大蒜素提取工藝的研究

摘要[目的]探討乙醇溶劑提取法下的大蒜素提取的最優(yōu)工藝。[方法]通過對前人研究大蒜素提取工藝成果的分析，以其中最具有研究前景的溶劑提取法作為研究對象，選取最具有爭議的4個(gè)影響因素做了正交試驗(yàn)，分別是酶解溫度、酶解時(shí)間、提取時(shí)間和提取溫度。[結(jié)果]試驗(yàn)顯示，取料液比1∶4 g /ml，以95%的乙醇為溶劑，蒜泥在40 ℃下酶解20 min，在30 ℃下提取80 min是最優(yōu)的提取工藝。其中酶解溫度是最為重要的影響因素，也是在正交分析中唯一達(dá)到顯著水平的因素，該優(yōu)化工藝條件下大蒜素的提取率為2.41‰。[結(jié)論] 研究可為大蒜素的工業(yè)化生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 大蒜素；乙醇；紫外光分光光度法；正交試驗(yàn)

中圖分類號S609.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）30-10637-03

基金項(xiàng)目北方民族大學(xué)國家基金前期培育項(xiàng)目（2012QZP09）。

作者簡介陳海魁（1980- ），男，甘肅民勤人，講師，從事植物學(xué)研究。

我國是名副其實(shí)的大蒜種植大國，現(xiàn)今大蒜的種植面積已經(jīng)占到了全球的40% ～50%。除了滿足國內(nèi)大量的大蒜消費(fèi)需求，我國每年種植的大蒜大部分出口至其他國家，為世界各地提供大蒜制品[1]。大蒜素的化學(xué)名是二烯丙基三硫化物，它的結(jié)構(gòu)式為CH2=CH-CH2-S-S-S-CH2-CH=CH2。大蒜素并不存在于完好的大蒜中，完好大蒜中存在的是大蒜素的前體蒜氨酸[2]，只有將大蒜經(jīng)過搗碎之后，在來自大蒜內(nèi)部的蒜酶的催化下，蒜氨酸與氧經(jīng)過充分接觸才能反應(yīng)生成大蒜素。但是反應(yīng)生成的大蒜素非常不穩(wěn)定，非常容易進(jìn)一步降解成其他的小分子的含硫化合物[3]，在分解的過程中還會產(chǎn)生刺鼻的蒜臭味。通常說的大蒜油是大蒜經(jīng)過提取之后獲得的混合產(chǎn)品，其中含有多種有機(jī)物，大蒜素是其主要組成成分。

大蒜素在現(xiàn)代醫(yī)藥學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其主要原因是大蒜素具有很好的抗菌作用。大蒜素的抗菌譜比較廣，它對克雷白桿菌、金黃色葡萄球菌、鏈球菌、變形菌等均有明顯抑制作用[4]。許多國外的研究人員證明，大蒜素對于治療胃癌和結(jié)腸癌等一些癌癥療效比較明顯。大蒜素對于降低血壓和血脂方面的功效也已經(jīng)被證實(shí)，其作用機(jī)理已基本清楚[5-6]。由于其保健作用一直被廣大的研究人員所推崇，目前在保健品開發(fā)方面大蒜素也有相當(dāng)好的應(yīng)用前景。

對于有機(jī)溶劑提取法下，影響大蒜素產(chǎn)率的主要影響因素為：乙醇濃度、酶解溫度、酶解pH、酶解時(shí)間、料液比、提取溫度、提取時(shí)間。選擇了近10年來研究人員對這幾種影響因素有代表性的分析結(jié)果見表1。料液比和乙醇溶劑法提取由于研究者們達(dá)成了共識，故該試驗(yàn)不做討論。而酶解溫度、酶解時(shí)間、提取溫度、提取時(shí)間在理論上就是比較重要的影響因素，在試驗(yàn)中也被重點(diǎn)關(guān)注，因此選擇可以涵蓋所有最適條件的溫度梯度和時(shí)間梯度做正交試驗(yàn)來確定最佳的工藝參數(shù)。

表1近年來研究人員對最優(yōu)條件探索結(jié)果總結(jié)

影響因素酶解溫度∥℃酶解pH酶解時(shí)間∥min料液比∥g/ml乙醇濃度∥%提取溫度∥℃提取時(shí)間∥min朱薿等[7]正交456.0301∶4953060周宇等[8]單因素---1∶5953090熊偉等[9]正交+單因素38-201∶4953080曾哲靈等[10]單因素40-301∶4953090李瑜等[11]正交+單因素--111∶4-2460鄭志等[12]單因素306.440-953040

現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)大蒜素主要采取水蒸氣蒸餾法，但是水蒸氣蒸餾法存在它固有的缺陷。這種方法下由于溫度比較高導(dǎo)致蒜氨酸酶的活性下降，由此阻礙了蒜氨酸氧化成大蒜素的步驟，并且已經(jīng)形成的大蒜素也比較容易分解，從而降低了大蒜油的有效成分含量。有機(jī)溶劑提取法作為一種相對比較溫和的大蒜素提取方法，它克服了水蒸氣蒸餾法的缺點(diǎn)。有機(jī)溶劑提取法把酶解過程與提取過程分開有利于蒜氨酸氧化成大蒜素過程，這本身就提高了大蒜素的生成。同時(shí)由于提取溫度相對水蒸氣蒸餾法低，又減少了大蒜素的分解，提高了大蒜素在大蒜油中的含量，這樣大蒜素就較水蒸氣蒸餾法的產(chǎn)率高。但由于有機(jī)溶劑提取法相對水蒸氣蒸餾法操作比較復(fù)雜，并且提取工藝不適合工業(yè)化生產(chǎn)，為此對溶劑提取法的不斷探討能夠推動(dòng)溶劑提取法在工業(yè)中更好的應(yīng)用，進(jìn)而為提高大蒜素的產(chǎn)量和大蒜素的質(zhì)量作出貢獻(xiàn)。筆者將初步探討乙醇溶劑提取法下的最優(yōu)提取工藝，為工業(yè)化生產(chǎn)提供一些有用的參數(shù)。

1材料與方法

1.1材料市售蒜頭，原產(chǎn)地山東。

1.2工藝流程大蒜→去皮→洗凈→搗碎→酶解→溶劑萃取→離心分離→上清液→減壓濃縮→大蒜油[7，10]。

1.3試驗(yàn)方法分別配制0.5 mmol/L L半胱氨酸（100 ml）、1.0 mmol/L的DTNB（100 ml）。50 mmol/L TrisHCl（pH 7.4）1 L。將采購的大蒜去皮洗凈，用組織搗碎機(jī)搗碎成蒜泥。迅速使用電子天平秤取蒜泥4份，每份2.5 g，標(biāo)號1、2、3、4，分別在20 ℃的恒溫水浴鍋中酶解10、20、30、40 min。酶解結(jié)束后，在試管中按料液比1∶4 g/ml加入95%乙醇10 ml分別在20、25、30、35 ℃的恒溫水浴鍋中提取40、60、80、100 min。提取結(jié)束后把混合液用低速離心機(jī)在3 500 r/min 的轉(zhuǎn)速下離心 10 min。離心結(jié)束后將上清液用95%乙醇定容至25 ml，準(zhǔn)備測定大蒜素的含量。

選擇酶解時(shí)間、提取時(shí)間、酶解溫度、提取溫度4個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見表2。

2結(jié)果與分析

試驗(yàn)中選擇目前存在爭議的4個(gè)影響因素酶解時(shí)間、提取時(shí)間、酶解溫度、提取溫度做正交試驗(yàn)分析。試驗(yàn)結(jié)束后對3組平行的試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總之后取平均值，首先先做了正交的直觀分析表如表4所示（其中也包含了3組數(shù)據(jù)測得的平均結(jié)果）。

根據(jù)表4的直觀分析發(fā)現(xiàn)，各因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響程度是酶解溫度>提取時(shí)間>提取溫度>酶解時(shí)間。理論上的最優(yōu)組合是A2B3C3D3，即在40 ℃下酶解20 min，接著在30 ℃下提取80 min。這與熊偉的正交試驗(yàn)相吻合，而朱薿的試驗(yàn)結(jié)果是酶解時(shí)間 >萃取溫度 > 萃取時(shí)間 > 酶解溫度。其中的差異主要是在正交試驗(yàn)中各個(gè)因素的水平選擇不同，各個(gè)水平之間的差距影響了對應(yīng)的試驗(yàn)因素的影響程度。各個(gè)水平之間的差距大的自然會使相應(yīng)的試驗(yàn)因素的重要性增加，反之亦然，因此這個(gè)重要性的順序只能是該試驗(yàn)水平下各個(gè)試驗(yàn)因素重要性程度的排序，如若換做別的水平模式還可能有不同的結(jié)果。但是對于最終的最優(yōu)組合的具體數(shù)據(jù)之間的差距并不大，理論上說明了試驗(yàn)結(jié)果的初步可信，還需要進(jìn)一步分析。

3結(jié)論

該研究課題是在前人對大蒜素已有的研究基礎(chǔ)之上，分析了以乙醇作為溶劑的有機(jī)溶劑提取法下對大蒜素產(chǎn)率的主要影響因素，并對其中最富有爭議的影響因素做了多次的正交試驗(yàn)來尋找乙醇溶劑法提取大蒜素的最佳工藝組合。

通過對正交試驗(yàn)結(jié)果的直觀分析，結(jié)論顯示，此方法下最重要的影響因素是酶解溫度，其他各種因素之間的影響程度是酶解溫度>提取時(shí)間>提取溫度>酶解時(shí)間。理論的最佳工藝參數(shù)是在40 ℃下酶解20 min，接著在30 ℃下提取80 min。在接下來的方差分析中得出結(jié)論在此方法下唯獨(dú)酶解溫度達(dá)到了顯著水平，而其他的影響因素超出試驗(yàn)誤差，但是并未達(dá)到顯著水平。于是總結(jié)前人得出的其他影響因素的最佳水平組成驗(yàn)證性試驗(yàn)，對其中9組最優(yōu)的可能做驗(yàn)證性試驗(yàn)。最終確定直觀分析下的理論最優(yōu)組合略高于其他組合，故得出結(jié)論：在以乙醇作為溶劑的有機(jī)溶劑提取法下，當(dāng)料液比為1∶4 g/ml，以95%的乙醇為溶劑時(shí)，蒜泥在40 ℃下酶解20 min，在30 ℃下提取80 min是最優(yōu)的提取工藝，最終提取大蒜素的含量達(dá)到2.41‰。

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