一种高保水性魔芋葡甘聚糖凝胶的制备方法及其设备与流程

1.本发明属于食品加工领域，涉及凝胶保水性的研究，特别是指一种高保水性魔芋葡甘聚糖凝胶的制备方法及其设备。


背景技术：

2.魔芋葡甘聚糖（kgm）作为一种天然的高分子中性多糖，在碱性条件下受热可脱去乙酰基继而形成具有高弹特性的热不可逆脱乙酰魔芋葡甘聚糖凝胶。在食品工业中，该凝胶因其在低温区域的冷冻
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解冻后凝胶强度大幅度增强的独特现象被广泛应用，相关魔芋制品在市场中也受到广泛欢迎。但在冷冻
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解冻增强凝胶强度的过程中，凝胶出水现象严重，且其解冻后凝胶水分易析出，这一缺点限制了其在食品工业中的发展。
3.专利cn201710564708.3，公开了一种响应面法优化超声波辅助提取魔芋葡甘聚糖的工艺，给出了利用超声波辅助提高魔芋葡甘聚糖提取的效率，但是利用超声波提高魔芋葡甘聚糖凝胶性能的研究，并未有相关的研究数据。本课题组研究发现三向正交超声波辅助冻结技术具有促进晶核的生成、辅助二次结晶、提高冰晶生长速率、空化作用更强、空化区域和声强分布更为均匀等作用，使物料更快的通过冰晶生成带，此外，三向正交超声波辅助冻结过程中超声波产生的空化作用还具有一定的均质作用，可改善物料内部的结构。然而目前研究发现超声波处理可通过改善魔芋溶胶内部结构的有序性、降低魔芋葡甘聚糖的分子量提高溶胶的性能，目前三向正交超声波场辅助处理凝胶并冻结的方法及其应用还鲜有报道。


技术实现要素：

4.本发明提出一种高保水性魔芋葡甘聚糖凝胶的制备方法及其设备，解决了魔芋葡甘聚糖凝胶在低温区域的保水性低的技术问题，提高凝胶强度，改善口感，提升产品品质。
5.本发明的技术方案是这样实现的：一种高保水性魔芋葡甘聚糖凝胶的制备方法，步骤如下：（1）称取魔芋粉质量12%的无水碱盐完全溶解于水中，配制碱液；（2）利用魔芋粉配制一定质量浓度的葡甘聚糖溶胶；（3）将步骤（1）的碱液加入到步骤（2）的葡甘聚糖溶胶中，搅拌均匀，然后加热脱去乙酰基，制得凝胶；（4）将步骤（3）的凝胶浸泡于柠檬酸钠溶液中至凝胶达到一定的ph，然后利用“三向正交超声波场辅助冻结凝胶”方法来冻结凝胶；（5）将经过步骤（4）处理的凝胶置于解冻室空气解冻，即得高保水性魔芋葡甘聚糖凝胶。
6.所述步骤（1）中无水碱盐为无水碳酸钠、氢氧化钙或氢氧化钠。
7.所述步骤（2）中魔芋粉为包含65wt%以上葡甘聚糖的一级魔芋粉，葡甘聚糖溶胶中葡甘聚糖的质量百分比为2wt%
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4wt%。
8.所述步骤（3）中加热脱去乙酰基的条件为90℃加热25
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35min。
9.所述步骤（4）中柠檬酸钠溶液的质量浓度为2wt%，ph为4.0
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4.2。
10.所述超声波辅助的步骤为：将一定ph的凝胶，放入超声波辅助冻结池中，池中加入10l冻结液，冻结液温度为
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30℃，聚能超声波频率为20khz，功率为300w，超声时间5s、间歇时间5s，超声至魔芋凝胶中心温度达到
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18℃。
11.所述步骤（5）中空气解冻的温度为25℃、空气相对湿度为80%
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90%，空气解冻后凝胶的中心温度为8℃。
12.上述制备方法所利用的三向正交超声波辅助冷冻设备，包括冷水机、温度检测仪、超声波发生器和三向正交聚能超声波探头组件，所述三向正交聚能超声波探头组件包括x传送带、y传送带、z传送带，其中x传送带位于1号t型装配体的横杆的上方，y传送带位于2号t型装配体的横杆的左侧，z传送带位于3号t型装配体的横杆的前方；x传送带的中部设有x聚能超声波探头、y传送带的中部设有y聚能超声波探头、z传送带的中部设有z聚能超声波探头，聚能超声波探头均与超声波发生器相连，温度检测仪与样品相连，样品位于冷水机底部的样品架上。
13.所述1号t型装配体、2号t型装配体和3号t型装配体的结构相同，都包括固定杆和横杆，横杆的两端均设有直线往复电机，传送带的两端分别与直线往复电机的输出轴相连。
14.本发明具有以下有益效果：1、本技术利用三向正交超声波辅助冻结技术加速魔芋葡甘聚糖凝胶通过冰晶生成带的速率，减小的冰晶的生成，另一方面利用三向正交超声波更强的空化作用改善了魔芋凝胶内部片层结构的有序性，减小了凝胶在解冻过程中的析水率，提高解冻完成后的凝胶的持水率，增大解冻后的凝胶强度，使凝胶水分分布更为均匀。
15.2、本发明利用30w/l密度功率的三向正交超声辅助冻结凝胶，使凝胶的冻结时间从1898s缩短至65s，析水率降低了13.97%，持水率提高了17.87%，凝胶强度提高了6.9倍，凝胶内自由水含量降低了4.4%。本发明在冻结方法上提出了相比于空气冻结而言冻结速率更快、空化作用更强、空化区域和声强分布更为均匀的“三向正交超声波场辅助冻结凝胶”方法，保证了魔芋凝胶以更快的速度通过冰晶生成带，又巧妙的利用超声波的空化作用使魔芋凝胶内部的片层结构更为有序，不仅提高了魔芋凝胶在低温区域的保水性，显著降低了解冻损失，还极大的提高了凝胶强度，优化了产品品质，具有较好的实际应用价值。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为三向正交超声波辅助冷冻设备结构示意图。
18.图2为不同处理组水分比例。
19.图3为不同处理组凝胶微观结构的对比图。
20.图4为三向正交聚能超声波探头组件的结构示意图。
具体实施方式
21.本技术所用的三向正交超声波辅助冷冻设备结构如图1所示：包括冷水机8、温度检测仪9（多通路温度巡检仪(ex3008)）、超声波发生器3和三向正交聚能超声波探头组件，如图4所示所述三向正交聚能超声波探头组件包括x传送带5
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1、y传送带5
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2、z传送带5
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3，其中x传送带5
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1位于1号t型装配体51的横杆49的上方，y传送带5
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2位于2号t型装配体52的横杆49的左侧，z传送带5
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2位于3号t型装配体53的横杆49的前方；x传送带5
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1的中部设有x聚能超声波探头4
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1、y传送带5
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2的中部设有y聚能超声波探头4
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2、z传送带5
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2的中部设有z聚能超声波探头4
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3，聚能超声波探头均与超声波发生器3相连，为聚能超声探头传输能量，温度检测仪9与样品11相连，实时监测样品的中心温度。样品11位于冷水机8底部的样品架上。
22.优选的，所述1号t型装配体51、2号t型装配体52和3号t型装配体53的结构相同，都包括固定杆50和横杆49，横杆49的两端均设有直线往复电机48，传送带的两端分别与直线往复电机的输出轴相连，直线往复电机分别带动传送带上的聚能超声波探头来回往复运动，对样品进行超声波处理，实验过程中通过超声波发生器3上的开关1控制超声波处理的开始结束，通过显示屏2观察超声信息。
23.优选的，所述冷水机8内的制冷压缩机，控制着冷水机8内的冷冻池12中的酒精的温度。通过冷水机显示屏6可以观察冷水机8的温度信息。
24.下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.对照例1空气冻结：以魔芋凝胶质量80g为基准，称取魔芋葡甘聚糖3.2g，无水碳酸钠0.384g，水76.416g，将魔芋葡甘聚糖充分溶解于70g水中，加入完全溶解无水碳酸钠的剩余6.416g水并搅拌均匀，在90℃水中加热30分钟，冷却至室温后在2wt%柠檬酸钠溶液中浸泡30min，沥干水分后降温至4℃后放入
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30℃的冰箱中冷冻12h，在25℃下解冻12h。测定其冷冻过程中通过冰晶生成带的时间、解冻过程中的析水率，解冻完成后凝胶的持水率、凝胶强度、水分分布、微观结构。
26.对照例2浸渍冷冻：参照对照例1制备魔芋凝胶，在
ꢀ‑
30℃的浸渍冷冻池中冷冻12h，在25℃下解冻12h。测定项目参照对照例1。
27.实施例1100w功率三向正交超声波辅助冻结：参照对照例制备魔芋凝胶，在
ꢀ‑
30℃的冷冻池中利用超声波辅助冻结凝胶至中心温度达到
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18℃后关闭超声波，超声波频率为20khz，功率密度为10w/l，超声时间5s、间歇时间5s，在冷冻池中冷冻12h，在25℃下解冻12h。测定项目参照对照例1。
28.实施例2300w功率三向正交超声波辅助冻结：参照对照例制备魔芋凝胶，在
ꢀ‑
30℃的冷冻池中利用超声波辅助冻结凝胶至中心温度达到
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18℃后关闭超声波，超声波频率为20khz，
功率密度为30w/l，超声时间5s、间歇时间5s，在冷冻池中冷冻12h，在25℃下解冻12h。测定项目参照对照例1。
29.实施例3400w功率三向正交超声波辅助冻结：参照对照例制备魔芋凝胶，在
ꢀ‑
30℃的冷冻池中利用超声波辅助冻结凝胶至中心温度达到
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18℃后关闭超声波，超声波频率为20khz，功率密度为40w/l，超声时间5s、间歇时间5s，在冷冻池中冷冻12h，在25℃下解冻12h。测定项目参照对照例1。
30.表1不同处理组通过冰晶生成带的时间对比表2不同处理组析水率和持水力的对比表3不同处理组凝胶强度的对比
表4不同处理组水分分布的对比注：同一列中不同小写字母表示差异显著p<0.05由表1
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4及图2
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3可知，实施例1
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3所制得的魔芋葡甘聚糖脱乙酰凝胶相比于对照例1
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2其通过冰晶生成带（0℃~
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5℃）的时间更短，解冻期间的析水率降低，解冻后持水率提高，凝胶强度增强，凝胶内自由水比例降低，凝胶内部片层结构更有序。实施例2中利用300w的三向正交超声波功率辅助冻结的凝胶其凝胶特性优于实施例产品，由此可见，三向正交超声波辅助冻结技术可改善魔芋葡甘聚糖脱乙酰凝胶的保水性，提高凝胶强度，优化产品品质。
31.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。