製備馬鈴薯膳食纖維的方法和食品組合物的製作方法

2023-09-19 05:22:35

專利名稱：製備馬鈴薯膳食纖維的方法和食品組合物的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種使用馬鈴薯副產物製備高純度馬鈴薯膳食纖維的方法。具體而言，本發明涉及一種將由馬鈴薯製備馬鈴薯澱粉的過程所產生的馬鈴薯副產物經磷酸化交聯轉化成抗性澱粉(resistant starch)而顯著提高膳食纖維總含量的高純度馬鈴薯膳食纖維的製備方法，馬鈴薯膳食纖維被用作食品原材料以作為膳食纖維源。
背景技術：
澱粉可分類成快速消化澱粉(RDQ、緩慢消化澱粉(SDQ和抗性澱粉0 )。快速消化澱粉可在攝入後20分鐘在小腸內快速消化。緩慢消化澱粉(SDQ儘管消化緩慢，需20 分鐘至120分鐘，但可在小腸內完全消化。抗性澱粉(舊)在人體小腸內不消化[Englyst et al.，1992 ；Eerlingen et al.，1993]。更具體而言，抗性澱粉是雖然不能被人體小腸消化和吸收但卻可被腸道細菌降解的澱粉或澱粉水解物，可分成四類。具體地，抗性澱粉可分成RS1，例如局部搗碎的穀物或種子，其不易被酶接近；RS2，例如非凝膠化原澱粉，包括香蕉澱粉和馬鈴薯澱粉，其具有B型結晶形式；RS3，其是通過食品加工凝膠化的澱粉老化而形成的；和通過化學改性澱粉形成的 RS4[Asp et al.，1992 ；Englyst et al.，1992]。抗性澱粉在大腸中經微生物發酵，由此促進單鏈脂肪族酸例如乙酸、丙酸和丁酸的形成，並預防大腸癌的發生。此外，抗性澱粉具有與膳食纖維相似的生理活性，可預防便秘並降低血糖。而且，由於可依靠製備方法控制抗性澱粉的理化特性，抗性澱粉的食品加工性能優於膳食纖維的，因此抗性澱粉可用於包括食品產業的眾多領域。馬鈴薯因其水分含量為75%或更高而難以長期貯存。因此馬鈴薯在使用前常被加工成馬鈴薯粉末或馬鈴薯澱粉，除非其以原有形式使用例如馬鈴薯條或炸馬鈴薯。馬鈴薯澱粉因為具有低的凝膠化溫度和高的粘性，因而可使食品變硬，變粘並變緊。在馬鈴薯加工成馬鈴薯澱粉的過程中，會產生馬鈴薯副產物。這些馬鈴薯副產物因為膳食纖維含量低而大都被丟棄或經簡單幹燥後用作動物飼料。

發明內容
因此，為解決上述問題，本發明提供了一種高純度馬鈴薯膳食纖維的製備方法，其通過將丟棄或用作動物飼料的馬鈴薯副產物經磷酸化交聯轉化成抗性澱粉而顯著提高膳食纖維總含量。而且，本發明提供了一種食品組合物，該食品組合物含有膳食纖維總含量顯著提高的高純度馬鈴薯膳食纖維。本發明的一個方面提供了一種使用馬鈴薯副產物製備高純度馬鈴薯膳食纖維的方法，該方法包括以下步驟提供在馬鈴薯澱粉製備時所產生的馬鈴薯副產物；通過在馬鈴薯副產物中添加硫酸鈉、交聯劑和鹼來使馬鈴薯副產物交聯；通過在交聯的馬鈴薯副產物中添加酸來中和交聯的馬鈴薯副產物；以及洗滌和乾燥中和的馬鈴薯副產物。
本發明的另一方面提高了一種食品組合物，該食品組合物含有使用馬鈴薯副產物製備的高純度馬鈴薯膳食纖維。


由以下結合附圖的具體描述將更清楚地理解本發明的上述和其他目的、特徵和優勢，其中圖1顯示了本發明所述的使用馬鈴薯副產物製備高純度馬鈴薯膳食纖維的工藝流程圖；圖2顯示了本發明一個實施方式所述的使用馬鈴薯副產物製備高純度馬鈴薯膳食纖維的工藝流程圖；圖3顯示了本發明所述馬鈴薯膳食纖維的凝膠化特性；和圖4顯示了本發明所述馬鈴薯膳食纖維的糊化特性。
具體實施例方式在下文中，將參照附圖具體描述本發明的優選實施方式。本發明的一個實施方式提供了一種使用馬鈴薯副產物製備高純度馬鈴薯膳食纖維的方法，該方法包括以下步驟提供在馬鈴薯澱粉製備時所產生的馬鈴薯副產物；通過在馬鈴薯副產物中添加硫酸鈉、交聯劑和鹼交聯馬鈴薯副產物；通過在交聯的馬鈴薯副產物中添加酸中和交聯的馬鈴薯副產物；以及洗滌和乾燥中和的馬鈴薯副產物。圖1顯示了本發明所述的使用馬鈴薯副產物製備高純度馬鈴薯膳食纖維的工藝流程圖。在本發明中，使用在將馬鈴薯製成澱粉時產生的馬鈴薯副產物製備高純度馬鈴薯膳食纖維，但也可使用在含有澱粉和膳食纖維的馬鈴薯、穀物、豆類等例如甜馬鈴薯、玉米、 木薯、豆類、米糠、大麥麥麩、芝麻籽等製成澱粉時產生的其他副產物。在本發明中，術語「高純度馬鈴薯膳食纖維」是指改性馬鈴薯副產物，並表示具有 80%或更高的膳食纖維總含量和高的膳食纖維活性的抗性澱粉或不溶性膳食纖維。 在本發明中，術語「改性馬鈴薯副產物」表示在將馬鈴薯製成澱粉時產生並通過磷酸化交聯改性的副產物。首先，將馬鈴薯浸入鹼性溶液中，然後將浸漬的馬鈴薯粉碎成馬鈴薯乳液，再使用濾網過濾馬鈴薯乳液以製備馬鈴薯澱粉和馬鈴薯副產物(SllO)。由此產生的馬鈴薯副產物因為膳食纖維含量低而通常大都被丟棄或用作動物飼料。在本發明中，將這種馬鈴薯副產物改性以用作食品的原材料，從而將丟棄資源轉化成增值產品。將馬鈴薯浸於鹼性溶液中的原因是在高pH條件下更容易從馬鈴薯中洗脫鹼性的水溶性蛋白和脂質，從而提高馬鈴薯澱粉的純度。通過將鹼性溶液添加至馬鈴薯中使馬鈴薯浸入鹼性溶液。在這種情況下，優選將馬鈴薯溶解在鹼性溶液中至濃度為10-60%，優選 40-50%。馬鈴薯的浸入實施30分鐘至3小時，優選情況下，可以實施30分鐘至1小時和 30分鐘，以最大程度地從馬鈴薯上洗脫蛋白和脂質。可使用任何形狀的馬鈴薯。但是，為了使馬鈴薯澱粉的洗脫最大化，優選將馬鈴薯切成薄片狀。
可使用常規鹼製備鹼性溶液，但優選使用氫氧化鈉(NaOH)製備鹼性溶液。鹼性溶液濃度可為0. 1-0. 25%，優選0. 15-0. 23%。將馬鈴薯浸入鹼性溶液之後，將其粉碎成馬鈴薯乳液，然後使用濾網過濾馬鈴薯乳液。在這種情況中，為了使馬鈴薯澱粉的洗脫最大化，在添加鹼性溶液的同時對未通過濾網的粉碎的馬鈴薯副產物重複粉碎並過濾。之後，通過濾網的馬鈴薯乳液用於製備馬鈴薯澱粉，未通過濾網的馬鈴薯副產物用作後續工藝的原材料。此處，馬鈴薯副產物是含有膳食纖維例如纖維素、半纖維素和木質素、蛋白以及大量澱粉的混合物。接下來，在馬鈴薯副產物中添加硫酸鈉(Na2SO4)、交聯劑和鹼以進行交聯化反應， 從而使馬鈴薯副產物交聯(S120)。在S120中，首先在馬鈴薯副產物中添加硫酸鈉(Na2SO4)以防止澱粉的凝膠化。硫酸鈉(Na2SO4)的添加量是基於馬鈴薯副產物中澱粉乾重的10-12wt%，優選10wt%。其次，往其中添加交聯劑。以99. 0-99. 9%的三偏磷酸鈉(STMP)和0. 1-1. 0%的三聚磷酸鈉(STPP)的混合物作為交聯劑。優選交聯劑的添加量是基於馬鈴薯副產物中澱粉乾重的8-12wt%。最後，往其中添加鹼至pH為9-13，優選10-12。可使用常規鹼，優選氫氧化鈉 (NaOH)作為所述鹼。pH滴定之後，含有硫酸鈉(Na2SO4)、交聯劑和鹼的馬鈴薯副產物在40-60°C磷酸化 1-6小時，優選在55°C磷酸化2-4小時，從而交聯馬鈴薯副產物。具體地，膳食纖維，例如纖維素、半纖維素、木質素等，以及澱粉被交聯，從而顯著提高不會被體內的消化酶所水解的膳食纖維的總量。之後，通過往其中添加酸中和經磷酸化交聯的馬鈴薯副產物(S130)。在這種情況中，可使用常規酸，優選鹽酸作為所述酸。最後，以水洗滌中和的馬鈴薯副產物並乾燥以製備高純度不溶性馬鈴薯膳食纖維 (S140)。在S140中，在以水洗滌中和的馬鈴薯副產物時，重複實施水洗滌以使乾燥馬鈴薯副產物中殘留的磷含量為0. 32-0. #t%。乾燥水洗滌的馬鈴薯副產物以使其水含量為5wt%或更低，如果需要，可粉碎並使用濾網過濾(S150)。由此途徑獲得的馬鈴薯膳食纖維具有100-300 μ m的顆粒直徑。本發明的另一實施方式提供了一種食品組合物，該組合物含有使用本發明所述馬鈴薯副產物製備的高純度馬鈴薯膳食纖維。在本發明中，通過磷酸化交聯將由於膳食纖維含量低而價值低的馬鈴薯副產物中所含馬鈴薯澱粉轉化成抗性馬鈴薯澱粉，從而製備膳食纖維總含量顯著提高的高純度馬鈴薯膳食纖維。因此，使用馬鈴薯副產物製備的高純度馬鈴薯膳食纖維可用作改善腸道蠕動的低熱量健康食品的原材料。此外，本發明所述的高純度馬鈴薯膳食纖維可替代小麥粉，並可用於製造不同固體食品例如曲奇、麵包、麵條等。 在下文中，將參照以下實施例更具體地描述本發明。但是，這些實施例是用於解釋本發明，而本發明的範圍並不限於此。
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[實施例1]分離馬鈴薯澱粉和用於製備高純度馬鈴薯膳食纖維的馬鈴薯副產物的工藝在室溫下將1200g碎片狀的馬鈴薯(基於含水的原始馬鈴薯)浸漬入至1200mL 的0. 2%氫氧化鈉(NaOH)溶液1小時，然後在IOOrpm轉速下攪拌以均勻地進行鹼性提取。 在這種情況下，鹼性溶液的pH為11 (圖2的S210)。使用粉磨機(BRAUN Power Blend，400Watt)將浸漬的馬鈴薯重複粉碎三次2分鐘，以形成馬鈴薯乳液(圖2的S220)。將馬鈴薯乳液用100目的濾網進行篩分(圖2的S230)，並在加入鹼性溶液的同時將未通過100目濾網的粉碎馬鈴薯進一步重複粉碎和過濾。將通過100目濾網的馬鈴薯乳液與ISOOmL蒸餾水混合，攪拌10分鐘，然後在3000rpm轉速下離心分離以形成沉澱團。將離心分離所形成的沉澱團乾燥然後用作馬鈴薯澱粉(圖2的S240)，未通過濾網的馬鈴薯副產物用於後續的交聯反應中。[實施例2]使用馬鈴薯副產物製備高純度馬鈴薯膳食纖維的工藝提供180g通過實施例1工藝所分離的馬鈴薯副產物(圖2的S250)，與150mL水混合，然後攪拌形成懸浮液。將懸浮液與10%硫酸鈉和12%三偏磷酸鈉和三聚磷酸鈉混合，然後以4%氫氧化鈉滴定以形成pH為11. 5的混合物(圖2的S^O)。將混合液在50 V磷酸化3小時，然後在反應產物中添加3. 65 %鹽酸以中和反應產物至PH為6. 5(圖2的S270)。之後，將中和的反應產物以蒸餾水洗滌三次(圖2的S^O)， 離心分離，40°C乾燥(圖2的S285)，粉碎(圖2的S290)，然後通過100目的濾網(圖2的 S295)，以使用馬鈴薯副產物製備高純度馬鈴薯膳食纖維。[實施例3]測量高純度馬鈴薯膳食纖維中含有的膳食纖維總量的方法測量實施例2中製備的高純度馬鈴薯膳食纖維的膳食纖維總量，然後通過官方農業化學家協會(AOAC)所用的分析方法進行分析。將1. Og樣品分散在40mL的pH為6. 0的磷酸緩衝液中。分散的樣品反應15分鐘， 同時將0. ImL澱粉酶(熱穩定α-澱粉酶，Cat No. A-3306, Sigma)加入沸水浴中然後攪拌， 並立即冷卻至室溫以形成第一反應產物。之後，在第一反應產物中添加氫氧化鈉(0.275N) 以使第一反應產物PH為7. 5，然後在添加0. lmL(50mg/mL磷酸緩衝液)蛋白酶之後將第一反應產物在60°C恆溫振蕩器中反應30分鐘以形成第二反應產物。之後，在第二反應產物中添加鹽酸(0. 325M)以使第二反應產物pH為4. 0-4. 6，然後在添加0. ImL澱粉葡糖苷酶(Cat No.A-9913, Sigma)之後將第二反應產物在60°C反應 30分鐘以形成第三反應產物。之後，為了終止反應，在第三反應產物中添加乙醇以使總醇濃度為80%，然後將第三反應產物擱置1小時。然後，以填充之前經乾燥和測量的硅藻土的坩堝(2G3，IWAKI)過濾第三反應產物。以95%乙醇和78%丙酮清洗殘留在坩堝中的樣品，將不溶殘留物在105士0. 1°C的爐中乾燥16小時，然後測量其重量以使用過濾前後之間的坩堝重量差計算膳食纖維總含量。結果如下表1所示。表 權利要求
1.一種製備高純度馬鈴薯膳食纖維的方法，該方法包括如下步驟a)提供在馬鈴薯澱粉製備時所產生的馬鈴薯副產物；b)通過在所述馬鈴薯副產物中添加硫酸鈉、交聯劑和鹼來使所述馬鈴薯副產物交聯；c)通過在交聯的馬鈴薯副產物中添加酸來中和交聯的馬鈴薯副產物；和d)清洗和乾燥中和的馬鈴薯副產物。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述高純度馬鈴薯膳食纖維的膳食纖維總含量為 80%或更高。
3.如權利要求1所述的方法，該方法還包括以下步驟e)粉碎清洗和乾燥的馬鈴薯副產物。
4.如權利要求3所述的方法，其中，粉碎的馬鈴薯副產物具有100-300μ m的顆粒直徑。
5.如權利要求1所述的方法，其中，步驟a)包括添加鹼性溶液至馬鈴薯以使馬鈴薯溶解在鹼性溶液中至濃度為10-60%。
6.如權利要求1所述的方法，其中，硫酸鈉的添加量是基於馬鈴薯副產物中澱粉乾重的 10-12wt%。
7.如權利要求1所述的方法，其中，所述交聯劑是三偏磷酸鈉和三聚磷酸鈉的混合物， 且交聯劑的添加量是基於所述馬鈴薯副產物中澱粉乾重的8-12wt%。
8.如權利要求1所述的方法，其中，步驟b)在40-55°C進行1-6小時。
9.如權利要求1所述的方法，其中，進行步驟d)以使乾燥的馬鈴薯副產物中殘留的磷含量為 0. 32-0. 4wt%。
10.一種食品組合物，該組合物含有由權利要求1-9中任意一項所述的方法製備的高純度馬鈴薯膳食纖維。
全文摘要
本發明涉及一種使用馬鈴薯副產物製備高純度馬鈴薯膳食纖維的方法以及含有該高純度膳食纖維的食品組合物。具體而言，本發明涉及一種將由馬鈴薯製備馬鈴薯澱粉的過程所產生的馬鈴薯副產物經磷酸化交聯轉化成抗性澱粉而顯著提高膳食纖維總含量的高純度馬鈴薯膳食纖維的製備方法，該馬鈴薯膳食纖維被用作食品原材料以作為膳食纖維源。
文檔編號A23L1/28GK102187996SQ20101018852
公開日2011年9月21日 申請日期2010年5月31日 優先權日2010年3月12日
發明者樸承源, 樸貞姬, 金映林 申請人:Cj第一製糖株式會社