一种基于径向旋转磁场下的食品益生菌或蛋白质富集的方法
【专利摘要】一种基于径向旋转磁场下的食品益生菌或蛋白质富集的方法，属于运用电磁学的食品加工【技术领域】。本发明所用装备有（A）磁场驱动单元：包括调速器、电机、硅钢铁芯、转动圆盘、铷硼铁强磁纲；（B）磁场引导单元：包括调速器、电机、径向旋转磁场；（C）浸渍单元：包括浸渍槽、硅胶管绕组管路、真空泵。当转动圆盘转动时，铷硼铁强磁钢不断经过中间的硅胶管绕组，在硅胶管路中产生变化的感应电动势，硅胶管路中液体含有表面带电的菌体或蛋白质，在硅胶管路绕组中产生感应电动势，导致溶液回路体系中的带电菌体或蛋白质往复运动，并受径向旋转磁场影响其运动轨迹发生偏转，进而完成对食品的菌体或蛋白质的富集浸渍处理。本发明可实现益生菌及蛋白质在多孔状食品中的富集，运用于功能性食品开发。
【专利说明】—种基于径向旋转磁场下的食品益生菌或蛋白质富集的方法
【技术领域】
[0001]一种基于径向旋转磁场下的食品益生菌或蛋白质富集的方法，属于运用电磁学的一种新型食品加工技术。
【背景技术】
[0002]溶液中若含有一定量带电的阴阳离子或表面带电的蛋白质及菌体，在有电势差的环境中会发生定向迁移，根据这一原理的技术应用包括电解、电镀、电泳和电渗析。它们都是通过在电极间产生的电势差而形成的离子定向移动，其中电解、电镀、电渗析的处理对象多为电解质中的正负离子，其分子量小；而电泳则针对溶液中一些表面带有大量正负电子的蛋白质大分子类进行处理。Zeta电位即电动电势是连续相与附着在分散粒子上的流体稳定层之间的电势差。可以反映蛋白质或者菌体在不同缓冲体系中的带电情况。
[0003]螺线管路绕组溶液中充满带电粒子并引入变化的磁通量使其生产感应电动势作为“源动力”来驱动溶液回路体系中的带电粒子定向移动。交变的磁通量产生交变的感应电动势并驱动带电粒子往复运动。在径向磁场中，当其粒子运动方向切割磁力线时会受到洛伦兹力的作用，使其轨迹发生偏转，增加带电粒子向中间食材的浸溃渗透作用，从而完成益生菌或蛋白质的富集。
[0004]在食材中添加益生菌和功能性蛋白质有益于丰富功能性食品的种类，当今健康食品越来越受人青睐，逐渐成为未来食品工业的发展方向。常见的益生菌主要有:乳酸菌、双歧杆菌、酵母菌、嗜酸乳杆菌等，也包含各类复合的益生菌。功能性蛋白质指在食品生产中添加的，可以改善品质特性的一类蛋白质总称。如乳清蛋白类可以改善食品的起泡性和乳化性，谷物蛋白类可以改善食品体系风味，肌蛋白类可以改善食品的凝胶性和持水性。大多数食品具有一定的孔隙率，如一些果蔬类食品的薄壁组织中的细胞直径为50-500 μ m,间隙有210-350 μ m的距离，而大多数蛋白质尺寸为数百纳米，大多数微生物尺寸为数微米到数十微米范围，这样的空间足以让微生物和蛋白质在食材中容纳富集。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种基于径向旋转磁场下的食品益生菌及蛋白质富集的方法，本发明是一种新型食品加工技术，原理是由铷硼铁强磁钢不断经过中间的硅胶管绕组，引发缠绕在硅钢铁芯上且管中充满表面带电的菌体或蛋白质液体的硅胶管产生感应电动势，导致整个溶液回路体系中的带电菌体或蛋白质往复运动；并受径向旋转磁场影响在硅胶管路中产生变化的磁通，菌体或蛋白质运动轨迹发生偏转，进而完成对食品的菌体或蛋白质富集浸溃处理。
[0006]本发明的技术方案:一种基于径向旋转磁场下的食品益生菌或蛋白质富集的方法，本发明所用装备有(A)磁场 驱动单元:包括调速器5、电机6、皮带4、硅钢铁芯8、转动圆盘7、铷硼铁强磁纲10，由调速器5控制电机6转速，由皮带4带动转动圆盘7的转轴；(B)磁场引导单元:包括调速器11、电机12、皮带13、径向旋转磁场2，由调速器11控制电机12转速，由皮带13带动径向旋转磁场2中的磁瓦；(C)浸溃单元:包括浸溃槽1、硅胶管绕组管路9、真空泵3，如图1所示；
(A)磁场驱动单元:转动圆盘7上均匀分布放置两对铷硼铁强磁钢10，每块磁钢尺寸IOOmmX IOOmmX IOmm,每对铷硼铁强磁钢间距为100~120mm且异极相对，中心磁场强度30(T500Gs，转动圆盘的转动由调速器5和电机6控制，其中调速器5输出转速范围800~1000 r/min,电机 6 转速 800~1000 r/min ；
(B)磁场引导单兀:径向旋转磁场2放置在浸溃槽I外部，径向旋转磁场2由4~6对半圆环形磁瓦组成，相邻的每对半圆环形磁瓦中心磁力线方向一致，每对半圆环形磁瓦异极相对，磁力线N极指向S极,每块半圆环形磁瓦尺寸为内径100mm,外径115mm,厚15mm,长100mm,磁瓦中心表面磁场3000Gs,每对磁瓦组成的径向旋转磁场的中心强度500Gs,径向旋转磁场的转动由调速器11和电机12控制，其中调速器11输出转速范围1(T100 r/min,电机12转速10~100 r/min ；
(C)浸溃单元:玻璃浸溃槽I为圆柱形结构，内径6(T80mm，长度50(T800mm，壁厚3mm，上方留有可抽真空的阀门和可进样取样的密封盖，浸溃槽两侧的中间部位有导通口，与硅胶管绕组连接，使整个浸溃液体系成循环回路；硅胶管绕组管路9其材料为绝缘性好、柔韧性佳、无毒无味的食品级钼金硅胶管，内径范围2飞_，管壁厚度3_，硅胶管绕组为双层绕线其匝数范围为20~30圈；中间的硅钢铁芯8为铁氧体棒，直径3(T50mm，长度8(Tl00mm，硅胶管两端分别与浸溃槽两侧的导通口相接连通，使浸溃液呈循环的回路体系；
转动圆盘7转动时，由于铷硼铁强磁钢不断经过中间的硅胶管绕组，在硅胶管路中产生变化的磁通，由于硅胶管路中液体含有表面带电的菌体或蛋白质，于是在硅胶管路绕组中产生感应电动势，导致整个溶液回路体系中的带电菌体或蛋白质往复运动，并受径向旋转磁场影响其运动轨迹发生偏转，进而完成对食品的菌体或蛋白质的富集浸溃处理。
`[0007]浸溃液中的食品需属于多孔状食材，孔隙率需在10%~40%范围，而菌体或蛋白质的Zeta电位需在3(T60mV范围；对于厚度在3cm以内的食材均可在20min内完成菌体或蛋白质的浸溃处理。
[0008]本发明的有益效果:本发明可快速实现益生菌或蛋白质在多孔状食品中的富集，运用于功能性食品开发。即稳定后食材内外环境菌体或蛋白质的体积浓度基本一致。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1 一种基于径向旋转磁场下的食品益生菌或蛋白质富集技术原理示意图。
[0010]1、浸溃槽，2、径向旋转磁场，3、真空泵，4、皮带，5、调速器，6、电机，7、转动圆盘，8、硅钢铁芯，9、硅胶管绕组管路，10、铷硼铁强磁纲，11、调速器，12、电机，13、皮带。
[0011]图2苹果富集乳酸菌微观效果观察。
【具体实施方式】
[0012]实施例1:苹果乳酸菌富集
乳酸菌为肠道益生菌，已报道的强化富集研究为真空浸溃方法，将益生菌压入果蔬组织间隙。称取苹果800克，洗净削皮，切成2X2X2cm块状，置于玻璃浸溃槽中。浸溃槽为圆柱形结构内径80mm,长度600mm,壁厚3mm,上方留有可抽真空的阀门和可进样取样密封盖，浸溃槽两侧的中间部位有导通口，可与硅胶管连接。硅胶管绕组其材料为绝缘性好、柔韧性佳、无毒无味的食品级钼金硅胶管，内径范围4_，管壁厚度3mm，绕组为双层绕线其匝数范围为30圈，中间的铁芯为铁氧体棒，直径50mm，长度100mm，硅胶管两端与分别与浸溃槽两侧相接连通。
[0013]注入已活化的浓度为8X108CFU/g的乳酸菌悬液，作为浸溃液直到浸没样品。采用0.05mol/L的柠檬酸缓冲液微量滴加到体系中，调节体系电位，使其菌体表面带电，此时采用英国马尔文Nano-Z电位仪测得浸溃溶液Zeta电位为36mV。浸溃槽密封后开启真空泵抽真空直到溶液充满硅胶管路，体系中的溶液成回路状态。
[0014]浸溃槽外部的径向旋转磁场则是由4对半圆磁瓦组成，相邻的每对环形磁瓦中心磁力线方向一致，每对环形磁瓦异极相对，磁力线N极指向S极，每块半圆磁瓦尺寸为内径100mm,外径115mm,厚15mm,长100mm,磁瓦中心表面磁场3000Gs,每对磁瓦组成的径向磁场的中心强度500Gs，径向旋转磁场的转动由调速器和电机控制，转速60转/分钟。
[0015]此时启动磁场驱动单元中的旋转圆盘，圆盘上面的每对强磁钢间距为120mm且异极相对，中心磁场强度400Gs，圆盘上均匀分布放置2对强磁钢，每块磁钢尺寸IOOmmX IOOmmX IOmm,旋转圆盘转动由调速器和电机控制，其中控制转速800转/分钟。由于磁钢不断经过中间的硅胶管绕组，在硅胶螺线管路中生产变化的磁通，由于管路中含有表面带电的菌体或蛋白质，于是在管路中生产感应电动势。导致整个溶液回路体系中的带电菌体或蛋白质往复运动，并受径向旋转磁场影响其运动轨迹发生偏转，进而完成对食品的菌体或蛋白质富集浸溃处理。启动ISmin后取出苹果，即达到浸溃要求。此时通过血球计板法分析菌数，则处理后苹果块的含乳酸菌数在6.2 X 108CFU/g。
[0016]浸溃效果的微观检测，采用扫描电子显微镜观察苹果肉内部组织中的菌体分布情况，如图2所示，可以看出5min处理后苹果内部组织已含有明显乳酸菌体。检测方法:取苹果内部果肉组织，切成4_X 1.5mm X 5mm的矩形块状,直接置于液氮中冷冻(_210°C ) 5min,取出后将其脆断，在冻干机的_45°C冷阱、真空度12Pa环境下迅速脱水30min。干燥的样品表面喷金，于荷兰Quanta 200扫描电子显微镜下观察。
[0017]实施例2:凤爪品质改善
木瓜蛋白酶快速浸溃处理凤爪中胶原蛋白，造成一定蛋白质酶解，达到软化效果。称取凤爪500克,置于玻璃浸溃槽中。浸溃槽为圆柱形结构内径70mm,长度800mm,壁厚3mm,上方留有可抽真空的阀门和可进样取样密封盖，浸溃槽两侧的中间部位有导通口，可与硅胶管连接。硅胶管绕组其材料为绝缘性好、柔韧性佳、无毒无味的食品级钼金硅胶管，内径范围5_，管壁厚度3_，绕组为双层绕线其匝数范围为25圈，中间的铁芯为铁氧体棒，直径40_，长度90_，硅胶管两端与分别与浸溃槽两侧相接连通。
[0018]注入浓度为2g/L的木瓜蛋白酶溶液，作为浸溃液直到浸没样品。采用0.05mol/L的柠檬酸缓冲液微量滴加到体系中，调节体系电位，使其菌体表面带电，此时采用英国马尔文Nano-Z电位仪测得浸溃溶液Zeta电位为35mV。浸溃槽密封后开启真空泵抽真空直到溶液充满娃胶管路，体系中的溶液成回路状态。
[0019]浸溃槽外部的径向旋转磁场则是由6对半圆磁瓦组成，相邻的每对环形磁瓦中心磁力线方向一致，每对环形磁瓦异极相对，磁力线N极指向S极，每块半圆磁瓦尺寸为内径IOOmm,外径115mm,厚15mm,长100mm,磁瓦中心表面磁场3000Gs,每对磁瓦组成的径向磁场的中心强度500Gs，径向旋转磁场的转动由调速器和电机控制，转速50转/分钟。
[0020]此时启动磁场驱动单元中旋转圆盘，圆盘上面的每对强磁钢间距为IOOmm且异极相对，中心磁场强度800Gs，圆盘上均匀分布放置2对强磁钢，每块磁钢尺寸IOOmmX IOOmmX IOmm,旋转圆盘转动由调速器和电机控制，其中控制转速500转/分钟。由于磁钢不断经过中间的硅胶管绕组，在硅胶螺线管路中生产变化的磁通，由于管路中含有表面带电的菌体或蛋白质，于是在管路绕组中生产感应电动势。导致整个溶液回路体系中的带电菌体或蛋白质往复运动，并受径向旋转磁场影响其运动轨迹发生偏转，进而完成对食品的菌体或蛋白质富集浸溃处理。启动20min后取出凤爪，即达到浸溃要求。此时通过感观评价并与常压浸泡同样时间的凤爪相比，该法处理的凤爪肉质更软。
【权利要求】
1.一种基于径向旋转磁场下的食品益生菌或蛋白质富集的方法，其特征在于所用装备有(A)磁场驱动单元:包括调速器(5)、电机(6)、皮带(4)、硅钢铁芯(8)、转动圆盘(7)、铷硼铁强磁纲(10)，由调速器(5)控制电机(6)转速，由皮带(4)带动转动圆盘(7)的转轴；(B)磁场引导单元:包括调速器(11)、电机(12)、皮带(13)、径向旋转磁场(2)，由调速器(11)控制电机(12 )转速，由皮带(13 )带动径向旋转磁场(2 )中的磁瓦；(C)浸溃单元:包括浸溃槽(I)、硅胶管绕组管路(9)、真空泵(3)； (A)磁场驱动单元:转动圆盘(7)上均匀分布放置两对铷硼铁强磁钢(10)，每块磁钢尺寸IOOmmX IOOmmX IOmm,每对铷硼铁强磁钢间距为100~120mm且异极相对，中心磁场强度30(T500Gs，转动圆盘的转动由调速器(5)和电机(6)控制，其中调速器(5)输出转速范围800~1000 r/min,电机(6)转速 800~1000 r/min ； (B)磁场引导单兀:径向旋转磁场(2)放置在浸溃槽(I)外部,径向旋转磁场(2)由4~6对半圆环形磁瓦组成，相邻的每对半圆环形磁瓦中心磁力线方向一致，每对半圆环形磁瓦异极相对，磁力线N极指向S极,每块半圆环形磁瓦尺寸为内径100mm,外径115mm,厚15mm,长100mm,磁瓦中心表面磁场3000Gs,每对磁瓦组成的径向旋转磁场的中心强度500Gs,径向旋转磁场的转动由调速器(11)和电机(12 )控制，其中调速器(11)输出转速范围10-100r/min,电机(12)转速 10~100 r/min ； (C)浸溃单元:玻璃浸溃槽(I)为圆柱形结构，内径6(T80mm，长度50(T800mm，壁厚3_，上方留有可抽真空的阀门和可进样取样的密封盖，浸溃槽两侧的中间部位有导通口，与硅胶管绕组连接，使整个浸溃液体系成循环回路；硅胶管绕组管路(9)其材料为绝缘性好、柔韧性佳、无毒无味的食品级钼金硅胶管，内径范围2飞mm，管壁厚度3mm，硅胶管绕组为双层绕线其匝数范围为20-30圈；中间的硅钢铁芯(8)为铁氧体棒，直径3(T50mm，长度8(Tl00mm，硅胶管两端分别与浸溃槽两`侧的导通口相接连通，使浸溃液呈循环的回路体系; 转动圆盘(7)转动时，由于铷硼铁强磁钢不断经过中间的硅胶管绕组，在硅胶管路中产生变化的磁通，由于硅胶管路中液体含有表面带电的菌体或蛋白质，于是在硅胶管路绕组中产生感应电动势，导致整个溶液回路体系中的带电菌体或蛋白质往复运动，并受径向旋转磁场(2)影响其运动轨迹发生偏转，进而完成对食品的菌体或蛋白质的富集浸溃处理； 浸溃液中的食品需属于多孔状食材，孔隙率需在10%~40%范围，而菌体或蛋白质的Zeta电位需在3(T60mV范围；对于厚度在3cm以内的食材均可在20min内完成菌体或蛋白质的浸溃处理。
【文档编号】A23L1/30GK103478873SQ201310411440
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】杨哪, 徐学明, 金亚美, 吴凤凤, 周星, 金征宇, 田耀旗, 杨琰哲 申请人:江南大学