一种超声波辅助酶法制备碱蓬饮料的方法与流程

【技术领域】

本发明属于饮料加工领域，尤其涉及一种超声波辅助酶法制备碱蓬饮料的方法。

背景技术：

碱蓬是一年生草本植物，一般生于海滨、湖边、河谷等盐碱荒地上，在含盐量高达3％的潮间带也可生长，是一种典型的盐碱地指示植物。碱蓬对土壤具有生态保护和改善作用，被誉为盐碱地改造的“先锋植物”。研究发现，碱蓬的鲜嫩茎叶营养丰富，富含脂肪、蛋白质、粗纤维、矿物质、微量元素和多种维生素等，极具开发价值。盐地碱蓬是一年生草本积盐植物，碱蓬中营养成分完整而丰富，碱蓬茎叶蛋白质、脂肪、碳水化合物三大营养素含量均较高，其种子脂肪含量占干物质的36.5％，高于大豆，鲜嫩茎叶的蛋白质含量占干物质的40％，盐地碱蓬中共测出16种氨基酸，其中有8种人体必需氨基酸，且含量较高，具有扩张血管、增强人体免疫力、降压、降糖、防治心血管疾病的功效；碱蓬中还含有多种人体必需的微量元素和丰富的维生素，其中钙、镁、锌、铁、镍含量丰富，其钙、磷、铁与核黄素含量远高于菠菜、番茄、和胡萝卜等蔬菜，维生素c含量高于或相当于一般蔬菜，维生素b含量为一般蔬菜的5-8倍，远高于螺旋藻；发明公布号为cn106578918a的专利文献公开了一种富硒碱蓬营养保健挂面及其生产工艺，该专利文献研究论证了碱蓬中se含量较一般食物高10倍左右，而硒被科学家称之为人体微量元素中的“防癌之王”，具有抗癌、预防肿瘤、肝病的发生、提高机体免疫能力的功效；发明公布号为：cn103027962a的专利文献公开了一种盐地碱蓬黄酮提取及含量测定方法，该专利文献研究论证了盐地碱蓬(s.salsa)叶总黄酮含量较高，并有较强的抗氧化活性，植物黄酮具有抗氧化、抗肿瘤、抗动脉粥样硬化、抗炎等多种功效。

色素作为多酚的一种，碱蓬中的色素是天然色素的重要资源，该色素经研究分析为水溶性花青素类色素。花青素作为天然色素，具有较高的安全性能，而且具有抗突变、抗氧化、降血压、保护肝脏等保健功能，属于功能性食品添加剂。多酚类物质被称为“第七类营养素”。多酚是天然的“抗氧化剂”，拥有超强的抗氧化能力，能防止机体氧化，可以清除人体产生的自由基，延缓肌肤衰老；抑制胶原蛋白的分解，起到抗皱功能。而且，它还是很好的“抗癌物”，抑制致癌物质的活化，抵抗细胞癌化。

多酚能促进脂类及胆汁酸排除体外，降低血浆及肝脏中胆固醇和甘油三酯的含量，具有预防动脉硬化、降低血压和血脂、防治血栓等作用，还有很强的抗氧化作用，具有延缓衰老、预防癌症等功能。

抗氧化活性分析表明碱蓬对o^-2自由基有较强的清除作用，经常食用有利于清除体内过多的氧自由基，从而有益于健康和长寿。碱蓬作为一种古老的可食蔬菜同时具有较高的药用价值，根据《本草纲目拾遗》的介绍，其性咸凉、无毒、清热、消积。现代医学研究也发现，碱蓬属植物具有降糖、降压、扩张血管、防治心脏病和增强人体免疫力等作用，适用于心血管系统疾病的预防，特别是对于老年人、高血压病人具有显著保健作用。然而目前碱蓬的加工及食用方法都处于初级阶段，碱蓬的优越的生物特性和功效决定了它广阔的应用前景，其研究与开发具有很大的经济价值与社会价值。

cn201510166655.0公开了一种水浸提法制作保健食品碱蓬饮料的方法，采集新鲜盐地碱蓬紫红色叶片，经反复清洗后阴干，粉碎，过30目筛；按照料液质量比1∶25～30，水浸提2次，合并两次的浸提液，过滤；按照浸提液∶水的质量比为1∶1、质量百分含量12％～15％的白砂糖、质量百分含量0.04％～0.06％的柠檬酸、质量百分含量3％～5％的蜂蜜、质量百分比0.05％～0.08％的vc搅拌混合均匀，即得。所述的水浸提的温度50℃～60℃，时间50～60min，混合均匀后进行巴氏杀菌，此方法存在问题是高糖度，消费者群体受限，不利健康。其次，水溶性多酚类物质提取率低，且巴氏杀菌会破坏花青素类物质稳定性，不能保留其功能特性。

cn201510398358.9公开了一种矿物质水的加工方法，包括下列步骤：1)将天然矿物质粉碎至0.1～0.5厘米的小颗粒水洗后投入容器中；2)给容器中按重量比注入2比1的纯净水；3)再给容器中通入0.3～10小时的臭氧，净置五分钟；4)最后从容器的出水口将净置后的水流出。此方法所述的天然矿物质是指含有矿物质的成份的玉石，营养成分单一，仅富含矿物质。

cn201510467632.3公开了一种盐地碱蓬饮料，按重量百分比，所述饮料包括以下组分：盐地碱蓬8％～10％，葡萄糖10％～15％，纯化水70％～75％，碳酸氢钠2％～5％和对羟基苯甲酸乙酯1％～3％。此发明采用切段压汁，得原液和固体渣，将固体渣再加水浸泡加热，得碱蓬汁，再经过煮沸，冷却，灭菌等工艺，此方法得到的碱蓬汁经过高温杀菌等环节，维生素物质的稳定性受到严重破坏，且产品添加了大量的糖类物质，不利于健康。

综上所述，碱蓬具有诸多营养成分，具有良好的保健功效，具有极大的经济价值与社会价值，而当前市场上还没有一种能高效提取碱蓬中多酚物质的方法，也没有一种含天然植物多酚、矿物质及氨基酸的饮料。

技术实现要素：

为了克服背景技术中的不足，本发明研究出一种超声波辅助酶法制备碱蓬饮料的方法，通过超声波与动态逆流循环相结合，使得碱蓬中多酚提取率大大提高，起到事半功倍的效果，此外超声波辅助、水酶法提取和超滤工艺三者联合极大的保留了碱蓬中水溶性的功能性成分，进而制得一种富含碱蓬水溶性多酚、微量元素及丰富氨基酸的碱蓬饮料。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种超声波辅助酶法制备碱蓬饮料的方法，包括如下步骤：

步骤1，采集新鲜盐地碱蓬叶片，放入食品净化机清洗1遍～3遍，进行湿法粉碎；

步骤2，将粉碎后的物料放入超声波动态逆流循环提取浓缩设备，按料液质量比1∶20～1∶50加水，添加2％～4％(w/w)纤维素酶，加入0.05％～0.08％维生素c，酶解时间20min～30min，酶解温度30℃～50℃，超声波功率50w～200w，提取次数为1～2次，合并浸提液；

步骤3，浸提液经过反渗透装置进行粗滤、超滤，无菌灌装即得。

所述的超声波辅助酶法制备碱蓬饮料的方法，步骤1中湿法粉碎所用的水计算在步骤2中1∶20～1∶50的料液质量比内。

所述的超声波辅助酶法制备碱蓬饮料的方法，步骤1和步骤2中所用的水为去离子水。

所述的超声波辅助酶法制备碱蓬饮料的方法，步骤1中的湿法粉碎工艺可替换为干法粉碎，具体为：采集新鲜盐地碱蓬叶片，放入食品净化机清洗1遍～3遍，利用蔬菜干燥杀菌机烘干，温度为30℃～50℃，果蔬粉碎机粉碎，过20～40目筛备用。

所述的超声波辅助酶法制备碱蓬饮料的方法，步骤2所述的所述的浸提液其矿物质成分及含量如下：ca²⁺2985μg/l～5200μg/l、mg²⁺1743μg/l～2791μg/l、fe²⁺162μg/l～185μg/l、mn²⁺5.11μg/l～8.03μg/l、zn⁺5.27μg/l～8.51μg/l、k⁺0.8μg/l～3.0μg/l、na⁺1746μg/l～6899μg/l、溶解性总固体200μg/l～400μg/l。

所述的超声波辅助酶法制备碱蓬饮料的方法，步骤3所述的反渗透装置系统配置为：预处理系统、精过滤系统、配套系统；预处理系统由机械过滤器、吸附过滤器、保安过滤器组成；精过滤系统由中空纤维超滤装置组成；配套系统由净水罐、电器控制系统组成。

所述的超声波辅助酶法制备碱蓬饮料的方法，步骤3所述超滤为中空纤维膜超滤以去除提取液中细菌、霉菌等微生物，所述中空纤维膜直径为0.01μm～0.001μm，进料速率为900l/h～1500l/h，压力0.045mpa～0.18mpa，料液浓度为200μg/l～400μg/l，超滤时间100min～400min，反洗周期10min～40min，反洗时间20min～120min，上运行10min～40min、上反洗20s～120s、下运行10min～40min、下反洗20s～120s。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过超声波与动态逆流循环相结合，使得碱蓬中多酚提取率大大提高，起到事半功倍的效果；

2、本发明通过超声波辅助、水酶法提取和超滤工艺三者联合极大的保留了碱蓬中水溶性的功能性成分，碱蓬中多酚类物质提取率相较于传统提取方法提取率提高了30％-70％，水酶法结合超声波物理过程，利用它产生的极大加速度、强烈的空化效应、剧烈振动等性质，减少提取时问，避免温度改变对有效成分的活性改变；本发明的超声波动态逆流辅助酶以及超滤工艺相结合提取碱蓬中多酚类物质的方法生产工艺简单、耗费时间少，降低生产工作强度，具有产品有效成分高，减少温度改变带来的不利影响等优点。

3、本发明采用粗滤及超滤有效的除去了提取液中的泥渣、悬浮物、藻类等杂质和提取液中细菌、霉菌等微生物，极大程度的保留了碱蓬提取液的各种营养成分及微量元素，操作简便，适合于工业化生产，相比传统的过滤方法，超滤技术是一种广泛用于水的净化，无污染，能耗低，分离装置简单、流程短、操作简便、易于控制和维护，装置占地面积小。在常温下进行，条件温和无成分破坏，因而特别适宜对本产品(热敏感)的物质的分离与富集，对本产品中的微量成分的回收非常有效。超滤工艺预处理系统中机械过滤器过滤可以去提取液中的泥渣及纤维等，之后经吸附过滤器过滤可以去除悬浮物以及藻类等杂质，进而通过超滤工艺精过滤系统的中空纤维膜超滤以去除提取液中细菌、霉菌等微生物。

4、本发明制得的碱蓬饮料富含碱蓬水溶性多酚、微量元素及丰富氨基酸的碱蓬饮料，既富含碱蓬中多酚类等抗氧化成分，又有人体必需的微量元素和丰富的氨基酸，可以满足人们对营养保健双重功效的追求，同时适应现在人们的快节奏生活。提取液富含钙、镁、铁、锰、锌、铜、锶、钠等矿质元素，而且含有丰富氨基酸种类，高达18种，其中包括必须氨基酸：苏氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸，色氨酸。非必须氨基酸：天门冬氨酸、丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、胱氨酸、酪氨酸、组氨酸、精氨酸、脯氨酸。其中必需氨基酸含量占氨基酸总量分别35.2％，接近fao提出的参考模式(36％)，必需氨基酸与非必需氨基酸的比值为55％，接近fao提出的参考模式(0.56)。这表明辽宁碱蓬绿色植株的氨基酸含量及组成接近联合国粮农组织提供的参考模式，具有开发价值。

5、本发明中碱蓬多酚类物质提取率可高达5.9％，多酚类物质被称为“第七类营养素”，多酚能促进脂类及胆汁酸排除体外，降低血浆及肝脏中胆固醇和甘油三酯的含量，具有预防动脉硬化、降低血压和血脂、防治血栓等作用，还有很强的抗氧化作用，具有延缓衰老、预防癌症等功能，适宜糖尿病患者、肝胆疾病患者、高血压、心脏血管病患者、胃肠道疾病患者、老人、以及幼儿肥胖者的饮用，特别对于老年人、糖尿病患者、高血压病人具有显著保健作用，有助身体健康。

6、本发明中碱蓬原料选取生长周期在45天以内的碱蓬植株，此时的碱蓬茎叶鲜嫩，富含功能性色素、维生素、蛋白质和生物碱等营养成分，此外，本发明所选用的碱蓬原料为人工栽培，避免了野生碱蓬原料可能存在的重金属超标问题，人工栽培，良好的生长环境保证了原料的安全性。

7、本发明碱蓬饮料中不含蔗糖，纯天然植物提取液，绿色安全，适宜糖尿病人食用。

8、对本发明提供的碱蓬饮料进行理化指标检测，各项主要指标均满足国家标准要求。

【附图说明】

图1是液固比对碱蓬色素提取效果的影响；

图2是料液比、纤维素酶、维生素c及超声功率对多酚含量影响的响应面。

【具体实施方式】

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进，本发明并不局限于下面的实施例；

一种超声波辅助酶法制备碱蓬饮料的方法，包括如下步骤：

步骤1，采集新鲜盐地碱蓬叶片，放入食品净化机清洗1遍～3遍，进行湿法粉碎；

步骤2，将粉碎后的物料放入超声波动态逆流循环提取浓缩设备，按料液质量比1∶20～1∶50加水，添加2％～4％(w/w)纤维素酶，加入0.05％～0.08％维生素c，酶解时间20min～30min，酶解温度30℃～50℃，超声波功率50w～200w，提取次数为1～2次，合并浸提液；

步骤3，浸提液经过反渗透装置进行粗滤、超滤，无菌灌装即得。

所述的超声波辅助酶法制备碱蓬饮料的方法，步骤1中湿法粉碎所用的水计算在步骤2中1∶20～1∶50的料液质量比内。

优选的，步骤1和步骤2中所用的水为去离子水，去离子水中过滤掉了水中的矿物质，避免水中钙、镁等离子的干扰。

所述的超声波辅助酶法制备碱蓬饮料的方法，步骤1中的湿法粉碎工艺可替换为干法粉碎，具体为：采集新鲜盐地碱蓬叶片，放入食品净化机清洗1遍～3遍，利用蔬菜干燥杀菌机烘干，温度为30℃～50℃，果蔬粉碎机粉碎，过20～40目筛备用。

所述的超声波辅助酶法制备碱蓬饮料的方法，步骤2所述的所述的浸提液其矿物质成分及含量如下：ca²⁺2985μg/l～5200μg/l、mg²⁺1743μg/l～2791μg/l、fe²⁺162μg/l～185μg/l、mn²⁺5.11μg/l～8.03μg/l、zn⁺5.27μg/l～8.51μg/l、k⁺0.8μg/l～3.0μg/l、na⁺1746μg/l～6899μg/l、溶解性总固体200μg/l～400μg/l。

所述的超声波辅助酶法制备碱蓬饮料的方法，步骤3所述的反渗透装置系统配置为：预处理系统、精过滤系统、配套系统；预处理系统由机械过滤器、吸附过滤器、保安过滤器组成；精过滤系统由中空纤维超滤装置组成；配套系统由净水罐、电器控制系统组成。

所述的超声波辅助酶法制备碱蓬饮料的方法，步骤3所述超滤为中空纤维膜超滤以去除提取液中细菌、霉菌等微生物，所述中空纤维膜直径为0.01μm～0.001μm，进料速率为900l/h～1500l/h，压力0.045mpa～0.18mpa，料液浓度为200μg/l～400μg/l，超滤时间100min～400min，反洗周期10min～40min，反洗时间20min～120min，上运行10min～40min、上反洗20s～120s、下运行10min～40min、下反洗20s～120s。

其中，步骤1采用湿法粉碎可以省能耗，避免干法粉碎中的烘干等工艺，利于节能。

在步骤2中添加维生素c可以起到对碱蓬的护色，抗氧化功效，同时也能够实现营养强化的目的。

实施例1

(1)采集新鲜盐地碱蓬叶片，清洗1遍后，30℃烘干，粉碎，过20目筛备用；

(2)按料液质量比1∶20加去离子水，加入2％(w/w)纤维素酶，加入0.05％维生素c，酶解时间20min，酶解温度35℃，超声波功率50w，提取次数为2次，合并两次的浸提液，依次经过机械过滤器、吸附过滤器、保安过滤器进行过滤；

(3)然后采用直径为0.001μm中空纤维膜超滤注入气水混合器，进液速率为900l/h，压力0.045mpa，料液浓度为200μg/l，超滤时间200min，反洗周期20min，反洗时间40s，采用上运行20min、上反洗40s方式，滤液无菌灌装既得。

实施例2

(1)采集新鲜盐地碱蓬叶片，清洗2遍后，40℃烘干，粉碎，过30目筛备用；

(2)按料液质量比1∶30加去离子水，加入2.5％(w/w)纤维素酶，加入0.06％维生素c，酶解时间25min，酶解温度40℃，超声波功率100w，提取次数为2次，合并两次的浸提液，依次经过机械过滤器、吸附过滤器、保安过滤器进行过滤；

(3)然后采用直径为0.004μm中空纤维膜超滤注入气水混合器，进液速率为1100l/h，压力0.06mpa，料液浓度为300μg/l，超滤时间200min，反洗周期30min，反洗时间60s，采用上运行30min、上反洗60s方式，滤液无菌灌装既得。

实施例3

(1)采集新鲜盐地碱蓬叶片，清洗3遍后，40℃烘干，粉碎，过30目筛备用；

(2)按料液质量比1∶40加去离子水，加入4％(w/w)纤维素酶，加入0.07％维生素c，酶解时间30min，酶解温度45℃，超声波功率150w，提取次数为2次，合并两次的浸提液，依次经过机械过滤器、吸附过滤器、保安过滤器进行过滤；

(3)然后采用直径为0.007μm中空纤维膜超滤注入气水混合器，进液速率为1300l/h，压力0.1mpa，料液浓度为300μg/l，超滤时间200min，反洗周期20min，反洗时间60s，采用上运行20min、下反洗60s方式，滤液无菌灌装既得。

实施例4

(1)采集新鲜盐地碱蓬叶片，清洗3遍后，50℃烘干，粉碎，过40目筛备用；

(2)按料液质量比1∶50加去离子水，加入4％(w/w)纤维素酶，加入0.08％维生素c，酶解时间40min，酶解温度50℃，超声波功率200w，提取次数为2次，合并两次的浸提液，依次经过机械过滤器、吸附过滤器、保安过滤器进行过滤；

(3)然后采用直径为0.01μm中空纤维膜超滤注入气水混合器，进液速率为1500l/h，压力0.18mpa，料液浓度为400μg/l，超滤时间200min，反洗周期20min，反洗时间40s，采用上运行20min、下反洗40s方式。滤液无菌灌装既得。

各项理化指标的检测：

取实施例1～4所述制备方法制备的碱蓬饮料，按gb/t12143.1、gb8537-1995、gb4789检测标准比较各项指标，结果见表1。

表1碱蓬饮料各项指标

由表1结果可见按照本发明实施例1～4方法制备的碱蓬饮料各项主要指标均满足国家标准要求。

本发明中碱蓬浸提液中矿物质元素含量如下表2：

表2碱蓬浸提液中矿物质元素含量

为了确定碱蓬与水的料液比，本发明针对碱蓬与水的料液比进行实验研究，得出液固比对碱蓬色素提取效果的影响图，如图1所示，由图1可知，随着液固比的增大，色素溶液的吸光度逐渐升高，当液固比为40∶1时，吸光值显著升高，得出碱蓬色素提取率也显著升高，当液固比大于40∶1时，曲线趋于平缓，吸光度改变不大，综合考虑节能减排，选择液固比为40∶1(ml/g)。

在上述单因素试验的基础上，选取料液比、纤维素酶、维生素c及超声功率4个因素进行box-behnken设计，结果见表3：

表3box-behnken试验设计方案与结果

利用design-expert8.0设计软件对表3试验数据进行回归拟合，得到多酚含量对料液比、纤维素酶、维生素c及超声功率4个因素的二次多项回归模型：

多酚含量＝5.55+0.13a+0.19b+0.32c+0.19d-0.33a²-0.39b²-0.28c²-0.96d²

表4响应曲面二次回归方程模型方差分析结果

注：*差异显著p＜0.05；**差异极显著p＜0.01。

根据回归方程作响应面图，考察所拟合的响应面的形状，分析料液比、纤维素酶、维生素c及超声功率对多酚含量的影响，其响应面见图2。由表4可知，变异模型p值＜0.0001，达到极显著水平，说明该模型拟合程度很好。由图2可知，在料液比为1∶50，纤维素酶3％，维生素c0.05％，超声功率为125w，多酚含量达到最高值，并且该结果与单因素实验结果一致。

上述实验结果表明，本发明通过超声波辅助、水酶法提取和超滤工艺三者联合极大的保留了碱蓬中水溶性的功能性成分，碱蓬中多酚类物质提取率相较于传统提取方法提取率提高了30％-70％，本发明的碱蓬多酚提取率可高达5.9％，本发明制得的碱蓬饮料既富含碱蓬中多酚类等抗氧化成分，又有人体必需的微量元素和丰富的氨基酸，可以满足人们对营养保健双重功效的追求，同时适应现在人们的快节奏生活，具有重要意义。

本发明未详述部分为现有技术。