CN108219022A - 一种利用蒜片加工废水制备蒜氨酸和大蒜多糖的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用蒜片加工废水制备蒜氨酸和大蒜多糖的方法。包括如下步骤：①对蒜片加工废水进行加热处理，得到经过加热处理的蒜片加工废水；②经过加热处理的蒜片加工废水用截留分子量为3,000Da的超滤膜进行超滤浓缩，截留液合并即为大蒜多糖液。经减压浓缩喷雾干燥，得到大蒜多糖提取物；③超滤的滤过液经100Da的纳滤膜纳滤浓缩，纳滤浓缩液经减压浓缩喷雾干燥，得到蒜氨酸粗品。本发明利用蒜片加工大蒜废水进行了其中所含蒜氨酸和大蒜多糖的分别提取，获得了这两种有价值的产品，实现了蒜片加工废水的资源化利用，解决了蒜片加工过程中的资源浪费与环境污染问题。

Description

一种利用蒜片加工废水制备蒜氨酸和大蒜多糖的方法

技术领域

本发明既属于污水处理、环境治理技术领域，又属于中草药资源的加工利用技术领域。涉及一种利用蒜片加工废水制备蒜氨酸和大蒜多糖的方法

背景技术

大蒜(Allium Sativum L.)又名胡蒜、葫，为百合科葱属植物。最早在古埃及、古罗马和古希腊等地中海沿岸国家栽培。公元前100多年，大蒜被引入我国，以后逐渐遍及全国。大蒜既是一种调味佳品，也是一种有医疗保健功能，能够防病、治病的植物。为便于保藏、方便食用及长距离运输，每年都有高达数百万吨的鲜蒜被加工成蒜片、蒜粒和蒜粉等干制品，形成了一个初具规模的蒜片加工产业，同时也产生了大量的蒜片加工废水。

蒜片加工废水的处理，因其中含有大量目前已知为最强力的天然杀菌剂-大蒜辣素(Allicin)而成为一个水处理行业的著名难题，首先需要设法将其中所含的大蒜辣素降解，然后才能排入污水处理系统，而不至于破坏污水处理系统业已建立的厌氧、曝气等生态系统。迄今为止已经研发并投入使用的蒜片加工废水处理系统多以令大蒜辣素降解而不留任何不良气味为工作原理和目标。但从天然保健资源的开发利用的角度来看，却是十分不合理的。

完整的蒜瓣中天然含有的并不是大蒜辣素，而是其前体物质-蒜氨酸(alliin)。是蒜氨酸，在大蒜组织遭受破坏时，在蒜氨酸酶(Alliinase，EC4.4.1.4)的催化下，转化生成了大蒜辣素。因而，如果能够及时的抑制和灭活蒜氨酸酶的活性，就可以自蒜片加工废水中获得蒜氨酸。

导致蒜片粘刀的黏液分泌物，既不是大蒜辣素，也不是蒜酶，而是大蒜中存在的多糖类物质，即大蒜多糖，具有很高的耐碱性和良好的水溶性(甚至在冷水中)。其主要成分是类菊粉左旋糖，一种由果糖(97％)和葡萄糖(约3％)组成的、6-位有支链的菊糖型β-D-果聚糖。其聚合度(dp)平均为15，分子量为3500Da，范围为2000至6000Da，属于低聚果糖(Fructooliosaccharide，FOS)。FOS被FDA认定为安全级的功能性甜味剂，也是符合益生元标准(即双歧杆菌促生素)的典型双歧因子，具有双向调节肠内菌群、降血脂、保护肝脏、促进维生素合成、促进钙、镁、铁等矿物质吸收、防止肥胖和美容作用，是近10年来国际市场上广泛应用的功能性食品配料，被誉为集“营养、保健、疗效”三者于一体的21世纪健康新糖源。

如能将蒜片加工废水作为资源加以利用，从中分离提取出蒜氨酸和大蒜多糖等各种营养保健因子无疑是十分有意义的。但迄今尚未见有这种技术的发明。

发明内容

本发明发明了从蒜片加工废水中同时提取蒜氨酸和大蒜多糖的方法。较为独特的是，它提供了一种简便、廉价和高效的蒜片加工废水资源化综合利用新方法，可利用现行蒜片加工工艺副产的蒜片加工废水实现蒜氨酸和大蒜多糖的大规模工业化制备。与现有的工艺相比，本工艺结合现行蒜片生产工艺，以蒜片加工废水为原料直接同时获得蒜氨酸和大蒜多糖，既从源头上根除了蒜片加工所伴生的废水，实现了蒜片加工的绿色清洁化，消除了蒜片加工业的一大污染源，同时也充分利用了大蒜资源，使大蒜作为一种天然保健资源的加工业附加值大幅提升。按照本发明进行操作，能够以极高的提取率获得蒜片加工废水中所含有的蒜氨酸和大蒜多糖，而不会导致活性成分的丢失或破坏。这无论是对于蒜片加工行业的绿色化清洁化改造，还是对于大蒜资源的充分利用，都是至关重要的。

按照本发明加工生产得到的蒜氨酸和大蒜多糖将作为新型天然药物原料和功能保健食品原料被广泛应用于药品、保健品等领域。

具体来说，首先，我们发现蒜片加工废水中有大量的蒜氨酸被溶出，且可在蒜酶即时灭活的前提下被完好的保留下来，由此奠定了以蒜片加工废水为原料分离提取蒜氨酸的基础。

其次，我们发现经过用截留分子量为3,000Da的超滤膜进行超滤浓缩，蒜片加工废水中的大蒜多糖类物质可被有效的截留浓缩，而蒜氨酸可顺利透过超滤膜，从而实现蒜氨酸与大蒜多糖的分离。而在采用100Da的纳滤膜进行的纳滤浓缩中，蒜氨酸可被有效的截留、富集与浓缩在纳滤浓缩液中，从而使纳滤膜分离后所得到的透过液达到工艺用水的洁净度标准和要求，可以返回蒜片加工生产线循环使用，由此奠定了实现蒜片加工废水零排放的基础。

我们发现，蒜瓣切片过程中因冲洗刀片而产生的工艺废水、蒜片脱水甩干时产生的废水或两者的混合物均可用作本发明的原料。在进行进一步的处理之前，先将蒜片加工废水加热至60～100℃，最好是80～90℃，之间，保温5s～5min，使蒜氨酸酶失活，并去除固体渣屑，得到经过预处理的蒜片加工废水。超滤浓缩液在进风温度165-185℃，出风温度60-80℃的条件下进行喷雾干燥即可得到大蒜多糖。超滤的滤过液经100Da的纳滤膜在0.6～2.6MPa、10～35℃，的条件下纳滤，所得到的纳滤浓缩液在进风温度165-185℃，出风温度60-80℃的条件下进行喷雾干燥即可得到蒜氨酸粗品。

具体实施方式

下面的实例将具体说明本发明的操作方法，但不能作为对本发明的限定。

实例一

大蒜去皮，称取2200g新鲜蒜瓣，切菜机切片，边切边用去离子水冲洗刀片，共耗用去离子水4400ml。蒜片切完后立即用四层纱布过滤分离蒜片，并将所得到的冲洗用水，即蒜片加工废水，迅速加热至90℃并保温放置5min，然后将其冷却至室温并在4℃，10000×g条件下离心30min，取上清，得到经过加热处理的蒜片加工废水。

用截留分子量为3,000Da的超滤膜在0.2MPa、室温下，对经过加热处理的蒜片加工废水进行超滤浓缩，将其体积压缩至初始体积的大约十分之一，得到超滤浓缩液420ml和超滤滤过液4000ml。

超滤滤过液用100Da的纳滤膜在0.6～2.6MPa、10～35℃，的条件下纳滤，将其体积压缩至初始体积的大约四分之一，得到纳滤浓缩液850ml。

实例二

超滤浓缩液在进风温度185℃，出风温度80℃的条件下进行喷雾干燥，得到喷雾干燥粉65g。取该固体粉末约25mg，精密称定，置100mL烧瓶中，加入50mL无水乙醇，加热回流60min，放冷后用滤纸过滤，并用少量无水乙醇冲洗烧瓶，滤液也用同一滤纸过滤。滤纸及滤渣挥干乙醇后，置于烧瓶中，精密加入50mL蒸馏水，称重后，加热回流30min，放冷后，称重，用蒸馏水补足质量，过滤，取续滤液5mL，置于50mL量瓶中，蒸馏水定容至刻度，摇匀，精密量取1mL，于10mL具塞试管中，分别加5％苯酚溶液1.0mL，摇匀后加入浓硫酸5.0mL，摇匀后室温放置10min，沸水浴10min，取出冷却至室温，以空白试剂为参比在485nm波长处测定吸光度，外标一点法测定该白色固体中多糖含量为90.23％。

实例三

纳滤浓缩液再用旋转蒸发仪进一步浓缩至约200ml，在进风温度165℃，出风温度60℃的条件下进行喷雾干燥，得到喷雾干燥粉24g。取少量所得到的纳滤浓缩液喷雾干燥粉溶于水，配成1mg/ml的溶液。以正丁醇:正丙醇:乙酸:水＝3:1:1:1为展开剂，在硅胶G上展开，以蒜氨酸和蛋氨酸标准品为对照，进行TLC鉴定，水合茚三酮显色，观察到样品与对照品在同一位置出现暗斑，Rf值均为0.28。

实例四

取少量所得到的纳滤浓缩液喷雾干燥粉溶于水，配成1mg/ml的溶液。在向该溶液中加入数滴蒜氨酸酶溶液后，立即产生浓烈的大蒜气味。

Claims (7)

1.一种利用蒜片加工废水制备蒜氨酸和大蒜多糖的方法。其特征在于包括如下步骤：

1)对蒜片加工废水进行加热处理，得到经过加热处理的蒜片加工废水；

2)经过加热处理的蒜片加工废水用截留分子量为3,000Da的超滤膜进行超滤浓缩，截留液合并即为大蒜多糖液。经减压浓缩喷雾干燥，得到大蒜多糖提取物；

3)超滤的滤过液经100Da的纳滤膜纳滤浓缩，纳滤浓缩液经减压浓缩喷雾干燥，得到蒜氨酸粗品。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的蒜片加工废水系指蒜瓣切片过程中因冲洗刀片而产生的工艺废水、蒜片脱水甩干时产生的废水，或两者的混合物。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的加热处理温度为60～100℃。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的加热处理温度为80～90℃。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的加热处理时间为5s～5min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的喷雾干燥在进风温度165-185℃，出风温度60-80℃的条件下进行。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的超滤的滤过液经100Da的纳滤膜在0.6～2.6MPa、10～35℃，的条件下纳滤。