CN101037480A - 一种以菊芋为原料的加工生产高质量菊粉方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高质量菊粉的生产技术，具体地说是一种以菊芋为原料的加工生产高质量菊粉方法，以新鲜菊芋块根或者干燥的菊芋块根为原料，通过去皮、浸泡、切片、热水抽提、絮凝沉淀、减压过滤、离子交换柱脱盐，离子交换柱脱色、减压浓缩，最后通过喷雾干燥或者冷冻干燥制成菊粉的系统方法。本发明是通过物理化学的手段，通过植物来提取高品质菊粉的生产工艺。产品质量好、安全性高、生产工艺相对简洁。

Description

一种以菊芋为原料的加工生产高质量菊粉方法

技术领域

本发明涉及高质量菊粉的生产技术，具体地说是一种以菊芋为原料的加工生产高质量菊粉方法，通过对菊芋去皮、浸泡、切片、热水抽提、絮凝沉淀、减压过滤、离子交换柱脱盐，离子交换柱脱色、减压浓缩等处理工序，喷雾干燥或者冷冻干燥制成高含量，白色，无苦涩味道的高质量菊粉的系统方法及其应用。

背景技术

进入20世纪以来随着科技进步和医疗技术的发展，人类的寿命有了长足的进步。另一方面，随着生活水平的提高，过量摄食，肥胖，化学物质的污染等原因使各种生活富贵疾病大幅增加，像癌症，心血管疾病，糖尿病等严重危害了人类的健康。

21世纪被称作是使用天然药物的时代。通过摄取天然产物，自身来调节生活习惯，预防疾病可以达到维持健康长寿的目的。菊粉是一种纤维配料，它可以看作NDO(非消化性低聚糖)。菊糖的特殊性质是除用做功能食品中的低热量填充剂外，还具有降低血压，降低胆固醇吸收，改善肠道内微生物种群，特别是能刺激双歧菌生长而减少腐败物质的产生等功能。当前，菊粉是欧洲最普遍利用的低聚糖类。由于菊粉能刺激双歧菌生长，欧洲80％以上的功能酸奶中都是乳酸菌与双歧菌并存。近期报道还指出低聚果糖能增加人体对钙的吸收程度，在减肥酸奶中能改进双方口感，在面粉中加入菊粉可降低面团粘度及吸水率，也能避免馅心中水分向面团中迁移。在健康饮料及膨化食品中，用菊粉来增加膳食纤维含量。此外，菊粉还具有稳定乳液和良好的分散作用，可将水稳定成具有奶油特性的结构，其口感与油脂一样，故可作为油脂代用品广泛应用于食品中。果聚糖和果寡糖是维持人类的长寿和健康非常有益的健康食品。

菊芋(Helianthus tuberosus L.)Jerusalem artichoke，俗称洋姜、鬼子姜，原产于北美，向日葵属，多年生草本，其块茎富含菊糖，含量为菊芋湿重的15-20％，干重约9％的蛋白质、约4％的粗纤维、6％的矿物质、少量淀粉及果胶类物质。70％～80％是可溶性聚果糖，也称菊糖(Dahlin)、菊粉(Inulin)或者旋复花粉(Alantin Alant Starch)。菊糖是一种生物多糖，它由果糖分子通过D-呋喃果糖以β-2，1糖苷键相联，在其还原端接一个葡萄糖基，呈直链结构，聚合程度从2-60，一般在30。分子量一般在5000以上，但在一定的植物生长期，其分子量会低于5000，成为典型的低聚果糖(FOS)。其终端为葡萄糖单位，分子式可用GFn表示，其中G为终端葡萄糖单位，F代表果糖分子，n则代表果糖单位数。果寡糖具有抗氧化防衰老，抑制血糖值上升，促进肠蠕动，防止便秘等功能。

菊芋中就含有大量的菊粉，是一种多年生、高产、抗寒、抗旱、耐一定盐碱，并具有广泛适应性的新型物种。菊芋种植与传统种植业相比，在防止土地荒漠化、防沙治沙、生态建设等方面具有极其广阔的应用前景。利用其高含菊糖的特性作为食品工业、化工工业、能源工业的原料；利用其所含的蛋白质和富含多种氨基酸、维生素、矿物质，作为饲料工业、食品工业、医疗保健产业原料，文献(1)阐述了菊芋中所含营养成分以及功效与应用(文献1.Tita Ritsema and Sjef Smeekens。，Fructans：beneficial for plantsand humans.Current Opinion in Plant Biology 2003，(6)223-230)。

但是，从菊芋中提取菊粉，有众多的问题，特别菊芋本身含有大量的多酚类物质，具有涩味和色素较重(文献2.严慧如  黄绍华  余迎利.，菊糖的提取及纯化，NATURAL PRODUCT RESEARCH AND DEVELOPMENT2001(14)61-698)，文献(2)阐述了菊芋中所含菊粉提取方法。不解决这两个主要的问题，生产的菊粉不但颜色灰暗，影响感官，而且其特有的涩味又影响口感。商品的价值低。目前我国应用的高质量菊粉相当大的部分从欧洲进口。

菊芋的许多优良特性和多功能特点，不但是发展草食畜禽的必备条件，而且对保持水土、稳定环境、培育地力有重要作用，在发展可持续农业中大有用武之地。但是目前在我国菊芋的种植没有得到大规模的推广，其原因是菊芋的深加工没有得到很好地发展，关键性的技术问题没有得到解决。在西北地区有部分企业以菊芋为原料生产菊粉，但是产品存在着色泽和口味苦涩的问题。在市场上虽然价格低廉但是还是销路并不好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以菊芋为原料的加工生产高质量菊粉方法，在菊粉的生产加工过程中，可提供色泽纯正，口感上佳的食用高级菊粉。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种以菊芋为原料的加工生产高质量菊粉方法，以新鲜菊芋块根或者干燥的菊芋块根为原料，通过去皮、浸泡、切片、热水抽提、絮凝沉淀、减压过滤、离子交换柱脱盐，离子交换柱脱色、减压浓缩等工序，最后通过喷雾干燥或者冷冻干燥制成菊粉的系统方法。

所述去皮是指，采用重量浓度0.1-10％的碱性溶液将菊芋块根于80-100℃浸沾1-120秒，水洗后搅拌或摩擦脱皮，水洗形成略显黄色的无皮菊芋；

具体为：用0.1％-10％的氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙等碱性溶液，放入容器通过加热使其温度保持在80-100摄氏度，然后将菊芋加入容器中，保持1-120秒，然后从容器中取出，经过水洗，搅拌或用表面粗糙的清洗用具，包括抹布，刷子、毛巾、洗碗海绵等家里摩擦脱皮，之后经过水洗去除表皮，形成略显黄色的无皮菊芋。

所述浸泡是指，采用重量浓度0.1-5％的酸液将去皮的菊芋浸渍1-10分钟，然后水洗，表皮晾干，形成呈白色的无皮菊芋；

具体为：用0.1％-5％的硫酸、盐酸、乙酸等酸液，放入容器中，然后将去皮的菊芋倒入容器中，保持1-10分钟，然后从容器中取出，经过水洗，表皮晾干，形成呈白色的无皮菊芋。

所述热水抽提是指，将切成0.2-2毫米厚片后的无皮菊芋放入水中，于70-100℃，热提10-60分钟，之后用滤布过滤，残渣再次热提，重复2-5次，合并提取液；

具体为：用切菜刀或者工业用的切片机，将菊芋切成0.2-2毫米厚的片；在容器中的菊芋切片完全用水覆盖，然后用蒸汽加热至70-100摄氏度，保持10-60分钟，之后用滤布过滤用所得残渣再一次倒入容器，再一次提取菊芋块根种菊粉。工艺共重复2-5次，以便达到充分提取块根中菊粉的目的。得到的过滤残渣打入滤布中，加压使菊芋切片中的水分充分地挤出。并与热水提取液混合。

所述絮凝沉淀是指，按照每立升提取液中加入氢氧化钙粉剂1-2克，使溶液pH＝11-13，充分搅拌均匀后，通入二氧化碳，中和使溶液pH8-10，产生絮状的碳酸钙，并经过过滤使沉淀和液体分离，过滤后得菊芋滤液(提取汁)；

具体为：每立升菊粉提取混合液中加入氢氧化钙粉剂1-2克，使溶液呈碱性(pH11-13之间)。充分搅拌均匀后，通入二氧化碳，中和使溶液略显碱性(pH8-10)。产生絮状的碳酸钙，并经过过滤使沉淀和液体分离。

所述脱盐和脱色是指，菊芋滤液用强阳离子交换柱，强阴性离子交换柱、弱阳离子交换柱用导管串联起的复合离子交换树脂系统进行清除以钙为主的金属盐类，以多酚为主体的呈色物质，最终得到低金属钙离子浓度，无色透明、中性的菊粉提取液。

所述喷雾干燥是指，将无色的菊粉提取液，按照进风口温度180℃，出口温度控制在30-90℃的条件下，调整干燥罐喷雾器的进样速度到充分雾化，干燥物品无粘壁现象，即可得到雪白色的菊粉。

本发明具有如下优点：

1.产品质量好、安全性高。本发明是通过物理化学的手段，通过植物来提取高品质菊粉的生产工艺。由天然食品原料菊芋为原料，采用本发明的方法处理得到的菊粉，实现了脱色和去除涩味的两大技术瓶颈问题，质量完全可以与进口菊粉相媲美，而且廉价，具有可生产性。

2.生产工艺相对简洁。本发明的方法，在设备、技术人员方面要求不高。利用国产设备完全可以满足生产要求。而且，系统生产线可据生产规模大小的需要，进行规格设计。

3.污水和废弃产物少，对环境友好。菊芋可在沙漠地区种植，而且耐盐碱、抗旱、适应贫瘠土地。随着菊粉加工技术的确立，生产菊粉可促进菊芋种植业的发展，因而可治沙固沙，改善环境，提高边远穷困地区的经济发展，一举多得。

4.提取菊芋汁后的菊芋残渣，还含有一定的糖分，蛋白质得到富集，而且加热还使菊芋中所含的抑制动物消化的胰蛋白酶抑制剂的凝集素失活，使菊芋残渣作为饲料的利用率，促生长率大幅提高。

具体实施方式

实施例1

在室温的条件下，将4000克新鲜菊芋块根，用清水清洗去泥土。20克氢氧化钠溶于2升水中，加热至100摄氏度，将菊芋放入氢氧化钠溶液中30秒钟后，取出用水冲洗，并去皮，得到浅黄色的无皮菊芋块根。将其浸泡于3升0.1％硫酸溶液中10分钟，菊芋块根变成白色。菊芋切成厚度在0.5-2毫米厚的薄片，置放于50立升不锈钢桶中，添加蒸馏水4升，导入水蒸气.煮沸15分钟后，溶液倒出，再次加水2升，蒸煮10分钟，滤出液体，并加水2升三次水煮，最后得到的残渣用尼龙滤布加压挤榨，与水煮液体混合得到11.65升液体。在液体中加入12克氢氧化钙，充分搅拌后，通二氧化碳气体，使pH从12-13降到8-9之间，然后进行减压抽滤得到11.32升菊粉液体。连续经过强阳离子(D00LSS)、强阴离子(D280)、弱阳离子(D151)交换树脂进行脱钙盐、脱色、酸度中和得到中性无色透明的菊粉水溶液14.6升。喷雾干燥得到450克白色味甘的菊粉(其中含葡萄糖、果糖、蔗糖)。经HPLC测定菊芋中水溶性总糖的含量为14.8％，其中菊粉的含量为12％、葡萄糖、果糖、蔗糖的含量分别为0.3％、0.5％和2％，所以水溶性总糖的回收率在81％。其中菊粉的含量占90％

实施例2

在室温的条件下，将4000克新鲜菊芋块根，用清水清洗去泥土。80克氢氧化钠溶于2升水中，加热至90摄氏度，将菊芋放入氢氧化钠溶液中60秒钟后，取出用水冲洗，并去皮，得到浅黄色的无皮菊芋块根。将其浸泡于3升1％盐酸溶液中2分钟，菊芋块根变成白色。菊芋切成厚度在0.5-2毫米厚的薄片，自然干燥得干品800克。将800克干燥菊芋片加水3200ml置放于50立升不锈钢桶中浸泡2小时，添加蒸馏水4升，导入水蒸气.煮沸15分钟后，溶液倒出，再次加水2升，蒸煮10分钟，滤出液体，并加水2升三次水煮，最后得到的残渣用尼龙滤布加压挤榨，与水煮液体混合得到11.65升液体。在液体中加入23克氢氧化钙，充分搅拌后，通二氧化碳气体，使pH从12-13降到8-9之间，然后进行减压抽滤得到11.32升菊粉液体。连续经过强阳离子(D00LSS)、强阴离子(D280)、弱阳离子(D151)交换树脂进行脱钙盐、脱色、酸度中和得到中性无色透明的菊粉水溶液14.6升。喷雾干燥得到430克白色味甘的菊粉(其中含葡萄糖、果糖、蔗糖)。经HPLC测定菊芋中水溶性总糖的含量为14.8％，其中菊粉的含量为12％、葡萄糖、果糖、蔗糖的含量分别为0.3％、0.5％和2％，所以水溶性总糖的回收率在80％。其中菊粉的含量占90％左右。

实施例3

在室温的条件下，将4000克新鲜菊芋块根，用清水清洗去泥土。50克氢氧化钠溶于2升水中，加热至80摄氏度，将菊芋放入氢氧化钠溶液中120秒钟后，取出用水冲洗，并去皮，得到浅黄色的无皮菊芋块根。将其浸泡于3升5％乙酸溶液中1分钟，菊芋块根变成白色。菊芋切成厚度在0.5-2毫米厚的薄片，自然干燥得干品800克。将800克干燥菊芋片加水3200ml置放于50立升不锈钢桶中浸泡2小时，添加蒸馏水4升，导入水蒸气.煮沸60分钟后，溶液倒出，再次加水2升，蒸煮10分钟，滤出液体，并加水2升三次水煮，最后得到的残渣用尼龙滤布加压挤榨，与水煮液体混合得到11.65升液体。在液体中加入16克氢氧化钙，充分搅拌后，通二氧化碳气体，使pH从12-13降到8-9之间，然后进行减压抽滤得到11.32升菊粉液体。连续经过强阳离子(D00LSS)、强阴离子(D280)、弱阳离子(D151)交换树脂进行脱钙盐、脱色、酸度中和得到中性无色透明的菊粉水溶液14.6升。喷雾干燥得到430克白色味甘的菊粉(其中含葡萄糖、果糖、蔗糖)。经HPLC测定菊芋中水溶性总糖的含量为14.8％，其中菊粉的含量为12％、葡萄糖、果糖、蔗糖的含量分别为0.3％、0.5％和2％，所以水溶性总糖的回收率在82％。其中菊粉的含量占90％左右。

Claims (7)

1.一种以菊芋为原料的加工生产高质量菊粉方法，其特征在于：以新鲜菊芋块根或者干燥的菊芋块根为原料，通过去皮、浸泡、切片、热水抽提、絮凝沉淀、减压过滤、离子交换柱脱盐，离子交换柱脱色、减压浓缩，最后通过喷雾干燥或者冷冻干燥制成菊粉的系统方法。

2.按照权利要求1所述以菊芋为原料的加工生产高质量菊粉方法，其特征在于：所述去皮是指，采用重量浓度0.1-10％的碱性溶液将菊芋块根于80-100℃浸泡1-120秒，水洗后搅拌或摩擦脱皮，水洗形成略显黄色的无皮菊芋。

3.按照权利要求1所述以菊芋为原料的加工生产高质量菊粉方法，其特征在于：所述浸泡是指，采用重量浓度0.1-5％的酸液将去皮的菊芋浸渍1-10分钟，然后水洗，表皮晾干，形成呈白色的无皮菊芋。

4.按照权利要求1所述以菊芋为原料的加工生产高质量菊粉方法，其特征在于：所述热水抽提是指，将切成0.2-2毫米厚片后的无皮菊芋放入水中，于70-100℃，热提10-60分钟，之后用滤布过滤，残渣再次热提，重复2-5次，合并提取液。

5.按照权利要求1所述以菊芋为原料的加工生产高质量菊粉方法，其特征在于：所述絮凝沉淀是指，按照每立升提取液中加入氢氧化钙粉剂1-2克，使溶液pH＝11-13，充分搅拌均匀后，通入二氧化碳，中和使溶液pH8-10，产生絮状的碳酸钙，并经过过滤使沉淀和液体分离，过滤后得菊芋滤液。

6.按照权利要求1所述以菊芋为原料的加工生产高质量菊粉方法，其特征在于：所述脱盐和脱色是指，菊芋滤液用强阳离子交换柱，强阴性离子交换柱、弱阳离子交换柱用导管串联起的复合离子交换树脂系统进行清除以钙为主的金属盐类，以多酚为主体的呈色物质，最终得到低金属钙离子浓度，无色透明、中性的菊粉提取液。

7.按照权利要求1所述以菊芋为原料的加工生产高质量菊粉方法，其特征在于：所述喷雾干燥是指，将无色的菊粉提取液，按照进风口温度150-200℃，出口温度控制在30-90℃的条件下，调整干燥罐喷雾器的进样速度到充分雾化，干燥物品无粘壁现象，即可得到雪白色的菊粉。