CN110236064A - 一种高纤高蛋白速溶全谷物燕麦固体饮料及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高纤高蛋白速溶全谷物燕麦固体饮料及其加工工艺，属于食品领域。一种高纤高蛋白速溶全谷物燕麦固体饮料包括：全谷物燕麦粉、高蛋白食品原料、高膳食纤维食品原料、低聚木糖。其加工工艺包括以下步骤：首先将生燕麦粉与饮用水混合后依次过胶体磨、高压均质机、高压微射流超微粉碎系统，得到的燕麦浆进入微通道反应器中进行酶解；其次将高蛋白食品原料、高膳食纤维食品原料、低聚木糖与饮用水混合后依次过胶体磨、高压均质机、高压微射流超微粉碎系统，得到液体预混料；最后将酶解燕麦浆与液体预混料进行混合，经浓缩后干燥制粉。本发明创新性地采用高压微射流超微粉碎技术进行粉碎，采用微通道反应器精准控制酶解反应，解决了全谷物产品“食用难、口感差、产品加工性能差”等问题。最终得到了“方便食用、高蛋白、高膳食纤维、品质稳定、风味口感优良”的速溶全谷物燕麦固体饮料，该固体饮料可广泛应用于食品和营养保健领域。
Description
技术领域
本发明属于食品技术领域，具体涉及一种高纤高蛋白速溶全谷物燕麦固体饮料及其加工工艺。
背景技术
《中国居民营养与慢性病状况报告（2015）》指出，我国慢性疾病面临着严峻的形势，不健康饮食是慢性疾病发生、发展的主要危险因素之一。
全麦谷物被美国、澳大利亚、加拿大、墨西哥以及南美洲等国家的膳食指南和营养政策认为是健康生活方式的重要饮食组成成分。燕麦被归为全麦谷物，富含膳食纤维、蛋白质、多肽、氨基酸和维生素等，具有帮助消化、抗癌、防止心血管疾病发生、降低血糖等功效。但是，一直以来，人们为了追求口感提升，不断发展粮食加工的精细化技术。精加工后的谷物，尽管好吃，但在精加工过程中，损失了大量的营养因子，其营养功效也大打折扣。尽管全谷物的营养价值已被广大消费者认可，但由于现有的全谷物食品存在食用难、口感差、产品加工性能差等问题，我国全谷物食品的研发面临着一系列亟待解决的关键技术难题。
现有谷物加工的一大痛点是粉碎问题，专利CN201710044089.5公开了一种基于高压均质的高压微射流超微粉碎技术。高压微射流超微粉碎系统是将高压设备和微通道反应器装置联用，巧妙设计微通道得到。工作时，高压泵对固液混合流体进行加压，通过调压装置使物料在特定压力下导入微通道射流粉碎系统，物料流体发生多次靶板式射流粉碎和对撞式射流粉碎，在高速剪切效应、高压射流对冲撞击能量、流道瞬时压降产生的空穴效应三重作用下，实现高效粉碎。该粉碎技术在谷物加工方面还未得到应用。
通过酶解技术降低谷物的粘度，从而提高其加工性能及改善口感多有报道，发明专利（CN 102845677 A）公开了一种预酶解燕麦粉的制备方法，使燕麦粉在挤压膨化的过程中完成酶解，发明专利（CN 104430868 A）则采用普通的间歇釜式反应器进行酶解反应。上述方法酶解效率较低，酶解温度和酶解时间无法精准控制，因而很容易由于酶解条件没有控制好而过度酶解，导致所得产品的口感不可避免会有后苦味。特别是在工业化放大后，由于在传统釜式反应器中物料升温过程和降温过程需要花费很长时间，因此物料酶解的温度更加难以控制。微通道反应器是一种连续流动的管道式反应器，其中该管道内径尺寸一般控制在10～1000微米之间，把化学或者酶催化反应控制在微小反应空间内。微通道反应器所具有的结构决定了在其中通过的流体可以大大缩短传递的时间和距离，同时增大比表面积，可以实现物料的快速混合，从而大大提高传质效率。微通道反应器狭窄的微通道同时也增加了温度传递梯度，增大的比表面积大大提高反应器的传热能力，与传统换热器相比至少大一个数量级，因而大大提高了传热效率。微通道反应器的独特结构和高效的传质传热效率，使得对反应工艺的精确控制成为可能。相对于传统的釜式反应器间歇反应工艺，微通道反应器可以精确调整反应工艺条件，例如对反应温度的精确控制，对反应时间的精确控制以及物料混合比例的精确控制，可以大大提高反应效率，降低副产物的产生，缩短反应时间。由于微通道反应器的优点，通过结合不同辅助功能模块能满足灵活多样的化学工艺或者酶催化工艺要求。将微通道反应器用于谷物的酶解工艺目前尚未见报道。
低聚木糖，又称木寡糖，是一种功能性聚合糖，也是一种水溶性膳食纤维。它可以选择性地促进肠道双歧杆菌的增殖活性，其功效性是其它聚合糖类的近20倍。除此之外，它很难为人体消化酶所分解，因此食用后既不影响血糖浓度，也不增加血糖中胰岛素水平，更不会形成脂肪沉积，故可在低能量食品中发挥作用。低聚木糖进入大肠内为双歧杆菌所利用，促进双歧杆菌增殖同时产生大量的乙酸、乳酸等短链脂肪酸，降低肠道pH值，抑制有害菌生长。同时，益生菌代谢低聚木糖产酸后可以提高机体肠道内渗透压，低聚木糖具有抗感染保护机制。还可以与病原菌结合，使肠道有害菌不粘附在肠道细胞壁上，易于随粪便排出。
本发明人经多年研究，基于“全谷物”概念，将全谷物燕麦粉复配高蛋白食品原料、高膳食纤维食品原料及低聚木糖，创新性地采用高压微射流超微粉碎技术进行粉碎，采用微通道反应器精准控制酶解反应，得到“方便食用、高蛋白、高膳食纤维、品质稳定、风味口感优良”的速溶全谷物燕麦固体饮料，该固体饮料具有减脂、通便、调节肠道菌群的作用，可以广泛的应用在食品和营养保健领域。
发明内容
本发明的目的在于解决全谷物食品“食用难、口感差、产品加工性能差”等问题，另一方面，为降低慢性疾病的发生概率，提供一种具有减脂、通便、调节肠道菌群的作用的健康食品。本发明提供一种高纤高蛋白速溶全谷物燕麦固体饮料及其加工工艺。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：本发明提供一种高纤高蛋白速溶全谷物燕麦固体饮料，包括以下原料：全谷物燕麦粉；高蛋白食品原料；高膳食纤维食品原料；低聚木糖。
进一步地，包括以下重量比例的原料：全谷物燕麦粉50~80%；高蛋白食品原料10~25%；高膳食纤维食品原料10~25%；低聚木糖1.2~4.8%。
进一步地，所述的高蛋白食品原料为蛋白粉、小麦胚芽粉中的一种或几种。
进一步地，所述的高膳食纤维食品原料为茯苓、魔芋、麦苗、酵母粉、小麦糠、玉米糠中的一种或几种。
同时，本发明还提供了一种高纤高蛋白速溶全谷物燕麦固体饮料的加工工艺，包括以下步骤：
（1）将生燕麦粉与饮用水混合后依次过胶体磨、高压均质机、高压微射流超微粉碎系统；
（2）将步骤（1）得到的燕麦浆在微通道反应器中进行酶解；
（3）将高蛋白食品原料、高膳食纤维食品原料、低聚木糖与饮用水混合后依次过胶体磨、高压均质机、高压微射流超微粉碎系统；
（4）将步骤（2）得到的酶解燕麦浆与步骤（3）得到的液体物料进行混合，经浓缩后干燥制粉。
进一步地，步骤（1）体系固液比为1:3；经胶体磨研磨后，物料粒径D90达到500μm以下，优选400μm以下；高压均质压力为30~120MPa，优选50~80MPa，物料粒径D90达到300μm以下，优选200μm以下；高压微射流超微粉碎系统压力为50~200MPa，优选80~120MPa，物料粒径D90达到120μm以下，优选100μm以下。
进一步地，步骤（2）中微通道反应器包含混合模块、酶解模块、灭酶模块、冷却模块；将液体淀粉酶泵入微通道反应器的混合模块，与燕麦浆进行混合；混合后的物料进入微通道反应器的酶解模块进行酶解反应，酶解温度为55~75℃，优选60~70℃，酶解时间为0.5~20min，优选3~6min；酶解液流经高温模块进行灭酶，灭酶温度为75～95℃，灭酶时间为0.25～20min，优选0.5～2min；灭酶后的物料进入微通道反应器的冷却模块进行降温，短时间内将物料降温至25～35℃，冷却时间为0.5～20min，优选0.5～5min；最后物料流出微通道反应器，得到酶解燕麦浆。
进一步地，步骤（3）体系固液比为1:3；经胶体磨研磨后，物料粒径D90达到500μm以下，优选400μm以下；高压均质压力为30~120MPa，优选50~80MPa，物料粒径D90达到300μm以下，优选200μm以下；高压微射流超微粉碎系统压力为50~200MPa，优选80~120MPa，物料粒径D90达到120μm以下，优选100μm以下。
进一步地，步骤（4）中的干燥可采用喷雾干燥、真空干燥或冷冻干燥等方法。
本发明的优势在于，本发明基于“全谷物”概念，在全谷物燕麦粉中添加高蛋白食品原料、高膳食纤维食品原料及低聚木糖，使得燕麦粉具有减脂、通便、调节肠道菌群等功效。除此之外，创新性地采用高压微射流超微粉碎技术进行粉碎，采用微通道反应器精准控制酶解反应，解决了全谷物产品“食用难、口感差、产品加工性能差”等问题。最终得到“方便食用、高蛋白、高膳食纤维、品质稳定、风味口感优良”的速溶全谷物燕麦固体饮料。
附图说明
图1 为本发明制备高纤高蛋白速溶全谷物燕麦固体饮料的工艺流程图。
图2 为实施例1步骤（1）得到的燕麦浆粒径图。
图3 为实施例1步骤（3）得到的液体物料粒径图。
图4 为实施例2步骤（1）得到的燕麦浆粒径图。
图5 为实施例2步骤（3）得到的液体物料粒径图。
图6 为实施例3步骤（2）得到的燕麦浆粒径图。
图7 为实施例3步骤（3）得到的液体物料粒径图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明提供的高纤高蛋白速溶全谷物燕麦固体饮料可以通过如下步骤实施：
（1）将生燕麦粉与饮用水混合后依次过胶体磨、高压均质机、高压微射流超微粉碎系统，体系固液比为1:3；经胶体磨研磨后，物料粒径D90达到500μm以下，优选400μm以下；高压均质压力为30~120MPa，优选50~80MPa，物料粒径D90达到300μm以下，优选200μm以下；高压微射流超微粉碎系统压力为50~200MPa，优选80~120MPa，物料粒径D90达到120μm以下，优选100μm以下。
（2）将步骤（1）得到的燕麦浆在微通道反应器中进行酶解，微通道反应器包含混合模块、酶解模块、灭酶模块、冷却模块；将液体淀粉酶泵入微通道反应器的混合模块，与燕麦浆进行混合；混合后的物料进入微通道反应器的酶解模块进行酶解反应，酶解温度为55~75℃，优选60~70℃，酶解时间为0.5~20min，优选3~6min；酶解液流经高温模块进行灭酶，灭酶温度为75～95℃，灭酶时间为0.25～20min，优选0.5～2min；灭酶后的物料进入微通道反应器的冷却模块进行降温，短时间内将物料降温至25～35℃，冷却时间为0.5～20min，优选0.5～5min；最后物料流出微通道反应器，得到酶解燕麦浆。
（3）将高蛋白食品原料、高膳食纤维食品原料、低聚木糖与饮用水混合后依次过胶体磨、高压均质机、高压微射流超微粉碎系统，体系固液比为1:3；经胶体磨研磨后，物料粒径D90达到500μm以下，优选400μm以下；高压均质压力为30~120MPa，优选50~80MPa，物料粒径D90达到300μm以下，优选200μm以下；高压微射流超微粉碎系统压力为50~200MPa，优选80~120MPa，物料粒径D90达到120μm以下，优选100μm以下。
（4）将步骤（2）得到的酶解燕麦浆与步骤（3）得到的液体物料进行混合，经浓缩后干燥制粉，所述干燥可采用喷雾干燥、真空干燥或冷冻干燥等方法。
本发明所使用的高压微射流超微粉碎系统是按照专利CN201710044089.5发表的方法由理星（天津）生物科技有限公司制备得到。
本发明所使用的微通道反应器包含混合模块、酶解模块、灭酶模块、冷却模块，每个模块的流体通道长度并无统一规制，根据流速及反应时间确定。此处，长度为0.5 m～300m，优选为1m～60m，流体通道的宽度和深度为0.5μm～10mm，优选为0.1mm～0.5mm。制造这些模块的材料可以为不锈钢、超硬钢、铜、红宝石、金刚石、陶瓷、碳化硅、金属陶瓷复合材料或其他高分子材料，此处为不锈钢材料。本发明中的微通道反应器可以为商品化的微通道反应器，例如，美国康宁公司生产的心型结构G1玻璃高通量微通道反应器，或者依据相同原理制备得到的其他商品化或非商品化微通道反应器。
本发明中的高压输送泵优先采用具有计量功能的高压计量泵。
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种高纤高蛋白速溶全谷物燕麦固体饮料加工工艺：
（1）将2000g生燕麦粉与6000g饮用水混合后依次过胶体磨、高压均质机、高压微射流超微粉碎系统，最终物料粒径D90达92.58μm。
（2）将5 g液体α-淀粉酶溶解到1000g饮用水后，通过蠕动泵泵入微通道反应器的混合模块，与步骤（1）得到的燕麦浆进行混合；混合后的物料进入微通道反应器的酶解模块进行酶解反应，酶解温度为65℃，酶解时间为5min；酶解液流经高温模块进行灭酶，灭酶温度为90℃，灭酶时间为1min；灭酶后的物料进入微通道反应器的冷却模块进行降温，短时间内将物料降温至30℃，冷却时间为3min；最后物料流出微通道反应器，得到酶解燕麦浆。
（3）将666g大豆蛋白粉、581g燕麦苗粉、80g低聚木糖与3981g饮用水混合后依次过胶体磨、高压均质机、高压微射流超微粉碎系统，最终物料粒径D90达89.02μm。
（4）将步骤（2）得到的酶解燕麦浆与步骤（3）得到的液体物料进行混合，经浓缩后喷雾干燥制粉。
（5）产品经感官评审员审评，甜味适中，滋味愉悦，谷物香味醇厚突出，口感细腻，优于市面同类产品。
实施例2
一种高纤高蛋白速溶全谷物燕麦固体饮料加工工艺：
（1）将2100g生燕麦粉与6300g饮用水混合后依次过胶体磨、高压均质机、高压微射流超微粉碎系统，最终物料粒径D90达92.55μm。
（2）将6g液体α-淀粉酶溶解到1000g饮用水后，通过蠕动泵泵入微通道反应器的混合模块，与步骤（1）得到的燕麦浆进行混合；混合后的物料进入微通道反应器的酶解模块进行酶解反应，酶解温度为65℃，酶解时间为5min；酶解液流经高温模块进行灭酶，灭酶温度为90℃，灭酶时间为1min；灭酶后的物料进入微通道反应器的冷却模块进行降温，短时间内将物料降温至30℃，冷却时间为3min；最后物料流出微通道反应器，得到酶解燕麦浆。
（3）将180g乳清蛋白粉、180g小麦胚芽粉、150g魔芋粉、150g燕麦苗粉、150g小麦糠、90g低聚木糖与2700g饮用水混合后依次过胶体磨、高压均质机、高压微射流超微粉碎系统，最终物料粒径D90达94.04μm。
（4）将步骤（2）得到的酶解燕麦浆与步骤（3）得到的液体物料进行混合，经浓缩后真空干燥制粉。
（5）产品经感官评审员审评，甜味适中，滋味愉悦，谷物香味醇厚突出，口感细腻，优于市面同类产品。
实施例3：与实施例1对应的对照例。
（1）装置：
1）常规高速剪切粉碎机；2）20L玻璃釜式夹套反应釜，机械搅拌，换热介质为导热油。
（2）酶解燕麦浆的制备：
A）常规粉碎燕麦浆制备：将2000g生燕麦粉加入到6000g饮用水中，用常规高速剪切粉碎机（转速8000rpm）粉碎30min，得到粉碎的燕麦浆，粒径D90为349.04μm。
B）酶解反应：将上述收集好的燕麦浆倒入至20L玻璃釜式夹套反应釜中，启动机械搅拌，搅拌转速为70rpm，启动反应釜加热，保持温度为65℃，往反应釜中加入6g液体α-淀粉酶，酶解时间3h，酶解反应结束后，立即将反应体系升温至90℃，升温时间花费30min，保温10min钝化酶活性，然后迅速将反应体系降温至20℃，降温时间花费45min，得到酶解燕麦浆。
（3）将666g大豆蛋白粉、581g燕麦苗粉、80g低聚木糖与3981g饮用水混合后用常规高速剪切粉碎机（转速8000rpm）粉碎30min，得到的液体物料，粒径D90为323.86μm。
（4）将步骤（2）得到的酶解燕麦浆与步骤（3）得到的液体物料进行混合，经浓缩后喷雾干燥制粉。
（5）产品经感官评审员审评，口感粗糙，有明显的后苦味。
实施例3中，由于使用釜式反应釜很难精确控制酶解过程，因而不可避免地使得酶解产物具有后苦味，此外，采用传统高速粉碎技术，颗粒粒径很难达到100μm以下，因而口感较粗糙。
实施例1中，由于使用高压微射流超微粉碎技术，因而制备得到的物料颗粒粒径非常细小，得到的粉碎的燕麦浆粒径D90为92.58μm，其他混合物料粒径D90为89.02μm。没有粗糙口感，大大改善风味口感品质。由于使用连续流微通道反应器来进行酶解反应，大大缩短反应时间，特别是在酶解反应结束后可以迅速升温钝化酶活，可以精确控制酶解反应过程，因而可以避免燕麦过度酶解产生苦味。
Claims (10)
1.一种高纤高蛋白速溶全谷物燕麦固体饮料，其特征在于，所述固体饮料包括以下原料：全谷物燕麦粉；高蛋白食品原料；高膳食纤维食品原料；低聚木糖。
2.如权利要求1所述的高纤高蛋白速溶全谷物燕麦固体饮料，其特征在于，所述固体饮料包括以下重量比例的原料：全谷物燕麦粉50~80%；高蛋白食品原料10~25%；高膳食纤维食品原料10~25%；低聚木糖1.2~4.8%。
3.如权利要求1-2所述的高纤高蛋白速溶全谷物燕麦固体饮料，其特征在于，所述高蛋白食品原料为蛋白粉、小麦胚芽粉中的一种或几种。
4.如权利要求1-2所述的高纤高蛋白速溶全谷物燕麦固体饮料，其特征在于，所述高膳食纤维食品原料为茯苓、魔芋、麦苗、酵母粉、小麦糠、玉米糠中的一种或几种。
5.如权利要求1-4所述的高纤高蛋白速溶全谷物燕麦固体饮料，其特征在于，包括以下制备方法：
（1）将生燕麦粉与饮用水混合后依次过胶体磨、高压均质机、高压微射流超微粉碎系统；
（2）将步骤（1）得到的燕麦浆在微通道反应器中进行酶解；
（3）将高蛋白食品原料、高膳食纤维食品原料、低聚木糖与饮用水混合后依次过胶体磨、高压均质机、高压微射流超微粉碎系统；
（4）将步骤（2）得到的酶解燕麦浆与步骤（3）得到的液体物料进行混合，经浓缩后干燥制粉。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中体系固液比为1：3；经胶体磨研磨后，物料粒径D90达到500μm以下，优选400μm以下；高压均质压力为30~120MPa，优选50~80MPa，物料粒径D90达到300μm以下，优选200μm以下；高压微射流超微粉碎系统压力为50~200MPa，优选80~120MPa，物料粒径D90达到120μm以下，优选100μm以下。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中微通道反应器包含混合模块、酶解模块、灭酶模块、冷却模块；将液体淀粉酶泵入微通道反应器的混合模块，与燕麦浆进行混合；混合后的物料进入微通道反应器的酶解模块进行酶解反应，酶解温度为55~75℃，优选60~70℃，酶解时间为0.5~20min，优选3~6min；酶解液流经高温模块进行灭酶，灭酶温度为75～95℃，灭酶时间为0.25～20min，优选0.5～2min；灭酶后的物料进入微通道反应器的冷却模块进行降温，短时间内将物料降温至25～35℃，冷却时间为0.5～20min，优选0.5～5min；最后物料流出微通道反应器，得到酶解燕麦浆。
8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中体系固液比为1:3；经胶体磨研磨后，物料粒径D90达到500μm以下，优选400μm以下；高压均质压力为30~120MPa，优选50~80MPa，物料粒径D90达到300μm以下，优选200μm以下；高压微射流超微粉碎系统压力为50~200MPa，优选80~120MPa，物料粒径D90达到120μm以下，优选100μm以下。
9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中的干燥可采用喷雾干燥、真空干燥或冷冻干燥等方法。
10.如权利要求1～7任一所述的方法制备出来的高纤高蛋白速溶全谷物燕麦固体饮料在食品和营养保健领域的应用。
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