CN112956693A - 一种应急食品及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应急食品及其制备方法，包括：将分离乳清蛋白的水溶液与β‑胡萝卜素的油溶液混合，并进行均质处理，得到单层乳液；将阿拉伯胶加入单层乳液中，并进行均质处理，得到层层乳液；将海藻糖和麦芽糊精的混合溶液加入层层乳液中，并进行冷冻干燥，得到应急食品。本发明制备的应急食品能满足人体正常营养需求，β‑胡萝卜素被分离乳清蛋白和阿拉伯胶形成的层层乳液结构包裹，层层乳液结构由海藻糖和麦芽糊精形成的玻璃封装体封装，提高了应急食品的稳定性并延长了应急食品的保质期；海藻糖进入人体后能参与人体的新陈代谢，纠正人体代谢紊乱，避免代谢紊乱导致的应急食品消化吸收效率低，提高应急食品的营养素和能量补充功效。
Description
技术领域
本发明涉及食品材料技术领域，具体涉及一种应急食品及其制备方法。
背景技术
食品为人体提供必需的营养素，与空气和水一样，是人体不可缺少的生命元素。应急食品(Emergency Food)是指在发生灾害、战争以及失事等紧急条件下用以维持人体生存的一类食品。作为紧急情况下的必须物质，应急食品对于保障灾难现场人员生命安全，提升救援救灾水平意义重大。但现有应急食品存在营养成分单一，货架期短，携带运输不方便等问题。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种应急食品及其制备方法，旨在解决现有应急食品存在营养成分单一，货架期短，携带运输不方便等问题。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种应急食品的制备方法，包括步骤：
将分离乳清蛋白的水溶液与β-胡萝卜素的油溶液混合，并进行均质处理，得到单层乳液；
将阿拉伯胶加入所述单层乳液中，并进行均质处理，得到层层乳液；
将海藻糖和麦芽糊精的混合溶液加入所述层层乳液中，并进行冷冻干燥，得到应急食品。
所述的应急食品的制备方法，其中，所述将分离乳清蛋白的水溶液与β-胡萝卜素的油溶液混合，并进行均质处理，得到单层乳液的步骤之前包括：
将分离乳清蛋白溶解在去离子水中，并进行水化处理，得到分离乳清蛋白的水溶液；
将β-胡萝卜素与油混合，得到β-胡萝卜素的油溶液。
所述的应急食品的制备方法，其中，所述分离乳清蛋白的水溶液中所述分离乳清蛋白的质量为所述去离子水的质量的18％～22％。
所述的应急食品的制备方法，其中，所述β-胡萝卜素的油溶液中所述β-胡萝卜素的质量为所述油的质量的0.3％～0.8％。
所述的应急食品的制备方法，其中，所述将阿拉伯胶加入所述单层乳液中，并进行均质处理，得到层层乳液的步骤包括：
将所述单层乳液调节至预设pH值后，加入阿拉伯胶并进行均质处理，得到层层乳液。
所述的应急食品的制备方法，其中，所述pH值为3～4。
所述的应急食品的制备方法，其中，所述将海藻糖和麦芽糊精的混合溶液加入所述层层乳液中的步骤之前包括：
将麦芽糊精加入去离子水中，得到麦芽糊精的水溶液；
将海藻糖加入所述麦芽糊精的水溶液中，得到海藻糖和麦芽糊精的混合溶液。
所述的应急食品的制备方法，其中，所述海藻糖和所述麦芽糊精的质量比为3：7～7：3。
所述的应急食品的制备方法，其中，所述冷冻干燥条件为：在-35～-55℃下冷冻15～25h后，在-75～-85℃下预冷冻2～4h，再在冻干机中冻干45～50h。
一种应急食品，其中，采用所述的应急食品的制备方法制备而成。
有益效果：本发明制备的应急食品能满足人体正常营养需求，应急食品中的β-胡萝卜素被分离乳清蛋白和阿拉伯胶形成的层层乳液结构包裹，层层乳液结构由海藻糖和麦芽糊精形成的玻璃封装体封装，提高了应急食品的稳定性并延长了应急食品的保质期；海藻糖进入人体后能参与人体的新陈代谢，纠正人体代谢紊乱，避免代谢紊乱导致的应急食品消化吸收效率低，提高应急食品的营养素和能量补充功效。
附图说明
图1是本发明实施例中提供的应急食品的制备方法的流程示意图；
图2是本发明实施例1中制备的应急食品的吸水量曲线图；
图3是本发明实施例2中制备的应急食品的吸水量曲线图；
图4是本发明实施例3中制备的应急食品的吸水量曲线图；
图5是本发明实施例中制备的应急食品在储存温度为25℃下的玻璃化转变温度曲线图；
图6是本发明实施例中制备的应急食品在储存温度为35℃下的玻璃化转变温度曲线图；
图7是本发明实施例中制备的应急食品在储存温度为45℃下的玻璃化转变温度曲线图；
图8是本发明实施例中制备的应急食品在光学显微镜和透射电子显微镜下的形貌图；
图9是本发明实施例中制备的应急食品的高效液相色谱的出峰图；
图10是本发明实施例中制备的应急食品在水活度为0.33aw下的降解动力学图；
图11是本发明实施例中制备的应急食品在水活度为0.54aw下的降解动力学图。
具体实施方式
本发明提供一种应急食品及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
应急食品(Emergency Food)是指在发生灾害、战争以及失事等紧急条件下用以维持人体生存的一类食品。应急食品应具备营养均衡、能快速使人恢复体力、食用方便、便于运输、保质期长、易消化吸收等特点，但现有应急食品存在营养成分单一，货架期短，携带运输不方便等问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种应急食品及其制备方法，如图1所示，包括步骤：
S1、将分离乳清蛋白的水溶液与β-胡萝卜素的油溶液混合，并进行均质处理，得到单层乳液。
具体地，β-胡萝卜素是由碳、氢两种原素组成的萜类化合物，它是类胡萝卜素的一种，β-胡萝卜素是一种极具营养和药用价值的生物活性物质，但β-胡萝卜素容易降解，难以有效长期保存。为了提高应急食品的长期保存性能，本实施例中将分离乳清蛋白的水溶液与β-胡萝卜素的油溶液混合，并通过高速均质机对混合溶液进行均质处理，得到水包油的单层乳液结构。
在一具体实施方式中，步骤S1之前还包括：
S01、将分离乳清蛋白溶解在去离子水中，并进行水化处理，得到分离乳清蛋白的水溶液；
S02、将β-胡萝卜素与油混合，得到β-胡萝卜素的油溶液。
在制备单层乳液结构之前，本实施例中首先在室温下将分离乳清蛋白溶解在去离子水中，并对分离乳清蛋白与去离子水的混合溶液水化3～5h，以提高分离乳清蛋白的水合作用，得到分离乳清蛋白的水溶液。同时，本实施例中还在35～45℃下将β-胡萝卜素与油混合，得到β-胡萝卜素的油溶液。其中，油可以选择花生油，所述分离乳清蛋白的水溶液中所述分离乳清蛋白的质量为所述去离子水的质量的18％～22％，所述β-胡萝卜素的油溶液中所述β-胡萝卜素的质量为所述油的质量的0.3％～0.8％。
S2、将阿拉伯胶加入所述单层乳液中，并进行均质处理，得到层层乳液。
阿拉伯胶又称阿拉伯树胶，来源于豆科的金合欢树属的树干渗出物，其主要成分为高分子多糖类及其钙、镁和钾盐，具有安全无害的特点。本实施例中制备出单层乳液后，将阿拉伯胶加入所述单层乳液中，并通过高速均质机对混合溶液进行均质处理，在均质处理过程中，阿拉伯胶会与单层乳液中的分离乳清蛋白通过静电吸附形成层层乳液结构，由于β-胡萝卜素包裹在阿拉伯胶和分离乳清蛋白形成的层层乳液结构中，使得应急食品中的营养物质具有较高的稳定性和较长的保质期。
在一具体实施方式中，步骤S2具体包括：
S21、将所述单层乳液调节至预设pH值后，加入阿拉伯胶并进行均质处理，得到层层乳液。
考虑到阿拉伯胶的等电点约为2.2，即在pH值高于2.2时，阿拉伯胶会带负电荷，而分离乳清蛋白的等电点约为5，即在pH值低于5时，分离乳清蛋白会带正电荷。本实施例中在制备层层乳液时，首先通过柠檬酸将单层乳液的pH值调节至3～4，在此pH值下分离乳清蛋白带正电荷，加入阿拉伯胶后，在此pH值下阿拉伯胶带负电荷，阿拉伯胶与分离乳清蛋白在均质处理过程中会通过静电吸附作用，形成层层乳液结构。
S3、将海藻糖和麦芽糊精的混合溶液加入所述层层乳液中，并进行冷冻干燥，得到应急食品。
海藻糖(trehalose synthase，TRE)是由两个葡萄糖分子组成的非还原性双糖，海藻糖由于不具有还原性，对热和酸碱都具有非常好的稳定性，在与氨基酸、蛋白质共存时，即使加热也不会发生美拉德反应，可用于处理须加热或高温保存的食品、饮料等。海藻糖进入人体内在小肠中被海藻糖酶分解为两分子葡萄糖，进而被人体的新陈代谢所利用，是一种重要的能量来源。海藻糖还具有低吸湿特性，将海藻糖放置在相对湿度90％以上的地方超过1个月，海藻糖也几乎不会吸湿，可有效延长产品保质期。海藻糖相对于其他双糖有较高的玻璃化转变温度(Tg)，因而将海藻糖加入食品中，能够有效提高食品的玻璃化转变温度。麦芽糊精(Maltodextrin，MD)是以淀粉或淀粉质为原料，经酶法低度水解、精制、喷雾干燥制成的不含游离淀粉的淀粉衍生物。麦芽糊精流动性好，无异味，溶解性能好，耐热性强，吸湿性低，不结团，即使在浓度高的状态下使用也不会掩盖其它原料的风味和香味，具有很好的载体作用。
应急食品不应仅限于营养素的补充，还应兼顾纠正代谢紊乱，本实施例中将海藻糖和麦芽糊精的混合溶液加入所述层层乳液中，并进行冷冻干燥，在冷冻干燥条件下，海藻糖和麦芽糊精在层层乳液结构表面形成玻璃封装体外壳，能够有效提高应急食品的玻璃化转变温度，提升食品稳定性及满足应急食品货架期长等需求，同时海藻糖进入人体后可以被人体的新陈代谢所利用，从而纠正人体的代谢紊乱。在一具体实施方式中，进行冷冻干燥时，是将加入海藻糖和麦芽糊精的层层乳液放入-35～-55℃的冰箱中冷冻15～25h后，再放入-75～-85℃的冰箱中预冷冻2～4h，最后在冻干机中冻干45～50h后，放入存有五氧化二磷的干燥器中保存以备后用。
在一具体实施方式中，步骤S3之前还包括：
M21、将麦芽糊精加入去离子水中，得到麦芽糊精的水溶液；
M22、将海藻糖加入所述麦芽糊精的水溶液中，得到海藻糖和麦芽糊精的混合溶液。
本实施例中将海藻糖和麦芽糊精的混合溶液加入所述层层乳液中之前，需要先配置海藻糖和麦芽糊精的混合溶液，首先将麦芽糊精加入去离子水中，得到麦芽糊精的水溶液，然后将海藻糖加入所述麦芽糊精的水溶液中，得到海藻糖和麦芽糊精的混合溶液。其中，所述海藻糖和所述麦芽糊精的质量比为3：7～7：3。
本发明还提供一种应急食品，其中，采用所述的应急食品的制备方法制备而成。
下面通过具体实施例对本发明进行进一步的解释说明。
实施例1
(1)室温下将分离乳清蛋白(Mullins Whey Inc,Mosinee,WI,USA)溶解在去离子水中，并水化4h，得到分离乳清蛋白的水溶液；其中，所述分离乳清蛋白的水溶液中分离乳清蛋白的质量为所述去离子水的质量的20％；
(2)在40℃下将β-胡萝卜素(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO,USA)与油(Arawana,Guangzhou,Guangdong,China)混合，得到β-胡萝卜素的油溶液；其中，所述β-胡萝卜素的油溶液中β-胡萝卜素的质量为所述油的质量的0.5％；
(3)将分离乳清蛋白的水溶液与β-胡萝卜素的油溶液使用高速均质机进行均质处理，得到单层乳液；
(4)将阿拉伯胶(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO,USA)加入所述单层乳液中，并使用高速均质机进行均质处理，得到层层乳液；
(5)将麦芽糊精(MD100,DE10,Grain Processing Corp.,IA,USA)加入去离子水中，并将海藻糖(Shanghai Aladdin Co.,Ltd,China)加入麦芽糊精的水溶液中，配置海藻糖和麦芽糊精的混合溶液；其中，海藻糖和麦芽糊精的质量比为3:7；
(6)将海藻糖和麦芽糊精的混合溶液加入所述层层乳液中，并将加入海藻糖和麦芽糊精的层层乳液放入-40℃的冰箱中冷冻20h，再放入-80℃的冰箱中预冻3h，最后放入-80℃的冻干机中冻干48h，得到应急食品。
实施例2
(1)室温下将分离乳清蛋白溶解在去离子水中，并水化4h，得到分离乳清蛋白的水溶液；其中，所述分离乳清蛋白的水溶液中分离乳清蛋白的质量为所述去离子水的质量的20％；
(2)在40℃下将β-胡萝卜素与油混合，得到β-胡萝卜素的油溶液；其中，所述β-胡萝卜素的油溶液中β-胡萝卜素的质量为所述油的质量的0.5％；
(3)将分离乳清蛋白的水溶液与β-胡萝卜素的油溶液使用高速均质机进行均质处理，得到单层乳液；
(4)将阿拉伯胶加入所述单层乳液中，并使用高速均质机进行均质处理，得到层层乳液；
(5)将麦芽糊精加入去离子水中，并将海藻糖加入麦芽糊精的水溶液中，配置海藻糖和麦芽糊精的混合溶液；其中，海藻糖和麦芽糊精的质量比为1:1；
(6)将海藻糖和麦芽糊精的混合溶液加入所述层层乳液中，并将加入海藻糖和麦芽糊精的层层乳液放入-40℃的冰箱中冷冻20h，再放入-80℃的冰箱中预冻3h，再放入-80℃的冻干机中冻干48h，得到应急食品。
实施例3
(1)室温下将分离乳清蛋白溶解在去离子水中，并水化4h，得到分离乳清蛋白的水溶液；其中，所述分离乳清蛋白的水溶液中分离乳清蛋白的质量为所述去离子水的质量的20％；
(2)在40℃下将β-胡萝卜素与油混合，得到β-胡萝卜素的油溶液；其中，所述β-胡萝卜素的油溶液中β-胡萝卜素的质量为所述油的质量的0.5％；
(3)将分离乳清蛋白的水溶液与β-胡萝卜素的油溶液使用高速均质机进行均质处理，得到单层乳液；
(4)将阿拉伯胶加入所述单层乳液中，并使用高速均质机进行均质处理，得到层层乳液；
(5)将麦芽糊精加入去离子水中，并将海藻糖加入麦芽糊精的水溶液中，配置海藻糖和麦芽糊精的混合溶液；其中，海藻糖和麦芽糊精的质量比为7:3；
(6)将海藻糖和麦芽糊精的混合溶液加入所述层层乳液中，并将加入海藻糖和麦芽糊精的层层乳液放入-40℃的冰箱中冷冻20h，再放入-80℃的冰箱中预冻3h，再放入-80℃的冻干机中冻干48h，得到应急食品。
将实施例1～实施例3中制备的应急食品分别储存于水活度分别为0.11,0.23,0.33,0.44,0.54,0.65和0.76aw的真空干燥器(Chuxi Industrial Co.,Ltd.,Shanghai,China)中进行连续30天的吸水性实验，其中，各水活度的干燥器中分别存放了LiCl,CH3COOK,MgCl2,K2CO3,Mg(NO3)2,NaNO2和NaCl(Lingfeng,Shanghai，China)的过饱和溶液，储存温度为25℃、35℃和45℃，得到如图2～图4所示的吸水量曲线图。由图2～图4可以看出，对于相同比例的海藻糖和麦芽糊精，温度越高，吸水量越低；对于不同比例的海藻糖和麦芽糊精，麦芽糊精含量越高，吸水量越低。
将实施例1～实施例3中制备的应急食品干燥到水活度为0.44aw，然后用差示扫描仪(DSC3,Mettler Toledo,Schwerzenbach,Switzerland)测试应急食品的玻璃化转变温度。测试条件为：-20℃升温到Tg以上，降回-20℃再升温到T g以上，升温速率为5℃，降温速率为10℃，玻璃化转变温度用Gordon–Taylor模型拟合，然后将GAB模型预测的高水分吸水量进行拟合，得到如图5～图7所示的玻璃化转变温度曲线图。由图5～图7可以看出，储存温度越高，吸水量越低，玻璃化转变温度越高，麦芽糊精含量越多，玻璃化转变温度越高。
图8为本实施例中制备的应急食品在光学显微镜(Olympus,Tokyo,Japan)和透射电子显微镜(JEOL,Tokyo,Japan)下的形貌图，从图8可以看出，本实施例中制备出的应急食品中的β-胡萝卜素被层层乳液结构包裹，而层层乳液结构被玻璃体封装。
用高效液相色谱仪(ThermoFisher,Massachusetts,USA)对本发明实施例制备出的应急食品中的β-胡萝卜素的降解动力学进行表征，得到如图9所示的出峰图。高效液相色谱仪的测试条件为：称取0.5g应急样品溶于2mL超纯水中，涡旋30s；然后加入3.9mL甲醇：乙酸乙酯，其中包含0.2％丁基化羟基甲苯(BHT)作为抗氧化剂，并涡旋30s；随后加入1ml饱和氢氧化钾甲醇溶液，涡旋30s；然后添加1mL二氯甲烷，涡旋30s；最后，加入3.8mL己烷，涡旋30s，低温静置30min后将提取物在12000r/min离心10min,并取上清液，用45μm膜过滤后，弃去初始约0.5mL滤液后转移到小瓶中，供液相色谱仪测定。由图9可以看出，本发明实施例中制备出的应急食品中存在β-胡萝卜素的峰值。
表1为本发明实施例中制备的应急食品经过三十天含水量测试后利用阿伦尼乌斯公式计算出的反应活化能值，图10和图11为本发明实施例中制备的应急食品经过三十天含水量测试后利用阿伦尼乌斯公式计算出的降解动力学图，其中横坐标为温度的倒数，纵坐标ln k中k表示反应速率。从图10和图11以及表1可以看出，水活度越高，反应活化能越低，反应越容易发生，应急食品稳定性越差，麦芽糊精含量越高，反应越难发生，应急食品稳定性越好。
表1不同麦芽糊精含量和不同水活度下的反应活化能
综上所述，本发明公开了一种应急食品及其制备方法，包括：将分离乳清蛋白的水溶液与β-胡萝卜素的油溶液混合，并进行均质处理，得到单层乳液；将阿拉伯胶加入所述单层乳液中，并进行均质处理，得到层层乳液；将海藻糖和麦芽糊精的混合溶液加入所述层层乳液中，并进行冷冻干燥，得到应急食品。本发明制备的应急食品能满足人体正常营养需求，应急食品中的β-胡萝卜素被分离乳清蛋白和阿拉伯胶形成的层层乳液结构包裹，层层乳液结构由海藻糖和麦芽糊精形成的玻璃封装体封装，提高了应急食品的稳定性并延长了应急食品的保质期；海藻糖进入人体后能参与人体的新陈代谢，纠正人体代谢紊乱，避免代谢紊乱导致的应急食品消化吸收效率低，提高应急食品的营养素和能量补充功效。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种应急食品的制备方法，其特征在于，包括步骤：
将分离乳清蛋白的水溶液与β-胡萝卜素的油溶液混合，并进行均质处理，得到单层乳液；
将阿拉伯胶加入所述单层乳液中，并进行均质处理，得到层层乳液；
将海藻糖和麦芽糊精的混合溶液加入所述层层乳液中，并进行冷冻干燥，得到应急食品。
2.根据权利要求1所述的应急食品的制备方法，其特征在于，所述将分离乳清蛋白的水溶液与β-胡萝卜素的油溶液混合，并进行均质处理，得到单层乳液的步骤之前包括：
将分离乳清蛋白溶解在去离子水中，并进行水化处理，得到分离乳清蛋白的水溶液；
将β-胡萝卜素与油混合，得到β-胡萝卜素的油溶液。
3.根据权利要求2所述的应急食品的制备方法，其特征在于，所述分离乳清蛋白的水溶液中所述分离乳清蛋白的质量为所述去离子水的质量的18％～22％。
4.根据权利要求2所述的应急食品的制备方法，其特征在于，所述β-胡萝卜素的油溶液中所述β-胡萝卜素的质量为所述油的质量的0.3％～0.8％。
5.根据权利要求1所述的应急食品的制备方法，其特征在于，所述将阿拉伯胶加入所述单层乳液中，并进行均质处理，得到层层乳液的步骤包括：
将所述单层乳液调节至预设pH值后，加入阿拉伯胶并进行均质处理，得到层层乳液。
6.根据权利要求5所述的应急食品的制备方法，其特征在于，所述pH值为3～4。
7.根据权利要求1所述的应急食品的制备方法，其特征在于，所述将海藻糖和麦芽糊精的混合溶液加入所述层层乳液中的步骤之前包括：
将麦芽糊精加入去离子水中，得到麦芽糊精的水溶液；
将海藻糖加入所述麦芽糊精的水溶液中，得到海藻糖和麦芽糊精的混合溶液。
8.根据权利要求7所述的应急食品的制备方法，其特征在于，所述海藻糖和所述麦芽糊精的质量比为3：7～7：3。
9.根据权利要求1所述的应急食品的制备方法，其特征在于，所述冷冻干燥条件为：在-35～-55℃下冷冻15～25h后，在-75～-85℃下预冷冻2～4h，再在冻干机中冻干45～50h。
10.一种应急食品，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的应急食品的制备方法制备而成。
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