本发明涉及琼脂的精制领域，特别涉及一种低温速溶琼脂的精制方法。
背景技术：
琼脂(agar)又被称作琼胶、冻粉，日本称寒天，是从石花菜(gelidium)和江蓠菜(gracilaria)等天然海洋红藻中提取得到的多糖类亲水性胶体，是最常用的海藻胶之一。琼脂是线性多聚物，是β-d-半乳糖和α-3，6-内醚-l-半乳糖交联而成的中性多糖，能形成温敏凝胶即：高温时呈现无规则线团构象，随着温度下降分子链形成双螺旋结构的物理凝胶。琼脂不溶于冷水，95～100℃加热10min以上溶解为均相溶液，39～50℃形成热可逆凝胶。琼脂分子链中含有大量的羟基，由于氢键作用使分子链由无规则线团转变为双螺旋构象，而分子间氢键使得双螺旋缠绕形成微晶区域连接点，凝胶为空间网状结构。
琼脂具有诸多良好特性能够被广泛应用于食品、医药、化工和生物学等领域。如琼脂的胶凝性可作为食品工业中增稠剂和胶凝剂用于软糖，果冻，布丁等的生产；琼脂在冷水中会吸水溶胀，具有较好的持水性，可用于食品工业中包括肉类罐头，水产品，果肉饮料等的生产；由于凝胶具有稳固性和半固体特性，因此琼脂也被广泛应用于微生物学和医药学等领域，比如培养基，医用胶囊，亲和色谱等；由于琼脂在冷却时分子链呈螺旋形成空腔，空腔中含有大量的水，一方面可以用于生物分离和微水环境培养，另一方面水凝胶具有较强的q弹性，也可以应用于食品加工的水晶软糖和果冻等的生产。
常规工艺生产的琼脂一般不易溶解，使用过程中需要高温搅拌一定时间。然而琼脂在反应釜内90℃以上高温处理两个小时后，再冷处理凝固得到的成品会水分丧失，弹性低下，(q弹感丧失，脆性增加)因此在应用中受到了限制。如用于生产医用胶囊，琼脂脆性大，使得胶囊加工不易成型，并且保存条件要求高挤压易破碎；又如含有高温敏感的活性成分或者微生物的制品(乳酸饮料等)，在加工过程中为了保持活性成分的活性，无法满足保持95℃于10min以上的琼脂溶解要求；再如在生化分析领域制备大小均一的微囊化琼脂球，需要保持半透膜特性既可以提供养分氧气生长因子等，又能排出代谢废物，而常规琼脂的脆度大，水分丧失同样无法很好的满足此类需求。因此在诸多应用中，解决琼脂的低温速溶至关重要。
现有技术中，公开号为cn103421198a的中国专利公开了一种通过高压均质加热的方式使琼脂成为液体状态，然后喷雾干燥法得到低温溶解琼脂的制备方法。公开号为jp2006-296354a的日本专利也公开了一种通过加热加压的方式改变寒天的物理特性，生产出具有易溶特性的寒天的制备方法。这种方法制造出来的琼脂具有低温溶解，且保持较高的凝胶强度的优点，但是成品溶解需要长时间水中搅拌，因此在工业生产中对于花费时间长且能耗大可能影响生产效率。
公开号为cn102766224a的中国专利公开了一种低温速溶琼脂的生产技术，其制作方法主要是通过将助溶剂加入到海藻胶液或将助溶剂和原料琼脂混合煮沸，来促进琼脂的溶解速率。公开号为jp2007-37531a的日本专利公开了一种低温易溶性寒天的制备方法，主要采取添加助溶剂如二糖和寡糖的方法来促进溶解。这类方法主要通过引入助溶剂来辅助生产，但是在生产过程中则必须引入新的添加剂，限制了琼脂的应用范围。
公开号为cn105175579a的中国专利公开了一种溶于70～80℃的速溶琼脂的制备方法，主要采用溶解加温，乙醇沉淀，粉碎过筛的方法进行。制备过程中需要添加乙醇进行沉淀，而生产用乙醇可能会引入新的包括重金属、甲醇等对人体有危害的物质，增加了生产过程的安全性控制的成本和复杂性。
随着食品工业的迅猛发展，对性能优良的琼脂的需求量急速增加，如何生产出一种能够在常温流通过程中长期保存的低温速溶琼脂，并且加工过程不损坏琼脂本身具备的风味，弹性等等特质是本领域一个亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的就是要提供一种低温速溶琼脂的精制方法，该方法精制得到的琼脂能够在低温下溶解，而且持水性好、透光率高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种低温速溶琼脂的精制方法，其特征在于：所述低温速溶琼脂的精制方法包括如下步骤：
1)将琼脂在80～200℃下用水溶解后得到悬浊液；
2)将步骤1)中的悬浊液用食用酸调节ph值为3.5～6.5；
3)将步骤2)中调节ph值后的悬浊液用板框过滤机压滤；
4)将步骤3)中的滤液用在60～200℃下用微波干燥；
5)将步骤4)中微波干燥后的产物粉碎并除铁后得到所述低温速溶琼脂。
步骤4)中控制滤液在50～200℃下微波干燥，在干燥过程中既保证了较快的干燥速度，也不会因为高温造成琼脂粉的凝结。
根据上述技术方案，所述步骤1)中的水为将自来水依次经过砂缸过滤、活性炭过滤、二级反渗透后得到。经过多次过滤后得到的水更加纯净，符合食品安全法的要求，同时尽量避免引入其他杂质。作为本领域技术人员应当知晓的，也可以直接采用纯净水作为精制原料。
根据上述技术方案，所述食用酸调节ph值后的悬浊液在80～150℃下保温20～100分钟，然后再进行步骤3)。在温度过低时，琼脂粉不能完全溶解，温度过高时又会导致产品颜色过深，产品应用上受限，因此控制在80～150℃下促使原料琼脂溶解。同时，保温搅拌时间为20～100分钟，也是为了保证原料琼脂能够更好的溶解，有助于最终产物的性质均一稳定。
根据上述技术方案，所述步骤3)压滤后的滤液再经过高速离心进一步分离，得到的分离液再进行步骤4)。
根据上述技术方案，所述高速离心分离的速度为1000～6000rpm，分离时间为10～40分钟。
经过高速离心分离可以进一步分离压滤后的滤液，去除滤渣。
根据上述技术方案，所述步骤1)中琼脂的添加量为水总量的1％～5％。
经过申请人对生产工艺的长期摸索后发现，加入的琼脂量和热水的比例在一定的范围内最有利于后续的物理分离，可以达到最好的精制效果。
根据上述技术方案，所述步骤3)中调节ph值后的悬浊液冷却至70～90℃后再用板框过滤机在0.1～1mpa压力下压滤。
控制悬浊液冷却至50～80℃的情况下，再进行板框过滤机压滤能够在不破坏琼脂高凝强度的前提下最大程度的提取琼脂。
根据上述技术方案，所述步骤2)中的食用酸为柠檬酸、醋酸、山梨酸、苹果酸中的一种，食用酸的添加量为水总量的0.1％～2.5％。作为本领域技术人员应当知晓的，加入的食用酸的量可以根据食用酸的种类，以及琼脂悬浊液的初始ph值进行调整，以调节后的ph值调整食用酸的添加量。
根据上述技术方案，所述步骤4)中的微波干燥时间为5～30分钟。并且微波频率为100～2000hz时能够大致上满足温度要求。作为本领域技术人员应当知晓的，微波干燥的时间可以根据原料的量进行调整，以干燥后的产物中水分的比例在10％以下控制干燥时间。
根据上述技术方案，所述步骤5)中粉碎并除铁后的粉末经过超声振动筛选后得到所述低温速溶琼脂，所述筛选孔径为80～300目。所述超声振动的振动功率为200～3000hz。作为本领域技术人员应当知晓的是，在进行除铁之前，将微波干燥后的产物粉碎后先进行振动筛选，能够更好的除去金属铁等杂质。其中振动筛选的孔径应当等于或者略大于后续的振动筛选的孔径。
琼脂的溶解包括两个步骤，首先需要使水分子间形成适合琼脂分子进入的空穴，然后需要琼脂分子与水分子在空穴中相互作用使得琼脂能够溶解于水。因此速溶琼脂的生产主要采用物理和化学的方法增加原料琼脂的溶解，提高得率。本发明针对常规琼脂凝固点高、不易溶解，成品硬度高，脆性大的特性，着重研发了一种低温速溶琼脂，低温速溶琼脂的堆比重约为0.43～0.74g/cm(堆比重计量方式为：琼脂的重量÷可见容积)。本发明主要以物理方法加工粗琼脂(粉、片、条等)以降低溶解温度与凝固温度，在保证琼脂卫生安全性同时，提高了琼脂的得率。对提升琼脂制备技术及高值化利用，拓宽产品应用领域具有重要意义。
本发明通过对精制工艺的控制，在对琼脂悬浊液调节ph值后经过压滤分离滤液，再利用高速离心，微波干燥等技术对琼脂进行处理，使得琼脂能够低温溶解，并且保证了琼脂的高凝胶强度。本发明方法精制得到的低温速溶琼脂产品属于物理改性，不改变琼脂的化学性质，不引入其他物质，符合《食品安全法》的要求及相关法规。同时，本发明方法精制得到的低温速溶琼脂能够在65℃左右溶解，凝胶强度较高，并且透光度高，持水性好，可以应用于食品和药品工业，具有很强的实用性。
附图说明
图1为各实施例琼脂的吸光度实验数据；
图2为各实施例琼脂的溶解性实验数据；
图3为各实施例琼脂的持水性实验数据。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
实施例1
(1)城市用水经过砂缸过滤，活性炭过滤，二级反渗透制备1000kg反应水；
(2)称取10kg琼脂，与水混合，加热至120℃，保温搅拌20min，；
(3)将上述悬浮液冷却至70℃，加入1kg柠檬酸调节ph值为3.5，加热到80℃保温搅拌30min；
(4)将上述悬浮液冷却至70℃，通过板框过滤机过滤，压力0.5mpa；
(5)将上述过滤液用高速离心机用3000rpm，离心10min；
(6)将上述离心液通过微波干燥，温度为100℃，频率1500hz，干燥5min；
(7)将上述干燥产物粉碎后振动筛选，金探除铁；
(8)将上述粉碎产物通过振动筛选，振动功率为400hz，筛孔孔径200目后，混合均匀，收集粉末产品得到琼脂1，检验。
上述方案得到的琼脂的溶解温度为65℃，1.5％(w/w)琼脂溶液的凝胶强度为456.8g/cm2。
实施例2
(1)城市用水经过砂缸过滤，活性炭过滤，二级反渗透制备1000kg反应水；
(2)称取20kg琼脂，与水混合，加热至80℃，保温搅拌30min，；
(3)将上述悬浮液冷却至90℃，加入25kg醋酸调节ph值为4，加热到120℃保温搅拌100min；
(4)将上述悬浮液冷却至80℃，通过板框过滤机过滤，压力0.1mpa；
(5)将上述过滤液用高速离心机用1000rpm，离心40min；
(6)将上述离心液通过微波干燥，温度为60℃，频率100hz，干燥30min；
(7)将上述干燥产物粉碎后振动筛选，金探除铁；
(8)将上述粉碎产物通过振动筛选，振动功率为200hz，筛孔孔径80目后，混合均匀，收集粉末产品得到琼脂2，检验。
上述方案得到的琼脂的溶解温度为65℃，1.5％(w/w)琼脂溶液的凝胶强度为317.7g/cm2。
实施例3
(1)城市用水经过砂缸过滤，活性炭过滤，二级反渗透制备1000kg反应水；
(2)称取50kg琼脂，与水混合，加热至200℃，保温搅拌10min，；
(3)将上述悬浮液冷却至90℃，加入5kg山梨酸调节ph值为6.5，加热到150℃保温搅拌20min；
(4)将上述悬浮液冷却至90℃，通过板框过滤机过滤，压力1mpa；
(5)将上述过滤液用高速离心机用6000rpm，离心15min；
(6)将上述离心液通过微波干燥，温度为200℃，频率2000hz，干燥10min；
(7)将上述干燥产物粉碎后振动筛选，金探除铁；
(8)将上述粉碎产物通过振动筛选，振动功率为3000hz，筛孔孔径300目后，混合均匀，收集粉末产品得到琼脂3，检验。
上述方案得到的琼脂的溶解温度为80℃，1.5％(w/w)琼脂溶液的凝胶强度为860.5g/cm2。
对比例1
(1)城市用水经过砂缸过滤，活性炭过滤，二级反渗透制备1000kg反应水；
2)称取10kg琼脂，加入不锈钢反应釜中，连续注入水与之混合，10min；
(3)将上述悬浮液持续加热加压处理，加热温度为105℃，加压压力为60kg/cm3；
(4)将上述悬浮液保温搅拌，搅拌速率为450rpm，搅拌时间10min；
(5)将上述液态琼脂送入喷雾干燥塔，调节参数为：进料温度80℃，进风温度170℃，排风温度80℃；
(6)将上述干燥产物粉碎过筛，粒径约为60-80微米，收集粉末产品得到对比琼脂1，检验。
上述方案得到的琼脂的溶解温度为90℃，1.5％(w/w)琼脂溶液的凝胶强度为876.2g/cm2。
对比例2
(1)城市用水经过砂缸过滤，活性炭过滤，二级反渗透制备1000kg反应水；
(2)称取20kg琼脂，添加到50℃的温水中，悬浮液搅拌均匀，高压均质；
(3)将上述搅拌均匀后的悬浮液加入到均质机中，均质压力为60mpa，物料循环2次；
(4)将上述悬浮液冷中添加一定量的水，使得琼脂质量浓度为2％，加热融化为液态；
(5)将上述液态琼脂送入喷雾干燥塔，调节参数为：进料温度80℃，进风温度170℃，排风温度80℃；
(6)将上述干燥产物粉碎过筛，粒径约为60-80微米，收集粉末产品，检验。
上述方案得到的琼脂的溶解温度为90℃，1.5％(w/w)琼脂溶液的凝胶强度为1980.5g/cm2。
琼脂外观对比：
将本申请实施例1-3和对比例1-2得到的琼脂1-3和对比琼脂1-2分别称取0.75g产品，溶解于50ml水中，得到的产品外观与气味如表1所示：
表1琼脂外观与气味
从表1可以看出，在液态状态实施例1和实施例2的透明度较高，实施例3、对比例1和对比例2的溶液相比较为浑浊，实施例2和实施例3的液体颜色整体偏黄色。琼脂处于固体状态时，实施例1和实施例2的透明度比较高，实施例3、对比例1和对比例2的透明度较差。
实施例2最终有处理化学品的味道比如过酸，对比例1的海藻腥味没有充分去除，所以添加使用的时候剂量的多少对食品的成品口感略有影响。
琼脂吸光度对比：
分别测定几个实施例的吸光度，以如下公式计算透光率：a＝log(1/t)，其中a为吸光度，t为透光率，得到的数据如图1所示。通过图1可以看出，实施例1，实施例2和对比例2的透光率略高，均超过了0.5，其中又以实施例1的透光率最高达到了0.745。而实施例3和对比例1的透光率较差，均未超过0.5。
琼脂溶解性对比：
分别制备1.5％(w/w)的琼脂，测定溶解度，测定方法为：加热使琼脂完全溶解后测定胶体强度，在60℃下测定胶体强度，然后用以下公式进行溶解度计算：
溶解度(％)＝(60℃溶解胶体强度/完全溶解胶体强度)×100％
检测结果如图2所示，如图2可以看出，对比例1和对比例2的琼脂均非速溶琼脂，在相同实验条件下，60℃不能有效的溶解并在冷却后形成凝胶。实施例1、实施例2和实施例3可以速溶于60℃的水中，溶解时间均低于5min，统计没有显著差异。待形成凝胶后分别测定琼脂强度计算溶解度后发现，实施例1的溶解度最高，实施例2和实施例3虽然也是低温速溶琼脂，但是溶解度相对而言不如实施例1的效果，且如表1所示，实施例2和实施例3溶解后均有少量絮状不容物出现，且冷凝成胶后胶体的颜色为偏淡黄色。因此实施例1为最优实施例。
琼脂持水性对比：
琼脂在冷却时分子链呈螺旋形成空腔，空腔中含有大量的水使得琼脂一方面具有一定的持水效果，另一方面可以使得水凝胶具有较强的q弹性。因此采用持水性试验来检验各个实施例的持水性以及从侧面说明琼脂的q弹性。将各实施例中生产的琼脂分别配制1.5％(w/w)的胶体进行持水性试验，试验时间72h，观察琼脂的外观并检测持水性。
试验条件如下：
(1)低温条件：-20℃72h冷冻
(2)高温条件：25℃解冻
每个实施例分别配制了1.5％(w/w)的琼脂后，静置至室温待胶体凝固后置于低温条件下冷冻，72h后取出胶体，高温条件下解冻，并有水析出，测量析出的水量计算每种胶体的持水性，试验结果如图3所示。如图3可以看出，实施例1的琼脂持水性最好，实施例2和对比例1的琼脂持水性其次，实施例3和对比例2的琼脂持水性均略差。
从上述对比实验可以看出，本申请精制得到的低温速溶琼脂，外观为淡白色、透明，透光率好。同时溶解度高、持水性好，实施例1为最优实施例。
以上实施例仅表示本发明较为优选的技术方案，在不脱离本发明权利要求书保护范围的前提下，对实施例中的数值进行调整也属于本发明保护的范围。