周振華 王文淵 駱 航
湖南省永州職業(yè)技術(shù)學(xué)院藥學(xué)系,湖南永州 425100
大蒜是一種經(jīng)典的保健性植物,具有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富,生物活性廣泛等優(yōu)勢(shì)。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高,市場(chǎng)對(duì)無(wú)毒無(wú)害的天然保健品有著巨大的需求,受到越來(lái)越多人們的關(guān)注。在中國(guó),大蒜藥用具有數(shù)千年的歷史[1],《本草綱目》中就記載:大蒜“連五臟,通諸竅,降寒濕,殺邪惡,去癰腫”,有“天然抗生素”之稱(chēng)?,F(xiàn)代科技研究也證實(shí):大蒜具有殺菌、治療高血壓、高脂血癥、抗炎、預(yù)防和治療癌癥、提高免疫力、預(yù)防和治療艾滋病等功效[2]。但大蒜主要成分大蒜油有強(qiáng)烈的臭味,會(huì)刺激胃及小腸,并且容易揮發(fā)、難溶于水、極易損失掉,在制劑生產(chǎn)和儲(chǔ)存必須特殊注意,患者服用時(shí)也極不方便。
我們研究先將大蒜油粗品經(jīng)分子蒸餾精制純化,然后借助超聲法將其包含于具有環(huán)狀中空結(jié)構(gòu)的羥丙基-β-環(huán)糊精(HP-β-CD)中制成水溶性包合物。HP-β-CD是由β-環(huán)糊精(β-CD)和環(huán)氧丙烷縮合而成的一類(lèi)羥烷基化親水性衍生物[3],羥丙基的存在斷開(kāi)了β-CD 分子內(nèi)的氫鍵,改變了β-CD 原先的結(jié)構(gòu),使其水溶性大大提高,安全性更強(qiáng),甚至可用于靜脈注射。最后再采用正交法,利用大蒜油包合物產(chǎn)率和包油率為評(píng)價(jià)參數(shù)[4-5],篩選大蒜油HP-β-CD包合物的最佳包合工藝條件,如下所述。
HP-β-CD(上海高鳴化工有限公司,純度99.8%);大蒜精油(粗大蒜油經(jīng)分子蒸餾純化后而來(lái),平均純度86.12%);無(wú)水乙醇(湖南匯虹試劑有限公司,純度99.1%);純化水(自制)。
超聲波清洗儀(廣東固特超聲股份有限公司,VGT-1990QT型);分子蒸餾裝置(上海德大天壹化工設(shè)備有限公司);精密型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(北京傲松欣設(shè)備有限公司,DHG-9030A型);全自動(dòng)電熱控溫水浴鍋(上海申順科技股份有限公司,W-501A型);家用電冰箱(容聲集團(tuán));揮發(fā)油提取器(湖南祁陽(yáng)玻璃儀器廠(chǎng))。
表1 因素水平表
將購(gòu)買(mǎi)回的粗大蒜油加入無(wú)水乙醇中混合均勻,再置于-15℃冰箱中24h[6]。然后將粗大蒜油中樹(shù)脂物質(zhì)通過(guò)離心分離,過(guò)濾,濾液以分子蒸餾法精制純化[7],純化工藝條件確定為蒸餾溫度50℃、壓力150Pa、進(jìn)料速度1.5g/min、刮膜轉(zhuǎn)速 200r/min。取樣7份純化后的大蒜精油,經(jīng)檢測(cè)平均純度為86.12%,最后將精制的大蒜油密閉,陰涼處保存,備用。
超聲波法制備大蒜油HP-β-CD包合物的最佳配方和工藝?yán)谜辉囼?yàn)來(lái)設(shè)計(jì),通過(guò)前期預(yù)實(shí)驗(yàn)和相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道,選擇四個(gè)考察因素即超聲波超聲功率、包合溫度、超聲時(shí)間及HP-β-CD與大蒜精油投料比[8-9], 每個(gè)因素3個(gè)水平的試驗(yàn)方案。因素水平見(jiàn)表1。
取規(guī)定量經(jīng)分子蒸餾純化的大蒜精油,等分成九份。按表1采用 L9(34)正交表進(jìn)行試驗(yàn)。即:將規(guī)定量HP-β-CD溶解在純化水中制成5%的飽和溶液[10]。用10mL乙醇稀釋每份大蒜油后,加入到飽和的HP-β-CD水溶液中,用攪拌器連續(xù)攪拌。使用測(cè)試的溫度和功率制備大蒜油混合物使其被超聲包合,然后將制備好的混懸液在5℃冰箱中冷藏12h。接下來(lái)用真空泵抽濾,無(wú)水乙醇洗滌4次直至表面干凈,濾渣于40℃電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中干燥,取出固體研細(xì),即得大蒜油HP-β-CD包合物。
精密稱(chēng)取干燥大蒜油HP-β-CD包合物并置于已有1000mL純化水的圓底燒瓶中,內(nèi)部放入沸石,然后安裝和調(diào)試揮發(fā)油提取器,蒸餾提取2.5h。再在室溫下靜止1h后,待油色穩(wěn)定后計(jì)數(shù),然后得出包合物中的實(shí)際含油率[11]。
利用以下方法求得包油率及包合物產(chǎn)率:
包油率=HP-β-CD包合物中大蒜油重量(g)/投入大蒜油重量(g)×100%
包合物產(chǎn)率=HP-β-CD包合物重量(g)/(大蒜油重量+HP-β-CD重量(g))×100%
HP-β-CD包合物中包油率大,包含的大蒜油量就越多,代表這種超聲工藝優(yōu)越,因此選擇包油率作為篩選工藝的主要考察對(duì)象。在所有原料投量不變的情況下,HP-β-CD包合物產(chǎn)率越高則成本越低,越經(jīng)濟(jì),效益越優(yōu),因此篩選工藝的次要考察對(duì)象選擇包合物產(chǎn)率[12]。最后將兩項(xiàng)指標(biāo)按照“三七比例”綜合求和來(lái)進(jìn)行結(jié)果評(píng)定,即:
綜合值=包油率(%)×70%+包合物產(chǎn)率(%)×30%
大蒜油HP-β-CD包合物的包合工藝條件篩選的數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2,通過(guò)極差分析和方差分析[13],發(fā)現(xiàn)對(duì)HP-β-CD的包合效果具有顯著性影響(P<0.05)的是HP-β-CD與大蒜油的投料比,而對(duì)包合綜合值在考察的范圍內(nèi)影響不顯著(P>0.05)的是超聲功率、包合溫度和超聲時(shí)間。最終對(duì)包合效果的影響順序?yàn)椋篋>A>B>C,即HP-β-CD與油投料比>超聲功率>包合溫度>超聲時(shí)間。結(jié)果分析得出最佳制備工藝條件為A2B1C1D2,即:210W的超聲功率、35℃的包合溫度、30min的超聲時(shí)間、7∶1的HP-β-CD和大蒜油投料比。
我們按照超聲功率210W、包合溫度35℃、超聲時(shí)間30min、HP-β-CD與大蒜油投料比7:1的工藝條件下,制備了三批成品大蒜油HP-β-CD包合物進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn),最終制備的成品HP-β-CD包合物中平均包油率為78.6%,平均產(chǎn)率能達(dá)70.7%,數(shù)值均超過(guò)正交試驗(yàn)中包油率的最大值73.2%和產(chǎn)率的最大值69.7%,具體數(shù)據(jù)見(jiàn)下表3。
表2 正交試驗(yàn)結(jié)果
表3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)
利用薄層色譜展開(kāi)產(chǎn)品后顯示,從HP-β-CD包合物中回收的大蒜油與未進(jìn)行過(guò)包合的大蒜油斑點(diǎn)一致,大蒜油HP-β-CD包合物和HP-β-CD空白樣無(wú)斑點(diǎn)出現(xiàn),說(shuō)明包合物是由HP-β-CD包含了大蒜油而形成的,并且包合前后大蒜油成分無(wú)變化。在顯微鏡下觀察空白HP-β-CD與大蒜油HP-β-CD包合物,空白HP-β-CD粉末為中空結(jié)構(gòu),大蒜油HP-β-CD包合物為粉末樣,中間無(wú)空心,形成了實(shí)心包合物,代表HP-β-CD的空穴結(jié)構(gòu)內(nèi)已經(jīng)包含了大蒜油。
本研究通過(guò)前期預(yù)實(shí)驗(yàn)和相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道選擇以下四因素進(jìn)行考察,即:超聲功率、包合溫度、超聲時(shí)間及HP-β-CD與大蒜油投料比[14],通過(guò)正交試驗(yàn)確定超聲波法制備HP-β-CD大蒜油包合物的最佳工藝為:超聲功率210W、包合溫度35℃、超聲時(shí)間30min、HP-β-CD與大蒜油投料比7:1。
我們采用超聲波法制備HP-β-CD包合物,利用了超聲振蕩的空化作用,使大蒜油在振蕩力的作用下充分進(jìn)入HP-β-CD結(jié)構(gòu)內(nèi),比攪拌這種機(jī)械包合受力均勻又持續(xù),包油率高且能形成完整包合物[15]。而且超聲波法制備HP-β-CD包合物快速、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì),最終包合物的不良?xì)馕遁^原品明顯減弱,刺激性減少,溶解度、包合率和產(chǎn)率提高,便于其在食品加工、醫(yī)藥保健、化妝品和畜禽養(yǎng)殖中的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化推廣。帶動(dòng)我國(guó)大蒜產(chǎn)業(yè)向精細(xì)化和高附加值方向發(fā)展,為廣大蒜農(nóng)提高經(jīng)濟(jì)收益,推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,直接服務(wù)于“三農(nóng)”。