大蒜揮發(fā)油提取工藝優(yōu)化及GC-MS分析

劉陽，李莎莉，吳琦，王麗虹，許悅，段金輝

(武昌理工學院 生命科學學院，生物多肽糖尿病藥物湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北省生物多肽糖尿病藥物工程技術(shù)研究中心，武漢 430223)

大蒜(AlliumsativumL.)為百合科(Liliaceae)蔥屬(Allium)草本植物的地下鱗莖，別名胡蒜、葫、獨蒜、獨頭蒜等，其作為調(diào)味食材和藥物使用已有四千多年的歷史[1]。大蒜性溫、辛、甘，以其鱗莖入藥，被譽為天然的“藥用植物黃金”[2]。研究表明，大蒜的主要生物活性物質(zhì)為含硫化合物，即“蒜素”[3]，不僅具有殺菌、抗炎等作用，對消化系統(tǒng)、腫瘤和乳腺癌、肝癌等惡性腫瘤也具有積極的效果[4,5]，被美國國家癌癥研究所稱為“具有潛在抗癌特性的蔬菜”。

大蒜揮發(fā)油富含含硫化合物[6]，是大蒜多種藥理活性的物質(zhì)基礎。近年來，關(guān)于大蒜揮發(fā)油提取工藝的研究報道較多，但研究結(jié)果和揮發(fā)油品質(zhì)差別較大。為滿足臨床對大蒜揮發(fā)油藥用價值的研究開發(fā)，本試驗以水為溶劑，在單因素基礎上采用正交試驗確定了揮發(fā)油提取的最佳工藝，并通過GC-MS進行成分分析。本法具有綠色環(huán)保、揮發(fā)油中含硫化合物含量高的特點，可為大蒜揮發(fā)油的工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)參考，為大蒜資源藥食兩用價值的深度利用提供試驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮白皮大蒜：購于武商量販江夏店(產(chǎn)地：湖北)；乙醚：AR，上海國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 主要儀器

GC7890N-MSD5975C氣質(zhì)聯(lián)用儀 美國Agilent公司；SB-3200DT超聲儀 寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 揮發(fā)油提取

新鮮大蒜→去皮稱重→搗碎→加純化水均漿→室溫超聲→浸泡30 min→水蒸氣蒸餾→乙醚萃取→收集揮發(fā)油→稱重→計算提取率[7]。

1.3.2 GC-MS分析

19091J-433HP-5色譜柱(5% Phenyl Methyl Siloxan，30 m×250 μm×0.25 μm)；柱溫：50 ℃(保持1 min，以5 ℃/min升溫到280 ℃，保持10 min)；進樣口溫度：250 ℃；載氣流速：1 mL He/min；分流比10∶1；進樣量：1.0 μL。電子轟擊離子源，溫度230 ℃；四極桿溫度：150 ℃；接口溫度：280 ℃；電子能量：70 eV；電壓：1976 V；掃描質(zhì)量范圍：30～500 amu；溶劑延遲：4 min。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗

單因素試驗結(jié)果顯示，超聲時間、浸泡溫度、料液比、蒸餾時間對大蒜揮發(fā)油提取率影響較大。按L9(34)設計正交試驗，以提取率為評價指標，結(jié)果見表1。

表1 大蒜揮發(fā)油提取正交試驗結(jié)果Table 1 The orthogonal test results of garlic volatile oil extraction

由表1可知，料液比對提取率的影響最大，其次是超聲時間和蒸餾時間，而浸泡溫度的影響最小。結(jié)果表明：大蒜揮發(fā)油提取工藝的最佳組合為A3B2C2D3，即超聲35 min、浸泡溫度35 ℃、料液比1∶4、蒸餾2 h。

2.2 放大驗證試驗

在最佳工藝條件下，將大蒜取用量放大5倍進行驗證性試驗，提取率結(jié)果見表2。

表2 大蒜揮發(fā)油驗證試驗結(jié)果Table 2 The verification test results of garlic volatile oil

由表2可知，超聲輔助水蒸氣蒸餾法提取大蒜揮發(fā)油得率為0.280%，與正交試驗結(jié)果相符，與文獻[8]接近而高于文獻[9]的結(jié)果，收集的揮發(fā)油為具有大蒜刺激性氣味的淡黃色澄明液體。

2.3 揮發(fā)油化學成分分析

大蒜揮發(fā)油用色譜純正己烷按1∶2(V/V)稀釋，進行GC-MS檢測，其總離子流圖見圖1。用峰面積歸一化法從總離子流圖中計算出各成分的相對質(zhì)量分數(shù)，并利用NIST11.LIB 標準庫進行成分分析，結(jié)果見表3。

圖1 大蒜揮發(fā)油總離子流圖Fig.1 Total ion chromatogram of garlic volatile oil

序號保留時間(min)化合物分子式相對質(zhì)量含量(%)14.3682-甲基腺苷C11H15N5O40.0127.6303,4-二甲基噻吩C6H8S0.1238.052烯丙基二硫醚C4H8S24.6448.5541,3-二硫雜環(huán)己烷C4H8S20.4258.878烯丙基甲烷硫代磺酸鹽C4H8O2S20.8769.910二甲基三硫醚C2H6S31.42713.891二烯丙基二硫醚C6H10S235.11814.264 2-亞乙基-1,3-二噻烷C6H10S24.69914.685 甲氧基羰基甲基二磺?；宜峒柞6H10O4S20.021014.912 四氫噻吩C3H6S20.021115.263 硫代二乙酸二甲酯C6H10O4S0.131215.669 甲硫基乙腈C3H5NS9.841315.998 1-環(huán)己基-3-甲氧基-丁烷-2-酮C12H22O20.041416.468 1-甲氧基甲硫醚C5H12OS0.221517.095 3-乙烯基-1,2-二硫環(huán)己-4-烯C6H8S20.351617.851 3-乙烯基-1,2-二硫環(huán)己-5-烯C6H8S20.321717.948 2,2'-二硫二乙醇C4H10O2S20.021818.802 亞硫酸二乙酯C4H10O3S0.011919.812 3-羥基葵酸C10H20O30.092019.996 亞硫酸二乙酯C4H10O3S0.01

續(xù) 表

由表3可知，從該法提取的大蒜油中鑒定出了32種成分，其中含硫化合物29種，其結(jié)構(gòu)主要為醚、酯、羧酸、腈、醇類以及烷烴、烯烴等，其含量占揮發(fā)油總量的88.15%，遠高于文獻[9]采用乙醇提取法制備大蒜油的結(jié)果。大蒜揮發(fā)性成分中含量最高的為二烯丙基二硫醚(35.11%，diallyl disulfide, DADS)，其次是二烯丙基三硫醚(26.15%, diallyl trisulfide, DATS)，二者含量總和占揮發(fā)油總量的69.46%，與文獻[10]的結(jié)果一致。在大蒜揮發(fā)油中，除DADS、DATS外，還含有甲基烯丙基二硫醚、二烯丙基硫醚、二烯丙基四硫醚等，其中烯丙基硫醚有機物占硫醚化合物的97.68%，亦遠高于文獻[9]的結(jié)果。

3 討論

3.1 揮發(fā)油制備

水蒸氣蒸餾具有操作簡單、成本低廉、適合工業(yè)化生產(chǎn)的特點[11]，是提取揮發(fā)油的常用方法。近年來，大蒜揮發(fā)油的生理作用及其在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應用引起了人們的廣泛關(guān)注，并進行了大量的研究[12,13]，但由于大蒜的品種、產(chǎn)地、處理方法的差異，揮發(fā)油提取工藝相差較大。本研究通過正交試驗確定了大蒜揮發(fā)油的最佳提取條件：超聲時間35 min、浸泡溫度35 ℃、料液比1∶4、蒸餾時間2 h，該條件下大蒜揮發(fā)油提取率為0.280%，與理論值一致[14]，稍低于孟憲鋒等[15]利用乙醇提取及張郁松等先進行酶解再蒸餾提取的研究結(jié)果。

主要的原因可能是：①大蒜產(chǎn)地來源和品種不同；②乙醇等有機溶劑提取效率更高，但成本和對后續(xù)研究有一定影響；③酶解可能比超聲波的輔助效果好，更能有效提高大蒜油提取率，具體的原因尚需進一步深入研究。同時，本試驗采用超聲輔助以水為溶劑進行提取，避免了有機溶劑提取的殘留問題和對其生物活性的影響。

3.2 揮發(fā)油成分分析

大蒜為藥食兩用植物，其揮發(fā)油中含有多種強烈刺激性氣味的有機硫化物，是大蒜主要的生物活性物質(zhì)，具有抗菌消炎、抗腫瘤、抗病毒、提高機體免疫力、緩解疲勞、促進糖代謝、預防和治療心血管疾病等多種藥理作用[16,17]。由表3可知，該法提取的大蒜揮發(fā)油主要為含硫化合物，占總量的88.15%，其中的DADS和DATS約占揮發(fā)油總量的70%，二者為大蒜素中的脂溶性含硫化合物，具有較強的抗腫瘤、降血脂、抗氧化等活性。大量研究結(jié)果顯示，大蒜經(jīng)多途徑抑制腫瘤細胞與其親水性或親脂性作用靶點有關(guān)，蒜素中所含硫取代或巰基取代的數(shù)目多少與其抗腫瘤的效果呈現(xiàn)一定的相關(guān)性。

因此，該法制備的大蒜揮發(fā)油具有豐富的含硫化合物，保持了大蒜原有的主要生物活性成分，為臨床合理利用大蒜素治療惡性腫瘤提供了物質(zhì)基礎，可滿足新藥研發(fā)需求，有利于進一步提高其藥用價值。