CN102793216B

CN102793216B - 一种微波真空冷冻干燥制备螺旋藻粉的方法

Info

Publication number: CN102793216B
Application number: CN2012103353025A
Authority: CN
Inventors: 任迪峰; 张琨; 郭瑶; 鲁军
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: ORDOS XINYULI SPIRULINA INDUSTRY GROUP Co.,Ltd.
Priority date: 2012-09-12
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2032-09-12
Also published as: CN102793216A

Abstract

本发明公开了一种螺旋藻微波真空冷冻干燥方法。本发明以新鲜螺旋藻为原料，经过培养、采收、预冻、微波真空冷冻干燥，最终得到螺旋藻粉。干燥得到的产物通过感官品质、水分含量、流动性等物性参数以及藻胆蛋白的含量的测定，表明微波真空冷冻干燥螺旋藻粉不仅具有优良的品质，而且大大降低了能耗，可作为最佳干燥工艺应用于螺旋藻的生产中，且可应用于保健食品开发领域。

Description

一种微波真空冷冻干燥制备螺旋藻粉的方法

技术领域

本发明涉及一种螺旋藻微波真空冷冻干燥方法，属于现代食品加工和生物技术领域。

背景技术

螺旋藻(Spirulina)是一种呈蓝绿色的多细胞丝状蓝藻，属低等水生物，可食藻类，含有丰富的蛋白质(60％～70％)，维生素(尤其是B₁₂及β-胡萝卜素含量较高)，藻多糖，微量元素等多种生物活性成分，因其具有较高的营养及医疗保健功效，近年来引起了广泛的研究。藻胆蛋白是其中很重要的一种活性物质，具有抗氧化，抗炎，神经保护及保肝功能；螺旋藻中β-胡萝卜素的含量占螺旋藻中类胡萝卜素总含量的69.5％，并且富含β-胡萝卜素的食物已被证实具有降低胆固醇和减小患癌症的风险的特点；藻多糖具有抗病毒，抗肿瘤的功效，并可降低动物患癌症的几率；γ-亚麻酸对于降低胆固醇具有一定疗效。

新鲜螺旋藻的含水率在90％以上，因此通常要经过干燥工艺，将其制成干粉后再进行其它后续加工，并且干燥所需费用占整个加工过程总生产成本的30％以上，可见干燥过程是将螺旋藻加工成食品或药品等产品过程中至关重要的一步，干燥工艺的选择将直接影响螺旋藻制品的品质。发明专利“鲜螺旋藻的干燥方法”(申请号：94104721.0)中提出采用多流体喷雾干燥的加工方法生产鲜螺旋藻干粉；发明专利“抗糖尿病因子螺旋藻冷冻干燥粉的制备方法”(申请号：00117413.4)中公开了采用冷冻干燥制备的螺旋藻粉有效的保留了抗糖尿病因子；发明专利“螺旋藻粉剂的加工方法”(申请号：00124612.7)提供了冷冻真空升华干燥方法，保持螺旋藻活性和有效成分的加工方法。然而采用喷雾干燥方式，能耗大且对热敏性物质造成较大程度的破坏，虽然采用真空冻干整个干燥过程温度较低，但是水分蒸发速度缓慢，因此所需时间最长，电能消耗大，产量较少，生产效率低。除此之外，也有部分企业利用热风干燥和微波干燥等方式加工螺旋藻，其产品品质都缺乏市场竞争力。

因此，本发明采用一种微波真空冷冻干燥技术制备螺旋藻粉，它是一种利用微波加热提供升华所需潜热的新型真空冷冻干燥方式，不同于传统的冷冻干燥方式，微波真空冷冻水蒸汽的扩散迁移非但不影响热量向表面传递，而且起到了相互促进的作用，使升华速度得到提高。利用微波提供升华热可以缩短干燥时间，降低冻干所需能耗，可以更好的保留挥发性组分，再加上冷冻干燥本身具有干燥品质良好的特点，且微波本身对食品具有杀菌的作用，因而使产品品质得到了进一步的提高。

发明内容

本发明的目的是开发一种新型工艺手段，适合工业化生产的螺旋藻粉的工艺流程，以满足目前市场上对于高品质螺旋藻粉制备的要求，从而深度开发我国丰富的螺旋藻资源，为营养保健品的研发提供技术支持。

为实现上述目的，本发明由以下步骤组成：

1)螺旋藻的培养及采收：螺旋藻的培养基为改进的Zarrouk培养基，采用连续式培养，置于具有自动调节温度和光照功能的人工气候室中，温度设置为28℃，温度的调节范围为±2℃，光照强度为4000Lx，通气量为120L·h^-1。当螺旋藻液浓度增加，即其光密度值在1.0以上时即可采收螺旋藻。用200～400目的滤布过滤收集，需通过反复水洗降低盐分，最终控制pH值为6～8，经淡水洗后的螺旋藻呈泥状。

2)螺旋藻液的预冻：将新鲜的螺旋藻藻泥均匀平铺于培养皿中，使物料厚度为3～6mm，冷冻保存，预冻温度-20～-30℃，预冻时间8～10h。

4)微波真空冷冻干燥螺旋藻干粉：采收的螺旋藻进行预冻后，将预冻好的螺旋藻放入微波真空冷冻干燥设备，设置干燥室压力为30～55Pa，微波功率100～150W，干燥至终止湿基含水量低于7％，微波真空冷冻干燥时间为一般为4～6h。

测定此方法得到的螺旋藻粉的生物活性成分如藻胆蛋白的含量较高，说明此方法得到的螺旋藻干粉具有较高的营养及医疗保健功能。同时，对感官品质及理化指标进行测定，所得螺旋藻干粉呈墨绿色，说明此方法有效的保留了螺旋藻的色素；而休止角和滑落角较小，说明螺旋藻粉具有良好的流动性。此外，干燥时间明显缩短，生产效率高，大大降低了能耗，可作为最佳干燥工艺应用于螺旋藻的生产中。

附图说明

图1是工艺流程图。

具体实施方式

结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述，但并不限制本发明的范围。

实施例

实施例1：

制备改进的Zarrouk培养基20L置于塑料盆中，培养基配方如表1所示，每升培养基中加入1mL A5溶液，具体配比如表2。按接种量30％(V/V)接种螺旋藻，采用连续式培养，置于具有自动调节温度和光照功能的人工气候室中，温度设置为28℃，温度的调节范围为±2℃，光照强度为4000Lx，适当进行搅拌并通入空气，通气量为120L·h^-1。培养周期为20天，当螺旋藻液浓度增加至其光密度值在1.0以上时即可采收螺旋藻，螺旋藻液通过350目的滤布过滤收集，并反复用水清洗，至pH值为7。

将新鲜的螺旋藻按厚度为4mm平铺于培养皿中，置于冰箱中预冻10h，预冻温度-25℃。将预冻好的螺旋藻放入微波真空冷冻干燥设备，设置干燥室压力为35Pa及微波功率120W，干燥至终止湿基含水量低于7％，干燥时间为5h。

表1Zarrouk培养基

表2A₅溶液配比

实施例2：

制备改进的Zarrouk培养基20t分别100个置于容积为200L的光生物反应器中，按接种量30％(V/V)接种螺旋藻，采用连续式培养，温度设置为28℃，温度的调节范围为±2℃，光照强度为4000Lx，适当进行搅拌并通入空气，通气量为120L·h^-1。当反应器中培养的螺旋藻的细胞密度稳定时，开始进行采收。采收时按培养液总体积的10％、20％的梯度进行半连续采收，采收后注入等量的井水和营养母液，使培养液维持原体积。采收后的藻液用300目筛绢进行过滤得到藻泥，并反复用水清洗，至pH值为7.5。

将新鲜的螺旋藻按厚度为5mm平铺于冻干盘中，在-20℃的条件下预冻12h，再入-30℃一下的速冻仓内续冻1h，然后移入微波真空冷冻干燥设备，设置干燥室压力为40Pa及微波功率150W，干燥至终止湿基含水量低于7％，干燥时间为6h。

实施例3：

由于喷雾干燥及热风干燥能耗大且会对蛋白质等热敏性物质造成较大程度的破坏，所以本发明对比了微波干燥、微波真空冷冻干燥、热风干燥及真空冷冻四种不同干燥工艺对螺旋藻品质的影响，采用不同干燥工艺获得螺旋藻藻粉与实施例1获得藻粉进行比较，研究了其干燥感官品质、水分含量、流动性等物性参数以及藻胆蛋白的含量，如表3所示。测量休止角时，准确称取螺旋藻粉样品1g，用铁架台将漏斗固定，漏斗嘴距桌面高度为9cm，在桌面上平铺一张干净的白纸，藻粉经通过漏斗流出的粉体会在下方白纸上堆积成一个锥形形状，测量其底部直径及其垂直高度，根据公式计算休止角，重复以上步骤三次；测量滑落角时，将螺旋藻样品平铺在一块光滑的玻璃板中部，缓缓向上推动玻璃板的一端，测定样品大约滑落90％时玻璃板与水平面的夹角，即为样品的滑落角，重复三次取平均值；检测藻胆蛋白的含量时，称取实施例1得到的螺旋藻粉样品0.2g溶于磷酸盐缓冲液，用超声波细胞破碎仪进行超声波破碎，反复冻融三次，离心得上清液为藻胆蛋白粗提液，采用硫酸铵沉淀法进行纯化，经过透析后，离心获得上清液为藻胆蛋白提取液，用分光光度计分别测定藻胆蛋白含量。

真空冷冻干燥虽然生物成分含量最高，但其生产的螺旋藻粉腥味较浓，休止角和滑落角较大，流动性较差，且干燥时间过长，需15h以上，耗能较大。然而，采用微波真空冷冻干燥的螺旋藻粉略呈墨绿色，褐变程度轻微；藻粉腥味较淡，有一定的脱腥作用；休止角和滑落角为分别11.34±0.17°和38.33±2.03°，明显小于真空冷冻干燥所得藻粉，表现出更优的流动性；虽然微波真空冷冻干燥的螺旋藻粉的藻胆蛋白含量为9.36％，较真空冷冻干燥较小，但是显著高于微波干燥，并且微波真空冷冻干燥较真空冷冻干燥缩短了2/3的干燥时间，仅需要5h，大大降低了能耗。因此，综合各项指标微波真空冷冻干燥可作为最佳干燥工艺应用于螺旋藻的生产中。真空冷冻干燥，热风干燥及微波干燥的具体方法及条件请见比较例a、b、c。

表3不同干燥方式螺旋藻粉的各项指标测定

比较例a：

制备改进的Zarrouk培养基20L置于塑料盆中。按接种量30％(V/V)接种螺旋藻，采用连续式培养，置于具有自动调节温度和光照功能的人工气候室中，温度设置为28℃，温度的调节范围为±2℃，光照强度为4000Lx，适当进行搅拌并通入空气，通气量为120L·h-1。培养周期为20天，当螺旋藻液浓度增加至其光密度值在1.0以上时即可采收螺旋藻，螺旋藻液通过350目的滤布过滤收集，并反复用水清洗，至pH值为7。

将新鲜的螺旋藻按厚度为4mm平铺于培养皿中，置于冰箱中预冻10h，预冻温度-25℃。当冷凝器温度降低到-40℃以下时，将预冻好的样品放入真空冷冻干燥机，抽真空进行升华干燥，直至终止湿基含水量低于7％时冻干结束，干燥时间为15h。

比较例b：

制备改进的Zarrouk培养基20L置于塑料盆中。按接种量30％(V/V)接种螺旋藻，采用连续式培养，置于具有自动调节温度和光照功能的人工气候室中，温度设置为28℃，温度的调节范围为±2℃，光照强度为4000Lx，适当进行搅拌并通入空气，通气量为120L·h^-1。培养周期为20天，当螺旋藻液浓度增加至其光密度值在1.0以上时即可采收螺旋藻，螺旋藻液通过350目的滤布过滤收集，并反复用水清洗，至pH值为7。

将新鲜的螺旋藻按厚度为4mm平铺于培养皿中，置于冰箱中预冻10h，预冻温度-25℃。将预冻好的螺旋藻放入微波干燥设备，微波功率240W将其干燥至终止湿基含水量低于7％，干燥时间为20min。

比较例c：

将新鲜的螺旋藻按厚度为4mm平铺于培养皿中，置于冰箱中预冻10h，预冻温度-25℃。将预冻好的螺旋藻放入电热鼓风干燥箱，温度控制在60℃，干燥至终止湿基含水量低于7％，干燥时间为6.5h。

Claims

1.一种微波真空冷冻干燥获得高品质螺旋藻粉的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

1)螺旋藻的培养及采收：螺旋藻的培养基为改进的Zarrouk培养基，培养基配方如表1所示，每升培养基中加入1mLA5溶液，具体配比如表2，采用连续式培养，置于具有自动调节温度和光照功能的人工气候室中，温度设置为28℃，温度的调节范围为±2℃，光照强度为4000Lx，通气量为120L·h^-1，当螺旋藻液浓度增加至其光密度值在1.0以上时采收螺旋藻，用200～400目的滤布过滤收集，需通过反复水洗降低盐分和pH值，最终控制pH值为6～8，经淡水洗后的螺旋藻呈泥状；

表1Zarrouk培养基

表2A₅溶液配比

2)螺旋藻液的预冻：将新鲜的螺旋藻藻泥均匀平铺于培养皿中，使物料厚度为3～6mm，进行预冻，预冻温度-20～-30℃，预冻时间8～10h；

3)微波真空冷冻干燥螺旋藻干粉：采收的螺旋藻进行预冻后，将预冻好的螺旋藻放入微波真空冷冻干燥设备，设置干燥室压力为30～55Pa，微波功率100～150W，干燥至终止湿基含水量低于7％，微波真空冷冻干燥时间为4～6h。