大蒜油HP-β-CD包合物超声波法制备工艺的研究

周振华 王文渊 骆 航

湖南省永州职业技术学院药学系，湖南永州 425100

大蒜是一种经典的保健性植物，具有营养物质丰富，生物活性广泛等优势。随着经济社会的发展和人民生活水平的提高，市场对无毒无害的天然保健品有着巨大的需求，受到越来越多人们的关注。在中国，大蒜药用具有数千年的历史[1]，《本草纲目》中就记载：大蒜“连五脏，通诸窍，降寒湿，杀邪恶，去痈肿”，有“天然抗生素”之称。现代科技研究也证实：大蒜具有杀菌、治疗高血压、高脂血症、抗炎、预防和治疗癌症、提高免疫力、预防和治疗艾滋病等功效[2]。但大蒜主要成分大蒜油有强烈的臭味，会刺激胃及小肠，并且容易挥发、难溶于水、极易损失掉，在制剂生产和储存必须特殊注意，患者服用时也极不方便。

我们研究先将大蒜油粗品经分子蒸馏精制纯化，然后借助超声法将其包含于具有环状中空结构的羟丙基-β-环糊精（HP-β-CD）中制成水溶性包合物。HP-β-CD是由β-环糊精（β-CD）和环氧丙烷缩合而成的一类羟烷基化亲水性衍生物[3]，羟丙基的存在断开了β-CD 分子内的氢键，改变了β-CD 原先的结构，使其水溶性大大提高，安全性更强，甚至可用于静脉注射。最后再采用正交法，利用大蒜油包合物产率和包油率为评价参数[4-5]，筛选大蒜油HP-β-CD包合物的最佳包合工艺条件，如下所述。

1 材料与仪器

1.1 材料

HP-β-CD（上海高鸣化工有限公司，纯度99.8%）；大蒜精油（粗大蒜油经分子蒸馏纯化后而来，平均纯度86.12%）；无水乙醇（湖南汇虹试剂有限公司，纯度99.1%）；纯化水（自制）。

1.2 仪器

超声波清洗仪（广东固特超声股份有限公司，VGT-1990QT型）；分子蒸馏装置（上海德大天壹化工设备有限公司）；精密型电热恒温鼓风干燥箱（北京傲松欣设备有限公司，DHG-9030A型）；全自动电热控温水浴锅（上海申顺科技股份有限公司，W-501A型）；家用电冰箱（容声集团）；挥发油提取器（湖南祁阳玻璃仪器厂）。

表1 因素水平表

2 方法

2.1 大蒜油的精制

将购买回的粗大蒜油加入无水乙醇中混合均匀，再置于-15℃冰箱中24h[6]。然后将粗大蒜油中树脂物质通过离心分离，过滤，滤液以分子蒸馏法精制纯化[7]，纯化工艺条件确定为蒸馏温度50℃、压力150Pa、进料速度1.5g/min、刮膜转速 200r/min。取样7份纯化后的大蒜精油，经检测平均纯度为86.12%，最后将精制的大蒜油密闭，阴凉处保存，备用。

2.2 影响因素设计

超声波法制备大蒜油HP-β-CD包合物的最佳配方和工艺利用正交试验来设计，通过前期预实验和相关文献报道，选择四个考察因素即超声波超声功率、包合温度、超声时间及HP-β-CD与大蒜精油投料比[8-9]， 每个因素3个水平的试验方案。因素水平见表1。

2.3 大蒜油HP-β-CD包合物经超声法制备工艺

取规定量经分子蒸馏纯化的大蒜精油，等分成九份。按表1采用 L9（34）正交表进行试验。即：将规定量HP-β-CD溶解在纯化水中制成5%的饱和溶液[10]。用10mL乙醇稀释每份大蒜油后，加入到饱和的HP-β-CD水溶液中，用搅拌器连续搅拌。使用测试的温度和功率制备大蒜油混合物使其被超声包合，然后将制备好的混悬液在5℃冰箱中冷藏12h。接下来用真空泵抽滤，无水乙醇洗涤4次直至表面干净，滤渣于40℃电热恒温鼓风干燥箱中干燥，取出固体研细，即得大蒜油HP-β-CD包合物。

2.4 评价参数的测定

精密称取干燥大蒜油HP-β-CD包合物并置于已有1000mL纯化水的圆底烧瓶中，内部放入沸石，然后安装和调试挥发油提取器，蒸馏提取2.5h。再在室温下静止1h后，待油色稳定后计数，然后得出包合物中的实际含油率[11]。

利用以下方法求得包油率及包合物产率：

包油率=HP-β-CD包合物中大蒜油重量（g）/投入大蒜油重量（g）×100%

包合物产率=HP-β-CD包合物重量（g）/（大蒜油重量+HP-β-CD重量（g））×100%

HP-β-CD包合物中包油率大，包含的大蒜油量就越多，代表这种超声工艺优越，因此选择包油率作为筛选工艺的主要考察对象。在所有原料投量不变的情况下，HP-β-CD包合物产率越高则成本越低，越经济，效益越优，因此筛选工艺的次要考察对象选择包合物产率[12]。最后将两项指标按照“三七比例”综合求和来进行结果评定，即：

综合值=包油率（%）×70%+包合物产率（%）×30%

3 结果

3.1 正交试验结果与分析

大蒜油HP-β-CD包合物的包合工艺条件筛选的数理统计结果见表2，通过极差分析和方差分析[13]，发现对HP-β-CD的包合效果具有显著性影响（P＜0.05）的是HP-β-CD与大蒜油的投料比，而对包合综合值在考察的范围内影响不显著（P＞0.05）的是超声功率、包合温度和超声时间。最终对包合效果的影响顺序为：D＞A＞B＞C，即HP-β-CD与油投料比＞超声功率＞包合温度＞超声时间。结果分析得出最佳制备工艺条件为A2B1C1D2，即：210W的超声功率、35℃的包合温度、30min的超声时间、7∶1的HP-β-CD和大蒜油投料比。

3.2 验证试验

我们按照超声功率210W、包合温度35℃、超声时间30min、HP-β-CD与大蒜油投料比7：1的工艺条件下，制备了三批成品大蒜油HP-β-CD包合物进行对照实验，最终制备的成品HP-β-CD包合物中平均包油率为78.6%，平均产率能达70.7%，数值均超过正交试验中包油率的最大值73.2%和产率的最大值69.7%，具体数据见下表3。

表2 正交试验结果

表3 验证实验

4 讨论

利用薄层色谱展开产品后显示，从HP-β-CD包合物中回收的大蒜油与未进行过包合的大蒜油斑点一致，大蒜油HP-β-CD包合物和HP-β-CD空白样无斑点出现，说明包合物是由HP-β-CD包含了大蒜油而形成的，并且包合前后大蒜油成分无变化。在显微镜下观察空白HP-β-CD与大蒜油HP-β-CD包合物，空白HP-β-CD粉末为中空结构，大蒜油HP-β-CD包合物为粉末样，中间无空心，形成了实心包合物，代表HP-β-CD的空穴结构内已经包含了大蒜油。

本研究通过前期预实验和相关文献报道选择以下四因素进行考察，即：超声功率、包合温度、超声时间及HP-β-CD与大蒜油投料比[14]，通过正交试验确定超声波法制备HP-β-CD大蒜油包合物的最佳工艺为：超声功率210W、包合温度35℃、超声时间30min、HP-β-CD与大蒜油投料比7：1。

我们采用超声波法制备HP-β-CD包合物，利用了超声振荡的空化作用，使大蒜油在振荡力的作用下充分进入HP-β-CD结构内，比搅拌这种机械包合受力均匀又持续，包油率高且能形成完整包合物[15]。而且超声波法制备HP-β-CD包合物快速、简便、经济，最终包合物的不良气味较原品明显减弱，刺激性减少，溶解度、包合率和产率提高，便于其在食品加工、医药保健、化妆品和畜禽养殖中的应用和产业化推广。带动我国大蒜产业向精细化和高附加值方向发展，为广大蒜农提高经济收益，推动整个产业发展，直接服务于“三农”。