīng)面試驗(yàn)水平。

2.1.2 微波時(shí)間對(duì)提取效果的影響

酶解時(shí)間為120 min，微波功率為400 W，不同微波時(shí)間對(duì)大蒜揮發(fā)油提取率的影響如圖2所示。

圖2 微波時(shí)間對(duì)提取效果的影響Fig.2 Effect of microwave time on extraction effect

由圖2可知，隨著微波時(shí)間的增加，提取效果越來(lái)越好，這是因?yàn)槲⒉ǖ淖饔糜兄诖笏鈸]發(fā)油的提取，但是微波時(shí)間超過(guò)5 min后，大蒜揮發(fā)油提取的量反而減少，這是由于微波時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致局部過(guò)熱，從而使部分大蒜揮發(fā)油揮發(fā)。同時(shí)，由于分子極性作用的影響，在微波場(chǎng)中，大蒜揮發(fā)油和極性分子相互作用也可能導(dǎo)致?lián)]發(fā)油有效成分的破壞。因此，最佳微波時(shí)間選取5 min為宜，選取4、5、6 min為響應(yīng)面試驗(yàn)水平。

2.1.3 微波功率對(duì)提取效果的影響

酶解時(shí)間為120 min，微波時(shí)間為5 min，不同微波功率對(duì)大蒜揮發(fā)油提取率的影響如圖3所示。

圖3 微波功率對(duì)提取效果的影響Fig.3 Effect of microwave power on extraction effect

由圖3可知，隨著微波功率的增加，提取效果越來(lái)越好，這是因?yàn)槲⒉ǖ淖饔糜兄诖笏鈸]發(fā)油的提取，但是微波功率超過(guò)400 W后，大蒜揮發(fā)油提取的量反而減少，這是由于微波功率過(guò)大導(dǎo)致局部過(guò)熱，從而使部分大蒜揮發(fā)油揮發(fā)。并且，如果微波功率過(guò)高，大蒜揮發(fā)油受到極性分子的影響，從而對(duì)揮發(fā)油有破壞作用。因此，最佳微波功率選取400 W為宜，選取300、400、500 W為響應(yīng)面試驗(yàn)水平。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)共有17個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，其中1～12號(hào)為析因試驗(yàn)，13～17號(hào)為中心試驗(yàn)，其中析因點(diǎn)為自變量取值在A、B、C所構(gòu)成的四維定點(diǎn)，零點(diǎn)區(qū)域?yàn)橹行狞c(diǎn)，零點(diǎn)試驗(yàn)重復(fù)5次，以估計(jì)試驗(yàn)誤差。試驗(yàn)方案及結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Program and results of RSM test

利用響應(yīng)面7.0軟件對(duì)表2的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可建立如下二次回歸方程：Y=+0.56+0.035A+0.046B+0.036C-0.028AB-7.5×10-3AC-1×10-2BC-0.055A2-0.053B2-0.068C2，其中二次多項(xiàng)式的相關(guān)系數(shù)R2=99.25%，R2Adj=98.29%，R2Pred=88.04%。R2Pred的值與R2Adj的值在一致性上是合理的。所以此模型能被用來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)響應(yīng)面。

2.2.2 響應(yīng)面結(jié)果分析

對(duì)二次回歸方程進(jìn)行方差分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)方差分析Table 3 Variance analysis for the developed regression model

從表3可知，回歸模型達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），而誤差項(xiàng)不顯著，說(shuō)明回歸方程與實(shí)際情況吻合得較好，試驗(yàn)誤差小。因此可用該回歸方程代替試驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。回歸模型各項(xiàng)的方差分析還表明，一次項(xiàng)、二次項(xiàng)、交互項(xiàng)都有較顯著影響，所以響應(yīng)值的變化相當(dāng)復(fù)雜，各個(gè)具體試驗(yàn)因素對(duì)響應(yīng)值的影響不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，而是呈二次拋物面關(guān)系?；貧w模型中作用顯著項(xiàng)是 A、B、C、AB、AC、BC、A2、B2、C2。從各變量顯著性檢驗(yàn)P值的大小，可以看出影響揮發(fā)油提取效果的各因素均極其顯著。

2.2.3 各因素的交互作用

圖4反映了酶解時(shí)間與微波時(shí)間、微波時(shí)間與微波功率、酶解時(shí)間與微波功率之間的交互作用。

從圖4中可知，兩因素交互作用由大到小為：酶解時(shí)間和微波時(shí)間、微波時(shí)間和微波功率、微波功率和酶解時(shí)間。

2.3 大蒜揮發(fā)油提取工藝的優(yōu)化與驗(yàn)證結(jié)果

圖4 酶解時(shí)間、微波時(shí)間和微波功率交互影響大蒜揮發(fā)油提取效果的響應(yīng)面圖Fig.4 Response surface of the interaction effects of hydrolysis time，microwave time and microwave power on extraction effect of garlic oil

為進(jìn)一步確定工藝最佳點(diǎn)，用響應(yīng)面7.0軟件進(jìn)行數(shù)值優(yōu)化分析，以獲得最優(yōu)的浸提條件。經(jīng)分析，最適條件值分別為酶解時(shí)間126.330 min、微波時(shí)間5.360 min、微波功率422.940 W，在此條件下大蒜揮發(fā)油的提取率為0.58%。將提取工藝修正為：酶解時(shí)間126 min、微波時(shí)間5 min、微波功率430 W。采用修正后的工藝參數(shù)進(jìn)行3次平行驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果測(cè)得大蒜揮發(fā)油提取率為0.57%，與模型預(yù)測(cè)值相差較小。證明該模型具有一定的可靠性。

3 結(jié)論

微波輔助提取大蒜揮發(fā)油，采用浸提技術(shù)對(duì)大蒜揮發(fā)油進(jìn)行提取，通過(guò)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面分析對(duì)提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合實(shí)際可操作性得出較優(yōu)工藝條件為酶解時(shí)間126 min、微波時(shí)間5 min、微波功率430 W。該條件下的大蒜揮發(fā)油提取得率為0.57%，與模型預(yù)測(cè)值接近。

[1] 合成食用香料手冊(cè)[M].濟(jì)南市輕工研究所編譯.北京：輕工業(yè)出版社,1985：662-670

[2] 孟國(guó)良,王峰祥.白花丹參多糖的超聲提取工藝研究[J].現(xiàn)代中藥研究與實(shí)踐,2009,23(1)：67-68

[3] 羅艷萍,郭立瑋,朱方劍.貫葉連翹超臨界提取物的高效液相色譜分析[M].中成藥,2009,31(4)：582-584

[4] 張瑞菊,張國(guó)英,孫海波,等.苦參中黃酮類化合物的超臨界提取及定性研究[M].時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥,2009,20(7)：1764-1766

[5] 應(yīng)安國(guó),王麗敏,潘寒敏.超臨界提取技術(shù)在中草藥有效成分提取及質(zhì)量檢測(cè)上的應(yīng)用[J].食品與藥品,2007,9(01A)：29-32

[6] 蔣永紅,唐仕榮.銀杏渣中多糖的超聲波—微波協(xié)同萃取及抗氧化性研究[J].食品工業(yè)科技,2009,30(7)：244-246

[7] 周明,杜欣,楊德,等.超聲波－微波協(xié)同萃取對(duì)靈芝多糖提取率的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,48(7)：1727-1729

[8] Yingjia Yu,Taomin Huang,Gengli Duan.Development of gas chromatography-mass spectrometry with microwave distillation and simultaneous solid-phase microextraction for rapid determination of volatile constituents in ginger[J].Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis,2007,43：24-31

[9] Chunhui Deng,Jie Ji,Ning Li,et al.Fast determination of curcumol,curdione and germacrone in three species of Curcuma rhizomes by microwave-assisted extraction followed by headspace solid-phase microextraction and gas chromatography-mass spectrometry[J].Journal of Chromatography A,2006,1117：115-120

[10]Yingjia Yu,Bei Yang,Gengli Duan.Rapid determination of volatile constituents in safflower by microwave distillation and simultaneous solid-phase microextraction couples with gas chromatography-mass spectrometry[J].Annali di Chimica,2007,97：1175-1184

[11]呂慧,馬永建,孫桂菊,等.大蒜揮發(fā)油提取工藝的優(yōu)化研究[M].第六屆學(xué)術(shù)研討會(huì)食品功能和健康聲稱高層論壇會(huì)議資料,2009