本發明屬于廢水回收利用領域，具體涉及一種從紅薯廢水中提取制備非淀粉多糖及小分子營養分子的方法。
背景技術：
紅薯是我國四大主要糧食之一，是世界衛生組織公布的最健康的食品之一。從紅薯中制備紅薯淀粉是目前最為常見的紅薯深加工方式，其傳統生產的工藝流程如下：原料選擇-水洗-破碎-磨碎過濾-兌漿-撇缸和坐缸-撇漿-起粉-干燥。其中，在撇缸過程中的上層泔水直接作為紅薯廢水排放，不僅造成環境水質污染，也是對紅薯中有效成分的浪費。據統計，一個年產僅1000噸紅薯淀粉的企業，每年排棄的紅薯廢水就超過2萬噸。
由于紅薯廢水中含有淀粉、蛋白、多糖等多種營養成分，現有技術中已經報道從紅薯廢水中提取制備紅薯粘液蛋白，然而，根據文獻報道，紅薯廢水中還含有豐富的碳水化合物和黃酮、去氫表雄酮、綠原酸等多種小分子營養分子，其中，紅薯非淀粉多糖是一種淡棕色、略帶糖和紅薯香氣的粉末狀固體，其是由還原糖、戊糖、糖醛酸或糖蛋白組成的混合多糖，分子量在30～40kd左右，具有較高的生理活性，如清除自由基、抗氧化、降血糖、降血脂、提高免疫力等作用。而黃酮、去氫表雄酮、綠原酸等小分子營養分子也已報道具有抗氧化、消炎殺菌、抗癌等多種有益作用。因此亟需提供一種從紅薯廢水提取非淀粉多糖及黃酮、去氫表雄酮、綠原酸等小分子營養成分的方法，從而既能解決環境污染問題，同時亦能提高紅薯淀粉產品附加值，然而迄今為止，尚未有相關文獻報道。
技術實現要素：
針對上述現有技術的不足，本發明提供一種從紅薯廢水中提取制備非淀粉多糖及小分子營養分子的方法。該方法耗能低、效率高、提取率高、環境友好，工業化生產前景和市場前景廣闊。
具體的，本發明的技術方案如下：
一種從紅薯廢水中提取制備非淀粉多糖及小分子營養分子的方法，包括如下步驟：
(1)將紅薯廢水離心分離，得紅薯上清液體；沉淀為淀粉返回紅薯淀粉制備工藝中繼續使用；
(2)將步驟(1)中得到的紅薯上清液體使用孔徑為0.45nm的濾膜過濾；其中，濾過液中主要含有黃酮、去氫表雄酮、綠原酸等小分子營養成分和無機離子，殘留液中主要包含蛋白質、非淀粉多糖；
(3)將濾過液調ph為堿性，上樣大孔樹脂進行富集，徑高比1:3～1:5，上樣量為10bv～50bv，流速10～20bv/h，采用體積濃度為60％的乙醇溶液洗脫，乙醇溶液的用量為1bv～3bv，得到含有黃酮、去氫表雄酮、綠原酸等小分子營養成分的乙醇洗脫液；將乙醇洗脫液除去乙醇，抽濾干燥得黃酮、去氫表雄酮、綠原酸等小分子營養成分粗品；
(4)殘留液調ph為堿性，向殘留液中加入1.0～4.0％(蛋白總量)復合蛋白酶酶解處理；
(5)酶解處理后，向殘留液中加入氯仿-正丁醇(體積比為5:1)進行萃取，從而使蛋白沉淀，得非淀粉多糖溶液；
(6)對非淀粉多糖溶液進行脫色處理后抽濾干燥即得非淀粉多糖粗品。
優選的，所述步驟(1)中離心處理條件為：轉速為1000～3000rpm，時間為1～5min；
所述步驟(2)中濾膜孔徑為0.45nm；經試驗驗證，采用上述孔徑能最大程度將小分子營養成分和多糖蛋白質分離；
優選的，所述步驟(3)中ph調節為8～9，大孔樹脂為非極性或中極性大孔樹脂，進一步優選為x-5大孔樹脂；
優選的，所述步驟(4)中ph調節為8～9，所述復合蛋白酶為alcalase堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶的混合物，進一步優選的，所述alcalase堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶的酶活均為50000u/g，三者的質量比為1-3:3:0.5(優選為1:3:0.5)；所述酶處理具體條件為：處理溫度為40～50℃，轉速為100～120rpm，處理時間為2～4h；
優選的，所述步驟(6)中脫色處理的具體步驟為：依次采用雙氧水和乙醇進行脫色，使得非淀粉多糖溶液中的雙氧水和乙醇質量分數分別為10％和20％。
本發明還公開了上述提取制備方法制備得到的黃酮、去氫表雄酮、綠原酸小分子營養成分產品和紅薯非淀粉多糖產品。
本發明原理：由于紅薯廢水中非淀粉多糖、黃酮、去氫表雄酮、綠原酸小分子等營養成分的含量偏低，而其中黃酮、去氫表雄酮、綠原酸等分子量較小(＜1kd)，與蛋白質、多糖等分子量差異顯著，因此直接選用濾膜將黃酮、去氫表雄酮、綠原酸等小分子營養物質與多糖、蛋白質分開，在分離的同時，對蛋白質與非淀粉多糖又起到濃縮作用，從而節約人力及物資資源；同時，濾過液中盡管含有黃酮、去氫表雄酮、綠原酸，但是同時還含有豐富的無機離子，因此選用特定的大孔樹脂并通過參數調整，從而成功將三者富集，分離富集效果好，同時大孔樹脂可重復使用，進一步降低制備成本；
由于殘留液中還含有較豐富的蛋白質，同時，紅薯非淀粉多糖中部分非淀粉多糖與蛋白質通過糖苷健結合在一起，因此為得到較純凈的非淀粉多糖，需將蛋白質與非淀粉多糖進行分離，常用sevage法(氯仿-正丁醇5：1)去除多糖中的蛋白質，該方法條件溫和，但是效率極低，必須重復多次(有文獻報道需重復20～30次)才能去除盡可能多的蛋白質，同時，反復提取液也導致多糖樣品損失，從而導致得率降低，因此該法其工業應用價值較低，申請人意外發現，在sevage法中之前先行采用特定復合蛋白酶酶解，能夠有效將紅薯中蛋白質進行酶解，而后僅需使用sevage法1-2次即可實現蛋白脫除率最大化，同時由于使用sevage法去除次數極大降低，也極大減少了多糖損失量，最大程度的保留了紅薯非淀粉多糖。
同時，由于紅薯廢水中的顯色物質復雜，主要包含酚類色素以及還原糖與氨基酸反應所生成的高相對分子質量的褐色聚合物，發明人通過不斷摸索，最終確定采用雙氧水氧化脫色及乙醇醇沉脫色方式，既能有效去除紅薯廢水中的顯色物質，同時以避免單一使用高濃度雙氧水氧化脫色造成的非淀粉多糖酯化度的破壞，從而進一步影響純化后的非淀粉多糖活性、色澤等指標。
本發明的有益效果：本發明利用生產紅薯淀粉排棄的紅薯廢水中提取制備紅薯非淀粉多糖及小分子營養物質，使得紅薯廢水這一廢棄物得到高效轉化利用，減少了環境污染，提高了經濟效益；本發明所屬方法耗能低、效率高、提取率高、環境友好，工業化生產前景和市場前景廣闊。
具體實施方式
應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。
需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件或它們的組合。
正如背景技術所介紹的，由于紅薯廢水中含有豐富的碳水化合物和黃酮、去氫表雄酮、綠原酸等多種小分子營養分子，而現有技術中并沒有相關文獻報道。
有鑒于此，本發明的一種典型的實施方式中，提供一種從紅薯廢水中提取制備非淀粉多糖及小分子營養分子的方法，包括如下步驟：
(1)將紅薯廢水離心分離，得紅薯上清液體；沉淀為淀粉返回紅薯淀粉制備工藝中繼續使用；
(2)將步驟(1)中得到的紅薯上清液體使用孔徑為0.45nm的濾膜過濾；其中，濾過液中主要含有黃酮、去氫表雄酮、綠原酸等小分子營養成分和無機離子，殘留液中主要包含蛋白質、非淀粉多糖；
(3)將濾過液調ph為堿性，上樣大孔樹脂進行富集，徑高比1:3～1:5，上樣量為10bv～50bv，流速10～20bv/h，采用體積濃度為60％的乙醇溶液洗脫，乙醇溶液的用量為1bv～3bv，得到含有黃酮、去氫表雄酮、綠原酸等小分子營養成分的乙醇洗脫液；將乙醇洗脫液除去乙醇，抽濾干燥得黃酮、去氫表雄酮、綠原酸等小分子營養成分粗品；
(4)殘留液調ph為堿性，向殘留液中加入1.0～4.0％(蛋白總量)復合蛋白酶酶解處理；
(5)酶解處理后，向殘留液中加入氯仿-正丁醇(體積比為5:1)進行萃取，從而使蛋白沉淀，得非淀粉多糖溶液；
(6)對非淀粉多糖溶液進行脫色處理后抽濾干燥即得非淀粉多糖粗品。
本發明的又一典型實施方式中，步驟(1)中離心處理條件為：轉速為1000～3000rpm，時間為1～5min；
步驟(2)中濾膜孔徑為0.45nm；經試驗驗證，采用上述孔徑能最大程度將小分子營養成分和多糖蛋白質分離；
本發明的又一典型實施方式中，步驟(3)中ph調節為8～9，大孔樹脂為非極性或中極性大孔樹脂，進一步優選為x-5大孔樹脂；
本發明的又一典型實施方式中，步驟(4)中ph調節為8～9，所述復合蛋白酶為alcalase堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶的混合物，進一步優選的，所述alcalase堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶的酶活均為50000u/g，三者的質量比為1-3:3:0.5(優選為1:3:0.5)；所述酶處理具體條件為：處理溫度為40～50℃，轉速為100～120rpm，處理時間為2～4h；
本發明的又一典型實施方式中，步驟(6)中脫色處理的具體步驟為：依次采用雙氧水和乙醇進行脫色，使得非淀粉多糖溶液中的雙氧水和乙醇質量分數分別為10％和20％。
本發明的又一典型實施方式中，提供了上述提取制備方法制備得到的黃酮、去氫表雄酮、綠原酸小分子營養成分產品和紅薯非淀粉多糖產品。
為了進一步對本發明進行解釋說明，提供如下實施例和對比例。
實施例1
一種從紅薯廢水中提取制備非淀粉多糖及小分子營養分子的方法，包括如下步驟：
(1)將紅薯廢水經離心機離心分離(轉速為2000rpm，時間為3min)，得紅薯上清液體；沉淀為淀粉返回紅薯淀粉制備工藝中繼續使用；
(2)將步驟(1)中得到的紅薯上清液體使用孔徑為0.45nm的濾膜過濾；其中，濾過液中主要含有黃酮、去氫表雄酮、綠原酸等小分子營養成分和無機離子，殘留液中主要包含蛋白質、非淀粉多糖；
(3)將濾過液調ph為8，上樣x-5大孔樹脂進行富集，徑高比1:5，上樣量為20bv，流速10bv/h，采用體積濃度為60％的乙醇溶液洗脫，乙醇溶液的用量為2bv，得到含有黃酮、去氫表雄酮、綠原酸等小分子營養成分的乙醇洗脫液；將乙醇洗脫液除去乙醇，抽濾干燥得黃酮、去氫表雄酮、綠原酸等小分子營養成分粗品；
(4)殘留液調ph為9，向殘留液中加入2.0％(蛋白總量)復合蛋白酶酶解處理；所述復合蛋白酶為alcalase堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶的混合物，所述alcalase堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶的酶活均為50000u/g，三者的質量比為1:3:0.5；所述酶處理具體條件為：處理溫度為45℃，轉速為100rpm，處理時間為3h；
(5)酶解處理后，向殘留液中加入氯仿-正丁醇(體積比為5:1)進行萃取2次，從而使蛋白沉淀，得非淀粉多糖溶液；
(6)對非淀粉多糖溶液進行脫色處理后抽濾干燥即得非淀粉多糖粗品，脫色處理的具體步驟為：依次采用雙氧水和乙醇進行脫色，使得非淀粉多糖溶液中的雙氧水和乙醇質量分數分別為10％和20％。
實施例2
一種從紅薯廢水中提取制備非淀粉多糖及小分子營養分子的方法，包括如下步驟：
(1)將紅薯廢水經離心機離心分離(轉速為1000rpm，時間為5min)，得紅薯上清液體；沉淀為淀粉返回紅薯淀粉制備工藝中繼續使用；
(2)將步驟(1)中得到的紅薯上清液體使用孔徑為0.45nm的濾膜過濾；其中，濾過液中主要含有黃酮、去氫表雄酮、綠原酸等小分子營養成分和無機離子，殘留液中主要包含蛋白質、非淀粉多糖；
(3)將濾過液調ph為8，上樣x-5大孔樹脂進行富集，徑高比1:3，上樣量為30bv，流速20bv/h，采用體積濃度為60％的乙醇溶液洗脫，乙醇溶液的用量為1bv，得到含有黃酮、去氫表雄酮、綠原酸等小分子營養成分的乙醇洗脫液；將乙醇洗脫液除去乙醇，抽濾干燥得黃酮、去氫表雄酮、綠原酸等小分子營養成分粗品；
(4)殘留液調ph為9，向殘留液中加入3.0％(蛋白總量)復合蛋白酶酶解處理；所述復合蛋白酶為alcalase堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶的混合物，所述alcalase堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶的酶活均為50000u/g，三者的質量比為2:3:0.5；所述酶處理具體條件為：處理溫度為40℃，轉速為100rpm，處理時間為3h；
(5)酶解處理后，向殘留液中加入氯仿-正丁醇(體積比為5:1)進行萃取2次，從而使蛋白沉淀，得非淀粉多糖溶液；
(6)對非淀粉多糖溶液進行脫色處理后抽濾干燥即得非淀粉多糖粗品，脫色處理的具體步驟為：依次采用雙氧水和乙醇進行脫色，使得非淀粉多糖溶液中的雙氧水和乙醇質量分數分別為10％和20％。
實施例3
一種從紅薯廢水中提取制備非淀粉多糖及小分子營養分子的方法，包括如下步驟：
(1)將紅薯廢水經離心機離心分離(轉速為2000rpm，時間為5min)，得紅薯上清液體；沉淀為淀粉返回紅薯淀粉制備工藝中繼續使用；
(2)將步驟(1)中得到的紅薯上清液體使用孔徑為0.45nm的濾膜過濾；其中，濾過液中主要含有黃酮、去氫表雄酮、綠原酸等小分子營養成分和無機離子，殘留液中主要包含蛋白質、非淀粉多糖；
(3)將濾過液調ph為8，上樣x-5大孔樹脂進行富集，徑高比1:5，上樣量為10bv，流速20bv/h，采用體積濃度為60％的乙醇溶液洗脫，乙醇溶液的用量為3bv，得到含有黃酮、去氫表雄酮、綠原酸等小分子營養成分的乙醇洗脫液；將乙醇洗脫液除去乙醇，抽濾干燥得黃酮、去氫表雄酮、綠原酸等小分子營養成分粗品；
(4)殘留液調ph為8，向殘留液中加入4.0％(蛋白總量)復合蛋白酶酶解處理；所述復合蛋白酶為alcalase堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶的混合物，所述alcalase堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶的酶活均為50000u/g，三者的質量比為1:3:0.5；所述酶處理具體條件為：處理溫度為45℃，轉速為120rpm，處理時間為1h；
(5)酶解處理后，向殘留液中加入氯仿-正丁醇(體積比為5:1)進行萃取3次，從而使蛋白沉淀，得非淀粉多糖溶液；
(6)對非淀粉多糖溶液進行脫色處理后抽濾干燥即得非淀粉多糖粗品，脫色處理的具體步驟為：依次采用雙氧水和乙醇進行脫色，使得非淀粉多糖溶液中的雙氧水和乙醇質量分數分別為10％和20％。
對比例1
方法同實施例1，區別在于使用大孔樹脂hpd-100替換x-5。
對比例2
方法同實施例1，區別在于使用大孔樹脂d-101替換x-5。
對比例3
方法同實施例1，區別在于使用大孔樹脂hpd-826替換x-5。
測定經吸附后的濾過液中剩余柴黃酮、去氫表雄酮、綠原酸小分子營養成分的總濃度，計算實施例1和對比例1-3的吸附率，結果見表1。
測定洗脫液中黃酮、去氫表雄酮、綠原酸小分子營養成分的總濃度，計算實施例1和對比例1-3的解吸率，結果見表1。
表1
同時，計算實施例1和對比例1-3四種大孔樹脂對黃酮、去氫表雄酮、綠原酸的吸附量，結果見表2。
表2
由表1和表2可以看出，x-5型號大孔樹脂吸附及解吸附效果遠優于其他吸附樹脂。
對比例4
方法同實施例1，區別在于上樣流速調整為5bv/h。
對比例5
方法同實施例1，區別在于上樣流速調整為20bv/h。
對比例6
方法同實施例1，區別在于上樣流速調整為30bv/h。
對比例7
方法同實施例1，區別在于上樣流速調整為40bv/h。
上樣完成后，測定實施例1、對比例4-6中大孔樹脂對黃酮、去氫表雄酮、綠原酸小分子營養成分的總吸附率，結果見表3；
表3
結果表明，上樣流速較低時，大孔樹脂對黃酮、去氫表雄酮、綠原酸的吸附率較高，隨著流速的增加，大孔樹脂對黃酮、去氫表雄酮、綠原酸的吸附率降低。但上樣流速也不宜偏低，流速過低會降低生產效率，增加生產成本。因此，綜合考慮吸附效果和生產效率，以實施例1所采用的上樣流速10bv/h為宜。
對比例8
方法同實施例1，區別在于將大孔樹脂的徑高比調整為1:2。
對比例9
方法同實施例1，區別在于將大孔樹脂的徑高比調整為1:6。
對比例10
方法同實施例1，區別在于將大孔樹脂的徑高比調整為1:9。
測定實施例1、對比例8-10大孔樹脂對黃酮、去氫表雄酮、綠原酸小分子營養成分的總吸附率和解吸率，結果見表4；
表4
結果表明，當樹脂徑高比為1：9時，吸附量和解吸率最好。但結合工業生產實際，以實施例1所采用的樹脂徑高比1：5為最佳條件。
對比例11
方法同實施例1，區別在于不使用復合蛋白酶。
對比例12
方法同實施例1，區別在于復合蛋白酶為木瓜蛋白酶和胰蛋白酶，二者質量比為1:1。
對比例13
方法同實施例1，區別在于復合蛋白酶為alcalase堿性蛋白酶和胰蛋白酶，二者質量比為1:1。
對比例14
方法同實施例1，區別在于復合蛋白酶為alcalase堿性蛋白酶和木瓜蛋白酶，二者質量比為1:1。
對比例15
方法同實施例1，區別在于僅使用過氧化氫進行氧化脫色。
對實施例1及對比例11-15得到的紅薯非淀粉多糖相關指標進行測定，具體測定指標為，采用紫外掃描分光光度儀，在200～300nm進行掃描，結果顯示，僅有實施例1制備得到的多糖溶液在260nm和280nm處無吸收峰，表明實施例1不含核酸和蛋白質等雜質成分；
以制備得到的紅薯非淀粉多糖清除羥基自由基能力為指標，對實施例1及對比例11-15得到的非淀粉多糖進行測定，結果如表5所示。
表5
以上所述僅為本申請的優選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領域的技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內。