CN116349825A - 一种水分散谷物麸皮膳食纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及食品加工技术领域，公开了一种水分散谷物麸皮膳食纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)预处理；(2)超微粉碎处理；(3)分子包裹处理；(4)喷雾干燥。本发明公开了一种将来自谷物麸皮的不可溶膳食纤维转化为可在水溶液中均匀分散的膳食纤维的方法，先通过超微粉碎技术将谷物麸皮加工成微米级膳食纤维颗粒，再通过分子包裹技术在微米级膳食纤维表面包裹一层水溶性大分子，从而使所制得的谷物麸皮膳食纤维颗粒可在水溶液中稳定均匀分散，不发生分层、沉淀，并且富含膳食纤维、氨基酸、维生素、矿物质等营养，口感细腻，可广泛用做饮料食品生产原料或直接食用。
Description
技术领域
本发明涉及食品加工技术领域，具体涉及一种水分散谷物麸皮膳食纤维的制备方法。
背景技术
目前膳食纤维为植物性食物中含有的不能被人体小肠消化吸收的，在大肠中可全部或部分发酵的对人体有健康意义的碳水化合物。膳食纤维具有降血糖血脂、改善肠道菌群结构、缓解便秘、利于减肥、预防冠心病以及预防结肠癌等多种生理功能，被现代营养学列为人体必需的“第七大营养素”。
按照在水中的溶解性分类，膳食纤维通常分为可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维。可溶性膳食纤维可在水中溶解，吸水膨胀，形成胶状体，并且可以被大肠中微生物酵解，形成短链脂肪酸等物质，有助于维持肠道健康、降低血脂、血糖，还有益于体重控制和预防结肠癌等疾病。可溶性膳食纤维包括果胶、树胶、甲壳素、抗性糊精、菊糖、β-葡聚糖、低聚糖等，主要来源于燕麦、大麦、豆类、苹果、柑橘类水果等食物，海带、魔芋中也含有大量可溶性膳食纤维。不溶性膳食纤维不溶于水，不能被大肠中微生物酵解，主要对食物在肠胃运行和停留的时间、排便过程等有很大的影响，可以促进肠道蠕动，增加粪便体积和软度，缓解便秘，还可以降低结肠癌的患病风险。不溶性膳食纤维主要来自植物细胞壁的组成成分，包括纤维素、半纤维素和木质素等，主要存在于粗粮、谷物类麸皮、豆类、根茎类蔬菜、果皮等食物中。虽然可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维的功能存在一定差异，但都是维持人体健康所必需，推荐可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维的适宜摄入比例为1:2～1:3。
麦麸、米糠、玉米皮等谷物类麸皮是谷物加工中的副产品，含有丰富的膳食纤维，是重要的膳食纤维来源。近期，国外多项研究表明，谷物膳食纤维相对蔬菜、水果等食物来源的膳食纤维，具有更高的健康价值，提高谷物类膳食纤维的摄入量，可更有效降低心血管、直肠癌等疾病的患病风险。我国是粮食大国，每年单加工小麦产生的麦麸即可达2000万吨。谷类麸皮中除含有膳食纤维外，还含有丰富的矿物质、微量元素、氨基酸及植物化学物质，具有很高的营养价值。但是，由于谷类麸皮中的膳食纤维主要为不可溶性膳食纤维，并且含有很多粗纤维，食用口感差，导致多数麸皮被用作饲料，无法成为广泛食用的物料，即使掺加在面粉中制作高纤麸皮面包、饼干的食品，其加入量也是受到限制，造成了极大的浪费。随着市场对低糖、低热量、低脂肪、高纤维食品和饮料的需求不断升温，膳食纤维饮料是未来食品和饮料发展的必然趋势。膳食纤维类饮料中添加的主要是水溶性膳食纤维，包括抗性糊精、低聚异麦芽糖、果胶、葡聚糖和菊粉等，谷物膳食纤维主要为纤维素、半纤维素和木质素等不可溶性膳食纤维(大于90％)，加入到饮料中后很难溶解分散，成品呈现浓浆状、稠度高、悬浮物多，很容易产生分层、沉淀现象，不能满足饮料对溶解性、稳定性和口感的要求，所以在饮料中应用较少。为了改进谷物膳食纤维在饮料中的溶解性和稳定性，目前常用的方法包括：通过超微粉碎加工降低谷物膳食纤维颗粒的粒度；采用物理、化学或生物方法提高谷物膳食纤维中可溶性膳食纤维含量；或在饮料配方中添加乳化剂、增稠剂。中国专利CN103750147A中公开了一种谷物膳食纤维可溶性改进方法，通过联合应用乳酸菌发酵和超高压均质处理，可使谷物膳食纤维中可溶性膳食纤维含量提高(≥30％)，并使膳食纤维的粒度减小(＜40um)。中国专利CN103371309A公开了一种用于谷物膳食纤维饮料的乳化稳定剂，主要包括单甘脂、硬脂酰乳酸钠、卡拉胶、琼脂、三聚磷酸钠等成分，能有效抑制谷物膳食纤维饮料沉淀现象，防止出现因淀粉老化而导致的析水现象。中国专利CN101642205A公开了一种谷物膳食纤维的纳米加工及解团聚方法，通过综合运用超微粉碎、纳米粉碎、表面改性等工艺，解决了膳食纤维难以粉碎至纳米级的弱点，并改善了纳米膳食纤维易团聚的缺陷。表面改性所选用的表面活性剂为单甘脂、蔗糖酯或十二烷基硫酸钠，所选用分散剂为羧甲基纤维素或羧甲基纤维素钠。但是，目前改进谷物膳食纤维在饮料中的溶解性及稳定性的方法并不能满足饮料行业的要求。具体原因如下：(1)膳食纤维的持水力及在水中分散性不会一直随膳食纤维颗粒粒度的减小而提高，当膳食纤维粒度小于一定范围(如，小于200目)，膳食纤维的持水力及在水中的分散性反而会减小。(2)目前的物理、化学或生物方法处理只能将谷物膳食纤维中的小部分不可溶性膳食纤维转化为可溶性膳食纤维，对提升谷物膳食纤维的整体水溶性帮助不大。(3)通过添加乳化剂、增稠剂来提高膳食纤维饮料稳定性的方法，需要使用大量的食品添加剂，会增加生产成本，并带来一定的健康风险。
因此，如何有效利用谷物麸皮制备具有良好水溶性或分散性，可在饮料食品中广泛应用的谷物膳食纤维，并且制备工艺绿色、环保，生产成本低，可较好保持谷物麸皮营养和膳食纤维的健康功能，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种水分散谷物麸皮膳食纤维的制备方法。通过超微粉碎技术与分子包裹技术相结合，利用超微粉碎技术使谷物膳食纤维长度变短，纤维束变得蓬松，比表面积增大，然后通过分子包裹技术在纤维束表面，包裹一层水溶性大分子，利用水溶性大分子的亲水性、空间位阻以及静电排斥作用，阻止纤维束在水中相互接近及絮聚，提高膳食纤维颗粒在水中的分散性和稳定性，从而使所制得的谷物膳食纤维可在水中稳定均匀分散，可广泛应用于饮料食品生产。制备方法简单、绿色、高效，对麸皮的转化效率高，生产成本低，不破坏谷物膳食纤维的天然分子结构及功能，并且极大地保留了谷物麸皮中所富含的维生素、微量元素和氨基酸等营养成分。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种水分散谷物麸皮膳食纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预处理：对谷物麸皮进行筛理、除杂、粉碎，过20～60目筛，然后向谷物麸皮中加入饮用水，混合均匀，在50～60℃下孵育1-2小时；
(2)超微粉碎处理：向预处理后的谷物麸皮物料中加入饮用水，搅拌均匀，然后加入胶体磨进行研磨，研磨至膳食纤维颗粒粒径为20～50微米；
(3)分子包裹处理：向研磨后的膳食纤维物料中加入水溶性大分子，搅拌均匀成混合水悬液，所述水溶性大分子为植物源水溶性大分子或动物源水溶性大分子，将混合水悬液进行高压均质处理，使水溶性大分子与膳食纤维颗粒充分混合，并均匀吸附于纤维束表面；
(4)喷雾干燥：对分子包裹处理后的膳食纤维物料进行喷雾干燥，即可得到水分散谷物麸皮膳食纤维干粉。
进一步地；步骤(1)中所述谷物麸皮选自麦麸、米糠、玉米皮中的一种。
进一步地；步骤(1)中所述谷物麸皮与饮用水的质量为1∶1～3。
进一步地；步骤(2)中所述饮用水与谷物麸皮的质量为5～10∶1。
进一步地；步骤(3)中所述水溶性大分子与谷物麸皮的质量为0.1～0.5∶1。
进一步地；步骤(3)中所述水溶性大分子选自麦清蛋白、大豆蛋白、β-葡聚糖、果胶中的一种；所述动物源水溶性大分子选自乳清蛋白、酪蛋白酸钠中的一种。
进一步地；步骤(3)中所述高压均质处理，压力为20～60MPa，循环处理1～3次。
本发明的技术方案是：一种水分散谷物麸皮膳食纤维干粉在制备饮品中的应用，所述饮品为液体饮料、固体饮料或酸奶。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供了一种将不可溶膳食纤维转化为可在水溶液中稳定均匀分散膳食纤维的方法，较好地解决了现有技术中谷物膳食纤维在饮料中难溶解分散，易产生分层、沉淀等问题，并且无需添加乳化剂、稳定剂等食品添加剂，为谷物膳食纤维在饮料食品中的广泛应用提供了有效途径，也为谷物麸皮资源的高值化利用提供了新的解决方案。
(2)相较于现有技术：通过物理、化学或生物处理提高谷物膳食纤维中的可溶性膳食纤维含量，这些技术处理的谷物膳食纤维中可溶膳食纤维含量通常仅能达到10-30％左右，对原料的利用率很低，且操作过程较为复杂，成本很高，不能满足饮料食品生产需求。本发明的制备方法简单、绿色、高效，对麸皮的转化效率高，可将麸皮中的膳食纤维全部转化成水分散谷物膳食纤维，不产生废弃物，生产成本低，不破坏谷物膳食纤维的天然分子结构和功能，并且极大地保留了谷物麸皮中所富含的维生素、微量元素和氨基酸等营养成分，可广泛应用于饮料食品生产。
(3)本发明为在饮料食品中均衡提供可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维提供了解决方案，这两种类型膳食纤维在人体内的功能不同，都对健康有益，推荐可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维的最佳摄入比例为1∶2，在现有技术中饮料中只能添加单一的可溶性膳食纤维，不能满足同时提供两种类型膳食纤维的需求。本发明技术制备的水分散谷物麸皮膳食纤维(水溶性大分子包裹的谷物膳食纤维微米颗粒)，一方面可以像可溶性膳食纤维一样加入到饮料食品中，保持良好的分散性、稳定性和口感品质；另一方面又可以在人体内发挥不可溶膳食纤维的健康功能，并可按比例额外添加适当数量的可溶性膳食纤维。从而实现在饮料食品中均衡提供可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维的目的。
(4)本发明制备方法中加入的水溶性大分子，不同于现有饮料配方中通常添加的乳化稳定剂等食品添加剂，主要为植物或动物来源的水溶性蛋白、水溶性膳食纤维等天然营养成分，具有较高的健康价值，可作为饮料食品的辅助营养成分。
(5)本发明公开了一种将不可溶膳食纤维转化为可在水溶液中均匀分散的膳食纤维的方法，先通过超微粉碎技术将谷物麸皮加工成微米级膳食纤维颗粒，再通过分子包裹技术在微米级膳食纤维表面包裹一层水溶性大分子，从而使所制得的谷物麸皮膳食纤维颗粒可在水溶液中稳定均匀分散，不发生分层、沉淀，并且富含膳食纤维、氨基酸、维生素、矿物质等营养，口感细腻，可广泛用做饮料食品生产原料或直接食用。
附图说明
图1是实施例1不同处理产品的麦麸膳食纤维饮料的离心沉淀率图；
图2中A是实施例1步骤(2)得到的产品烘干后的扫描电镜图，B是实施例1的水分散谷物麸皮膳食纤维干粉的扫描电镜图；
图3是本发明技术原理示意图。
具体实施方式
实施例1：
一种水分散谷物麸皮膳食纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：选择小麦面粉加工中产出的新鲜麦麸，对麦麸进行筛理、除杂、粉碎，过40目筛，称取过40目筛的麦麸100g，加入200g饮用水，混合均匀，在55℃下孵育2小时，利用麦麸中的内源植酸酶去除其中的植酸；
(2)超微粉碎处理：向预处理后的麦麸物料中加入700g饮用水，搅拌均匀，然后加入胶体磨进行研磨，研磨至麦麸膳食纤维颗粒粒径约为30微米；
(3)分子包裹处理：向研磨后的麦麸膳食纤维物料中加入30g麦清蛋白，搅拌均匀成混合水悬液，将混合水悬液进行高压均质处理，压力为40MPa，循环处理2次进一步减小膳食纤维颗粒粒径，使麦清蛋白与膳食纤维颗粒充分混合，并均匀吸附于纤维束表面；
(4)喷雾干燥：对分子包裹处理后的物料进行喷雾干燥，即可得到水分散谷物麸皮膳食纤维干粉130g，扫描电镜图如图2B所示，从图2中可见，经过分子包裹处理的麦麸膳食纤维颗粒表面吸附了一层粘附层(麦清蛋白)，并且颗粒之间的分散程度更好。
实施例2：
一种水分散谷物麸皮膳食纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：选择大米加工中产出的新鲜米糠，对米糠进行筛理、除杂、粉碎，过40目筛，称取过40目筛的米糠100g，加入150g饮用水，混合均匀，在55℃下孵育2小时，利用米糠中的内源植酸酶去除其中的植酸；
(2)超微粉碎处理：向预处理后的米糠物料中加入700g饮用水，搅拌均匀，然后加入胶体磨进行研磨，研磨至米糠膳食纤维颗粒粒径约为30微米；
(3)分子包裹处理：向研磨后的米糠膳食纤维物料中加入300g麦清蛋白，搅拌均匀成混合水悬液，将混合水悬液进行高压均质处理，压力为40MPa，循环处理2次，进一步减小膳食纤维颗粒粒径，使麦清蛋白与膳食纤维颗粒充分混合，并均匀吸附于纤维束表面；
(4)喷雾干燥：对分子包裹处理后的物料进行喷雾干燥，即可得到水分散谷物麸皮膳食纤维干粉130g。
实施例3：
一种水分散谷物麸皮膳食纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：选择玉米精深加工中产出的新鲜玉米皮，对玉米皮进行筛理、除杂、粉碎，过40目筛，称取过40目筛的玉米皮100g，加入200g饮用水，混合均匀，在55℃下孵育2小时，利用玉米皮中的内源植酸酶去除其中的植酸；
(2)超微粉碎处理：向预处理后的玉米皮物料中加入700g饮用水，搅拌均匀，然后加入胶体磨进行研磨，研磨至玉米皮膳食纤维颗粒粒径约为30微米；
(3)分子包裹处理：向研磨后的玉米皮膳食纤维物料中加入30g麦清蛋白，搅拌均匀成混合水悬液，将混合水悬液进行高压均质处理，压力为40MPa，循环处理2次，进一步减小膳食纤维颗粒粒径，使麦清蛋白与膳食纤维颗粒充分混合，并均匀吸附于纤维束表面；
(4)喷雾干燥：对分子包裹处理后的物料进行喷雾干燥，即可得到水分散谷物麸皮膳食纤维干粉130g。
实施例4：
水分散谷物麸皮膳食纤维在制备液体饮料中的应用：分别取15g实施例1、实施例2、实施例3制备的水分散谷物膳食纤维干粉，分别将其加入240mL饮料中，搅拌均匀，即可分别得到约250mL谷物膳食纤维饮料。每250mL谷物膳食纤维饮料可满足成人日需约30％膳食纤维。
实施例5：
水分散谷物麸皮膳食纤维在制备固体饮料中的应用：分别取150g实施例1、实施例2、实施例3制备的水分散谷物膳食纤维干粉，分别将其加入到350g固体饮料干粉中，混合均匀制成颗粒，即可分别得到500g谷物膳食纤维固体饮料粉。每50g谷物膳食纤维固体饮料粉可满足成人日需约30％膳食纤维。
实施例6：
水分散谷物麸皮膳食纤维在制备酸奶制品中的应用：分别取15g实施例1、实施例2、实施例3制备的水分散谷物膳食纤维干粉，分别将其加入到110g发酵好的酸奶中，混合均匀，即可分别得到125g谷物膳食纤维酸奶。每125g谷物膳食纤维酸奶可满足成人日需约30％膳食纤维。
检测试验
1、实施例1～3不同处理后产品冲调稳定性测定
测定方法：对实施例1～3中依次经过预处理、超微粉碎处理、分子包裹处理后得到的产品进行取样，烘干，分别称取10g干燥后样品加入90mL常温水，立刻搅拌，静置3分钟、30分钟、1小时，分别进行冲调性评价，评价结果参见表1。
表1
由表1可知，本发明实施例1～3制备的经过预处理+超微粉碎+分子包裹处理的水分散谷物麸皮膳食纤维的分散性和分散稳定性均好于预处理、预处理+超微粉碎处理的样品，说明本发明可显著提高谷物膳食纤维的冲调性能，并且使冲调后的饮料更稳定，不易出现分层和沉淀。
2、实施例1不同处理麦麸膳食纤维饮料稳定性测定
样品制备：对实施例1中依次经过预处理、超微粉碎处理、分子包裹处理后得到的三种产品进行取样，烘干，分别称取50g，然后分别将其加入450mL饮料中，搅拌均匀，即可分别得到三种约500mL谷物膳食纤维饮料。
离心沉淀率测定方法：分别称量三种冲调好的谷物膳食纤维饮料，每种三份，每份100g，然后分别放置0h、2h、24h后离心去除上清液，离心转速1500r/min，离心时间3min。烘干沉淀物，称量干燥后的沉淀物g1(g)，计算离心沉淀率，用来表征饮料的稳定性，试验结果取两次检测的平均值。离心沉淀率计算公式如下：
C％＝g1/10×100
式中，C为离心沉淀率，％；
g1为沉淀质量，g。
离心沉淀率越大，表示沉淀越多，表示冲调后的固体饮料稳定性越差，反之，稳定性越好。结果如图1所示，经过预处理+超微粉碎处理+分子包裹处理后得到的麦麸膳食纤维饮料的离心沉淀率均显著低于经过预处理、预处理+超微粉碎处理的样品饮料离心沉淀率，并且受静置时间影响较小，说明本发明制备的水分散谷物麸皮膳食纤维加入饮料后具有很好的稳定性。
以上所述的实施例只是本发明较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (8)
1.一种水分散谷物麸皮膳食纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预处理：对谷物麸皮进行筛理、除杂、粉碎，过20～60目筛，然后向谷物麸皮中加入饮用水，混合均匀，在50～60℃下孵育1-2小时；
(2)超微粉碎处理：向预处理后的谷物麸皮物料中加入饮用水，搅拌均匀，然后加入胶体磨进行研磨，研磨至膳食纤维颗粒粒径为20～50微米；
(3)分子包裹处理：向研磨后的膳食纤维物料中加入水溶性大分子，搅拌均匀成混合水悬液，所述水溶性大分子为植物源水溶性大分子或动物源水溶性大分子，将混合水悬液进行高压均质处理，使水溶性大分子与膳食纤维颗粒充分混合，并均匀吸附于纤维束表面；
(4)喷雾干燥：对分子包裹处理后的膳食纤维物料进行喷雾干燥，即可得到水分散谷物麸皮膳食纤维干粉。
2.根据权利要求1所述的水分散谷物麸皮膳食纤维的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述谷物麸皮选自麦麸、米糠、玉米皮中的一种。
3.根据权利要求1所述的水分散谷物麸皮膳食纤维的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述谷物麸皮与饮用水的质量为1∶1～3。
4.根据权利要求1所述的水分散谷物麸皮膳食纤维的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述饮用水与谷物麸皮的质量为5～10∶1。
5.根据权利要求1所述的水分散谷物麸皮膳食纤维的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述水溶性大分子与谷物麸皮的质量为0.1～0.5∶1。
6.根据权利要求1所述的水分散谷物麸皮膳食纤维的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述水溶性大分子选自麦清蛋白、大豆蛋白、β-葡聚糖、果胶中的一种；所述动物源水溶性大分子选自乳清蛋白、酪蛋白酸钠中的一种。
7.根据权利要求1所述的水分散谷物麸皮膳食纤维的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述高压均质处理，压力为20～60MPa，循环处理1～3次。
8.一种权利要求1制备的水分散谷物麸皮膳食纤维干粉在制备饮品中的应用，所述饮品为液体饮料、固体饮料或酸奶。
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