CN101455291A

CN101455291A - 一种利用大蒜果聚糖水解酶生产果糖和低聚果糖的方法

Info

Publication number: CN101455291A
Application number: CNA2008102206126A
Authority: CN
Inventors: 黄雪松
Original assignee: Jinan University
Current assignee: Jinan University; University of Jinan
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2028-12-30
Also published as: CN101455291B

Abstract

本发明公开了一种以新鲜大蒜、脱水蒜片、提取大蒜精油后的蒜渣或生产蒜片过程中产生的废液等为原料，利用大蒜果聚糖水解酶的作用，生产大蒜果糖和低聚果糖的方法。该方法包括以下步骤：(1)将大蒜等原料制成蒜浆；(2)果糖和低聚果糖提取液的制备；(3)精制果糖和低聚果糖提取液；(4)果糖和低聚果糖的分离；(5)低聚果糖的获得；(6)果糖的获得。本发明利用了大蒜原料本身的果聚糖水解酶，减少了添加外源酶或食用酸造成的成本增加；在常温常压等温和条件下进行水解，大大节省能源，减少设备投入，降低产品原料成本；利用蒜渣、生产蒜片产生的废水为原料，大大提供原料利用率，减少环境污染。

Description

一种利用大蒜果聚糖水解酶生产果糖和低聚果糖的方法

技术领域

本发明涉及一种以新鲜大蒜、脱水蒜片、提取大蒜精油(挥发油)后的蒜渣或生产蒜片过程中产生的废液等为原料，利用大蒜果聚糖酶的作用，生产大蒜果糖和低聚果糖的方法，属于天然产物的提取、分离和改性领域。

背景技术

大蒜(Allium sativum L.)是我国重要的药食兼用原料，传统医学常将其用于治疗腹泻、百日咳、感冒咳嗽、脚癣等多种疾病；现代医学认为大蒜有降血脂、预防动脉硬化、防治冠心病、脑血栓、消炎杀菌、抗癌、提高机体免疫力、保护肝脏、降血压、降血脂和延缓衰老等作用。大蒜及其制品的这些种作用与其所含有的果聚糖和低聚果糖可能有一定的关系。

大蒜果聚糖的分子量为9000～10000道尔顿，分支度为9，是生产低聚果糖的良好原料。申请号为200510120909.1中国专利公开了通过酸水解方法生产大蒜低聚果糖的方法，但是该生产方法要加入食用酸，生产成本较高。

为了降低生产成本和提高产品的纯度，本专利以使用大蒜本身所含有的果聚糖水解酶，利用大蒜及其制品或废弃物生产低聚果糖，同时生产果糖。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生产大蒜果糖和低聚果糖的方法。以新鲜大蒜、脱水蒜片、提取大蒜精油后的蒜渣(通过水蒸汽蒸馏、或用乙醇、超临界二氧化碳、丙酮等溶剂萃取大蒜精油后剩余的蒜渣)或生产蒜片后的废液为原料，在大蒜果聚糖水解酶的作用下，利用这些原料中所含有的大蒜果聚糖，生产果糖和低聚果糖产品。

本发明的目的通过下述技术方案实现，一种生产大蒜果糖和低聚果糖的方法，包括以下步骤：

(1)将大蒜原料制成蒜浆物料：将新鲜大蒜用2～5倍重量的水浸泡4～8h，洗去泥土、蒜皮等杂物，打浆或磨制成粒度为100～150目的鲜蒜浆，所述鲜蒜浆中含有大蒜果聚糖水解酶；

或者将脱水蒜片用5～10倍重量的水浸泡0.5～2h，打浆或磨制成粒度为100～150目的蒜浆，加入占蒜浆重量1～5％的鲜蒜浆；

或者将提取大蒜精油后的蒜渣，加入占蒜渣重量1～5％的鲜蒜浆；

或者将生产蒜片过程中产生的废液，加入占废液重量0.1～0.5％的鲜蒜浆；

(2)果糖和低聚果糖提取液的制备：将步骤(1)所得蒜浆物料pH值调至4～6，在20～50℃下放置0.5～3h后，将蒜浆过滤除去杂质，得到果糖和低聚果糖提取液；

(3)果糖和低聚果糖提取液的精制：将步骤(2)所得果糖和低聚果糖提取液采用离心、过滤、沉淀中的至少一种方法进行处理，得到精制果糖和低聚果糖提取液；

(4)果糖和低聚果糖的分离：将步骤(3)所得精制果糖和低聚果糖提取液通过阳离子交换树脂柱，吸附速度为每公斤树脂0.2～1L/h，用无离子水洗脱交换树脂柱，收集的第一个柱体积溶液为果糖溶液，第2～3个柱体积洗脱液为低聚果糖溶液；

(5)低聚果糖的获得：在温度为55～80℃的真空条件下，将步骤(4)所得低聚果糖溶液进行浓缩，得到低聚果糖浓缩液，此浓缩液可以通过分装、密封、杀菌后，作为液态低聚果糖产品供应市场；将浓缩液进行喷雾干燥或热风干燥至含水量为0～5％，粉碎，得到白色粉状的低聚果糖；

(6)果糖的获得：将步骤(4)所得果糖溶液经活性炭吸附脱色后进行浓缩，得到低聚果糖浓缩液，此浓缩液可作为液态果糖产品供应市场；将浓缩液自然放置结晶，得到果糖晶体。

步骤(1)所述大蒜果聚糖水解酶的主要特征是存在于硫酸铵饱和度20％～40％部位，为外切酶，最适反应温度为20～50℃，最适反应pH为4～6。

步骤(1)中在脱水蒜片、提取大蒜精油后的蒜渣或生产蒜片过程中产生的废液为原料时，加入鲜蒜浆是作为大蒜果聚糖水解酶用途的。大蒜果聚糖水解酶可以采用硫酸铵分级沉淀确定其所在部位：取300g鲜蒜浆，加入10～15ml 0.2mol/L pH7磷酸盐缓冲液，匀浆，用纱布过滤，再于4000r/min离心20分钟后得上清粗酶液260ml；将获得的260ml粗酶液加入硫酸铵至饱和度20％，搅拌均匀，12000r/min、4℃低温离心20min，离心后收集沉淀，并将上清液依次加入硫酸铵至饱和度40％、70％、100％并重复以上步骤；分别收集沉淀，溶解于pH7磷酸盐缓冲溶液中。将硫酸铵分级沉淀得到的酶液装入截留分子量为3500u的透析袋内，用pH7磷酸盐缓冲溶液透析，每4h后更换一次，透析至透析液用氯化钡检查无沉淀为止，收集透析袋内液体；以大蒜果聚糖溶液为底物，采用3，5-二硝基水杨酸(DNS)法分别测定酶活性，以确定大蒜果聚糖水解酶所在部位。从结果可以初步断定：大蒜果聚糖水解酶存在于硫酸铵饱和度20％～40％部位。另外，研究表明大蒜果聚糖水解酶为外切酶，其最适反应温度为20～50℃，优选40℃；最适反应pH为4～6，优选pH值为5。

步骤(2)所述过滤是采用滤布、袋滤器或压榨机进行过滤。

步骤(3)所述离心是以3000～10000rpm的转速进行离心的；所述过滤是采用板框式压榨机过滤、真空离心机过滤或膜过滤；所述沉淀处理是在每1kg提取液中加入0.1～0.3g的明胶和单宁混合澄清剂进行沉淀处理；所述板框式压榨机过滤采用的压力为0.1～3MPa；所述真空离心机过滤采用的真空度为0.08～0.09Mpa；所述膜过滤采用的是截留分子量20000～50000道尔顿的过滤膜。

步骤(5)所述浓缩是浓缩至干物质含量为30～60％；所述喷雾干燥的离心喷雾压力为0.1～0.3MPa，进入喷雾塔的热空气温度为150～170℃，出口温度为75～90℃；所述热风干燥是采用60～70℃的热风进行干燥。

步骤(6)所述浓缩是浓缩至干物质含量≥60％。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：(1)本发明利用了大蒜原料本身的果聚糖水解酶，减少了添加外源酶或食用酸造成的成本增加；(2)本发明可以在常温常压等温和条件下进行水解，这可以大大节省能源，减少设备投入，降低产品原料成本；(3)本发明可以利用提取大蒜精油(挥发油)后的蒜渣、或提取蒜氨酸后的废液、或生产脱水蒜片产生的废水等为原料生产果糖和低聚果糖，这可以大大提供原料利用率，并减少它们造成的环境污染。

附图说明

图1是本发明生产果糖和低聚糖的方法步骤图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

以鲜大蒜为原料，如图1所示的工艺流程，具体按下述步骤进行：

(1)将大蒜原料制成蒜浆：将10公斤新鲜蒜瓣置于25公斤饮用水中，浸泡4小时，流动水冲洗去掉泥土和蒜皮等杂质；将去皮后的蒜瓣和5～25公斤水一起加到打浆机上，制成100～150目的蒜浆；

(2)果糖和低聚果糖提取液的制备：用柠檬酸等调节pH＝4，30℃下反应3小时；将反应后的处理液用250目滤布过滤蒜浆，得粗提液；

(3)果糖和低聚果糖精制提取液的制备：将步骤(2)所得粗提液在4000rpm下离心20分钟以上，所得上清液用截留分子量为2万道尔顿的无机膜过滤，透过液即为透明的果糖和低聚果糖精制提取液；

(4)果糖和低聚果糖的分离：将5公斤阳离子交换树脂处理成H型并装柱，将步骤(3)所得果糖和低聚果糖精制提取液上柱，收集5～6公斤洗脱液用以生产果糖溶液，再继续收集7～15公斤洗脱液用以生产低聚果糖溶液；

(5)低聚果糖的获得：将步骤(3)所得低聚果糖溶液在60℃下真空浓缩至可溶性固形物含量为30％的浓缩液，经分装、密封、杀菌后即得液态大蒜低聚果糖产品；或者将浓缩液在喷雾干燥机上干燥，喷雾压力为150×105^N/m²，进入喷雾塔的热空气温度为150℃，喷雾干燥所获得的白色粉状物即为低聚果糖产品；

(6)果糖的获得：将步骤(4)所得果糖溶液经活性炭吸附脱色后，在60℃下真空浓缩至可溶性固形物含量为60％，可以作为液体果糖产品；或者将浓缩液置于室温下放置结晶，即得结晶果糖。

实施例2

(1)将大蒜原料制成蒜浆：将10公斤新鲜蒜瓣置于50公斤饮用水中，浸泡8小时，流动水冲洗去掉泥土和蒜皮等杂质；将去皮后的蒜瓣和5～25公斤水一起加到打浆机上，制成100～150目的蒜浆；

(2)果糖和低聚果糖提取液的制备：用柠檬酸等调节pH＝6，20℃下反应2.5小时；将反应后的处理液用袋滤器过滤蒜浆，得粗提液；

(3)果糖和低聚果糖精制提取液的制备：将步骤(2)所得粗提液在3000rpm下离心20分钟以上，所得上清液用压力为3MPa的板框式压榨机过滤，透过液即为透明的果糖和低聚果糖精制提取液；

(4)果糖和低聚果糖的分离：将5公斤阳离子交换树脂处理成H型并装柱，吸附速度为每公斤树脂1L/h，将步骤(3)所得果糖和低聚果糖精制提取液上柱，收集5～6公斤洗脱液用以生产果糖溶液，再继续收集7～15公斤洗脱液用以生产低聚果糖溶液；

(5)低聚果糖的获得：将步骤(3)所得低聚果糖溶液在55℃下真空浓缩至可溶性固形物含量为30％的浓缩液，经分装、密封、杀菌后即得液态大蒜低聚果糖产品；或者将浓缩液在喷雾干燥机上干燥，喷雾压力为150×105^N/m²，进入喷雾塔的热空气温度为150℃，喷雾干燥所获得的白色粉状物即为低聚果糖产品；

(6)果糖的获得：将步骤(4)所得果糖溶液经活性炭吸附脱色后，在60℃下真空浓缩至可溶性固形物含量为70％，可以作为液体果糖产品；或者将浓缩液置于室温下放置结晶，即得结晶果糖。

实施例3

以脱水蒜片为原料，按下述步骤进行：

(1)将大蒜原料制成蒜浆：将脱水蒜片置于10倍饮用水中浸泡1小时；将浸泡好的蒜片用打浆机制成100～150目的蒜浆，每100公斤蒜浆加入5公斤鲜蒜浆；

(2)果糖和低聚果糖提取液的制备：用柠檬酸等调节pH＝6，调节温度50℃反应0.5小时；将反应后的处理液用250目滤布过滤蒜浆，得粗提液；

(3)果糖和低聚果糖精制提取液的制备：将步骤(2)所得粗提液在4000rpm下离心20分钟以上，所得上清夜用截留分子量为5万道尔顿的无机膜过滤，透过液即为透明的果糖和低聚果糖溶液；

(5)低聚果糖的获得：将步骤(3)所得低聚果糖溶液在60℃下真空浓缩至可溶性固形物含量为60％的浓缩液，经分装、密封、杀菌后即得液态大蒜低聚果糖产品；或者将浓缩液在喷雾干燥机上干燥，喷雾压力为150×105^N/m²，进入喷雾塔的热空气温度为160℃，喷雾干燥所获得的白色粉状物即为低聚果糖产品；

其余步骤操作同实施例1，即可获得液态或固体的果糖、低聚果糖产品。

实施例4

以脱水蒜片为原料，按下述步骤进行：

(1)将大蒜原料制成蒜浆：将脱水蒜片置于5倍饮用水中浸泡1～2小时；将浸泡好的蒜片用打浆机制成100～150目的蒜浆，每100公斤蒜浆加入1公斤鲜蒜浆；

(2)果糖和低聚果糖提取液的制备：用柠檬酸等调节pH＝6，调节温度40℃反应1小时；将反应后的处理液用袋滤器过滤蒜浆，得粗提液；

(3)果糖和低聚果糖精制提取液的制备：将步骤(2)所得粗提液在10000rpm下离心20分钟以上，所得上清液用真空度为0.09Mpa的真空离心机过滤过滤，透过液即为透明的果糖和低聚果糖溶液；

(5)低聚果糖的获得：将步骤(4)所得低聚果糖溶液在80℃下真空浓缩至可溶性固形物含量为50％的浓缩液，经分装、密封、杀菌后即得液态大蒜低聚果糖产品；或者将浓缩液采用60℃的热风进行干燥，粉碎，获得的白色粉状物即为低聚果糖产品；

实施例5

以提取大蒜精油后的蒜渣为原料，按下述步骤进行：

(1)将大蒜原料制成蒜浆：将提取大蒜精油后的蒜渣，每100公斤蒜浆加入5公斤鲜蒜浆；

(2)果糖和低聚果糖提取液的制备：用柠檬酸等调节pH＝6，调节温度50℃反应30分钟；将反应后的处理液用250目滤布(或袋滤器)过滤蒜浆，得粗提液；

(3)果糖和低聚果糖精制提取液的制备：将步骤(2)所得粗提液以每公斤粗提液中加入0.01克明胶、0.02克单宁的量，经放置沉淀，取上清液用截留分子量为2万道尔顿的无机膜过滤，透过液即为透明的果糖和低聚果糖溶液。

(4)果糖和低聚果糖的分离：将阳离子交换树脂处理H型并装柱，将将步骤(3)所得果糖和低聚果糖溶液上柱，收集第一个柱体积的洗脱液用以生产果糖，再收集第2～3个柱体积的洗脱液用以生产低聚果糖。

(5)低聚果糖的获得：将步骤(4)所得低聚果糖溶液在75℃下真空浓缩至可溶性固形物含量为60％，即得液态大蒜低聚果糖产品。或者将所获低聚果糖溶液浓缩液热风干燥时，于70℃干燥至含水量5％，粉碎即得白色的粉状低聚果糖产品。

实施例6

以提取大蒜精油后的蒜渣为原料，按下述步骤进行：

(1)将大蒜原料制成蒜浆：将提取大蒜精油后的蒜渣，每100公斤蒜浆加入2公斤鲜蒜浆；

(3)果糖和低聚果糖精制提取液的制备：将步骤(2)所得粗提液以每公斤粗提液中加入0.01克明胶、0.02克单宁的量，经放置沉淀，取上清液用截留分子量为3万道尔顿的无机膜过滤，透过液即为透明的果糖和低聚果糖溶液。

(5)低聚果糖的获得：将步骤(4)所得低聚果糖溶液在70℃下真空浓缩至可溶性固形物含量为60％，即得液态大蒜低聚果糖产品。或者将所获低聚果糖溶液浓缩液热风干燥时，于70℃干燥至含水量5％，粉碎即得白色的粉状低聚果糖产品。

实施例7

以生产干燥大蒜片过程中产生的废液为原料，按下述步骤进行

(1)将大蒜原料制成蒜浆：收集生产干燥大蒜片过程中产生的废液，每1000公斤废液加入5公斤鲜蒜浆；

(2)果糖和低聚果糖提取液的制备：用柠檬酸等调节pH＝5，室温反应2小时；将反应后的处理液用250目滤布(或袋滤器)过滤蒜浆，得粗提液；

(3)果糖和低聚果糖精制提取液的制备：将步骤(2)所得粗提液在4000rpm下离心20分钟以上，所得上清液用压力为0.1MPa的板框式压榨机过滤，透过液即为透明的果糖和低聚果糖溶液。

(4)果糖和低聚果糖的分离：将阳离子交换树脂处理H型并装柱，将将步骤(3)所得果糖和低聚果糖溶液上柱，收集第一个柱体积的洗脱液用以生产果糖，再收集第2~3个柱体积的洗脱液用以生产低聚果糖。

(5)低聚果糖的获得：将步骤(4)所得低聚果糖溶液在65℃下真空浓缩至可溶性固形物含量为40％，即得液态大蒜低聚果糖产品。或者将所获低聚果糖溶液浓缩液热风干燥时，于70℃干燥至含水量2％，粉碎即得白色的粉状低聚果糖产品。

实施例8

(1)将大蒜原料制成蒜浆：收集生产干燥大蒜片过程中产生的废液，每1000公斤废液加入1公斤鲜蒜浆；

(2)果糖和低聚果糖提取液的制备：用柠檬酸等调节pH＝5，室温反应2小时；将反应后的处理液用压榨机过滤蒜浆，得粗提液；

(5)低聚果糖的获得：将步骤(4)所得低聚果糖溶液在65℃下真空浓缩至可溶性固形物含量为40％，即得液态大蒜低聚果糖产品。或者将所获低聚果糖溶液浓缩液热风干燥时，于70℃干燥至含水量3％，粉碎即得白色的粉状低聚果糖产品。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1、一种利用大蒜果聚糖水解酶生产果糖和低聚果糖的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将大蒜原料制成蒜浆物料：将新鲜大蒜用2～5倍重量的水浸泡4～8h，打浆或磨制成粒度为100～150目的鲜蒜浆，所述鲜蒜浆中含有大蒜果聚糖水解酶；

(5)低聚果糖的获得：在温度为55～80℃真空条件下，将步骤(4)所得低聚果糖溶液进行浓缩，得到低聚果糖浓缩液；将浓缩液进行喷雾干燥或热风干燥至含水量为0～5％，得到白色粉状的低聚果糖；

(6)果糖的获得：将步骤(4)所得果糖溶液经活性炭吸附脱色后进行浓缩，得到低聚果糖浓缩液；将浓缩液自然放置结晶，得到果糖晶体。

2、根据权利要求1所述一种利用大蒜果聚糖水解酶生产大蒜果糖和低聚果糖的方法，其特征在于：步骤(1)所述大蒜果聚糖水解酶的主要特征是存在于硫酸铵饱和度20％～40％部位，为外切酶，最适反应温度为20～50℃，最适反应pH为4～6。

3、根据权利要求1所述一种利用大蒜果聚糖水解酶生产大蒜果糖和低聚果糖的方法，其特征在于：步骤(2)所述过滤是采用滤布、袋滤器或压榨机进行过滤。

4、根据权利要求1所述一种利用大蒜果聚糖水解酶生产大蒜果糖和低聚果糖的方法，其特征在于：步骤(3)所述离心是以3000～10000rpm的转速进行离心的；所述过滤是采用板框式压榨机过滤、真空离心机过滤或膜过滤；所述沉淀处理是在每1kg提取液中加入0.1～0.3g的明胶和单宁混合澄清剂进行沉淀处理。

5、根据权利要求4所述一种利用大蒜果聚糖水解酶生产大蒜果糖和低聚果糖的方法，其特征在于：所述板框式压榨机过滤采用的压力为0.1～3MPa；所述真空离心机过滤采用的真空度为0.08～0.09Mpa；所述膜过滤采用的是截留分子量20000～50000道尔顿的过滤膜。

6、根据权利要求1所述一种利用大蒜果聚糖水解酶生产大蒜果糖和低聚果糖的方法，其特征在于：步骤(5)所述喷雾干燥的离心喷雾压力为0.1～0.3MPa，进入喷雾塔的热空气温度为150～170℃，出口温度为75～90℃；所述热风干燥是采用60～70℃的热风进行干燥。

7、根据权利要求1所述一种利用大蒜果聚糖水解酶生产大蒜果糖和低聚果糖的方法，其特征在于：步骤(5)所述浓缩是浓缩至干物质含量为30～60％。

8、根据权利要求1所述一种利用大蒜果聚糖水解酶生产大蒜果糖和低聚果糖的方法，其特征在于：步骤(6)所述浓缩是浓缩至干物质含量≥60％。