一种脉冲电场强化促进低温美拉德反应的方法.pdf

本发明涉及一种脉冲电场强化促进低温美拉德反应的方法，属食品加工技术领域。本发明采用脉冲电场强化还原糖或在碱性条件下分解为还原糖的低聚糖或多糖与蛋白质、多肽或氨基酸之间的美拉德反应，制备能够提高食品色泽的食品抗氧化剂，脉冲电场条件如下：(1)脉冲电场强度：15kV/cm～30kV/cm；(2)脉冲频率：100Hz～700Hz；(3)脉冲宽度：10μs～100μs；(4)反应温度：35℃以下。本发明具有无污染、低能耗、制备时间短、处理温度低、反应效率高、能最大限度保持产品营养和风味成分、提高食品品质、增加产品色价及食用安全性等优点。

1、  一种脉冲电场强化促进低温美拉德反应的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将蛋白质、多肽或氨基酸与水按质量比1∶3～1∶10混合；
(2)用碱调节步骤(1)的混合物pH值至7.5～12.0；
(3)加入蛋白质、多肽或氨基酸2～10倍质量的还原糖或能在碱性条件下分解为还原糖的低聚糖或多糖；
(4)将混合溶液泵入脉冲电场处理室进行强化处理；脉冲电场处理条件：脉冲电场强度为15kV/cm～30kV/cm；脉冲频率为100Hz～700Hz；脉冲宽度为10μs～100μs；反应物温度控制在35℃以下；
(5)所得反应物经浓缩、萃取或干燥，制备成产品。

2、  根据权利要求1所述的一种脉冲电场强化技术促进低温美拉德反应的方法，其特征在于：所述的蛋白质为β-乳球蛋白、牛血清白蛋白或大豆蛋白；多肽为由10～100个氨基酸分子脱水缩合而成的化合物；氨基酸为甘氨酸、亮氨酸、色氨酸、赖氨酸或谷氨酸。

3、  根据权利要求1所述的一种脉冲电场强化技术促进低温美拉德反应的方法，其特征在于：所述的碱为食用级的氢氧化钠或碳酸钠。

4、  根据权利要求1所述的一种脉冲电场强化技术促进低温美拉德反应的方法，其特征在于：所述还原糖为葡萄糖、果糖、麦芽糖、半乳糖、乳糖或蔗糖；所述能在碱性条件下分解为还原糖的低聚糖或多糖为淀粉或葡聚糖。

5、  根据权利要求1所述的一种脉冲电场强化技术促进低温美拉德反应的方法，其特征在于：所述混合溶液泵入脉冲电场处理室是指采用蠕动泵或连续恒流泵将混合溶液泵入脉冲电场处理室。

6、  根据权利要求1所述的一种脉冲电场强化技术促进低温美拉德反应的方法，其特征在于：所述浓缩是指将反应后的物料经冷冻浓缩或减压浓缩。

7、  根据权利要求1所述的一种脉冲电场强化技术促进低温美拉德反应的方法，其特征在于：所述萃取是指将反应后的物料经乙酸乙酯或乙醇萃取或采用超临界二氧化碳流体萃取。

8、  根据权利要求1所述的一种脉冲电场强化技术促进低温美拉德反应的方法，其特征在于：所述干燥是指将反应后的物料冷冻干燥或喷雾干燥。

一种脉冲电场强化促进低温美拉德反应的方法
技术领域
本发明涉及食品绿色加工领域中的美拉德反应，特别涉及脉冲电场强化促进低温美拉德反应的方法。具体是脉冲电场辅助条件下利用蛋白质、多肽、氨基酸、含还原糖或在碱性条件下可分解为还原糖的低聚糖、多糖，通过脉冲电场处理在低温下生产能够提高食品色泽的食品抗氧化剂。
背景技术
美拉德反应(Maillard reaction)又称羰氨反应(Amino-carbonyl reaction)，是指含有半缩醛羟基的化合物(醛、还原糖)与含有氨基的化合物(氨基酸、蛋白质、胺、肽)等经缩合、聚合反应生成高分子量聚合物——类黑素(Melanoidin)的反应。美拉德反应最早由法国化学家Maillard于1912年在将甘氨酸与葡萄糖的混合液共热时发现。如今已成为食品加工领域中制备香料、色素以及功能性食品添加剂的主要手段和重要依据。如中国发明专利CN101317648公布了一种鸡脂原料的控制氧化——美拉德反应制备鸡肉香精的方法，以鸡脂为原料，在110℃～120℃的温度下加热1～6小时制备鸡肉香精。中国发明专利CN1964636公布了美拉德香料制剂的制备方法，在含有α-羟基羧酸组分的连续液相中加热碳水化合物源和氮源的结合物，制备香味物质。中国发明专利CN1450122公布了氨基酸与葡萄糖美拉德反应生成类黑色素的方法，该方法加热葡萄糖与氨基酸混合溶液，在120～150℃条件下反应2～3小时制备类黑色素。上述方法均采用超过110℃的长时间高温处理，不仅在一定程度上破坏了食品的品质，消耗了大量能源、时间，同时有可能产生影响食品安全的潜在危害物质。
强脉冲电场处理技术(Pulsed electric field，PEF技术)是近二十年来兴起研究的食品绿色加工技术。该技术在处理过程中温度变化小，适宜于热敏性物料的加工处理，其应用前景吸引了业内人士的广泛关注。目前，国际上研究并应用此项技术比较领先的是美国，如华盛顿州立大学、俄亥俄州立大学以及PurePulse Technologies公司等机构。上述科研院所、企业主要将强脉冲电场处理技术应用于灭酶、杀菌、有效成分提取等。国内在PEF领域开展研究的单位有华南理工大学、江南大学、吉林大学、中国农业大学、清华大学、重庆大学、大连理工大学、浙江大学、南昌大学等高校，主要开展了对果汁和牛奶的灭菌、灭酶等基础研究。关于脉冲电场的相关研究现尚处于探索和起步阶段，但该项技术的发展速度迅速。中国发明专利ZL02152160.6公布了脉冲电场灭菌设备的处理器的设计方法，中国发明专利ZL200410077405.1公布了一种预极化脉冲电场灭菌方法及其设备。脉冲电场在食品加工领域的应用得到广泛关注，如中国发明专利申请CN101214081公布了一种苹果浊汁的非热杀菌方法，采用脉冲式高密度二氧化碳进行杀菌处理苹果浊汁，使得处理后的苹果浊汁中大肠杆菌的杀灭效果能够达到降低5个对数以上。中国发明专利申请CN101301004公布了一种采用高压脉冲电场处理糙米稳定米糠的方法，应用该方法处理的糙米或米糠具有高度的脂肪稳定性。中国发明专利CN1543885公布了一种脉冲电场用于烟草杀虫灭菌的方法，该方法通过调节脉冲幅度，在较短时间内除灭烟叶上的虫菌。但上述这些专利技术都未涉及到采用脉冲电场低温处理促进美拉德反应的方法。
发明内容
本发明的目的在于利用脉冲电场绿色加工技术促进美拉德反应，有效提高反应效率，降低反应温度，缩短开发时间，制备用途广泛、食用安全性高的能够提高食品色泽的食品抗氧化剂。
本发明根据美拉德反应制备香料、色素及食品抗氧化剂的原理，在蛋白质、多肽或氨基酸中添加一定量的还原糖或能在碱性条件下分解为还原糖的低聚糖或多糖并配成溶液，调节酸碱度，通过脉冲电场处理，缩短蛋白质、多肽或氨基酸与还原糖或能在碱性条件下分解为还原糖的低聚糖或多糖发生美拉德反应的时间。本发明的特点是利用脉冲电场处理技术替代传统的热处理技术，在低温或常温下催化美拉德反应制备能够提高食品色泽的食品抗氧化剂，有效提高反应效率，降低反应温度，缩短制备时间，增强食品品质及食用安全性，满足工业化生产的要求。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种脉冲电场强化促进低温美拉德反应的方法，包括如下步骤：
(1)将蛋白质、多肽或氨基酸与水按质量比1∶3～1∶10混合；
(2)用碱调节步骤(1)的混合物pH值至7.5～12.0；
(3)加入蛋白质、多肽或氨基酸2～10倍质量的还原糖或能在碱性条件下分解为还原糖的低聚糖或多糖，得到还原糖或在碱性条件下分解为还原糖的低聚糖或多糖与蛋白质、多肽或氨基酸的混合溶液；
(4)将混合溶液泵入脉冲电场处理室进行强化处理；脉冲电场处理条件：脉冲电场强度为15kV/cm～30kV/cm；脉冲频率为100Hz～700Hz；脉冲宽度为10μs～100μs；反应物温度控制在35℃以下；
(5)所得反应物经浓缩、萃取或干燥，制备成产品。
所述的蛋白质优选β-乳球蛋白、牛血清白蛋白或大豆蛋白；多肽是指由10～100个氨基酸分子脱水缩合而成的化合物；氨基酸是指甘氨酸、亮氨酸、色氨酸、赖氨酸或谷氨酸等。
所述的碱优选为食用级的氢氧化钠或碳酸钠。
所述还原糖优选葡萄糖、果糖、麦芽糖、半乳糖、乳糖或蔗糖；所述能在碱性条件下分解为还原糖的低聚糖或多糖优选为淀粉或葡聚糖。
所述混合溶液泵入脉冲电场处理室是指采用蠕动泵或连续恒流泵将混合溶液泵入脉冲电场处理室。
所述浓缩是指将反应后的物料经冷冻浓缩或减压浓缩。
所述萃取是指将反应后的物料经乙酸乙酯或乙醇萃取或采用超临界二氧化碳流体萃取。
所述干燥是指将反应后的物料冷冻干燥或喷雾干燥。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)采用脉冲电场强化技术促进低温美拉德反应，制备时间短，制备时间可少于30min，明显短于传统水热法所需要的数小时的反应时间；
(2)处理温度低，脉冲处理温度在35℃以下，明显低于传统水热法所需要的高温处理温度，并能最大限度保持产品营养和风味成分、提高食品品质及食用安全性；
(3)在制备过程中避免了加入化学试剂，不会对环境造成污染，属于绿色加工。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述，本发明的实施例不限于此。
实施例1：
取β-乳球蛋白1kg，加入6倍质量的蒸馏水振荡混合并充分溶解。用食用级的氢氧化钠调pH值至9.0，搅拌均匀后，加入2kg葡萄糖，得到β-乳球蛋白-葡萄糖混合溶液。将该混合溶液采用蠕动泵泵入脉冲电场处理室进行脉冲电场处理，设置脉冲电场处理条件如下：(1)脉冲电场强度：20kV/cm；(2)脉冲频率：500Hz；(3)脉冲宽度：25μs；(4)反应物温度30℃。脉冲电场处理后，所得反应物经冷冻干燥，即得能够提高食品色泽的β-乳球蛋白-葡萄糖食品抗氧化剂产品。
产品指标：所得产品配成质量百分比为0.01％的水溶液，其清除DPPH氧自由基能力为50.51％；经OPA法测定游离氨基酸含量，可知β-乳球蛋白反应率为43％，420nm下测得产品的色价为35。
实施例2：
将1kg谷氨酸与饮用水按照重量比1∶3.5混合，搅拌均匀，用食用级的碳酸钠调pH值至7.5，待谷氨酸完全溶解在水中，加入5kg果糖，得到谷氨酸-果糖碱性混合溶液。将该混合溶液采用连续恒流泵泵入脉冲电场处理室进行脉冲电场处理，设置脉冲电场处理条件如下：(1)脉冲电场强度：15kV/cm；(2)脉冲频率：450Hz；(3)脉冲宽度：50μs；(4)反应物温度：25℃。脉冲电场处理后，所得反应物经乙醇萃取，减压浓缩萃取组分，制成能够提高食品色泽的食品抗氧化剂产品。
产品指标：所得产品配成质量百分比为0.01％的水溶液，其清除DPPH氧自由基能力为66.15％；经HPLC法分析测定果糖反应率为82％，谷氨酸反应率为20.55％；同时在420nm下测得产品的色价为65。
实施例3：
将5kg牛血清白蛋白与饮用水按照重量比1∶10混合，搅拌均匀，用食用级的碳酸钠调pH值至8.5，待牛血清白蛋白完全溶解在水中，加入45kg葡聚糖，得到牛血清白蛋白-葡聚糖碱性混合溶液。将该混合溶液采用连续恒流泵泵入脉冲电场处理室进行脉冲电场处理，设置脉冲电场处理条件如下：(1)脉冲电场强度：30kV/cm；(2)脉冲频率：600Hz；(3)脉冲宽度：70μs；(4)反应物温度：20℃。脉冲电场处理后，所得反应物经喷雾干燥制成能够提高食品色泽的食品抗氧化剂。
产品指标：所得产品配成质量百分比为0.01％的水溶液，其清除DPPH氧自由基的能力为58.78％；经OPA法测定游离氨基酸含量可知，牛血清白蛋白反应率为51％，420nm下测得产品的色价为31。
实施例4：
取大豆肽(10～20个氨基酸残基组成)10kg，加入5倍质量的蒸馏水振荡混合并充分溶解。用食用级的氢氧化钠调pH值至11.5，搅拌均匀后，加入95kg蔗糖，得到大豆肽-蔗糖混合溶液。将该混合溶液采用蠕动泵泵入脉冲电场处理室进行脉冲电场处理，设置脉冲电场处理条件如下：(1)脉冲电场强度：25kV/cm；(2)脉冲频率：120Hz；(3)脉冲宽度：11μs；(4)反应物温度：10℃。脉冲电场处理后，所得反应物经冷冻干燥，即得能够提高食品色泽的β-乳球蛋白-蔗糖食品抗氧化剂产品。
产品指标：所得产品配成质量百分比为0.01％的水溶液，其清除DPPH氧自由基能力为50.51％；经HPLC法测定大豆肽含量可知，大豆肽反应率为62％，420nm下测得产品的色价为45。
实施例5：
将0.5kg酪蛋白多肽(40～50个氨基酸残基组成)与饮用水按照重量比1∶9混合，搅拌均匀，用食用级的碳酸钠调pH值至11，加入4kg淀粉，得到酪蛋白多肽-淀粉碱性混合溶液。将该混合溶液采用蠕动泵泵入脉冲电场处理室进行脉冲电场处理，设置脉冲电场处理条件如下：(1)脉冲电场强度：18kV/cm；(2)脉冲频率：650Hz；(3)脉冲宽度：95μs；(4)反应物温度：10℃。反应物温度控制在10℃可按以下方式控制：提前将混合溶液降温冷却至1℃，以保证混合溶液处理前后温度不超过40℃。控温的同时采用数字温度计监控，从而达到控制反应物温度在10℃的目的。脉冲电场处理后，所得反应物经冷冻干燥制成能够提高食品色泽的食品抗氧化剂。所得产品配成质量百分比为0.01％的水溶液，其清除DPPH氧自由基能力为21％；经HPLC法分析测定酪蛋白多肽反应率为45％；同时在420nm下测得产品的色价为40。
实施例6：
将20kg花生蛋白多肽(75～90个氨基酸残基组成)与饮用水按照重量比1∶4混合，搅拌均匀，用食用级的碳酸钠调pH值至10，待花生蛋白多肽完全溶解在水中，加入80kg乳糖，得到花生蛋白多肽-乳糖碱性混合溶液。将该混合溶液采用蠕动泵泵入脉冲电场处理室进行脉冲电场处理，设置脉冲电场处理条件如下：(1)脉冲电场强度：20kV/cm；(2)脉冲频率：400Hz；(3)脉冲宽度：30μs；(4)反应物温度：25℃。
产品指标：脉冲电场处理后，所得反应物经冷冻干燥制成能够提高食品色泽的食品抗氧化剂。所得产品配成质量百分比为0.01％的水溶液，其清除DPPH氧自由基的能力为45％；经HPLC法测定花生蛋白多肽含量可知，花生蛋白多肽反应率为54％，420nm下测得产品的色价为45。
从以上实施例可以看出，选择不同的氨基酸、肽或蛋白质与不同的还原糖或能在碱性条件下分解为还原糖的低聚糖、多糖，经不同条件的脉冲电场非热处理，可制备出能够提高食品色泽的食品抗氧化剂。与蛋白质、肽相比，氨基酸更易与还原糖发生美拉德反应；另外，因果糖易与氨基酸、肽或蛋白质反应制备提高食品色泽的食品抗氧化剂，故优选果糖作为本发明所使用的还原糖。
一种脉冲电场强化促进低温美拉德反应的方法所需的制备时间少于30min，明显短于传统水热法所需要的数小时的反应时间，极大的提高了生产效率；脉冲温度在35℃以下，提高食品品质及食用安全性；同时，在制备过程中避免了加入有机溶剂等化学试剂，不会对环境造成污染。