张东峰

广东轻工职业技术学院食品与生物技术学院（广州 510300）

洋葱又名荷兰葱、葱头等，属于百合科葱属，为二年生草本植物，在我国分布很广，是传统的药食两用植物[1]。洋葱精油是洋葱中主要风味物质及活性成分的来源，其包含各种含硫化合物、类黄酮化合物、前列腺素类、苯丙素酚类化合物、含氮化合物等成分，具有消炎抑菌、活血化瘀、抗哮喘、降血脂和血糖、预防心血管疾病、助消化等多种生理药理活性[2]。因此，洋葱精油具有“保健精油”的美称，在营养保健、疾病的预防和治疗等方面发挥重要作用[3]。

洋葱精油的主要提取方法有水蒸气蒸馏法、蒸馏-萃取法、溶剂萃取法和超临界二氧化碳萃取法等[4]。水蒸气蒸馏法能耗大、收率低、活性成分破坏较多；蒸馏-萃取法减少了有机溶剂使用，但仍未克服蒸馏工艺的不足；溶剂萃取法溶剂消耗大，产品纯度低；超临界二氧化碳萃取能够保持洋葱的新鲜风味，但设备复杂、操作要求苛刻，尚未在工业上被广泛应用[5]。超声波辅助萃取技术是利用超声波的空化作用、机械作用和热作用来加速细胞壁的破裂，提高提取效率，具有效率高、能耗低、活性成分破坏少等优势[6]。于海莲等[7]采用超声波对新鲜洋葱浆液进行萃取，洋葱精油的收率为0.33%。蒋华梅等[8]采用超声辅助提取插田泡花色苷，在优化的条件下插田泡花色苷的得率达到263.15 mg/100 g，高于采用振荡提取的花色苷，该法耗时短，萃取效率高。孙婕等[9]对超声辅助提取抱朴香桂精油工艺进行优化，优化后抱朴香桂精油得率达到6.03%。

随着人们对自身保健意识的增强，开发利用天然抗氧化剂成为当今的研究热点。对植物提取物的抗氧化作用的研究较多，吕曼曼等[10]发现高粱色素质量浓度达到40 μg/mL时，其对DPPH自由基的清除率达到93.23%；质量浓度2.0 mg/mL时，其对羟自由基的清除率达到91.99%，具有较好的抗氧化能力。吕晓玲等[11]发现红花红色素具有较强的清除超氧阴离子、羟自由基及过氧化氢的能力，色素质量浓度1 mg/mL时，其对过氧化氢的清除率为72%，色素质量浓度5 mg/mL时，羟自由基抑制率达93.66%。张水平等[12]比较胡椒果和胡椒叶抗氧化能力，发现胡椒叶提取物的DPPH自由基清除能力和多酚含量均高于胡椒果鲜、黑胡椒和白胡椒。张轩[13]发现大蒜油的抗氧化活性随着浓度的增加而提高，0.01%柠檬酸与0.04%大蒜油混合后，其协同抗氧化作用同0.01%添加量的没食子酸丙酯相当。

我国洋葱产量居世界第一，每年有大量新鲜洋葱出口，但缺乏科技含量，附加值较低。洋葱精油被广泛应用于食品添加剂、化妆品、医药及保健食品，在国际市场上供不应求，所以开发洋葱精油市场前景广阔。试验运用响应面优化超声辅助提取洋葱精油的工艺，并探讨洋葱精油的抗氧化活性，以期为天然抗氧化剂的开发及洋葱附加值的提升提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 主要材料与试剂

洋葱（市售）；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（Sigma公司）；其他试剂均为分析纯。

1.2 主要仪器与设备

XL-20B小型粉碎机（杭州旭众机械设备有限公司）；JY99-IIDN带温控超声波细胞粉碎机（冠森生物科技（上海）有限公司）；RE-52A旋转蒸发仪（上海政泓实业有限公司）；GC-MS7000气相色谱质谱联用仪（江苏天瑞仪器股份有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 洋葱精油的提取

取新鲜的洋葱，清水洗净，切成0.3cm左右薄片，放入60 ℃的干燥箱中干燥24 h，用小型粉碎机对其进行粉碎，过100目筛，得到洋葱粉末。称取100.0 g洋葱粉末，以一定的料液比加入70%乙醇溶液，摇匀，在设定的超声功率和温度下的超声波细胞粉碎机中进行洋葱精油的提取，加硅藻土抽滤除残渣，萃取液加入无水亚硫酸钠脱水，置于60 ℃水浴锅中减压蒸馏，得洋葱精油。

1.3.2 响应面优化试验

根据前期试验结果，采用Box-Behnken试验设计对超声辅助提取洋葱精油工艺进行四因素三水平的响应面优化，试验设计见表1。

表1 洋葱精油提取试验因素水平表

1.3.3 洋葱精油抗氧化性研究

由于洋葱精油的风味物质和生理活性成分为含硫化合物，以含硫化合物浓度来代替洋葱精油进行抗氧化试验，含硫化合物的检测使用GC-MS检测，按倪力军等[14]的试验方法进行，色谱柱为DB-5毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）。

1.3.3.1 洋葱精油对DPPH自由基清除能力的测定

采用分光光法，按陈云霞等[15]的试验方法进行测定。

1.3.3.2 洋葱精油对羟自由基的清除能力测定

采用水杨酸比色法，按范三红等[16]的试验方法进行测定。

1.3.3.3 洋葱精油对猪油抗氧化能力的测定

采用Fe3+-还原法，按范三红等[16]的试验方法进行测定。

1.3.3.4 洋葱精油得率的计算

2 结果与分析

2.1 洋葱精油提取工艺的响应面优化

2.1.1 响应面试验设计与结果

在前期试验结果的基础上，根据Box-Behnken中心组合试验原理，进行四因素三水平试验设计，方案设计与结果如表2所示。

表2 洋葱精油提取试验的方案和结果

2.1.2 模型的建立及方差分析

对洋葱精油提取率和各提取条件进行回归拟合，获得洋葱精油提取率（Y）与液料比（A）、超声功率（B）、提取温度（C）、超声时间（D）之间的二次回归拟合方程：Y=-1.507 62+0.091 833A+9.125 00E-004B-5.000 00E-003C+0.025 583D-2.750 00E-005AB-8.700 00E-004AC+3.700 00E-004AD+5.900 00E-005BC+9.500 00E-006BD-5.500 00E-005CD-1.708 33E-003A2-3.458 33E-006B2-3.833 33E-005C2-2.533 33E-004D2。

根据表2试验结果，以洋葱精油提取率为响应值，对洋葱精油提取工艺的模型进行回归分析，结果见表3。

回归模型具有极显著性（p＜0.000 1），失拟项p＞0.05，决定系数R2=0.969 5，表明洋葱精油各提取工艺的模型与实际情况拟合程度比较好，可以用于洋葱精油提取工艺的优化。模型中一次项A、B、交互项AD、AC、BC、二次项A2、B2、D2极显著（p＜0.01），交互项AB显著（p＜0.05），表明洋葱精油各提取条件和提取率为非线性关系。

表3 洋葱精油提取工艺二次回归方程模型的方差分析

2.1.3 响应面分析及最优条件验证

根据构建的回归模型作响应曲面图，考察洋葱精油各提取条件间交互作用与提取率之间的响应曲面图，结果如图1所示。等高线的中心区域洋葱精油提取率最高，由中心向边缘逐渐降低。超声功率与提取温度之间的交互曲面最为陡峭，固定提取温度，随着超声功率增加，提取率呈先快速增大后逐渐减小趋势，且变化幅度较大；固定超声功率，在不同提取温度条件下，提取率随超声功率变化的趋势呈曲面变化，表明液固比与超声功率的交互作用对洋葱精油提取率的影响显著。液料比与超声功率、液料比与超声时间、液料比与超声功率之间的交互曲面也较为陡峭，表明这些因素之间的交互作用对洋葱精油提取率的影响均为显著，与表3中方差分析结果一致。

图1 洋葱精油各提取因素交互效应的响应曲面

对回归方程进行求解，获得洋葱精油最佳提取工艺：液料比16.83∶1（mL/g）、超声功率585.48 W、提取温度50 ℃、超声时间68.35 min。此时洋葱精油提取率的预测值达到最大，为0.464%。

为验证构建模型的可靠性，同时方便操作，采用液料比16.8∶1（mL/g）、超声功率58.5 W、提取温度50 ℃、超声时间68 min进行洋葱精油的提取，经过3次验证试验，洋葱精油的提取率为0.462%，表明洋葱精油提取工艺稳定。

2.2 洋葱精油抗氧化性研究

2.2.1 洋葱精油对DPPH自由基的清除能力测定

洋葱精油对DPPH自由基的清除能力如图2所示。结果表明，在100～600 μg/mL质量浓度范围内，洋葱精油清除DPPH自由基的能力与洋葱精油浓度呈正相关，洋葱精油浓度越大，其对DPPH自由基清除能力越强。洋葱精油质量浓度600 μg/mL时，其对DPPH自由基清除率达72.3%；VC在500 μg/mL时，其对DPPH自由基清除率达97.3%，对DPPH自由基的清除率要优于洋葱精油。

2.2.2 葱精油对羟自由基的清除能力测定

洋葱精油对羟自由基的清除能力如图3所示。结果表明，不同浓度洋葱精油对羟自由基均有一定清除作用，在100～500 μg/mL质量浓度范围内，洋葱精油对羟自由基清除率迅速增加，之后随着洋葱精油浓度增加，羟自由基的清除率增加缓慢。质量浓度为500 μg/mL时，洋葱精油对羟自由基的清除能力达59.1%；浓度600 μg/mL时，洋葱精油对羟自由基的清除能力达61.5%；VC在400 μg/mL时对羟自由基清除率达97.9%，之后维持稳定，其对羟自由基的清除率要优于洋葱精油。

图2 洋葱精油对DPPH自由基的清除能力

图3 洋葱精油对羟自由基的清除能力

2.2.3 洋葱精油还原能力的测定

洋葱精油还原能力如图4所示。结果表明，在质量浓度10～100 μg/mL范围内，VC和洋葱精油的还原能力随着其浓度增加而增加，呈直线上升趋势。质量浓度为100 μg/mL时，VC和洋葱精油的还原能力分别为0.94和0.45，说明洋葱精油具有较强的还原性。

图4 洋葱精油的还原能力

3 结论

以洋葱为原料，采用Box-Behnken试验设计对超声辅助提取洋葱精油的工艺进行响应面优化，并对洋葱精油抗氧化性能进行初步研究。洋葱精油的最佳提取条件为：液料比16.8∶1（mL/g）、超声功率58.5 W、提取温度50 ℃、超声时间68 min，该工艺条件下洋葱精油提取率达到0.462%。提取的洋葱精油对DPPH自由基、羟自由基具有很好的清除作用，且具有很好还原力，在试验浓度范围内呈现明显量效关系，洋葱精油质量浓度为600 μg/mL时，其对DPPH自由基和超氧阴离子的清除率分别达到72.3%和61.5%；洋葱精油浓度100 μg/mL时，还原能力达到0.45，可见洋葱精油具有很好的抗氧化活性。试验为洋葱精油作为天然抗氧化剂的开发提供参考价值。