大蒜油HP-β-CD包合物超聲波法制備工藝的研究

周振華 王文淵 駱 航

湖南省永州職業(yè)技術學院藥學系，湖南永州 425100

大蒜是一種經典的保健性植物，具有營養(yǎng)物質豐富，生物活性廣泛等優(yōu)勢。隨著經濟社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，市場對無毒無害的天然保健品有著巨大的需求，受到越來越多人們的關注。在中國，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。現(xiàn)代科技研究也證實：大蒜具有殺菌、治療高血壓、高脂血癥、抗炎、預防和治療癌癥、提高免疫力、預防和治療艾滋病等功效[2]。但大蒜主要成分大蒜油有強烈的臭味，會刺激胃及小腸，并且容易揮發(fā)、難溶于水、極易損失掉，在制劑生產和儲存必須特殊注意，患者服用時也極不方便。

我們研究先將大蒜油粗品經分子蒸餾精制純化，然后借助超聲法將其包含于具有環(huán)狀中空結構的羥丙基-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羥烷基化親水性衍生物[3]，羥丙基的存在斷開了β-CD 分子內的氫鍵，改變了β-CD 原先的結構，使其水溶性大大提高，安全性更強，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率和包油率為評價參數(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。

1 材料與儀器

1.1 材料

HP-β-CD（上海高鳴化工有限公司，純度99.8%）；大蒜精油（粗大蒜油經分子蒸餾純化后而來，平均純度86.12%）；無水乙醇（湖南匯虹試劑有限公司，純度99.1%）；純化水（自制）。

1.2 儀器

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備有限公司）；精密型電熱恒溫鼓風干燥箱（北京傲松欣設備有限公司，DHG-9030A型）；全自動電熱控溫水浴鍋（上海申順科技股份有限公司，W-501A型）；家用電冰箱（容聲集團）；揮發(fā)油提取器（湖南祁陽玻璃儀器廠）。

表1 因素水平表

2 方法

2.1 大蒜油的精制

將購買回的粗大蒜油加入無水乙醇中混合均勻，再置于-15℃冰箱中24h[6]。然后將粗大蒜油中樹脂物質通過離心分離，過濾，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、進料速度1.5g/min、刮膜轉速 200r/min。取樣7份純化后的大蒜精油，經檢測平均純度為86.12%，最后將精制的大蒜油密閉，陰涼處保存，備用。

2.2 影響因素設計

超聲波法制備大蒜油HP-β-CD包合物的最佳配方和工藝利用正交試驗來設計，通過前期預實驗和相關文獻報道，選擇四個考察因素即超聲波超聲功率、包合溫度、超聲時間及HP-β-CD與大蒜精油投料比[8-9]， 每個因素3個水平的試驗方案。因素水平見表1。

2.3 大蒜油HP-β-CD包合物經超聲法制備工藝

取規(guī)定量經分子蒸餾純化的大蒜精油，等分成九份。按表1采用 L9（34）正交表進行試驗。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。接下來用真空泵抽濾，無水乙醇洗滌4次直至表面干凈，濾渣于40℃電熱恒溫鼓風干燥箱中干燥，取出固體研細，即得大蒜油HP-β-CD包合物。

2.4 評價參數(shù)的測定

精密稱取干燥大蒜油HP-β-CD包合物并置于已有1000mL純化水的圓底燒瓶中，內部放入沸石，然后安裝和調試揮發(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)定后計數(shù)，然后得出包合物中的實際含油率[11]。

利用以下方法求得包油率及包合物產率：

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象。在所有原料投量不變的情況下，HP-β-CD包合物產率越高則成本越低，越經濟，效益越優(yōu)，因此篩選工藝的次要考察對象選擇包合物產率[12]。最后將兩項指標按照“三七比例”綜合求和來進行結果評定，即：

綜合值=包油率（%）×70%+包合物產率（%）×30%

3 結果

3.1 正交試驗結果與分析

大蒜油HP-β-CD包合物的包合工藝條件篩選的數(shù)理統(tǒng)計結果見表2，通過極差分析和方差分析[13]，發(fā)現(xiàn)對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，而對包合綜合值在考察的范圍內影響不顯著（P＞0.05）的是超聲功率、包合溫度和超聲時間。最終對包合效果的影響順序為：D＞A＞B＞C，即HP-β-CD與油投料比＞超聲功率＞包合溫度＞超聲時間。結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的超聲時間、7∶1的HP-β-CD和大蒜油投料比。

3.2 驗證試驗

我們按照超聲功率210W、包合溫度35℃、超聲時間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包合物進行對照實驗，最終制備的成品HP-β-CD包合物中平均包油率為78.6%，平均產率能達70.7%，數(shù)值均超過正交試驗中包油率的最大值73.2%和產率的最大值69.7%，具體數(shù)據(jù)見下表3。

表2 正交試驗結果

表3 驗證實驗

4 討論

利用薄層色譜展開產品后顯示，從HP-β-CD包合物中回收的大蒜油與未進行過包合的大蒜油斑點一致，大蒜油HP-β-CD包合物和HP-β-CD空白樣無斑點出現(xiàn)，說明包合物是由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粉末為中空結構，大蒜油HP-β-CD包合物為粉末樣，中間無空心，形成了實心包合物，代表HP-β-CD的空穴結構內已經包含了大蒜油。

本研究通過前期預實驗和相關文獻報道選擇以下四因素進行考察，即：超聲功率、包合溫度、超聲時間及HP-β-CD與大蒜油投料比[14]，通過正交試驗確定超聲波法制備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入HP-β-CD結構內，比攪拌這種機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、簡便、經濟，最終包合物的不良氣味較原品明顯減弱，刺激性減少，溶解度、包合率和產率提高，便于其在食品加工、醫(yī)藥保健、化妝品和畜禽養(yǎng)殖中的應用和產業(yè)化推廣。帶動我國大蒜產業(yè)向精細化和高附加值方向發(fā)展，為廣大蒜農提高經濟收益，推動整個產業(yè)發(fā)展，直接服務于“三農”。