微波辅助提取大蒜挥发油的研究

郭晓宇

（吉林工程职业学院，吉林四平136001）

大蒜挥发油具有大蒜独特的强烈的香味，在国外广泛应用于软饮料、冰淇淋、糖果、调味料、烘烤食品和肉类[1]；在药理作用这方面，临床显示大蒜挥发油具有抗菌消炎、抗血凝、降血脂和预防动脉粥样硬化的良好功效。

近十五年来，兴起了一些新的技术，如超声波萃取[2]、超临界流体萃取[3-5]、超声波-微波协同萃取以及微波辅助提取等高新技术已经被广泛应用于油脂的提取过程中[6-8]。这些新技术有不少优点，比如具有产率高、纯度高、提取速度快等优点。在这些提取新技术中，微波诱导萃取（Microwave-Assisted Extraction，MAE）近年来在物质成分提取中的应用中受到国内外同行的广泛关注[9-10]。

本文在溶剂提取的工艺基础上，采用微波辅助固相微萃取法对大蒜挥发油进行提取，优化提取工艺，从而为大蒜挥发油提取提供可靠的依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

大蒜：市购（产地：吉林）。

挥发油提取器：南京晚晴玻璃仪器厂；旋转蒸发仪RE-52A：上海亚荣生化仪器厂；微波炉D8023CTLK4：佛山格兰仕微波炉电器有限责任公司。

1.2 方法

1.2.1 提取方法

1.2.1.1 提取工艺流程

大蒜→去皮→磨碎→微波照射→加入提取剂→加热保温→收集挥发油

1.2.1.2 提取操作方法

取一定量大蒜，去皮，精确称量后加水磨碎，浸泡一定时间，微波照射一定时间，放入 1000 mL圆底烧瓶中，加入少量玻璃珠，连接挥发油测定器与回流冷凝管，自冷凝管上端加水使充满挥发油测定器的刻度部分，并溢流入烧瓶时为止，再加入3 mL正己烷，将烧瓶置电热套中加热至沸，调温并保持微沸一定时间，停止加热，放置片刻，开启测定器下端活塞将水缓缓放出，收集挥发油，无水硫酸钠脱水，50℃水浴挥去正己烷，得到淡黄色挥发油，采用SPME提取后准确称量，计算提取率。

挥发油提取率/%=大蒜中挥发油含量/大蒜质量×100

1.2.2 单因素试验

根据相关资料[11]，选用酶解时间、微波时间、微波功率作为考察因子，以提取率为指标进行实验设计。

1.2.3 响应面试验

选取酶解时间（A）、微波时间（B）、微波功率（C）作为考察变量，提取率（Y）为响应值，利用响应曲面分析法优化提取工艺。试验设计因素水平见表1。

表1 响应面试验因素水平表Table 1 Factors and levels of RAS test

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

以正己烷为浸提溶剂，蒸馏时间60 min，料液比1∶3，酶解温度30℃的条件下，分析酶解时间、微波时间、微波功率3个因素对大蒜挥发油提取效果的影响。

2.1.1 酶解时间对提取效果的影响

微波时间为5 min，微波功率为400 W，不同酶解时间对大蒜挥发油提取率的影响如图1所示。

图1 酶解时间对提取效果的影响Fig.1 Effect of hydrolysis time on extraction effect

由图1可得，酶解时间越长，提取效果越好，是因为大蒜破碎后蒜氨酸与蒜氨酸酶接触，时间越长酶解越充分，所得的挥发油越多，但酶解时间超过90 min后抑菌效果增长缓慢，到120 min时达到最大值，这可能是由于挥发油中一些易挥发性成分损失所致。因此，酶解时间也不是越长越好。最佳酶解时间选取120min为宜，选取90、120、150 min为响应面试验水平。

2.1.2 微波时间对提取效果的影响

酶解时间为120 min，微波功率为400 W，不同微波时间对大蒜挥发油提取率的影响如图2所示。

图2 微波时间对提取效果的影响Fig.2 Effect of microwave time on extraction effect

由图2可知，随着微波时间的增加，提取效果越来越好，这是因为微波的作用有助于大蒜挥发油的提取，但是微波时间超过5 min后，大蒜挥发油提取的量反而减少，这是由于微波时间过长导致局部过热，从而使部分大蒜挥发油挥发。同时，由于分子极性作用的影响，在微波场中，大蒜挥发油和极性分子相互作用也可能导致挥发油有效成分的破坏。因此，最佳微波时间选取5 min为宜，选取4、5、6 min为响应面试验水平。

2.1.3 微波功率对提取效果的影响

酶解时间为120 min，微波时间为5 min，不同微波功率对大蒜挥发油提取率的影响如图3所示。

图3 微波功率对提取效果的影响Fig.3 Effect of microwave power on extraction effect

由图3可知，随着微波功率的增加，提取效果越来越好，这是因为微波的作用有助于大蒜挥发油的提取，但是微波功率超过400 W后，大蒜挥发油提取的量反而减少，这是由于微波功率过大导致局部过热，从而使部分大蒜挥发油挥发。并且，如果微波功率过高，大蒜挥发油受到极性分子的影响，从而对挥发油有破坏作用。因此，最佳微波功率选取400 W为宜，选取300、400、500 W为响应面试验水平。

2.2 响应面试验结果

2.2.1 响应面实验设计

本试验共有17个试验点，其中1～12号为析因试验，13～17号为中心试验，其中析因点为自变量取值在A、B、C所构成的四维定点，零点区域为中心点，零点试验重复5次，以估计试验误差。试验方案及结果见表2。

表2 响应面试验设计及结果Table 2 Program and results of RSM test

利用响应面7.0软件对表2的结果进行统计分析，可建立如下二次回归方程：Y=+0.56+0.035A+0.046B+0.036C-0.028AB-7.5×10-3AC-1×10-2BC-0.055A2-0.053B2-0.068C2，其中二次多项式的相关系数R2=99.25%，R2Adj=98.29%，R2Pred=88.04%。R2Pred的值与R2Adj的值在一致性上是合理的。所以此模型能被用来指导设计响应面。

2.2.2 响应面结果分析

对二次回归方程进行方差分析，结果见表3。

表3 响应面试验方差分析Table 3 Variance analysis for the developed regression model

从表3可知，回归模型达到极显著水平（P＜0.01），而误差项不显著，说明回归方程与实际情况吻合得较好，试验误差小。因此可用该回归方程代替试验真实点对试验结果进行分析。回归模型各项的方差分析还表明，一次项、二次项、交互项都有较显著影响，所以响应值的变化相当复杂，各个具体试验因素对响应值的影响不是简单的线性关系，而是呈二次抛物面关系。回归模型中作用显著项是 A、B、C、AB、AC、BC、A2、B2、C2。从各变量显著性检验P值的大小，可以看出影响挥发油提取效果的各因素均极其显著。

2.2.3 各因素的交互作用

图4反映了酶解时间与微波时间、微波时间与微波功率、酶解时间与微波功率之间的交互作用。

从图4中可知，两因素交互作用由大到小为：酶解时间和微波时间、微波时间和微波功率、微波功率和酶解时间。

2.3 大蒜挥发油提取工艺的优化与验证结果

图4 酶解时间、微波时间和微波功率交互影响大蒜挥发油提取效果的响应面图Fig.4 Response surface of the interaction effects of hydrolysis time，microwave time and microwave power on extraction effect of garlic oil

为进一步确定工艺最佳点，用响应面7.0软件进行数值优化分析，以获得最优的浸提条件。经分析，最适条件值分别为酶解时间126.330 min、微波时间5.360 min、微波功率422.940 W，在此条件下大蒜挥发油的提取率为0.58%。将提取工艺修正为：酶解时间126 min、微波时间5 min、微波功率430 W。采用修正后的工艺参数进行3次平行验证试验，试验结果测得大蒜挥发油提取率为0.57%，与模型预测值相差较小。证明该模型具有一定的可靠性。

3 结论

微波辅助提取大蒜挥发油，采用浸提技术对大蒜挥发油进行提取，通过单因素试验和响应面分析对提取工艺进行优化，结合实际可操作性得出较优工艺条件为酶解时间126 min、微波时间5 min、微波功率430 W。该条件下的大蒜挥发油提取得率为0.57%，与模型预测值接近。

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