大蒜提取工艺

大蒜油的提取工艺

大蒜主要有效成分大蒜油的各种提取方法, 对各种方法的优缺点进行了简要分析。并对大蒜油的提取工艺和应用的发展方向提出展望。大蒜(Allium sativum L.)为百合科葱属植物的地下鳞茎, 自古就被当作天然杀菌剂, 有天然抗生素之称。早在2000 多年前我国就开始种植, 明代李时珍在《本草纲目》中记载:“大蒜性温, 其气熏烈, 通五脏, 达诸窍, 祛寒湿, 避邪恶, 消痈肿, 化积食, 此其功也”。现代研究表明大蒜所含营养成分十分丰富, 每100 g 新鲜大蒜含水分70 g、蛋白质4.4 g、脂肪0.2 g、碳水化合物23 g、粗纤维0.7 g、灰分1.3 g、磷44 mg、铁0.4 mg、硫胺素0.24 mg、核黄素0.03 mg、尼克酸0.9 mg、抗坏血酸3 mg。大蒜中含有17 种氨基酸, 其中8 种是人体必需的。此外, 大蒜还含有硫化丙烯、蒜素及微量元素硒、锌、锗等[1- 2]。

大蒜油也叫大蒜素,是大蒜细胞经破碎后,蒜氨酸在蒜酶的催化作用下裂解生成的硫醚化合物, 具有强烈的

辛辣刺激味[3]。大蒜油是大蒜的主要活性成分, 具有抗菌消炎、提高肌体免疫能力、预防和治疗心血管系统疾病、防癌抗癌和抗衰老的作用[4]。此外, 大蒜油还具有抗单核细胞与血管内皮细胞粘附的作用。长期服用大蒜油, 可以提高细胞免疫力、体液免疫力和非特异免疫能力。由于大蒜油有如此大的作用, 对于大蒜活性成分的提取及应用研究就显得极其重要。本文介绍了近年来大蒜油的提取工艺及应用的一些研究进展。

1 大蒜油的提取工艺

目前, 大蒜油的提取工艺主要有: 水蒸气蒸馏法、溶剂萃取法、超临界萃取法及超声、微波辅助提取等。

1.1 水蒸气蒸馏法

其原理是将水蒸气通入不溶于水或难溶于水但具有一定挥发性的有机物质中( 大蒜油具有一定挥发性) , 使该有机物在低于100 ℃的温度下随水蒸气一起蒸馏出来, 再经进一步分离获得较纯物质。本法的一般工艺流程为:大蒜去皮→洗净→加水捣碎→酶解→水蒸气蒸馏→油水分离→大蒜油

孙淑爱[5]等探讨了蒸馏法提取大蒜油的适宜条件。按照大蒜油的生产步骤和影响因素, 选择大蒜的破碎粒径、蒜酶激活剂—亚铁离子的浓度、发酵温度和蒸馏提取时间这4 个因素, 在三水平下对大蒜油的产率进行比较。结果表明, 大蒜的破碎粒径为0.2 mm、亚铁离子的浓度为10 mmol/L、发酵温度在33 ℃、蒸馏提取时间为120 min 时, 大蒜油的产率最高, 为0.49 %。

水蒸气蒸馏法具有设备简单, 成本低、稳定性好等特点, 是最常用的方法之一。但是因发酵和蒸馏温度相对较高, 蒜氨酸酶的活性下降, 大蒜素有损失, 使出油率较低。而且所得的蒜油有一股熟味, 不够清新。

1.2 溶剂萃取法

大蒜油微溶于水, 易溶于乙醇、苯、乙醚等有机溶剂, 利用这一性质可以用有机溶剂将大蒜油浸提出来。该法得到的大蒜油与水蒸气蒸馏获得的大蒜油没有明显的区别。有机溶剂的选择是关键, 要求该溶剂对大蒜油的溶解性好, 浸提结束后易于分离, 沸点差异显著,不含其它不良气味和溶剂残留。溶剂法的一般流程为:大蒜去皮→洗净→捣碎→酶解→溶剂萃取→蒸馏分离→回收溶剂→大蒜油

陈彬[6]等研究了用乙醚萃取法提取大蒜中的有机硫化物, 采用正交试验法考察了操作条件对提取物得率的影响, 确定了影响产物得率的主要因素为酶解温度、酶解时间、酶解pH、加水量以及离心pH 值。确定的最佳提取条件为: 酶解温度25 ℃, 酶解时间为60 min,酶解pH 值7.0, 加水量100mL, 离心pH 值3.2。实验还发现二次萃取可以减少产物的流失。李瑜[7]等以乙醇为溶剂, 研究了溶剂法提取大蒜油的工艺, 确定的醇提最佳工艺

条件为: 30 ℃酶解11 min, 乙醇浸提时间1.0 h,浸提温度24 ℃, V( 乙醇) : m( 大蒜) =4 mL:1 g, 大蒜油提取率可达75.03 %。有机溶剂浸提法的优点是出油率比水蒸气蒸馏法稍高, 且省去蒸气产生设备。缺点是: 由于使用有机溶剂, 成本相对较高; 其他可溶性物质的含量偏高; 要注意控制溶剂残留量。

1.3 超临界CO2

萃取法超临界流体萃取技术, 是一种新型的萃取分离技术。该技术是利用流体在临界点附近某一区域内,与待分离的溶质有异常相平衡行为和传递性能、且对溶质溶解能力随压力和温度改变、并在相当宽的范围内变动这一特性而达到溶质分离的一项技术[8]。因CO2 无毒性, 价格便宜, 常被作为萃取剂。超临界CO2 萃取大蒜油一般流程为:大蒜去皮→洗净→捣碎→装填萃取柱→密封→超临界萃取→降压→大蒜油

王霞[9]等研究了超临界CO2 萃取大蒜油的工艺。在对萃取压力、温度、时间、流量单因素分析的基础上, 对温度、压力、流量、时间四因素进行了正交试验, 确定了超临界萃取的最佳工艺参数为: 萃取温度35 ℃, 萃取压力15 MPa, 流量30 kg/h, 萃取时间2.5 h。梁永海[10]等通过实验确定的超临界CO2 萃取大蒜油的具体工艺为: 大蒜投料量400 g, 分离压力10 MPa, 分离温度45 ℃, 萃取时间4 h, 萃取温度45 ℃, 萃取压力15MPa,流量2 L/min, 大蒜油的收率为3.64 mg/kg。并对超临界CO2 萃取法与溶剂萃取法作了对比, 发现超临界CO2

萃取的大蒜油的收率高于溶剂法, 且营养成分与风味、外观都优于溶剂法所得的大蒜油。超临界CO2 萃取法的优点是操作温度低, 产品质量好, 提取收率高。缺点是设备一次性投资较大, 装卸料都采用间歇式。

1.4 超声辅助提取法

超声提取在天然产物有效成分提取方面有突出作用。超声波能有效地打破细胞边界层, 使扩散速度增加, 同时提高了破碎速度, 缩短了破碎时间, 可显著地提高提取效率。浸提过程中无化学反应, 被浸提的生物活性物质活性不减。

何荣海[11]等研究了超声辅助提取大蒜素的方法, 在考察单因素对提取效果影响的基础上设计正交试验,

得出提取最优条件: 超声功率1 000W, 料液比1∶4, 提取时间60min, 工作间歇时间比2 s∶1s , 搅拌转速500 r/min, 此条件下大蒜素提取率达98.5%。与常温浸提和回流抽提方法相比, 超声辅助提取法的提取时间分别缩短5/6 和1/2, 大蒜素的提取率分别提高81.7% 和172%。与传统的提取技术相比, 超声辅助提取能明显提高大蒜油的提取率, 大大缩短提取时间。

1.5 微波辅助提取法

微波是一种频率范围在300 MHz～300 000 MHz 的电磁波, 极性分子在微波电场的作用下, 以每秒24.5亿次的速率不断改变其正负方向, 使分子高速的碰撞和摩擦而产生高热[12]。为加快大蒜素的浸出速度并提高浸出效率, 不少研究者采用微波辅助提取的手段, 结果表明效果显著。

程宇[13]等研究了应用微波辅助提取技术从经过破碎酶解的新鲜大蒜中提取大蒜油的效果, 以水为溶剂,采用分光光度法对提取液中大蒜油含量进行检测。考察了微波强度、微波作用时间、液料比3 个单因素对提取率的影响, 用正交试验设计对提取条件进行了优化,得到的优化条件: 微波强度1、微波作用时间5 min、液料比40∶1。在此优化的条件下, 提取率为1 %。同时与溶剂提取方法和超声辅助提取方法进行了比较, 结果表明微波辅助提取法提取率比溶剂提取率0.324 9 %和超声辅助提取法0.316 4 %的提取率高。

微波辅助提取大蒜有效成分也有较好的效果, 能提高有效成分的溶出速度, 具有时间短、产率高、操作简单、节约能源的特点, 且免去了高温对提取成分的影响。

2 大蒜油的应用

大蒜油是一种广谱抗菌物质,具有活化细胞、促进能量产生、增加抗菌及抗病毒能力、加快新陈代谢、缓解疲劳等多种药理功能。因此, 在很多领域都有广泛的应用。在医疗方面, 大蒜素可用于治疗感染性疾病、消化系统疾病、口腔疾病、心脑血管疾病等, 且具有防衰老、防金属中毒、防癌抗癌等作用[14]。在养殖方面, 大蒜素对动物有明显的诱食作用, 且在体内具有杀菌、抗氧化作用, 并能增强动物免疫功能。在各种动物饲料中添加大蒜素, 可提高动物的采食量和饲料转化率, 提高动物的成活率, 减少发病率, 并能改善动物产品肉质, 是一种

极有应用价值的饲料添加剂。在种植方面, 大蒜素可用于对农作物害虫和线虫的防治[15]。一些企业看好大蒜素的开发前景, 为了使用方便、增加疗效,已经研制出大蒜素、大蒜素注射液、大蒜素胶丸、大蒜素泡腾片、大蒜油微囊、大蒜油气雾剂、大蒜酊、大蒜液、大蒜糖浆、大蒜片、大蒜灌肠液、大蒜注射液等[16]。

3 展望

我国是世界上重要的大蒜生产国和出口国, 但对大蒜进行深加工比较少, 主要是出口初级产品和原料型产品。为了增强国际竞争力, 对大蒜进行深加工, 尤其是提取高质量的大蒜油, 使产品向高附加值方向发展是非常必要的。这就要求对大蒜油的提取工艺进行不断的完善。传统的水蒸气蒸馏提取法和有机溶剂提取法, 提取时间长, 且大蒜油的提取率相对较低。超临界CO2 萃取技术具有生产周期短、提取效率高、安全可靠等优点, 其中试和工业化应用已在进行中。相信随着将超临界萃取技术与产业化相结合研究的进一步深入, 此技术在大蒜深加工中的应用将会有飞速发展。而新型的超声和微波辅助提取技术, 因其具有可以提高传质速率、缩短浸提时间等优点, 在天然产物提取中逐渐显露出优势。但此类方法目前主要还是处于实验室研究阶段, 对其大规模应用于工业生产还需进一步研究。同时, 在大蒜油的提取过程中, 应不断改进和完善脱臭技术和蒜素的稳定化技术, 确保提取到的大蒜油质量好、活性好。同时应该加紧对大蒜油深加工产品的研制与开发, 用好的产品来帮助提高人们对大蒜油的认识, 促进该领域的发展。

参考文献:

[1] 段斌.大蒜的保健食疗作用及脱臭方法[J].中国调味品,1999(1):17- 20

[2] 张富新.大蒜脱臭机理及其产品加工[J].资源市场与开发,1999,15( 6) : 323- 325

[3] 方钦.大蒜油的蒸馏提取工艺研究[J].化学与生物工程, 2005, (6):55- 56

[4] 曹庆穗, 徐为民, 严建民,等.大蒜的功能成分及其保健功效[J] .江苏农业科学, 2004, (6) : 134- 136

[5] 孙淑爱, 曹晶, 王永明.大蒜油蒸馏法提取条件的探讨[J].实用医药杂志, 2004, 21( 4) : 347- 348

[6] 陈彬, 王艳辉, 马润宇.提取大蒜有效成分———有机硫化物[J].北京化工大学学报, 2004, 31( 2) : 24- 27

[7] 李瑜, 许时婴.大蒜中硫代亚磺酸酯的提取工艺[J].无锡轻工大学学报, 2004, 23( 2) : 76- 81

[8] 高福成.现代食品工程高新技术[M].北京: 中国轻工业出版社,1997:378- 395

[9] 王霞, 王金海. 超临界CO2 萃取大蒜油的工艺研究[J].黑龙江八一农垦大学学报, 2004, 16( 4) : 75- 78

[10] 梁永海, 李凤林, 于加平, 等.不同方法萃取大蒜油生产工艺的研究及其成分的分析[J].中国粮油学报, 2006, 21( 2) : 69- 71

[11] 何荣海, 马海乐.大蒜辣素超声辅助提取的试验研究[J]. 食品科学, 2006, 27( 2) : 147- 150

[12] 杜敏华, 田龙.微波辅助法提取杏鲍菇多糖研究[J].食品科技,2007( 3) : 117- 119

[13] 程宇, 马海乐, 何荣海.大蒜辣素的微波辅助提取[J].食品科技,2006( 7) : 145- 148

[14] 辜良英, 许梓荣.大蒜素的应用研究进展[J] .饲料添加剂, 2007( 1) : 14- 16

[15] 苏美琼, 杨柏崇, 成密红, 等.大蒜的功效及综合利用研究进展[J]西北农业学报, 2003, 12 (4) : 151- 156

[16] 王宁, 史岩眉, 朱军.大蒜的药理作用、生物活性和开发利用研究进展[J] .中国中医药信息杂志, 2003, 1( 10) : 90- 92