CN107028197A - 一种竹膳食纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于食品加工技术领域，针对竹膳食纤维的制取技术过程困难，竹纤维的韧性极强，用传统设备将竹纤维进行超微粉碎难度极大，成本也非常高，而提供一种低成本的绿色的水不溶性膳食纤维的制备方法。包括原料清洗、蒸汽爆破、湍流超微粉碎、超声提取、干燥，制备成本大大降低，品质好、性能稳定，对大量开发面粉添加、纯膳食补充、粉剂、片剂等保健品添加都提供了极具竞争力的优质原料。本发明竹膳食纤维微粉的优势就在于：巨大的吸附比表面积；优良的持水力和溶胀性；卓越的吸脂、吸油性能；高的储藏稳定性。
Description
技术领域
本发明属于食品加工技术领域，具体涉及一种竹膳食纤维的制备方法。
背景技术
膳食纤维是指不被人体消化的多糖类碳水化合物和木质素的总称，是一种新型的食品配料，也是人体不可缺少的第七营养素和活性成分，享有“肠道清洁夫”的美誉。根据在水中溶解性的不同,膳食纤维可分为可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维。两种膳食纤维在体内的生理功能是不尽相同的,可溶性膳食纤维可以延长食物在消化道内的滞留时间，降低胆固醇的吸收；而不溶性膳食纤维可以改善消化道机能，具有排毒和通便的良好功效。
早在20世纪80年代，膳食纤维在发达国家已经取得了迅猛的发展，膳食纤维在食品工业中的应用是一件很普遍的事。其中美、英、德、法、日本已形成庞大的产业规模，并在食品市场占有一定的市场份额。美国在年销售 160 亿美元方便谷物食品中，约 20% 是富含膳食纤维功能食品。日本同欧美一样也盛行强化膳食纤维功能食品，1996年，日本各类膳食纤维食品、保健品的销售额就已达100亿美元。日本在总的功能性饮品销售中，超过70%的饮品含有膳食纤维。
而我国对膳食纤维的制取技术研究、应用研究和生产尚处于起步阶段。我国每日人均膳食纤维推荐摄入量为30克，但实际上人均日平均摄入膳食纤维量只有13克左右，不到推荐摄入量的50%，人均消耗量仅是发达国家的五分之一，与发达国家消耗水平差距巨大。国内膳食纤维产品质量发展参差不齐，多数企业在膳食纤维的种类、口感、含量和色泽等指标上还存在很大的问题。因此，技术上加快创新、行业加快配套建设等是当前膳食纤维市场发展的当务之急。目前，膳食纤维的提取方法主要有化学提取法、酶提取法、化学-酶结合提取法、膜分离法和发酵法。
经过分析市场现售的多种膳食纤维产品如谷物、豆类、果蔬、微生物多糖和合成、半合成多糖等产品的成分、加工工艺和重要指标检测，对比发现竹是一种极理想的膳食纤维原料。一般来讲，整竹中含有50%-70%的全纤维素。经过超微粉碎及去杂后的竹膳食纤维含量达90%以上，其中不溶性纤维含量85%以上，是麦麸的5倍以上，可溶性膳食纤维含量在5%以上。但是竹膳食纤维的制取过程非常困难，竹纤维的韧性极强，用传统设备将竹纤维进行超微粉碎难度极大，成本也非常高，因此，找到一种低成本的绿色的水不溶性膳食纤维的制备方法是解决问题的关键。
发明内容
本发明针对竹膳食纤维的制取技术过程困难，竹纤维的韧性极强，用传统设备将竹纤维进行超微粉碎难度极大，成本也非常高，而提供一种竹膳食纤维的制备方法。
一种竹膳食纤维的制备方法，包括原料清洗、爆破粉碎、提取，其特征在于：具体包括如下步骤：
（1）原料清洗：选取新鲜毛竹茎为原料，将其从竹节处切断，喷淋粗洗，以循环回收水反复喷淋冲洗；二次清洗，以净水冲洗，去泥沙，清污物得洁净竹茎；
（2）蒸汽爆破：蒸汽爆破前将清洗好的竹茎室温下用水浸泡3h，然后进行蒸汽爆破，爆破采用的蒸汽压力为3.2-3.5MPa，保压时间为90-100s，蒸汽压力达到预设压力后，保压计时即关闭蒸汽阀门，设备自动点爆，爆破卸压时间为0．0875s；
（3）超微粉碎：采用流化床式气流粉碎机进行超微粉碎，粉碎压力为0.5-0.8MPa，粉碎成≥300目的微粉；
（4）超声提取：室温下，加入超微粉碎后微粉质量50-70%的去离子水，超声波处理频率为55kHz，超声波功率为120-180W，超声时间为20-40min；去除竹微粉中的果胶和竹沥；
（5）干燥：最后经50℃烘干至含水量为5-10%即可。
优选：步骤（2）中蒸汽爆破采用的蒸汽压力为3.3MPa，保压时间为95s。步骤（3）中超微粉碎压力为0.6MPa，粉碎成500目微粉。步骤（4）中加入超微粉碎后微粉质量60%的去离子水，超声波功率为160W，超声时间为30min。
本发明所采用的蒸汽爆破设备为鹤壁市正道生物能源有限公司生产的QBS－80汽爆试验台。本发明所采用的流化床式气流粉碎机为绵阳流能粉体设备有限公司生产的LNJ-60A型流化床式气流粉碎机。
本发明利用高温、高压水蒸汽处理纤维原料，并通过瞬间释压过程实现原料的组分分离和结构变化。植物细胞中的纤维为木质素所粘结，在高温、高压蒸汽作用下，木质素软化，当充满压力蒸汽的物料骤然减压时，孔隙中的气体急剧膨胀，产生“爆破”效果，将原料撕裂为细小纤维，此过程不但具有细化纤维的作用，而且还可以杀死原料中的微生物，保证所得产品品质优良。
采用流化床式气流粉碎机进行超微粉碎，空气经过冷冻、过滤、干燥后，经喷嘴形成超音速气流射入粉碎室，使物料呈流态化，被加速的物料在数个喷嘴的喷射气流交汇点汇合，产生高频相向的交汇对撞，当物料投入后物料在高强湍流的携带下以自我为介质相互高速碰撞，物料迅速自撞击、剪切、缠扭，从而达到超微粉碎效果，其具有气流粉碎法的细度以及机械式粉碎法的低成本的双重优势。
超微粉碎后进行超声提取，不仅可以去除杂质，还可以提升竹膳食纤维的持水力。这是因为膳食纤维经超声处理后颗粒会变小，颗粒的表面积就会变大，与水接触能力增强，水分更易与颗粒接触，持水性就好。
本发明所采用的方法均为纯物理处理过程，物料受到高温、高压、高撞击、高剪切作用，促使链接竹纤维分子化学键断裂，竹膳食纤维被彻底微粒化、空隙化，从而得到高质量的竹膳食纤维超微粉。
采用本发明所述方法制备竹膳食纤维，成本大大降低，获得的竹膳食纤维品质好、性能稳定，对大量开发面粉添加、纯膳食补充、粉剂、片剂等保健品添加都提供了极具竞争力的优质原料。因此，竹膳食纤维作为膳食补充剂，其开发的空间十分广阔，具有庞大的市场需求，而鉴于竹纤维的独特概念和优良性能在欧美等发达国家应用的前景更佳。
本发明所制备的竹膳食纤维微粉的优势在于：
（1）巨大的吸附比表面积：膳食纤维的降脂、减肥、排毒、通便、稳定血糖等功效主要是由于其对水分、重金属、肠毒素、脂质代谢产物和血糖等的优良吸附作用，比表面积的大小决定了吸附作用的强弱，与膳食纤维的生理功能具有良好的对应关系。
竹膳食纤维微粉与同类产品相比具有更大的比表面积。经分析测试，在相同细度（400目）时，竹纤维的吸附比表面积是1.5247m2/g；竹笋纤维粉的吸附比表面积是1.4938m2/g，而大豆纤维粉仅为0.4279m2/g；而本发明所获得的竹膳食纤维微粉（400目）的吸附比表面积可达到3.3740m2/g。
（2）优良的持水力和溶胀性：竹膳食纤维具有优于同类产品的水结合能力和溶胀性
（3）卓越的吸脂、吸油性能：我国民间就有“吃一顿竹笋刮三天油”的说法，这在物资匮乏、营养不良的年代是非常不利的。但在当前营养过剩，人们既无法抵御美食的诱惑，又渴望保持苗条身材的消费趋势下极具商业价值。本发明所制备的竹膳食纤维微粉与市售竹笋膳食纤维产品相比，结合脂肪能力相当。
（4）高的储藏稳定性：鉴于竹原料自身高纤低脂的特点，竹膳食纤维产品中不含任何脂质成分，其品质稳定，自身无味，添加后不影响食品原有的品相、风味和口感，十分有利于下游产品的开发。
具体实施方式
实施例1：一种竹膳食纤维的制备工艺，包括原料清洗、爆破粉碎、提取，具体包括如下步骤：
（1）原料清洗：选取新鲜毛竹茎为原料，将其从竹节处切断，喷淋粗洗，以循环回收水反复喷淋冲洗；二次清洗，以净水冲洗，去泥沙，清污物得洁净竹茎；
（2）蒸汽爆破：蒸汽爆破前将清洗好的竹茎室温下用水浸泡3h，然后进行蒸汽爆破，爆破采用的蒸汽压力为3.2MPa，保压时间为100s，蒸汽压力达到预设压力后，保压计时即关闭蒸汽阀门，设备自动点爆，爆破卸压时间为0．0875s；
（3）超微粉碎：采用流化床式气流粉碎机进行超微粉碎，粉碎压力为0.5MPa，粉碎成500目的微粉；
（4）超声提取：室温下，加入超微粉碎后微粉质量50%的去离子水，超声波处理频率为55kHz，超声波功率为120W，超声时间为40min；去除竹微粉中的果胶和竹沥；
（5）干燥：最后经50℃烘干至含水量为5-10%即可。
实施例2：一种竹膳食纤维的制备工艺，包括原料清洗、爆破粉碎、提取，具体包括如下步骤：
（1）原料清洗：选取新鲜毛竹茎为原料，将其从竹节处切断，喷淋粗洗，以循环回收水反复喷淋冲洗；二次清洗，以净水冲洗，去泥沙，清污物得洁净竹茎；
（2）蒸汽爆破：蒸汽爆破前将清洗好的竹茎室温下用水浸泡3h，然后进行蒸汽爆破，爆破采用的蒸汽压力为3.3MPa，保压时间为95s，蒸汽压力达到预设压力后，保压计时即关闭蒸汽阀门，设备自动点爆，爆破卸压时间为0．0875s；
（3）超微粉碎：采用流化床式气流粉碎机进行超微粉碎，粉碎压力为0.7MPa，粉碎成400目的微粉；
（4）超声提取：室温下，加入超微粉碎后微粉质量60%的去离子水，超声波处理频率为55kHz，超声波功率为140W，超声时间为30min；去除竹微粉中的果胶和竹沥；
（5）干燥：最后经50℃烘干至含水量为7%即可。
实施例3：一种竹膳食纤维的制备工艺，包括原料清洗、爆破粉碎、提取，具体包括如下步骤：
（1）原料清洗：选取新鲜毛竹茎为原料，将其从竹节处切断，喷淋粗洗，以循环回收水反复喷淋冲洗；二次清洗，以净水冲洗，去泥沙，清污物得洁净竹茎；
（2）蒸汽爆破：蒸汽爆破前将清洗好的竹茎室温下用水浸泡3h，然后进行蒸汽爆破，爆破采用的蒸汽压力为3.3MPa，保压时间为95s，蒸汽压力达到预设压力后，保压计时即关闭蒸汽阀门，设备自动点爆，爆破卸压时间为0．0875s；
（3）超微粉碎：采用流化床式气流粉碎机进行超微粉碎，粉碎压力为0.6MPa，粉碎成300目的微粉；
（4）超声提取：室温下，加入超微粉碎后微粉质量60%的去离子水，超声波处理频率为55kHz，超声波功率为160W，超声时间为30min；去除竹微粉中的果胶和竹沥；
（5）干燥：最后经50℃烘干至含水量为9%即可。
实施例4：一种竹膳食纤维的制备工艺，包括原料清洗、爆破粉碎、提取，具体包括如下步骤：
（1）原料清洗：选取新鲜毛竹茎为原料，将其从竹节处切断，喷淋粗洗，以循环回收水反复喷淋冲洗；二次清洗，以净水冲洗，去泥沙，清污物得洁净竹茎；
（2）蒸汽爆破：蒸汽爆破前将清洗好的竹茎室温下用水浸泡3h，然后进行蒸汽爆破，爆破采用的蒸汽压力为3.5MPa，保压时间为90s，蒸汽压力达到预设压力后，保压计时即关闭蒸汽阀门，设备自动点爆，爆破卸压时间为0．0875s；
（3）超微粉碎：采用流化床式气流粉碎机进行超微粉碎，粉碎压力为0.8MPa，粉碎成400目的微粉；
（4）超声提取：室温下，加入超微粉碎后微粉质量70%的去离子水，超声波处理频率为55kHz，超声波功率为180W，超声时间为20min；去除竹微粉中的果胶和竹沥；
（5）干燥：最后经50℃烘干至含水量为10%即可。
实验例1：采用本发明实施例3所述方法用青竹作为原料制备的竹膳食纤维与其他常见制备膳食纤维的原料如马铃薯渣、青稞麸皮、小麦麸皮、玉米麸皮采用常规化学提取方法如NaOH溶液提取法或酸提取。具体提取方法为：马铃薯渣采用文献《马铃薯渣可溶性膳食纤维提取工艺及其性能研究》（何玉凤，张侠，张玲，刘世磊，王荣民，食品与发酵工业，2010年第36卷第11期(总第275期)189-193）所述提取方法；青稞麸皮采用《青稞麸皮不溶性膳食纤维提取纯化工艺研究》（王義，兰州大学，2011年5月硕士论文）中记载的碱提取方法；小麦麸皮采用文献《小麦麸皮不溶性膳食纤维提取工艺研究》（吴文睿，汤有宏，李兰，食品工业，2016 年第37卷第 7 期183-185）所述NaOH提取法；玉米麸皮采用《纤维素酶酶法改性玉米麸皮膳食纤维粉的工艺研究》（王刚，王蕾，食品工业，2012年第3期，23-26）中所述的纤维素酶法进行提取。其获得的膳食纤维含量及其物理特性见表1。
表1：几种原料膳食纤维含量及物理特性对照表
结合表1，可以看出，本发明所采用的青竹作为原料，其膳食纤维含量高于其他食物。而其它膳食纤维的提取如小麦、玉米等麸皮中含有蛋白质、维生素、矿物质和膳食纤维，在制备膳食纤维时，需经过碱处理或酶解等复杂的化学过程，且经此特殊处理后得到的膳食纤维仅为原料的35%-45%。
实验例2：采用本发明实施例3所述方法制备的竹膳食纤维与相同细度（300目）的常见市售同类产品在同一检测条件下测得的物理特性见表2，由表2可以看出，本发明所制备的竹膳食纤维粉具有较好的持水力、溶胀性以及结合水力，充分说明本发明所制备的竹膳食纤维具有优于同类产品的水结合能力和溶胀性。本发明实施例3所述方法制备的竹膳食纤维与现有膳食纤维粉的结合脂肪能力对照见表3，由表3可以看出本发明所述竹膳食纤维同其他膳食纤维比则具有更为卓越的结合脂质能力，从而使其具有卓越的吸脂、吸油性能。
表2：不同纤维粉产品物理特性对比结果
| 品名 | 持水力（g/g） | 溶胀性(mL/g) | 结合水力(g/g) |
| 竹膳食纤维粉 | 6.78 | 6.95 | 6.02 |
| 竹笋膳食纤维粉 | 6.29 | 6.45 | 5.73 |
| 玉米膳食纤维粉 | 4.40 | 3.60 | 4.16 |
| 大豆膳食纤维粉 | 4.31 | 3.76 | 2.69 |
表3：不同纤维粉的结合脂肪能力对照表
| 品名 | 结合脂肪能力（g/g） |
| 竹膳食纤维粉（300目） | 1.56 |
| 竹笋膳食纤维微粉（300目） | 1.60 |
| 玉米膳食纤维粉（300目） | 1.24 |
| 大豆膳食纤维粉（300目） | 1.01 |
Claims (4)
1.一种竹膳食纤维的制备方法，包括原料清洗、爆破粉碎、提取，其特征在于：具体包括如下步骤：
（1）原料清洗：选取新鲜毛竹茎为原料，将其从竹节处切断，喷淋粗洗，以循环回收水反复喷淋冲洗；二次清洗，以净水冲洗，去泥沙，清污物得洁净竹茎；
（2）蒸汽爆破：蒸汽爆破前将清洗好的竹茎室温下用水浸泡3h，然后进行蒸汽爆破，爆破采用的蒸汽压力为3.2-3.5MPa，保压时间为90-100s，蒸汽压力达到预设压力后，保压计时即关闭蒸汽阀门，设备自动点爆，爆破卸压时间为0．0875s；
（3）超微粉碎：采用流化床式气流粉碎机进行超微粉碎，粉碎压力为0.5-0.8MPa，粉碎成≥300目的微粉；
（4）超声提取：室温下，加入超微粉碎后微粉质量50-70%的去离子水，超声波处理频率为55kHz，超声波功率为120-180W，超声时间为20-40min；去除竹微粉中的果胶和竹沥；
（5）干燥：最后经50℃烘干至含水量为5-10%即可。
2.根据权利要求1所述的一种竹膳食纤维的制备方法，其特征在于：步骤（2）中蒸汽爆破采用的蒸汽压力为3.3MPa，保压时间为95s。
3.根据权利要求1所述的一种竹膳食纤维的制备方法，其特征在于：步骤（3）中超微粉碎压力为0.6MPa，粉碎成500目微粉。
4.根据权利要求1所述的一种竹膳食纤维的制备方法，其特征在于：步骤（4）中加入超微粉碎后微粉质量60%的去离子水，超声波功率为160W，超声时间为30min。
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