（食品科学与工程专业论文）四种蒜油萃取方法及其成分分析比较的研究.pdf

上海海洋火学硕士论文 四种蒜油萃取方法及其成分分析比较的研究 摘要 大蒜( g a r l i c ，a l l i u ms a t i v u m ) 是一种百合科葱属植物的鳞茎，是我国传统的 香辛蔬菜。我国作为大蒜的主要生产国，资源丰富，品质优良。大蒜因其具有抗 菌、抗癌、抗氧化、提高机体免疫力以及降低血糖、血脂和血压等诸多功能，日 益受到消费者的关注。而国内外研究均表明大蒜的活性功能主要源于其中的有效 成分蒜素。如能将大蒜进一步加工成具有高附加值的深加工产品，则可广泛 应用到医药、保健、饮料、饲料等方面，市场前景广阔，发展潜力巨大。 使用超临界c 0 2 萃取技术( s u p e r c r i t i c a lc 0 2e x t r a c t i o n ，s c e ) 提取蒜油，可 以有效地避免热敏性蒜素成分的损失，保持其生物活性，且其具有无异味、无溶 剂残留、安全可靠，操作简单、可连续生产等优点。 本研究优化了超临界c 0 2 萃取蒜素的工艺参数，对不同的提取蒜油方法进行 了比较；首次使用顶空固相微萃取联合气质联用法分析超临界制备蒜油的挥发性 成分，并进一步研究不同提取方法对于蒜油成分的影响。 以活性物质蒜素提取率为指标，在单因素试验的基础上，通过正交试验对超 临界c 0 2 提取蒜油的提取条件进行优化，得到最佳工艺参数：萃取压力1 5 m p a 、 萃取温度4 0 c 、静态浸提时间3 0 m i n ，动态萃取时间1 0 5 m i n 。 在超临界c 0 2 提取蒜油的最佳工艺参数下进行验证性试验，蒜素提取率可达 7 6 7 0 。与传统的水蒸汽提取法( s t e a md i s t i l l a t i o n ，s d ) 、溶剂提取法( s o l v e n t e x t r a c t i o n ，s e ) 及超声波辅助提取法( u l t r a s o u n d a s s i s t e ds o l v e n te x t r a c t i o n ，u s e ) 相比，提取率更高，且提取物保留了原有的风味、无熟味。而前几种方法提取率 分别为1 5 1 0 、6 3 1 6 和6 8 1 2 。 以蒜油挥发性成分的总峰面积及总峰面积与峰数的比值为评价指标，使用顶 空固相微萃取联合气质联用法分析了蒜油的挥发性成分，通过比较了不同萃取头、 吸附温度、吸附时间及解吸时间对固相微萃取的萃取效率的影响，得到最佳萃取 条件：8 5 t mp a 萃取头、吸附温度4 0 、吸附时间3 5 m i n ，解吸时间3 m i n ，研究 结果表明：固相微萃取技术有效地吸附了超临界萃取法制备蒜油的挥发性成分， 经n i s t 质谱数据库检索和文献对照，共确定2 7 种成分，并且不需溶剂，分析简 单、快速、经济。 本研究进一步考察了不同提取方法对于蒜油的挥发性成分的影响。实验结果 表明：提取过程中的加热处理会显著的影响蒜油的挥发性成分。特别是研究发现 e 海海洋火学硕士论文 从长时间高温处理的s d 法到萃取条件温和的s c e 法，链状含硫成分含量从8 4 1 0 下降到3 4 5 4 ，而环状含硫成分的含量从1 4 2 5 增加到6 4 3 7 。试验证明超临 界萃取法是一种较理想的萃取分离蒜油的方法。 论文阐述了超临界c 0 2 提取蒜油的原理、方法和操作技术，确立了最佳工艺 参数，与传统的萃取方法进行了比较，并研究了不同的提取方法对于蒜油成分的 影响。本研究为工业化生产深加工大蒜制品提供了工艺途径和理论依据，对大蒜 的综合利用具有一定的实际指导意义。 关键词蒜素，超临界c 0 2 萃取，蒜油，顶空固相微萃取气质联用 n 上海海洋大学硕士论文 c o m p a r i s o no nf o u re x t r a c t i o nm e t h o d o fg a r l i co i la n di t s a n a l y s i s a b s t r a c t g a r l i c 似i l i u ms a t i v u m ) i sas p e c i e si nt h eo n i o nf a m i l ya l l i a c e a e ，w h i c hi sw i d e l y u s e da ss p i c e s a n da st h em a i np r o d u c i n gc o u n t r yo ft h eg a r l i c ，c h i n ai sr i c hi ng a r l i c r e s o u r c e g a r l i ci sm o r ea n dm o r ep o p u l a rw i mt h ec o n s u m e r sd u et oi t sb i o l o g i c a l f u n c t i o n s ，s u c ha sa n t i m i c r o b i a l ，a n t i t h r o m b o t i c ，a n t i c a n c e r , a n t i o x i d a n ta n di m p r o v i n g i m m u n e s y s t e ma sw e l la sa b i l i t yt ol o w e rs e r u ml i p i da n dg l u c o s el e v e l sa n db l o o d p r e s s u r e a n dp r e v i o u s l ys t u d i e ss h o wt h a tt h o s eb i o l o g i c a lf u n c t i o n so fg a r l i ca r e m a i n l ya t t r i b u t e dt oa l l i c i ni ni t r e s e a r c ho nt h ef u r t h e rp r o c e s s e do ft h eg a r l i ci s m e a n i n g f u l ，w h i c hp r o v i d eam o r ew i d e l yp r o s p e c to fg a r l i cp r o d u c t s s u p e r c r i t i c a lc 0 2e x t r a c t i o n ( s c e ) c a na v o i dt h e r m a ld e g r a d a t i o no fa l l i c i n b e c a u s eo fl o w p r o c e s s i n gt e m p e r a t u r e s ，l e a v i n gn ot r a c e so fo r g a n i cs o l v e n t si np r o d u c t , n ob y - p r o d u c t sb e i n gf o r m e d ，k e e p i n gf r e s hf l a v o ro ft h ep r o d u c ta n dm a k i n ga c o n t i n u o u sp r o c e s s i n gp o s s i b l e i nt h i ss t u d y , t h eo p t i m u me x t r a c t i o nc o n d i t i o n so fs c ew e r ee s t a b l i s h e d ，a n dt h e r e s u l t sw e r ec o m p a r e dw i t ht h o s eo fs t e a md i s t i l l a t i o n ( s d ) ，s o l v e n te x t r a c t i o n ( s e ) ， u l t r a s o u n d - a s s i s t e ds o l v e n te x t r a c t i o n ( u s e ) n ev o l a t i l e so fg a r l i co i lw e r ed e t e r m i n e d b yu s i n gh e a d s p a c es o l i dp h a s em i c r o e x t r a c t i o n a n dg a s c h r o m a t o g r a p h y - - m a s s s p e c t r o m e t r y ( h s - s p m e - g c - m s ) f i r s t l y a n dt h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h ee x t r a c t i n g m e t h o d sa n dv o l a t i l e so fa l l i c i ne x t r a c t sw e r ed e e p l ye x p l o r e d b ya l l i c i ne x t r a c t i o nr a t i o nu s e da st h em a i ne v a l u a t i n gi n d e x ，d i f f e r e n tg r o u p so f e x t r a c t i o nc o n d i t i o n sw e r ec o m p a r e dt h ee f f e c t so fs u p e r c r i t i c a lc 0 2e x t r a c t i o no fg a r l i c o i lf r o mg a r l i c b yl 1 6 ( 4 ) o r t h o g o n a le x p e r i m e n t s ，t h eo p t i m u me x t r a c t i o nc o n d i t i o n s w e r eo b t a i n e da sf o l l o w s ：e x t r a c t i o np r e s s15 m p a , e x t r a c t i o nt e m p e r a t u r e4 0 c ，s t a t i c e x t r a c t i o nt i m e3 0 r a i na n dd y n a m i ce x t r a c t i o nt i m e10 5 m i n ，a n dt h er e s u l t sw e r e c o m p a r e d 、i t l lt h em e t h o d so fs o l v e n te x t r a c t i o na n du l t r a s o n i ce x t r a c t i o n am e t h o df o rt h ed e t e r m i n a t i o no fv o l a t i l e sf r o m g a r l i c o i l u s i n g h s - s p m e - g c m sw a sp r e s e n t e di nt h i ss t u d y b yt o t a lp e a ka r e aa n dr a t i oo ft o t a l p e a ka r e at on u m b e ro fp e a k su s e d a s t h em a i ne v a l u a t i n gi n d e x e s ，t h ea n a l y s i s p a r a m e t e r s o fd i f f e r e n ts p m ef i b e r s ，e x t r a c t i o n t i m e ，e x t r a c t i o nt e m p e r a t u r e ， d e s o r p t i o nt i m ew e r eo p t i m i z e d t h eo p t i m u me x t r a c t i o nc o n d i t i o n sw e r eo b t a i n e da s f o l l o w s ：8 5 r t mp af i b e r ，e x p o s u r ef o r3 5 m i na t4 0 。c ，a n dd e s o r p t i o nf o r3m i na t2 5 0 i i l 上海海洋大学硕上论文 t h er e s ult ss h o w e dt h a ts p m ew a se r i e c t i v et oa n a l y s i so ft h ev o l a t i l e si ng a r l i co i l ， t w e n t y - s e v e nc o m p o u n d sw e r ei d e n t i f i e d t h em e t h o di ss i m p l e q u i c k , s o l v e n tl e s sa n d i n e x p e n s i v e f u r t h e r , ac o m p a r a t i v es t u d yo fs d ，s e ，u s ea n ds c e i sp r e s e n t e d ，f o rt h ee x t r a c t s o fg a r l i co i lf r o mf r e s hg a r l i c e a c hm e t h o di se v a l u a t e di nt e r m so fq u a l i t a t i v ea n d q u a n t i t a t i v ev o l a t i l ec o m p o s i t i o no ft h ei s o l a t e de s s e n t i a lo i lb yh s - s p m e g c m s t h c r e s u l t ss h o wt h a th e a t i n v o l v i n gi s o l a t i o np r o c e d u r e sh a v eb e e ns h o w nt od i f f e r e n t i a t e t h ev o l a t i l ec o m p o n e n t s e s p e c i a l l yw h e ng r o u p i n gt h ec o m p o u n d si n t oc y c l i ca n d a c y c l i c ，t h ep e r c e n t a g ec o n c e n t r a t i o n sd e c r e a s ef r o m8 5 1 t o3 4 5 4 f o rt h ea c y c l i c 恤l et h ec y c l i cc o m p o u n d si n c r e a s ef r o m1 4 2 5 t o6 4 3 7 t h ef a c to b s e r v e dm a y b ea t t r i b u t e dt ot h ee f f e c to fh e a t i n g a n dt h eu s eo fs c ei sp r o v e dt ob eab e t t e r a p p r o a c ho fi s o l a t i o na n de x t r a c t i o nt h eg a r l i co i lf r o mf r e s hg a r l i ct h a nt h eo t h e rt h r e e m e t h o d s i nt h i sp a p e r , t h et e c h n o l o g yo fs u p e r c r i t i c a lc 0 2e x t r a c t i o no fg a r l i co i lf r e s h g a r l i cw a ss y s t e m a t i c a l l yr e s e a r c h e d a n dt h er e s u l t so ft h eh s s p m e g c m sa n a l y s i s s h o w e dt h a tt h es c ei st h eb e t t e rw a yt oe x t r a c tg a r l i co i lf r o mg a r l i ct h a no t h e r s t h o s e m i g h tb ec o n d u c i v et oi n d u s t r i a l i z a t i o na n du t i l i z a t i o no fg a r l i cf u r t h e rp r o c e s s e d p r o d u c t s k e yw o r d sa l l i c i n , g a r l i co i l ，s u p e r c f i t i c a lc 0 2e x t r a c t i o n , h e a d s p a c e s o l i dp h a s em i c r o e x t r a c t i o n i v 上海海洋大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体己经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我 对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：才耖弃5 宁 日期：认l o 年j 月j1 日 上海海洋大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 口 在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密 画 学位论文作者签名：杨柳 日期：加f b 年j 月 1 日 指导教师签名： 日期：加哞3 上海海洋大学硕士论文 引言 近年来，人们对保健功能性食品的重视程度不断加大，对于无毒无害的纯天 然保健品的市场需求巨大。而其中大蒜以其含有丰富的营养成分，具有诸多的生 物活性功能，日益受到人们的青睐，各种蒜制品相继出现。 大蒜( g a r l i c ，a l l i u ms a t i v u m ) 是一种百合科葱属植物蒜的鳞茎，其原产于亚 洲西部或欧洲，是我国的传统食用香辛蔬菜。我国作为大蒜的主要生产国，大蒜 资源非常丰富，目前大蒜种植面积约占世界的4 0 5 0 ，年产量占世界总产量 的，且品质多样，质地优良。我国鲜蒜及各种加工制品除供应国内消费外， 还大量出口日本及东南亚各国，其市场上8 0 的大蒜是由我国出口1 1 1o 然而鲜蒜 头休h 民期短，易发芽霉变，不耐储藏，且大蒜初产品价格较低，若将大蒜进行深 加工，迸一步加工成高附加值的系列产品，如应用到医药、保健、饮料、果脯、 饲料、肥料等方面，无疑将为我国带来巨大的经济效益和社会效益，大大提高出 口创汇能力，市场前景广阔，发展潜力巨大。 传统的提取蒜油的方法主要有水蒸气蒸馏法和有机溶剂提取法。使用水蒸汽 蒸馏法提取蒜油，提取率很低，且高温萃取存在活性物质蒜素损失的问题。而有 机溶剂浸提法，溶剂成本较高，且存在溶剂残留等缺点。超临界c 0 2 流体萃取 技术因其具有纯净、安全、保持生物活性，不易受热分解、稳定性强，色味纯正 及提取率高等优点而成为天然产物研究与开发中的一种具有相当发展潜力的高 新提取分离方法1 2 1 。使用超临界c 0 2 萃取蒜油，不破坏大蒜的活性成分蒜素，且 具有无异味、无溶剂残留、安全可靠，操作简单等优点。 以果胶作为壁材( 或使用复合壁材) 将蒜油进一步包埋制备成微胶囊，这样 不仅可以使热敏性蒜素与外界不良因素隔绝，减少其损失，还可遮蔽其不愉快蒜 臭味，控制蒜素物质在最佳的肠道环境中被释放吸收。 本研究主要为前期工作，后续研究主要集中对于蒜油的进一步纯化和微胶囊 包埋。研究拟为未来的规模化开发、生产高品质的大蒜深加工制品提供理论支持 和现实依据。 本文主要研究内容为： ( 1 ) 超临界c 0 2 萃取大蒜中蒜油工艺的研究，通过单因素和正交试验方法 确定最佳工艺，并与传统的水蒸汽蒸馏法、乙醇提取法，超声波辅助乙醇提取法 相比较； ( 2 ) 运用项空固相微萃取联合气质联用法对蒜油的挥发性分进行分析和鉴 上海海洋大学硕：e 论文 定，通过单因素和正交试验方法确立最佳固相微萃取条件； ( 3 ) 在最佳固相微萃取条件下，分析四种提取方法制备蒜油的挥发性成分， 深入研究不同的提取方法对于蒜油挥发性成分的影响。 2 卜海海洋大学硕士论文 第一章蒜素和大蒜深加工产品 1 1 大蒜的有效成分 1 1 1 大蒜的组成成分 大蒜含有大量丰富的营养物质，据检测，每百克大蒜中含水分7 0 9 、蛋白质 4 4 昏脂肪0 2 9 、碳水化合物2 3 9 、粗纤维0 7 9 、灰分1 3 9 、钙5 m g 、铁0 4 m g 、尼 克酸0 9 m g 、抗坏血酸0 3 m g 、硫胺素0 2 4 m g 、核黄素0 0 3 m g 以及多种人体必须 的微量元素，如硒、锌、锗等l a l 。有机锗可以提高人体的免疫力，促进人体新陈 代谢，抑制并杀死癌细胞。硒元素具有改善因缺硒引起的心肌机能衰退的作用。 大蒜中还含有1 7 种重要的氨基酸，其中赖氨酸、亮氨酸、缬氨酸的含量最高。 此外，大蒜中还含有能清除体内过量的氧自由基、延缓衰老和提高机体免疫力的 超氧化物歧化酶( 简称s o d ) 。 1 1 2 大蒜的有效成分 大蒜具有诸多的药理作用，诸如抗菌、抗癌、抗氧化、提高机体免疫力以及 降低血糖、血脂和血压等功能4 5 6 7 8 引。研究表明大蒜的诸多生物功能归功于 其所含有的大量有机硫化合物，而其中最重要的有效成分是蒜素( a l l i c i n ) 。 蒜素( a l l i c i n ) 又称大蒜辣素，是一种具有强烈刺激味的含硫有机物，其化 学名为二烯丙基硫代亚磺酸酯，结构式为：c h 2 = c h c h 2 s ( o ) s c h 2 c h = c h 2 ，分子 量为1 6 2 2 7 。在新鲜的大蒜中，没有游离存在的蒜素，只含有它的前体物质 蒜氨酸( a l l i i n ) 。在完整无损的大蒜中，无臭的蒜氨酸和能催化它生成蒜素的蒜 氨酸酶( e c 4 4 1 4 ) ( a l l i i n a s e ) 分别分布在大蒜的不同部位，两者不发生反应。 当大蒜被切割或破碎使细胞壁破坏，蒜氨酸酶被空气中的氧活化，磷酸吡哆醛作 用底物大蒜氨酸与多糖的结合体，与酶形成酶底物络合物，连接键上包含一个与 金属离子( m ) 的静电相互作用。然后酶的一个碱性基团( b ) 从底物上脱去一 个质子，由此引发底物崩溃，生成丙酮酸、氨和带有强烈刺激味的蒜素，其反应 机理如下图1 1 所示i 加i 。 上海海洋大学硕= 二论文 2 r l = 兰一占二c 洲嚣r s 一： 大蒜氨酸 h硝酸比哆醛 l l 酶底物络合物 r s s r ( 有簧蓑夫纂翼味) 图1 - 1 蒜素形成示意图 f i g 1 - 1p r o c e s so fa l l i c i n sf o r m a t i o n 而蒜素是一种极不稳定的物质，在室温下，极易发生不同的自发分解反应， 生成各种含硫化合物，如二烯丙基二硫化合物和二烯丙基三硫化合物等脂肪族含 硫化合物都带有强烈的臭味。大蒜被人们食用之后，在口中的不愉快气味残留时 间很长，因此，很多人对它望而却步。 1 2 大蒜制品的开发利用 近年来，人们对保健功能性食品的重视程度不断加大，大蒜以其含有丰富的 营养成分，具有诸多的生物活性功能，且价格便宜，自然资源丰富，日益受到人 们的青睐，各种蒜制品相继出现，与之相关的研究也不断增多。 在美国，大蒜系列制品是最畅销的营养素补充剂之一，所销售的成品形式主 要是大蒜粉片剂，以大蒜素为质量标准，但由于许多大蒜制品加工工艺粗糙，产 品的质量存在问题。 在中国，目前己开发出的大蒜系列保健产品有：大蒜果脯、脱水蒜片、蒜粉、 大蒜胶囊、大蒜油胶丸、脱臭大蒜保健饮料和脱臭蒜素保健酒等，均收到了较好 的经济效益【1 1j 。 大蒜制品除了被开发为保健食品外，还可加工成调味品、饲料添加剂、食品 防腐剂、药品和化妆品等，也可制成天然植物农药用于无公害农产品生产。 现在国内外的大蒜制品主要形式有：蒜油，脱水蒜粉，蒜油浸提液( 用植物 油浸提大蒜使含硫化合物溶入食用油中制成食用油调味品) ，大蒜提取物。其中 又以蒜油在大蒜制品中占主要地位。 传统的提取蒜油的方法主要有水蒸气蒸馏法和有机溶剂提取法。使用水蒸汽 蒸馏法提取蒜素，提取率很低，且高温萃取存在蒜素损失的问题。而有机溶剂浸 提法，成本较高，且存在溶剂残留等缺点。 超临界萃取技术也叫超临界流体萃取技术( s u p e r e r i t i c a lf l u i de x t r a c t i o n 简称 4 上海海洋大学硕士论文 s f e ) ，它的兴起仅短短的二三十年时间，但由于这种技术的卓越性能和良好的 应用前景，许多研究者进行了广泛深入的研究，现己初步实现工业化，成为超临 界流体技术中最成熟、应用最广泛的一种【、2 1 。超临界流体萃取技术以超临界状态 下的流体作为溶剂，利用该状态下流体所具有的高渗透能力和高溶解能力萃取分 离混合物，而c 0 2 是最常用的超临界萃取介质，因为它的临界温度( 3 1 1 ) 接 近室温，临界压力( 7 3 8 m p a ) 较低，萃取可以在接近室温下进行，对热敏性食 品原料、生理活性物质、酶及蛋白质等无破坏作用，同时又安全、无毒、无臭， 因而广泛应用于食品、医药、化妆品等领域中，具有广泛的适应性。使用超临界 c 0 2 萃取蒜油，可避免热敏性的活性物质蒜素的损失，且具有无异味、无溶剂残 留、安全可靠，操作简单等优点，应用潜力巨大。 1 3 大蒜脱臭的研究现状 大蒜制品普遍涉及的问题是有效成分的保留和脱臭问题。如前文所述，大蒜 中的臭味成分主要是由大蒜中的蒜氨酸与蒜氨酸酶作用形成蒜素，且蒜素不稳 定，进一步分解为小分子含硫化合物而产生的。因而大蒜的脱臭机理主要从两个 方面考虑：( 1 ) 生产过程中掩蔽蒜氨酸酶活性，或减少蒜氨酸酶与蒜氨酸的接触 机会，而在食用时再除去掩蔽剂，使蒜氨酸酶活性增高，促使与蒜氨酸的作用， 产生大量蒜素；( 2 ) 生成过程中产生的部分蒜素，在保护剂的作用下，避免转化 为小分子硫化物，产生臭味，即增强蒜素的稳定性，减少蒜素分解与转化1 1 3 i 。 有的脱臭方法是针对蒜素和含硫化合物来进行的，当大蒜去除臭味后，其有效成 分往往也同时发生降解分解变性，使其不再具有生物活性功能。因此理想的脱臭 方法，应该是既避免其它有效成分被分解或变性，又要处理方法简单，成本低廉， 不产生异味。 国内外对大蒜脱臭的研究，根据其脱臭机理的不同，脱臭方法可分为以下几 类： 1 3 1 钝化和抑制蒜氨酸酶的活性 脱臭机理：使蒜氨酸酶失去活性或钝化，不把蒜氨酸转化为蒜素。常用的方 法包括以下几种。 1 3 1 1 加热脱臭法 使用沸水、蒸汽、热风或其他介质进行漂烫、炒、煮大蒜，或用电磁波处理 大蒜，可除去大蒜的臭味，不仅可使蒜氨酸酶失去活性，抑制了蒜素的形成，同 上海海洋大学硕十论文 时把有臭味的烯丙基硫化合物带走。但在用煮熟脱臭法1 1 4 】脱臭时，由于要使用 水作为加热介质，大量的可溶性营养素流失到水中，会导致营养成分的沥滤损失。 1 3 1 2 酸性溶液浸泡脱臭法 使用醋酸，柠檬酸、草酸、植酸等溶液浸泡大蒜，或是用几种溶液的混合体 浸泡，使蒜氨酸酶受到抑制和破坏，能得到较好的除臭效果。酸性溶液浸泡脱臭 同样存在不同程度的沥滤损失，大量的可溶性营养素流失到溶液中，导致营养元 素的损失，且经过酸性溶液浸泡后，改变了大蒜的p h ，从而可能改变大蒜的天 然风味和口感。 1 3 1 3 微波加热脱臭法 脱臭机理：微波产生的热效应可以在很短的时间内钝化蒜氨酸酶。曹炜i 1 5 l 等对新鲜大蒜进行微波处理，然后对处理过的大蒜进行营养成分分析，并与传统 的醋酸脱臭法、植物油脱臭法和碳酸盐脱臭法相比较，研究了微波加热脱臭对于 大蒜营养成分的影响。结果发现相与传统的醋酸脱臭法、植物油脱臭法和碳酸盐 脱臭法相比，微波加热脱臭法对于大蒜中的总糖、还原糖、蛋白质、游离氨基酸、 维生素c 和微量元素( 钙、镁、铁、锌、锰) 的损失最少。其主要原因是微波加 热时，不需要用水作为加热介质，因此不存在沥滤损失。 微波加热脱臭不仅可以在很短的时间内钝化蒜氨酸酶，而且对大蒜营养成分 的损失较少，是一种有效、快速、操作简单的脱臭方法。 1 3 1 4 超临界c 0 2 脱臭法 脱臭机理：一方面，高压c 0 2 可以钝化蒜氨酸酶活性；另一方面高压下c 0 2 溶于大蒜组织中的水产生碳酸，因而暂时降低p h ，使蒜氨酸酶活性受到抑制， 蒜氨酸不能转化为蒜素。超临界c 0 2 工艺流程如图1 2 所示。 c o 二一s f e 工艺流程示意图 1 - c 0 2 气觌， 2 一纯化嚣； 3 冷敷墨；4 - 高压阀；5 呐口熟器l 6 - 萃取器；7 吩离嚣；8 嗷油墨；城压阚； 1d 、1 1 、1 2 一阀门 图l - 2 超临界c 0 2 工艺流程示意图 f i g 1 - 2f l o wc h a r to fs u p e r e r i t i c a lf l u i de x t r a c t i o n 6 上海海洋人学硕士论文 张骊i l6 l 等采用超临界c 0 2 技术对大蒜进行灭酶脱臭，正交得到最佳脱臭条 件为：温度5 0 。c ，压力2 8 m p a , 浸提l o m i n ，萃取体积2 0 0 m l ，在这样的条件下 蒜酶失活率可高达9 6 3 ，达到了大蒜脱臭的目的，且同时保留了大蒜的主要营 养成分和生物活性物质s o d 。 超临界c 0 2 脱臭法不破坏大蒜的任何活性成分，仅仅使蒜氨酸酶失活，并 保持了大蒜特有的风味，且具有无异味、无溶剂残留、安全可靠，操作简单等优 点。 1 3 2 冷冻脱臭 从以下反应中可看出，在不同的条件下处理大蒜会得到不同的产物。根据这 一机理，选择适当的溶剂，控制反应条件，可实现既脱去臭味，又保存其有效成 分，进而加工成无臭蒜素系列产品1 1 7 i 。从图1 3 可知，通过控制乙醇提取反应条 件，在0 以下的条件下获得蒜素的有效前体成分无臭的蒜氨酸。 大蕊 水燕气 l o o 乙静榴水 2 5 e 乙簿 一 h ，c 矿s 、s 妒c h 2 烯两基一硫 o i h ，c 众s 乞s 、眵c h 2 犬蒜索 ? 。 h l h h 2 c 加s 参咆 图1 - 3 不l 司萃取条件下的大蒜产物示意图 f i g 1 - 3e x t r a c t su n d e rt h ed i f f e r e n te x t r a c t i o nc o n d i t i o n s 将新鲜大蒜放在薄聚乙烯塑料袋中，投入到利用干冰冷却的6 0 乙醇中， 约5 m i n 后大蒜就冻结，在此低温下保持l o m i n 后，在室温下缓慢解冻，即得到无 臭大蒜i 埔1 。冷冻法脱臭操作简单，但经冷冻法处理的大蒜存在感观质量较差， 其色泽、质地与新鲜大蒜差别较大等缺点，影响进一步加工利用。 1 3 3 微胶囊化包埋活性蒜素 微胶囊技术是利用天然或合成高分子材料( 壁材) ，将固体、液体或气体( 芯 材) 经包囊形成一种具有半透性或密封囊膜的微型胶囊，并在一定条件下能控制 芯材释放的技术1 1 9 i 。微胶囊技术具有保护活性物质，减少外界因素如光、氧和 水分等的影响，减少芯材向环境扩散或蒸发，控制芯材释放以及掩蔽芯材不良风 味，改变物质物理性质( 包括颜色、形状、密度、体积和分散性能等) 和化学性 质( 如反应性能) ，便于加工和处理等优点。 7 上海海洋大学硕士论文 y ul i u i 2 0 l 利用微波真空干燥联合真空干燥技术将大蒜干燥为蒜粉，再利用改 良的流化床技术将蒜粉进行两次包埋制成微胶囊，流化床喷雾干燥模型如图3 所 示。两次包埋的壁材分别选用乙基纤维素( 简称e c ) 和邻苯二甲酸乙酸纤维素 ( 简称c a p ) 。e c 溶液浓度3 ，c a p 溶液浓度1 0 ，一次包埋过程中e c 用量与 二次包埋过程中c a p 用量l l 2 ：3 ，心材与壁材比例4 ：l ，壁材与聚乙二醇比例为 4 ：1 。采用扫描电镜观察所制得的微胶囊化蒜粉的微观结构，结果表明微胶囊化 蒜粉颗粒完整，呈不规则球状，表面光滑，无缝隙且致密性良好。采用模拟胃液 和肠液条件研究了微胶囊化蒜粉在人体内释放的动力学过程，结果表明微胶囊化 蒜粉可抵抗胃液环境，而进入小肠后，可被缓慢释放和利用。因此人们摄入微胶 囊化蒜粉后，蒜氨酸酶能顺利通过胃液环境而不被破坏，并且能在肠环境中被控 制缓慢释放，在人体内形成蒜素，从而避免了在口腔中产生令人不愉快的臭味。 图1 - 4 流化床喷雾干燥示意图 f i g 1 - 4m o d e sf o rf l u i db e ds p r a y - d r y i n g h e s s 等把蒜粉中的蒜氨酸酶单独分离出来，将其分散于熔点不超过4 0 0 的硬 化油中，喷雾得到微胶囊化的蒜氨酸酶。再把不含蒜氨酸酶的蒜粉分散于熔化的 单甘脂中，喷雾得到不含蒜酶的蒜粉微胶囊。把两者按一定比例混合后填充到硬 质胶囊中1 2 1 i 。 使用微胶囊技术处理蒜粉，不仅能够对蒜粉的生物活性成分起到保护作用， 掩盖不愉快的气味，还可延长产品的货架期。由于在肠道中被释放，还可避免辛 辣成分对于胃壁的刺激作用。控制缓释速度可以延长生物活性物质的作用时间， 减少服用次数，提高产品利用率。 1 3 4 吸附和溶解小分子含硫化合物 利用各种物质吸附、加成或掩蔽臭味。 1 3 4 1 调制除臭法 用天然产物如裙带菜汁、大豆粉，茶叶汁、胡椒粉、蜂蜜、氢氧化镁、食用 油等与大蒜液或浆混合，溶解或吸附臭味以达到除臭的目的。朱虹 2 2 】用蜂蜜对 大蒜进行脱臭处理，将大蒜置于9 5 水中烫漂2 r a i n ，再将1 5 倍大蒜质量的蜂蜜 8 上海海洋火学硕士论文 加入后脱臭1 l m i n ，并进行打浆、罐装等加工。制得有浓郁蒜蜜香味并保存大蒜 有效的营养成分( 蒜素和s o d 酶) ，又无蒜臭、方便食用的高级保健食品。 但是调制脱臭法也存在不少缺点：例如，使用胡椒粉脱臭法处理大蒜后，大 蒜质地变软，改变了大蒜的天然风味，且其处理时间过长不利于生产上的推广等 缺点【2 3 1 。使用菜籽油脱臭法对大蒜进行脱臭，不仅成本高、营养素损失严重， 而且采用菜籽油脱臭之后，菜籽油会吸附大蒜的臭味，不适合脱臭大蒜食品的加 q - 16 1 。 1 3 4 2 包埋除臭法 使用b 环糊精包埋臭味成分等方法对大蒜进行脱臭。将具有臭味的物质包埋 起来，使其难以散布臭味的一种物理方法叫包裹除臭法。 齐美玲【2 4 】等使m 1 3 环糊精包埋蒜素，研究获得了最佳的工艺条件为：p 环糊 精1 2g ，蒜素l m l ；温度2 5 ；反应介质p h = 6 ；研磨时间2h 。通过包埋，可以 得到包合物收率和蒜素利用率都高的大蒜包合物。 1 3 4 3 活性硅胶吸附法 熊卫东【2 5 1 等用活性硅胶对蒜汁进行脱臭处理，研究得到了最佳的工艺条件： 活性硅酸溶胶0 1 0 5 ，z n s 0 4 0 1 - - - 0 5 ，乙醇0 1 - - 1 ，n a c l2 ，z s 添加剂0 1 。采用这种方法处理得到无臭鲜大蒜，可以长时间贮存，而且保持鲜 大蒜的风味，且基本营养成分不变。 1 3 5 生物脱臭 谭书明等研究了一种生物方法担子菌液脱臭法，利用担子菌酶降解大蒜臭 味物质。但蒜素与担子菌酶发生作用后形成的产物有待进一步研究。 1 3 6 提高蒜素稳定性，减少蒜素的分解和转化 在0 。c 以下，调节蒜素水溶液在偏酸性，用蔗糖、阿拉伯胶、可溶性淀粉或 p 环糊精处理蒜素，可提高蒜素的稳定性【2 6 1 。在蒜汁中加入维生素c 也可防止 蒜素的氧化，减少了蒜素的分解和转化，从而减少了臭味的产生。 1 4 前景 由于大蒜具有独特的药用和保健功能，大蒜制品前景广阔。目前，生产1 t 蒜油可消耗3 0 0 - - 4 0 0 t 鲜蒜，市场售价高达3 0 - 5 0 美元l ( g f ”i 。采用高新技术提 取和制各大蒜精深加工产品是进步开拓大蒜系列产品国际市场的技术关键，高 新技术可促使传统产业朝低耗、高附加值方面发展，提高大蒜产品品质和产量。 毋庸置疑，大蒜制品产业将大有作为。 9 一 ：海海洋大学硕士论文 第二章超临界c 0 2 萃取大蒜中蒜油工艺参数的优化 近年来，高品质大蒜保健品越来越受到消费者的青睐，国内外有很多大蒜制 品，主要形式有：蒜油，脱水蒜粉，蒜油浸提液( 用植物油浸提大蒜使含硫化合 物溶入食用油中制成食用油调味品) ，大蒜提取物。其中又以蒜油和脱水蒜粉在 大蒜制品中占主要地位。大量研究表明：大蒜的诸多生物功能归功于其所含有的 大量有机硫化合物，而其中最重要的有效成分是蒜素。传统的蒜油提取方式主要 有：水蒸汽蒸馏法、溶剂提取法等。超临界c 0 2 萃取技术因其具有无污染、安全、 低能耗、选择性强，色味纯正及提取率高等优点而成为天然产物研究与开发中的 一种具有相当发展潜力的高新提取分离方法，被广泛应用于多个领域。使用超临 界c 0 2 萃取蒜油，不仅不会破坏热敏性活性成分蒜素，且具有操作简单，无溶剂 残留，保留了大蒜特有的天然风味、无熟味等优点。 本试验主要内容是对超临界c 0 2 萃取蒜油的工艺参数进行研究，以重要活 性物质蒜素提取率为指标，分别考察了进样方式、萃取温度、萃取压力、静态浸 提时间以及动态萃取时间对提取率的影响。通过单因素实验和正交实验，最终确 定了最佳的超临界萃取条件，为未来的规模化生产蒜油，开发生产大蒜深加工制 品提供理论支持和现实依据。 2 1 材料与设备 2 1 1 材料 新鲜大蒜，产地上海，购于上海新芦苑集贸市场； c 0 2 气体，纯度 9 9 9 ； 5 ，57 二硫代双( 2 硝基苯甲酸) ( d t n b ) 纯度三9 9 ，沃凯公司，生化试 剂； l 一半胱氨酸，纯度9 7 ，s i g m a - a l d r i c h 公司，生化试剂； 4 - 羟乙基哌嗪乙磺酸( h e p e s ) 纯度9 9 5 ，s i g m a - a l d r i c h 公司，生化试剂： 9 5 乙醇，国药集团化学试剂有限公司，分析纯。 2 1 2 仪器 超临界二氧化碳萃取仪s p e - e ds f e ，美国a p p l i e ds e p a r a t i o n s 公司； 1 0 上海海洋人学硕 ：论文 紫外可见分光光度计u v - 2 0 0 0 ，尤尼科仪器有限公司； 多功能食品加工机s q 2 1 1 9 n ，上海帅佳电子科技有限公司； 3 2 0 sp h 计，梅特勒托利多仪器( 上海) 有限公司； 超声波清洗器s k 3 3 1 0 h p s h ，科导超声仪器有限公司； 循环水真空泵s h z 3 ，上海华光仪器仪表厂： 旋转蒸发器r 2 0 5 ，上海申生科技有限公司； 气浴恒温振荡器t h z 8 2 ( a ) ，金坛市科析仪器有限公司。 2 2 实验方法 2 2 1 样品前处理 2 2 1 1 蒜泥的制备 将新鲜大蒜去皮，清洗，将蒜瓣在4 。c 的冰箱中预放置一天，用粉碎机破碎 至蒜泥备用。每次试验取3 0 0 0g 蒜泥进样。 2 2 1 2 脱水蒜粉的制备 新鲜大蒜去皮，清洗，将蒜瓣切至3 m m 左右的蒜片，置于1 8 冰箱中预冻 一天。将经预冻的蒜片进行真空冷冻干燥，冷冻温度5 0 冷冻1 2 h 。所得的脱水 蒜片呈白色，表面有空穴，有清新的蒜香。将脱水蒜片用粉碎机破碎至粉状，将 蒜粉装于食品密实袋中，置于干燥器中备用。由于新鲜大蒜中水分含量达到6 7 ， 故每次试验取1 0 0 0g 蒜粉进样。 2 2 2 超临界c 0 2 萃取法( s u p e r c r i t i c a lc 0 2e x t r a c t i o n , s c e ) 工艺流程如下： 样品前处理一称量样品- 装入萃取釜叶超临界流体萃取_ 收集蒜油_ 分光 光度法测定硫代亚硫酸酯含量一计算蒜素提取率。 2 2 3 水蒸汽蒸馏法( s t e a md i s t i l l a t i o n , s d ) 2 8 】 大蒜经破碎后，称取3 0 0 0 9 大蒜粗匀浆，按l ：2 比例加入蒸馏水，置电 热套缓缓