CN109363124A

CN109363124A - 一种利用滚筒干燥法制备甘薯薯渣膳食纤维的方法及应用

Info

Publication number: CN109363124A
Application number: CN201811503756.2A
Authority: CN
Inventors: 朱红; 孙健; 钮福祥; 徐飞; 岳瑞雪; 张毅; 王洪云; 张文婷
Original assignee: JIANGSU XUHUAI REGION XUZHOU AGRICULTURE SCIENCE AND TECHNOLOGY INSTITUTE (JIANGSU XUZHOU SWEET POTATO RESEARCH CENTER)
Current assignee: JIANGSU XUHUAI REGION XUZHOU AGRICULTURE SCIENCE AND TECHNOLOGY INSTITUTE (JIANGSU XUZHOU SWEET POTATO RESEARCH CENTER)
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2019-02-22

Abstract

一种利用滚筒干燥法制备甘薯薯渣膳食纤维的方法及应用，属于农产品加工废弃物利用技术领域。本发明针对甘薯薯渣制备膳食纤维的工艺复杂，产品品质易破坏的问题，以甘薯薯渣为主要原料，经过淀粉酶和纤维素酶酶解，提高可溶性膳食纤维的含量，依次经均质、滚筒干燥后制备获得甘薯薯渣膳食纤维。利用该方法，将薯渣膳食纤维与黑芝麻粉、黑米粉、燕麦粉和砂糖混合，制备甘薯薯渣膳食纤维组合物，达到营养互补、强化功能的目的，提高甘薯淀粉生产副产物的综合利用价值。本发明采用滚筒干燥技术，可以使产品具有更好的冲调速溶性。本发明适用于甘薯及其副产物的深加工与利用。

Description

一种利用滚筒干燥法制备甘薯薯渣膳食纤维的方法及应用

技术领域

本发明属于农产品加工废弃物利用技术领域，具体涉及一种利用滚筒干燥法制备甘薯薯渣膳食纤维的方法及应用。

背景技术

甘薯含有膳食纤维、糖蛋白、花青素、β-胡萝卜素、去氧表雄酮等功能性成分，具有很好的保健作用。我国传统医学认为：甘薯性味甘平，有养脾、养心神、消疮肿等功效，可以治疗多种疾病。现代医学研究证明，甘薯可以预防心血管***疾病，并具有止血、消炎、通便、降血糖、防癌等功效。现代科学发现在甘薯中含有丰富的粘液蛋白，它是一种多糖体和蛋白质的混合物(又称糖蛋白)，对人体有特殊的保护作用。甘薯纤维细腻，具有阻扰糖类转变为脂肪，促进肠道的蠕动，预防便秘的功效。美国科学家还发现甘薯中含有对脑细胞和内分泌腺素的活力有积极促进作用、能延缓智力衰退、增加人体抵抗力并能预防结肠癌和乳腺癌的脱氢表雄甾酮物质。日本科学家研究发现紫色甘薯汁可修复肝损伤。日本国立预防癌症研究所的研究还证明，甘薯的防癌效果位于40余种防癌蔬菜的首位。

我国是全球最大的甘薯生产国，种植面积占全世界的41％，总产量约占世界的69％。我国甘薯加工主要用来生产淀粉和粉丝，而每加工1吨甘薯淀粉，就要产生1.2吨湿渣。这些甘薯淀粉加工的副产物薯渣，含有丰富的膳食纤维，约占原料的10％～14％。长期以来，我国把薯渣主要作为畜禽饲料，对其营养成分没有进行充分提取和利用，造成了极大的资源浪费，而且易造成环境污染，这在小规模加工企业以及个体农户加工水平中显得尤为明显。

我国先后开发出一些膳食纤维产品如苹果膳食纤维、菊芋菊粉、聚葡萄糖、燕麦纤维、大豆膳食纤维等，部分产品还走进国际市场并逐渐占据了一定的市场份额。但是与欧美发达国家相比，我国的膳食纤维产业还存在提取技术落后、产品纯度低、生理活性低、口感差、异味重等问题，而且我国膳食纤维产品主要作为食品添加基料，相关功能产品研究开发较少。甘薯等薯类膳食纤维长期以来没有得到足够的重视和研发，导致薯渣随意丢弃或作为廉价饲料出售，不仅造成薯渣资源浪费，而且还污染环境。

全粉的质量和性能随着干燥水平的发展得到显著地提高，由最初的常温风干晾干，到借助电能加快干燥速度的热风干燥机，又逐渐发展成现代的微波、喷雾等干燥方式。针对不同种类果蔬食品，技术要求也不同。全粉的生产同样可以采用以下干燥方式：(1)热风干燥制粉：一种传统的干燥工艺，采用汽流带动热能形成热空气，浆料在热空气作用下相互碰撞，形成分散状态，借助热风循环，使物料中水分蒸发至干得到的产品。热风干燥工艺设备具有投资少、操作简便等特点，但热风干燥时间长，产品颜色变暗，热敏性营养物质损失严重，致使生产效率低、经济效益差。(2)冷冻干燥制粉：物料在超低温冷冻至冰点以下，经高真空处理直接升华至干得到的产品。冻干设备成本高、能耗大，限制了真空冷冻干燥的推广和应用。(3)真空微波干燥制粉：在真空条件下，物料从内部开始加热，借助微波能，水分子有序排列且相互碰撞产生高热量，从而实现快速干燥得到的产品。真空微波干燥技术仍存在理论研究不足、难以判断干燥终点、加热不均匀、工业化不足等缺点。(4)喷雾干燥制粉：将原料按照一定的料液比进行磨浆后，将浆料雾化，与热空气接触至干得到的产品。喷雾干燥设备成本高、能耗大，热敏性营养物质损失严重，限制了喷雾干燥的推广和应用。

发明内容

针对目前利用甘薯薯渣制备膳食纤维的工艺复杂，产品品质易破坏的问题，本发明提供了一种利用滚筒干燥法制备甘薯薯渣膳食纤维的方法，是将甘薯薯渣经酶解后煮熟，依次经均质、滚筒干燥后制备获得甘薯薯渣膳食纤维。

进一步地限定，所述酶解是指将甘薯薯渣经淀粉酶和纤维素酶酶解。

进一步地限定，所述利用滚筒干燥法制备甘薯薯渣膳食纤维的方法，包括如下步骤：

(1)以甘薯薯渣中淀粉含量计，向甘薯薯渣中加入5～10μL/g，酶活90KNU/g的高温α-淀粉酶，在80℃～90℃条件下酶解1～3小时；冷却到55-60℃；

(2)再以甘薯薯渣质量计，向步骤(1)中酶解后的甘薯薯渣中加入0.2％～0.6％，酶活6200IU的纤维素酶，在50-60℃条件下酶解2～5小时，获得薯渣酶解液；

(3)薯渣酶解液煮沸10分钟～15分钟，捞出冷却到室温；

(4)然后经均质后，利用滚筒干燥机干燥，滚筒表面温度：120～150℃，蒸汽压力：0.4～0.6MPa，转速400～600转/分钟，干燥后获得全粉，粉碎后即为甘薯薯渣膳食纤维。

进一步地限定，步骤(2)所述纤维素酶为β-葡聚糖酶。

进一步地限定，步骤(4)所述全粉粉碎后过20～40目的筛网。

进一步地限定，步骤(4)所述料液进行滚筒干燥，滚筒表面温度：135-145℃，蒸汽压力：0.4-0.5MPa，转速400-500转/分钟。

本发明还提供了上述方法获得的甘薯薯渣膳食纤维在制备膳食纤维组合物中的应用。

进一步地限定，将甘薯薯渣经酶解后煮熟，然后以甘薯薯渣质量计，加入以下质量含量的原料，经均质后，滚筒干燥获得甘薯薯渣膳食纤维组合物，所述原料由10％～20％黑芝麻粉、10％～20％黑米粉、10％～20％燕麦粉和1.5％～3％砂糖组成。

优选地，以甘薯薯渣质量计，所述原料由14％～18％黑芝麻粉、14％～18％黑米粉、10％～15％燕麦粉和2％～3％砂糖组成。

更优选地，以甘薯薯渣质量计，所述原料由15％黑芝麻粉、15％黑米粉、15％燕麦粉和2.5％砂糖组成。

有益效果

本发明所述的滚筒干燥加工概括为将物料加水调浆由泵泵入到自动布料器中，通过滚筒干燥机的布料器均匀地布于两相邻小滚与主滚筒所形成的区域内，主滚筒内通高压蒸汽，物料在高温下内部结构和性质发生变化即开始糊化，在小辊与主滚筒的相互作用下物料被碾压成一层薄膜附在主滚筒表面，在滚筒转动的过程中，薄膜中水分逐渐被蒸发。当薄膜转至刮刀处，刮刀将薄膜刮下，产品为片状，再进行相应加工，以取得所需形状的产品。

与传统加工工艺相比，本发明工艺简单、工艺条件较易控制，占地面积小，糊化与干燥工艺一体，大大改善了谷物食品的加工工艺，缩短了工艺过程，降低产品的生产成本。利用该方法，将薯渣膳食纤维与黑芝麻粉、黑米粉、燕麦粉和砂糖混合，制备甘薯薯渣膳食纤维组合物，达到营养互补、强化功能的目的，提高了甘薯淀粉生产副产物的综合利用价值。在最大程度保留谷类物质营养成分的前提下，大大改善了产品的组织状态和口感，提高了产品的质量。

该发明将滚筒干燥技术引入薯渣膳食纤维加工生产中，提高了薯渣膳食纤维的干燥效率、降低了生产成本，可实现连续化生产，产品的溶解性和复水性好(见表1)。人们的生活环境和部分食物已受到不同程度的铅污染，铅中毒已成为世界范围内公害，特种行业(采矿、冶炼、蓄电池、金属热处理、焊接等)工作人员更是受到铅中毒的严重威胁，以致成为铅中毒职业病。目前，排铅药物虽能起到一定治疗作用，但效果不稳定、副作用明显。本发明方法制备的膳食纤维能通过螯合、络合或吸附作用在体内与铅产生很强结合力，有效地阻止铅在胃肠道的吸收，随***物排出体外(见表2)。排铅功能性甘薯膳食纤维食品具有市场容量大、副作用小、服用方便、经济有效等特点，应用前景广阔。

本发明以企业甘薯淀粉加工薯渣为原料，通过综合利用技术开发高附加值的甘薯薯渣膳食纤维，解决甘薯淀粉加工副产物薯渣的污染问题，节约处理废水带来的巨大的人力、物力和财力消耗；而通过甘薯及副产物深加工的发展也可以带来的更多的就业机会，提高循环经济效益，推动甘薯深加工的发展，可谓一举多得，既开发出具有高附加值的产品，又变废为宝，减少环境污染。

具体实施方式

IU的意义是，在1分钟内能转化1微摩尔底物的酶量：在特定条件(25℃，其它为最适条件)下，或是转化底物中1微摩尔的有关基团的酶量。

本发明所述的利用滚筒干燥法制备甘薯薯渣膳食纤维的方法，主要工艺流程如下：甘薯薯渣依次经清洗、酶解、煮熟、冷却、胶体磨处理、滚筒干燥。所述酶解是指在薯渣中加淀粉酶和纤维素酶进行酶解，有助于提高可溶性膳食纤维的含量。

下面具体描述利用滚筒干燥法制备甘薯薯渣膳食纤维的方法。

实施例1：利用滚筒干燥法制备甘薯薯渣膳食纤维的方法。

(1)以提取淀粉后的甘薯薯渣为原料，经清洗后、以甘薯薯渣中淀粉含量计，向甘薯薯渣中加入5μL/g(酶活90KNU/g)的高温α-淀粉酶，在80℃酶解3小时，冷却到55-60℃。

(2)然后，加入甘薯薯渣质量0.6％的纤维素酶(酶活6200IU)，在50℃条件下酶解5小时，获得薯渣酶解液。

(3)将薯渣酶解液倒入夹层锅中煮沸10分钟，捞出冷却至室温。

(4)经胶体磨均质，将均质后的料液加到滚筒干燥机的料斗中，调节滚筒干燥条件进行干燥，制备出全粉，滚筒表面温度为120℃，蒸汽压力为0.4MPa，转速为400转/分钟，干燥后的全粉粉碎过20目的筛网，获得薯渣膳食纤维雪花粉成品。

实施例2：利用滚筒干燥法制备甘薯薯渣膳食纤维的方法。

(1)以提取淀粉后的甘薯薯渣为原料，经清洗后，以甘薯薯渣中淀粉含量计，向甘薯薯渣中加入8μL/g(酶活90KNU/g)的高温α-淀粉酶，在85℃酶解2小时，冷却到55-60℃。

(2)然后，加入甘薯薯渣质量0.4％的纤维素酶(酶活6200IU)，在55℃条件下酶解3.5小时，获得薯渣酶解液。

(3)将薯渣酶解液倒入夹层锅中煮沸12分钟，捞出冷却至室温。

(4)经胶体磨均质，将均质后的料液加到滚筒干燥机的料斗中，调节滚筒干燥条件进行干燥，制备出全粉，滚筒表面温度为135℃，蒸汽压力为0.5MPa，转速为500转/分钟，干燥后的全粉粉碎过30目的筛网，获得薯渣膳食纤维雪花粉成品。

实施例3：利用滚筒干燥法制备甘薯薯渣膳食纤维的方法。

(1)以提取淀粉后的甘薯薯渣为原料，经清洗后，以甘薯薯渣中淀粉含量计，向甘薯薯渣中加入10μL/g(酶活90KNU/g)的高温α-淀粉酶，在90℃酶解1小时，冷却到55-60℃；

(2)然后，加入甘薯薯渣质量0.2％的纤维素酶(酶活6200IU)，在60℃条件下酶解2小时，获得薯渣酶解液；

(3)将薯渣酶解液倒入夹层锅中煮沸15分钟，捞出冷却至室温；

(4)经胶体磨均质，将均质后的料液加到滚筒干燥机的料斗中，调节滚筒干燥条件进行干燥，制备出全粉，滚筒表面温度为150℃，蒸汽压力为0.6MPa，转速为600转/分钟，干燥后的全粉粉碎过40目的筛网，获得薯渣膳食纤维雪花粉成品。

实施例4：利用滚筒干燥法制备甘薯薯渣膳食纤维的方法。

重复实施例2，与实施例2的不同在于，步骤(2)所述的纤维素酶为β-葡聚糖酶。

对比例1.甘薯薯渣利用电热鼓风干燥箱(80℃，7h)进行干燥，干燥后的甘薯薯渣，作为甘薯薯渣膳食纤维理化性能检测的对照样品。

对比例2.重复实施例2，与实施例2的不同在于，步骤(4)中所述均质后的料液利用喷雾干燥机(进风口温度125℃，出风口温度60℃，进料转子转速30r/min)进行干燥，获得甘薯薯渣膳食纤维。

考察本发明制备方法获得的甘薯薯渣膳食纤维的理化性能。

1.吸水膨胀率检测

检测方法：准确称取1g样品，置于直径为1.5cm带刻度的试管中，记录干基样品的体积V₁，加入20mL去离子水，充分混匀，平衡后于室温下放置18h，记录吸水后饱胀的体积V₂，膨胀性(SWC，mL/g)按下式计算。

2.持水特性测定

测定方法：准确称取2g样品加入离心管中，称重W₁，加入30mL蒸馏水，充分混匀。将上述混合液在沸水中加热15min，冷却至室温，然后在转速3000r/min下离心20min，弃去上清液，将试管倒置在试管架上，下面垫吸水纸，静置l0min沥清水分后精确称质量W₂,持水性(WHC，g/g)按下式计算。

3.持油特性测定

测定方法：将5.0g样品置入试管中，称质量M₁，用移液管准确加入30mL鲁花一级压榨花生油，在沸水中加热20min，在3000r/min条件下离心15min，小心倾倒出上层游离油，然后将离心管倒置15min，沥尽油后称质量M₂。持油能力(OHC，g/g)按下式计算。

4.动物体内体内铅离子的清除能力的检测

测定方法：8周龄清洁级ICR品系小鼠(31.04±1.47g)购自常州卡文斯实验动物有限公司，正常对照组每天小鼠给予普通饮用水和饲料；模型对照组每天小鼠给予含500mg/L醋酸铅的饮用水和普通饲料；甘薯膳食纤维组每天给予含500mg/L醋酸铅的饮用水和含30％实施例2制备的甘薯薯渣膳食纤维的饲料。每天换水换饲料，试验持续60天，取血和肾脏消化后直接用于石墨炉原子吸收光谱测定铅含量。

5.淀粉含量测定采用国标GB/T5009.9-2008酸水解法测定。

6.可溶性膳食纤维含量测定和总膳食纤维含量测定采用国标GB/T5009.88-2008的方法测定。

结果如下表所示：

表1不同干燥方式薯渣膳食纤维的物化特性比较

表2甘薯膳食纤维对体内铅离子的清除能力

项目	全血(μg/cl)	肾脏(μg/g)
			小鼠正常对照组	0.94	0.73
小鼠模型对照组	6.67	7.77
			小鼠膳食纤维对照组	4.33	4.56

注：正常对照组小鼠给予普通饮用水和饲料；模型对照组小鼠给予含500mg/L醋酸铅的饮用水和普通饲料；甘薯膳食纤维组给予含500mg/L醋酸铅的饮用水和含30％实施例2制备的甘薯薯渣膳食纤维的饲料。

表3不同干燥方式薯渣膳食纤维含量比较

上述制备方法获得的甘薯薯渣膳食纤维，淀粉残存含量从53.85％降低到5.74％，可溶性膳食纤维含量和总膳食纤维含量明显提高，达到普通热风干燥甘薯薯渣的4倍以上(见表3)。喷雾干燥甘薯薯渣膳食纤维中可溶性膳食纤维高于滚筒干燥薯渣膳食纤维，主要是因为喷雾干燥技术是通过高压、髙温以及高剪切作用促使连接纤维分子之间的化学键断裂，改变分子的极性且将分子裂解，降低不可溶性膳食纤维比例，提高可溶性膳食纤维含量。但是喷雾干燥设备成本高、能耗大，热敏性营养物质损失严重，且复水性和溶解性较滚筒干燥甘薯薯渣膳食纤维效果差，如表1所示。滚筒干燥机工艺简单、工艺条件较易控制，可实现连续化生产，产品的溶解性和复水性更好，具有更好的冲调速溶性，可以实现甘薯淀粉加工副产物薯渣的高效利用，降低企业的生产成本。

实施例5：甘薯薯渣膳食纤维在制备膳食纤维组合物中的应用。

将甘薯薯渣经酶解后煮熟，然后，以甘薯薯渣质量计，加入以下质量含量的原料，经均质后，滚筒干燥获得甘薯薯渣膳食纤维组合物，所述原料由10％～20％黑芝麻粉、10％～20％黑米粉、10％～20％燕麦粉和1.5％～3％砂糖组成。

下面举例描述所述的甘薯膳食纤维组合物的制备方法：

(4)调配配方：以甘薯薯渣质量计，向冷却后的薯渣酶解液中加入甘薯薯渣质量10％的黑芝麻粉、甘薯薯渣质量10％的黑米粉、甘薯薯渣质量20％的燕麦粉、甘薯薯渣质量1.5％的砂糖各种配料，所述黑芝麻粉、黑米粉、燕麦粉粒径大小为60-80目。搅拌均匀，经胶体磨均质。

(5)将均质后的料液加到滚筒干燥机的料斗中，调节滚筒干燥条件进行干燥，制备出全粉，滚筒表面温度为120℃，蒸汽压力为0.4MPa，转速为400转/分钟，干燥后的全粉粉碎过20目的筛网，获得薯渣膳食纤维雪花粉成品，即甘薯薯渣膳食纤维组合物。

实施例6：重复实施例5，与实施例5的不同在于，步骤(4)中调配配方：以甘薯薯渣质量计，向冷却后的薯渣酶解液中加入甘薯薯渣质量15％的黑芝麻粉、甘薯薯渣质量15％黑米粉、甘薯薯渣质量15％燕麦粉、甘薯薯渣质量2.5％砂糖各种配料，所述黑芝麻粉、黑米粉、燕麦粉粒径大小为60-80目。搅拌均匀，经胶体磨均质。

Claims

1.一种利用滚筒干燥法制备甘薯薯渣膳食纤维的方法，其特征在于，将甘薯薯渣经酶解后煮熟，依次经均质、滚筒干燥后制备获得甘薯薯渣膳食纤维。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酶解是指将甘薯薯渣经淀粉酶和纤维素酶酶解。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(3)薯渣酶解液煮沸10分钟～15分钟，捞出冷却到室温；

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述纤维素酶为β-葡聚糖酶。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述全粉粉碎后过20～40目的筛网。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述料液进行滚筒干燥，滚筒表面温度：135-145℃，蒸汽压力：0.4-0.5MPa，转速400-500转/分钟。

7.权利要求1-6任意一项所述方法获得的甘薯薯渣膳食纤维在制备膳食纤维组合物中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，将甘薯薯渣经酶解后煮熟，然后以甘薯薯渣质量计，加入以下质量含量的原料，经均质后，滚筒干燥获得甘薯薯渣膳食纤维组合物，所述原料由10％～20％黑芝麻粉、10％～20％黑米粉、10％～20％燕麦粉和1.5％～3％砂糖组成。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，以甘薯薯渣质量计，所述原料由14％～18％黑芝麻粉、14％～18％黑米粉、10％～15％燕麦粉和2％～3％砂糖组成。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，以甘薯薯渣质量计，所述原料由15％黑芝麻粉、15％黑米粉、15％燕麦粉和2.5％砂糖组成。