大蔥中蔥辣素的微波輔助提取工藝優化

徐艷陽，胡曉歡，王乃茹，胡紹峰，張煥，張凡

（吉林大學 生物與農業工程學院，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味品，又是營養豐富的蔬菜，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，還含有揮發油類物質，其主要活性成分是蔥辣素，這類有機硫類化合物具有較強的殺菌、抑癌、降血脂和預防動脈硬化等作用[2]。

目前，國內外提取植物活性成分的方法主要有水蒸汽蒸餾法、有機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，但生產成本高、操作技術難度大。而微波輔助提取是近年來發展較快的一種新型植物活性成分提取技術[7]，具有提取時間短、易操作控制和節省能源等優點。有機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。將微波與有機溶劑提取法有效結合，可以快速提高溶劑的傳質速率，從而縮短浸提時間。因此本文應用微波輔助有機溶劑提取法對大蔥中的蔥辣素進行提取條件的優化研究，旨在為大蔥的深加工和產品開發提供科學參考。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

大蔥：購于長春市農貿集市，經清洗粉碎后，過60目篩密封備用。

無水乙醇：北京化工廠；L-半胱氨酸：上海惠世生化試劑有限公司；5，5-二硫代雙（2-硝基苯甲酸）（DTNB）：上?？笊锛夹g有限公司；Hepes 試劑：北京鼎國昌盛生物技術有限責任公司。

1.2 主要儀器與設備

PH070A 型培養箱/干燥箱：上海一恒科技有限公司；MM721AAU-PW 型美的微波爐：佛山市順德區美的微波電器制造有限公司；LD4-2A 型雷勃爾低速離心機：北京雷勃爾離心機有限公司；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；162.26 為L-半胱氨酸分子量；14150 為DTNB 與L-半胱氨酸反應產物2-硝基-5-硫代苯甲酸（NTB）的摩爾消光系數；M0為大蔥質量，g。

1.4 單因素試驗設計

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 正交優化試驗設計

在單因素試驗的基礎上，進行L9（34）正交試驗設計。

2 結果與分析

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、蛋白質等物質在水中的溶解度比乙醇大，這些大分子物質的溶出量增加，使提取液黏度增大。黏度越大，蔥辣素轉移到溶劑中就越困難，導致蔥辣素得率降低。但當乙醇濃度較大時，大蔥中的一些醇溶性雜質和親脂性強的物質溶出量增加，這些成分與蔥辣素競爭結合乙醇—水分子，從而導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，并且提高了擴散速度，從而使蔥辣素的得率增大。但當料液比高于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，導致得率下降。而且過多的提取溶劑增加成本，還增加后續濃縮過程的工作量。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。由于在較短時間內微波輻射將能量傳遞到原料內部，使之瞬間受熱，有利于蔥辣素的提取。但當微波時間過長時，產生的溫度過高，破壞了蔥辣素的結構，導致得率降低。因此，選取微波時間為10 s 作為正交試驗的較優水平。

2.4 大蔥中蔥辣素的微波輔助提取工藝優化試驗結果

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

表1 因素水平表Table 1 Levels of factors

表2 正交試驗結果Table 2 Results of orthogonal experiments

表3 方差分析結果Table 3 Results of ANOVA

由表2 和表3 可知，最優因素水平組合為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。對優勢組合的蔥辣素得率進行區間估計，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 進行驗證實驗，測得蔥辣素得率為0.045 mg/g，在置信區間內，與理論預測值基本相符。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行優化的結果是可靠的。

3 結論

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。該優勢組合的蔥辣素得率置信區間為（0.043 4±0.002 9）mg/g，此時的置信度為99%。

[1] 梁艷榮,姜偉,張穎力,等.大蔥種質資源研究及利用進展[J].園藝園林科學,2006,22(9):302-306

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