一种物理场耦合处理制备葛根速溶代餐粉的方法及其产品与流程

1.本发明属于脉冲电场和超声场预处理及功能食品加工领域，更具体地，涉及一种物理场耦合处理制备葛根速溶代餐粉的方法及其产品。


背景技术：

2.《中华人民共和国药典》2020年版规定，葛根为豆科植物野葛的干燥根，富含淀粉、膳食纤维和异黄酮等活性物质。野葛味甘、辛，性凉，归脾、胃、肺经，具有解肌退热、生津止渴、透疹、升阳止泻、通经活络、解酒毒的功效。联合国粮农组织等国际权威机构在预测报告中指出，葛根由于其高淀粉特性，有望成为全球第六大粮食作物。另外，葛根被国家卫健委列入《按照传统既是食品又是中药材的物质目录》，是国家卫生部认定的“药食同源”的物种。葛根对种植地的适应性较强，十分适宜在我国的山地丘陵等地带种植。湖北省地处我国中部南北分界线，气候温润，土壤肥沃，鄂产葛根营养丰富，品质优良，可以为当地农户带来一定的经济收益，带动地方经济发展。
3.虽然葛根淀粉具有丰富的营养价值，但一些研究也指出其在溶解性、透明度、冻融稳定性等方面表现较差，限制了其在食品加工中的应用和发展。同时在葛根淀粉提取和水洗的过程中，具有功能特性的葛根异黄酮大部分流失，致使葛粉的生物效价难以保留。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决上述问题，提供一种物理场耦合处理制备葛根速溶代餐粉的方法，采用该方法制备的葛根全粉，具有更高的溶解性和分散性。通过代餐粉复配技术，可提高葛粉的能量价值，弥补其蛋白质缺陷，使产品具有更全面的营养性和适口性。
5.超声作为一种绿色环保的加工处理方式，具有无污染、选择性高、加工时间短、可以工业放大等优点，是一种有效的物理改性方法。脉冲电场是近年来备受研究者关注的一种非热处理技术，由于脉冲电场处理可导致“电穿孔”现象，在杀菌和强化植物有效成分提取领域得到了广泛研究和应用。同时，由于脉冲电场可在毫秒或者微妙时间内提供高电压(》10kv/cm)，它也可被用于促进化学反应、改变天然产物结构和消化特性。因此，本发明基于脉冲电场与超声场的耦合处理，通过重排葛根淀粉的分子结构与晶型分布，综合提升葛根淀粉的加工性能，并强化淀粉类产品的黄酮吸附能力，一方面可以促进葛根原料的精深加工与综合利用，另一方面能够提高产品附加值，丰富“药食同源”作物的应用场景。
6.为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种物理场耦合处理制备葛根速溶代餐粉的方法，其特征在于，该方法包括：
7.(1)葛根打浆
8.将去皮后的新鲜葛根与水混合打浆，获得浆液；
9.(2)脉冲电场预处理
10.将浆液进行脉冲电场预处理，得到第一反应液；
11.(3)超声预处理
12.将第一反应液进行超声预处理，得到第二反应液；
13.(4)喷雾干燥
14.将第二反应液喷雾干燥，获得葛根全粉作为第一葛根速溶代餐粉。
15.作为一个优选方案，所述方法还包括：
16.(5)代餐粉复配
17.将葛根全粉与红豆粉、紫薯粉、糯米粉、芝麻粉、硒肽粉、木糖醇和低聚果糖混合，获得第二葛根速溶代餐粉。
18.作为优选方案，步骤(1)中，新鲜葛根与水的料液比为1g：(5-10)ml，最优为1g：8ml。
19.作为优选方案，步骤(2)中，脉冲电场预处理的条件为：
20.脉冲电场强度为6-20kv/cm；流速为1-1.5ml/s，最优选为1.35ml/s；半峰宽为35-45μs，最优选为40μs；频率为1.01khz；脉冲处理的时间为1-6ms(脉冲重复次数为3-9次)。最优方案为13kv/cm，处理6次。
21.作为优选方案，步骤(3)中，超声预处理的条件包括：
22.超声波频率为25-40khz，超声功率为100-500w。
23.作为优选方案，步骤(3)中，超声预处理的条件包括：超声水浴温度为35℃-40℃，最优为37℃；超声时间为10-50min。
24.根据本发明，最优方案为25khz，300w，30min。
25.作为优选方案，步骤(5)所述第二葛根速溶代餐粉中，葛根全粉、红豆粉、芝麻粉、紫薯粉、糯米粉、木糖醇、低聚果糖和硒肽粉的重量比为(20-25)：(30-35)：(20-25)：(6-8)：(2-3)：(2-3)：(2-3)：(0.01-1)。
26.作为优选方案，所述硒肽粉的硒含量大于20ppm。
27.作为优选方案，步骤(1)中，还包括将新鲜葛根切片并加水浸泡，然后再混合打浆。
28.作为优选方案，步骤(4)中，喷雾干燥后还包括过筛150-250目。
29.本发明的第二方面提供上述的物理场耦合处理制备葛根速溶代餐粉的方法获得的葛根速溶代餐粉产品。
30.本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
31.本发明基于脉冲电场耦合超声加工技术，利用瞬时能量对葛根淀粉分子的重排效应，一方面促进了大分子对葛根异黄酮的吸附作用，另一方面提高了产品的溶解度和分散性，使最终得到的葛根粉具有较高的黄酮保留率，具有更高的可利用性和附加值，整个制备过程绿色低碳环保。
32.本发明从能量设计的角度出发，经过复配的速溶代餐粉弥补了葛根粉的蛋白质缺陷，同时一次性摄入200g即可满足成年人每餐所需的热量供给。该代餐粉具有较好的溶解性和分散性，能提供高蛋白、低脂肪，并满足成年人每餐所需补充的能量。
33.葛根代餐粉经过硒强化技术，复配后总硒含量可达到0.2ppm，属于富硒功能食品范畴。
34.本发明的其他特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
35.图1示出了不同物理场条件处理下葛根粉的透明度(横坐标：样品，纵坐标：透明度)。
36.图2示出了不同物理场条件处理下葛根粉的溶解度(横坐标：样品，纵坐标：溶解度)。
37.图3示出了不同超声功率处理时葛根粉的粒径分布(横坐标：尺寸，纵坐标：超声功率)。
具体实施方式
38.下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
39.实施例1：
40.将新鲜葛根清洗去皮，切片；取50g左右葛根块，加入400ml蒸馏水浸泡，打浆。使浆液由下端流入样品室进行脉冲电场循环处理，脉冲电场强度为6kv/cm，流速1.35ml/s，半峰宽40μs，频率1.01khz，脉冲处理时间1ms(重复次数为3次)。收集反应液，置于超声水浴装置中进行超声波处理，频率25khz，超声功率100w，水浴温度37℃，超声时间30min。处理完后，将葛根浆液喷雾干燥，过200目筛，分装。
41.实施例2：
42.将新鲜葛根清洗去皮，切片；取50g左右葛根块，加入400ml蒸馏水浸泡，打浆。使浆液由下端流入样品室进行脉冲电场循环处理，脉冲电场强度为13kv/cm，流速1.35ml/s，半峰宽40μs，频率1.01khz，脉冲处理时间3ms(重复次数为6次)。收集反应液，置于超声水浴装置中进行超声波处理，频率25khz，超声功率100w，水浴温度37℃，超声时间30min。处理完后，将葛根浆液喷雾干燥，过200目筛，分装。
43.实施例3：
44.将新鲜葛根清洗去皮，切片；取50g左右葛根块，加入400ml蒸馏水浸泡，打浆。使浆液由下端流入样品室进行脉冲电场循环处理，脉冲电场强度为20kv/cm，流速1.35ml/s，半峰宽40μs，频率1.01khz，脉冲处理时间6ms(重复次数为9次)。收集反应液，置于超声水浴装置中进行超声波处理，频率25khz，超声功率100w，水浴温度37℃，超声时间30min。处理完后，将葛根浆液喷雾干燥，过200目筛，分装。
45.实施例4：
46.将新鲜葛根清洗去皮，切片；取50g左右葛根块，加入400ml蒸馏水浸泡，打浆。使浆液由下端流入样品室进行脉冲电场循环处理，脉冲电场强度为13kv/cm，流速1.35ml/s，半峰宽40μs，频率1.01khz，脉冲处理时间3ms(重复次数为6次)。收集反应液，置于超声水浴装置中进行超声波处理，频率25khz，超声功率300w，水浴温度37℃，超声时间30min。处理完后，将葛根浆液喷雾干燥，过200目筛，分装。
47.实施例5：
48.将新鲜葛根清洗去皮，切片；取50g左右葛根块，加入400ml蒸馏水浸泡，打浆。使浆
液由下端流入样品室进行脉冲电场循环处理，脉冲电场强度为13kv/cm，流速1.35ml/s，半峰宽40μs，频率1.01khz，脉冲处理时间3ms(重复次数为6次)。收集反应液，置于超声水浴装置中进行超声波处理，频率25khz，超声功率500w，水浴温度37℃，超声时间30min。处理完后，将葛根浆液喷雾干燥，过200目筛，分装。
49.实施例6：
50.将新鲜葛根清洗去皮，切片；取50g左右葛根块，加入400ml蒸馏水浸泡，打浆。使浆液由下端流入样品室进行脉冲电场循环处理，脉冲电场强度为13kv/cm，流速1.35ml/s，半峰宽40μs，频率1.01khz，脉冲处理时间3ms(重复次数为6次)。收集反应液，置于超声水浴装置中进行超声波处理，频率25khz，超声功率300w，水浴温度37℃，超声时间15min。处理完后，将葛根浆液喷雾干燥，过200目筛，分装。
51.实施例7：
52.将新鲜葛根清洗去皮，切片；取50g左右葛根块，加入400ml蒸馏水浸泡，打浆。使浆液由下端流入样品室进行脉冲电场循环处理，脉冲电场强度为13kv/cm，流速1.35ml/s，半峰宽40μs，频率1.01khz，脉冲处理时间3ms(重复次数为6次)。收集反应液，置于超声水浴装置中进行超声波处理，频率25khz，超声功率300w，水浴温度37℃，超声时间45min。处理完后，将葛根浆液喷雾干燥，过200目筛，分装。
53.实施例8：
54.将新鲜葛根清洗去皮，切片；取50g左右葛根块，加入400ml蒸馏水浸泡，打浆。使浆液由下端流入样品室进行脉冲电场循环处理，脉冲电场强度为13kv/cm，流速1.35ml/s，半峰宽40μs，频率1.01khz，脉冲处理时间3ms(重复次数为6次)。收集反应液，置于超声水浴装置中进行超声波处理。频率40khz，超声功率300w，水浴温度37℃，超声时间30min。处理完后，将葛根浆液喷雾干燥，过200目筛，分装。
55.对比例1：
56.将新鲜葛根清洗去皮，切片；取50g左右葛根块，加入400ml蒸馏水浸泡，打浆，喷雾干燥，过200目筛，分装。
57.对比例2：
58.将新鲜葛根清洗去皮，切片；取50g左右葛根块，加入400ml蒸馏水浸泡，打浆。使浆液由下端流入样品室进行脉冲电场循环处理，脉冲电场强度为13kv/cm，流速1.35ml/s，半峰宽40μs，频率1.01khz，脉冲处理时间3ms(重复次数为6次)。收集反应液，喷雾干燥，过200目筛，分装。
59.对比例3：
60.将新鲜葛根清洗去皮，切片；取50g左右葛根块，加入400ml蒸馏水浸泡，打浆。使浆液置于超声水浴装置中进行超声波处理。频率25khz，超声功率300w，水浴温度37℃，超声时间30min。处理完后，将葛根浆液烘干，充分磨碎，过筛200目，分装。
61.测试例1：葛根粉透明度测定
62.精确称取1.0g的葛粉样品，加入蒸馏水100g，配成浓度1％(w/v)的淀粉乳，放入沸水浴中加热糊化，保温20min，取出，冷却至室温。用紫外可见分光光度计以蒸馏水为空白，1cm比色皿，在波长620nm处测透光率(t％)，以此表示淀粉糊的透明度。同一样品测量三次，取平均值。
63.如图1所示，实施例1-8(t1-t8)、对比例2-3(c2-c3)中葛根粉糊的透明度均相对于原来的41.6％有所提升。单一脉冲电场或超声场处理时，葛根粉糊的透明度虽稍显增加但并不显著。当两者耦合反应时，预处理可将葛粉糊的透明度明显提高20-50％。实施例4中，当脉冲电场场强达到13kv/cm，超声场功率为300w时，处理30min后葛根粉的溶解率最高。
64.测试例2：葛根粉溶解度测定
65.称取0.5g样品置于烧杯中，加20ml蒸馏水混合，并于100℃水浴中搅拌加热30min。将糊化后的样品冷却至室温，然后在10000r/min离心30min。上清液在105℃条件下烘干至质量恒定，烘干后的质量为可溶性部分，每个样品均至少重复测定3次。溶解度＝可溶部分质量/样品的干基质量*100％。
66.如图2所示，实施例1-8、对比例2-3经过脉冲电场和超声场处理后，葛根粉的溶解度发生了不同程度的变化。在一定范围内，增加脉冲电场场强和超声功率会促发直链淀粉和支链淀粉的分子重排，改变分子量分布，进而提升溶解能力。但持续增大物理场能量和反应时间并不一定能产生相应的改善效果。与透明度趋势类似，实施例4中葛根粉的溶解性最好，由原来的76.2％上升到了89.6％。实施例2溶解度次之。
67.测试例3：葛根粉粒径分布测定
68.开启激光粒度分析仪，对实施例2、4、5和对比例1所制得的葛根粉进行分析。向样品池中均匀地加入适量的葛根粉，纯水作为颗粒的分散介质。
69.如图3所示，超声处理后样品的平均粒径均较对照有所增加。有可能是物理场促进了淀粉与其他小分子的相互作用和共聚集。对葛根全粉中游离态和结合态黄酮的含量分别进行了分析，结果显示场处理后葛根粉中游离黄酮变少(178mg/100g)、结合黄酮变多(215mg/100g)，证实了葛根淀粉对黄酮的吸附作用。
70.测试例4：代餐粉总硒含量测定
71.将25重量份葛根粉(实施例4)、30重量份红豆粉、25重量份芝麻粉、6重量份紫薯粉、3重量份糯米粉、2重量份木糖醇、3重量份低聚果糖和1重量份硒肽粉均匀混合。参考gb5009.93-2010《食品安全国家标准食品中硒的测定》分析代餐粉中的总硒含量。
72.结果表明，该代餐粉中总硒含量可达到20μg/100g，根据gb 28050(食品安全国家标准预包装食品营养标签通则)和dbs42/002(富有机硒食品硒含量要求)，本代餐粉属于富硒食品。
73.测试例5：代餐粉能量计算
74.将25重量份葛根粉(实施例4)、30重量份红豆粉、25重量份芝麻粉、6重量份紫薯粉、3重量份糯米粉、2重量份木糖醇、3重量份低聚果糖和1重量份硒肽粉均匀混合。根据分析代餐粉中蛋白质(13.8％)、脂肪(10.6％)和碳水化合物(68.2％)的相对含量，计算其对应的能量值约为1800kj/100g。
75.在中国营养学会提出的国居民膳食能量参考摄入量中，成年男性轻、中体力劳动者每日至少需要能量10046千焦，即每餐需摄入3349千焦；女性轻、中体力劳动者每日至少需要能量8790千焦，即每餐需摄入2930千焦。故针对成年人而言，每餐食用本代餐粉200g左右即可满足能量日常需求，并可达到日硒摄入量40μg以上。
76.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技
术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。