超临界二氧化碳法提取大蒜素工艺研究

收稿日期：２００６－ ０９－ ０６ 作者简介：张民（１９７２－ ），男，山东泰安人，博士，副教授，研究方向为食品化学与保健食品。
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Ｎｏ． ３． ２００７
食品科技
工艺技术
取量以高效液相色谱法测定的大蒜素出峰面积表示。
１．３．３ 超临界ＣＯ２提取大蒜素正交实验 根据单因素实 验结果选取正交实验因素水平表，做Ｌ９（３４）正交实验。
中待分离组分含量的减少及溶质随ＣＯ２高温闪蒸挥发 损失效应的累积而使单位时间内的萃取物减少。
２．３ 正交实验结果
表２ 正交实验结果
实验
号
Ａ
因素
Ｂ
Ｃ
大蒜素峰 Ｄ 面积（×１０６）
１
１
１
１
１ １２７４３０７
２
１
２
２
２
６６０９８７
３
１
源自文库
３
３
３
２２３２３６
４
２
１
２
３
１５５４６１
５
２
２
３
１
５２５６８６
６
２
３
１
２
４７７１４６
７
３
１
３
２ １１９２３９６
８
３
２
１
３ ２０４８９５８
９
３
３
２
１ １０９０９５１
ｋ１ ７１９５１０．００ ８７４０５４．６７ １２６６８０３．６７ ９６３６４８．００
ｋ２ ３８６０９７．６７ １０７８５４３．６７ ６３５７９９．６７ ７７６８４３．００
ｋ３ １４４４１０１．６７ ５９７１１１．００ ６４７１０６．００ ８０９２１８．３３
大蒜（Ａｌｌｉｕｍ Ｓａｔｉｖａｍ Ｌ）又名胡蒜、葫，为百合科 葱属植物，在我国已有２０００多年的栽培历史，是城乡 人民喜爱的蔬菜和调味品。研究表明大蒜具有杀虫、 抗菌、抗真菌、预防动脉粥样硬化、降血压、抗风 湿、防治肿瘤、调节机体免疫力、防治艾滋病等作 用［１－ ６］，其中二烯丙基琉代磺酸酯（俗称大蒜素）是主 要的功能成分。本文研究了利用超临界二氧化碳法 提取大蒜素的工艺条件。
在静态萃取时间一定时，动态萃取时间的长短 对萃取率有重要的影响，动态萃取可以不断的补充 新鲜ＣＯ２，并使已溶于ＳＣ－ ＣＯ２中的大蒜素随气流循环 及时通过分离器分离出来，使萃取器中ＳＣ－ ＣＯ２流体
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工艺技术
食品科技
２．４ 超临界ＣＯ２对大蒜素提取率的测定结果 新鲜大蒜中大蒜素的含量为０．３５７％，超临界ＣＯ２
图３ 静态萃取时间对提取效果的影响
静态萃取时间对提取效果的影响结果见图３。萃 取过程中，物料与ＳＣ－ ＣＯ２需保持一定的表观接触时 间。静态萃取可改善ＳＣ－ ＣＯ２与大蒜细胞膜磷脂及细 胞质体的接触，提高互溶效率，也有利于蒜酶与蒜 氨酸的充分作用。由图３可知，在循环时间相同的条 件下，随静态萃取时间的延长，萃取率逐渐升高，而 后又有所降低。这是由于静态萃取时间较短时，ＳＣ－ ＣＯ２与溶质未达到良好的接触，萃取量较少；随静态 萃取时间的延长，传质逐步达到良好状态，单位时 间的萃取量增加，直至达到最大值；但静态萃取时 间过长时，有限的ＣＯ２随着溶解物质的增多，携带物 质的能力下降。
本文探讨了超临界二氧化碳提取大蒜素的工艺 参数，结果表明超临界ＣＯ２ 萃取大蒜素的最佳条件为 萃 取 压 力 ２０ＭＰａ、 萃 取 温 度 ２５℃、 静 态 萃 取 时 间 ７５ｍｉｎ、动态萃取时间４５ｍｉｎ；超临界ＣＯ２对大蒜素的 总萃取率可达６１．２％。
参考文献： ［１］ Ｈｙｕｎ Ｊｕｎｇ Ｋｉｍ， Ｈｙａｎｇ Ｓｏｏｋ Ｃｈｕｎ． Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ
大蒜素的提取率。
２ 结果与分析
２．１ 大蒜素标准品高效液相色谱图及标准曲线
图２为温度对提取效果的影响。由图２可见：压力 为２０ＭＰａ时，大蒜素的萃取率在实验范围内３５℃时最 高，而后随温度升高而持缓下降，因为由温度升高所 引起的ＣＯ２密度降低的幅度大于溶质挥发性增强的幅 度，以及大蒜素等挥发性物质在ＣＯ２的携带下会出现 高温闪蒸现象。另外，高温时萃取物含水较多，易 发生“冰堵”现象，且大蒜素为热敏性物质，高温 下易分解成多种小分子物质，故应考虑采用较低的 温度萃取。
大蒜素含量（％）＝
２３３．２９ ３２．０６×２ ×１００
Ｖ １００
×８０
式中：Ｗ──硫酸钡的质量，ｇ；
Ｖ──样品量，ｍＬ；
３２．０６──硫（Ｓ）分子量；
２３３．２９──硫酸钡的分子量；
１６２．２６—— —大蒜素的分子量。
另外，按照正交实验所确定的提取参数提取大蒜
素，按上述方法测定提取物中大蒜素的含量。并计算
色，再多加１ｍＬ，使溶液呈酸性，砂浴加热浓缩至
５０ｍＬ，煮沸，加１０ｍＬ ５％氯化钡溶液，摇匀，９０℃
水 浴 ２ｈ， 无 灰 滤 纸 过 滤 ， 热 蒸 馏 水 冲 至 无 氯 离 子 。
滤纸和硫酸钡沉淀放入已知质量的坩埚中，碳化，
马弗炉上灼烧、冷却、称质量，按如下公式计算大
蒜素的含量：
３２．０６× Ｗ ×１６２．２６
（Ｆａ ｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｆｏｏｄ Ｅｎｇｉｎｅ ｅ ｒｉｎｇ ａ ｎｄ Ｂｉｏｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｔｉａ ｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅ ｒｓ ｉｔｙ ｏｆ Ｓ ｃｉｅ ｎｃｅ ａ ｎｄ Ｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｔｉａ ｎｊｉｎ ３００４５７）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｓ ｔｕｄｉｅｄ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓ ｓ ｉｏｎ ｏｆ ａｌｌｉｃｉｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓ ｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ． Ｔｈｅ ｒｅｓ ｕｌｔｓ ｓ ｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｐｒｏｃｅｓ ｓ ｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ３５℃， ２０ＭＰ ａ， ７５ｍｉｎ ｏｆ ｓ ｔａｔｉｃ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ａｎｄ ４５ｍｉｎ ｏｆ ｆｌｏｗ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ． Ａｎｄ ｔｈｅ ａｌｌｉｃｉｎ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｐ ｔｏ ６１．２％． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ａｌｌｉｃｉｎ； ｓ ｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ； ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ； ＨＰ ＬＣ
工艺技术
食品科技
超临界二氧化碳法提取 大蒜素工艺研究
张 民，张 仁，蔡钰颖 （天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津 ３００４５７）
摘要：采用高效液相法为检测手段，研究确定了超临界二氧化碳法提取大蒜素的最佳工艺条件为萃取
压力２０ＭＰａ、萃取温度３５℃、静态萃取时间７５ｍｉｎ、动态萃取时间４５ｍｉｎ。采用该工艺方法大蒜素的总
对大蒜素的提取率为６１．２％。
３ 结论
中的大蒜素浓度始终较低，有利于大蒜素的萃取。
同 时 ， 动 态 萃 取 还 可 使 ＣＯ２循 环 使 用 。 由 图 ４ 可 知 ， 随着动态萃取时间的延长，萃取率逐渐增大，当达
到最大值后，又逐渐下降。萃取率的升高是由于新
鲜ＳＣ－ ＣＯ２的补充，及时溶解、携带大蒜素离开萃取 釜并在分离（Ｉ）和分离器（ＩＩ）中有分离的结果；而后段 萃取率的降低则是由于萃取循环时间过长，萃取釜
Ｆ值 ２９．３６ ５．８６ １３．０８ ０．０８
显著性 ＊ ＮＯ （＊）
注：Ｆ０．１ （２，２） ＝９．００；Ｆ０．０５ （２，２） ＝１９．００；＊： Ｐ＜０．０５； （＊） ： Ｐ＜０．１。
由极差分析可知，各影响因子的重要程度为Ａ＞ Ｃ＞Ｂ。由方差分析及极差分析结果可知，最佳提取条 件为Ａ３Ｂ１Ｃ１。考虑到节能，故选择Ａ３Ｂ２Ｃ１，即动态萃 取时间４５ｍｉｎ、萃取温度２５℃、静态萃取时间７５ｍｉｎ。
ｏｒｇａｎｏｓｕｌｆｕｒ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｉｎ Ａｌｌｉｕｍ ｖｅｇｅｔａｂｌｅｓ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｋｏｒｅａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｆｏｏｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ，２０００，２８ （６）：１４１２－ １４１３ ［２］ Ｎａｇｏｕｒｎｅｙ ＲＡ． Ｇａｒｌｉｃ：ｍｅｄｉｃｉｎａｌ ｆｏｏｄ ｏｒ ｎｕｔｒｉａｔｉｏｕｓ ｍｅｄｉｃｉｎｅ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｄｉｃｉｎａｌ Ｆｏｏｄ，１９９９，１（１）：１３－ ２８ ［３］ Ｓｉｎｇｈ ＳＳ， Ａｇａｒｗａｌ ＳＫ， Ｓｕｓｈｍａ Ｖ， ｅｔ ａｌ． Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ ｇａｒ－ ｌｉｃ（Ａｌｌｉｕｍ Ｓａｔｉｖｕｍ） ｗｉｔｈ ｓｐｅｃｉａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ａｌｌｉｉｎ ａｎｄ ａｌ－ ｌｉｃｉｎ － ａｒｅｖｉｅｗ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｄｉｃｉｎａｌ ａｎｄ Ａｒｏｍａｔｉｃ Ｐｌａｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９８，２１（１）：９３－ １００ ［４］ Ａｌ Ｑａｔｔａｎ Ｋｋ， Ａｌｎａｑｅｅｂ ＭＡ， Ａｌｉ Ｍ． Ｔｈｅ ａｎｔｉｈｙｐｅｒｔｅｎｓｉｖｅ ｏｆ ｇａｒｌｉｃ （Ａｌｌｉｕｍ Ｓａｔｉｖｕｍ） ｉｎ ｔｈｅ ｒａｔ ｔｗｏ－ ｋｉｄｎｅｙ－ ｏｎｅ－ ｃｌｉｐ Ｇｏｌｄｂｌａｔｔ ｍｏｄｅ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｆｔｈｎｏｐｈａｒｍａｃｏｌｏｇｙ，１９９９，６６（２）： ２１７－ ２２２ ［５］ Ｙｉｎ Ｍｅｉｃｈｉｎ， Ｃｈｅｎｇ Ｗｅｎｓｈｅｎ， Ｙｉｎ ＭＣ， ｅｔ ａｌ． Ａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｓｅｖｅｒａｌ Ａｌｌｉｕｍ ｍｅｍｂｅｒ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ａｎｄ ｆｏｏｄ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９９８，４６（１０）：４０９７－ ４１０１ ［６］ Ｈｅｌｅｎ Ａ， Ｒａｊａｓｒｅｅ ＣＲ， Ｋｒｉｓｈｎａｋｕｍａｒ Ｋ， ｅｔ ａｌ． Ａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔ ｒｏｌｅ ｏｆ ｏｉｌｓ ｉｓｏｌａｔｅｄ ｆｒｏｍ ｇａｒｌｉｃ（Ａｌｌｉｕｍ Ｓａｔｉｖｕｍ Ｌｉｎｎ） ａｎｄ ｏｎｉｏｎ （Ａｌｌｉｕｍ ｃｅｐａ Ｌｉｎｎ） ｏｎ ｎｉｃｏｔｉｎｅ－ ｉｎｄｕｃｅｄ ｌｉｐｉｄ ｐｅｒ－ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ． Ｖｅｔｅｒｉｎａｒｙ ａｎｄ Ｈｕｍａｎ Ｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ，１９９９，４１（５）： ３１６－ ３１９ ［７］ 张民，王昌禄．大蒜臭味的脱除及其检测方法［Ｊ］．食品与发 酵工业，２００５，３１（２）：１０５－ １０７ ［８］ 罗平．饮料分析与检测［Ｍ］．北京：中国轻工业出版社，１９９２
Ｒ １０５８００４．００ ４８１４３２．６７ ６３１００４．００ １８６８０５．００
表３ 正交实验方差分析结果
来源 自由度 平方和 均方和
Ａ
２ １．７５５６×１０１２ ０．８７７８×１０１２
Ｂ
２ ０．３５０３×１０１２ ０．１７５１×１０１２
Ｃ
２ ０．７８２３×１０１２ ０．３９１２×１０１２
Ｄ
２ ０．０５９８×１０１２ ０．０２９９×１０１２
１ 材料与方法
１．１ 材料与试剂 紫皮大蒜：市售；大蒜素标准品：武汉康诚医药
有限公司；０．４５μｍ微孔滤膜：上海新亚净化器件厂；
其它试剂均于分析纯。 １．２ 主要仪器设备
ＨＡ１２１－ ５０－ １型超临界萃取装置：南通超临界萃 取设备公司；高效液相色谱仪、５００型紫外／可见可变 波长检测器、反相Ｃ１８色谱柱：ＬａｂＡｌｌｉａｎｃｅｙ。 １．３ 实验方法 １．３．１ 大蒜素检测方法［７］ 大蒜素检测采用高效液相 法。流动相为乙腈∶水＝６∶４的溶液，流速１．００ｍＬ／ｍｉｎ， 紫 外 吸 收 波 长 １９５ｎｍ。 大 蒜 素 标 准 品 用 甲 醇 定 容 至 ２５ｍＬ，使终浓度为１．２ｍｇ／ｍＬ，备用。 １．３．２ 超临界ＣＯ２提取大蒜素单因子实验 在相同的 萃取、分离的条件下，研究萃取温度、静态萃取时 间、动态萃取时间对大蒜素萃取量的影响。大蒜素萃
萃取率可达６１．２％。
关键词：大蒜素；超临界二氧化碳；提取；高效液相色谱
中图分类号：ＴＳ２０１．２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００５－ ９９８９（２００７）０３－ ０１１４－ ０３
Ｓ ｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅ ｔｈｏｄ ｏｆ ｅ ｘｔｒａ ｃｔｉｎｇ ａ ｌｌｉｃｉｎ
ＺＨＡＮＧ Ｍｉｎ， ＺＨＡＮＧ Ｒｅｎ， ＣＡＩ Ｙｕ－ ｙｉｎｇ
表１ 正交实验因素水平表
水平 动态萃取时间 （ｍｉｎ）Ａ
因素 萃取温度
（℃）Ｂ
静态萃取时间 （ｍｉｎ）Ｃ
１
３０
３０
７５
２
１５
２５
６０
３
４５
４５
４５
标准曲线为：Ｙ＝０．０２２４Ｘ－ ０．０４９５，Ｒ２＝０．９８９２。 ２．２ 单因子试验结果
１．３．４ 大蒜素萃取率测定 大蒜素含量测定采用定
硫法［８］。
取新鲜大蒜５ｇ，研钵研至糊状，加浓硝酸２ｍＬ，
搅 拌 至 黄 色 ， 静 置 ２０ｍｉｎ， 转 移 到 １００ｍＬ容 量 瓶 中 ，
蒸馏水定容至１００ｍＬ，静置２０ｍｉｎ，过滤。弃去初滤
液 ５ ～１０ｍＬ。 取 ８０ｍＬ滤 液 加 入 ０．１％ 甲 基 橙 溶 液 ５ｄ，
１０％ ＮａＯＨ溶液调溶液至黄色，１∶１盐酸溶液调至红