超聲波輔助提取大蒜多糖工藝的研究

席椿凱，苗敬芝，2，董玉瑋，2，劉秀平，唐敏敏，李 勇，2

（1.徐州工程學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，江蘇徐州 221018；2.江蘇省食品資源開發(fā)與質(zhì)量安全重點(diǎn)建設(shè)實驗室，江蘇 徐州 221018）

大蒜是一種藥食同源、百合科蔥屬植物蒜的鱗莖[1]。大蒜營養(yǎng)豐富，富含多糖、蛋白質(zhì)、氨基酸、大蒜素、維生素、有機(jī)鍺、有機(jī)硒，以及鈣、磷、鐵等礦物質(zhì)，具有殺菌、抗血栓、降血脂、預(yù)防中風(fēng)和高血壓、保護(hù)肝臟、增強(qiáng)免疫力等功能[2-4]。大蒜多糖是其主要的活性成分之一，具有增強(qiáng)腸道益生菌、協(xié)助消化、抗菌消炎、防治動脈粥樣硬化和預(yù)防衰老等作用[5-6]。

以大蒜為原料，采用超聲波輔助提取大蒜多糖，利用超聲波的空化、剪切作用和機(jī)械振動，能有效加速分子振動和擴(kuò)散，增強(qiáng)了介質(zhì)的穿透力，有利于大蒜多糖的提取[7-8]，通過單因素試驗和響應(yīng)曲面法優(yōu)化大蒜多糖的提取工藝條件，為大蒜產(chǎn)品的開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大蒜，徐州市七里溝農(nóng)貿(mào)市場提供；苯酚、濃硫酸、95%乙醇等均為分析純試劑。

1.2 儀器與設(shè)備

JYD-650 型智能型超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)，上海之信儀器有限公司產(chǎn)品；DHG-9075 型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海慧泰儀器制造有限公司產(chǎn)品；723G 型可見分光光度計，上海分析儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

1.3.1 超聲波法提取大蒜多糖工藝流程

大蒜→去皮、清洗、切片→干燥、粉碎、過篩→取一定量大蒜粉→按料液比加去離子水→超聲→離心→上清液→苯酚-硫酸法測多糖含量。

1.3.2 單因素試驗

（1） 料液比對大蒜多糖得率的影響。超聲功率150 W，超聲時間8 min，探討料液比1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，1∶35 對多糖得率的影響。

（2） 超聲功率對大蒜多糖得率的影響。料液比1∶30，超聲時間8 min，探討超聲功率50，100，150，200，250 W 對多糖得率的影響。

（3） 超聲時間對大蒜多糖得率的影響。料液比1∶30，超聲功率150 W，探討超聲時間4，8，12，16，20 min 對多糖得率的影響。

1.3.3 響應(yīng)曲面法試驗設(shè)計

根據(jù)Box-behnken 試驗設(shè)計原理，采用三因素三水平的響應(yīng)曲面分析法，對大蒜多糖提取條件進(jìn)行優(yōu)化[9]。

響應(yīng)曲面試驗因素與水平設(shè)計見表1。

表1 響應(yīng)曲面試驗因素與水平設(shè)計

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗條件選擇

2.1.1 料液比對大蒜多糖得率的影響

料液比對大蒜多糖得率的影響見圖1。

由圖1 可知，隨著料液比增加大蒜多糖得率增加，當(dāng)料液比1∶30 時，大蒜多糖得率最大為30.81%。繼續(xù)增加料液比，多糖得率下降。料液比增加有利于增加物料和溶劑水的接觸面積，有利于大蒜多糖的浸出，但當(dāng)料液比過大時，溶液中大蒜多糖濃度太低，不利于多糖的溶出。因此，最佳料液比為1∶30。

2.1.2 超聲功率對大蒜多糖得率的影響

超聲功率對大蒜多糖得率的影響見圖2。

由圖2 可知，隨著超聲功率增加大蒜多糖得率提高，當(dāng)超聲功率150 W 時，大蒜多糖的得率最大為28.99%。超聲功率繼續(xù)增加，多糖得率下降。這是由于超聲功率只有達(dá)到一定的強(qiáng)度，才能有效地起到破碎細(xì)胞的作用，過大的超聲功率破壞了多糖的結(jié)構(gòu)，降低了多糖得率。因此，超聲功率為150 W時提取效果最好。

2.1.3 超聲時間對大蒜多糖得率的影響

超聲時間對大蒜多糖得率的影響見圖3。

由圖3 可知，隨著超聲時間的增加，大蒜多糖得率增加，當(dāng)時間增加至8 min 時，多糖得率達(dá)到最大值28.57%，隨后下降。由于超聲波長時間的機(jī)械剪切和空化作用使多糖降解，多糖得率下降。因此，超聲時間為8 min 時大蒜多糖的提取效果最好。

2.2 響應(yīng)曲面法優(yōu)化大蒜多糖提取工藝

2.2.1 響應(yīng)曲面試驗設(shè)計及結(jié)果

采用Box-behnken 試驗，以料液比、超聲功率、超聲時間為變量，以大蒜多糖得率為響應(yīng)值，以-1，0，1 分別代表變量的水平。

響應(yīng)曲面試驗設(shè)計及結(jié)果見表2。

2.2.2 模型的建立與顯著性檢驗

用Design Expert 8.0 軟件對表2 的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸分析，得到大蒜多糖得率對料液比、超聲功率、超聲時間的回歸模型：

回歸模型的方差分析見表3。

由表3 可知，模型p＜0.01，該回歸模型極顯著，失擬項p=0.091 0＞0.05，失擬項檢驗不顯著；模型的決定系數(shù)R2=0.992 3，校正決定系數(shù)R2adj=0.974 6，二者數(shù)值較為接近。表明該回歸方程擬合程度良好，三因素對大蒜多糖得率的影響大小依次為料液比＞超聲時間＞超聲功率。

表3 回歸模型的方差分析

2.2.3 因素間交互作用分析

因素交互作用對大蒜多糖得率影響的響應(yīng)曲面和等高線圖見圖4。

由圖4 可知，圖4（a）、圖4（c） 等高線圖呈橢圓形，故料液比和超聲功率的交互作用、超聲功率和超聲時間的交互作用對大蒜多糖得率的影響較為顯著；圖4（b） 等高線圖接近于圓形，料液比和超聲時間的交互作用對大蒜多糖得率的影響不顯著。

2.2.4 條件優(yōu)化與結(jié)果驗證

根據(jù)建立的回歸模型得到最佳提取條件為料液比1∶30.27，超聲功率150.62 W，超聲時間8.27 min，大蒜多糖得率的預(yù)測值31.61%?？紤]到實際操作的可行性，將提取條件修改為料液比1∶30，超聲功率150 W，超聲時間8 min，以此條件進(jìn)行3 次驗證試驗取平均值，大蒜多糖實測得率為31.48%，與預(yù)測值相差0.13%，實測值與預(yù)測值相近。

3 結(jié)論

通過響應(yīng)曲面法試驗，得到影響大蒜多糖得率各因素主次順序為料液比＞超聲時間＞超聲功率。大蒜多糖最佳提取條件為料液比1∶30，超聲功率150 W，超聲時間8 min，大蒜多糖實測得率為31.48%，與預(yù)測值相差0.13%，存在較好的一致性。采用超聲波輔助提取的大蒜多糖可作為天然的食品添加劑，具有良好的開發(fā)應(yīng)用前景。