大蒜加工废水综合利用研究进展

陈倩倩

摘要：大蒜有丰富的蛋白质、氨基酸、多糖、蒜素等营养成分，兼有排毒、降血糖及防治肿瘤、心血管疾病的保健作用，深受人们喜爱。但鲜大蒜对肠胃的辛辣刺激和常温不能长期储存等缺点限制了大蒜鲜食市场的扩大。因此，蒜片、蒜粉等各种大蒜制品产业发展迅速，但废水排放问题一直是生产企业亟待解决的难题。以脱水蒜片加工生产为例，据估算，每生产1t脱水蒜片，经清洗、漂洗和离心脱水等加工处理后，能产生50t左右废水，这类废水含有强烈的刺激性气味和丰富的有机物，直接排放不仅会造成环境污染，还会导致其中的功效成分资源浪费，且废水中的大蒜素具有较强的抑菌效果，给污水处理带来了极大的困难。目前，大蒜废水主要还是通过排放至污水处理设施中进行处理，而蒜素的抑菌效果大大增加了污水处理的养菌成本，亟需进行系统的研究予以解决。我国有关大蒜加工污水处理的研究较少，主要还停留在实验室阶段，缺少系统有效的处理措施和解决方案，大蒜废水如何有效处理及利用已经成为制约我国大蒜加工业的关键问题，迫切需要进行成熟有效的处理及综合利用技术升级。

关键词：大蒜;加工废水;综合利用;研究

0引言

大蒜，别名独蒜、葫蒜、葫等，是葱科葱属植物。我国是大蒜的主要生产国之一，年产量占世界总产量的四分之三，在国际大蒜市场上具有举足轻重的地位。大蒜常用来鲜食，此外还加工成蒜泥、脱水蒜片、蒜汁等制品，其中脱水蒜片是大蒜加工的重要产品之一，对出口创汇、稳定我国大蒜价格、保障大蒜产业健康发展起到重要作用，其产量及出口量逐年上升。2018年我国大蒜年產量为2227万t，而每年的大蒜加工量约30万t，其中出口大约16.4万t。在大蒜脱水生产加工过程中，清洗、漂洗和脱水等过程均会产生大量废水，其废水中含有大量的多糖、蛋白质、蒜氨酸等成分，是大蒜加工过程中的主要副产物。现行生产中每生产1t脱水蒜片，需消耗30～40t水。大蒜加工废水是一种高浓度的有机废水，富含多种成分，尤其含有大蒜素，对细菌具有很强的杀伤力，因此会对后面的生化处理造成严重干扰。据估算，每年全国蒜片加工废水中流失的大蒜蛋白约2.4万t，大蒜多糖约3 万t，大蒜素约120万t。如果对蒜片加工废水进行高值化利用，将其中含有的功能成分提取分离，经纯化后即可作为高附加值的保健食品和医药原料。

1实践意义

大蒜切片废水中含有的大蒜素具有杀菌的作用，其存在使得大蒜废水处理难度极高，严重抑制了普通废水处理生化过程中的菌种活性。当前，国内外研究者已采用淀粉废水、家禽养殖废水、啤酒生产废水等为廉价培养基制备出微生物絮凝剂，并应用于相应行业的污废水处理。但关于微生物絮凝剂对大蒜加工废水处理研究较少，此次研究经大蒜切片废水的无害化处理，各项指标最终达到相应排放标准再排放，保护水资源的同时，实现可持续发展及和谐社会的要求，具有一定的现实意义。

2大蒜废水主要成分的分子质量分布

大蒜加工废水中主要含有大蒜多糖及蛋白质两种成分，采用膜过滤方式对其分子质量分布进行研究。大蒜加工废水中蛋白质的分子质量主要分布在30ku以上，含量占总蛋白含量的99.50%;而对比糖类物质的分子质量分布发现其主要分布在30ku以下，占到总糖含量的83.48%，特别是分子质量在10ku以下的糖类含量占总糖含量的54.13%。大蒜蛋白质与糖类的分子质量分布不同，采用30ku的膜过滤组件结合酸沉法可以基本达到糖类与蛋白质分离的目的。

3大蒜加工废水综合利用

3.1  大蒜加工废水的有机物提取

我国的大蒜加工副产物的高值化利用程度低，每年超过50000t的蛋白、多糖等可利用的有机物被浪费，如果对大蒜加工废水中的副产物提取分离、纯化，进行有效利用，将其提取出来，经纯化后不仅可以作为高附加值的保健食品和医药原料，还可以解决大蒜废水排放带来的污染问题，节约资源，丰富大蒜加工企业的产品结构、降低大蒜产品生产成本，获得更高的经济效益。如何简单高效地从大蒜加工废水中分离提纯功能性成分，是该领域研究的热点问题。

3.2  提取大蒜素

大蒜废水中的主要抑菌成分是大蒜素，又名二烯丙基三硫化合物，由于蒜素具有较高的抑菌效果，如何从废水中分离蒜素也成为解决废水问题的关键。部分学者采用膜分离技术分离蒜素，并取得了有参考价值的处理方案。采用纳滤工艺从大蒜废水中分离提纯大蒜素，实验发现当采用150u的纳滤膜过滤时，依然有超过90%的大蒜素通过纳滤膜，经过冷冻干燥可以得到大蒜素的干品，实验为蒜素分离的膜孔径选择提供了依据，但缺乏配套的前处理工艺。通过膜方法从废水中提取大蒜素等有效成分，实现了废水中资源物质的提取回收，但是目前的膜技术是按分子量大小进行处理的，细孔的分布不适合高度分离，这就需要考虑与其他技术组合使用，实现对废水中功能性产品的有效回收。采用分子印迹分离技术和膜分离技术相结合，对废水进行多级分离处理，设计合成了三种金属配位分子印迹聚合物微球材料，成功地从大蒜中提取了蒜氨酸、大蒜素、大蒜黄酮等功能成分，较好地实现了大蒜废水中的小分子有机物的回收利用。还有部分学者采用蒸馏、萃取等方法实现了大蒜素的回收提取，利用蒸馏法提取大蒜素，并按照大蒜素的生产步骤和影响因素，选择大蒜的破碎粒径、蒜酶激活剂———亚铁离子的浓度、发酵温度和蒸馏提取时间4 个因素对大蒜素的提取率进行比较，确定了大蒜素的蒸馏和冷凝回收工艺条件，此法设备简单、产品稳定性好，为从废水中提取大蒜素提供了一条新的解决思路，但是因蒸馏温度相对较高，大蒜素会有一定的损失。采用有机溶剂萃取法萃取大蒜废水中的大蒜素，确定了适合大蒜废水中大蒜素回收与利用的最佳有机溶剂为石油醚，并且改进了大蒜废水中对大蒜素的测定方法，不仅节约资源，还大大降低了生产成本。

4结语

目前，相关学者对废水处理技术的研究，主要集中在工艺参数的优化，对技术本身包括原理、特性的深入探讨相对较少。因此开发出设备投资少、处理效率高的废水回收利用方法，既减少水资源浪费，又高效集成废水中“废”与“宝”是未来的发展趋势，最终实现大蒜加工的可持续性绿色生产。

参考文献：

[1]   陈功，王莉.大蒜保鲜贮藏与深加工技术[M].北京：中国轻工业出版社，2003：6-7.

[2]   王加祥.大蒜加工废水中大蒜素的回收利用[D].泰安：山东农业大学，2016.