CN109566927A - 一种浓缩姜汁及其生产工艺和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浓缩姜汁的生产工艺，其包括如下步骤：(1)将干姜片粉碎成20～40目的干姜粉；(2)将干姜粉与水按1:6的固液比混合，然后超声提取20min；(3)加入中性蛋白酶和纤维素酶，搅拌均匀，在45～55℃下酶解3h；(4)升温至75～80℃，加入α‑淀粉酶，酶解3～4h；(5)升温至95～100℃，保温20min，灭酶，过滤，将滤液浓缩，制得所述浓缩姜汁。本发明对姜汁的提取方法进行了改进，采用超声结合酶解的技术对一定目数的姜粉进行提取，并对提取工艺的参数进行了优化，获得高澄清度和高可溶性固形物含量的水溶性姜汁，该姜汁无辛辣味，很好地保留了水溶性姜成分的风味和活性，可直接用于生产水溶性饮料和糖浆等，稳定性好，营养价值高。
Description
技术领域
本发明涉及食品技术领域，尤其涉及一种浓缩姜汁及其生产工艺和应用。
背景技术
姜(学名：Zingiber officinaleRosc.)，通称生姜，为姜科姜属多年生草本植物。姜的根茎营养丰富，除含有姜油酮、姜烯酚、姜醇等特殊成分和生理活性物质外，还含有氨基酸、多糖、蛋白质、维生素和微量元素等，是一种极具开发利用价值的经济作物。研究表明，生姜的主要成分(以干基计)为：淀粉45.0％～55.0％、脂肪5.5％～6.0％、蛋白质9.0％～9.9％、膳食纤维17％～18％和灰分6.0％～6.5％。
我国的生姜资源十分丰富，是世界上主要的生姜出口国之一。生姜对环境条件要求不甚严格，栽培技术较为简单，具有投资小，见效快等优点。在目前大力发展高效农业的条件下，种植生姜无疑是脱贫致富的好途径。但是，由于生姜易腐烂、霉变，不易长期保存，从而给广大姜农带来不宜大面积种植、不易长距离运输等困难，有时甚至带来巨大经济损失。因此，开发生姜的加工技术成为目前亟需解决的重要问题。
近年来，随着人们生活水平的提高，人们保健和安全意识的不断增强，绿色、天然、安全的食品观念日益受到人们的重视。生姜作为一种天然的集营养、安全、保健等功效于一身的食品，越来越受到人们的喜爱。但传统的生姜食用工序较为繁琐，不适合现今快节奏的生活方式。而目前生姜的加工品仅有糖姜、腌制姜、调味干姜(粉)等生姜制品，品种较少，市场份额不大。若将生姜应用于饮品加工，既能充分开发和利用我国丰富的生姜资源，减少因腐烂、霉变而导致的生姜原料损失，又能丰富我国生姜制品的品种，同时使人们对姜的摄入更加方便。
目前，对姜的提取工艺主要有溶剂提取法、超临界CO2萃取法和物理压榨法这几种。其中，溶剂提取法一般采用有机溶剂进行提取，具有毒性，不适用于食品加工。而超临界CO2萃取法的提取成本高，萃取得到的姜提取物为脂溶性物质，辛辣味浓，难以迎合大众口味，添加到饮料中，还会出现乳化分层、絮凝沉淀等现象。物理压榨得到的姜汁既含水溶性成分，也含脂溶性成分，提取液浑浊度高，稳定性差，辛辣味浓。上述提取工艺导致姜汁的用途备受局限，在食品特别是饮料中应用极少。
为此，本发明经过大量的实验研究，对姜的提取方法进行了改进，并对提取方法的工艺条件进行了优化，制备出澄清、无辛辣味、营养价值高且具备姜的芳香风味的水溶性姜汁，该姜汁可直接添加到饮料中，使用方便，应用范围广。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的缺点和不足，提供一种浓缩姜汁的生产工艺。本发明采用超声结合酶解的技术对一定目数的姜粉进行提取，使姜中的水溶性成分获得最大化溶出，并将姜的淀粉、粗蛋白质和膳食纤维等转化为易于被人体吸收的小分子物质。以本发明的生产工艺制备得到的姜汁为水溶性姜汁，可溶性固形物含量高，可直接用于生产水溶性饮料，稳定性好，很好地保留了姜中水溶性成分的芳香风味，无辛辣味，消费者接受程度高。
为实现其目的，本发明采取的技术方案为：
一种浓缩姜汁的生产工艺，其包括如下步骤：
(1)将干姜片粉碎成20～40目的干姜粉；
(2)将干姜粉与水按1:6的固液比混合，然后超声提取20min；
(3)加入中性蛋白酶和纤维素酶，搅拌均匀，在45～55℃下酶解3h；
(4)升温至75～80℃，加入α-淀粉酶，酶解3～4h；
(5)升温至95～100℃，保温20min，灭酶，过滤，将滤液浓缩，制得所述浓缩姜汁。
本发明通过实验研究发现，干姜粉的颗粒越细小，有效成分的提取率越高，提取时间也越短，但当姜粉的粒度达到一定范围时，对有效成分的溶出效果的提升非常有限，反而干姜粉的粒度过小会显著增加粉碎难度，也会影响后续酶解的效果，使姜粉的局部浓度过大，影响酶与姜粉的充分接触，以及增加后续固液分离的难度。20～40目的干姜粉易于粉碎获得，也可使姜的水溶性成分获得较高的提取率，酶解效果好，且后续过滤获得的提取液澄清，得率高。
再者，干姜粉作为反应底物，其与水的固液比也会对后续的超声提取率和酶促反应的水解度产生较大影响。水的用量过少，会使姜中的水溶性成分提取率低，酶与淀粉、蛋白质等接触不成分，酶解效果差。水的用量过高，会增加超声提取的时间，也会增加酶的用量和酶解时间，还会增加后续提取液浓缩的成本。而干姜粉与水按1:6的固液比混合时，超声提取率和酶解效果达到较好的平衡，姜汁的营养成分含量和芳香风味较佳。
优选地，所述浓缩姜汁的生产工艺中，步骤(2)的超声提取的功率为800～1000w。
超声提取技术是一项新兴技术，与常规提取方法相比，超声提取具有提取时间短，操作简单，无需加热，有效成分提取率高等诸多优点。使用不同功率的超声波会得到不同的提取结果，本发明经过大量实验研究发现，使用800～1000w功率的超声提取姜粉20min，此时，姜细胞中的姜辣素等脂溶性成分几乎不溶出，而水溶性芳香物质、蛋白质、多糖等溶出率高。如此，既能使姜汁无辛辣味，还能使姜汁较好地保留姜水溶性成分的芳香风味，以及提高姜汁中的营养物质含量，使姜汁具有高营养价值和具备水溶性的前提。
由于本发明超声提取后的姜水混合液的pH偏弱酸性(5.5左右)，因此本发明选择能在弱酸性条件下酶解的中性蛋白酶、纤维素酶和α-淀粉酶，从而无需对提取液的pH进行调节，节省了生产成本和简化了生产工艺，也减少了添加剂的使用，更大程度地保留了有效成分的活性和提高了产品的天然安全性。本发明选用的中性蛋白酶、纤维素酶和α-淀粉酶既能有效分解姜中溶出的粗蛋白质、淀粉、纤维等大分子物质，使其分解为易于被人体吸收的单糖等小分子物质，使制得的姜汁为水溶性姜汁，可直接用于生产水溶性饮料，还能有效提高制得姜汁的可溶性固形物含量，使姜汁具有高营养价值。
酶的生物分解过程受许多客观因素的影响，酶解的反应温度就是一个主要因素。若酶解温度低于最佳反应温度范围，会使酶的活性受到抑制，达不到完全发挥；若酶解温度超过最佳反应温度范围，酶的活性也会受到抑制，甚至完全失去活性。影响酶解最佳效果的因素还包括酶解的时间，理论上作用时间愈长，效果发挥得就愈充分，但实际上，酶解时间过长，不仅会影响后续生产工序，还会因长时间搁置而导致底物发酵变质。而在45～55℃下使用中性蛋白酶和纤维素酶对姜水混合液酶解3h，同时在75～80℃下使用入α-淀粉酶对姜水混合液进一步酶解3～4h，既能保证姜粉不变质，还可以最大限度地提取姜粉中的有效成分。
此外，加酶量也会对酶解效果有极显著影响，随着中性蛋白酶、纤维素酶和α-淀粉酶的用量增加，水解程度也不断增大，当活力为50000u/g的中性蛋白酶的添加量为干姜粉重量的2.2％～2.6％，以及活力为11000u/g的纤维素酶的添加量为干姜粉重量的1.8％～2.2％时，水解度的增加趋于平缓，再继续添加对水解度影响较小，结合成本考虑，故以上述添加量分别作为中性蛋白酶和纤维素酶的优选添加量。同时，当活力＞3000u/mL的α-淀粉酶的添加量为干姜粉重量的2.0％～2.2％时，其酶解反应水解度的增加也趋于平缓，故以该添加量作为α-淀粉酶的优选添加量。此外，本发明采用上述活力的中性蛋白酶、纤维素酶和α-淀粉酶均具有较好的稳定性，易于储存和运输，也具有较高的纯度，从而保证姜汁的品质。
优选地，所述步骤(5)中，过滤的具体操作为：先将灭酶后的料液进行固液分离，然后用500目的滤网对滤液进行过滤，最后将滤液浓缩至固形物含量为40％～50％，即得所述浓缩姜汁。
本发明还提供了一种浓缩姜汁，其由本发明所述的浓缩姜汁的生产工艺制备得到。所述浓缩姜汁为水溶性，其中的蛋白质、糖类、碳水化合物、总皂苷和总黄酮的含量增高，无辛辣味。
本发明还提供了所述浓缩姜汁在食品领域的应用，优选地，所述浓缩姜汁可直接用于生产水溶性饮料或糖浆等。
本发明还提供了一种饮料，其含有本发明所述的浓缩姜汁。优选地，所述饮料为水溶性饮料。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明对姜汁的提取方法进行了改进，采用超声结合酶解的技术对一定目数的姜粉进行提取，并对超声提取的条件和酶解的条件进行了优化，制得的浓缩姜汁为水溶性，澄清、无辛辣味，总黄酮、蛋白质、氨基酸等可溶性固形物含量高，并很好地保留了姜的芳香风味，稳定性好，可直接用于生产水溶性饮料和糖浆等，无浑浊、分层等问题，营养价值高。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，本发明通过下列实施例进一步说明。应理解，本发明实施例仅用于说明本发明的技术效果，而非用于限制本发明的保护范围。实施例中，所用方法如无特别说明，均为常规方法。
原料来源：
中性蛋白酶，厂家：沧州夏盛酶生物技术有限公司，型号：5万u/g。
纤维素酶，厂家：沧州夏盛酶生物技术有限公司，型号：1.1万u/g。
α-淀粉酶，厂家：沧州夏盛酶生物技术有限公司，型号：活力＞3000u/mL。
实施例
本发明实施例提供一种浓缩姜汁的生产工艺，其包括如下步骤：
(1)将干姜片粉碎成20～40目的干姜粉；
(2)将干姜粉与水混合(固液比参见表1)，然后插入超声提器(型号：洁盟YM-1024)进行超声提取20min(超声提取功率参见表1)；
(3)加入中性蛋白酶和纤维素酶进行第一次酶解(加酶量、酶解温度和酶解时间参见表1)，然后加入α-淀粉酶进行第二次酶解(加酶量、酶解温度和酶解时间参见表1)；
(4)升温至95～100℃，保温20min，灭酶，用离心机将料液进行固液分离，然后用500目的滤网对滤液进行过滤，最后将滤液进行蒸发浓缩，使其固形物含量为40％～50％，即得所述浓缩姜汁。
为探究浓缩姜汁生产工艺中的工艺参数对产品的影响，本发明还做了对比实验研究，对比例的浓缩姜汁生产工艺参照上述实施例，对比例的工艺参数参见表1和表2。
表1工艺参数
表2工艺参数
经超声提取后，本发明对上述实施例1～3和对比例1～11的料液进行了pH测定，并对实施例1～3和对比例1～11制得的浓缩姜汁分别进行了可溶性固形物含量及主要营养成分含量的测定，测定结果如表3所示。
注：可溶性固形物是指液体或流体食品中所有溶解于水的化合物的总称，包括糖、酸、维生素、矿物质等。
表3测定结果
表3的结果表明，实施例1～3制得的浓缩姜汁可溶性固形物含量高，且蛋白质和还原糖的含量丰富，具有较高的营养价值。其中，比较实施例1和对比例1～2的结果可知，干姜粉与水的固液比会对超声提取和酶解效果产生影响，而当干姜粉与水的固液比为1:6时，浓缩姜汁中的可溶性固形物、蛋白质以及还原糖的含量都比1:5和1:7时高，因此，本发明以1:6作为干姜粉与水的最佳固液比。比较实施例1和对比例3～4的结果可知，同等条件下，超声波的提取功率不同会得到不同的提取结果，以700w或1100w超声提取时，浓缩姜汁的有效成分含量明显比900w的低。比较实施例1和对比例5～7的结果可知，中性蛋白酶、纤维素酶和α-淀粉酶的用量过多，对提升浓缩姜汁中有效成分含量的效果不明显，以本发明的酶用量即能达到较好的酶解效果，考虑成本，因此，以本发明的酶用量作为优选。比较实施例1和对比例8～11的结果可知，酶解温度过高或过低，都会使酶的活性受到抑制，而以45～55℃进行第一次酶解和以75～80℃进行第二次酶解时，酶解效果较好，制得的浓缩姜汁的有效成分含量较高。
对比例12：将干姜片粉碎至20～40目，然后与水以1:6的固液比混合，在75℃下浸提6h，然后升温至100℃，保持20min，最后过滤，将滤液浓缩至固形物含量为43％，制得浓缩姜汁。
将实施例1和对比例12制得的浓缩姜汁进行总黄酮和总皂苷含量测定，测定结果如表4所示。
表4测定结果
| 测定样品 | 总皂苷含量(g/100g) | 总黄酮含量(mg/100g) |
| 实施例1 | 0.31 | 21.8 |
| 对比例12 | 0.18 | 12.4 |
从表4的结果可看出，实施例1的浓缩姜汁的总皂苷含量和总黄酮含量显著高于对比例12的。说明，本发明采用超声结合酶解的技术能有效增加姜细胞中有效成分的溶出，制得的浓缩姜汁营养价值高。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种浓缩姜汁的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将干姜片粉碎成20～40目的干姜粉；
(2)将干姜粉与水按1:6的固液比混合，然后超声提取20min；
(3)加入中性蛋白酶和纤维素酶，搅拌均匀，在45～55℃下酶解3h；
(4)升温至75～80℃，加入α-淀粉酶，酶解3～4h；
(5)升温至95～100℃，保温20min，灭酶，过滤，将滤液浓缩，制得所述浓缩姜汁。
2.如权利要求1所述的浓缩姜汁的生产工艺，其特征在于，所述超声提取的功率为800～1000w。
3.如权利要求1所述的浓缩姜汁的生产工艺，其特征在于，所述中性蛋白酶的活力为50000u/g，添加量为干姜粉重量的2.2％～2.6％。
4.如权利要求1所述的浓缩姜汁的生产工艺，其特征在于，所述纤维素酶的活力为11000u/g，添加量为干姜粉重量的1.8％～2.2％。
5.如权利要求1所述的浓缩姜汁的生产工艺，其特征在于，所述α-淀粉酶的活力＞3000u/mL，添加量为干姜粉重量的2.0％～2.2％。
6.如权利要求1所述的浓缩姜汁的生产工艺，其特征在于，所述过滤的具体操作为：先将灭酶后的料液进行固液分离，然后用500目的滤网对滤液进行过滤，最后将滤液浓缩至固形物含量为40％～50％，即得所述浓缩姜汁。
7.一种浓缩姜汁，其特征在于，由如权利要求1～6任一项所述的浓缩姜汁的生产工艺制备得到。
8.如权利要求7所述的浓缩姜汁在食品领域的应用。
9.一种饮料，其特征在于，含有如权利要求7所述的浓缩姜汁。
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