[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及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，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缩短生产周期的方法。

背景技术

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2×10^-3Hz～10×10⁹Hz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，生产周期也大幅度缩短，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。

发明内容

本发明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，缩短生产周期的方法。

为实现上述目的，本发明采取以下方案：

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1∶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℃下进行。