專利名稱：高活性苜蓿膳食纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高活性苜蓿膳食纖維的制備方法。
背景技術(shù)：
膳食纖維是不為人體消化吸收的多糖類碳水化合物與木質(zhì)素的總成，按照其溶解性可分為水溶性膳食纖維和水不溶性纖維。經(jīng)過大量事實(shí)研究證明膳食纖維有較強(qiáng)的遲油、持水能力、增容作用和誘導(dǎo)微生物的作用，能螯合消化道中的膽固醇、重金屬的有毒物質(zhì)，減少致癌物的產(chǎn)生并促進(jìn)腸蠕動，利于糞便排出，對人體有極其重要的生理功能，被成為“第七大營養(yǎng)素”。
迄今為止，關(guān)于膳食纖維化學(xué)組成、物化性質(zhì)與生理功能之間的相互關(guān)系還不清楚，但是已明確了膳食纖維通過所含的不溶性成分作用于腸道產(chǎn)生機(jī)械蠕動效果、可溶性成分發(fā)揮代謝功能而產(chǎn)生對人體的保健功能，因此，膳食纖維中可溶性成分的組成比例是影響膳食纖維生理功能的一個重要因素，即天然纖維中的水溶性成分含量越高，膳食纖維的生理活性就越高，而未改性膳食纖維中的水溶性成分含量非常低，如未改性苜蓿膳食纖維中的水溶性成分只占3.8％，顯然是太低了。
現(xiàn)有技術(shù)中，膳食纖維制備一般都采用化學(xué)方法和生物酶法，其中化學(xué)處理法由于其強(qiáng)烈的溶劑處理，導(dǎo)致幾乎100％的水溶性纖維、50％-60％的半纖維素和10％-30％的纖維素被損失掉，而生物酶處理法由于采用水洗離心，導(dǎo)致水溶性纖維含量非常低，因此，上述兩種方法所制得的膳食纖維生理活性低，只能作為一般的無能量填充劑，無法提升膳食纖維的價值。
擠壓蒸煮技術(shù)是現(xiàn)代食品工程的高新技術(shù)之一，擠壓機(jī)是擠壓加工技術(shù)的關(guān)鍵，它集輸送、混合、加熱和加壓等多種單元操作于一體，在極短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)、淀粉或纖維素等聚合物的直接或間接物質(zhì)轉(zhuǎn)化，且高纖維物料經(jīng)擠壓處理后，還可改良色澤與風(fēng)味，鈍化能引起不良風(fēng)味的分解酶，使擠壓后產(chǎn)品的穩(wěn)定性與風(fēng)味得以明顯提高。大量研究結(jié)果表明，擠壓技術(shù)是提高膳食纖維生理功能的有效手段之一。目前，我國已成功利用雙螺桿擠壓技術(shù)成功開發(fā)了高活性甘蔗纖維、米糠纖維和甜菜纖維，但尚無高活性苜蓿纖維的開發(fā)與生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種采用擠壓蒸煮技術(shù)和超微粉碎技術(shù)，獲得具有較好生理活性、良好色澤和風(fēng)味的苜蓿膳食纖維的高活性苜蓿膳食纖維的制備方法。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種高活性苜蓿膳食纖維的制備方法，其工藝過程為a.苜蓿葉渣制備將鮮嫩苜蓿莖葉粉碎，打漿，壓榨后得苜蓿葉渣；b.苜蓿葉渣前處理將上述苜蓿葉渣經(jīng)過浸泡漂洗，脫除草味，二次漂洗，漂白脫色，細(xì)化均質(zhì)，脫水干燥后獲得含水量為6％～8％的纖維；c.活化處理將上述纖維放入雙螺桿二次擠壓機(jī)中進(jìn)行活化處理，控制進(jìn)料量保持在30kg/h恒定不變，進(jìn)水量在30％～60％范圍內(nèi)變化，螺桿轉(zhuǎn)速在220～280r/min范圍內(nèi)變化；d.超微粉碎利用空氣動力與超高速氣流碰撞粉碎方法獲得粒徑為2～4微米、細(xì)度為1300～1500目的高活性苜蓿膳食纖維；上述浸泡漂洗是指將壓榨后的苜蓿葉渣放在36-40℃的水中浸泡1.5～2小時，控制葉渣濃度在12～20％范圍內(nèi)；上述脫除草味是指將浸泡漂洗后的苜蓿葉渣在濃度為0.5％～2％的氫氧化鈉中蒸煮20～40分鐘；上述氫氧化鈉可用氫氧化鉀、氫氧化鈣或碳酸氫鈉替換；上述漂白脫色是指將脫除草味的苜蓿纖維在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％的次氯酸鈉溶液中處理40～60分鐘，控制溫度為38～42℃，次氯酸鈉溶液的用量為纖維的1～1.3倍，此過程處理兩到三次；上述細(xì)化均質(zhì)過程是采用高速超剪切均化方法；所述的雙螺桿二次擠壓機(jī)，包括套筒及與套筒相連的模頭，一對帶有反向螺桿的同向嚙合組合螺桿安裝在套筒內(nèi)部，上述組合螺桿按照擠壓過程的功能劃分為喂料段、熔融段、一次擠出段、均化段、二次擠出段和反向阻滯段；所述的超微粉碎是在超高速氣流粉碎機(jī)中進(jìn)行。
本發(fā)明正是采用擠壓蒸煮技術(shù)和超微粉碎技術(shù)對苜蓿膳食纖維進(jìn)行改性處理1.利用雙螺桿二次擠壓機(jī)在極短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)纖維素等聚合物的化學(xué)動態(tài)轉(zhuǎn)化，使部分不溶性纖維發(fā)生熔融或氫鍵斷裂，轉(zhuǎn)變成水溶性聚合物，從而提高膳食纖維的生理活性；2.采用空氣動力與超高速氣流碰撞粉碎方法，利用超微粉碎機(jī)將經(jīng)過活化處理后的膳食纖維進(jìn)行粒徑2～4um、細(xì)度1300～1500目的微粉體，使膳食纖維微粉體具有巨大的比表面積和巨大的空隙率，而且還具有巨大的表面能(由機(jī)械能轉(zhuǎn)換并蓄存其中)，這給膳食纖維帶來了高溶解性、多方面的活性、很強(qiáng)的吸附性、爆炸性、流動性等物理、化學(xué)方面的新特性，使其成為真正的高活性苜蓿膳食纖維。
本發(fā)明最大的特點(diǎn)在于利用一種改進(jìn)的擠壓設(shè)備——雙螺桿二次擠壓機(jī)實(shí)現(xiàn)苜蓿膳食纖維的改性，主要是由于現(xiàn)有技術(shù)中雙螺桿擠壓機(jī)用于苜蓿膳食纖維的改性時，由于高溫擠壓作用，使得料筒內(nèi)有蒸汽產(chǎn)生，這種蒸汽的存在將會導(dǎo)致其工藝特性、產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量的無序波動，從而極大地影響了擠壓工藝的穩(wěn)定性，給擠壓機(jī)操作和控制帶來困難。因此，本發(fā)明重新調(diào)整了擠壓機(jī)機(jī)筒內(nèi)部的螺桿結(jié)構(gòu)，在螺桿中間插入擠出螺旋段，使螺桿在擠壓過程中的功能分布由現(xiàn)有技術(shù)中的喂料段、熔融段、均化段和擠出段的四段分布結(jié)構(gòu)，改變?yōu)槲沽隙?、熔融段、一次擠出段、均化段、二次擠出段、反向阻滯段的六段分布結(jié)構(gòu)。這種螺桿結(jié)構(gòu)的改變，使得物料隨著螺桿長徑比的增大而延長了在機(jī)筒內(nèi)的停留時間，物料所吸收的機(jī)筒壁傳遞的熱量及物料受摩擦、剪切作用產(chǎn)生熱量增多，壓力增大，物料的熔融程度得以提高，從而改善了物料的熔融特性，并改變了物料的生化反應(yīng)條件(如停留時間及其分布，生化反應(yīng)速率和溫度分布的變化)；且料筒內(nèi)部壓力超過擠壓溫度下的飽和蒸汽壓(含有一定水分的物料在擠壓機(jī)套筒內(nèi)受到螺桿的推動作用和卸料模具及套筒內(nèi)反向螺桿的反向阻滯作用，另外還受到來自于外部的加熱和物料與螺桿和套筒的內(nèi)部磨擦熱的加熱作用，此綜合作用的結(jié)果使物料處于7～9Mpa的高壓和180～200℃的高溫狀態(tài)下，如此高的壓力超過了擠壓溫度下的飽和蒸汽壓，所以在擠壓機(jī)套筒內(nèi)的物料中的水分不會沸騰蒸發(fā))，使得高溫擠壓中的蒸汽產(chǎn)生得以控制，從而提高了雙螺桿擠壓機(jī)的工藝穩(wěn)定性。
采用本發(fā)明的雙螺桿二次擠壓機(jī)活化后的苜蓿膳食纖維，經(jīng)檢測，其水溶性膳食纖維由原來的3.8％提高到11.4％-12.8％，纖維干基總得率達(dá)78.62％。同其他技術(shù)相比，本發(fā)明的指標(biāo)也得到大幅度提高，詳見表一。
表一本發(fā)明工藝與其他工藝效果比較

本發(fā)明技術(shù)的研制成功將改變我國膳食纖維制備工藝的落后現(xiàn)狀，使只能作為無能量填充劑的膳食纖維變?yōu)榫哂休^好生理活性的功能基料(生理活性物質(zhì))，大大縮短了我國與國外先進(jìn)水平的差距，對提高苜蓿深加工產(chǎn)品的科技含量和經(jīng)濟(jì)附加值，拓寬其應(yīng)用新領(lǐng)域具有十分重要的意義。


圖1為本發(fā)明所用的雙螺桿二次擠壓機(jī)的結(jié)構(gòu)示意簡圖。
具體實(shí)施例方式
1.苜蓿葉渣制備選取鮮嫩紫花苜蓿莖葉，用粉碎機(jī)粗粉碎至粒徑2～4mm后，加適量水打漿三遍，然后通過螺旋壓榨機(jī)組壓榨分離出苜蓿葉渣，其中含有75％以上的總膳食纖維含量，基本成份是纖維，包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等。
2.苜蓿葉渣前處理浸泡漂洗鮮莖葉經(jīng)壓榨分離后，葉渣首先要進(jìn)行浸泡漂洗以軟化纖維，同時洗去葉渣表面上的殘留可溶性雜質(zhì)，控制葉渣濃度在12～20％范圍內(nèi)，溫度和時間要求控制仔細(xì)，水溫36～40℃，時間1.5～2h為宜。
脫除草味采用加堿蒸煮法脫除苜蓿草味，本發(fā)明選用氫氧化鈉為除味劑，氫氧化鈉濃度控制在0.5～2％范圍內(nèi)，時間20～40min。不同的堿對堿濃度與蒸煮時間要求不同，可采用的堿品種很多，如氫氧化鉀、氫氧化鈣，碳酸氫鈉等。
二次漂洗堿處理后要進(jìn)行二次漂洗，以洗去附著在纖維表面的少量殘留堿，避免對后道工序帶來影響。
漂白脫色采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％的次氯酸鈉溶液為脫色劑處理40～60分鐘，控制溫度為38～42℃，次氯酸鈉(NaClO)的用量為纖維的1～1.3倍，一般需重復(fù)脫色兩到三次，經(jīng)漂洗得淺色葉渣。
細(xì)化均質(zhì)、脫水干燥將上述處理后的葉渣用高速超剪切均質(zhì)機(jī)細(xì)化至粒度為17～20um，通過離心脫水、熱風(fēng)干燥至含水6～8％左右的纖維。
3.活化處理將上述纖維送入雙螺桿二次擠壓機(jī)的喂料口中，保持螺桿轉(zhuǎn)速220～280r/min，進(jìn)水量(相對于固體物料進(jìn)料量)為30％～60％，進(jìn)料量30kg/h恒定不變。擠壓蒸煮后物料經(jīng)模頭擠出，壓力驟降為常壓，物料中的水分瞬間閃蒸而散發(fā)，溫度降至80℃左右，導(dǎo)致物料表面呈現(xiàn)多孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)，纖維料經(jīng)擠壓后凝結(jié)成條狀物。
4.超微粉碎活化后的膳食纖維，經(jīng)熱風(fēng)干燥處理后，用超高速氣流粉碎機(jī)粉碎即獲得粒徑2～4um，細(xì)度1300～1500目的高活性苜蓿膳食纖維(HAFA)。
經(jīng)檢測，通過本發(fā)明所獲得的高活性苜蓿膳食纖維(HAFA)，外觀呈淺色，其纖維干基總得率為78.62％，總膳食纖維含量(濕基)為73.62％，其中水溶性纖維12.8％，半纖維素17.32％，纖維素34.64％，木質(zhì)素8.86％。
本發(fā)明所用的雙螺桿二次擠壓機(jī)，具體結(jié)構(gòu)為該擠壓機(jī)包括套筒1及與套筒1相連的模頭2，所述套筒1內(nèi)安裝有一對同向嚙合組合螺桿3，該組合螺桿3按照擠壓過程劃分為喂料段3-1、熔融段3-2、一次擠出段3-3、均化段3-4、二次擠出段3-5和反向阻滯段3-6。組合螺桿3的兩端分別為反向阻滯段3-6(反向螺桿)和螺桿芯軸3-7，反向阻滯段3-6對應(yīng)于模頭2，螺桿芯軸3-7則由電動機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)。
本實(shí)用新型雙螺桿二次擠壓機(jī)的動力結(jié)構(gòu)、其他輔助性結(jié)構(gòu)等均同現(xiàn)有技術(shù)中的雙螺桿擠壓機(jī)一樣。
權(quán)利要求
1.一種高活性苜蓿膳食纖維的制備方法，其工藝過程為a.苜蓿葉渣制備將鮮嫩苜蓿莖葉粉碎，打漿，壓榨后得苜蓿葉渣；b.苜蓿葉渣前處理將上述苜蓿葉渣經(jīng)過浸泡漂洗，脫除草味，二次漂洗，漂白脫色，細(xì)化均質(zhì)，脫水干燥后獲得含水量為6％～8％的纖維；c.活化處理將上述纖維放入雙螺桿二次擠壓機(jī)中進(jìn)行活化處理，控制進(jìn)料量保持在30kg/h恒定不變，進(jìn)水量在30％～60％范圍內(nèi)變化，螺桿轉(zhuǎn)速在220～280r/min范圍內(nèi)變化；d.超微粉碎利用空氣動力與超高速氣流碰撞粉碎方法獲得粒徑為2～4微米、細(xì)度為1300～1500目的高活性苜蓿膳食纖維。
2.按照權(quán)利要求1所述的高活性苜蓿膳食纖維的制備方法，其特征在于上述浸泡漂洗是指將壓榨后的苜蓿葉渣放在36-40℃的水中浸泡1.5～2小時，控制葉渣濃度在12～20％范圍內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1所述的高活性苜蓿膳食纖維的制備方法，其特征在于上述脫除草味是指將浸泡漂洗后的苜蓿葉渣在濃度為0.5％～2％的氫氧化鈉中蒸煮20～40分鐘。
4.按照權(quán)利要求3所述的高活性苜蓿膳食纖維的制備方法，其特征在于上述氫氧化鈉可用氫氧化鉀、氫氧化鈣或碳酸氫鈉替換。
5.按照權(quán)利要求1所述的高活性苜蓿膳食纖維的制備方法，其特征在于上述漂白脫色是指將脫除草味的苜蓿纖維在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％的次氯酸鈉溶液中處理40～60分鐘，控制溫度為38～42℃，次氯酸鈉溶液的用量為纖維的1～1.3倍。
6.按照權(quán)利要求1所述的高活性苜蓿膳食纖維的制備方法，其特征在于上述細(xì)化均質(zhì)過程是采用高速超剪切均化方法。
7.按照權(quán)利要求1所述的高活性苜蓿膳食纖維的制備方法，其特征在于所述的雙螺桿二次擠壓機(jī)，包括套筒(1)及與套筒(1)相連的模頭(2)，一對帶有反向螺桿的同向嚙合組合螺桿(3)安裝在套筒(1)內(nèi)部，上述組合螺桿(3)按照擠壓過程的功能劃分為喂料段(3-1)、熔融段(3-2)、一次擠出段(3-3)、均化段(3-4)、二次擠出段(3-5)和反向阻滯段(3-6)。
8.按照權(quán)利要求1所述的高活性苜蓿膳食纖維的制備方法，其特征在于所述的超微粉碎是在超高速氣流粉碎機(jī)中進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及高活性苜蓿膳食纖維的制備方法，該工藝?yán)脭D壓蒸煮技術(shù)和超微粉碎技術(shù)對苜蓿膳食纖維進(jìn)行改性處理，特別是將雙螺桿擠壓機(jī)的螺桿結(jié)構(gòu)由現(xiàn)有技術(shù)中的喂料段、熔融段、均化段和擠出段的四段分布結(jié)構(gòu)，改變?yōu)槲沽隙?、熔融段、一次擠出段、均化段、二次擠出段、反向阻滯段的六段分布結(jié)構(gòu)，該技術(shù)的應(yīng)用可獲得高生理活性的苜蓿膳食纖維，還可提高雙螺桿擠壓機(jī)的工藝穩(wěn)定性。本發(fā)明技術(shù)的研制成功將改變我國膳食纖維制備工藝的落后現(xiàn)狀，使只能作為無能量填充劑的膳食纖維變?yōu)榫哂休^好生理活性的功能基料(生理活性物質(zhì))，大大縮短了我國與國外先進(jìn)水平的差距，對提高苜蓿深加工產(chǎn)品的科技含量和經(jīng)濟(jì)附加值，拓寬其應(yīng)用新領(lǐng)域具有十分重要的意義。
文檔編號A23L1/308GK1586306SQ20041007903
公開日2005年3月2日 申請日期2004年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月4日
發(fā)明者張寧生 申請人:張寧生