CN115633779A - 一种提高植物类胡萝卜素生物利用率的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高植物类胡萝卜素生物利用率的加工方法，包括以下步骤：(1)选取植物原料，向所述植物原料中加入脂肪酶和水，搅拌混合，得到混合物料；(2)通过喂料机将步骤(1)中所得的混合物料均匀地加入到螺杆挤压机内；(3)通过步骤(2)中的螺杆挤压机将所述混合物料依次进行送料包埋，剪切挤压，灭酶，然后在低速下挤出酶解后的高比例类胡萝卜素单体原料。本发明在非液体条件下，通过植物原料、酶和水，形成包埋、剪切挤压作用，产生了脂肪酶与类胡萝卜素酯‑水界面的缔合以及底物类胡萝卜素酯空间结构变小，提高了酶解效率，从而大幅度提高了加工后原料中类胡萝卜素单体在总类胡萝卜素中的占比。
Description
技术领域
本发明属于食品加工技术领域，具体涉及一种提高植物类胡萝卜素生物利用率的加工方法。
背景技术
类胡萝卜素(Carotenoid)是一类天然产物的总称，在自然界中广泛存在于各种植物中，在动物及微生物中也有发现。迄今为止，自然界已经发现超过600多种的天然类胡萝卜素(不包括几何异构体)，其中具有重要生物学功能的约有50几种，如：蕃茄红素(Lycopene)、叶黄素(Lutein)、玉米黄素(Zeaxanthin)、α、β-胡萝卜素(α、β-Carotene)和虾青素(Astaxanthin)、β-隐黄素等(β-Cryptoxanthine)。根据其分子结构，类胡萝卜素可分为含氧类胡萝卜素及不含氧类胡萝卜素。其中，含氧类胡萝卜素包括叶黄素类(Xanthophyll)及类胡萝卜素酯(Carotenoid ester)等；不含氧类胡萝卜素被称为胡萝卜素(Carotene)。
在含氧类胡萝卜素中，叶黄素、玉米黄素、β-胡萝卜素在蔬菜和水果中主要以脂肪酸酯的形式存在。在一些水果中，随着水果的逐步成熟，其类胡萝卜素的酯化程度也有所增加；另外，热、光、酶、氧化反应都对类胡萝卜素的酯化程度有影响，对于含有不同数量羟基的含氧类胡萝卜素酯化程度不相同，酯化后所得的产物也有所不同，例如单羟基类胡萝卜素，如β-隐黄素，酯化后可能以单体或是单酯的形式存在；双羟基类胡萝卜素，如叶黄素和玉米黄素，酯化后可能以单体、单酯或是双酯的形式存在，玉米黄素双棕榈酸酯和叶黄素双棕榈酸酯的结构式分别如(a)、(b)所示。
现有文献张怡评，陈晖，方华，陈伟珠等《类胡萝卜素类成分的生物活性与吸收代谢研究进展》[J].海峡药学，2019，31(07)：17-20，该文献研究表明胡萝卜素酯类物质在体内一般是以单体形式被吸收的，在体内营养检测中，并未有胡萝卜素酯检测到，该结果表明胡萝卜素酯在消化和吸收过程中主要被水解成叶黄素、玉米黄素或β-隐黄素等单体成分而被吸收。现有文献张艳，惠伯棣，张凌霄《叶黄素酯在体内消化吸收过程中水解的研究》[J].食品科学，2007(08)：461-465，该文献研究报道叶黄素酯的生物利用率较低，主要原因是体内的脂肪酶对于叶黄素酯没有充分酶解形成单体，而被排出体外。因此需要通过高效的加工方式将植物类胡萝卜素酯转化成类胡萝卜素单体，才能够被人体消化吸收。
传统类胡萝卜素脱脂肪酸获得类胡萝卜素单体的方法包括如下步骤：①植物原料干燥；②有溶剂或二氧化碳将类胡萝卜素酯从植物中提取；③溶解、分散或者乳化；④碱液皂化水解或者加生物酶水解；⑤中和或者灭酶；⑥干燥，得类胡萝卜素单体原料。该传统方法的工序较为复杂，制备过程中会产生大量废水，不仅造成环境污染，而且不利于植物天然产物绿色加工的发展。另一种通过体外酶解的方法将类胡萝卜素酯转化成类胡萝卜素单体的主要步骤是在体外采用脂肪酶对类胡萝卜素酯进行酶解，得类胡萝卜素单体。该方法工序简单，生产过程中不会产生废水等污染物，但是由于类胡萝卜素酯属于弱极性脂溶性成分，和脂肪酶很难在液相中相互碰撞作用，以及长链的分子结构对脂肪酶的作用位点产生了空间阻碍导致了酶解时间长，酶解效率低。因此，通过体外酶解，研究一种新型的从植物类胡萝卜素酯中获取类胡萝卜素单体的加工方法，从而提高植物类胡萝卜素生物利用率是目前急需解决的问题。
发明内容
为了解决下有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种提高植物类胡萝卜素生物利用率的加工方法。该加工方法在非液体条件下，通过植物原料、酶和水，形成包埋、剪切挤压作用，产生了脂肪酶与类胡萝卜素酯-水界面的缔合以及底物类胡萝卜素酯空间结构变小，提高了酶解效率，从而大幅度提高了加工后原料中类胡萝卜素单体在总类胡萝卜素中的占比。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种提高植物类胡萝卜素生物利用率的加工方法，包括以下步骤：
(1)选取植物原料，向所述植物原料中加入脂肪酶和水，搅拌混合，得到混合物料；
(2)通过喂料机将步骤(1)中所得的混合物料均匀地加入到螺杆挤压机内；
(3)通过步骤(2)中的螺杆挤压机将所述混合物料依次进行送料包埋，剪切挤压，灭酶，然后在低速下挤出酶解后的高比例类胡萝卜素单体原料。
进一步的，所述步骤(1)中植物原料中含有玉米黄素双酯、玉米黄素单酯、叶黄素双酯、叶黄素单酯、β-隐黄素单酯中的一种或者几种。
进一步的，所述植物原料为枸杞、万寿菊、脱油或者脱糖后的枸杞或万寿菊的料渣和以枸杞或者万寿菊为主要原料的复合型植物粉末中的任一种。
进一步的，所述步骤(1)中脂肪酶的添加量为1.25-3.5％，，其源自黑曲霉。
进一步的，所述步骤(1)中混合物料的总水分含量为30-45％。
进一步的，所述步骤(2)中的螺杆挤压机为双螺杆挤压机。
进一步的，所述步骤(3)中混合物料送料包埋的温度为30-50℃；剪切挤压的温度为45-60℃；灭酶的温度为85-98℃。
进一步的，所述步骤(3)中低速挤出的转速为1-5r/min。
与现有技术相比，本发明具有的积极有益效果在于：
(1)本发明在非液体条件下，通过螺杆挤压机送料包埋段，在螺杆与套筒壁挤压下使得脂肪酶与植物原料在半湿的状态下，形成捏合混合物料，植物原料与水分将脂肪酶包裹其中，产生了脂肪酶与类胡萝卜素酯-水界面的缔合作用，导致脂肪酶活性中心的“盖子”张开，脂肪酶活性部位暴露，使类胡萝卜素酯与脂肪酶结合能力增强，底物类胡萝卜素酯较容易地进入疏水性的通道而与活性部位结合生成酶-底物复合物，提高了酶解效果，从而大幅度提高了加工后原料中类胡萝卜素单体在总类胡萝卜素中的占比。
(2)本发明通过螺杆挤压机在剪切挤压过程中，植物原料与水分将脂肪酶包裹后，植物原料中的类胡萝卜素酯的结构与植物本身纤维素被不断地剪切挤压，底物类胡萝卜素酯的空间结构变小，脂肪族侧链折叠到酶分子表面，底物类胡萝卜素酯的羧酸酯键暴露，使催化更易于进行，从而更加快速地将类胡萝卜素酯转换成类胡萝卜素单体。
(3)本发明加工方法工序简单，易操作，而且加工过程没有废水废液等污染物产生，有利于环境保护。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用来限制本发明的保护范围。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换，所有这些修改和替换都落入了本发明权利要求书请求保护的范围内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可通过商业途径获得。
实施例1
一种提高植物类胡萝卜素生物利用率的加工方法，包括以下步骤：
(1)选取植物原料枸杞粉6.65kg，向枸杞粉中分别加入0.35kg脂肪酶和3kg水，搅拌混合，得到混合物料，混合物料中总水分含量为30％；
(2)通过喂料机将步骤(1)中所得的混合物料以0.2kg/min的速度均匀地加入到GL-10B双螺杆挤压机内，双螺杆挤压机的螺杆直径未18mm；
(3)混合物料在GL-10B双螺杆挤压机中依次在50℃下进行送料包埋，在60℃下进行剪切挤压，酶解200min，然后在98℃下进行灭酶出料，最后在5r/min的转速下挤出酶解后的高比例类胡萝卜素单体原料。
实施例2
一种提高植物类胡萝卜素生物利用率的加工方法，包括以下步骤：
(1)选取植物原料脱糖枸杞粉5.85kg，向脱糖枸杞粉中分别加入0.15kg脂肪酶和4kg水，搅拌混合，得到混合物料，混合物料中总水分含量为38％；
(2)通过喂料机将步骤(1)中所得的混合物料以0.2kg/min的速度均匀地加入到GL-10B双螺杆挤压机内，双螺杆挤压机的螺杆直径未18mm；
(3)混合物料在GL-10B双螺杆挤压机中依次在45℃下进行送料包埋，在45℃下进行剪切挤压，酶解200min，然后在85℃下进行灭酶出料，最周在1r/min的转速下挤出酶解后的高比例类胡萝卜素单体原料。
实施例3
一种提高植物类胡萝卜素生物利用率的加工方法，包括以下步骤：
(1)选取植物原料万寿菊粉5.85kg，向万寿菊粉中分别加入0.15kg脂肪酶和4kg水，搅拌混合，得到混合物料，混合物料中总水分含量为45％；
(2)通过喂料机将步骤(1)中所得的混合物料以0.2kg/min的速度均匀地加入到GL-10B双螺杆挤压机内，双螺杆挤压机的螺杆直径未18mm；
(3)混合物料在GL-10B双螺杆挤压机中依次在45℃下进行送料包埋，在45℃下进行剪切挤压，酶解200min，然后在85℃下进行灭酶出料，最后在1r/min的转速下挤出酶解后的高比例类胡萝卜素单体原料。
对比例1
一种提高植物类胡萝卜素生物利用率的加工方法，具体如下：
选取植物原料枸杞粉6.65kg，将6.65kg枸杞粉、0.35kg脂肪酶和13kg水加入搅拌罐，在55℃下，以120r/min转速搅拌混合，酶解40min，再通入蒸汽进行灭酶，得到类胡萝卜素单体原料。
对比例2
一种提高植物类胡萝卜素生物利用率的加工方法，具体如下：
选取植物原料脱糖枸杞粉5.85kg，向脱糖枸杞粉中加入0.15kg脂肪酶和4kg水后，得混合物，将混合物放入和面搅拌机中，以30r/min转速搅拌混合，酶解200min，再通入蒸汽进行灭酶，得到类胡萝卜素单体原料。
对比例3
一种提高植物类胡萝卜素生物利用率的加工方法，具体如下：
选取植物原料万寿菊粉5.85kg，向万寿菊粉中加入0.15kg脂肪酶和4kg水后，得混合物，将混合物放入和面搅拌机中，以30r/min转速搅拌混合，酶解200min，再通入蒸汽进行灭酶，得到类胡萝卜素单体原料。
试验例
在相同条件下，分析实施例1-3与对比例1-3中得到的类胡萝卜素单体原料中玉米黄素和叶黄素的重量，以及玉米黄素和叶黄素在总类胡萝卜素中的占比(其中，总类胡萝卜素包括玉米黄素、叶黄素、玉米黄素单酯或双酯、叶黄素单酯或双酯、β-隐黄素、β隐黄素单酯、β-胡萝卜素、α-胡萝卜素等)，具体分析结果如表1所示，具体的分析方法如下：分别对实施例1-3与对比例1-3中的原料进行有机溶剂提取后，采用反相高效液相色谱，外标法定量检测，分别求得每100g样品中各个类胡萝卜素质量，每100g样品中总类胡萝卜素含量等于所有类胡萝卜素的总质量。上述样品处理方法和检测方法参照文献：陈敏，李赫，马文平，戴蕴青.反相高效液相色谱法测定枸杞中类胡萝卜素及酯类化合物[J].分析化学，2006(S1):27-30。
表1实施例1-3与对比例1-3中得到的类胡萝卜素单体原料中玉米黄素和叶黄素的重量以及两者总和在类胡萝卜素中的占比结果
枸杞中的类胡萝卜素主要是以玉米黄素双脂肪酸酯形式存在，万寿菊中的类胡萝卜素主要以叶黄素双脂肪酸酯形式存在，天然的成熟原料中玉米黄素与叶黄素单体不足总类胡萝卜素的5％。通过表1分析结果可以发现，本发明的加工方法可以大比例提高玉米黄素、叶黄素单体的含量及单体在总类胡萝卜素中的占比。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种提高植物类胡萝卜素生物利用率的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)选取植物原料，向所述植物原料中加入脂肪酶和水，搅拌混合，得到混合物料；
(2)通过喂料机将步骤(1)中所得的混合物料均匀地加入到螺杆挤压机内；
(3)通过步骤(2)中的螺杆挤压机将所述混合物料依次进行送料包埋，剪切挤压，灭酶，然后在低速下挤出酶解后的高比例类胡萝卜素单体原料。
2.根据权利要求1所述的一种提高植物类胡萝卜素生物利用率的加工方法，其特征在于，所述步骤(1)中植物原料中含有玉米黄素双酯、玉米黄素单酯、叶黄素双酯、叶黄素单酯、β-隐黄素单酯中的一种或者几种。
3.根据权利要求2所述的一种提高植物类胡萝卜素生物利用率的加工方法，其特征在于，所述植物原料为枸杞、万寿菊、脱油或者脱糖后的枸杞或万寿菊的料渣和以枸杞或者万寿菊为主要原料的复合型植物粉末中的任一种。
4.根据权利要求1所述的一种提高植物类胡萝卜素生物利用率的加工方法，其特征在于，所述步骤(1)中脂肪酶的添加量为1.25-3.5％，其源自黑曲霉。
5.根据权利要求1所述的一种提高植物类胡萝卜素生物利用率的加工方法，其特征在于，所述步骤(1)中混合物料的总水分含量为30-45％。
6.根据权利要求1所述的一种提高植物类胡萝卜素生物利用率的加工方法，其特征在于，所述步骤(2)中的螺杆挤压机为双螺杆挤压机。
7.根据权利要求1所述的一种提高植物类胡萝卜素生物利用率的加工方法，其特征在于，所述步骤(3)中混合物料送料包埋的温度为30-50℃；剪切挤压的温度为45-60℃；灭酶的温度为85-98℃。
8.根据权利要求1所述的一种提高植物类胡萝卜素生物利用率的加工方法，其特征在于，所述步骤(3)中低速挤出的转速为1-5r/min。
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