專利名稱：一種脈沖電場(chǎng)強(qiáng)化促進(jìn)低溫美拉德反應(yīng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及食品綠色加工領(lǐng)域中的美拉德反應(yīng)，特別涉及脈沖電場(chǎng)強(qiáng)化促 進(jìn)低溫美拉德反應(yīng)的方法。具體是脈沖電場(chǎng)輔助條件下利用蛋白質(zhì)、多肽、氨 基酸、含還原糖或在堿性條件下可分解為還原糖的低聚糖、多糖，通過脈沖電 場(chǎng)處理在低溫下生產(chǎn)能夠提高食品色澤的食品抗氧化劑。
背景技術(shù)：
美拉德反應(yīng)(Maillard reaction)又稱羰氨反應(yīng)(Amino國carbonyl reaction),是
指含有半縮醛羥基的化合物(醛、還原糖)與含有氨基的化合物(氨基酸、 蛋白質(zhì)、胺、肽)等經(jīng)縮合、聚合反應(yīng)生成高分子量聚合物——類黑素 (Mdanoidin)的反應(yīng)。美拉德反應(yīng)最早由法國化學(xué)家Maillard于1912年在將甘 氨酸與葡萄糖的混合液共熱時(shí)發(fā)現(xiàn)。如今已成為食品加工領(lǐng)域中制備香料、色 素以及功能性食品添加劑的主要手段和重要依據(jù)。如中國發(fā)明專利 CN101317648公布了一種雞脂原料的控制氧化——美拉德反應(yīng)制備雞肉香精的 方法，以雞脂為原料，在11(TC 12(TC的溫度下加熱1 6小時(shí)制備雞肉香精。中 國發(fā)明專利CN1964636公布了美拉德香料制劑的制備方法，在含有a—羥基羧 酸組分的連續(xù)液相中加熱碳水化合物源和氮源的結(jié)合物，制備香味物質(zhì)。中國 發(fā)明專利CN1450122公布了氨基酸與葡萄糖美拉德反應(yīng)生成類黑色素的方法， 該方法加熱葡萄糖與氨基酸混合溶液，在120 15(TC條件下反應(yīng)2~3小時(shí)制備類 黑色素。上述方法均采用超過110。C的長時(shí)間高溫處理，不僅在一定程度上破壞 了食品的品質(zhì)，消耗了大量能源、時(shí)間，同時(shí)有可能產(chǎn)生影響食品安全的潛在 危害物質(zhì)。
強(qiáng)脈沖電場(chǎng)處理技術(shù)(Pulsed electric field, PEF技術(shù))是近二十年來興起研 究的食品綠色加工技術(shù)。該技術(shù)在處理過程中溫度變化小，適宜于熱敏性物料 的加工處理，其應(yīng)用前景吸引了業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。目前，國際上研究并應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)比較領(lǐng)先的是美國，如華盛頓州立大學(xué)、俄亥俄州立大學(xué)以及Pure Pulse Technologies公司等機(jī)構(gòu)。上述科研院所、企業(yè)主要將強(qiáng)脈沖電場(chǎng)處理技 術(shù)應(yīng)用于滅酶、殺菌、有效成分提取等。國內(nèi)在PEF領(lǐng)域開展研究的單位有華 南理工大學(xué)、江南大學(xué)、吉林大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、重慶大學(xué)、大 連理工大學(xué)、浙江大學(xué)、南昌大學(xué)等高校，主要開展了對(duì)果汁和牛奶的滅菌、 滅酶等基礎(chǔ)研究。關(guān)于脈沖電場(chǎng)的相關(guān)研究現(xiàn)尚處于探索和起步階段，但該項(xiàng) 技術(shù)的發(fā)展速度迅速。中國發(fā)明專利ZL02152160.6公布了脈沖電場(chǎng)滅菌設(shè)備的 處理器的設(shè)計(jì)方法，中國發(fā)明專利ZL200410077405.1公布了一種預(yù)極化脈沖電 場(chǎng)滅菌方法及其設(shè)備。脈沖電場(chǎng)在食品加工領(lǐng)域的應(yīng)用得到廣泛關(guān)注，如中國 發(fā)明專利申請(qǐng)CN101214081公布了一種蘋果濁汁的非熱殺菌方法，采用脈沖式 高密度二氧化碳進(jìn)行殺菌處理蘋果濁汁，使得處理后的蘋果濁汁中大腸桿菌的 殺滅效果能夠達(dá)到降低5個(gè)對(duì)數(shù)以上。中國發(fā)明專利申請(qǐng)CN101301004公布了 一種采用高壓脈沖電場(chǎng)處理糙米穩(wěn)定米糠的方法，應(yīng)用該方法處理的糙米或米 糠具有高度的脂肪穩(wěn)定性。中國發(fā)明專利CN1543885公布了一種脈沖電場(chǎng)用于 煙草殺蟲滅菌的方法，該方法通過調(diào)節(jié)脈沖幅度，在較短時(shí)間內(nèi)除滅煙葉上的 蟲菌。但上述這些專利技術(shù)都未涉及到采用脈沖電場(chǎng)低溫處理促進(jìn)美拉德反應(yīng) 的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于利用脈沖電場(chǎng)綠色加工技術(shù)促進(jìn)美拉德反應(yīng)，有效提高 反應(yīng)效率，降低反應(yīng)溫度，縮短開發(fā)時(shí)間，制備用途廣泛、食用安全性高的能 夠提高食品色澤的食品抗氧化劑。
本發(fā)明根據(jù)美拉德反應(yīng)制備香料、色素及食品抗氧化劑的原理，在蛋白質(zhì)、 多肽或氨基酸中添加一定量的還原糖或能在堿性條件下分解為還原糖的低聚糖 或多糖并配成溶液，調(diào)節(jié)酸堿度，通過脈沖電場(chǎng)處理，縮短蛋白質(zhì)、多肽或氨 基酸與還原糖或能在堿性條件下分解為還原糖的低聚糖或多糖發(fā)生美拉德反應(yīng) 的時(shí)間。本發(fā)明的特點(diǎn)是利用脈沖電場(chǎng)處理技術(shù)替代傳統(tǒng)的熱處理技術(shù)，在低 溫或常溫下催化美拉德反應(yīng)制備能夠提高食品色澤的食品抗氧化劑，有效提高 反應(yīng)效率，降低反應(yīng)溫度，縮短制備時(shí)間，增強(qiáng)食品品質(zhì)及食用安全性，滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種脈沖電場(chǎng)強(qiáng)化促進(jìn)低溫美拉德反應(yīng)的方法，包括如下步驟
(1) 將蛋白質(zhì)、多肽或氨基酸與水按質(zhì)量比1:3 1:10混合；
(2) 用堿調(diào)節(jié)步驟(1)的混合物pH值至7.5-12.0;
(3) 加入蛋白質(zhì)、多肽或氨基酸2 10倍質(zhì)量的還原糖或能在堿性條件下 分解為還原糖的低聚糖或多糖，得到還原糖或在堿性條件下分解為還原糖的低 聚糖或多糖與蛋白質(zhì)、多肽或氨基酸的混合溶液；
(4) 將混合溶液泵入脈沖電場(chǎng)處理室進(jìn)行強(qiáng)化處理；脈沖電場(chǎng)處理?xiàng)l件
脈沖電場(chǎng)強(qiáng)度為15kV/cm ~30kV/cm;脈沖頻率為100Hz 700Hz;脈沖寬度為10ps
~100^lS;反應(yīng)物溫度控制在35°C以下；
(5) 所得反應(yīng)物經(jīng)濃縮、萃取或干燥，制備成產(chǎn)品。 所述的蛋白質(zhì)優(yōu)選P-乳球蛋白、牛血清白蛋白或大豆蛋白；多肽是指由
10 100個(gè)氨基酸分子脫水縮合而成的化合物；氨基酸是指甘氨酸、亮氨酸、色
氨酸、賴氨酸或谷氮酸等。
所述的堿優(yōu)選為食用級(jí)的氫氧化鈉或碳酸鈉。
所述還原糖優(yōu)選葡萄糖、果糖、麥芽糖、半乳糖、乳糖或蔗糖；所述能在 堿性條件下分解為還原糖的低聚糖或多糖優(yōu)選為淀粉或葡聚糖。
所述混合溶液泵入脈沖電場(chǎng)處理室是指采用蠕動(dòng)泵或連續(xù)恒流泵將混合溶 液泵入脈沖電場(chǎng)處理室。
所述濃縮是指將反應(yīng)后的物料經(jīng)冷凍濃縮或減壓濃縮。
所述萃取是指將反應(yīng)后的物料經(jīng)乙酸乙酯或乙醇萃取或采用超臨界二氧化 碳流體萃取。
所述干燥是指將反應(yīng)后的物料冷凍干燥或噴霧干燥。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1) 采用脈沖電場(chǎng)強(qiáng)化技術(shù)促進(jìn)低溫美拉德反應(yīng)，制備時(shí)間短，制備時(shí)間 可少于30min，明顯短于傳統(tǒng)水熱法所需要的數(shù)小時(shí)的反應(yīng)時(shí)間；
(2) 處理溫度低，脈沖處理溫度在35"C以下，明顯低于傳統(tǒng)水熱法所需要
6的高溫處理溫度，并能最大限度保持產(chǎn)品營養(yǎng)和風(fēng)味成分、提高食品品質(zhì)及食 用安全性；
(3)在制備過程中避免了加入化學(xué)試劑，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，屬于綠色加工。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述，本發(fā)明的實(shí)施例不限于此。 實(shí)施例h
取J3-乳球蛋白lkg，加入6倍質(zhì)量的蒸餾水振蕩混合并充分溶解。用食用級(jí) 的氫氧化鈉調(diào)pH值至9.0，攪拌均勻后，加入2kg葡萄糖，得到p-乳球蛋白-葡萄糖混合溶液。將該混合溶液采用蠕動(dòng)泵泵入脈沖電場(chǎng)處理室進(jìn)行脈沖電場(chǎng)
處理，設(shè)置脈沖電場(chǎng)處理?xiàng)l件如下(1)脈沖電場(chǎng)強(qiáng)度20kV/cm; (2)脈沖 頻率500Hz;(3)脈沖寬度25^1S;(4)反應(yīng)物溫度30°C 。脈沖電場(chǎng)處理后，
所得反應(yīng)物經(jīng)冷凍干燥，即得能夠提高食品色澤的(3-乳球蛋白-葡萄糖食品抗氧
化劑產(chǎn)品。
產(chǎn)品指標(biāo)所得產(chǎn)品配成質(zhì)量百分比為0.01%的水溶液，其清除DPPH氧自 由基能力為50.51%;經(jīng)OPA法測(cè)定游離氮基酸含量，可知(3-乳球蛋白反應(yīng)率 為43%， 420nm下測(cè)得產(chǎn)品的色價(jià)為35。
實(shí)施例2:
將lkg谷氨酸與飲用水按照重量比1:3.5混合，攪拌均勻，用食用級(jí)的碳酸 鈉調(diào)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 堿性混合溶液。將該混合溶液采用連續(xù)恒流泵泵入脈沖電場(chǎng)處理室進(jìn)行脈沖電
場(chǎng)處理，設(shè)置脈沖電場(chǎng)處理?xiàng)l件如下(1)脈沖電場(chǎng)強(qiáng)度15kV/cm; (2)脈 沖頻率450Hz;(3)脈沖寬度50ps;(4)反應(yīng)物溫度25°C。脈沖電場(chǎng)處
理后，所得反應(yīng)物經(jīng)乙醇萃取，減壓濃縮萃取組分，制成能夠提高食品色澤的
食品抗氧化劑產(chǎn)品。
產(chǎn)品指標(biāo)所得產(chǎn)品配成質(zhì)量百分比為0.01%的水溶液，其清除DPPH氧自 由基能力為66.15%;經(jīng)HPLC法分析測(cè)定果糖反應(yīng)率為82。/。，谷氨酸反應(yīng)率為 20.55%;同時(shí)在420nm下測(cè)得產(chǎn)品的色價(jià)為65。實(shí)施例3:
將5kg牛血清白蛋白與飲用水按照重量比1:10混合，攪拌均勻，用食用級(jí) 的碳酸鈉調(diào)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-葡聚糖堿性混合溶液。將該混合溶液采用連續(xù)恒流泵泵入脈 沖電場(chǎng)處理室進(jìn)行脈沖電場(chǎng)處理，設(shè)置脈沖電場(chǎng)處理?xiàng)l件如下(1)脈沖電場(chǎng) 強(qiáng)度30kV/cm; (2)脈沖頻率600Hz; (3)脈沖寬度70ps; (4)反應(yīng)物 溫度20°C。脈沖電場(chǎng)處理后，所得反應(yīng)物經(jīng)噴霧干燥制成能夠提高食品色澤
的食品抗氧化劑。
產(chǎn)品指標(biāo)所得產(chǎn)品配成質(zhì)量百分比為0.01。/。的水溶液，其清除DPPH氧自 由基的能力為58.78%;經(jīng)OPA法測(cè)定游離氨基酸含量可知，牛血清白蛋白反應(yīng) 率為51%， 420nm下測(cè)得產(chǎn)品的色價(jià)為31。
實(shí)施例4:
取大豆肽(10 20個(gè)氨基酸殘基組成)10kg，加入5倍質(zhì)量的蒸餾水振蕩混 合并充分溶解。用食用級(jí)的氫氧化鈉調(diào)pH值至11.5，攪拌均勻后，加入95kg 蔗糖，得到大豆肽-蔗糖混合溶液。將該混合溶液采用蠕動(dòng)泵泵入脈沖電場(chǎng)處理
室進(jìn)行脈沖電場(chǎng)處理，設(shè)置脈沖電場(chǎng)處理?xiàng)l件如下(1 )脈沖電場(chǎng)強(qiáng)度25kV/cm; (2)脈沖頻率120HZ; (3)脈沖寬度ll^lS; (4)反應(yīng)物溫度IO'C 。脈
沖電場(chǎng)處理后，所得反應(yīng)物經(jīng)冷凍干燥，即得能夠提高食品色澤的|3-乳球蛋白-
蔗糖食品抗氧化劑產(chǎn)品。
產(chǎn)品指標(biāo)所得產(chǎn)品配成質(zhì)量百分比為0.01%的水溶液，其清除DPPH氧自 由基能力為50.51%;經(jīng)HPLC法測(cè)定大豆肽含量可知，大豆肽反應(yīng)率為62%， 420nm下測(cè)得產(chǎn)品的色價(jià)為45。
實(shí)施例5:
將0.5kg酪蛋白多肽(40 50個(gè)氨基酸殘基組成)與飲用水按照重量比1: 9 混合，攪拌均勻，用食用級(jí)的碳酸鈉調(diào)pH值至11，加入4kg淀粉，得到酪蛋 白多肽-淀粉堿性混合溶液。將該混合溶液采用蠕動(dòng)泵泵入脈沖電場(chǎng)處理室進(jìn)行 脈沖電場(chǎng)處理，設(shè)置脈沖電場(chǎng)處理?xiàng)l件如下(1)脈沖電場(chǎng)強(qiáng)度18kV/cm; (2)脈沖頻率650Hz;(3)脈沖寬度95ps;(4)反應(yīng)物溫度l(TC 。反應(yīng)物溫度控制在i(Tc可按以下方式控制提前將混合溶液降溫冷卻至rc，以
保證混合溶液處理前后溫度不超過40°C?？販氐耐瑫r(shí)采用數(shù)字溫度計(jì)監(jiān)控，從
而達(dá)到控制反應(yīng)物溫度在l(TC的目的。脈沖電場(chǎng)處理后，所得反應(yīng)物經(jīng)冷凍干 燥制成能夠提高食品色澤的食品抗氧化齊1」。所得產(chǎn)品配成質(zhì)量百分比為0.01%的 水溶液，其清除DPPH氧自由基能力為21%;經(jīng)HPLC法分析測(cè)定酪蛋白多肽 反應(yīng)率為45%;同時(shí)在420nm下測(cè)得產(chǎn)品的色價(jià)為40。 實(shí)施例6:
將20kg花生蛋白多肽(75 90個(gè)氨基酸殘基組成)與飲用水按照重量比1: 4混合，攪拌均勻，用食用級(jí)的碳酸鈉調(diào)pH值至lO，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-乳糖堿性混合溶液。將該混合溶液 采用蠕動(dòng)泵泵入脈沖電場(chǎng)處理室進(jìn)行脈沖電場(chǎng)處理，設(shè)置脈沖電場(chǎng)處理?xiàng)l件如 下(1)脈沖電場(chǎng)強(qiáng)度20kV/cm; (2)脈沖頻率400Hz; (3)脈沖寬度 3(Vs;(4)反應(yīng)物溫度25°C。
產(chǎn)品指標(biāo)脈沖電場(chǎng)處理后，所得反應(yīng)物經(jīng)冷凍干燥制成能夠提高食品色 澤的食品抗氧化劑。所得產(chǎn)品配成質(zhì)量百分比為0.01%的水溶液，其清除DPPH 氧自由基的能力為45%;經(jīng)HPLC法測(cè)定花生蛋白多肽含量可知，花生蛋白多 肽反應(yīng)率為54%， 420nm下測(cè)得產(chǎn)品的色價(jià)為45。
從以上實(shí)施例可以看出，選擇不同的氨基酸、肽或蛋白質(zhì)與不同的還原糖 或能在堿性條件下分解為還原糖的低聚糖、多糖，經(jīng)不同條件的脈沖電場(chǎng)非熱 處理，可制備出能夠提高食品色澤的食品抗氧化劑。與蛋白質(zhì)、肽相比，氨基 酸更易與還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)；另外，因果糖易與氨基酸、肽或蛋白質(zhì)反應(yīng) 制備提高食品色澤的食品抗氧化劑，故優(yōu)選果糖作為本發(fā)明所使用的還原糖。
一種脈沖電場(chǎng)強(qiáng)化促進(jìn)低溫美拉德反應(yīng)的方法所需的制備時(shí)間少于30min， 明顯短于傳統(tǒng)水熱法所需要的數(shù)小時(shí)的反應(yīng)時(shí)間，極大的提高了生產(chǎn)效率；脈 沖溫度在35"C以下，提高食品品質(zhì)及食用安全性；同時(shí)，在制備過程中避免了 加入有機(jī)溶劑等化學(xué)試劑，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。
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權(quán)利要求
1、一種脈沖電場(chǎng)強(qiáng)化促進(jìn)低溫美拉德反應(yīng)的方法，其特征在于包括如下步驟(1)將蛋白質(zhì)、多肽或氨基酸與水按質(zhì)量比1∶3～1∶10混合；(2)用堿調(diào)節(jié)步驟(1)的混合物pH值至7.5～12.0；(3)加入蛋白質(zhì)、多肽或氨基酸2～10倍質(zhì)量的還原糖或能在堿性條件下分解為還原糖的低聚糖或多糖；(4)將混合溶液泵入脈沖電場(chǎng)處理室進(jìn)行強(qiáng)化處理；脈沖電場(chǎng)處理?xiàng)l件脈沖電場(chǎng)強(qiáng)度為15kV/cm～30kV/cm；脈沖頻率為100Hz～700Hz；脈沖寬度為10μs～100μs；反應(yīng)物溫度控制在35℃以下；(5)所得反應(yīng)物經(jīng)濃縮、萃取或干燥，制備成產(chǎn)品。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖電場(chǎng)強(qiáng)化技術(shù)促進(jìn)低溫美拉德反應(yīng)的方 法，其特征在于所述的蛋白質(zhì)為P-乳球蛋白、牛血清白蛋白或大豆蛋白；多 肽為由10 100個(gè)氨基酸分子脫水縮合而成的化合物；氨基酸為甘氨酸、亮氨酸、色氨酸、賴氨酸或谷氨酸。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖電場(chǎng)強(qiáng)化技術(shù)促進(jìn)低溫美拉德反應(yīng)的方 法，其特征在于所述的堿為食用級(jí)的氫氧化鈉或碳酸鈉。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖電場(chǎng)強(qiáng)化技術(shù)促進(jìn)低溫美拉德反應(yīng)的方 法，其特征在于所述還原糖為葡萄糖、果糖、麥芽糖、半乳糖、乳糖或蔗糖; 所述能在堿性條件下分解為還原糖的低聚糖或多糖為淀粉或葡聚糖。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖電場(chǎng)強(qiáng)化技術(shù)促進(jìn)低溫美拉德反應(yīng)的方 法，其特征在于所述混合溶液泵入脈沖電場(chǎng)處理室是指采用蠕動(dòng)泵或連續(xù)恒 流泵將混合溶液泵入脈沖電場(chǎng)處理室。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖電場(chǎng)強(qiáng)化技術(shù)促進(jìn)低溫美拉德反應(yīng)的方 法，其特征在于所述濃縮是指將反應(yīng)后的物料經(jīng)冷凍濃縮或減壓濃縮。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖電場(chǎng)強(qiáng)化技術(shù)促進(jìn)低溫美拉德反應(yīng)的方 法，其特征在于所述萃取是指將反應(yīng)后的物料經(jīng)乙酸乙酯或乙醇萃取或采用超臨界二氧化碳流體萃取。
8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖電場(chǎng)強(qiáng)化技術(shù)促進(jìn)低溫美拉德反應(yīng)的方 法，其特征在于所述干燥是指將反應(yīng)后的物料冷凍干燥或噴霧干燥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種脈沖電場(chǎng)強(qiáng)化促進(jìn)低溫美拉德反應(yīng)的方法，屬食品加工技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用脈沖電場(chǎng)強(qiáng)化還原糖或在堿性條件下分解為還原糖的低聚糖或多糖與蛋白質(zhì)、多肽或氨基酸之間的美拉德反應(yīng)，制備能夠提高食品色澤的食品抗氧化劑，脈沖電場(chǎng)條件如下(1)脈沖電場(chǎng)強(qiáng)度15kV/cm～30kV/cm；(2)脈沖頻率100Hz～700Hz；(3)脈沖寬度10μs～100μs；(4)反應(yīng)溫度35℃以下。本發(fā)明具有無污染、低能耗、制備時(shí)間短、處理溫度低、反應(yīng)效率高、能最大限度保持產(chǎn)品營養(yǎng)和風(fēng)味成分、提高食品品質(zhì)、增加產(chǎn)品色價(jià)及食用安全性等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)A23L1/00GK101584421SQ20091004020
公開日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日
發(fā)明者于淑娟, 曾新安, 花 林, 管永光, 忠 韓 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)