微波輔助提取大蒜揮發(fā)油的研究

郭曉宇

（吉林工程職業(yè)學(xué)院，吉林四平136001）

大蒜揮發(fā)油具有大蒜獨(dú)特的強(qiáng)烈的香味，在國外廣泛應(yīng)用于軟飲料、冰淇淋、糖果、調(diào)味料、烘烤食品和肉類[1]；在藥理作用這方面，臨床顯示大蒜揮發(fā)油具有抗菌消炎、抗血凝、降血脂和預(yù)防動脈粥樣硬化的良好功效。

近十五年來，興起了一些新的技術(shù)，如超聲波萃取[2]、超臨界流體萃取[3-5]、超聲波-微波協(xié)同萃取以及微波輔助提取等高新技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于油脂的提取過程中[6-8]。這些新技術(shù)有不少優(yōu)點(diǎn)，比如具有產(chǎn)率高、純度高、提取速度快等優(yōu)點(diǎn)。在這些提取新技術(shù)中，微波誘導(dǎo)萃取（Microwave-Assisted Extraction，MAE）近年來在物質(zhì)成分提取中的應(yīng)用中受到國內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注[9-10]。

本文在溶劑提取的工藝基礎(chǔ)上，采用微波輔助固相微萃取法對大蒜揮發(fā)油進(jìn)行提取，優(yōu)化提取工藝，從而為大蒜揮發(fā)油提取提供可靠的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大蒜：市購（產(chǎn)地：吉林）。

揮發(fā)油提取器：南京晚晴玻璃儀器廠；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀RE-52A：上海亞榮生化儀器廠；微波爐D8023CTLK4：佛山格蘭仕微波爐電器有限責(zé)任公司。

1.2 方法

1.2.1 提取方法

1.2.1.1 提取工藝流程

大蒜→去皮→磨碎→微波照射→加入提取劑→加熱保溫→收集揮發(fā)油

1.2.1.2 提取操作方法

取一定量大蒜，去皮，精確稱量后加水磨碎，浸泡一定時間，微波照射一定時間，放入 1000 mL圓底燒瓶中，加入少量玻璃珠，連接揮發(fā)油測定器與回流冷凝管，自冷凝管上端加水使充滿揮發(fā)油測定器的刻度部分，并溢流入燒瓶時為止，再加入3 mL正己烷，將燒瓶置電熱套中加熱至沸，調(diào)溫并保持微沸一定時間，停止加熱，放置片刻，開啟測定器下端活塞將水緩緩放出，收集揮發(fā)油，無水硫酸鈉脫水，50℃水浴揮去正己烷，得到淡黃色揮發(fā)油，采用SPME提取后準(zhǔn)確稱量，計(jì)算提取率。

揮發(fā)油提取率/%=大蒜中揮發(fā)油含量/大蒜質(zhì)量×100

1.2.2 單因素試驗(yàn)

根據(jù)相關(guān)資料[11]，選用酶解時間、微波時間、微波功率作為考察因子，以提取率為指標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

1.2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)

選取酶解時間（A）、微波時間（B）、微波功率（C）作為考察變量，提取率（Y）為響應(yīng)值，利用響應(yīng)曲面分析法優(yōu)化提取工藝。試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of RAS test

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

以正己烷為浸提溶劑，蒸餾時間60 min，料液比1∶3，酶解溫度30℃的條件下，分析酶解時間、微波時間、微波功率3個因素對大蒜揮發(fā)油提取效果的影響。

2.1.1 酶解時間對提取效果的影響

微波時間為5 min，微波功率為400 W，不同酶解時間對大蒜揮發(fā)油提取率的影響如圖1所示。

圖1 酶解時間對提取效果的影響Fig.1 Effect of hydrolysis time on extraction effect

由圖1可得，酶解時間越長，提取效果越好，是因?yàn)榇笏馄扑楹笏獍彼崤c蒜氨酸酶接觸，時間越長酶解越充分，所得的揮發(fā)油越多，但酶解時間超過90 min后抑菌效果增長緩慢，到120 min時達(dá)到最大值，這可能是由于揮發(fā)油中一些易揮發(fā)性成分損失所致。因此，酶解時間也不是越長越好。最佳酶解時間選取120min為宜，選取90、120、150 min為響應(yīng)面試驗(yàn)水平。

2.1.2 微波時間對提取效果的影響

酶解時間為120 min，微波功率為400 W，不同微波時間對大蒜揮發(fā)油提取率的影響如圖2所示。

圖2 微波時間對提取效果的影響Fig.2 Effect of microwave time on extraction effect

由圖2可知，隨著微波時間的增加，提取效果越來越好，這是因?yàn)槲⒉ǖ淖饔糜兄诖笏鈸]發(fā)油的提取，但是微波時間超過5 min后，大蒜揮發(fā)油提取的量反而減少，這是由于微波時間過長導(dǎo)致局部過熱，從而使部分大蒜揮發(fā)油揮發(fā)。同時，由于分子極性作用的影響，在微波場中，大蒜揮發(fā)油和極性分子相互作用也可能導(dǎo)致?lián)]發(fā)油有效成分的破壞。因此，最佳微波時間選取5 min為宜，選取4、5、6 min為響應(yīng)面試驗(yàn)水平。

2.1.3 微波功率對提取效果的影響

酶解時間為120 min，微波時間為5 min，不同微波功率對大蒜揮發(fā)油提取率的影響如圖3所示。

圖3 微波功率對提取效果的影響Fig.3 Effect of microwave power on extraction effect

由圖3可知，隨著微波功率的增加，提取效果越來越好，這是因?yàn)槲⒉ǖ淖饔糜兄诖笏鈸]發(fā)油的提取，但是微波功率超過400 W后，大蒜揮發(fā)油提取的量反而減少，這是由于微波功率過大導(dǎo)致局部過熱，從而使部分大蒜揮發(fā)油揮發(fā)。并且，如果微波功率過高，大蒜揮發(fā)油受到極性分子的影響，從而對揮發(fā)油有破壞作用。因此，最佳微波功率選取400 W為宜，選取300、400、500 W為響應(yīng)面試驗(yàn)水平。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)共有17個試驗(yàn)點(diǎn)，其中1～12號為析因試驗(yàn)，13～17號為中心試驗(yàn)，其中析因點(diǎn)為自變量取值在A、B、C所構(gòu)成的四維定點(diǎn)，零點(diǎn)區(qū)域?yàn)橹行狞c(diǎn)，零點(diǎn)試驗(yàn)重復(fù)5次，以估計(jì)試驗(yàn)誤差。試驗(yàn)方案及結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Program and results of RSM test

利用響應(yīng)面7.0軟件對表2的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可建立如下二次回歸方程：Y=+0.56+0.035A+0.046B+0.036C-0.028AB-7.5×10-3AC-1×10-2BC-0.055A2-0.053B2-0.068C2，其中二次多項(xiàng)式的相關(guān)系數(shù)R2=99.25%，R2Adj=98.29%，R2Pred=88.04%。R2Pred的值與R2Adj的值在一致性上是合理的。所以此模型能被用來指導(dǎo)設(shè)計(jì)響應(yīng)面。

2.2.2 響應(yīng)面結(jié)果分析

對二次回歸方程進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)方差分析Table 3 Variance analysis for the developed regression model

從表3可知，回歸模型達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），而誤差項(xiàng)不顯著，說明回歸方程與實(shí)際情況吻合得較好，試驗(yàn)誤差小。因此可用該回歸方程代替試驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。回歸模型各項(xiàng)的方差分析還表明，一次項(xiàng)、二次項(xiàng)、交互項(xiàng)都有較顯著影響，所以響應(yīng)值的變化相當(dāng)復(fù)雜，各個具體試驗(yàn)因素對響應(yīng)值的影響不是簡單的線性關(guān)系，而是呈二次拋物面關(guān)系。回歸模型中作用顯著項(xiàng)是 A、B、C、AB、AC、BC、A2、B2、C2。從各變量顯著性檢驗(yàn)P值的大小，可以看出影響揮發(fā)油提取效果的各因素均極其顯著。

2.2.3 各因素的交互作用

圖4反映了酶解時間與微波時間、微波時間與微波功率、酶解時間與微波功率之間的交互作用。

從圖4中可知，兩因素交互作用由大到小為：酶解時間和微波時間、微波時間和微波功率、微波功率和酶解時間。

2.3 大蒜揮發(fā)油提取工藝的優(yōu)化與驗(yàn)證結(jié)果

圖4 酶解時間、微波時間和微波功率交互影響大蒜揮發(fā)油提取效果的響應(yīng)面圖Fig.4 Response surface of the interaction effects of hydrolysis time，microwave time and microwave power on extraction effect of garlic oil

為進(jìn)一步確定工藝最佳點(diǎn)，用響應(yīng)面7.0軟件進(jìn)行數(shù)值優(yōu)化分析，以獲得最優(yōu)的浸提條件。經(jīng)分析，最適條件值分別為酶解時間126.330 min、微波時間5.360 min、微波功率422.940 W，在此條件下大蒜揮發(fā)油的提取率為0.58%。將提取工藝修正為：酶解時間126 min、微波時間5 min、微波功率430 W。采用修正后的工藝參數(shù)進(jìn)行3次平行驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果測得大蒜揮發(fā)油提取率為0.57%，與模型預(yù)測值相差較小。證明該模型具有一定的可靠性。

3 結(jié)論

微波輔助提取大蒜揮發(fā)油，采用浸提技術(shù)對大蒜揮發(fā)油進(jìn)行提取，通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面分析對提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合實(shí)際可操作性得出較優(yōu)工藝條件為酶解時間126 min、微波時間5 min、微波功率430 W。該條件下的大蒜揮發(fā)油提取得率為0.57%，與模型預(yù)測值接近。

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