超声波辅助提取大蒜多糖工艺的研究

席椿凯，苗敬芝，2，董玉玮，2，刘秀平，唐敏敏，李 勇，2

（1.徐州工程学院食品与生物工程学院，江苏徐州 221018；2.江苏省食品资源开发与质量安全重点建设实验室，江苏 徐州 221018）

大蒜是一种药食同源、百合科葱属植物蒜的鳞茎[1]。大蒜营养丰富，富含多糖、蛋白质、氨基酸、大蒜素、维生素、有机锗、有机硒，以及钙、磷、铁等矿物质，具有杀菌、抗血栓、降血脂、预防中风和高血压、保护肝脏、增强免疫力等功能[2-4]。大蒜多糖是其主要的活性成分之一，具有增强肠道益生菌、协助消化、抗菌消炎、防治动脉粥样硬化和预防衰老等作用[5-6]。

以大蒜为原料，采用超声波辅助提取大蒜多糖，利用超声波的空化、剪切作用和机械振动，能有效加速分子振动和扩散，增强了介质的穿透力，有利于大蒜多糖的提取[7-8]，通过单因素试验和响应曲面法优化大蒜多糖的提取工艺条件，为大蒜产品的开发利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大蒜，徐州市七里沟农贸市场提供；苯酚、浓硫酸、95%乙醇等均为分析纯试剂。

1.2 仪器与设备

JYD-650 型智能型超声波细胞粉碎机，上海之信仪器有限公司产品；DHG-9075 型电热鼓风干燥箱，上海慧泰仪器制造有限公司产品；723G 型可见分光光度计，上海分析仪器有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 超声波法提取大蒜多糖工艺流程

大蒜→去皮、清洗、切片→干燥、粉碎、过筛→取一定量大蒜粉→按料液比加去离子水→超声→离心→上清液→苯酚-硫酸法测多糖含量。

1.3.2 单因素试验

（1） 料液比对大蒜多糖得率的影响。超声功率150 W，超声时间8 min，探讨料液比1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，1∶35 对多糖得率的影响。

（2） 超声功率对大蒜多糖得率的影响。料液比1∶30，超声时间8 min，探讨超声功率50，100，150，200，250 W 对多糖得率的影响。

（3） 超声时间对大蒜多糖得率的影响。料液比1∶30，超声功率150 W，探讨超声时间4，8，12，16，20 min 对多糖得率的影响。

1.3.3 响应曲面法试验设计

根据Box-behnken 试验设计原理，采用三因素三水平的响应曲面分析法，对大蒜多糖提取条件进行优化[9]。

响应曲面试验因素与水平设计见表1。

表1 响应曲面试验因素与水平设计

2 结果与分析

2.1 单因素试验条件选择

2.1.1 料液比对大蒜多糖得率的影响

料液比对大蒜多糖得率的影响见图1。

由图1 可知，随着料液比增加大蒜多糖得率增加，当料液比1∶30 时，大蒜多糖得率最大为30.81%。继续增加料液比，多糖得率下降。料液比增加有利于增加物料和溶剂水的接触面积，有利于大蒜多糖的浸出，但当料液比过大时，溶液中大蒜多糖浓度太低，不利于多糖的溶出。因此，最佳料液比为1∶30。

2.1.2 超声功率对大蒜多糖得率的影响

超声功率对大蒜多糖得率的影响见图2。

由图2 可知，随着超声功率增加大蒜多糖得率提高，当超声功率150 W 时，大蒜多糖的得率最大为28.99%。超声功率继续增加，多糖得率下降。这是由于超声功率只有达到一定的强度，才能有效地起到破碎细胞的作用，过大的超声功率破坏了多糖的结构，降低了多糖得率。因此，超声功率为150 W时提取效果最好。

2.1.3 超声时间对大蒜多糖得率的影响

超声时间对大蒜多糖得率的影响见图3。

由图3 可知，随着超声时间的增加，大蒜多糖得率增加，当时间增加至8 min 时，多糖得率达到最大值28.57%，随后下降。由于超声波长时间的机械剪切和空化作用使多糖降解，多糖得率下降。因此，超声时间为8 min 时大蒜多糖的提取效果最好。

2.2 响应曲面法优化大蒜多糖提取工艺

2.2.1 响应曲面试验设计及结果

采用Box-behnken 试验，以料液比、超声功率、超声时间为变量，以大蒜多糖得率为响应值，以-1，0，1 分别代表变量的水平。

响应曲面试验设计及结果见表2。

2.2.2 模型的建立与显著性检验

用Design Expert 8.0 软件对表2 的数据进行多元回归分析，得到大蒜多糖得率对料液比、超声功率、超声时间的回归模型：

回归模型的方差分析见表3。

由表3 可知，模型p＜0.01，该回归模型极显著，失拟项p=0.091 0＞0.05，失拟项检验不显著；模型的决定系数R2=0.992 3，校正决定系数R2adj=0.974 6，二者数值较为接近。表明该回归方程拟合程度良好，三因素对大蒜多糖得率的影响大小依次为料液比＞超声时间＞超声功率。

表3 回归模型的方差分析

2.2.3 因素间交互作用分析

因素交互作用对大蒜多糖得率影响的响应曲面和等高线图见图4。

由图4 可知，图4（a）、图4（c） 等高线图呈椭圆形，故料液比和超声功率的交互作用、超声功率和超声时间的交互作用对大蒜多糖得率的影响较为显著；图4（b） 等高线图接近于圆形，料液比和超声时间的交互作用对大蒜多糖得率的影响不显著。

2.2.4 条件优化与结果验证

根据建立的回归模型得到最佳提取条件为料液比1∶30.27，超声功率150.62 W，超声时间8.27 min，大蒜多糖得率的预测值31.61%。考虑到实际操作的可行性，将提取条件修改为料液比1∶30，超声功率150 W，超声时间8 min，以此条件进行3 次验证试验取平均值，大蒜多糖实测得率为31.48%，与预测值相差0.13%，实测值与预测值相近。

3 结论

通过响应曲面法试验，得到影响大蒜多糖得率各因素主次顺序为料液比＞超声时间＞超声功率。大蒜多糖最佳提取条件为料液比1∶30，超声功率150 W，超声时间8 min，大蒜多糖实测得率为31.48%，与预测值相差0.13%，存在较好的一致性。采用超声波辅助提取的大蒜多糖可作为天然的食品添加剂，具有良好的开发应用前景。