β-环糊精辅助制备脱臭速溶大蒜粉

田亚超，袁超*，刘祎祯，潘迎

(1.齐鲁工业大学 食品科学与工程学院，济南 250353；2.道中道(山东)生物科技工程有限公司，山东 菏泽 274000)

蒜是百合科一年生或二年生草本植物，幼株、鳞茎、蒜薹可供食用，口味辛辣[1-2]。大蒜是我国最为常见的调味品，具有提味、去腥、解腻的效果。大蒜营养价值丰富、风味独特，主要食用部分为大蒜鳞茎[3]。大蒜素是天然存在于大蒜鳞茎中的三硫代烯丙醚类化合物，是大蒜食疗价值的主要功效成分。大蒜素是多种硫醚化合物的混合物，主要挥发性成分包括甲基烯丙基硫醚、二烯丙基二硫醚等，具有消毒杀菌及抗病毒的作用，研究证明大蒜素也对降低血胆固醇、脂蛋白和抗肿瘤等有良好功效[4]。

随着生活水平的提高，人们对健康越来越重视。大蒜及大蒜制品作为具有重要食疗价值的食品越来越受到人们的关注。大蒜特殊的蒜臭味很大程度上影响了大蒜及大蒜制品的消费。环糊精(CDs)通常是使用环糊精糖基转移酶通过酶促过程由淀粉或淀粉衍生物生产的[5]。CDs具有良好的生物相容性和无毒性[6]。β-CD是由7个葡萄糖残基通过α-1,4糖苷键连接而成的环状低聚糖，其内部为疏水性空腔，外部为亲水性表面[7]。由于β-CD外缘亲水，内部疏水，因此β-CD可以有选择性地结合有机物和无机物[8-9]。β-CD广泛应用于掩盖不良风味、保持风味稳定、保护敏感成分、提高生物利用度和生物相容性等方面[10-11]。利用β-CD对不良风味的掩盖功能对蒜臭味进行掩盖，利用其对敏感成分的保护功能对大蒜素进行保护，辅助制备脱臭速溶蒜粉具有很好的研究与应用价值。本文以富硒鲜蒜为主要原料，以β-CD为辅料，采用湿法工艺制备脱臭速溶蒜粉，并通过红外光谱仪、XRD、GC/MS对脱臭速溶蒜粉的结构和成分进行表征[12-14]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

富硒鲜蒜：菏泽市道中道生物科技有限公司；β-CD：上海源叶生物技术有限公司；正己烷等其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

IFS-55傅里叶红外光谱分析仪 瑞士Bruker公司；Ultima IV理学X射线衍射仪 日本Rigaku公司；7890B/5977A气相色谱-质谱联用仪 美国Agilent公司；FD-1-50真空冷冻干燥机 北京博医康实验仪器有限公司；JA2003电子分析天平 上海舜宇恒平科学仪器有限公司；PGJ-10-AS(超)纯水机 武汉品冠仪器设备有限公司。

1.3 方法

1.3.1 溶液的制备

称取一定量的β-CD移入具塞锥形瓶中，加入合适比例的去离子水，在70 ℃水浴加热15 min的条件下，制备成2%的β-CD水溶液，冷却至室温后作为样品组备用。空白组加入等质量的去离子水，在相同的条件下进行处理，冷却至室温后备用。

1.3.2 脱臭速溶蒜粉的制备

向冷却至室温的两组溶液中，分别加入相同重量的使用新鲜大蒜制成的大蒜干粉。为了将蒜粉中的大蒜素等活性成分分离出来，使用破壁机将混合液进行破壁处理，而后使用超声处理器超声处理10 min。处理结束后，充入惰性气体进行保护，在室温下水浴磁力搅拌72 h。

搅拌结束，将两组混合液倒入不同的培养皿中，使用保鲜膜密封并做好标记。将含有蒜粉溶液的培养皿放入冰箱中冷冻，待溶液完全凝固成固体后，在保鲜膜上扎上合适数量的小孔，将两组样品都放入真空冷冻干燥机中进行48 h冷冻干燥处理。真空冷冻干燥结束后，从培养皿中取出样品和对照，粉碎后装入样品袋中，做好标记，放入干燥器中备用。

1.3.3 蒜粉和脱臭速溶蒜粉中提取大蒜素

称取一定量冷冻干燥制备的蒜粉和脱臭速溶蒜粉，移入具塞锥形瓶中，加入适量正己烷，通过超微粉碎仪进行超微粉碎处理，工作10 s，间歇10 s，重复3次。处理结束后，在室温下磁力搅拌3 h；搅拌完毕，使用离心机在3500 r/min的条件下离心处理10 min，分离上清液和沉淀，沉淀物加入等量正己烷重提取1次[15]，合并两次滤液即得到含有大蒜素的正己烷提取液。

1.3.4 X射线衍射分析

取适量β-CD、冷冻干燥制备的普通蒜粉和脱臭速溶蒜粉，装入样品盛放片，轻轻压紧刮平，放入XRD设备样品台，在给定条件下进行分析。分析条件：室温，Cu靶(Kα射线)，扫描电压40 kV，电流40 mA，扫描速率2°/min[16]，扫描范围4°～60°。

1.3.5 红外光谱分析

称取150 mg溴化钾，在玛瑙研钵中充分研磨后，制成溴化钾空白压片，用作背景扫描。分别称取1 mg左右的β-CD、普通蒜粉和脱臭速溶蒜粉，加入约100 mg溴化钾，在玛瑙研钵中充分研磨后制成压片。将制备好的压片放入红外光谱仪中，在4000～400 cm-1波长范围内进行扫描。

1.3.6 GC/MS分析

样品前处理：在GC/MS分析进样前，将含有大蒜素的正己烷提取液的紫外吸光度调节至1以下，然后使用0.22 μm的滤膜过滤调节后的含有大蒜素的正己烷提取液。

GC条件：色谱柱为HP-5MS弹性石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，载气为高纯氦气(99.999%)，流速为1 mL/min，分流比为5∶1，进样口温度为280 ℃，柱初温40 ℃，保持2 min，以4 ℃/min升温至80 ℃，保持2 min，以5 ℃/min升温至145 ℃，保持2 min，以20 ℃/min升温至250 ℃，保持1 min；进样量1 μL。

MS条件：EI电子源，电子能量70 eV，离子源温度230 ℃，接口温度280 ℃，扫描质量范围30～450 amu，3.4 scan/s，溶剂解延迟5 min。

2 结果与分析

2.1 冷冻干燥后样品对比

蒜粉中含有大蒜素、脂肪、蛋白质、多糖、低聚糖等多种成分，大蒜素是大蒜及蒜粉中最具价值和潜力的活性成分，但同时大蒜素也是产生蒜臭味最主要的原因。由图1可知，未添加环糊精的蒜粉制品，在冷冻干燥后颜色为暗黄色，表面粗糙，可以看到明显的油性物质，在粉碎过程中，极易粘结成块，并且具有强烈的蒜臭味，严重阻碍了大蒜粉制品的推广和应用。而添加了2% β-CD的蒜粉样品，在冷冻干燥后得到了絮状固体样品，颜色为奶白色，表面光滑细腻，蒜臭味得到了极大的改善。蒜粉中的大蒜油、大蒜素等成分可以和β-CD结合形成复合物，蒜粉原有的由大蒜素产生的蒜臭味被β-CD掩盖，表面油腻粗糙的现象也得到了改善。实验结果证实β-CD在掩盖不良风味方面具有优异的功能。

图1 冷冻干燥制备的蒜粉Fig.1 The garlic powder prepared by freeze-drying method

2.2 红外光谱分析

图2 β-CD(a)、蒜粉(b)、脱臭速溶蒜粉(c)的红外光谱图Fig.2 The infrared spectrograms of β-CD (a), garlic powder (b),deodorized instant garlic powder (c)

由图2中a可知，波数为3391 cm-1的吸收峰是-OH伸缩振动峰，波数为2929 cm-1的吸收峰为-CH3和-CH2伸缩振动峰，波数1157 cm-1处为C-O-C伸缩振动峰，波数948 cm-1处为α-1，4键的骨架振动峰，实验结果和徐永群、汤俊明等所得结果相似[17]。由图2中c可知，β-CD在1157 cm-1处的特征吸收峰在脱臭蒜粉中消失；蒜粉在波数为2930，1408，1028，580 cm-1处的特征吸收峰在脱臭蒜粉中消失或者被削弱，表明蒜粉中的大蒜素等含硫物质进入β-CD的疏水内腔中，形成了复合物。大蒜素是大蒜中产生蒜臭味的主要物质，这些物质进入β-CD空腔中，蒜臭味得到改善，这是形成脱臭速溶蒜粉的主要原因。

2.3 XRD分析

由图3中a可知，β-CD具有许多强度很大的吸收峰，且为典型的结晶结构。蒜粉是由多种复杂的成分组成的。由图3中b可知，没有明显的吸收峰，在XRD衍射图中表现出明显的非晶结构。由图3中c可知，蒜粉成分复杂，大多数成分都不能进入β-CD的空腔内，但当蒜粉中的大蒜素等脂溶性成分析出后会进入β-CD的疏水内腔，与之结合后形成β-CD-大蒜素复合物，β-CD原本具有的强度极大的吸收峰被破坏或者大大削弱，因此形成的脱臭速溶蒜粉的XRD衍射图在总体上看仍然为非晶结构。但由于蒜粉中析出的大蒜辣素、大蒜新素等油溶性成分进入了β-CD的疏水空腔内，脱臭蒜粉在6.1°、12.1°、17.4°等位置出现了新的结晶峰，这一结果证明β-CD和蒜粉中的大蒜素等脂溶性成分形成了复合物。

图3 β-CD(a)、蒜粉(b)、脱臭速溶蒜粉(c)的XRD衍射图Fig.3 The XRD diffraction figures of β-CD (a), garlic powder (b),deodorized instant garlic powder (c)

2.4 GC/MS分析

由表1可知，蒜粉大蒜素提取液主要成分为二烯丙基硫醚、烯丙基甲基二硫醚、二烯丙基二硫醚、3-甲基-3H-1,2二硫、甲基烯丙基三硫醚、3-乙烯基-1，2-二硫代环己基-4-烯、苯甲酰异硫腈酸酯等。烯丙基硫醚是蒜粉中主要的活性成分，也是大蒜素的重要组成成分。添加2% β-CD的脱臭速溶蒜粉提取液主要活性成分和普通蒜粉提取液大体相同。但与普通蒜粉提取液相比，脱臭速溶蒜粉提取液中二烯丙基二硫醚相对质量分数由25.26%提升至50.73%，烯丙基甲基二硫醚相对质量分数由9.94%提升至30.45%。实验结果证明β-CD对于易于挥发的活性成分具有极好的保护作用，β-CD辅助制备的脱臭速溶蒜粉不仅可以改善蒜粉的风味，还可以保留蒜粉的主要功能性成分。

表1 蒜粉和脱臭蒜粉的正己烷提取液主要成分对比Table 1 Comparison of main components of n-hexane extract of garlic powder and deodorized garlic powder

3 结论

研究利用β-CD对于不良食品风味的掩埋作用及对活性成分的保护作用，用饱和水溶液法制备了脱臭速溶蒜粉，大大改善了蒜粉的风味，提高了脱臭速溶蒜粉中功能性成分的相对含量。红外光谱和XRD实验证明β-CD和蒜粉形成了复合结构；GC/MS结果显示：脱臭速溶蒜粉中二烯丙基二硫醚相对质量分数由25.26%提升至50.73%，烯丙基甲基二硫醚相对质量分数由9.94%提升至30.45%。实验验证了β-CD对于不良风味的掩盖作用及对敏感活性成分的保护功能。该研究对改善大蒜及大蒜制品的风味，提高大蒜制品的主要功效成分含量具有重要意义。