超声强化内源蒜氨酸酶水相酶促反应连续制备大蒜风味物质方法技术

一种超声强化内源蒜氨酸酶水相酶促反应连续制备大蒜风味物质方法，该方法可提高单位质量大蒜特征风味物质产量和缩短生产周期，其特征在于：在１０～１２０ｋＨｚ范围内选择一个、二个或三个频率的超声波，复合作用或交变作用于大蒜和水的混合物，超声强度Ｉ为０＜Ｉ≤１．０ｗ／ｃｍ２，大蒜和水的质量比为１∶３～１０，在蒜氨酸酶最适ｐＨ和温度条件下，大蒜和水的混合物连续流过超声强化酶反应器，平均停留时间ｔ为０＜ｔ≤６０ｍｉｎ。本发明专利技术的优点是：利用本发明专利技术的方法单位时间和单位质量大蒜产生内源蒜氨酸酶反应产物（特征风味成分）的产量比间歇超声强化方法高，超声强化内源蒜氨酸酶水相酶促反应连续制备大蒜风味物质方法为大蒜精油的生产提供了新的途径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，具体地说，是一种依靠适度超声场产生的微扰效应、湍动效应等扩散作用，以及适度改 变酶结构使酶促反应更有利于进行，促进在水相中大蒜内源蒜氨酸酶的酶促反应，提高单 位质量大蒜特征风味成分产量和縮短生产周期的方法。
技术介绍
大蒜特征风味物质不仅因药理上的多种作用受到高度重视，也是食品工业和餐饮 业的重要调味原料，在国内外市场上销路极好。大蒜的风味物质为含硫化合物，其风味物前 体物质为S-烯丙基-L-半胱氨酸亚砜即蒜氨酸(Alliin)，在内源蒜氨酸酶(alliinase)的 作用下，依靠磷酸吡哆醛的协同作用，分解为二烯丙基硫代亚磺酸酯和丙酮酸，二烯丙基硫 代亚磺酸酯俗称大蒜素(Allicin)，具有鲜大蒜典型的风味。目前，含大蒜风味物质的大蒜 精油生产的常规方法是粉碎大蒜在蒜氨酸酶最适温度、pH条件下暴露空气中一段时间，以 产生特征风味物质，再经过水蒸气蒸馏获得大蒜精油。大蒜内源蒜氨酸酶促反应是生产大 蒜风味物质的关键，也是提高生产装置生产效率的重要途径。因此，提高蒜氨酸酶酶促反应 的速度和强度成为提高大蒜精油产量、原料利用率和生产效率的关键技术之一。为此，人们 开发了金属离子促进大蒜内源蒜氨酸酶促反应的方法。 超声波是频率在2X 10—3Hz 10X 109Hz范围内的机械波。超声波是弹性波，当前 主要应用在检测超声和功率超声两个方面。功率超声属于超声波的主动应用，是用较大 功率的超声对物质作用。空化效应、机械作用和热效应是超声强化、超声化学、超声粉碎以 及超声清洗等功率超声应用的基础。由于功率超声的声波强度比较大，伴随声波的传播就 会出现声空化、声冲流、声辐射力以及声致发光等许多非线性过程。超声波振动不仅能产生 强大能量，在媒质质点传播过程中能量不断被媒质质点吸收变成热能，导致媒质质点温度 升高；大能量的超声波作用于液体使其被撕裂成很多小空穴，而在这些小空穴闭合时可产 生高达几千个大气压的瞬时压力的空化作用。 研究发现超声空化的微扰效应强化溶质在毛细管内部的扩散问题，发现强化作用 随毛细管径及超声场强的增大而增大，而且超声场的微扰效应和湍动效应兼顾了强化内外 扩散的两个方面。另外，超声及其空化引起了颗粒振荡和碰撞，空化产生的微射流和冲击波 对边界层和颗粒表面的清洗可形成表面蚀斑和边界层空洞，颗粒边界层减薄，边界层内的 扩散得以强化；超声波在植物颗粒内传播则引起颗粒内成分及周围纤维的振动，有利于植 物成分的接触。超声产生的湍流效应、微扰效应、界面效应等对酶促反应十分有利。 人们研究超声场对酶及酶促反应的影响发现，适宜的超声可提高酶活力，而对酶 的最适作用PH、最适作用温度无影响。超声改善酶活性是因为促进了反应物质的扩散和传 输，而且导致酶分子的构象发生有利于酶促反应的变化。不同的酶对超声波的敏感度不同， 有些酶的活性易于受超声波的影响。显然，适当强度的超声不仅不会使酶失活，而且可显著3促进游离酶和固定化酶的生物催化活性，强化酶促反应。适当利用超声场的各种效应是促 进酶促反应的有效手段。 研究还发现复频超声充分发挥不同频率超声波的特点，消除了驻场波，使声场更 加均匀，而且复频超声除基频外还出现了倍频波、和频波及差频波。与单频超声相比，达到 同样的效果所需的能量降低。 与间歇反应相比，连续反应生产能力更大；因为连续进料和出料，生产周期也大幅 度縮短，具有明显的技术优势。 由于大蒜风味物质是酶促反应的产物，因此，可以利用适度超声场促进酶的生物 催化活性的特点，强化蒜氨酸酶促反应的速度与强度，提高单位质量大蒜风味物质的产量， 还有避免化学品污染和减少后处理工序的好处；连续酶促反应可以更有效地提高生产能 力，简化生产流程。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超声强化内源蒜氨酸水相酶促反应连续制备大蒜风味 物质方法，具体地说，是一种依靠适度超声场的作用强化大蒜内源蒜氨酸酶的酶促反应，提 高单位质量大蒜特征风味成分产量，縮短生产周期的方法。 为实现上述目的，本专利技术采取以下方案 在10 120kHz范围内选择一个、二个或三个频率的超声波，在蒜氨酸酶最适pH 和温度条件下，复合作用或交变作用于大蒜和水的混合物，超声强度I为0 < I《1. 0w/cm2， 质量比为l : 3 10的大蒜和水混合物连续流过超声强化酶反应器，平均停留时间t为0 < t《60min。 所述的制备方法其作用在混合料液的pH为6. 2 6. 8，温度为30 36。C下进行。 所述的一个、二个或三个频率的超声波分别在10 40kHz范围内选择一个超声 波，在20 60kHz范围内选择另一个不同频率的超声波，或在50 120kHz范围内选择第 三个不同频率的超声波，作为多频组合超声浸取的基频超声波。 两个不同频率超声波的差频应在10 90kHz范围内。 所述的制备方法，其作用于大蒜和水混合物的两个或三个不同频率超声波为同时 作用。 所述的制备方法，其作用于大蒜和水混合物的两个或三个不同频率超声波为交替 作用。 所述的制备方法是连续操作。 本专利技术的优点是利用本专利技术的方法单位质量大蒜产生的内源蒜氨酸酶酶促反应 产物(特征风味成分)的产量比超声强化间歇酶促反应的方法高，生产周期縮短，超声强化 内源蒜氨酸水相酶促反应连续制备大蒜风味物质方法为大蒜精油的生产提供了新的途径。具体实施例方式大蒜精油生产的方法是在蒜氨酸酶最适温度、pH条件下作用一段时间，以得到特 征风味物质，再经水蒸气蒸馏获得精油。超声强化连续酶促反应的目的是促进酶的生物催 化活性，提高单位质量大蒜特征风味物质的产量和縮短生产周期。 实例1 : 在p朋.2 6. 8和30 36条件下，以大蒜与水质量比1 : 4的混合料液连续流 过0. 25w/cm2的25kHz单频超声强化酶反应器，平均停留时间t为55min，特征风味成分产 率(用分光光度法测总硫代亚磺酸酯浓度)达到2. lmg/100g大蒜 min，比在相同条件的 超声强化间歇酶促反应提高28% 。 实例2 : 在p朋.2 6. 8和30 36。C条件下，大蒜与水质量比1 : 5的混合料液连续流 过0. 28w/cm2的25kHz和50kHz两个频率超声波共同作用的双频复合超声强化酶反应器， 平均停留时间t为40min，风味成分产率(用分光光度法测总硫代亚磺酸酯浓度)达到 2. 5mg/100g大蒜 min，比在相同条件超声强化间歇酶促反应提高26%。 实例3 : 在p朋.2 6. 8和30 36。C条件下，大蒜与水质量比1 : 4的混合料液连续流 过0. 03w/cm2的50kHz和90kHz两个频率超声波交替作用的双频交变超声强化酶反应器， 平均停留时间t为35min，风味成分产率(用分光光度法测总硫代亚磺酸酯浓度)达到1. 4mg/100g大蒜 min，比在相同条件超声强化间歇酶促反应提高28%。 实例4 : 在p朋.2 6. 8和30 36。C条件下，大蒜与水质量比1 : 8的混合料液连续流 过0. 08w/cm2的50kHz和90kHz两个频率超声波交替作用的双频交变超声强化酶反应器， 平均停留时间t为55min，风味成分产率(用分光光度法测总硫代亚磺酸酯浓度)达到2. 2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声强化内源蒜氨酸酶水相酶促反应连续制备大蒜风味物质方法，该方法可提高单位质量大蒜特征风味物质产量和缩短生产周期，其特征在于：在１０～１２０ｋＨｚ范围内选择一个、二个或三个频率的超声波，复合作用或交变作用于大蒜和水的混合物，超声强度Ｉ为０＜Ｉ≤１．０ｗ／ｃｍ↑［２］，大蒜和水的质量比为１∶３～１０，在蒜氨酸酶最适ｐＨ和温度条件下，大蒜和水的混合物连续流过超声强化酶反应器，平均停留时间ｔ为０＜ｔ≤６０ｍｉｎ。

【技术特征摘要】
一种超声强化内源蒜氨酸酶水相酶促反应连续制备大蒜风味物质方法，该方法可提高单位质量大蒜特征风味物质产量和缩短生产周期，其特征在于在10～120kHz范围内选择一个、二个或三个频率的超声波，复合作用或交变作用于大蒜和水的混合物，超声强度I为0＜I≤1.0w/cm2，大蒜和水的质量比为1∶3～10，在蒜氨酸酶最适pH和温度条件下，大蒜和水的混合物连续流过超声强化酶反应器，平均停留时间t为0＜t≤60min。2. 根据权利要求1所述的一种超声强化内源蒜氨酸水相酶促反应连续制备大蒜风味 物质方法，其特征在于混合料液的pH为6. 2 6. 8，温度为30 36°C。3. 根据权利要求1或2所述的一种超声强化内源蒜氨酸水相酶促反应连续制备大蒜风 味物质方法，其特征在于在10 40kHz范围内选择一...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹雁平，王成涛，王静，孙宝国，
申请(专利权)人：北京工商大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]