CN109593142A - 一种减少β-1,3葡聚糖在干燥过程中凝胶强度损失的方法 - Google Patents

一种减少β-1,3葡聚糖在干燥过程中凝胶强度损失的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种减少β‑1,3葡聚糖在干燥过程中凝胶强度损失的方法，属于食品工程领域。β‑1,3葡聚糖在生产过程的低温真空干燥过程中，其凝胶强度往往会下降20‑50％，影响β‑1,3葡聚糖产品质量和应用性能。本发明在β‑1,3葡聚糖产品悬浊液或含有β‑1,3葡聚糖的生产原料中，添加一定比例的蔗糖、麦芽糊精和玉米淀粉，搅拌混匀后，置于低温真空干燥机内于40‑55℃干燥，得到β‑1,3葡聚糖固体产品，其产品质量和凝胶强度得到保持或提高10‑30％。本发明通过添加食品配料，能有效阻止β‑1,3葡聚糖凝胶强度的损失，提高了产品质量和应用性能。

Description

一种减少β-1,3葡聚糖在干燥过程中凝胶强度损失的方法
技术领域
本发明涉及一种减少β-1,3葡聚糖在干燥过程中凝胶强度损失的方法，属于生物工程技术领域。
背景技术
β-1,3葡聚糖，又名凝胶多糖、可德兰胶和热凝胶(curdlan)，是一种由葡萄糖单体通过β-1,3-糖苷键共价连接而成的直链同聚糖，不溶于水，其分子式可表示为(C6H10O5)n，相对分子量约为74000Da，β-1,3葡聚糖的成品是一种白色粉末状，无臭无味，具有特殊的加热成胶性质。1996年，美国食品药品管理监督局(FDA)批准β-1,3葡聚糖作为一种新型添加剂用于食品行业。中国于2006年批准β-1,3葡聚糖作为食品添加剂，用于面制品、豆腐类制品、熟肉制品等食品中。因此，β-1,3葡聚糖得应用越来越广泛。
β-1,3葡聚糖通常是由土壤杆菌ATCC-31749菌株通过好氧发酵获得，发酵后获得的β-1,3葡聚糖通常需要先经过通过压滤或离心得到的含有β-1,3-葡聚糖湿固体A，在将湿固体A完全溶于碱溶液中，通过压滤或离心去除菌体，再进行中和并压滤或离心得到β-1,3葡聚糖湿固体B，之后经过造粒和真空干燥得到固体，粉碎即可得到β-1,3-葡聚糖。
食品工业的干燥方法有转筒烘烤、气流干燥、流化床造粒、喷雾干燥和薄层蒸发干燥等，实验室的干燥方法有冷冻干燥，抽真空干燥等。但是，由于β-1,3葡聚糖是一种热敏性微生物多糖，干燥温度、干燥方式和干燥时间等都会对β-1,3葡聚糖的凝胶强度产生不利影响。而β-1,3葡聚糖不可逆的热成胶性能严重影响着β-1,3葡聚糖的产品质量，因此，减少β-1,3葡聚糖在干燥过程中凝胶强度损失非常有必要。现有技术中可以采用冻干技术或降低普通真空干燥的温度来减少β-1,3葡聚糖在干燥过程中凝胶强度损失：冻干技术虽然能获得高品质的热凝胶产品，凝胶强度损失率低，但由于冻干法生产过程的能耗大、生产投资高昂，可应用于医药级别热凝胶的生产过程，但很难在食品领域中广泛应用；降低真空干燥温度也能有助于减少凝胶强度损失，但会导致干燥时间延长，降低生产效率和生产能力，同时带来更多的动能消耗。
因此，需要寻找一种既能获得高凝胶强度的热凝胶，又能降低生产能耗的方法来进行β-1,3葡聚糖的干燥。
发明内容
[技术问题]
本发明要解决的技术问题是降低β-1,3葡聚糖在干燥过程中的凝胶强度的损失。
[技术方案]
本发明方法通过添加助剂的方法，能够减少β-1,3葡聚糖在干燥过程中的凝胶强度损失，甚至能够提高其凝胶强度，以获得高凝胶强度的β-1,3葡聚糖产品。
具体地，本发明提供的方法为：经过好氧发酵得到的β-1,3葡聚糖，在造粒之前加入助剂，助剂与β-1,3葡聚糖湿固体B经过混合揉捏机充分混合后，再用造粒机制成小颗粒，真空干燥即可；其中，所述助剂为蔗糖、麦芽糊精、淀粉中的任一种或几种的组合。
在本发明的一种实施方式中，所述淀粉为玉米淀粉、土豆淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉中的任一种淀粉或几种淀粉的组合。
在本发明的一种实施方式中，所述助剂为β-1,3葡聚糖干重1～6％的蔗糖。
在本发明的一种实施方式中，所述助剂为β-1,3葡聚糖干重0.2～5％的麦芽糊精。
在本发明的一种实施方式中，所述助剂为β-1,3葡聚糖干重25％～40％的淀粉。
在本发明的一种实施方式中，所述助剂为蔗糖、麦芽糊精的组合，分别为β-1,3葡聚糖干重的2～5％和1～4％。
在本发明的一种实施方式中，所述助剂为麦芽糊精和淀粉的组合，分别为β-1,3葡聚糖干重的0.3～2％和15～30％。
在本发明的一种实施方式中，所述助剂为蔗糖和淀粉的组合，分别为β-1,3葡聚糖干重的3～5％和20～35％。
在本发明的一种实施方式中，所述助剂为蔗糖、麦芽糊精和玉米淀粉的组合，分别为β-1,3葡聚糖干重的3～5％、0.5～3％和25～35％。
在本发明的一种实施方式中，所述助剂优选为β-1,3葡聚糖干重30％的淀粉。
在本发明的一种实施方式中，所述真空干燥的设备为靶式真空干燥机、箱式干燥机、带式真空干燥设备、真空振动流动干燥机、圆筒搅拌型真空干燥机、双锥回转型真空干燥机或圆盘刮板真空干燥机中的任一种。
在本发明的一种实施方式中，所述真空干燥为：在80-90kPa真空度35-45℃温度下，真空干燥至产品的含水率小于12wt％。
在本发明的一种实施方式中，所述方法具体包括以下步骤：
(1)利用土壤杆菌通风发酵获得β-1,3-葡聚糖的发酵液；
(2)通过压滤或离心得到的含有β-1,3-葡聚糖湿固体A；
(3)将步骤(2)得到的β-1,3-葡聚糖湿固体A按照2-4％(w/v，kg/L)溶于0.3-1.0mol/L的NaOH溶液中，搅拌溶解2-6h，10-40MPa中压均质得到β-1,3葡聚糖碱溶胶，通过压滤或离心去除土壤杆菌菌体细胞，得到含β-1,3-葡聚糖的清液；
(4)在步骤(3)得到的清液中加0.5-2.0mol/L盐酸溶液中和，使pH为6.0-7.0，β-1,3-葡聚糖析出，过滤得到固形物；
(5)在步骤(4)得到的固形物中加入1-3倍固形物体积的乙醇，搅拌混合0.5-2h得到悬浊液，采用压滤机或离心脱除悬浊液中的液体，得到β-1,3葡聚糖湿固体B；
(6)在步骤(5)得到的β-1,3葡聚糖湿固体B中加入助剂，经过混合揉捏机充分混合后，造粒制成小颗粒，在真空度80-90kPa、35-45℃下真空干燥至β-1,3葡聚糖产品的含水率小于12wt％，即可。
在本发明的一种实施方式中，所述方法还包括粉碎、筛分和包装，最终得到β-1,3葡聚糖产品。
在本发明的一种实施方式中，所述微生物菌种为土壤杆菌ATCC 31749。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)、(3)和(5)中所述压滤的设备为板框压滤机，压滤压力为0.6-1.0MPa，助滤剂为过滤物质重量2-6％的珍珠岩、硅藻土或凹凸棒土中的任一种。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)、(3)和(5)中所述离心的设备为卧螺离心机，离心因子3000-5000g，停留时间20-40s。
本发明取得的技术效果：
(1)本发明通过在造粒-真空干燥之前在β-1,3葡聚糖湿固体B中加入助剂，不但减少了β-1,3葡聚糖在真空干燥过程中的凝胶强度损失，还能够增强其凝胶强度，比无添加的热凝胶在真空干燥后提高了约44.8％，最高可达1028g·cm-2。
(2)制备得到的β-1,3葡聚糖产品为β-1,3葡聚糖与助剂的混合物，该产品可以作为食品添加剂添加至面制品、豆腐类制品、熟肉制品中，能够更好的发挥β-1,3葡聚糖的作用，能增加热食类食品的胶凝性，增强食品质构，使食品更有嚼劲、不易煮烂。
(3)本发明方法简单、易操作，能够得到β-1,3葡聚糖与助剂不同配比的食品添加剂，适用于工业生产过程。
附图说明
图1高凝胶强度的β-1,3-葡聚糖产品生产工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
凝胶强度的测量方法：取5g热凝胶湿胶置于烘干至恒重的锡箔纸上，105℃烘至恒重后称量，分别计算出湿胶与干胶重量，分析其含水率。取15g热凝胶湿胶，根据其含水率补充或高速离心去除部分水使其热凝胶浓度为20g·L-1，按照国家标准GB 28304—2012所述方法测定热凝胶的凝胶强度[34]。采用凝胶强度测定仪分析凝胶强度，探头为圆柱形探头，平末端面积1cm2。样品截面积大于探头面积，穿刺模式，测试前速度1mm·s-1，测试时速度为1mm·s-1，测试后速度为1mm·s-1，得到破裂曲线，根据负荷-时间曲线计算凝胶强度，凝胶强度按下式计算：W＝F/A。式中,W为凝胶强度，单位g·cm-2；F为凝胶破裂时曲线急剧下降拐点的力，单位克力(g)；A为探头末端平面面积，单位cm2。
实施例1仅以淀粉为助剂
(1)利用土壤杆菌ATCC 31749通风发酵获得β-1,3葡聚糖发酵液1000L；
(2)采用板框压滤机(0.6MPa)压滤去除清液，获得β-1,3-葡聚糖湿固体A；
(3)将步骤(2)得到的湿固体A按3％(w/v)溶于0.5mol/L的NaOH溶液中，搅拌溶解4h，20MPa的中压均质后得到β-1,3葡聚糖溶胶，添加重量百分比为2％珍珠岩助滤剂，将β-1,3葡聚糖溶胶泵入压滤机(0.6MPa)内，压滤得到清液，菌体被截留于菌渣中；
(4)在步骤(3)得到的清液中用1.0mol/L盐酸溶液中和至pH 6.5-7.0，过滤，在析出的β-1,3葡聚糖沉淀物中加入2倍体积的乙醇，搅拌混合1.0h，得到的悬浊液泵入(0.6MPa)压滤机中，得到β-1,3葡聚糖湿固体B，得到的滤出液输送至精馏车间用于回收酒精；
(5)在得到的β-1,3葡聚糖湿固体B中加入β-1,3葡聚糖干重30％(w)的玉米淀粉，混合揉捏机充分混合后，再造粒制成小颗粒，输送入真空干燥机内，在90kPa真空度40℃温度下，真空干燥至含水率小于10-12wt％，粉碎后得到β-1,3葡聚糖粉末。
测定真空干燥前未添加玉米淀粉时β-1,3葡聚糖的凝胶强度，为900g·cm-2；
当未添加玉米淀粉时，测定真空干燥后β-1,3葡聚糖的凝胶强度，为710g·cm-2；
测定添加30％玉米淀粉的β-1,3葡聚糖产品在真空干燥后的凝胶强度，为810g·cm-2；
可见，添加30％玉米淀粉的β-1,3葡聚糖在真空干燥后其凝胶强度较未添加玉米淀粉的β-1,3葡聚糖提高了14.1％。
实施例2
当玉米淀粉的添加量分别为25％、35％、40％时，其余条件和步骤和实施例1相同，测定制备得到的β-1,3葡聚糖产品的凝胶强度分别为720、780和730g·cm-2。
实施例3
当土豆淀粉的添加量分别为20％、30％、40％时，其余条件和步骤和实施例1相同，测定制备得到的β-1,3葡聚糖产品的凝胶强度分别为710、770和735g·cm-2。
实施例4仅以蔗糖为助剂
(1)利用土壤杆菌ATCC 31749通风发酵获得β-1,3葡聚糖发酵液1000L；
(2)采用板框压滤机(1.0MPa)压滤去除清液，获得β-1,3-葡聚糖湿固体A；
(3)将步骤(2)得到的湿固体A按2％(w/v)溶于0.8mol/L的NaOH溶液中，搅拌溶解2h，30MPa的中压均质后得到β-1,3葡聚糖溶胶，添加重量百分比为4％珍珠岩助滤剂，将β-1,3葡聚糖溶胶泵入压滤机(0.8MPa)内，压滤得到清液，菌体被截留于菌渣中；
(4)在步骤(3)得到的清液中用2.0mol/L盐酸溶液中和至pH 6.5-7.0，过滤，在析出的β-1,3葡聚糖沉淀物中加入2倍体积的乙醇，搅拌混合1.0h，得到的悬浊液泵入(0.8MPa)压滤机中，得到β-1,3葡聚糖湿固体B，得到的滤出液输送至精馏车间用于回收酒精；
(5)在得到的β-1,3葡聚糖湿固体B中加入β-1,3葡聚糖干重6％(w)的蔗糖，混合揉捏机充分混合后，再造粒制成小颗粒，输送入真空干燥机内，在90kPa真空度40℃温度下，真空干燥至含水率小于12wt％，粉碎后得到β-1,3葡聚糖粉末。
测定真空干燥前未添加蔗糖时β-1,3葡聚糖的凝胶强度，为900g·cm-2；
当未添加蔗糖时，测定真空干燥后β-1,3葡聚糖的凝胶强度，为710g·cm-2
测定添加4.5％蔗糖的β-1,3葡聚糖产品在真空干燥后的凝胶强度，为820g·cm-2。
可见，添加蔗糖的β-1,3葡聚糖在真空干燥后其凝胶强度较未添加淀粉的β-1,3葡聚糖提高了15.5％。
实施例5
当蔗糖的添加量分别3％和6.0％时，其余条件和步骤和实施例3相同，测定制备得到的β-1,3葡聚糖产品的凝胶强度分别为785和750g·cm-2。
实施例6
当添加的助剂为麦芽糊精，添加量分别为β-1,3葡聚糖干重的0.6％、1.2％、1.8％、2.4％时，其余条件和步骤和实施例1相同，测定制备得到的β-1,3葡聚糖产品的凝胶强度分别为780、810、783、790g·cm-2。
实施例7
当添加的助剂为蔗糖、麦芽糊精两种组合助剂，添加量分别为β-1,3葡聚糖干重的3.0％和1.0％时，其余条件和步骤和实施例1相同，测定制备得到的β-1,3葡聚糖产品的凝胶强度分别为876g·cm-2，比未添加助剂时同等条件下真空干燥后的凝胶强度高23.4％。
实施例8
当添加的助剂为麦芽糊精和小麦淀粉两种组合助剂，添加量分别为β-1,3葡聚糖干重的1.5％和20％时，其余条件和步骤和实施例1相同，测定制备得到的β-1,3葡聚糖产品的凝胶强度分别为923g·cm-2，比未添加助剂时同等条件下真空干燥后的凝胶强度高30.0％，较未干燥前的凝胶强度提高了2.6％。
实施例9
当添加的助剂为蔗糖和土豆淀粉两种组合助剂，添加量分别为β-1,3葡聚糖干重的4.0％和30％时，其余条件和步骤和实施例1相同，测定制备得到的β-1,3葡聚糖产品的凝胶强度分别为967g·cm-2，比未添加助剂时同等条件下真空干燥后的凝胶强度高36.2％，较未干燥前的凝胶强度提高了7.4％。
实施例10
当添加的助剂为蔗糖、麦芽糊精和小麦淀粉三种组合助剂，添加量分别为β-1,3葡聚糖干重的4.0％、2.0％和30％时，其余条件和步骤和实施例1相同，测定制备得到的β-1,3葡聚糖产品的凝胶强度分别为1028g·cm-2，比未添加助剂时同等条件下真空干燥后的凝胶强度高44.8％，较未干燥前的凝胶强度提高了14.2％。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种减少β-1,3葡聚糖在干燥过程中凝胶强度损失的方法，其特征在于，所述方法为：β-1,3葡聚糖生产过程中，在造粒干燥之前加入助剂，助剂与β-1,3葡聚糖湿固体B经过混合揉捏机充分混合后，造粒制成小颗粒，真空干燥即可；其中，所述助剂为蔗糖、麦芽糊精和淀粉中的任一种或几种的组合。
2.根据权利要求1所述的一种减少β-1,3葡聚糖在干燥过程中凝胶强度损失的方法，其特征在于，所述助剂为β-1,3葡聚糖干重1～6％的蔗糖；或，为β-1,3葡聚糖干重0.2～5％的麦芽糊精；或，为β-1,3葡聚糖干重25％～40％的淀粉。
3.根据权利要求1或2所述的一种减少β-1,3葡聚糖在干燥过程中凝胶强度损失的方法，其特征在于，所述助剂为蔗糖和麦芽糊精的组合，分别为β-1,3葡聚糖干重的2～5％和1～4％；或，所述助剂为麦芽糊精和淀粉的组合，分别为β-1,3葡聚糖干重的0.3～2％和15～30％；或，所述助剂为蔗糖和淀粉的组合，分别为β-1,3葡聚糖干重的3～5％和20～35％；或，所述助剂为蔗糖、麦芽糊精和淀粉的组合，分别为β-1,3葡聚糖干重的3～5％、0.5～3％和25～35％。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种减少β-1,3葡聚糖在干燥过程中凝胶强度损失的方法，其特征在于，所述真空干燥为：在80-90kPa真空度、35-45℃温度下，真空干燥至β-1,3葡聚糖的含水率小于12wt％。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种减少β-1,3葡聚糖在干燥过程中凝胶强度损失的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
(1)利用土壤杆菌通风发酵获得β-1,3-葡聚糖的发酵液；
(2)通过压滤或离心得到的含有β-1,3-葡聚糖湿固体A；
(3)将步骤(2)得到的β-1,3-葡聚糖湿固体A按照2～4％(w/v，kg/L)溶于0.3～1.0mol/L的NaOH溶液中，搅拌溶解2～6h，10～40MPa中压均质得到β-1,3葡聚糖碱溶胶，通过压滤或离心去除土壤杆菌菌体细胞，得到含β-1,3-葡聚糖的清液；
(4)在步骤(3)得到的清液中加0.5～2.0mol/L盐酸溶液中和，使pH为6.0～7.0，β-1,3-葡聚糖析出，过滤得到固形物；
(5)在步骤(4)得到的固形物中加入1-3倍固形物体积的乙醇，搅拌混合0.5～2h得到悬浊液，采用压滤机或离心脱除悬浊液中的液体，得到β-1,3葡聚糖湿固体B；
(6)在步骤(5)得到的β-1,3葡聚糖湿固体B中加入助剂，经过混合揉捏机充分混合后，造粒制成小颗粒，在真空度80～90kPa、35～45℃下真空干燥至β-1,3葡聚糖产品的含水率小于12wt％，即可。
6.根据权利要求5所述的一种减少β-1,3葡聚糖在干燥过程中凝胶强度损失的方法，其特征在于，步骤(2)、(3)和(5)中所述压滤的设备为板框压滤机，压滤压力为0.6～1.0MPa，助滤剂为过滤物质重量2～6％的珍珠岩、硅藻土或凹凸棒土中的任一种。
7.根据权利要求5或6所述的一种减少β-1,3葡聚糖在干燥过程中凝胶强度损失的方法，其特征在于，步骤(2)、(3)和(5)中所述离心的设备为卧螺离心机，离心因子3000～5000g，停留时间20～40s。
8.权利要求1-7任一所述的一种减少β-1,3葡聚糖在干燥过程中凝胶强度损失的方法制备得到的β-1,3葡聚糖产品。
9.包含权利要求8所述的β-1,3葡聚糖产品的食品添加剂。
10.一种助剂在减少β-1,3葡聚糖在干燥过程中凝胶强度损失中的应用，其特征在于，所述应用为：在β-1,3葡聚糖生产过程中，在造粒干燥之前加入助剂，助剂与β-1,3葡聚糖湿固体B经过混合揉捏机充分混合后，造粒制成小颗粒，真空干燥即可；
其中，所述助剂为蔗糖、麦芽糊精和淀粉中的任一种或几种的组合，其中，所述助剂为β-1,3葡聚糖干重1～6％的蔗糖；或，为β-1,3葡聚糖干重0.2～5％的麦芽糊精；或，为β-1,3葡聚糖干重5％～40％的淀粉；或，所述助剂为蔗糖、麦芽糊精的组合，分别为β-1,3葡聚糖干重的2～5％和1～4％；或，所述助剂为麦芽糊精和淀粉的组合，分别为β-1,3葡聚糖干重的0.3～2％和15～30％；或，所述助剂为蔗糖和淀粉的组合，分别为β-1,3葡聚糖干重的3～5％和20～35％；或，所述助剂为蔗糖、麦芽糊精和淀粉的组合，分别为β-1,3葡聚糖干重的3～5％、0.5～3％和25～35％。
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