CN115721005A - 一种基于挤出加工耦合酶处理的食用微藻破壁方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于挤出加工耦合酶处理的食用微藻破壁方法及其应用，所述破壁方法通过酶处理对食用微藻的细胞壁进行一定程度破坏，并调节食用微藻水分含量至20％‑40％，耦合挤出加工过程中限定的温度场、压力场和剪切力场等物理作用力胁迫破坏食用微藻的细胞壁，从而实现食用微藻的连续化破壁；本发明所提供的食用微藻破壁方法适用于食用微藻片剂开发、功能活性组分提取等食品加工领域，能够实现食用微藻的高值化综合利用；由本发明所提供的破壁方法所得的食用微藻的破壁率高于90％，破壁方法步骤简便，易于操作，反应条件可控，并且对水资源需求量低，降低后期食用微藻产品干燥过程的能耗，节约破壁使用食用微藻的生产成本。
Description
技术领域
本发明属于微藻破壁技术领域，具体涉及一种基于挤出加工耦合酶处理的食用微藻破壁方法及其应用。
背景技术
食用微藻包括螺旋藻、蛋白核小球藻、裂殖壶藻、雨生红球藻、球状念珠藻、微拟球藻、裸藻、杜氏盐藻等，含有丰富的碳水化合物、蛋白质、油脂和色素等活性组分，具有十分良好的抗肿瘤、抗炎、抗衰老和免疫调节等生理活性，已被《中华人民共和国食品安全法》和《新资源食品管理办法》批准为新资源食品。因此，这些食用微藻的产品加工、活性提取与高附加值制品开发成为新资源食品高值化利用的研究热点。然而，大部分食用微藻的细胞壁较厚且坚硬，在日常食品加工过程中很难被破坏，致使食用微藻在人体内不被消化，继而抑制营养组分在体内的有效释放与吸收，限制食用微藻营养价值的有效发挥；此外，细胞壁的完整性抑制了食用微藻功能组分在提取过程的有效释放，降低功能活性成分的提取率，继而阻碍食用微藻的高值化综合利用。因此，从食用微藻营养功能有效发挥及高附加值产品开发的双重角度出发，食用微藻的高效破壁成为食用微藻加工领域所关注的重要研究课题。
目前，食用微藻的破壁方法主要包括均质等机械匀浆法、交替冻融法、超声波破碎法、酶解法和研磨法等；其中，机械匀浆法、交替冻融法、超声波破碎法和酶解法等以大量水资源为反应介质，水资源需要量大、成本高，且大量水分的存在导致微藻在后期干燥过程中能耗极大，不利于食用微藻加工业的可持续发展；研磨法对水资源的需求量低，但其破壁耗时长、效率低、连续化生产程度低，不利于食用微藻的大规模生产。寻求一种水资源依赖程度低、整体能耗低、连续化生产程度高的食用微藻破壁方法成为国内外食用微藻产品及其高附加值制品规模化生产亟待解决的关键问题。
公开号为CN104480013A的专利文献公开了一种雨生红球藻细胞破壁方法，通过把雨生红球藻细胞冷冻，除去细胞壁表面上的绒毛，然后用纳米破碎技术，把冰晶化的雨生红球藻细胞破碎成纳米级颗粒，从而完成细胞破壁；公开号为CN109536387A的专利文献公开了一种藻细胞机械破壁方法，采用三次破壁的形式进行逐步破壁，使得藻细胞破壁更加均匀；但这两种方法在使用时均需要较多水资源将微藻配置成溶液来进行，整体过程对水的需求量大，不利于水资源的节约，并且在后期食用微藻产品干燥过程中由于水分含量大，导致所需能耗较高，不利于可持续发展。
发明内容
针对目前食用微藻破壁连续化程度低、整体水资源及能耗高的问题，本发明提供一种水资源需求量低、整体能耗低的食用微藻连续化破壁方法，通过酶法耦合挤出加工连续化破坏食用微藻细胞壁，实现破壁食用微藻的连续化高效生产。
本发明的技术方案如下：
本发明的目的之一在于一种基于挤出加工耦合酶处理的食用微藻破壁方法，通过酶处理对食用微藻的细胞壁进行破坏，并调节食用微藻水分含量，耦合挤出加工过程中的物理作用力胁迫破坏食用微藻的细胞壁。
进一步的，所述制备方法具体如下：
S1、控制水分含量，按照总酶活比例将纤维素酶、果胶酶和葡聚糖酶中的一种或多种配置成酶液；
S2、将酶液与食用微藻粉末混匀；
S3、以双螺杆挤出机为反应器，通过调控挤出套筒温度以控制加工温度，并且调节螺杆转速对食用微藻进行挤出加工，于热风干燥箱干燥后得到破壁的食用微藻。
进一步的，所述S1中水分含量指食用微藻与酶液混合后的水分含量，水分含量为20％-40％，优选地，水分含量为25％-35％。
进一步的，所述S1中总酶活比例为100-10000U/g食用微藻，优选地，总酶活为2000-7000U/g食用微藻。
进一步的，所述S2中食用微藻为蛋白核小球藻、裂殖壶藻、雨生红球藻、球状念珠藻、微拟球藻、裸藻、杜氏盐藻等《中华人民共和国食品安全法》和《新资源食品管理办法》批准的新资源食品。
进一步的，所述S3中双螺杆挤出机的挤出套筒温度为20-120℃。
进一步的，所述挤出套筒温度分为高温区和低温区，所述低温区温度为20-60℃，优选地，温度为45-55℃；所述高温区温度为80-120℃，优选地，温度为90-110℃。
进一步的，所述S3中食用微藻依次经过低温区和高温区的挤出加工处理。
进一步的，所述S3中双螺杆挤出机的螺杆转速为100-500r/min，优选地，螺杆转速为200-400r/min。
进一步的，所述S3中热风干燥箱的干燥温度为40-60℃，干燥时间为6-12h。
本发明的目的之二在于提供一种基于挤出加工耦合酶处理的食用微藻破壁方法的应用，所述破壁方法用于食用微藻片剂开发、功能活性组分提取的食品加工相较于现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明所提供的食用微藻破壁方法涉及的加工手段对水资源需求量低，不同于常规破壁方法中需要大量的水将微藻配置成溶液来进行，优化了水资源的利用；同时，食用微藻的低水分含量使用降低了后期食用微藻产品干燥过程的能耗，节约了破壁使用食用微藻的生产成本。
2、本发明所提供的食用微藻破壁方法可以实现从投入藻粉到获得破壁食用微藻的连续化生产，由此方法所得的食用微藻破壁率高于90％，破壁效果较好，能够有效发挥食用微藻的营养价值，实现食用微藻的高值化综合利用。
3、本发明所提供的食用微藻破壁方法步骤简便、易于操作、反应条件可控，能够广泛应用于各种食用微藻的破壁加工过程；同时，此方法所采用清洁绿色生产工艺，对环境基本无污染，有利于可持续发展，并且能够节约破壁使用食用微藻的生产成本。
具体实施方式
下面结合较佳实施例对本发明做进一步的说明，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到；
以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，结果取平均值；
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；
下述实施例中双螺杆挤出机采用南京杰亚建造的SHJ 20同向平行双螺杆挤出机；
实施例1
本实施例提供一种基于挤出加工耦合酶处理的食用微藻破壁方法，具体包括如下步骤：
S1、控制水分含量，按照总酶活比例将纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶和葡聚糖酶配置成酶液；
S2、将酶液与蛋白核小球藻粉混合均匀，使蛋白核小球藻粉的水分含量为35％，维素酶、半纤维素酶、果胶酶和葡聚糖酶均为2500U/g蛋白核小球藻粉；
S3、以双螺杆挤出机为反应器，对蛋白核小球藻粉进行挤出加工，挤出机的挤出套筒共有2个可控温区，低温区温度设定为50℃，高温区温度设定为100℃，螺杆转速设定为200r/min，然后将所得的产品置于40℃热风干燥箱中干燥12h。
取适量干燥后的破壁蛋白核小球藻分散于蒸馏水，利用显微镜和血球计数板观察破壁前后形态完整的蛋白核小球藻数目，计算得到蛋白核小球藻的破壁率为93.8％。
实施例2
本实施例提供一种基于挤出加工耦合酶处理的食用微藻破壁方法，具体包括如下步骤：
S1、控制水分含量，按照总酶活比例将纤维素酶和半纤维素酶配置成酶液；
S2、将酶液与蛋白核小球藻粉混合均匀，使蛋白核小球藻粉的水分含量为20％，维素酶和半纤维素酶的添加量分别为1000U/g和5000U/g蛋白核小球藻粉；
S3、以双螺杆挤出机为反应器，对蛋白核小球藻粉进行挤出加工，挤出机的挤出套筒共有2个可控温区，低温区温度设定为40℃，高温区温度设定为100℃，螺杆转速设定为100r/min，然后将所得的产品置于45℃热风干燥箱中干燥10h。
取适量干燥后的破壁蛋白核小球藻分散于蒸馏水，利用显微镜和血球计数板观察破壁前后形态完整的蛋白核小球藻数目，计算得到蛋白核小球藻的破壁率为91.8％。
实施例3
本实施例提供一种基于挤出加工耦合酶处理的食用微藻破壁方法，具体包括如下步骤：
S1、控制水分含量，按照总酶活比例将纤维素酶、果胶酶和葡聚糖酶配置成酶液；
S2、将酶液与雨生红球藻粉混合均匀，使雨生红球藻粉的水分含量为40％，维素酶和半纤维素酶的添加量分别为100U/g、500U/g和1000U/g雨生红球藻粉；
S3、以双螺杆挤出机为反应器，对雨生红球藻粉进行挤出加工，挤出机的挤出套筒共有2个可控温区，低温区温度设定为60℃，高温区温度设定为110℃，螺杆转速设定为500r/min，然后将所得的产品置于50℃热风干燥箱中干燥10h。
取适量干燥后的破壁雨生红球藻分散于蒸馏水，利用显微镜和血球计数板观察破壁前后形态完整的雨生红球藻数目，计算得到雨生红球藻的破壁率为93.1％。
实施例4
本实施例提供一种基于挤出加工耦合酶处理的食用微藻破壁方法，具体包括如下步骤：
S1、控制水分含量，按照总酶活比例将纤维素酶和葡聚糖酶配置成酶液；
S2、将酶液与微拟球藻粉混合均匀，使微拟球藻粉的水分含量为30％，维素酶和葡聚糖酶的添加量均为50U/g微拟球藻粉；
S3、以双螺杆挤出机为反应器，对微拟球藻粉进行挤出加工，挤出机的挤出套筒共有2个可控温区，低温区温度设定为50℃，高温区温度设定为100℃，螺杆转速设定为300r/min，然后将所得的产品置于55℃热风干燥箱中干燥8h。
取适量干燥后的破壁微拟球藻分散于蒸馏水，利用显微镜和血球计数板观察破壁前后形态完整的微拟球藻数目，计算得到微拟球藻的破壁率为90.6％。
实施例5
本实施例提供一种基于挤出加工耦合酶处理的食用微藻破壁方法，具体包括如下步骤：
S1、控制水分含量，按照总酶活比例将半纤维素酶和果胶酶配置成酶液；
S2、将酶液与微拟球藻粉混合均匀，使微拟球藻粉的水分含量为35％，半纤维素酶和果胶酶的添加量分别为1000和2000U/g微拟球藻粉；
S3、以双螺杆挤出机为反应器，对微拟球藻粉进行挤出加工，挤出机的挤出套筒共有2个可控温区，低温区温度设定为45℃，高温区温度设定为100℃，螺杆转速设定为400r/min，然后将所得的产品置于60℃热风干燥箱中干燥6h。
取适量干燥后的破壁微拟球藻分散于蒸馏水，利用显微镜和血球计数板观察破壁前后形态完整的微拟球藻数目，计算得到微拟球藻的破壁率为94.2％。
对比实施例
利用氯仿-甲醇提取法、(NH4)2SO4盐析法和热水浸提法分别提取经实施例5破壁微拟球藻的油脂、蛋白质和多糖，以未破壁处理的微拟球藻为空白对照，并与经交替冻融法处理的微拟球藻作对比。
本发明中破壁微拟球藻的油脂、蛋白质和多糖的提取得率分别为25.6％、33.8％和5.9％，显著高于对比实施例中空白对照的油脂(8.3％)、蛋白质(10.2％)及多糖(1.8％)的提取得率，也显著高于经交替冻融法处理的微拟球藻的油脂(13.1％)、蛋白质(19.8％)及多糖(2.6％)的提取得率。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于挤出加工耦合酶处理的食用微藻破壁方法，其特征在于：通过酶处理对食用微藻的细胞壁进行破坏，并调节食用微藻水分含量，耦合挤出加工过程中的物理作用力胁迫破坏食用微藻的细胞壁。
2.如权利要求1所述的一种基于挤出加工耦合酶处理的食用微藻破壁方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、控制水分含量，按照总酶活比例将纤维素酶、果胶酶和葡聚糖酶中的一种或多种配置成酶液；
S2、将酶液与食用微藻粉末混匀；
S3、以双螺杆挤出机为反应器，通过调控挤出套筒温度以控制加工温度，并且调节螺杆转速对食用微藻进行挤出加工，于热风干燥箱干燥后得到破壁的食用微藻。
3.如权利要求2所述的一种基于挤出加工耦合酶处理的食用微藻破壁方法，其特征在于，所述S1中水分含量指食用微藻与酶液混合后的水分含量，含量为20％-40％。
4.如权利要求2所述的一种基于挤出加工耦合酶处理的食用微藻破壁方法，其特征在于，所述S1中总酶活比例为100-10000U/g食用微藻。
5.如权利要求2所述的一种基于挤出加工耦合酶处理的食用微藻破壁方法，其特征在于，所述S3中双螺杆挤出机的挤出套筒温度为20-120℃。
6.如权利要求5所述的一种基于挤出加工耦合酶处理的食用微藻破壁方法，其特征在于，所述挤出套筒温度分为低温区和高温区，所述低温区温度为20-60℃，所述高温区温度为80-120℃。
7.如权利要求2所述的一种基于挤出加工耦合酶处理的食用微藻破壁方法，其特征在于，所述S3中食用微藻依次经过低温区和高温区的挤出加工处理。
8.如权利要求2所述的一种基于挤出加工耦合酶处理的食用微藻破壁方法，其特征在于，所述S3中双螺杆挤出机的螺杆转速为100-500r/min。
9.如权利要求2所述的一种基于挤出加工耦合酶处理的食用微藻破壁方法，其特征在于，所述S3中热风干燥箱的干燥温度为40-60℃，干燥时间为6-12h。
10.一种基于挤出加工耦合酶处理的食用微藻破壁方法的应用，其特征在于，所述破壁方法用于食用微藻片剂开发、功能活性组分提取的食品加工。
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| CN101775376A (zh) * | 2010-02-02 | 2010-07-14 | 福建新日鲜集团有限公司 | 一种复合竹笋破壁酶和竹笋膳食纤维的制备方法 |
| CN105250351A (zh) * | 2015-10-10 | 2016-01-20 | 合肥工业大学 | 一种绞股蓝提取液的挤压破壁酶法提取工艺 |
| CN111748478A (zh) * | 2020-06-28 | 2020-10-09 | 深圳大学 | 一种微藻破壁加工方法及其应用 |
-
2022
- 2022-11-21 CN CN202211454526.8A patent/CN115721005A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101775376A (zh) * | 2010-02-02 | 2010-07-14 | 福建新日鲜集团有限公司 | 一种复合竹笋破壁酶和竹笋膳食纤维的制备方法 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 谢晓敏，等: "《微藻生物柴油全生命周期‘2E&W’分析》", vol. 1, 上海交通大学出版社, pages: 67 * |
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