CN1270637C - 高活性苜蓿膳食纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高活性苜蓿膳食纤维的制备方法，该工艺利用挤压蒸煮技术和超微粉碎技术对苜蓿膳食纤维进行改性处理，特别是将双螺杆挤压机的螺杆结构由现有技术中的喂料段、熔融段、均化段和挤出段的四段分布结构，改变为喂料段、熔融段、一次挤出段、均化段、二次挤出段、反向阻滞段的六段分布结构，该技术的应用可获得高生理活性的苜蓿膳食纤维，还可提高双螺杆挤压机的工艺稳定性。本发明技术的研制成功将改变我国膳食纤维制备工艺的落后现状，使只能作为无能量填充剂的膳食纤维变为具有较好生理活性的功能基料(生理活性物质)，大大缩短了我国与国外先进水平的差距，对提高苜蓿深加工产品的科技含量和经济附加值，拓宽其应用新领域具有十分重要的意义。

Description

高活性苜蓿膳食纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及高活性苜蓿膳食纤维的制备方法。

背景技术

膳食纤维是不为人体消化吸收的多糖类碳水化合物与木质素的总成，按照其溶解性可分为水溶性膳食纤维和水不溶性纤维。经过大量事实研究证明：膳食纤维有较强的迟油、持水能力、增容作用和诱导微生物的作用，能螯合消化道中的胆固醇、重金属的有毒物质，减少致癌物的产生并促进肠蠕动，利于粪便排出，对人体有极其重要的生理功能，被成为“第七大营养素”。

迄今为止，关于膳食纤维化学组成、物化性质与生理功能之间的相互关系还不清楚，但是已明确了膳食纤维通过所含的不溶性成分作用于肠道产生机械蠕动效果、可溶性成分发挥代谢功能而产生对人体的保健功能，因此，膳食纤维中可溶性成分的组成比例是影响膳食纤维生理功能的一个重要因素，即天然纤维中的水溶性成分含量越高，膳食纤维的生理活性就越高，而未改性膳食纤维中的水溶性成分含量非常低，如未改性苜蓿膳食纤维中的水溶性成分只占3.8％，显然是太低了。

现有技术中，膳食纤维制备一般都采用化学方法和生物酶法，其中化学处理法由于其强烈的溶剂处理，导致几乎100％的水溶性纤维、50％-60％的半纤维素和10％-30％的纤维素被损失掉，而生物酶处理法由于采用水洗离心，导致水溶性纤维含量非常低，因此，上述两种方法所制得的膳食纤维生理活性低，只能作为一般的无能量填充剂，无法提升膳食纤维的价值。

挤压蒸煮技术是现代食品工程的高新技术之一，挤压机是挤压加工技术的关键，它集输送、混合、加热和加压等多种单元操作于一体，在极短时间内实现蛋白质、淀粉或纤维素等聚合物的直接或间接物质转化，且高纤维物料经挤压处理后，还可改良色泽与风味，钝化能引起不良风味的分解酶，使挤压后产品的稳定性与风味得以明显提高。大量研究结果表明，挤压技术是提高膳食纤维生理功能的有效手段之一。目前，我国已成功利用双螺杆挤压技术成功开发了高活性甘蔗纤维、米糠纤维和甜菜纤维，但尚无高活性苜蓿纤维的开发与生产。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种采用挤压蒸煮技术和超微粉碎技术，获得具有较好生理活性、良好色泽和风味的苜蓿膳食纤维的高活性苜蓿膳食纤维的制备方法。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种高活性苜蓿膳食纤维的制备方法，其工艺过程为：

a.苜蓿叶渣制备：将鲜嫩苜蓿茎叶粉碎，打浆，压榨后得苜蓿叶渣；

b.苜蓿叶渣前处理：将上述苜蓿叶渣经过浸泡漂洗，脱除草味，二次漂洗，漂白脱色，细化均质，脱水干燥后获得含水量为6％～8％的纤维；

c.活化处理：将上述纤维放入双螺杆二次挤压机中进行活化处理，控制进料量保持在30kg/h恒定不变，进水量在30％～60％范围内变化，螺杆转速在220～280r/min范围内变化；

d.超微粉碎：利用空气动力与超高速气流碰撞粉碎方法获得粒径为2～4微米、细度为1300～1500目的高活性苜蓿膳食纤维；

上述浸泡漂洗是指将压榨后的苜蓿叶渣放在36-40℃的水中浸泡1.5～2小时，控制叶渣浓度在12～20％范围内；

上述脱除草味是指将浸泡漂洗后的苜蓿叶渣在浓度为0.5％～2％的氢氧化钠中蒸煮20～40分钟；

上述氢氧化钠可用氢氧化钾、氢氧化钙或碳酸氢钠替换；

上述漂白脱色是指将脱除草味的苜蓿纤维在质量分数为40％的次氯酸钠溶液中处理40～60分钟，控制温度为38～42℃，次氯酸钠溶液的用量为纤维的1～1.3倍，此过程处理两到三次；

上述细化均质过程是采用高速超剪切均化方法；

所述的双螺杆二次挤压机，包括套筒及与套筒相连的模头，一对带有反向螺杆的同向啮合组合螺杆安装在套筒内部，上述组合螺杆按照挤压过程的功能划分为喂料段、熔融段、一次挤出段、均化段、二次挤出段和反向阻滞段；

所述的超微粉碎是在超高速气流粉碎机中进行。

本发明正是采用挤压蒸煮技术和超微粉碎技术对苜蓿膳食纤维进行改性处理：1.利用双螺杆二次挤压机在极短时间内实现纤维素等聚合物的化学动态转化，使部分不溶性纤维发生熔融或氢键断裂，转变成水溶性聚合物，从而提高膳食纤维的生理活性；2.采用空气动力与超高速气流碰撞粉碎方法，利用超微粉碎机将经过活化处理后的膳食纤维进行粒径2～4um、细度1300～1500目的微粉体，使膳食纤维微粉体具有巨大的比表面积和巨大的空隙率，而且还具有巨大的表面能(由机械能转换并蓄存其中)，这给膳食纤维带来了高溶解性、多方面的活性、很强的吸附性、爆炸性、流动性等物理、化学方面的新特性，使其成为真正的高活性苜蓿膳食纤维。

本发明最大的特点在于利用一种改进的挤压设备—双螺杆二次挤压机实现苜蓿膳食纤维的改性，主要是由于现有技术中双螺杆挤压机用于苜蓿膳食纤维的改性时，由于高温挤压作用，使得料筒内有蒸汽产生，这种蒸汽的存在将会导致其工艺特性、产量和产品质量的无序波动，从而极大地影响了挤压工艺的稳定性，给挤压机操作和控制带来困难。因此，本发明重新调整了挤压机机筒内部的螺杆结构，在螺杆中间插入挤出螺旋段，使螺杆在挤压过程中的功能分布由现有技术中的喂料段、熔融段、均化段和挤出段的四段分布结构，改变为喂料段、熔融段、一次挤出段、均化段、二次挤出段、反向阻滞段的六段分布结构。这种螺杆结构的改变，使得物料随着螺杆长径比的增大而延长了在机筒内的停留时间，物料所吸收的机筒壁传递的热量及物料受摩擦、剪切作用产生热量增多，压力增大，物料的熔融程度得以提高，从而改善了物料的熔融特性，并改变了物料的生化反应条件(如停留时间及其分布，生化反应速率和温度分布的变化)；且料筒内部压力超过挤压温度下的饱和蒸汽压(含有一定水分的物料在挤压机套筒内受到螺杆的推动作用和卸料模具及套筒内反向螺杆的反向阻滞作用，另外还受到来自于外部的加热和物料与螺杆和套筒的内部磨擦热的加热作用，此综合作用的结果使物料处于7～9Mpa的高压和180～200℃的高温状态下，如此高的压力超过了挤压温度下的饱和蒸汽压，所以在挤压机套筒内的物料中的水分不会沸腾蒸发)，使得高温挤压中的蒸汽产生得以控制，从而提高了双螺杆挤压机的工艺稳定性。

采用本发明的双螺杆二次挤压机活化后的苜蓿膳食纤维，经检测，其水溶性膳食纤维由原来的3.8％提高到11.4％-12.8％，纤维干基总得率达78.62％。同其他技术相比，本发明的指标也得到大幅度提高，详见表一。

表一：本发明工艺与其他工艺效果比较

工艺方法	纤维干基总得率	不溶性纤维含量	可溶性纤维含量	持水力	膨胀力
						化学方法	29.57％	25.75％	3.82％	250％	2.7ml
生物酶法	71.58％	63.49％	8.69％	580％	5.9ml
						本发明	78.62％	65.78％	12.84％	800％	9.3ml

本发明技术的研制成功将改变我国膳食纤维制备工艺的落后现状，使只能作为无能量填充剂的膳食纤维变为具有较好生理活性的功能基料(生理活性物质)，大大缩短了我国与国外先进水平的差距，对提高苜蓿深加工产品的科技含量和经济附加值，拓宽其应用新领域具有十分重要的意义。

附图说明

图1为本发明所用的双螺杆二次挤压机的结构示意简图。

具体实施方式

1.苜蓿叶渣制备

选取鲜嫩紫花苜蓿茎叶，用粉碎机粗粉碎至粒径2～4mm后，加适量水打浆三遍，然后通过螺旋压榨机组压榨分离出苜蓿叶渣，其中含有75％以上的总膳食纤维含量，基本成份是纤维，包括纤维素、半纤维素和木质素等。

2.苜蓿叶渣前处理

浸泡漂洗：鲜茎叶经压榨分离后，叶渣首先要进行浸泡漂洗以软化纤维，同时洗去叶渣表面上的残留可溶性杂质，控制叶渣浓度在12～20％范围内，温度和时间要求控制仔细，水温36～40℃，时间1.5～2h为宜。

脱除草味：采用加碱蒸煮法脱除苜蓿草味，本发明选用氢氧化钠为除味剂，氢氧化钠浓度控制在0.5～2％范围内，时间20～40min。不同的碱对碱浓度与蒸煮时间要求不同，可采用的碱品种很多，如氢氧化钾、氢氧化钙，碳酸氢钠等。

二次漂洗：碱处理后要进行二次漂洗，以洗去附着在纤维表面的少量残留碱，避免对后道工序带来影响。

漂白脱色：采用质量分数为40％的次氯酸钠溶液为脱色剂处理40～60分钟，控制温度为38～42℃，次氯酸钠(NaClO)的用量为纤维的1～1.3倍，一般需重复脱色两到三次，经漂洗得浅色叶渣。

细化均质、脱水干燥：将上述处理后的叶渣用高速超剪切均质机细化至粒度为17～20um，通过离心脱水、热风干燥至含水6～8％左右的纤维。

3.活化处理

将上述纤维送入双螺杆二次挤压机的喂料口中，保持螺杆转速220～280r/min，进水量(相对于固体物料进料量)为30％～60％，进料量30kg/h恒定不变。挤压蒸煮后物料经模头挤出，压力骤降为常压，物料中的水分瞬间闪蒸而散发，温度降至80℃左右，导致物料表面呈现多孔蜂窝状结构，纤维料经挤压后凝结成条状物。

4.超微粉碎

活化后的膳食纤维，经热风干燥处理后，用超高速气流粉碎机粉碎即获得粒径2～4um，细度1300～1500目的高活性苜蓿膳食纤维(HAFA)。

经检测，通过本发明所获得的高活性苜蓿膳食纤维(HAFA)，外观呈浅色，其纤维干基总得率为78.62％，总膳食纤维含量(湿基)为73.62％，其中水溶性纤维12.8％，半纤维素17.32％，纤维素34.64％，木质素8.86％。

本发明所用的双螺杆二次挤压机，具体结构为：该挤压机包括套筒1及与套筒1相连的模头2，所述套筒1内安装有一对同向啮合组合螺杆3，该组合螺杆3按照挤压过程划分为喂料段3-1、熔融段3-2、一次挤出段3-3、均化段3-4、二次挤出段3-5和反向阻滞段3-6。组合螺杆3的两端分别为反向阻滞段3-6(反向螺杆)和螺杆芯轴3-7，反向阻滞段3-6对应于模头2，螺杆芯轴3-7则由电动机带动旋转。

本实用新型双螺杆二次挤压机的动力结构、其他辅助性结构等均同现有技术中的双螺杆挤压机一样。

Claims (5)

1.一种高活性苜蓿膳食纤维的制备方法，其工艺过程为：

a)苜蓿叶渣制备：将鲜嫩苜蓿茎叶粉碎，打浆，压榨后得苜蓿叶渣；

b)苜蓿叶渣前处理：将上述苜蓿叶渣经过浸泡漂洗，脱除草味，二次漂洗，漂白脱色，用高剪切均质机均质，脱水干燥后获得含水量为6％～8％的纤维；

c)活化处理：将上述纤维放入双螺杆二次挤压机中进行活化处理，上述双螺杆二次挤压机包括套筒(1)及与套筒(1)相连的模头(2)，一对带有反向螺杆的同向啮合组合螺杆(3)安装在套筒(1)内部，上述组合螺杆(3)按照挤压过程的功能划分为喂料段(3-1)、熔融段(3-2)、一次挤出段(3-3)、均化段(3-4)、二次挤出段(3-5)和反向阻滞段(3-6)，控制进料量保持在30kg/h恒定不变，进水量在30％～60％范围内变化，螺杆转速在220～280r/min范围内变化；

d)超微粉碎：利用超高速气流粉碎机获得粒径为2～4微米、细度为1300～1500目的高活性苜蓿膳食纤维。

2.按照权利要求1所述的高活性苜蓿膳食纤维的制备方法，其特征在于上述浸泡漂洗是指将压榨后的苜蓿叶渣放在36-40℃的水中浸泡1.5～2小时，控制叶渣浓度在12～20％范围内。

3.按照权利要求1所述的高活性苜蓿膳食纤维的制备方法，其特征在于上述脱除草味是指将浸泡漂洗后的苜蓿叶渣在浓度为0.5％～2％的氢氧化钠中蒸煮20～40分钟。

4.按照权利要求3所述的高活性苜蓿膳食纤维的制备方法，其特征在于上述氢氧化钠可用氢氧化钾、氢氧化钙或碳酸氢钠替换。

5.按照权利要求1所述的高活性苜蓿膳食纤维的制备方法，其特征在于上述漂白脱色是指将脱除草味的苜蓿纤维在质量分数为40％的次氯酸钠溶液中处理40～60分钟，控制温度为38～42℃，次氯酸钠溶液的用量为纤维的1～1.3倍。

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