CN115039890A - 一种纳米竹笋膳食纤维-蛋白速溶粉的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及农产品加工技术领域，尤其涉及一种纳米竹笋膳食纤维‑蛋白速溶粉的制备方法。包括：第一步利用复合酶解法制备竹笋膳食纤维，第二步利用超声波协同微射流处理竹笋膳食纤维粉和酪蛋白得到自组装的纳米化竹笋膳食纤维‑蛋白混合液，第三步加入其他复配材料，利用喷雾干燥得到竹笋膳食纤维‑蛋白速溶粉。本发明方法得到产物总膳食纤维含量为63.50％～72.10％，营养健康、口感细腻、方便携带和易于储藏满足消费者的日常需求。

Description

一种纳米竹笋膳食纤维-蛋白速溶粉的制备方法
技术领域
本发明涉及农产品加工技术领域，尤其涉及一种纳米竹笋膳食纤 维-蛋白速溶粉的制备方法。
背景技术
竹笋因其形态方正，肉厚鲜美，营养丰富，富含蛋白质、氨基酸、 膳食纤维、维生素、矿物质等营养成分。然而，由于采后竹笋易褐变 和木质化，导致其纤维素、木质素等含量迅速增加，故有60％以上的 竹笋均被加工为笋干、竹笋罐头、清水笋、发酵笋等产品。加工过程 中会产生大量副产物，造成原料浪费和环境污染。而纤维素、木质素、 半纤维素等都是膳食纤维的主要成分，因此这也是一种较好的膳食纤 维资源。竹笋膳食纤维(bambooshoots dietary fiber，BSDF)不 仅具有降低胆固醇、促进肠道益生及增强胰岛素敏感性等生理功效， 还具有改善食品口感和促进食品体系稳定等作用。随着人们生活水平 和健康意识的提高,膳食纤维已越来越多的被应用于食品开发。纳米 膳食纤维具有吸湿性、尺寸稳定性、良好的流变性能和加工性能,既 保持了纤维素的特点,又具备纳米材料的尺度效应。
目前制备纳米膳食纤维的方法主要是化学法、生物法、机械法。 化学法制备纳米膳食纤维过程中经常使用高浓度酸碱、溴化钠、次氯 酸钠、乙醇等试剂除去杂质，还会用剧毒试剂一氯乙酸、氧化剂TEMPO 等物质，这存在化学试剂残留的隐患，尤其是使用有毒试剂时，容易 引起食品安全问题。生物法是指用微生物合成纳米膳食纤维的方法。 但生物法制备的纳米膳食纤维不仅表面活性羟基数量少，很难进行 表面改性，而且生产周期长，成本高。机械法主要通过物理剪切力的 作用破坏膳食纤维的氢键网络结构，分离原纤维从而得到纳米尺度产 物。
其中，超声波技术通过低频激烈的机械震荡产生强烈的空化效 应、自由基效应、热力学和机械力学效应等多重效应对食物原料进行 搅拌分散、冲击破坏、拉伸裂解。动态高压微射流技术是一种新兴的 物理处理方法，可对流体混合物料进行强烈剪切、高速撞击、压力瞬 时释放、高频振荡、膨爆和气穴等一系列综合作用，从而起到很好的 超微化、微乳化和均一化效果。两者的协同作用可有效使得物料表面 疏松，粒径减小甚至达到纳米级别，提高反应速率和产物的理化特性。 相比于传统的化学法和生物法，两种物理技术协同处理制备纳米膳食 纤维具有高效、节能、环保等优点，是一种前景良好的制备方法。
自组装法是通过分子间特殊的相互作用，如静电作用、氢键、疏 水作用力等，组装成有序的纳米结构。通过自组装法制备纳米粒的 材料多为两亲性材料，包含输水部分和亲水部分。这种两亲性的分子 结构在溶剂中可以像表面活性剂形成胶束一样来形成核-壳结构的纳 米粒。酪蛋白在牛奶中约占蛋白总量的80％，它包含四种蛋白组分： αs1-酪蛋白，αs2-酪蛋白，β-酪蛋白，κ-酪蛋白，4种组分均为 链状两亲性蛋白质，有明显的疏水区和亲水区。酪蛋白结构上的两亲 性使其可以通过共价连接或静电吸附与其他营养物质自组装形成多 组分纳米粒，进一步提高材料的稳定性，同时对包埋的营养物质提供 更好的保护和缓释作用。通过超声波和微射流协同作用制备得到纳米 膳食纤维，再与酪蛋白自组装形成多组分纳米粒，最后复合功能性食 品辅料和调味料制得饮料速溶粉，营养健康、酸甜可口的同时兼具易 携带和耐贮藏等特性。这些结果为制备纳米化竹笋膳食纤维-蛋白速 溶粉提供了可能。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米竹笋膳食纤维-蛋白速溶粉的制备 方法，所制备产品营养健康、口感细腻、方便携带和易于储藏，可增 强功能性饮料的市场竞争力，提高国民健康水平，满足消费者的日常 需求。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种纳米竹笋膳食纤维-蛋白速溶粉的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：选取竹笋原料，将其切成均匀薄片状，并进行冷冻干燥；
将已干燥完全的竹笋置于粉碎机进行初步粉碎，得到竹笋粗粉；
取竹笋粗粉于流化床式气流粉碎机中进行超微粉碎，得到竹笋超 微粉；
步骤2：称取竹笋超微粉于烧杯中，加入去离子水混合摇匀，置 于恒温水浴锅中水浴加热；
调节溶液pH为6～8，加入复合酶进行酶解，水浴中加热灭酶；
得到的酶解液进行离心，取出沉淀，冻干粉碎后即得淡黄色的 BSDF粉末；
步骤3：称取BSDF粉末于烧杯中加入去离子水，再加入酪蛋白， 混匀；
调节溶液pH为3.5～5.5，置于超声破碎仪中进行超声分散处理， 得到超声分散混合液；
步骤4：将超声分散混合液在高压均质机中进行均质处理；
然后将均质处理得到的混合液进行动态高压微射流处理；
步骤5：将微射流处理后的溶液置于恒温水浴加热，分别加入杜 仲雄花粉、菊芋粉、枸杞粉、燕麦粉、罗汉果甜苷粉、抗性糊精、赤 藓糖醇、柠檬粉，搅拌均匀；
采用离心喷雾干燥机对混合溶液进行喷雾干燥；
喷雾干燥结束后，待出口温度降温后及时收集，得到纳米竹笋膳 食纤维-蛋白速溶粉。
进一步地，步骤1，主要包括:
选取竹笋原料，将其切成均匀薄片状，置于真空冷冻干燥机中冷 冻干燥24～34h；
将已干燥完全的竹笋置于粉碎机进行初步粉碎，得到竹笋粗粉；
在进料量300～400g，进料频率3～5Hz，粉碎时间30～50min， 压力0.5～0.8MPa，转速3 600～5000r/min的条件下，取竹笋粗粉 于流化床式气流粉碎机中进行超微粉碎，得到竹笋超微粉；其粗纤维 含量为27.71％～28.25％。
进一步地，步骤2主要包括：
称取20g竹笋超微粉于1000mL烧杯中，以1:40(w/v)的比 例加入去离子水混合摇匀，置于恒温水浴锅中水浴加热；
利用苹果酸和柠檬酸钠调节溶液pH为6～8，加入2％～5％(m/V) 由质量比为2：1：1：2的链霉蛋白酶、菠萝蛋白酶、木聚糖酶、木 质素过氧化物酶的复合酶进行酶解，在40～60℃温度下，酶解1～2 h，之后在95℃水浴中加热10min灭酶；
得到的酶解液在7000r/min下离心15min，取出沉淀，冻干粉 碎后即得淡黄色的BSDF粉末；其总膳食纤维含量为63.50％～72.10％， 其中，水溶性膳食纤维含量为14.54％-19.67％。
进一步地，步骤3主要包括：
称取25g的BSDF粉末于500mL烧杯中，以1:20(w/v)的比 例加入去离子水，再加入17～25g酪蛋白，混匀；
调节溶液pH为3.5～5.5，在超声功率600～1200W、超声时间 30～90min和超声温度40～60℃的条件下，置于超声破碎仪中进行 超声分散处理，得到超声分散混合液。
进一步地，步骤4主要包括：
将超声分散混合液在高压均质机中预处理，均质压力40～70MPa， 均质次数2～4次，均质温度15～25℃；
然后将均质得到的混合液在50～200MPa压力下进行动态高压微 射流处理3～5次；处理过程中保持温度为20～25℃。
进一步地，步骤5主要包括：
将微射流处理后的溶液置于恒温水浴锅中，分别加入过150-200 目筛的杜仲雄花粉5～8g、菊芋粉7～9g、枸杞粉4～7g、燕麦粉5～6 g、罗汉果甜苷粉6～10g、抗性糊精5～8g、赤藓糖醇5～7g、柠檬 粉5～7g，于100～150r/min搅拌均匀；
在雾化转速200～400r/s、进风温度160～190℃、进料流量 0.8～1.2L/h条件下，采用离心喷雾干燥机对混合溶液进行喷雾干燥；
喷雾干燥结束后，待出口温度降至90℃后及时收集并过150～200 目筛得到纳米竹笋膳食纤维-蛋白速溶粉。
本发明至少具备以下有益效果：
1.本发明可以将下脚料作为竹笋原料，价格低廉，工艺简单，反 应温和，产品质量高，为竹笋加工废弃物的利用提供了一条新的思路；
2.本发明通过第一步利用复合酶解法制备竹笋膳食纤维，第二步 利用超声波协同微射流处理竹笋膳食纤维粉和酪蛋白得到自组装的 纳米化竹笋膳食纤维-蛋白混合液，第三步加入其他复配材料，利用 喷雾干燥得到竹笋膳食纤维-蛋白速溶粉。通过本方法制备的产品呈 淡黄色，无结块，冲溶后为均匀混悬液，无肉眼可见的杂质，具有特 殊的香甜气味，无刺激、酸败、焦糊等异味，符合中国农业行业标准 绿色食品固体饮料感官规定。本发明的产物总膳食纤维含量为 63.50％～72.10％，其中，水溶性膳食纤维含量为14.54％-19.67％。持 水力8.71～10.91(g/g)，持油力5.34～7.90(g/g)，膨胀力8.01～9.77 (g/mL)。
3.本发明产品营养健康、口感细腻、方便携带和易于储藏满足消 费者的日常需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图 是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创 造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明制得的纳米竹笋膳食纤维-蛋白速溶粉实物图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合 附图及实施例，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，并不用于限定本发明。
实施例1
取1kg竹笋罐头的下脚料，将其切成均匀薄片状，真空冷冻干 燥24h。将已干燥完全的竹笋用普通粉碎机进行初步粉碎，得到约 90g竹笋粗粉。在进料量300g，进料频率3Hz，粉碎时间30min， 压力0.5MPa，转速3 600r/min的条件下，取竹笋粗粉于流化床式 气流粉碎机中进行超微粉碎，得到竹笋超微粉。称取20g竹笋超微 粉于1000mL烧杯中，以1:40(w/v)的比例加入去离子水混合摇匀， 进行水浴加热，利用苹果酸和柠檬酸钠调节溶液pH为6，加入2％ (m/V)由链霉蛋白酶、菠萝蛋白酶、木聚糖酶和木质素过氧化物酶 组成的复合酶(质量比为，链霉蛋白酶、菠萝蛋白酶、木聚糖酶，木 质素过氧化物酶＝2：1：1：2)进行酶解，在40℃温度下，酶解1h， 之后在95℃水浴中加热10min灭酶。得到酶解液在7000r/min下 离心15min，取出沉淀，冻干粉碎后即得BSDF粉末，之后称取25g BSDF，以1:20(w/v)的比例加入去离子水，再加入17g酪蛋白， 混匀。调节溶液pH3.5，在超声功率600、超声时间30min和超声温 度40℃的条件下，进行超声波分散处理。分散得到的混合液在均质 压力为40MPa、15℃下处理两次。然后均质得到的混合液在50MPa 压力下进行动态高压微射流处理3次，处理过程中开启微射流冷却系 统保持温度为20℃左右。之后加入过了150目筛的杜仲雄花粉g，菊 芋粉7g，罗汉果甜苷粉6g，枸杞粉4g，燕麦粉5g，抗性糊精5 g，赤藓糖醇5g，柠檬粉5g，搅拌均匀。在雾化转速200r/s，进 风温度160℃，进料流量0.8L/h条件下，对上述混合溶液进行喷 雾干燥。结束后，待出口温度降至90℃后及时收集并过150目筛得 到呈淡黄色的纳米竹笋膳食纤维-蛋白速溶粉，无结块，冲溶后为均 匀混悬液，无肉眼可见的杂质，具有特殊的香甜气味，其总膳食纤维 含量为63.50％，其中，水溶性膳食纤维含量为14.54％。持水力8.71 g/g，持油力5.34g/g，膨胀力8.01g/mL。
实施例2
取清水笋加工下脚料2kg，切成均匀薄片状，真空冷冻干燥29h。 将已干燥完全的竹笋置于高速万能粉碎机进行初步粉碎，得到竹笋粗 粉约180g。在进料量400g，进料频率4Hz，粉碎时间40min，压 力0.6MPa，转速4200r/min的条件下，取粗粉气流超微粉碎，得 到竹笋超微粉。称取20g竹笋超微粉加入800mL离子水混合摇匀， 置于水浴锅中，调节溶液pH为8、温度为50℃，加入4％(m/V)的 复合酶(质量比为，链霉蛋白酶、菠萝蛋白酶、木聚糖酶，木质素过 氧化物酶＝2：1：1：2)酶解2h，之后95℃水浴中加热10min灭酶。 得到酶解液在7000r/min下离心15min，取出沉淀，冻干粉碎得淡 黄色的BSDF粉末。称取25g的BSDF粉末加入去离子水500mL，再 加入20g酪蛋白，混匀。调节溶液pH4.5，进行超声分散处理，超 声功率为1000W、超声时间60min和超声温度50℃的条件。然后， 将超声分散混合液进行高压均质处理，均质压力60MPa，均质次数3 次。均质得到的混合液在100MPa压力下微射流处理4次，保持温度 为25℃左右。之后分别加入过200目筛的杜仲雄花粉7g，菊芋粉 8g，罗汉果甜苷粉8g，枸杞粉6g，燕麦粉6g，抗性糊精7g，赤 藓糖醇6g，柠檬粉6g，100～150r/min搅拌均匀。在雾化转速300 r/s，进风温度170℃，进料流量1.0L/h条件下，对上述混合溶液 进行喷雾干燥。结束后，及时收集并过200目筛得到纳米竹笋膳食纤 维-蛋白速溶粉，其溶解后适口性好，酸甜可口，携带方便，其总膳 食纤维含量为72.10％，其中水溶性膳食纤维含量为19.67％，持水力 10.91g/g，持油力7.90g/g，膨胀力8.55g/mL。
实施例3
取竹笋罐头生产加工的下脚料3kg，切成均匀薄片，真空冷冻 干燥34h。之后用植物组织捣碎机将干燥的竹笋粉碎，得到约300g 竹笋粗粉。取竹笋粗粉进行气流超微粉碎，进料量400g，进料频率 5Hz，粉碎时间50min，压力0.8MPa，转速5000r/min，得到竹 笋超微粉，其粗纤维含量为28.25％，蛋白质含量为39.59％。取20g 竹笋超微粉，以1:40(w/v)的比例加入去离子水混合摇匀，水浴加 热，调节溶液pH为8，加入5％(m/V)的复合酶(质量比为，链霉 蛋白酶、菠萝蛋白酶、木聚糖酶，木质素过氧化物酶＝2：1：1：2) 进行酶解，在60℃温度下，酶解2h，之后调节水浴温度为95℃， 加热10min灭酶。7000r/min下离心15min，取出沉淀，冻干粉碎 后即得淡黄色的BSDF粉末，其总膳食纤维含量为72.10％，其中，水 溶性膳食纤维含量为19.67％。然后，取25g的BSDF，加入去500mL 离子水，再加入25g酪蛋白，混匀。调节溶液pH5.5，超声功率1200 W，超声温度60℃，进行超声分散处理90min。得到的超声分散混 合液进行高压均质处理，均质压力70MPa，均质次数4次，均质温 度保持15℃左右。然后在200MPa压力下进行动态高压微射流处理5 次，处理过程中保持温度为20～25℃。之后分别加入过200目筛的 杜仲雄花粉8g，菊芋粉9g，罗汉果甜苷粉10g，枸杞粉7g，燕 麦粉6g，抗性糊精8g，赤藓糖醇7g，柠檬粉7g，150r/min搅 拌均匀。在雾化转速400r/s，进风温度190℃，进料流量1.2L/h 条件下，对上述混合溶液进行喷雾干燥，及时收集并过200目筛得到淡黄偏白的纳米竹笋膳食纤维-蛋白速溶粉，溶解性好，无结块，冲 溶后为均匀混悬液，酸甜可口，其总膳食纤维含量为68.00％，其中， 水溶性膳食纤维含量为17.97％。持水力9.81(g/g)，持油力6.98 (g/g)，膨胀力9.77(g/mL)。
在此，为了进一步说明本申请上述三个实施例得到的竹笋特性， 提供以下三个表：
表1不同转速气流粉碎的方竹笋粉粒径分布
Figure BDA0003605754230000111
表2不同方式提取的方竹笋膳食纤维的基本成分和理化性质
Figure BDA0003605754230000112
注：单独酶解为木瓜蛋白酶单独酶解，两种酶解为木瓜蛋白酶和木聚糖酶依次酶解，复 合酶解1为由链霉蛋白酶、菠萝蛋白酶、木聚糖酶和木质素过氧化物酶组成的复合酶进行酶 解(质量比为，链霉蛋白酶、菠萝蛋白酶、木聚糖酶，木质素过氧化物酶＝1：1：2：2)，复合酶解2是复合酶种类不变，但其比例改为链霉蛋白酶、菠萝蛋白酶、木聚糖酶，木质素过氧化物酶2：1：1：2，复合酶解3是复合酶种类不变，但其比例改为链霉蛋白酶、菠萝 蛋白酶、木聚糖酶，木质素过氧化物酶1：2：1：1。
表3不同方式处理的方竹笋膳食纤维粒径分布
Figure BDA0003605754230000113
Figure BDA0003605754230000121
注：超声+均质+微射流50，超声+均质+微射流100，超声+均质+微射流200分别为微射流 压力为50MPa，100MPa，200MPa下处理方竹笋膳食纤维。
具体请看说明书附图的图1，为本申请得到的最终的纳米竹笋膳 食纤维-蛋白速溶粉。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优 点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上 述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神 和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落 入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利 要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种纳米竹笋膳食纤维-蛋白速溶粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：选取竹笋原料，将其切成均匀薄片状，并进行冷冻干燥；
将已干燥完全的竹笋置于粉碎机进行初步粉碎，得到竹笋粗粉；
取竹笋粗粉于流化床式气流粉碎机中进行超微粉碎，得到竹笋超微粉；
步骤2：称取竹笋超微粉于烧杯中，加入去离子水混合摇匀，置于恒温水浴锅中水浴加热；
调节溶液pH为6～8，加入复合酶进行酶解，水浴中加热灭酶；
得到的酶解液进行离心，取出沉淀，冻干粉碎后即得淡黄色的BSDF粉末；
步骤3：称取BSDF粉末于烧杯中加入去离子水，再加入酪蛋白，混匀；
调节溶液pH为3.5～5.5，置于超声破碎仪中进行超声分散处理，得到超声分散混合液；
步骤4：将超声分散混合液在高压均质机中进行均质处理；
然后将均质处理得到的混合液进行动态高压微射流处理；
步骤5：将微射流处理后的溶液置于恒温水浴加热，分别加入杜仲雄花粉、菊芋粉、枸杞粉、燕麦粉、罗汉果甜苷粉、抗性糊精、赤藓糖醇、柠檬粉，搅拌均匀；
采用离心喷雾干燥机对混合溶液进行喷雾干燥；
喷雾干燥结束后，待出口温度降温后及时收集，得到纳米竹笋膳食纤维-蛋白速溶粉。
2.根据权利要求1所述的一种纳米竹笋膳食纤维-蛋白速溶粉的制备方法，其特征在于，步骤1，主要包括:
选取竹笋原料，将其切成均匀薄片状，置于真空冷冻干燥机中冷冻干燥24～34h；
将已干燥完全的竹笋置于粉碎机进行初步粉碎，得到竹笋粗粉；
在进料量300～400g，进料频率3～5Hz，粉碎时间30～50min，压力0.5～0.8MPa，转速3600～5000r/min的条件下，取竹笋粗粉于流化床式气流粉碎机中进行超微粉碎，得到竹笋超微粉；其粗纤维含量为27.71％～28.25％。
3.根据权利要求1所述的一种纳米竹笋膳食纤维-蛋白速溶粉的制备方法，其特征在于，步骤2主要包括：
称取20g竹笋超微粉于1000mL烧杯中，以1:40(w/v)的比例加入去离子水混合摇匀，置于恒温水浴锅中水浴加热；
利用苹果酸和柠檬酸钠调节溶液pH为6～8，加入2％～5％(m/V)由质量比为2：1：1：2的链霉蛋白酶、菠萝蛋白酶、木聚糖酶、木质素过氧化物酶的复合酶进行酶解，在40～60℃温度下，酶解1～2h，之后在95℃水浴中加热10min灭酶；
得到的酶解液在7000r/min下离心15min，取出沉淀，冻干粉碎后即得淡黄色的BSDF粉末；其总膳食纤维含量为63.50％～72.10％，其中，水溶性膳食纤维含量为14.54％-19.67％。
4.根据权利要求1所述的一种纳米竹笋膳食纤维-蛋白速溶粉的制备方法，其特征在于，步骤3主要包括：
称取25g的BSDF粉末于500mL烧杯中，以1:20(w/v)的比例加入去离子水，再加入17～25g酪蛋白，混匀；
调节溶液pH为3.5～5.5，在超声功率600～1200W、超声时间30～90min和超声温度40～60℃的条件下，置于超声破碎仪中进行超声分散处理，得到超声分散混合液。
5.根据权利要求1所述的一种纳米竹笋膳食纤维-蛋白速溶粉的制备方法，其特征在于，步骤4主要包括：
将超声分散混合液在高压均质机中预处理，均质压力40～70MPa，均质次数2～4次，均质温度15～25℃；
然后将均质得到的混合液在50～200MPa压力下进行动态高压微射流处理3～5次；处理过程中保持温度为20～25℃。
6.根据权利要求1所述的一种纳米竹笋膳食纤维-蛋白速溶粉的制备方法，其特征在于，步骤5主要包括：
将微射流处理后的溶液置于恒温水浴锅中，分别加入过150-200目筛的杜仲雄花粉5～8g、菊芋粉7～9g、枸杞粉4～7g、燕麦粉5～6g、罗汉果甜苷粉6～10g、抗性糊精5～8g、赤藓糖醇5～7g、柠檬粉5～7g，于100～150r/min搅拌均匀；
在雾化转速200～400r/s、进风温度160～190℃、进料流量0.8～1.2L/h条件下，采用离心喷雾干燥机对混合溶液进行喷雾干燥；
喷雾干燥结束后，待出口温度降至90℃后及时收集并过150～200目筛得到纳米竹笋膳食纤维-蛋白速溶粉。
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