超声辅助渗漉法提取大蒜素的工艺优化.pdf

第 37 卷第 3 期2023 年 6 月南华大学学报(自然科学版)Journal of University of South China(Science and Technology)Vol.37 No.3Jun.2023收稿日期:2023-02-19基金项目:湖南省自然科学基金项目(2021JJ30568)作者简介:赵丽梅(1997),女,硕士研究生,主要从事药物有效成分的提取等方面的研究。E-mail:。通信作者:阳鹏飞(1978),男,副教授,硕士生导师,主要从事功能材料的制备等方面的研究。E-mail:877499703 DOI:10.19431/ki.1673-0062.2023.03.012超声辅助渗漉法提取大蒜素的工艺优化赵丽梅1,2,王忠超1,2,何晓霞1,2,阳鹏飞1,2(1.南华大学 化学化工学院,湖南 衡阳 421001;2.南华大学 核工业二三研究所研究生联合培养创新基地,湖南 衡阳 421001)摘 要:为高效提取大蒜素,选用大蒜为原料,乙醇溶液为提取液,采用超声辅助渗漉法进行提取试验。考察了乙醇体积分数、超声时间、乙醇用量三个因素对大蒜素提取率的影响。选用响应面法,基于单因素试验探究的结果,优化大蒜素的提取工艺条件。结果表明:10 g 蒜泥在40 超声酶解30 min 后,加入20 mL 体积分数为65%的乙醇超声 55 min,经 165 mL 体积分数为 65%的乙醇溶液渗漉提取,大蒜素提取效果最佳,得率为 0.439 mg/g。关键词:超声辅助;渗漉法;大蒜素;工艺优化中图分类号:TS264.3文献标志码:A文章编号:1673-0062(2023)03-0081-10Optimization of Extraction Process of Allicin by UltrasonicAssisted PercolationZHAO Limei1,2,WANG Zhongchao1,2,HE Xiaoxia1,2,YANG Pengfei1,2(1.School of Chemistry and Chemical Engineering,University of South China,Hengyang,Hunan 421001,China;2.Joint Training Base for Postgraduate Students of University ofSouth China-230 Institute of Nuclear Industry,University of South China,Hengyang,Hunan 421001,China)Abstract:In order to efficiently extract allicin,garlic was used as the raw material andethanol solution as the extraction solution.Ultrasound assisted infiltration method was usedfor extraction experiments.The effects of ethanol volume fraction,ultrasound time,andethanol dosage on the extraction rate of allicin were investigated.Response surface meth-odology was used to optimize the extraction process conditions of allicin based on the18第37 卷第3 期南华大学学报(自然科学版)2023 年 6 月results of single factor experiments.The results showed that after 10 g of garlic puree wasenzymatically hydrolyzed at 40 for 30 minutes,20 mL of 65%ethanol was added for 55minutes,and 165 mL of 65%ethanol solution was leached for extraction.The best extrac-tion effect of allicin was achieved,with a yield of 0.439 mg/g.key words:ultrasound assisted;percolation method;allicin;process optimization0 引 言随着时代的发展,人民生活水平的日益提高,人们对健康问题的关注也越来越多,而对健康有益的产品也逐渐成为全世界的焦点。现代医学研究表明,大蒜具有抑菌、降血脂、抗肿瘤、抗衰老、提高机体免疫力等多种功效,在医药保健品领域作为一种食品与医药兼用的植物,发展潜力巨大1。近几年来,以种植面积大、产量高为特点的大蒜种植加工业发展迅速2。因此,发展大蒜深加工、精加工,可以促进发挥好我国地方资源优势,有助于解决农民的增产增收问题3。大蒜的主要功能成分是大蒜素和其他含硫化合物,但新鲜的大蒜中并不含有生物活性物质大蒜素。该状态下大蒜素以不稳定的蒜氨酸形式存在4。在大蒜内源性蒜氨酸酶的催化下,蒜氨酸在大蒜破碎时被分解为大蒜素。当细胞处于完整状态时,底物和蒜氨酶是分开的。细胞质中含有蒜氨酸及其亚砜化合物,而蒜氨酸酶存在于液泡中5。当大蒜碎裂后,蒜氨酸酶与蒜氨酸发生化学反应,生成氨气、丙酮酸和大蒜素等多种物质。大蒜素是大蒜的有效成分之一,具有去屑、止痒、预防神经痛、抗辐射、抗氧化、抗衰老、防治蚊虫叮咬、防御感冒等医疗保健功效6。人体衰老病变的元凶是自由基,大蒜素还能有效地清除一些自由基7。此外,大蒜素在农业上可作为驱虫剂、杀菌剂,在饲料、食品、医药等方面也有应用,应用领域极其广泛8-10。关于大蒜素提取工艺主要涉及水蒸汽蒸馏法、溶剂萃取法、超临界二氧化碳萃取法等工艺11-13。其中,水蒸气蒸馏法虽然装置简单、成本低廉,但会使目标产物大蒜素在较高的提取温度下分解,从而导致提速率不高。有机溶剂萃取法无需加压或蒸馏,耗能较少,但由于有机溶剂的残留问题,容易引入杂质。超临界 CO2流体萃取技术采用 CO2作为萃取介质,使溶质更好地与溶剂分离,具有极高的萃取效率,是一种新型的提取与分离技术14。该技术适用于热敏性及可氧化类物质的提取,制成品无残留毒性,特别适用于制药和食品行业。然而,该方法存在设备成本高、装卸工作复杂等问题。由于大蒜素分子中的二硫键不稳定,导致大蒜素极易分解,一定温度下生成为多种硫化合物15。使得大蒜制品中大蒜素的含量大大降低,从而影响大蒜制品的保健效果。渗漉法是在渗漉筒中放入适量粉碎的药材,将一定量的溶剂从渗漉装置中连续滴入,溶剂不断渗入药材层,并在向下流动的过程中浸出有效成分的方法16。该方法为动态浸出法。在这个过程中,溶剂的利用率非常高,且浸出液可以直接被收集到。其优点是设备简单,操作方便,对药材具有广泛的适用性,尤其适用对热不稳定成分的有效提取。超声波产生的空化作用可以破坏大蒜组织的细胞壁,让细胞壁失去支持与保护的作用,进而使大蒜组织细胞内的成分释放到溶剂中,从而获得更好的提取效果17。如果能结合渗漉法和超声波这两者的优势,将有利于大蒜制品中大蒜素的提取。1 实验部分1.1 试剂与仪器大蒜(市售);丙酮酸钠(质量分数为 99%);三氯乙酸、2,4-二硝基苯肼、分析纯(上海麦克林生化科技有限公司);盐酸、氢氧化钠、无水乙醇,分析纯(上海麦克林生化科技有限公司);去离子水(实验室自制)。RE-52AA 型旋转蒸发器(上海亚荣生化仪器厂)、SHZ-D()型循环水式多用真空泵(上海力辰邦西仪器科技有限公司)、FA2004 型电子天平(上海舜宇恒平科学仪器有限公司)、T2602S 型双光束紫外可见分光光度计(上海佑科仪器仪表有限公司)、KQ2200DE 型超声波清洗器(昆山美美超声仪器有限公司)、力辰牌 C20 型玻璃仪器气流烘干器(邦西仪器科技(上海)有限公司)、渗漉筒(泰兴市博泰实验仪器厂)。1.2 实验方法1.2.1 大蒜素的提取方法提取流程如图 1 所示。28第37 卷第3 期赵丽梅等:超声辅助渗漉法提取大蒜素的工艺优化2023 年 6 月图 1 提取大蒜素的流程图Fig.1 Flow chart of allicin extraction1.2.1.1 乙醇体积分数对提取大蒜素的作用精确称取蒜泥 10 g,在 40 下,超声辅助酶解 30 min18,加入一定体积分数的乙醇溶液20 mL(55%、65%、75%、85%、95%),继续超声15 min,过滤后得到滤液,用相应体积分数的乙醇溶液60 mL 对滤渣进行渗漉,滤液与渗漉液混匀,在 55,0.1 MPa,75 r/min 条件下旋蒸处理19。旋蒸后用质量分数为 8%的三氯乙酸定容至100 mL,取 1 mL 定容后的溶液稀释 10 倍,取1 mL 稀释液,先加 2 mL 质量分数为 8%三氯乙酸,再加 1 mL 质量分数为 0.1%的 2,4-二硝基苯肼,摇匀,最后加入5 mL 1.5 mol/L 的氢氧化钠溶液,摇匀显色,静置 10 min,在紫外分光光度计520 nm 波 长 下 测 定 吸 光 度,换 算 大 蒜 素 得率20-22,每个样品重复 3 组,求得率的平均值。1.2.1.2 超声时间对提取大蒜素的作用工艺路线如同 1.2.1.1,除乙醇体积分数和超声时间外,其他条件和工艺路线不变。加入20 mL 体积分数为 75%(单因素试验下最佳乙醇体积分数)的乙醇溶液后,改变超声时间,分别为15、25、35、45 和 55 min,考察超声时间对大蒜素提取的影响。1.2.1.3 乙醇用量对提取大蒜素的作用工艺路线如同 1.2.1.1,除乙醇用量外,其他条件和工艺路线不变。加入 20 mL 体积分数为75%的乙醇溶液,超声55 min(单因素试验下最佳超声时间),过滤后滤渣用一定体积(60、100、140、180 和220 mL)的乙醇溶液渗漉,考察乙醇用量对大蒜素提取的影响。1.2.2 大蒜素的检测方法1.2.2.1丙酮酸标准溶液的制备及标准曲线的绘制称取丙酮酸钠 7.5 mg,用质量分数为 8%的三氯乙酸溶解后,在 100 mL 容量瓶中定容量,制成 60 g/mL 的丙酮酸原液。表 1 不同质量浓度丙酮酸标准液的制备Table 1 Preparation of pyruvic acid standard solutionwith different mass concentrations试管号123456丙酮酸原液量/mL00.61.21.82.43.0质量分数为 8%的三氯乙酸量/mL3.02.41.81.20.60丙酮酸质量浓度/(gmL-1)01224364860将 1 mL 质量分数为 0.1%2,4-二硝基苯肼加入上述试管中,将其摇匀,加入 5 mL 1.5 mol/L的氢氧化钠溶液,摇匀,显色,静置 10 min,然后在520 nm 波长下比色,画出标准曲线,可得线性回归方程 y=0.038 9x+0.014 6,R2=0.999 5,丙酮酸标准曲线如图 2 所示。图 2 丙酮酸标准曲线Fig.2 Standard curve of pyruvate38第37 卷第3 期南华大学学报(自然科学版)2023 年 6 月1.2.2.2 大蒜素质量浓度的测定用质量分数为 8%的三氯乙酸溶液将旋蒸过的样品定容至 100 mL 容量瓶中,取 1 mL 定容后的溶液置于烧杯中,并稀释 10 倍。取 10 支试管编号,1 号试管作为空白组加入 3 mL 质量分数为8%的三氯乙酸溶液,其余试管分为 3 组,每组试管加入相应样品稀释后的大蒜素溶液