CN104366356A - 一种甘薯深加工制备功能性营养品的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种甘薯深加工制备功能性营养品的方法，包括：1)将甘薯藤叶和块根粉碎打浆，然后分离液渣，得到清液和渣料；2)在步骤1)得到的清液中加入分子络合剂，然后经超高压破壁提取和灭菌；3)将步骤2)提取和灭菌后得到的清液再经膜分离和低温干燥处理，直至物料含水量达到5～10％；4)将步骤3)干燥后得到的物料粉碎至过40-80目筛，得到甘薯提取物干粉；再将所述干粉按照常规方法制备成营养品工艺可接受的剂型。本发明所述的方法能够在低温条件下完成全套工艺，充分合理地利用了包括分子络合、超高压破壁提取和杀菌、膜分离浓缩和低温干燥在内的一系列具体工艺，组合成了一套新的针对甘薯的深加工工艺，整体上获得了显著的进步。
Description
技术领域
本发明涉及农产品加工领域，具体涉及一种甘薯深加工获得功能性营养品的技术。
背景技术
甘薯(Ipomoea batatas L.)是施花科(convolvuaceae)一年生或多年生草木植物，原产拉丁美洲、又名番薯、白薯、红薯、红苕、红山药、番薯蓣、番茹、土瓜、金薯、朱薯等。它栽培地域广、产量高、适应性强，是我国重要的粮食作物，同时也具有很高的药用价值，其药理功效从明《本草纲目》至今《中药大辞典》均有明确记载：“补虚乏、益气力、健脾胃、强肾阴”、“性平温无毒、健脾胃、益阳精、壮筋骨、健脚力、补血、和中，治百病、延年益寿、服之不饥”等。
现代医学研究表明，甘薯苗、叶、块根均可入药，并含有大量的粘液蛋白、全氨基酸、类黄酮、脱氢表雄酮(DHEA)、膳食纤维、果胶、叶绿素、不饱和脂肪酸、β-胡萝卜素、VC、VB、VPP、VM、VK、VE、VD及大量和微量元素Ca、K、Mg、Fe、Zn、Mo、Cr、Se、P、S、Cu等几十种人体必需的营养和活性物质，具有多方面的保健与治疗功能。
1.蛋白质
1.1 粘液蛋白：
粘液蛋白是甘薯独有的。它是多糖和蛋白质的混合物，属于胶原和粘多糖物质，对人体有多种生理功能：(1)它对人体消化系统、呼吸系统和泌尿系统各器官组织的粘膜具有特殊的保护作用，即能提高人体的免疫力，增进机体健康，消除疲劳，精力充沛；(2)能促进骨质发育，润滑关节面和浆膜腔，防止关节炎；(3)能抑制胆固醇在动脉血管内沉积，防止动脉硬化症的出现；(4)能减少皮下脂肪，避免出现过胖；(5)还可防止肝、肾脏结缔组织的萎缩,使高血压下降，避免神经病、风湿病、心脏病、类风湿关节炎、红斑狼疮、心肌炎等胶原病的发生，从而延缓人的衰老。
1.2 甘薯块根中的储藏蛋白
甘薯块根中的储藏蛋白(Sporamin)，约占其总蛋白的60-80％，含有人体必需和半必需的全氨基酸，能有效地清除各种自由基(羟基自由基、DPPH自由基和超氧阴离子自由基)，抑制低密度脂蛋白(LDL)过氧化反应，降低患动脉硬化疾病的风险，减少突变性，具有保护DNA免受损伤的作用。同时，它能显著抑制肿瘤细胞增殖，诱导凋亡，明显抑制肺癌、结肠癌，使肿瘤结节数和腹水量显著减少。
2.脱氢表雄酮(DHEA)
脱氢表雄酮(DHEA)是甘薯中含有的天然激素。它参与合成肾上腺分泌的多种激素，如每公斤血液中增加100微克的DHEA，即可延长寿命1/3，死亡率下降36％，心脏病死亡率下降48％。它还可防止乳腺癌、结肠癌，抑制胰癌细胞的生长，并可强化免疫系统，提高T细胞和B细胞的免疫功能，减轻自身免疫系统疾病(如红斑狼仓、风湿性关节炎)的症状，对脑细胞和内分泌腺素的活动有很大的促进作用，能缓解紧张情绪，增强人的智力和抵抗力。
3.纤维素和果胶
甘薯中含有被人们称为“第七营养素”的膳食纤维和果胶。它们具有通便，防肠癌，降低胆固醇和血糖的作用，还能抑制胰蛋白酶的活动，在一定程度上影响食物在人体小肠吸收，故能起到减肥作用。
4.矿物质
甘薯中含有人体必需的大量和微量元素，特别是K、Ca、Mg、Fe、Zn等含量丰富，可预防骨质疏松，缓解动脉硬化，防止心脑血管疾病的发生和发展。同时，甘薯是生理碱性食品(pH＝10.31)，可调节人体血液的酸碱平衡，使达微碱性(pH＝7.35-7.45)，有利于人体健康。
5.黄酮类化合物
甘薯含有多种黄酮类化合物，具有止咳平喘，抗炎镇痛，保肝利胆，抗脂质过氧化，抗病毒，抗肿瘤，抗菌等；同时对中枢神经系统和心脑血管疾病也有明显效果。它还具有行气疏滞，祛瘀积之功效，可用于热带腹痛、气胀、疳积、消渴等症病。
6.维生素
甘薯藤叶和块茎中含有丰富的脂溶和水溶性维生素。它们不仅是人体必需的营养素，而且具有多种重要的生理功能，参与人体重要的生命活动。例如VB1和VB2是氨基酸及糖代谢中多种酶的辅助因子，缺乏VB会导致易兴奋、疲劳、肌肉萎缩、麻痹及心衰等症以及口角炎、舌炎、外生殖器炎症及视力下降；β-胡萝卜素，在体内转化为VA，有抗细胞老化，美容扶肤，延缓衰老，维持正常视力，防止夜盲症发生；VC又名抗坏血酸，具有治疗坏血病，抗氧化，预防牙龈萎缩出血，动脉硬化，治疗缺Fe性贫血，防治感冒，提高人体免疫功能等。
7.止血效果显著
甘薯提取物经临床数百例试用，止血效果显著。它对“脾气虚和脾不统血证”引起的多种出血症有特效，总有效率在95％以上，且具有升高免疫球蛋白IgM、IgG及脾不统血证之Hb、RBC和PC作用，能降低脾气虚证异常升高的唾液淀粉酶的活性，其疗效与年龄、性别、病程、病情无明显相关。同时，我们还首次发现甘薯提取物具有显著地抗栓和溶栓双向调节功能。
甘薯是大自然对人类的恩赐。它是食品，又具有保健与治疗功能，是良药并不苦口，无任何毒副作用。它的开发领域和市场前景非常广阔。但目前对甘薯的开发利用主要集中在传统的淀粉工业、制糖工业、酿酒工业、发酵工业、酶制剂工业、有机酸和食品工业，而且主要集中在淀粉的利用上，对其真正有价值的成分反而作为副产品或废物扔掉。其为数很少的深加工产品仍沿用传统较落后的工艺，如水提醇沉或醇提水沉，即使使用超声波、微波强化提取，也需要在后续加热条件下减压浓缩、干燥、杀菌等，其提取率较低，有效成分及热敏物质损失较多，资源浪费较大，难以实现其保健和药理功效。
发明内容
甘薯尤如一副天然配伍好的中药，成分复杂，机理尚不够清晰，难以确定它的多功能是哪种成分在起作用，且多种成分受热失活，失去药用价值，故本发明的目的就是提供一种甘薯功能营养品生产的最佳工艺技术，能够科学、合理、高效地利用甘薯资源，促进加工业的发展。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
提供一种甘薯深加工制备功能性营养品的方法，包括以下步骤：
1)将甘薯藤叶和块根粉碎打浆，然后分离液渣，得到清液和渣料；
2)在步骤1)得到的清液中加入分子络合剂，然后经超高压破壁提取和灭菌；
3)将步骤2)提取和灭菌后得到的清液再经膜分离和低温干燥处理，直至物料含水量达到5～10％；
4)将步骤3)干燥后得到的物料粉碎至过40-80目筛，得到甘薯提取物干粉；再将所述干粉按照常规方法制备成营养品工艺可接受的剂型。
本发明优选的方案中，步骤1)所述的粉碎是将甘薯藤叶和块根粉碎成0.5-1cm3的小段或小块；所述的打浆是将所述的小段或小块先经打浆机打浆后再通过胶体磨进一步磨细；所述的分离液渣是用高速离心机离心去渣，转速为3000-5000rpm，10-30分钟。
本发明优选的方案中，步骤2)所述的分子络合剂为β-环状糊精，加入量为步骤1)所述甘薯藤叶和块根重量的0.2-2‰。
本发明优选的方案中，步骤2)所述的超高压破壁提取和灭菌是在常温下用100-600Mpa的流体静压力作用于提取溶剂和原料的混合液上保持一段时间，使甘薯原料的细胞内外压力达到平衡后迅速卸压，由于细胞内外渗透压力忽然增大，细胞壁或微生物的细胞膜的结构发生变化，破裂，使得细胞内的有效成分能够穿过细胞的各种壁(膜)而转移到细胞外的提取溶剂中，达到有效成分提取的目的，同时也杀死了微生物，达到灭菌的目的，即冷杀菌。本发明中的超高压破壁提取和灭菌的具体操作条件是：在30-50℃条件下，100-600Mpa处理10-30分钟。
本发明优选的方案中，步骤3)所述的膜分离是采用反渗透膜装置在常温下完成所述清液的脱水浓缩。
本发明优选的方案中，步骤3)所述的低温干燥处理是将物料在真空冷冻式低温干燥机中，于30-50℃下干燥至水分含量达5-10％。
本发明优选的方案中，步骤4)所述的粉碎是用高速粉碎机粉碎物料至过40-80目筛。
本发明优选的方案中，步骤4)所述的剂型包括咀嚼片、吞服片、硬胶囊或软胶囊。
本发明最优选的一种甘薯深加工制备功能性营养品的方法，包括以下步骤：
1.取新鲜甘薯嫩藤叶和块根去杂、洗净、放入不锈钢网筐中沥水；
2.将步骤1处理过的物料用切菜机切成约0.5-1cm3的小段或小块，送入打浆机中打浆，然后再通过胶体磨进一步磨细，经高速离心机离心，转速3000-5000rpm，离心10-30分钟，得到清液和渣料，渣料用作饲料；
3.在步骤2得到的清液中加入β-环状糊精，其加入量为步骤1所述甘薯藤叶和块根重量的0.2-2‰，经超高压破壁提取和杀菌；超高压破壁工艺参数是30-50℃、100-600MPa下处理10-30分钟；
4.将步骤3处理后的清液送入膜装置，经反渗透脱水浓缩；
5.将步骤4得到的浓缩液输入真空冷冻式低温干燥机中，30-50℃干燥至水分含量达5-10％，再用高速粉碎机粉碎过40-80目筛，得到甘薯提取物干粉；
6.将步骤5得到的干粉按照常规方法制成咀嚼片、吞服片、硬胶囊或软胶囊。
本发明采用的深加工工艺与现有技术相比，主要特点是能够在低温条件下完成全套工艺。本发明的工艺充分合理地利用了包括分子络合、超高压破壁提取和杀菌、膜分离浓缩和低温干燥在内的一系列具体工艺，组合成了一套新的针对甘薯的深加工工艺，整体上获得了显著的进步，具体有益效果的说明如下：
1、超高压破壁提取和杀菌技术
甘薯传统的加工领域很广，产品很多，但深加工领域的研究和产品很少，尤其是利用茎叶更少，在已有的产品中，仍采用的是传统工艺，如水提醇沉、醇提水沉，或加入物理因素，如微波、超声波等强化提取，但后续工艺还需加热浓缩、干燥和杀菌等。这些工艺不可避免地会造成大量营养和活性物质的损失，如水提醇沉中，水不溶成分，类黄酮的损失，醇提水沉中醇不溶成分，多糖、蛋白质的损失，在后续的加热浓缩、干燥和灭菌中长时间加热也会使多糖、脱氢表雄酮、维生素等多种成分破坏，且工艺流程长、耗时、用工多、提取率低、有效成分少，溶剂量大，成本高、产值低、资源浪费大。
根据超高压在甘薯提取和杀菌的试验结果，超高压提取技术(ultrahigh-pressure extraction,UHPE)与常规技术比，有以下优势：
(1)提取率高
在压力作用下，溶剂能在极短时间内渗透到细胞内，甘薯中有效成分迅速达到溶解平衡，且提取液澄清度、稳定性较传统工艺高，杂质少，简化了后续的分离纯化工作。
(2)提取产物生物活性高
超高压提取过程中压力每升高100Mpa，温度大约升高3℃，由于高压容器和外界环境有更好的热交换，在整个提取过程中基本可以维持在室温下进行，因而最大限度的保留了甘薯活性物质及各种营养成分的天然结构、避免了因热有效成分变性、损失和药理活性降低等。
(3)耗能低、适应范围广
超高压提取过程中流体形变较小，在流体压缩时消耗较少能量，在保压和卸压过程中均无能量消耗，也无能量传递，并且提取时可根据有效成分的性质选用多种溶剂，提取不同性质的成分，如多糖、黄酮、生物碱、挥发油等。
(4)提取时间短
超高压提取所需提取时间(保压时间)一般是回流提取的2％，超临界提取时间的1％，我们每次提取只用了10-60分钟。
(5)提取液稳定性好
超高压提取与回流法、超声波法、微波法得到的提取液对比，其它提取法得到的提取液一般放置时间不超过3天，最好的可放一个星期，而超高压提取的甘薯浆液，可放置一个月而不发霉、不变质。
(6)超高压提取使用的溶剂量最少
超高压提取的溶剂用量仅为回流法和热浸法的1/2。溶剂用量少，成本低，经济效益高。
(7)超高压提取是绿色生产技术
超高压提取只使用电源，不需要锅炉等热源，因此，无废气、废渣排放、溶剂及清洗水可回收，也无废液排放。
(8)工艺操作简单、经济、安全
它的运行成本仅为常规提取方法的3-10％。
2、β-环状糊精分子络合技术
β-环状糊精(β-cyclodextrin，简称β-CD)是淀粉经酸解环化生成的产物，是由6个以上葡萄糖首尾相连而形成的环状低聚糖，具有园筒状的空心结构，分子内外具有疏水与亲水不同的极性，故它可分子络合甘薯提取物中的各种化合物分子，增加其抗氧化、防褐变、防分解，从而提高产品的稳定性；还可包络异味，改善产品的适口性和风味；同时可防腐、保鲜、延长产品的保质期。它无毒、可食用，是多种食品、保健品和药品的理想添加剂。
3、膜分离、纯化、浓缩技术
采用反渗透膜装置能在常温下除去提取液中大部分水分，避免加热浓缩时营养和活性物质的破坏，提高药用功效。同时，它操作方便，结构紧凑，耗能低，过程简单，无二次污染，产品质量稳定。
4、真空冷冻式低温干燥技术
真空冷冻式低温干燥技术，是利用真空冷冻式低温干燥机的干燥原理，来完成物料的干燥。它全程控制在<60℃的低温下，水分如冷冻干燥似的由低温向高温升华，而不是把物料放置在同一温度下蒸发，故物料一直处理低温条件下，热敏的活性物质不会被破坏。
总之，本发明在甘薯深加工中创新地使用了上述四项先进加工技术，不但提高了甘薯提取物产品品质和药理功效，也为该产业的技术创新、品质改良、产业的发展带来多方面的，深远的影响，在国内外尚属首例。
具体实施方式
实施例1
1.将鲜新的甘薯嫩茎叶和块根去杂(去杂草、黄叶和老茎等)用饮用水清洗干净，放不锈钢网筐中，沥去自由水，再用切菜机将其切成约0.5-1cm3的小段或小块。
2.将步骤1得到的小段或小块放入打浆机中打浆，然后再送入胶体磨，进一步磨细，经高速离心机离心去渣，转速为3000rpm，时间为20分钟，其渣与步骤1去除的老藤叶加工牲畜饲料，其清液进入后续工艺。
3.在步骤2得到的清液中加入β-环状糊精，其用量为步骤1所述甘薯藤叶和块根重量的0.4‰，并输入超高压设备的容器中，进行超高压提取和灭菌，具体操作条件为：在40℃条件下，300Mpa，处理20分钟。
4.步骤3超高压提取和灭菌后的清液，输入到反渗透膜装置，脱水浓缩至原液体积的10％，然后进入真空冷冻式低温干燥机中，40℃干燥至含水量达5％，再用高速粉碎机粉碎，过60-80目筛孔，得到甘薯提取物干粉；
5.将步骤4得到的干粉按照以下常规方法中的任意一种进一步制剂：
5.1 在步骤4得到的干粉中加油，经高压均质后，利用软胶囊灌装机制成软胶囊，干粉与油的重量比为4:6；
或者，
5.2 将步骤4所得干粉与辅料混合，按常规方法干法制粒，然后用硬胶囊灌装机制成硬胶囊或经高速压片，制成咀嚼片、吞服片。其中甘薯提取物干粉和辅料的重量比为：甘薯提取物干粉:低聚糖:医用淀粉＝92％:6％:2％。
6.将步骤5制得的各种制剂均用自动电子数片数粒瓶装包装生产线经理瓶、数片、塞入(干燥剂)、锁盖、封口、贴标、装盒、装箱，即完成生产的全过程。
实施例2：
1.将鲜新的甘薯嫩茎叶和块根去杂(去杂草、黄叶和老茎等)用饮用水清洗干净，放不锈钢网筐中，沥去自由水，再用切菜机将其切成约0.5-1cm3的小段或小块。
2.将步骤1放入打浆机中打浆，然后再送入胶体磨，进一步磨细，经高速离心机离心去渣，转速为3500rpm，25分钟，其渣与步骤1去除的老茎叶加工牲畜饲料，清液进入后续工艺。
3.将步骤2的清液中加入β-环状糊精，其用量为步骤1所述甘薯藤叶和块根重量的0.5‰，并输入超高压设备的容器中，进行超高压提取和灭菌，具体操作条件为：在45℃条件下，300Mpa，处理25分钟。
4.将超高压提取和灭菌后的清液，输入到反渗透膜装置。脱水浓缩至原液体积的15％，然后进入真空冷冻式低温干燥机中45℃干燥至含水量达6％，再用高速粉碎机粉碎，过60-80目筛孔，得到甘薯提取物干粉；
5.将步骤4得到的干粉按照以下常规方法中的任意一种进一步制剂：
5.1 在步骤4得到的干粉中加油，经高压均质后，利用软胶囊灌装机制成软胶囊，干粉与油的重量比为5:5；
或者，
5.2 将步骤4所得干粉与辅料混合，然后用硬胶囊灌机制成硬胶囊或经高速压片，制成咀嚼片、吞服片。其中甘薯提取物干粉和辅料的重量比为：甘薯提取物干粉:低聚糖:医用淀粉＝93％:5％:2％.
6.将步骤5)制得的各种制剂均用自动电子数片数粒瓶装包装生产线经理瓶、数片、塞入(干燥剂)、锁盖、封口、贴标、装盒、装箱，即完成生产的全过程。
实施例3：
1.将鲜新的甘薯嫩茎叶和块根去杂(去杂草、黄叶和老茎等)用饮用水清洗干净，放不锈钢网筐中，沥去自由水，再用切菜机将其切成约0.5-1cm3的小段或小块。
2.将步骤1)放入打浆机中打浆，然后再送入胶体磨，进一步磨细，经高速离心机离心去渣，转速4000rpm，30分钟，其渣与步骤1去除的老藤叶加工牲畜饲料，其清液进入后续工艺。
3.将步骤2)的清液中加入β-环状糊精，其用量为步骤1所述甘薯藤叶和块根重量的0.6‰，并输入超高压设备的容器中，进行超高压提取和灭菌，具体操作条件为：在50℃条件下，350Mpa，处理20分钟。
4.将超高压提取和灭菌后的清液，输入到反渗透膜装置，脱水浓缩，至原液体积的12％，然后进入真空冷冻式低温干燥机中，48℃干燥至含水量达5.5％，再用高速粉碎机粉碎，过60-80目筛孔，得到甘薯提取物干粉；
5.将步骤4得到的干粉按照以下常规方法中的任意一种进一步制剂：
5.1 在步骤4得到的干粉中加油，经高压均质后，利用软胶囊灌装机制成软胶囊；
或者，
5.2 将步骤4所得干粉与辅料混合，按常规方法干法制粒，然后用硬胶囊灌机制成硬胶囊或经高速压片，制成咀嚼片、吞服片。其中甘薯提取物干粉和辅料的重量比为：甘薯提取物干粉:低聚糖:医用淀粉＝94％:3％:3％.
6.将步骤5)制得的各种制剂均用自动电子数粒瓶装包装生产线经理瓶、数片、塞入(干燥剂)、锁盖、封口、贴标、装盒、装箱。即完成生产的全过程。
Claims (9)
1.一种甘薯深加工制备功能性营养品的方法，包括以下步骤：
1)将甘薯藤叶和块根粉碎打浆，然后分离液渣，得到清液和渣料；
2)在步骤1)得到的清液中加入分子络合剂，然后经高压破壁提取和灭菌；
3)将步骤2)提取和灭菌后得到的清液再经膜分离和低温干燥处理，直至物料含水量达到5～10％；
4)将步骤3)干燥后得到的物料粉碎至过40-80目筛，得到甘薯提取物干粉；再将所述干粉按照常规方法制备成营养品工艺可接受的剂型。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)所述的粉碎是将甘薯藤叶和块根粉碎成0.5-1cm3的小段或小块；所述的打浆是将所述的小段或小块先经打浆机打浆后再通过胶体磨进一步磨细；所述的分离液渣是用高速离心机离心去渣，转速为3000-5000rpm，10-30分钟。
3.权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)所述的分子络合剂为β-环状糊精，加入量为步骤1)所述甘薯藤叶和块根重量的0.2-2‰。
4.权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)所述的超高压破壁提取和灭菌是在30-50℃条件下，100-600Mpa处理10-30分钟。
5.权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3)所述的膜分离是采用反渗透膜装置在常温下完成所述清液的脱水浓缩。
6.权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3)所述的低温干燥处理是将物料在真空冷冻式低温干燥机中，于30-50℃下干燥至水分含量达5-10％。
7.权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4)所述的粉碎是用高速粉碎机粉碎物料至过40-80目筛。
8.权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4)所述的剂型包括咀嚼片、吞服片、硬胶囊或软胶囊。
9.权利要求1所述的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1.取新鲜甘薯嫩藤叶和块根去杂、洗净、放入不锈钢网筐中沥水；
2.将步骤1处理过的物料用切菜机切成约0.5-1cm3的小段或小块，送入打浆机中打浆，然后再通过胶体磨进一步磨细，经高速离心机离心，转速为3000-5000rpm，离心10-30分钟，得到清液和渣料，渣料用作饲料；
3.在步骤2得到的清液中加入β-环状糊精，其加入量为步骤1所述甘薯藤叶和块根重量的0.2-2‰，经超高压破壁提取和杀菌；超高压破壁工艺参数是30-50℃、100-600MPa下处理10-30分钟；
4.将步骤3处理后的清液送入膜装置，经反渗透脱水浓缩；
5.将步骤4得到的浓缩液输入真空冷冻式低温干燥机中，30-50℃干燥至水分含量达5-10％，再用高速粉碎机粉碎过40-80目筛，得到甘薯提取物干粉；
6.将步骤5得到的干粉按照常规方法制成咀嚼片、吞服片、硬胶囊或软胶囊。
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- 2014-12-10 CN CN201410754273.5A patent/CN104366356A/zh active Pending
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