超声辅助萃取大蒜素工艺研究

杨 婷， 杨欣伟， 韩明金，刘 晶

(1.青海民族大学 化学化工学院，青海 西宁 810000；2.福建师范大学 生命科学学院，福建 福州 350000)

超声辅助萃取大蒜素工艺研究

杨 婷1， 杨欣伟2， 韩明金1，刘 晶1

(1.青海民族大学 化学化工学院，青海 西宁 810000；2.福建师范大学 生命科学学院，福建 福州 350000)

选取新鲜紫皮大蒜为原料进行変温发酵制得黑蒜，采用超声辅助提取法提取黑蒜中的大蒜素并对提取工艺条件进行优化。以黑蒜大蒜素得率为指标，选取乙醇体积分数、超声时间、超声温度和料液比等4个影响因素进行单因素试验，然后用正交试验设计进行优化试验。结果表明：超声时间、料液比和超声温度对大蒜素得率影响显著，显著性顺序为超声时间、料液比、超声温度；最佳工艺条件参数为超声时间30 min、料液比1∶6、超声温度35℃。在此条件下，大蒜素得率为0.545%。研究结论可为大蒜素的工业化生产提供科学依据和理论支持。

黑蒜；大蒜素；提取工艺；超声波

黑蒜(black garlic)是新鲜大蒜(Allium sativum L.)在高温高湿的条件下发酵一段时间制得。发酵后的蒜瓣变黑，口感香甜并且柔软富有弹性[1]。近年来，有关黑蒜的研究表明，新鲜大蒜的传统保健作用经发酵成黑蒜后有所增强，其自由基清除能力和总酚含量均高于鲜蒜，因此，黑蒜的抗氧化特性也有所提高。另外，有研究报道长期摄入黑蒜可有效降低血糖、防止肥胖并且可抵抗紫外线对皮肤的损伤[2]。大蒜素(Allicin)是一种从大蒜球茎中提取的有机硫化合物，化学名为二烯丙基硫代亚磺酸酯，是大蒜的主要生物活性物质，具有抗菌消炎、降血压、抗肿瘤和防止肝细胞损伤等多种生理功效[3-7]。

目前，国内外有关大蒜素的提取方法主要有4种：水蒸气蒸馏法、双水相萃取法、超临界CO2萃取法和有机溶剂萃取法[8-11]。水蒸汽蒸馏法操作简单易行，提取纯度较高，但由于压力控制不稳，温度较高的原因导致大蒜素得率较低；双水相萃取法条件温和，含水量高，有利于保留产物的活性，但由于成相高聚物价格贵、成本高、回收困难等原因导致该方法未能应用于工业生产；超临界CO2萃取法无污染、无残留溶剂，纯度高且品质好，但需要复杂的设备且成本较高；有机溶剂萃取法具有生产能力大、提取周期短、能耗较低、利于连续操作和实现自动化控制等优点，故应用相当广泛。目前，有机溶剂萃取法在抗生素提取中占据着重要地位，几种重要的抗生素，如青霉素、林可霉素、金霉素、螺旋霉素、麦迪霉素和红霉素等都采用该法提取。此外，某些有机酸、维生素、激素等发酵产物也可采用此法提取。作为提取过程的辅助方法，超声波具有操作简单快捷、提取时间短、效率高等优点[12]。因此，本文利用超声波辅助有机溶剂萃取法进行黑蒜大蒜素的提取工艺研究，获取最佳的提取工艺条件，为黑蒜的深加工和大蒜素提取工艺的研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

青海乐都紫皮大蒜；分析纯试剂包括硝酸、硝酸银、硫酸铁铵、硫氰酸钾、无水乙醇硝酸汞等。

1.2 仪器与设备

实验仪器有HH-4数显恒温水浴锅；TD4K-2低速离心机；DZF-6090箱真干燥箱；RE-52AA旋转蒸发仪；FA1604N电子天平；组织捣碎机。

1.3 试验方法

1.3.1 黑蒜的制备[13]

1.3.2 黑蒜大蒜素粗提液的制备

分别称取3份黑蒜粉各5 g(精准到0.01 g)置于250 mL三角瓶中，加入一定体积的乙醇，先在超声波清洗器中进行超声处理，然后在30℃水浴锅中保温2 h。转移至离心管中，以5 000 r/min的转速离心20 min，取上清液，最后用旋转蒸发仪浓缩至10 mL，即得大蒜素粗提液。

1.3.3 大蒜素含量的测定

参考刘莹[14]的硝酸汞测定法，测定粗提液中大蒜素的含量。

1.3.4 大蒜素提取的单因素试验

根据相关参考文献，选取乙醇体积分数、超声温度、超声时间和料液比等4个单因素作为考查大蒜素得率的影响因素，进行单因素试验。

1.3.5 大蒜素提取条件优化正交试验

综合单因素试验结果，选择影响黑蒜大蒜素得率的各因素中有意义的水平进行正交优化试验。根据BOX-Benhnken的中心组合设计原理，设计3因素3水平的正交试验，确定最优的大蒜素提取工艺条件。

2 结果与分析

2.1 大蒜素提取单因素试验

2.1.1 乙醇体积分数对黑蒜粉中大蒜素提取率的影响

图1 乙醇体积分数对大蒜素得率的影响

准确称取5份黑蒜粉各5 g至烧杯中，按料液比1∶4分别加入体积分数为55%、65%、75%、85%、95%的乙醇溶液，在温度30℃条件下超声20 min，然后按1.3.2的步骤提取黑蒜大蒜素并进行含量的测定，每个水平重复做3次，结果如图1所示。

由图1可知，乙醇体积分数对大蒜素得率有显著的影响，当其他条件一定时，随着乙醇体积分数的升高，黑蒜中大蒜素的得率呈缓慢上升趋势。这恰好说明了大蒜素易溶于乙醇有机溶剂，难溶于水。当乙醇体积分数达95%时，大蒜素得率达最大，因此，选择最佳乙醇体积分数为95%。

图2 超声温度对大蒜素得率的影响

2.1.2 超声温度对黑蒜粉中大蒜素提取率的影响

准确称取5份黑蒜粉各5 g至烧杯中，按料液比1∶4加入体积分数为95%的乙醇，设置超声温度分别为25 ℃、30 ℃、35 ℃，40 ℃、45 ℃，超声处理20 min，然后按1.3.2的步骤提取黑蒜大蒜素并测定其含量，每个水平重复做3次，结果如图2所示。

从图2可以看出，随着超声温度的增加，大蒜素得率呈先上升后下降的趋势，当温度增加到35℃时，大蒜素得率达到最大，超过35℃后，大蒜素得率开始缓慢下降。这可能是由于温度太低酶活性较小，催化蒜氨酸转化为大蒜素所需要的时间比较长；同时随着温度的升高，大蒜素分子的热运动相应有所增加，而温度太高，生成的大蒜素又容易分解。因此，确定35℃为较佳超声温度，选择超声温度25 ℃、35 ℃、45 ℃做进一步的优化试验。

2.1.3 超声时间对黑蒜粉中大蒜素提取率的影响

图3 超声时间对大蒜素得率的影响

图4 料液比对大蒜素得率的影响

准确称取5份黑蒜粉各5 g至烧杯中，按料液比1∶4加入体积分数为95%的乙醇，设置超声时间分别为10 min、20 min、30 min、40 min、50 min，在温度35 ℃条件下进行超声处理，然后按1.3.2的步骤提取黑蒜大蒜素并测定其含量，每个水平重复做3次，结果如图3所示。

从图3可以看出，当其他条件一定时，大蒜素得率在30 min内随着超声时间的延长而有所升高，30 min时达到最大，之后便逐渐下降。造成这种变化的原因可能是超声处理时间太短，蒜氨酸不能充分转化为大蒜素，而时间过长，温度会逐渐升高，较高的温度会导致大蒜素受热分解。因此，超声提取时间应控制在30 min，选定超声时间20 min、30 min、40 min做进一步的优化试验。

2.1.4料液比对黑蒜粉中大蒜素提取率的影响

准确称取5份黑蒜粉各5 g至烧杯中，按料液比1∶2、1∶4、1∶6、1∶8和1∶10分别加入体积分数为95%的乙醇，在温度35 ℃条件下超声30 min，然后按1.3.2的步骤提取黑蒜大蒜素并进行含量的测定，每个水平重复做3次，结果如图4所示。

由图4可知，大蒜素得率随料液比增加而升高，开始得率增加明显，当料液比达到1∶6后，大蒜素得率增加缓慢。由于随着乙醇溶剂量的增加，溶解的杂质也会越来越多，溶剂的损耗也越大。综合考虑成本和能耗等多方面因素，确定料液比1∶6最为合适，选取料液比1∶4、1∶6、1∶8为正交试验的3个水平。

2.2 正交试验结果及分析

在单因素试验结果的基础上，选取超声温度、超声时间和料液比3个主要因素，每个因素取3个水平，进行3因素3水平正交试验。因素水平设置如表1所示，试验安排及结果如表2所示，方差分析如表3所示。

表1 正交试验因素水平表

表2 正交试验结果

续表

序号ABC空白大蒜素得率/%713230.512821330.406932130.398K10.4600.4740.4820.444K20.4720.4090.4690.425K30.3970.4640.3780.439K1/30.1530.1580.1610.148K2/30.1570.1360.1560.142K3/30.1320.1490.1260.146R0.0750.0650.1040.019

表3 方差分析表

以黑蒜大蒜素得率为检测指标，由表2正交试验结果可知，极差R反映了3个因素对大蒜素得率的影响主次顺序为C>A>B，即超声时间>料液比>超声温度,并得出超声辅助提取黑蒜中大蒜素的最佳提取工艺条件为A2B2C2，即：料液比为1∶6，超声温度为35℃，超声时间为30 min，此条件下黑蒜大蒜素得率为0.545%。

为进一步验证各影响因素的显著水平，对所得试验数据进行方差分析。由表3可以看出，超声时间、料液比和超声温度对黑蒜大蒜素得率有显著影响(P<0.05)，而且FC>FA>FB,进一步说明显著性为超声时间>料液比>超声温度。

用最佳提取工艺A2B2C2进行试验，结果所得黑蒜大蒜素得率为0.547%，与正交试验中最高大蒜素得率为0.545%结果一致，因此，可以证明A2B2C2为最佳提取工艺。

3 结 语

本文以新鲜紫皮大蒜为原料，系统地研究了超声波辅助有机溶剂萃取法提取黑蒜大蒜素的工艺条件。首先通过单因素试验确定了单因素的最佳提取条件为乙醇体积分数95%、超声温度35 ℃、超声时间30 min、料液比1∶6；然后通过正交试验得出各因素对大蒜素得率影响的大小顺序为：超声时间>料液比>超声温度，确定了最佳工艺条件为超声温度35 ℃、超声时间30 min、料液比1∶6，在此条件下黑蒜大蒜素得率为0.545%。

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Research on Allicin Extraction Technology from Black Garlic

YANG Ting1, YANG Xinwei2, HAN Mingjin1, LIU Jing1

(1.Qinghai Nationalities University, Xining 810007, China; 2. Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China)

The black garlic was made with fresh purple garlic by variable temperature fermentation. The garlic was extracted from black garlic by the ultrasonic-assisted extraction processing and the extraction process was optimized. When the extraction yield of allicin was thought of as an experimental index, the ethanol concentration, ultrasonic treatment time, ultrasonic treatment temperature and material-liquid ratio were selected as the key single factors for gradient experiments, and then the orthogonal experiment was carried out in order to optimize the extraction conditions. Results showed that the significance order of ultrasonic treatment time, material-liquid ratio and ultrasonic treatment temperature was as following. First one is ultrasonic treatment time, and the second is material-liquid ratio, and ultrasonic treatment temperature is last one. The optimal extraction condition for ultrasonic treatment was shown that time is 30 minutes, and material-liquid ratio is 1∶6, and ultrasonic treatment temperature is 35℃. The extraction yield of allicin was up to 0.545 percent. The study can provide scientific basis and theoretical support for industrialization production of allicin.

black garlic; allicin; extraction technology; ultrasonic

10.3969/j.issn.1674-5403.2017.04.001

TS255

A

1674-5403(2017)04-0001-05

2017-08-10

杨婷(1984-)，女，青海西宁人，博士，讲师，主要从事功能性食品方面的研究.

教育部“春晖计划”项目(Z2010069).