超声辅助提取大葱中葱辣素的工艺优化

徐艳阳，王乃茹，李科静，胡晓欢，张焕，胡绍峰

（吉林大学生物与农业工程学院，吉林长春130022）

大葱（Allium fistulosum L.var.giganteum Makino）是百合科葱属的一种多年生草本植物，其上部为青色葱叶，下部为白色葱白，是人们日常食用的调味品和蔬菜。由于其耐寒抗冻，在我国北方比南方种植更广泛。大葱中含有挥发油，其主要成分是葱辣素。这种有机硫化合物具有较强的杀菌、抗病毒、降低血糖、以及预防高胆固醇、高血压等作用[1-2]。目前，国内外提取葱辣素的方法主要有水蒸气蒸馏法[3]、有机溶剂浸提法[4]、减压蒸馏法[5]、超临界二氧化碳萃取法[6]等，其中水蒸气蒸馏法耗能较大、蒸馏温度相对较高，导致提取的葱辣素有效成分被破坏、风味较差；有机溶剂浸提法可溶性杂质较多，需要进一步处理才能得到高品质的葱辣素；超临界二氧化碳萃取法具有得率高、品质好的特点，但设备投资大、生产效率较低。而超声波辅助提取是近年来发展较快的一种新型植物活性成分提取技术[7]，具有提取时间短、不需加热、易操作和节省能源等优点。因此本文应用超声波技术提取大葱中的葱辣素，为大葱的深加工和产品开发提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 原料、试剂与仪器

1.1.1 原料

大葱购于长春市农贸市场，洗净，干燥、粉碎过60目筛，备用。

1.1.2 试剂

无水乙醇：北京化工厂；L-半胱氨酸：上海惠世生化试剂有限公司；Ellman 试剂（DTNB）：上海楷洋生物技术有限公司；Hepes 试剂：北京鼎国昌盛生物技术有限责任公司；所用试剂均为分析纯。

1.1.3 主要仪器

PH070A 型培养箱/干燥箱：上海一恒科学仪器有限公司；MM721AAU-PW 美的微波炉：佛山市顺德区美的微波电器制造有限公司；LD4-2A 型雷勃尔低速离心机：北京雷勃尔离心机有限公司；T6 新世纪紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 大葱中葱辣素的提取工艺

大葱粉碎→乙醇浸泡→超声提取→离心→定容→测定

1.2.2 大葱中葱辣素得率的测定

采用分光光度法[8]测定大葱中葱辣素的得率。准确吸取1.0 mol/L L-半胱氨酸溶液0.5 mL 至试管中，加入待测大葱稀释液0.5 mL、2.0 mol/L DTNB 溶液2.0 mL，用50 mol/L Hepes 缓冲液稀释至6.0 mL，26 ℃下保温10 min，在412 nm 波长下测定其吸光度A，每5 min 测定一次，同时做空白试验，其吸光度用A0表示。

葱辣素得率的计算公式如下：

式中：V 为大葱提取液的体积，mL；d 为总稀释倍数；162.26 为L-半胱氨酸分子量；14 150 为DTNB 与L-半胱氨酸反应产物2-硝基-5-硫代苯甲酸（NTB）的摩尔消光系数；M0为大葱质量，g。

1.2.3 单因素试验设计

1.2.3.1 乙醇体积分数对葱辣素得率的影响

精确称取0.500 g 大葱干粉，按照料液比1 ∶20，分别用体积分数为50%、60%、70%、80%、90%、100%乙醇溶液浸泡，在250 W 超声功率下提取20 min，提取液在4 000 r/min 下离心10 min，取上清液定容后，测其葱辣素得率。

1.2.3.2 料液比对葱辣素得率的影响

精确称取0.500 g 大葱干粉，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超声功率下提取20 min，提取液在4 000 r/min 下离心10 min，取上清液定容后，测其葱辣素得率。

1.2.3.3 超声功率对葱辣素得率的影响

1.2.3.4 超声时间对葱辣素得率的影响

精确称取0.500 g 大葱干粉，用90%乙醇按料液比1 ∶30 浸泡，在225 W 功率下分别提取7、10、13、16、19 min，提取液在4 000 r/min 下离心10 min，取上清液定容，测其葱辣素得率。

1.2.4 正交试验设计

在单因素试验基础上，以葱辣素得率为指标，按L9（34）正交试验设计对超声辅助提取大葱中葱辣素的工艺条件进行优化，因素水平见表1。

表1 因素水平表Table 1 Levels of factors

2 结果与讨论

2.1 单因素试验结果

2.1.1 乙醇体积分数对葱辣素得率的影响

在料液比、超声功率、超声时间相同的条件下，考察乙醇体积分数对葱辣素得率的影响，结果见图1。

图1 乙醇体积分数对葱辣素得率的影响Fig.1 Effects of ethanol concentration on allicin yield

由图1 可知，乙醇体积分数在50%～90%范围内，葱辣素得率随着乙醇体积分数的增加而增高，原因可能是随着乙醇体积分数的增加，葱辣素逐渐溶出；当乙醇体积分数在90 %时，葱辣素得率达到最大值0.041 mg/g；超过90%后，葱辣素得率开始下降。因此，选择90%乙醇为较佳提取条件。

2.1.2 料液比对葱辣素得率的影响

21世纪是信息化高速发展时代,多媒体的广泛应用已经成为大趋势。随着高校信息化的发展,也必然使多媒体教室的使用朝着信息化、智能化方向深入发展[6]。不同高校应该从学校的实际情况出发,坚持发展的理念,运用科学的管理方法、先进的管理技术、完善的管理制度,认真做好多媒体的管理使用工作,同时还要做好多媒体管理人员和任课教师等的培训工作,为高校的正常教学运行提供可靠的软件支持和硬件支撑,更好地服务于全校的教学工作。

在乙醇体积分数、超声功率、超声时间相同的条件下，考察料液比对葱辣素得率的影响，结果见图2。

图2 料液比对葱辣素得率的影响Fig.2 Effects of solid-liquid rate on allicin yield

由图2 可知，料液比在1 ∶35（g/mL）处，葱辣素得率达到最大值，在1 ∶25（g/mL）～1 ∶35（g/mL）之间，随着料液比的增加，葱辣素的得率增高，超过1 ∶35（g/mL）后，葱辣素的得率明显下降。原因可能是料液比较小时，葱辣素没有得到充分的浸泡溶出，导致葱辣素的得率较低；当料液比超过1 ∶35（g/mL）后，大葱中一些易溶于乙醇的成分被溶出，与葱辣素竞争溶剂，导致葱辣素得率下降。因此，选1 ∶35（g/mL）为较佳料液比。

2.1.3 超声功率对葱辣素得率的影响

在乙醇体积分数、料液比、超声时间相同的条件下，考察超声功率对葱辣素得率的影响，结果见图3。

图3 超声功率对葱辣素得率的影响Fig.3 Effects of ultrasonic power on allicin yield

由图3 可知，超声功率在125 W～225 W 时，随着超声功率的升高，葱辣素的得率逐渐升高，在225 W时葱辣素的得率达到最大值，超过225 W 后，葱辣素的得率开始下降。原因可能是超声功率低于225 W时，超声破碎作用使葱辣素逐渐有效的溶出；当超声功率高于225 W 后，可能破坏了大葱中葱辣素的稳定性，使葱辣素的得率降低，因此，选取超声功率225 W为较佳条件。

2.1.4 超声时间对葱辣素得率的影响

在乙醇体积分数、料液比、超声功率相同的条件下，考察超声时间对葱辣素得率的影响，结果见图4。

图4 超声时间对葱辣素得率的影响Fig.4 Effects of ultrasonic time on allicin yield

由图4 可知，超声时间在7 min～10 min 内，葱辣素得率随着超声时间的增加而升高，在10 min 时，葱辣素的得率达到最大值，超过10 min 后，葱辣素的得率逐渐下降。原因可能是当超声时间超过10 min 后，葱辣素在超声作用下发生分解，得率下降。因此，选取10 min 为较佳超声时间。

2.2 正交试验结果分析

通过单因素试验，表明乙醇体积分数、料液比、超声时间及超声功率对葱辣素得率有一定的影响。因此，通过对这四个因素按照L9（34）表进行正交试验研究，以葱辣素得率为指标来确定最优提取工艺条件，结果见表2、3。

表2 正交试验结果Table 2 Results of orthogonal experiments

续表2 正交试验结果Continue table 2 Results of orthogonal experiments

表3 方差分析结果Table 3 Results of ANOVA

由表2 极差分析可知，影响葱辣素得率的主次因素顺序为：料液比＞乙醇体积分数＞超声功率＞超声时间；最优组合是A3B3C1D3，即超声辅助提取大葱中葱辣素的最佳工艺条件是：乙醇体积分数为100%、料液比为1 ∶35、超声功率为200 W、超声时间为13 min。

由表3 方差分析可知，乙醇体积分数、料液比、超声功率、超声时间对葱辣素得率的影响都极显著，对最优组合进行区间估计：y^优=0.052 3+0.005 3+0.003 0+0.003 0+0.006 3=0.070，误差限为0.003。因此，最优组合的葱辣素得率真值在0.067 mg/g～0.073 mg/g 之间，此时的置信度为99%。

按上述条件进行验证试验，测得葱辣素得率为（0.069±0.002）mg/g，经表3 方差分析得出置信区间为0.067 mg/g～0.073 mg/g，因此采用正交试验对超声波提取葱辣素工艺进行优化的结果是可靠的。

3 结论

通过对乙醇体积分数、料液比、超声功率、超声时间进行单因素和正交试验设计，确定影响葱辣素得率的主次因素顺序为：料液比＞乙醇体积分数＞超声功率＞超声时间；最佳工艺条件是：乙醇体积分数为100 %、料液比为1 ∶35、超声功率为200 W、超声时间为13 min。在该条件下葱辣素的得率为（0.069±0.002）mg/g，实际测定值与理论预测值基本吻合。

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