专利名称：制备马铃薯膳食纤维的方法和食品组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用马铃薯副产物制备高纯度马铃薯膳食纤维的方法。具体而言，本发明涉及一种将由马铃薯制备马铃薯淀粉的过程所产生的马铃薯副产物经磷酸化交联转化成抗性淀粉(resistant starch)而显著提高膳食纤维总含量的高纯度马铃薯膳食纤维的制备方法，马铃薯膳食纤维被用作食品原材料以作为膳食纤维源。
背景技术：
淀粉可分类成快速消化淀粉(RDQ、缓慢消化淀粉(SDQ和抗性淀粉0 )。快速消化淀粉可在摄入后20分钟在小肠内快速消化。缓慢消化淀粉(SDQ尽管消化缓慢，需20 分钟至120分钟，但可在小肠内完全消化。抗性淀粉(旧)在人体小肠内不消化[Englyst et al.，1992 ；Eerlingen et al.，1993]。更具体而言，抗性淀粉是虽然不能被人体小肠消化和吸收但却可被肠道细菌降解的淀粉或淀粉水解物，可分成四类。具体地，抗性淀粉可分成RS1，例如局部捣碎的谷物或种子，其不易被酶接近；RS2，例如非凝胶化原淀粉，包括香蕉淀粉和马铃薯淀粉，其具有B型结晶形式；RS3，其是通过食品加工凝胶化的淀粉老化而形成的；和通过化学改性淀粉形成的 RS4[Asp et al.，1992 ；Englyst et al.，1992]。抗性淀粉在大肠中经微生物发酵，由此促进单链脂肪族酸例如乙酸、丙酸和丁酸的形成，并预防大肠癌的发生。此外，抗性淀粉具有与膳食纤维相似的生理活性，可预防便秘并降低血糖。而且，由于可依靠制备方法控制抗性淀粉的理化特性，抗性淀粉的食品加工性能优于膳食纤维的，因此抗性淀粉可用于包括食品产业的众多领域。马铃薯因其水分含量为75%或更高而难以长期贮存。因此马铃薯在使用前常被加工成马铃薯粉末或马铃薯淀粉，除非其以原有形式使用例如马铃薯条或炸马铃薯。马铃薯淀粉因为具有低的凝胶化温度和高的粘性，因而可使食品变硬，变粘并变紧。在马铃薯加工成马铃薯淀粉的过程中，会产生马铃薯副产物。这些马铃薯副产物因为膳食纤维含量低而大都被丢弃或经简单干燥后用作动物饲料。
发明内容
因此，为解决上述问题，本发明提供了一种高纯度马铃薯膳食纤维的制备方法，其通过将丢弃或用作动物饲料的马铃薯副产物经磷酸化交联转化成抗性淀粉而显著提高膳食纤维总含量。而且，本发明提供了一种食品组合物，该食品组合物含有膳食纤维总含量显著提高的高纯度马铃薯膳食纤维。本发明的一个方面提供了一种使用马铃薯副产物制备高纯度马铃薯膳食纤维的方法，该方法包括以下步骤提供在马铃薯淀粉制备时所产生的马铃薯副产物；通过在马铃薯副产物中添加硫酸钠、交联剂和碱来使马铃薯副产物交联；通过在交联的马铃薯副产物中添加酸来中和交联的马铃薯副产物；以及洗涤和干燥中和的马铃薯副产物。
本发明的另一方面提高了一种食品组合物，该食品组合物含有使用马铃薯副产物制备的高纯度马铃薯膳食纤维。
由以下结合附图的具体描述将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征和优势，其中图1显示了本发明所述的使用马铃薯副产物制备高纯度马铃薯膳食纤维的工艺流程图；图2显示了本发明一个实施方式所述的使用马铃薯副产物制备高纯度马铃薯膳食纤维的工艺流程图；图3显示了本发明所述马铃薯膳食纤维的凝胶化特性；和图4显示了本发明所述马铃薯膳食纤维的糊化特性。
具体实施例方式在下文中，将参照附图具体描述本发明的优选实施方式。本发明的一个实施方式提供了一种使用马铃薯副产物制备高纯度马铃薯膳食纤维的方法，该方法包括以下步骤提供在马铃薯淀粉制备时所产生的马铃薯副产物；通过在马铃薯副产物中添加硫酸钠、交联剂和碱交联马铃薯副产物；通过在交联的马铃薯副产物中添加酸中和交联的马铃薯副产物；以及洗涤和干燥中和的马铃薯副产物。图1显示了本发明所述的使用马铃薯副产物制备高纯度马铃薯膳食纤维的工艺流程图。在本发明中，使用在将马铃薯制成淀粉时产生的马铃薯副产物制备高纯度马铃薯膳食纤维，但也可使用在含有淀粉和膳食纤维的马铃薯、谷物、豆类等例如甜马铃薯、玉米、 木薯、豆类、米糠、大麦麦麸、芝麻籽等制成淀粉时产生的其他副产物。在本发明中，术语“高纯度马铃薯膳食纤维”是指改性马铃薯副产物，并表示具有 80%或更高的膳食纤维总含量和高的膳食纤维活性的抗性淀粉或不溶性膳食纤维。 在本发明中，术语“改性马铃薯副产物”表示在将马铃薯制成淀粉时产生并通过磷酸化交联改性的副产物。首先，将马铃薯浸入碱性溶液中，然后将浸渍的马铃薯粉碎成马铃薯乳液，再使用滤网过滤马铃薯乳液以制备马铃薯淀粉和马铃薯副产物(SllO)。由此产生的马铃薯副产物因为膳食纤维含量低而通常大都被丢弃或用作动物饲料。在本发明中，将这种马铃薯副产物改性以用作食品的原材料，从而将丢弃资源转化成增值产品。将马铃薯浸于碱性溶液中的原因是在高pH条件下更容易从马铃薯中洗脱碱性的水溶性蛋白和脂质，从而提高马铃薯淀粉的纯度。通过将碱性溶液添加至马铃薯中使马铃薯浸入碱性溶液。在这种情况下，优选将马铃薯溶解在碱性溶液中至浓度为10-60%，优选 40-50%。马铃薯的浸入实施30分钟至3小时，优选情况下，可以实施30分钟至1小时和 30分钟，以最大程度地从马铃薯上洗脱蛋白和脂质。可使用任何形状的马铃薯。但是，为了使马铃薯淀粉的洗脱最大化，优选将马铃薯切成薄片状。
可使用常规碱制备碱性溶液，但优选使用氢氧化钠(NaOH)制备碱性溶液。碱性溶液浓度可为0. 1-0. 25%，优选0. 15-0. 23%。将马铃薯浸入碱性溶液之后，将其粉碎成马铃薯乳液，然后使用滤网过滤马铃薯乳液。在这种情况中，为了使马铃薯淀粉的洗脱最大化，在添加碱性溶液的同时对未通过滤网的粉碎的马铃薯副产物重复粉碎并过滤。之后，通过滤网的马铃薯乳液用于制备马铃薯淀粉，未通过滤网的马铃薯副产物用作后续工艺的原材料。此处，马铃薯副产物是含有膳食纤维例如纤维素、半纤维素和木质素、蛋白以及大量淀粉的混合物。接下来，在马铃薯副产物中添加硫酸钠(Na2SO4)、交联剂和碱以进行交联化反应， 从而使马铃薯副产物交联(S120)。在S120中，首先在马铃薯副产物中添加硫酸钠(Na2SO4)以防止淀粉的凝胶化。硫酸钠(Na2SO4)的添加量是基于马铃薯副产物中淀粉干重的10-12wt%，优选10wt%。其次，往其中添加交联剂。以99. 0-99. 9%的三偏磷酸钠(STMP)和0. 1-1. 0%的三聚磷酸钠(STPP)的混合物作为交联剂。优选交联剂的添加量是基于马铃薯副产物中淀粉干重的8-12wt%。最后，往其中添加碱至pH为9-13，优选10-12。可使用常规碱，优选氢氧化钠 (NaOH)作为所述碱。pH滴定之后，含有硫酸钠(Na2SO4)、交联剂和碱的马铃薯副产物在40-60°C磷酸化 1-6小时，优选在55°C磷酸化2-4小时，从而交联马铃薯副产物。具体地，膳食纤维，例如纤维素、半纤维素、木质素等，以及淀粉被交联，从而显著提高不会被体内的消化酶所水解的膳食纤维的总量。之后，通过往其中添加酸中和经磷酸化交联的马铃薯副产物(S130)。在这种情况中，可使用常规酸，优选盐酸作为所述酸。最后，以水洗涤中和的马铃薯副产物并干燥以制备高纯度不溶性马铃薯膳食纤维 (S140)。在S140中，在以水洗涤中和的马铃薯副产物时，重复实施水洗涤以使干燥马铃薯副产物中残留的磷含量为0. 32-0. #t%。干燥水洗涤的马铃薯副产物以使其水含量为5wt%或更低，如果需要，可粉碎并使用滤网过滤(S150)。由此途径获得的马铃薯膳食纤维具有100-300 μ m的颗粒直径。本发明的另一实施方式提供了一种食品组合物，该组合物含有使用本发明所述马铃薯副产物制备的高纯度马铃薯膳食纤维。在本发明中，通过磷酸化交联将由于膳食纤维含量低而价值低的马铃薯副产物中所含马铃薯淀粉转化成抗性马铃薯淀粉，从而制备膳食纤维总含量显著提高的高纯度马铃薯膳食纤维。因此，使用马铃薯副产物制备的高纯度马铃薯膳食纤维可用作改善肠道蠕动的低热量健康食品的原材料。此外，本发明所述的高纯度马铃薯膳食纤维可替代小麦粉，并可用于制造不同固体食品例如曲奇、面包、面条等。 在下文中，将参照以下实施例更具体地描述本发明。但是，这些实施例是用于解释本发明，而本发明的范围并不限于此。
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[实施例1]分离马铃薯淀粉和用于制备高纯度马铃薯膳食纤维的马铃薯副产物的工艺在室温下将1200g碎片状的马铃薯(基于含水的原始马铃薯)浸渍入至1200mL 的0. 2%氢氧化钠(NaOH)溶液1小时，然后在IOOrpm转速下搅拌以均勻地进行碱性提取。 在这种情况下，碱性溶液的pH为11 (图2的S210)。使用粉磨机(BRAUN Power Blend，400Watt)将浸渍的马铃薯重复粉碎三次2分钟，以形成马铃薯乳液(图2的S220)。将马铃薯乳液用100目的滤网进行筛分(图2的S230)，并在加入碱性溶液的同时将未通过100目滤网的粉碎马铃薯进一步重复粉碎和过滤。将通过100目滤网的马铃薯乳液与ISOOmL蒸馏水混合，搅拌10分钟，然后在3000rpm转速下离心分离以形成沉淀团。将离心分离所形成的沉淀团干燥然后用作马铃薯淀粉(图2的S240)，未通过滤网的马铃薯副产物用于后续的交联反应中。[实施例2]使用马铃薯副产物制备高纯度马铃薯膳食纤维的工艺提供180g通过实施例1工艺所分离的马铃薯副产物(图2的S250)，与150mL水混合，然后搅拌形成悬浮液。将悬浮液与10%硫酸钠和12%三偏磷酸钠和三聚磷酸钠混合，然后以4%氢氧化钠滴定以形成pH为11. 5的混合物(图2的S^O)。将混合液在50 V磷酸化3小时，然后在反应产物中添加3. 65 %盐酸以中和反应产物至PH为6. 5(图2的S270)。之后，将中和的反应产物以蒸馏水洗涤三次(图2的S^O)， 离心分离，40°C干燥(图2的S285)，粉碎(图2的S290)，然后通过100目的滤网(图2的 S295)，以使用马铃薯副产物制备高纯度马铃薯膳食纤维。[实施例3]测量高纯度马铃薯膳食纤维中含有的膳食纤维总量的方法测量实施例2中制备的高纯度马铃薯膳食纤维的膳食纤维总量，然后通过官方农业化学家协会(AOAC)所用的分析方法进行分析。将1. Og样品分散在40mL的pH为6. 0的磷酸缓冲液中。分散的样品反应15分钟， 同时将0. ImL淀粉酶(热稳定α-淀粉酶，Cat No. A-3306, Sigma)加入沸水浴中然后搅拌， 并立即冷却至室温以形成第一反应产物。之后，在第一反应产物中添加氢氧化钠(0.275N) 以使第一反应产物PH为7. 5，然后在添加0. lmL(50mg/mL磷酸缓冲液)蛋白酶之后将第一反应产物在60°C恒温振荡器中反应30分钟以形成第二反应产物。之后，在第二反应产物中添加盐酸(0. 325M)以使第二反应产物pH为4. 0-4. 6，然后在添加0. ImL淀粉葡糖苷酶(Cat No.A-9913, Sigma)之后将第二反应产物在60°C反应 30分钟以形成第三反应产物。之后，为了终止反应，在第三反应产物中添加乙醇以使总醇浓度为80%，然后将第三反应产物搁置1小时。然后，以填充之前经干燥和测量的硅藻土的坩埚(2G3，IWAKI)过滤第三反应产物。以95%乙醇和78%丙酮清洗残留在坩埚中的样品，将不溶残留物在105士0. 1°C的炉中干燥16小时，然后测量其重量以使用过滤前后之间的坩埚重量差计算膳食纤维总含量。结果如下表1所示。表 权利要求
1.一种制备高纯度马铃薯膳食纤维的方法，该方法包括如下步骤a)提供在马铃薯淀粉制备时所产生的马铃薯副产物；b)通过在所述马铃薯副产物中添加硫酸钠、交联剂和碱来使所述马铃薯副产物交联；c)通过在交联的马铃薯副产物中添加酸来中和交联的马铃薯副产物；和d)清洗和干燥中和的马铃薯副产物。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述高纯度马铃薯膳食纤维的膳食纤维总含量为 80%或更高。
3.如权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤e)粉碎清洗和干燥的马铃薯副产物。
4.如权利要求3所述的方法，其中，粉碎的马铃薯副产物具有100-300μ m的颗粒直径。
5.如权利要求1所述的方法，其中，步骤a)包括添加碱性溶液至马铃薯以使马铃薯溶解在碱性溶液中至浓度为10-60%。
6.如权利要求1所述的方法，其中，硫酸钠的添加量是基于马铃薯副产物中淀粉干重的 10-12wt%。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述交联剂是三偏磷酸钠和三聚磷酸钠的混合物， 且交联剂的添加量是基于所述马铃薯副产物中淀粉干重的8-12wt%。
8.如权利要求1所述的方法，其中，步骤b)在40-55°C进行1-6小时。
9.如权利要求1所述的方法，其中，进行步骤d)以使干燥的马铃薯副产物中残留的磷含量为 0. 32-0. 4wt%。
10.一种食品组合物，该组合物含有由权利要求1-9中任意一项所述的方法制备的高纯度马铃薯膳食纤维。
全文摘要
本发明涉及一种使用马铃薯副产物制备高纯度马铃薯膳食纤维的方法以及含有该高纯度膳食纤维的食品组合物。具体而言，本发明涉及一种将由马铃薯制备马铃薯淀粉的过程所产生的马铃薯副产物经磷酸化交联转化成抗性淀粉而显著提高膳食纤维总含量的高纯度马铃薯膳食纤维的制备方法，该马铃薯膳食纤维被用作食品原材料以作为膳食纤维源。
文档编号A23L1/28GK102187996SQ20101018852
公开日2011年9月21日 申请日期2010年5月31日 优先权日2010年3月12日
发明者朴承源, 朴贞姬, 金映林 申请人:Cj第一制糖株式会社