CN103876165B - 黄豆壳皮转化为膳食纤维的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种黄豆壳皮转化为膳食纤维的工艺方法，解决了现黄豆壳皮转化膳食纤维存在工艺温度过高，制得的产品颜色深、颗粒粗、不易漂白、有异味、口感差、纤维产量低的问题。技术方案包括将黄豆壳皮粗磨用2N食用HCl先进行酸法水解，然后水洗至中性后离心脱水，得到酸解脱水颗粒；然后将酸解脱水颗粒用2N食用KOH进行碱法水解，然后水洗至中性后离心脱水，得到碱解脱水颗粒；最后对碱解脱水颗粒进行热风干燥后磨细制得。本发明工艺简单、生成成本低、脱色效果好、无异味、口感好、降解效果好、易于破碎、纤维含量高。
Description
技术领域
本发明涉及一种食品加工领域，具体的说是一种黄豆壳皮转化为膳食纤维的工艺方法。
背景技术
黄豆加工后的残留物-豆壳中富含纤维，色素类等植物化合物，特别是含有又廉价又丰富的优质膳食纤维资源，这类膳食纤维具有防止便秘、解毒防癌，促进肠道健康等多重功能，并且，其具有较强持油、持水和增容特性，可用于糕点、饼干、膨化食品和各类保健饮料中，是比较理想的天然添加剂和面粉品质改良剂，将其添加到食品还能提高食品的保水性和保形性，提高冷冻-融化特性等。以黄豆壳皮作为原料进一步加工成膳食纤维是目前技术人员正在极积研究的课题。
目前，仅有黄豆豆渣为原料转化成膳食纤维的方法，如酸法、碱法、膜分离法、发酵法等。上述方法均有优缺点，传统酸法及碱法通常在高温（100-110℃）下进行，虽然工艺简单、生产周期较短，但存在脱色困难，工艺温度过高，制得的产品颜色深、颗粒粗、不易漂白、有异味、口感差、纤维产量低的问题；膜分离法效果好，但受技术限制，目前仍无法工业上应用；发酵法周期长且得到的纤维含量也有提高。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、脱色效果好、无异味、口感好、降解效果好、易于破碎、纤维含量高的黄豆壳皮转化为膳食纤维的工艺方法。
技术方案包括包括下述步骤：
步骤（1）：将黄豆壳皮粗磨用2N食用HCl先进行酸法水解，然后水洗至中性后离心脱水，得到酸解脱水颗粒；
步骤（2）将酸解脱水颗粒用2N食用KOH进行碱法水解，然后水洗至中性后离心脱水，得到碱解脱水颗粒；
步骤（3）对碱解脱水颗粒进行热风干燥后磨细制得。
所述步骤（1）为：将除掉杂质的黄豆的壳皮粗磨成1.2±0.2厘米大小的粗颗粒，水分含量为55%-60%；加入2N食用HCl在60℃调节pH为1.5-2.0进行酸水解作用2小时；然后用水洗至中性，用离心机进行离心脱水处理，得到酸解脱水颗粒。
所述步骤（2）为：调节酸解脱水颗粒的水分含量为55%-60%，然后加入2N食用KOH在60℃调节pH为10.5-11.0进行碱法水解作用2小时；然后用水洗至中性，用离心机进行离心脱水处理。
所述步骤（3）为：对碱解脱水颗粒采用用60℃热风干燥，控制最终水分含量为10%-12%，然后细磨成150-250微米制得。
所述步骤（3）中对碱解脱水颗粒先进行高压降解后再进行热风干燥。
所述高压降解步骤为：调节碱解脱水颗粒的水分含量为30%-40%，在121±2℃、15±2磅压力降解30±5分钟。
本申请是针对黄豆豆壳的处理工艺，由于豆壳与豆渣具体成份组成并不完全相同，豆壳中以纤维及色素为主，含有少量油脂、蛋白质、和淀粉，而豆渣中油脂、蛋白质、和淀粉的含量则远比豆壳中高，且豆壳更为坚硬、更难降解转化。因此对于黄豆豆壳而言，还要兼顾豆壳的降解和除色要求。发明人对现有各种方法进行了深入研究和比较，发现利用酸法和碱法进行水解提取是最为简单有效的，进行一步，基于人体胃的环境pH在1.5-2.0，小肠的环境pH偏碱性，大肠的环境pH的认识，通过模拟出人体的酸性环境，用2N食用HCl调节黄豆壳皮水解溶液的pH值为1.5-2.0，可以对豆渣进行有效水解，以除去豆壳中除纤维以外的少量蛋白质，油脂，糖类等化合物；进一步的，酸法水解后并不直接进行碱法水解，而是进行水洗至中性以脱除黄豆壳皮中的水溶性的有色化合物。因为在人体的胃肠道消化系统中,胃的环境pH在1.5-2.0,pH值应严格控制在上述范围，过高会影响对淀粉等多糖类的水解效果,过低会对水解所用的容器有腐蚀。
然后再用2N食用KOH调节黄豆壳皮水解溶液的pH值为10.5-11.0以制造模拟小肠的碱性环境，用碱法水解蛋白质，同时高强度的碱可以打断酯键以释放出结合态的植物化学物质成为游离态，例如花青素，花色苷等，这里采用KOH调节pH值是因为在人体的胃肠道消化系统中,小肠的环境pH偏碱性，pH值应严格控制在上述范围;过高会对水解所用的容器有腐蚀,过低会对蛋白质的水解不彻底;同理，在碱法水解后，再进行一次水洗至中性，通过二次水洗，将可溶性物质基本去除，保证脱色效果。
这里，由于人体的温度不会过高，因此所述酸法水解和碱法水解的温度均控制在60±5℃下进行，无需高温处理，工艺条件更为温和，避免高温操作带来的处处缺点，易于控制和操作，保证水解效果的同时使产品的口感、色泽更佳。通过酸法水解结合碱法水解，并严格控制相关工艺参数可以降解大分子以及聚合度高的分子，有效提高产品中膳食纤维的含量。
进一步的，步骤（1）和步骤（2）中均采用离心脱水步骤，可以将黄豆壳皮中的油脂类和脂溶性的色素除去，以保证终产品无异味、色泽更白细、口感更好。
优选在步骤（3）的热风干燥前进行高压降解，配合前述的酸法和碱法水解，通过高压降解，将余下未被水解的大分子以及聚合度高的分子进一步降解，使分子的高聚合度降解成低聚合度，在使用相同磨机、相同功率条件下，黄豆壳更易被破碎磨细，使终产品颗粒更小，更易被人体吸收，水溶性和持水力更佳。由于高温易使产品变色，因此高压降解的温度、时间以及压力应严格控制，优选在121℃、15磅压力高压降解30分钟为好。在此另一目的采用高压蒸气灭菌是基于食品安全的考虑：在该条件下可以杀死真菌的孢子。
有益效果：
（1）利用人体胃肠消化功能的原理，模拟胃中的酸性pH环境以达到酸法水解多糖等碳水化合物；再模拟小肠的碱性pH环境通过碱法水解打断酯键以释放出结合态的植物化学物质成为游离态，两者结合提高了黄豆壳皮的水解效果。
（2），在酸法水解和碱法水解后均有水洗至中性的步骤，通过两次水洗可以将水溶性的有色化合物脱色，而采用离心脱水可以将油脂类和脂溶性的色素除去。
（3）通过增设的高压降解，使分子的高聚合度降解成低聚合度，使黄豆壳更易被破碎磨细，使终产品颗粒更小，更易被人体吸收，水溶性和持水力更佳，并且兼具杀菌的作用，可杀灭真菌的孢子，更符合食品安全要求。
（4）本发明严格要求工艺顺序，各步骤耗时不长，因此保证了产品质量的同时，可以缩短总体工艺周期。本方法不仅适用于黄豆壳皮，还可推广到从蚕豆，绿豆，豌豆等豆类的外壳的深加工，工艺简单可靠，产量稳定。
（5）以黄豆壳皮为原料生产的膳食纤维接近白色，无异味、口感好、纤维含量高（膳食纤维得率大于95%（干重））、易于破碎，持水力和水溶指数高、更易于与面粉混合。
附图说明
图1为对照组粉末中的高分子和低分子重量的可溶性膳食纤维的高压液相色谱图；
图2为处理组粉末中的高分子和低分子重量的可溶性膳食纤维的高压液相色谱图；
图3为对照组粉末的颗粒大小的分布曲线；
图4为处理组粉末的颗粒大小的分布曲线；
图5为对照组加入全麦面粉后的表观粘性、储能和损耗模量曲线;
图6对处理组粉末加入全麦面粉后的表观粘性、储能和损耗模量曲线；
具体实施方法
实施例1
步骤一：除掉杂质的黄豆的壳皮粗磨成1.2厘米大小的粗颗粒，水分含量为55%（质量百分比）；加入2N食用HCl在60℃调节pH为2.0进行酸法水解作用2小时；然后用水洗至中性，用离心机在5,000g离心力下作用10分钟进行脱水处理，得到酸解脱水颗粒；
步骤二：调节酸解脱水颗粒的水分含量为55%（质量百分比）；加入2N食用KOH在65℃调节pH为10.5进行碱法水解作用2小时；然后用水洗至中性，用离心机在5,000g离心力下作用10分钟进行脱水处理，得到碱解脱水颗粒；
步骤三：调节碱解脱水颗粒的水分含量为35%，然后在123℃，15磅压力高压降解35分钟，再60℃热风干燥，最终水分含量为10%；细磨成150-250微米后进行真空包装，得到口感好、无异味的膳食纤维1。
实施例2
步骤一：除掉杂质的黄豆的壳皮粗磨成1.4厘米大小的粗颗粒，水分含量为60%（质量百分比）；加入2N食用HCl在55℃调节pH为1.5进行酸法水解作用2小时；然后用水洗至中性，用离心机在5,000g离心力下作用10分钟进行脱水处理，得到酸解脱水颗粒；
步骤二：调节酸解脱水颗粒的水分含量为55%（质量百分比）；加入2N食用KOH在60℃调节pH为11进行碱法水解作用2小时；然后用水洗至中性，用离心机在5,000g离心力下作用10分钟进行脱水处理，得到碱解脱水颗粒；
步骤三：调节碱解脱水颗粒的水分含量为40%，然后在119℃，13磅压力高压降解30分钟，再60℃热风干燥，最终水分含量为12%；细磨成150-250微米后进行真空包装，得到口感好、无异味的膳食纤维2。
实施例3
步骤一：除掉杂质的黄豆的壳皮粗磨成10厘米大小的粗颗粒，水分含量为57%（质量百分比）；加入2N食用HCl在65℃调节pH为2.0进行酸法水解作用2小时；然后用水洗至中性，用离心机在5,000g离心力下作用10分钟进行脱水处理，得到酸解脱水颗粒；
步骤二：调节酸解脱水颗粒的水分含量为60%（质量百分比）；加入2N食用KOH在60℃调节pH为10.5进行碱法水解作用2小时；然后用水洗至中性，用离心机在5,000g离心力下作用10分钟进行脱水处理，得到碱解脱水颗粒；
步骤三：调节碱解脱水颗粒的水分含量为37%，然后在121℃，17磅压力高压降解25分钟，再55℃热风干燥，最终水分含量为10%；细磨成150-250微米后进行真空包装，得到口感好、无异味的膳食纤维3。
实施例4
除步骤二中，调节酸解脱水颗粒的水分含量为60%改为28%外，其余同实施例1，得到口感好、无异味的膳食纤维4。
实施例5
除步骤三中，最终水分含量改为11%外，其余同实施例2，得到口感好、无异味的膳食纤维5。
实施例6
实步骤一中，pH值改为1.5外，其余同实施例3，得到口感好、无异味的膳食纤维6。
实验1：
将没有经过加工的黄豆壳皮的磨碎物作为对照组，将实施例1得到的膳食纤维1作为处理组，它们的色泽的变化结果如下：
黄豆壳粉末和膳食纤维1的颜色变化
注：表格数值为三次测得值的平均值±标准偏差;同一列肩标字母不同者表示差异显著(p<0.05).L值代表黑色或白色，a值代表红色或绿色，b值代表黄色或蓝色。
结果表明：应用本发明所述工艺流程和条件，处理组的白色色泽显著高于对照组(p<0.05).白色色泽程度越高的纤维原粉，易于加入各种面包，糕点，和以面粉为原料的烘烤食品中以强化膳食纤维的含量。
实验2
将没有经过加工的黄豆壳皮的磨碎物作为对照组，和实施例1-6得到的膳食纤维1-6作为处理组1-6;实施例2-6它们的可溶性(SDF)，不溶性(IDF)，和总膳食纤维(TDF)（干重）的含量的变化分别为2.5±0.3,85.0±4.0,和97.8±2.0%.具体的,实施例1及对照组的SDF，IDF和TDF的含量的变化结果如下：
表2：黄豆壳粉末和膳食纤维原粉中的不溶性纤维(IDF)，可溶性纤维(SDF)和总纤维(TDF)的含量
表2的结果表明:应用AOAC991.43和2011.25二种分析测试方法，膳食纤维原粉中的不溶性纤维，可溶性纤维，和总纤维的含量均显著的高于黄豆壳粉末中的不溶性纤维，可溶性纤维，和总纤维的含量(p<0.05)。经过加工，膳食纤维的增加量大于50%。
表3和图1、图2是应用AOAC2011.25分析方法所得到的黄豆壳粉末和膳食纤维原粉中抗性寡糖，高分子量，和低分子量的可溶性膳食纤维的含量；对照组中的抗性寡糖和高分子量的可溶性膳食纤维分别是处理组的3倍和4倍；相反，处理组中的低分子重量的可溶性膳食纤维的量是对照组的4倍；原因在于酸碱的水解和高压蒸煮对大分子以及聚合度高的分子的降解效果。
表3：黄豆壳粉末和膳食纤维原粉中的高分子和低分子重量的可溶性膳食纤维
实验3
将没有经过加工的黄豆壳皮的磨碎物作为对照组，和实施例3得到的膳食纤维3作为处理组，它们的颗粒大小的分布如图3、4。
图3及图4的结果表明：处理组的膳食纤维原粉的颗粒大小为182.7±0.7微米（图4），对照组黄豆壳粉末的颗粒大小为225.6±1.1微米（图3），应用同样的粉碎条件，处理组的膳食纤维原粉比对照组黄豆壳粉末的颗粒直径更小；说明加工对膳食纤维的结构有降解的效果（分子的高聚合度降解成低聚合度），使其更易于破碎。
实验4
将没有经过加工的黄豆壳皮的磨碎物作为对照组，和实施例4膳食纤维作为处理组，持水力和水溶指数的比较见表4。
表4：黄豆壳粉末和膳食纤维原粉的持水力和水溶指数变化
注：表格数值为三次测得值的平均值±标准偏差;同一列肩标字母不同者表示差异显著(p<0.05).
表4的结果表明：加工后膳食纤维原粉的持水力和水溶指数均显著低于黄豆壳粉末。
实验5
实验5
将没有经过加工的黄豆壳皮的磨碎物作为对照组（SBH-C），和实施例5的膳食纤维5作为处理组(SBH-T)，全麦面粉中加入10%黄豆壳粉末或10%膳食纤维5后的力学流变特性，如表5和图5。
表5：10%的黄豆壳粉末或10%膳食纤维原粉加入全麦面粉后
在25℃下的粘度变化
注：表格数值为三次测得值的平均值±标准偏差;同一列肩标字母不同者表示差异显著(p<0.05).
表6：黄豆壳粉末和膳食纤维原粉的在25℃时的粘弹性变化
表5的结果表明：在相同的剪切速率下，全麦面粉+10%黄豆壳粉末具有较大的粘度，其次是全麦面粉+10%膳食纤维5；三个样品中，全麦面粉具有较小的粘度。
表6的结果表明：在相同的应变力下，全麦面粉+10%膳食纤维5原粉具有较大的阻尼系数，证明损耗模量占主导地位，面团有较大的流动性。
Claims (3)
1.一种黄豆壳皮转化为膳食纤维的工艺方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤(1)：将除掉杂质的黄豆的壳皮粗磨成1.2±0.2厘米大小的粗颗粒，水分含量为55％-60％；加入2N食用HCl在60±5℃调节pH为1.5-2.0进行酸水解作用2小时；然后用水洗至中性，用离心机进行离心脱水处理，得到酸解脱水颗粒；步骤(2)：调节酸解脱水颗粒的水分含量为55％-60％，然后加入2N食用KOH在60±5℃调节pH为10.5-11.0进行碱法水解作用2小时；然后用水洗至中性，用离心机进行离心脱水处理；步骤(3)对碱解脱水颗粒高压降解后进行热风干燥后磨细制得。
2.如权利要求1所述的黄豆壳皮转化为膳食纤维的工艺方法，其特征在于，所述步骤(3)为：对碱解脱水颗粒采用60℃热风干燥，控制最终水分含量为10％-12％，然后细磨成150-250微米制得。
3.如权利要求1所述的黄豆壳皮转化为膳食纤维的工艺方法，其特征在于，所述高压降解步骤为：调节碱解脱水颗粒的水分含量为30％-40％，在121±2℃、15±2磅压力降解30±5分钟。
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