CN101233910A - 经超声波强化微冰晶细胞破碎暨离心消泡的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种经超声波强化微冰晶细胞破碎暨离心消泡的制作方法，利用细胞内所含的水份结成冰晶，造成体积膨胀撑破细胞壁。当机械截切与高速搅打初步释放新鲜蔬果所含的营养物质之后，再以变频式超声波震荡的方式，利用压缩微小气泡所产生的爆炸威力，高速驱动微小气泡周遭的冰晶，使这些高速冰晶再去撞击周围破碎不完全的细胞，达到更一步释放细胞内物质的目的；将高速搅打与超声波震荡所导致的发泡快速分离去除，降低传统以机械截切及高速搅打的方法所产生气泡的负面效应，并且进一步提升释放新鲜蔬果所含的营养物质，提升生鲜产品品质与营养释放率的作用外，同时也能获致降低残存生菌数的双重效益。

Description

经超声波强化微冰晶细胞破碎暨离心消泡的制作方法

技术领域

本发明涉及一种经超声波强化微冰晶细胞破碎暨离心消泡的制作方法，主要适用于提升释放细胞内含物质的生产效率，有利于提取蔬果的营养素、消除产制时气泡以及降低残存生菌数的方法。

背景技术

二十一世纪，是生机饮食开始走向普及化的一个世代，人们开始注重养生保健，各式各样的保健养生食品如雨后春笋般纷纷上市。流质饮品为人体较易吸收的一种食物形态，保健食品如精力汤或蔬果汁均是以流质形态供人们使用，在以往沿用的技术上，制作精力汤或是蔬果汁时，都是以直接搅打蔬果造成组织结构破坏的方式来制作，然而这样的方式有两个缺点：

1.已知制造方法在搅打的过程中，会因焦耳功热转换，导致高温的产生。由于高温会对许多营养素造成破坏，使得营养素降解且流失，例如，维生素B群、维生素C和花青素等都是容易被高温所破坏，但是像是维生素A、维生素D和葫萝卜素等则属不易被高温所破坏的营养素，仍可以完整留存而为人体所吸收。然而在长久饮用的情况下，有可能会造成所谓的效果性偏食，而对身体产生一些负面的影响。

2.在制作的方式上，一般用机械搅打方式所制成的精力汤或是蔬果汁，是以宏观方式破坏蔬菜或是水果的实体组织，以这种搅打的方式破坏蔬果的细胞壁，预期蔬果等细胞壁内的细胞质及细胞核释放成流质饮品。但是，这种所谓宏观破坏而导致的营养释放效率，普遍来说并不高，因为不管机器是如何的高级，搅打出来的蔬果也只能达到泥状(破碎组织均质液)且富含气泡的地步，然而细胞又是比蔬果泥要小得许多，所以只用搅打的方式破坏，自然无法完全释放出蔬果所含的营养物质。

基于以上所提到的两个缺点来看，现代生物技术所开发的蔬果保健饮品，其实都还有许多的营养素在制作过程中被破坏，或是在制作过程中没有被释放出来。因此，如何在制程中保留蔬果营养成份的减少流失，乃业界亟思改进之道。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种经超音波强化微冰晶细胞破碎暨离心消泡的制作方法，首先以冷熟的方式，让蔬果细胞壁内的水份结成冰晶，用形成冰晶时体积膨胀宋撑破细胞，使得营养素达到第一阶段释放，在低温切片与机械搅打后形成富含气泡的固液共存状态。接着使用变频式超音波震荡的方式激发流质内大量气泡产生微观爆炸，引发流质内的固态微冰晶高速的向四面八方散去，当这些微冰晶再去撞击周围局部破碎的细胞，将达到更进一步使细胞破碎的效果。

本发明另一目的在于提供一种经超音波强化微冰晶细胞破碎暨离心消泡的制作方法，当变频式超音波的震荡释放出细胞中物质效果之同时，也会在流质中产生许多气泡，虽然流质在置放一段时间后气泡即会缓慢自然消除，但仍会影响到流质的体积，因此，本发明利用分段加速的高速离心技术来消除因超音波震荡产生的气泡，以期使蔬果本身所含的营养物质或是酵素更大量的释放出来，提升人体对蔬果汁的吸收效能。

为达成上述的目的，本发明提供一种经超声波强化微冰晶细胞破碎暨离心消泡的制作方法，其特征在于，其提取蔬果营养素的方法包括下列步骤：

A.开始：选择清洗过的新鲜蔬果等材质；

B.冷熟技术：将蔬果以低温冷冻冻结，在冷冻的状态下细胞内水份形成冰晶撑破细胞壁；

C.冷冻切片及搅打均质化：在冰冻状态进行截切后以高速搅打均质化；

D.超声波震荡粉碎细胞：以变频式超声波震荡一段时间，震荡产生的气泡爆炸驱动高速微冰晶更进一步破碎细胞；

E.高速离心消泡：以多段转速离心处理逐步提升离心转速，而每一段转速从起动后到流动稳定之际，立刻切换到下一段，在数分钟之内到达最高速离心方式驱逐分离气泡；

F.结束：完成新鲜蔬果营养素的提取制程。

其品质检测法包括下列步骤：

A.开始：选择清洗过的新鲜蔬果等材质；

B.冷熟技术：将蔬果以低温冷冻冻结，在冷冻的状态下细胞内水份形成冰晶撑破细胞壁；

C.冷冻切片、细胞染色与搅打：以冰冻状态进行截切，选取数片样本进行细胞染色，然后以高速搅打均质化，并且以适当放大倍率观测细胞破碎状况；

D.超声波震荡微冰晶强化细胞破碎：以变频式超声波震荡一段时间，震荡产生的气泡爆炸驱动高速微冰晶更进一步破碎细胞；然后以适量缓冲溶液稀释，并且以不同放大倍率观测细胞进一步破碎效果；

E.高速离心消泡：震荡结束后，再以多段转速离心处理逐步提升的离心转速，每一段转速从起动后到流动稳定之际，立刻切换到下一段，在数分钟之内到达最高速离心方式驱逐分离气泡，并且侦测其消泡率及消泡量；

F.检验结束：完成新鲜蔬果营养素提取制程的品质分析。

其中中高速离心消泡使粘稠流质以离心消泡的方法，驱除分离流质产品经高速搅打均质化或超声波处理引发的微小泡沫，并以多段逐渐增加转速的高速离心方式提升气泡分离的终端速度，强制驱离与流质密度差异甚大的气泡。

本发明提供一种经超声波强化微冰晶细胞破碎的净菌法，其特征在于，其包括下列步骤：

A.开始：选择清洗的新鲜蔬果或器具等材料；

B.微冰晶浴技术：将无菌冰块在冰冻状态进行截切，然后以高速搅打均质化形成微冰晶浴；

C.超声波震荡净菌：将所选材料置入浸泡于微冰晶浴中，以变频式超声波震荡数分钟，震荡产生的气泡爆炸驱动高速微冰晶破碎所选材料表面的生菌细胞。

其中无菌冰块产生微冰晶的制程中，利用坚果类或可食用矿物质等硬性食材于切片搅打粉碎后所形成的微小硬质颗粒，在超声波震荡压缩激发气泡爆炸后达成相同高速撞击细胞。

本发明使用变频式超音波而不使用固定频率超音波来震荡的目的，因为变频式超音波可以完全消除特征尺寸效应，避免特定区域无法震荡的缺点：如果使用固定频率超音波配上机械搅拌，虽然可以消除特征尺寸效应，但是因机械搅拌易引入空气产生大量气泡，加上空气中常有细菌孢子混杂其中，不利后续的长期保鲜。不过，超音波震荡除了可以导致微冰晶高速撞击周围破碎的细胞，相同的微冰晶亦能高速撞击攻击周围的生菌，破坏生菌细胞的结构，从而降低残存的生菌数。然而，无论机械搅打或变频式超音波震荡制程均会在粘稠流质中引入相当多的气泡，在装填封瓶一段时日后，因粘稠流质内消泡后体积缩小，常会导致消费者对该产品有偷工减料的不良印象。传统所用的方法则是在机械搅拌时添加一些化学盐类等消泡剂，固然可以降低表面张力来消除气泡，但是产品成分已不纯，同时口感也可能变得不佳，更甚造成消费者食用上安全忧虑等问题。

因此，本发明针对此一问题进行根治性的处理，采取高速离心方式驱除气泡，属于全然机械物理方式处理，不添加任何化学盐类，维持成分纯正而又无的气泡改变体积的疑虑。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1是本发明超声波强化微冰晶细胞破碎暨离心消泡的制作方法流程图。

图2A-图2D是本发明冷熟细胞破壁实验观测的H & E染色切片图。

图3A-图3F是本发明超声波强化微冰晶细胞破碎实验观测在显微镜下的细胞壁破裂照片。

图4是本发明离心消泡实验数据分析。

具体实施方式

本发明此一经超声波强化微冰晶细胞破碎暨离心消泡的制作方法，其中，经超声波强化微冰晶细胞破碎暨离心消泡，其提取蔬果营养素方法的步骤如下：

A.开始：选择新鲜蔬果；

B.冷熟处理：将蔬果以低于共晶点的温度冷冻起来，在冷冻的状态下细胞内水份形成冰晶撑破细胞壁；

C.冷冻切片与搅打：以冰冻状态进行截切后直接与搅打；

D.超声波震荡强化破碎效果：以变频式超声波震荡数分钟，震荡产生的气泡爆炸可更进一步破碎细胞；

E.高速离心消泡：以多段转速离心处理，例如，200、500、1000、2500、5000等5种逐步提升离心转速，而每一段转速从起动后到流动稳定之际，立刻切换到下一段，在数分钟之内到达最高速离心方式驱逐分离气泡；

F.结束：完成新鲜蔬果营养素的提取制程。

本发明此一经超声波强化微冰晶细胞破碎暨离心消泡的制作方法，其中，以超声波强化微冰晶细胞破碎暨离心消泡制程来提取蔬果营养素的品质分析步骤中，其检测方法如下：

A.开始：选择新鲜蔬果；

B.冷熟处理：将蔬果以低于共晶点的温度冻结起来，在冷冻的状态下细胞内水份形成冰晶撑破细胞壁；

C.冷冻切片、细胞染色与搅打：以冰冻状态进行截切，然后进行细胞染色，例如现有的细胞化学染色法Hematoxylin & Eosin(H & E)染色法，在搅打后进行细胞破碎率的显微镜分析与检测；

D.超声波震荡微冰晶强化细胞破碎：以变频式超声波震荡数分钟，震荡产生的气泡爆炸驱动微冰晶来进一步破碎细胞；

E.高速离心消泡检验：震荡结束后，再以多段转速离心处理，例如，200、500、1000、2500、5000等5种逐步提升的离心转速，而每一段转速从起动后到流动稳定之际，立刻切换到下一段，在数分钟之内到达最高速离心方式驱逐分离气泡，并且侦测其消泡率及消泡量；

F.检验结束：完成新鲜蔬果营养素提取制程的品质分析。

请参图1，为本发明经超声波强化微冰晶细胞破碎暨离心消泡的制作方法的检测流程图。其提取蔬果营养素方法的步骤如下：开始(A)：将新鲜蔬果取得后，马上放入冷藏预冷；冷熟处理(B)：先以冰水漂洗，其目的可降低蔬果的氧化速度及生菌数，接着放入冷冻冰柜冷熟，让蔬果内含的水份结冰，撑破细胞壁使养份释出，这样有利于人体吸收；接下来进行冷冻切片、H & E染色(C)与搅打：在冰冻状态进行截切，然后以H & E染色，于搅打后进行细胞破碎率检测验证；再进行超声波震荡检验(D)：以变频式超声波震荡数分钟，产生高速的爆炸性发泡，使得蔬果组织更加破碎；然后再进行高速离心消泡实验(E)：当震荡发泡后以分段转速离心数分钟，观察高速离心前后消泡的变化如何，并做成图表表示，完成程序后，结束(F)：完成新鲜蔬果营养素的提取。

为了验证本发明的有效性，依序执行下列三种试验，并且详述其测试结果于后：

(实验一)冷熟切片实验：

请参考图2A-图2D所示，是本发明冷熟细胞破壁实验观测的H & E染色切片图，将新鲜蔬果葫萝卜和芭乐分成两组，一组为有经冷熟处理，一组为未经冷熟处理，接着通过细胞化学染色法Hematoxylin & Eosin(H & E)来判断是否有经冷熟处理会使得植物细胞壁变的较为破裂。由图2A-图2D是H & E染色切片图，其中图2A与图2C是葫萝卜和芭乐未经冷熟的切片，图2B与图2D则为经冷熟的切片，经显微镜观测比较下，可发现未冷熟的细胞虽然也有破裂，但整体上与有冷熟比较起来细胞壁的形态算是完整，反观有冷熟的细胞壁形态，破裂程度与未冷熟比较起来更加显著，证明了有经过冷熟的处理的确可以使得植物的细胞壁更加的破碎。

(实验二)超声波震荡实验：

请参图3A-图3F所示，将冷熟处理过后的蔬果汁，以变频式超声波震荡5分钟，接着用PBS缓冲液30倍稀释，以显微镜200X、400X和800X三种倍率观察内含物的细胞壁是否有比较多破裂的情形产生。在上半部的图片(图3A、图3B、图3C)为冷熟加上变频式超声波震荡，下半部的图片(图3D、图3E、图3F)为只经冷熟处理，我们可以观察到，有经冷熟及超声波处理的组别在200X的倍率下比未冷熟有更多破碎的蔬果组织块，此结果表示，有经超声波震荡会使原本碎裂的组织中产生更多的破碎细胞，至于残留的生菌内涵物质亦可在此种超声波震荡冲击处理中破坏粉碎。此一创新方法除了可以依赖微冰晶来高速撞击细胞，称为微冰晶浴技术，且可利用震荡产生的气泡爆炸，驱动高速微冰晶破碎所选材料表面的生菌细胞，形成一种净菌法，令原本碎裂的组织更加分散与破碎，此种经超声波强化微冰晶细胞破碎的净菌法，其包括下列步骤：

A.开始：选择清洗的新鲜蔬果或器具等材料；

B.微冰晶浴技术：将无菌冰块在冰冻状态进行截切，然后以高速搅打均质化形成微冰晶浴；

C.超声波震荡净菌：将所选材料置入浸泡于微冰晶浴中，以变频式超声波震荡数分钟，震荡产生的气泡爆炸驱动高速微冰晶破碎所选材料表面的生菌细胞；亦可利用坚果类或可食用矿物质等硬性食材于切片搅打粉碎后所形成的微小硬质颗粒，在超声波震荡压缩激发气泡爆炸后达成相同高速撞击细胞的效用。

(实验三)高速离心消泡实验：

请参图4所示，准备低温冻结后切片的菠萝5克和山药5克当作操作实施说明范例，首先加上7毫升的水，混合好后以均质机每分钟13000转的速度搅打数分钟，时间终了时纪录发泡量，接着使用高速离心机以200、500、1000、2500和5000RPM五种转速离心数分钟，待结束后纪录气泡剩余量。整理残余气泡体积与离心转速数据可以得出图4的发泡消退曲线，当中可发现在200或是500转时剩余的气泡体积仍然还有约7ml左右，在将转提升至2500以上，可观测到剩余的气泡体积几乎都已经消除了，这证实了高速离心的确可以令残余气泡的情况得以大幅改善。

至于高速离心消泡实验的原理则简述如后：

根据著名的史托克定律(Stokes’law)，在流质当中的气泡受引力作用而飘移分离的终端速度V(Terminal velocity)可以表示如下：

V＝[(ρf-ρg)d²α]/(18η)，

其中ρf为流质的密度，ρg为气泡的密度，η为粘稠流质的粘度，d为气泡的直径，而α则是气泡受力场作用的加速度。当加速度越大，终端速度随之越大。如果在一个重力加速度作用下，一个0.1mm直径气泡在甘油(Glycerol)中的上升速度4μm/s，经历一整天静置，0.1mm直径气泡在甘油(Glycerol)中可上升约35公分。如果气泡缩小至0.01mm直径，经历一整天静置则仅可上升约0.4公分。由于在开放空间中气泡内的气体密度与大小，以及粘稠流质实际密度与粘度不是可以随意调整，因此只剩提高加速度一途。假设加速度增加到300m/s²，0.1mm直径气泡只需经历30分钟离心处理，就可上升约11公分，气泡与粘稠流质即得以充分分离。不过，在转速加速之际，流质易因速度梯度太大，速度层流(Lamellarflow)被破坏而卷入空气，将导致新的气泡产生，因此宜采用分段提升离心转速的方式，以防止新的气泡产生。

本发明的特殊优点：

流质形态为人体最容易吸收和方便使用的一种形态，以传统技术制作的蔬果流质饮品，在高温与长时间搅打下(未使用冷熟技术)，除了细胞破碎不完全造成营养素无法完全释出外，长时间的高温亦将导致大部份的蔬果营养素活性丧失。值得一提的是，那些残留的细胞壁如果过多，对人体也有不当的影响，因为在细胞壁中含有大量的非水溶性纤维，这些非水溶性纤维会降低营养素的吸收，如维生素A和B群，矿物质钙、铁、锌、镁等皆会因摄取太多非水溶性膳食纤维而一起排出体外，此外，太多的非水溶性纤维也会使肠胃过度摩擦而造成伤害。如果膳食纤维中的木质素太多，会因吸水量过多而导致便秘；而如果纤维中的水溶性物质过多，则会和肠道内的细菌产生有机酸，形成表面活性剂作用，使得肠内活动变快，以致水分来不及吸收就被排出来了，反倒造成了腹泻的情形。若改以本发明的技术，将可以完整保留蔬果所含有的营养素与最佳活性状态，其释放出的营养素将更易于人体的吸收。此外，消泡技术也可应在流质饮品的制程上，一般来说，只要有搅打或是震荡的过程，皆会有气泡的产生，大量的气泡不仅会影响外观，也会让消费者认为有偷工减料的嫌疑。本发明的整个过程都在低温的状况下处理，低温可以帮助食品的保鲜也可以降低生菌数的量，同时也可以使得氧化速率减慢，并不需要添加任何的化学防腐、或其它药剂。

Claims (5)

1. 一种经超声波强化微冰晶细胞破碎暨离心消泡的制作方法，其特征在于，其提取蔬果营养素的方法包括下列步骤：

A.开始：选择清洗过的新鲜蔬果等材质；

B.冷熟技术：将蔬果以低温冷冻冻结，在冷冻的状态下细胞内水份形成冰晶撑破细胞壁；

C.冷冻切片及搅打均质化：在冰冻状态进行截切后以高速搅打均质化；

D.超声波震荡粉碎细胞：以变频式超声波震荡一段时间，震荡产生的气泡爆炸驱动高速微冰晶更进一步破碎细胞；

E.高速离心消泡：以多段转速离心处理逐步提升离心转速，而每一段转速从起动后到流动稳定之际，立刻切换到下一段，在数分钟之内到达最高速离心方式驱逐分离气泡；

F.结束：完成新鲜蔬果营养素的提取制程。

2. 如权利要求1所述的一种经超声波强化微冰晶细胞破碎暨离心消泡的制作方法，其特征在于，其品质检测法包括下列步骤：

A.开始：选择清洗过的新鲜蔬果等材质；

B.冷熟技术：将蔬果以低温冷冻冻结，在冷冻的状态下细胞内水份形成冰晶撑破细胞壁；

C.冷冻切片、细胞染色与搅打：以冰冻状态进行截切，选取数片样本进行细胞染色，然后以高速搅打均质化，并且以适当放大倍率观测细胞破碎状况；

D.超声波震荡微冰晶强化细胞破碎：以变频式超声波震荡一段时间，震荡产生的气泡爆炸驱动高速微冰晶更进一步破碎细胞；然后以适量缓冲溶液稀释，并且以不同放大倍率观测细胞进一步破碎效果；

E.高速离心消泡：震荡结束后，再以多段转速离心处理逐步提升的离心转速，每一段转速从起动后到流动稳定之际，立刻切换到下一段，在数分钟之内到达最高速离心方式驱逐分离气泡，并且侦测其消泡率及消泡量；

F.检验结束：完成新鲜蔬果营养素提取制程的品质分析。

3. 如权利要求1所述的经超声波强化微冰晶细胞破碎暨离心消泡的制作方法，其特征在于，其中中高速离心消泡使粘稠流质以离心消泡的方法，驱除分离流质产品经高速搅打均质化或超声波处理引发的微小泡沫，并以多段逐渐增加转速的高速离心方式提升气泡分离的终端速度，强制驱离与流质密度差异甚大的气泡。

4. 一种经超声波强化微冰晶细胞破碎的净菌法，其特征在于，其包括下列步骤：

A.开始：选择清洗的新鲜蔬果或器具等材料；

B.微冰晶浴技术：将无菌冰块在冰冻状态进行截切，然后以高速搅打均质化形成微冰晶浴；

C.超声波震荡净菌：将所选材料置入浸泡于微冰晶浴中，以变频式超声波震荡数分钟，震荡产生的气泡爆炸驱动高速微冰晶破碎所选材料表面的生菌细胞。

5. 如权利要求4所述的超声波震荡净菌，其特征在于，其中无菌冰块产生微冰晶的制程中，利用坚果类或可食用矿物质等硬性食材于切片搅打粉碎后所形成的微小硬质颗粒，在超声波震荡压缩激发气泡爆炸后达成相同高速撞击细胞。

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