本发明涉及一种提高芦笋老茎中可溶性膳食纤维含量的加工方法，属于食品技术领域。
背景技术：
芦笋(asparagusofficinalisl.)又名石刁柏，为百合科天门冬属的草本植物，是一种低糖、低脂肪、高纤维、高蛋白的蔬菜。富含膳食纤维、蛋白质和多种氨基酸、维生素和微量元素等营养成分及多糖、皂苷、黄酮等药用成分，具有较高的营养价值。国内外研究表明，芦笋具有防癌、降脂、降血糖和延缓衰老等功能。我国芦笋种植面积约22万亩，年产量约180万吨，占世界总量的60％。
目前，芦笋除了供新鲜食用外，主要用来加工成罐头和速冻制品，在此过程中产生的芦笋下脚料超过原料质量的40％，这部分下脚料通过被称为芦笋老茎，绝大多数被当作废弃物处理掉，既浪费了宝贵的资源，提高了原料成本，增加了企业负担，还造成污染影响环境。芦笋老茎营养丰富，干燥后含蛋白质13.0％、脂肪5.82％、粗纤维42.5％及多种必须氨基酸和大量的活性成分。通过从芦笋老茎中提取膳食纤维，一方面为芦笋加工下脚料的充分、合理利用提供理论依据，有利于环境的保护和资源的利用，具有较高的经济效益和社会意义；另一方面，开发芦笋膳食纤维在医学食品领域的应用，研发具有自主知识产权的新型医用食品组件，不但可以应对当前医用食品产业的紧迫需求，而且可以提高国内医用食品的国际市场竞争力，并将开辟芦笋高值化利用的新途径，推动我国芦笋经济的发展，促进芦笋产业向更高端迈进。
膳食纤维是指能抗人体小肠消化吸收，而在人体大肠能部分或全部发酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其相类似物质的总和，包括多糖、寡糖、木质素以及相关的植物物质。根据膳食纤维水溶性不同，可分为水溶性纤维(sdf)与不溶性纤维(idf)，水溶性纤维包括树脂、果胶和一些半纤维；不溶性纤维包括纤维素、木质素和一些半纤维。其中idf对肠道蠕动，缓解便秘，减少肥胖等起到重要作用，而sdf可对碳水化合物及脂类代谢产生显著影响，同时还具备吸附重金属离子及胆固醇等功能。sdf较idf拥有不可比拟的功效性能，然而许多天然膳食纤维中sd含量普遍偏低，仅为3％～4％，无法达到高品质膳食纤维(sdf含量≥10％)的要求，其调节血糖、血脂等功能受到一定的限制。如何采用一定的化学或物理手段使不溶性纤维(idf)中的大分子组分连接键断裂变为小分子物质，从而疏松其致密的网状结构，使idf向sdf转化，增加sdf含量，已成为目前膳食纤维改性研究的热点。
目前，国内外对于膳食纤维的提取方法有很多，由于芦笋老茎主要以粗纤维为主，具有致密纤维网状结构，常规单一工艺很难将大分子组分连接键断裂变为小分子物质，使idf向sdf转化，增加sdf含量，导致其附加值较低，影响其加工应用。如中国专利文献cn110353279a公开了一种芜菁膳食纤维的改性方法，该法采用超声波辅助纤维素酶法对芜菁不溶性膳食纤维进行改性，以提高其可溶性膳食纤维含量。这种制备方法只能用于粗纤维含量较少的膳食物料，对于芦笋等粗纤维含量较高的物料，由于其无法打破粗纤维间的致密结构，导致纤维素酶无法有效发挥作用，采用该方法对芦笋纤维改性效果不理想。
蒸汽爆破技术最早于1928年由美国学者w.h.mason发明，当时该技术使用7～8mpa的饱和水蒸气作为介质进行蒸汽爆破，只用于纤维板制备的研究，因压力过高，难以推广。从20世纪80年代开始，此项技术又重新得到重视，被广泛用于动物饲料的生产和从木材纤维中提取乙醇和特殊化学品。蒸汽爆破是将原料置于高温、高压的环境中，孔隙中充满蒸汽，当瞬间解除高压时，原料空隙中的过热蒸汽迅速汽化，体积急剧膨胀而使细胞“爆破”，在机械力的作用下，将固体物料结构破坏。该方法具有处理量大、处理时间短、无化学残留、能耗低等优点，同时，在破坏纤维结构的同时，具有良好的熟化和灭菌灭酶效果，是一种非常理想的粗纤维处理技术。
中国专利文献cn110301650a公开了一种改性米糠膳食纤维及其制备方法和应用，将米糠膳食纤维进行蒸汽爆破，得到破碎米糠膳食纤维，对其再进行超微粉碎，得到改性米糠膳食纤维。该方法主要依靠蒸汽爆破的方式对其粗纤维进行改性，蒸汽爆破在低汽爆压力和短保压时间条件下起不到纤维改性目的，但高汽爆压力和长保压时间又会使物料发生炭化，使其失去商品价值。所以单纯依靠蒸汽爆破技术无法实现芦笋等膳食纤维的改性。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，尤其是现有芦笋老茎利用难、粗纤维含量高纤维致密难改性、附加值低的难题，本发明提供了一种提高芦笋老茎中可溶性膳食纤维含量的加工方法。
为解决以上技术问题，本发明是通过以下技术手段实现的：
一种提高芦笋老茎中可溶性膳食纤维含量的加工方法，包括以下步骤：
(1)收集芦笋老茎，清洗干净并沥干，放入蒸汽爆破机的爆腔中，在压力0.2～2.4mpa蒸汽压力下保压10～300s，通过控制系统自动开启爆破阀，急速喷放蒸汽爆破物料至旋风分离器中，物料在压力差作用下发生爆破，收集爆破处理后的物料，备用；
(2)将步骤(1)中获得的芦笋老茎采用高速切磨机进行磨浆，得到芦笋浆料；
(3)芦笋浆料过滤后进行浓缩，浓缩至浆料含水率40％～60％，然后采用纤维素酶进行酶解处理；
(4)酶解后的浆料采用双螺杆挤压膨化机进行挤压膨化处理；
(5)挤压膨化处理后的浆料调配、稀释后进行喷雾干燥。
根据本发明优选的，步骤(1)中，蒸汽爆破时料腔体积比为(1～4):(1～4)。
最为优选的，步骤(1)中，蒸汽爆破时料腔体积比为3:4。
根据本发明优选的，步骤(1)中，爆破处理为通入饱和蒸汽进行蒸汽爆破处理，爆破压力为1.2～1.5mpa，保压时间为90～120s。
根据本发明优选的，步骤(2)中，高速切磨机的转速为8000-10000r/min，磨浆次数为1～3次。
根据本发明优选的，步骤(3)中，过滤为采用振动筛过滤，浓缩采用塔式蒸发进行浓缩，浓缩至浆料含水率40％～50％。
根据本发明优选的，步骤(3)中，酶解时，纤维素酶的添加量为0.1～0.3％(v/v)，酶解温度52-56℃，酶解时间1-3h，浆液搅拌速率80-100r/min。
根据本发明优选的，步骤(4)中，挤压膨化处理为：将双螺杆挤压膨化机腔温度加热到105℃～135℃，打开供料机及双螺杆挤压膨化机开关，使供料机的单螺杆和挤压膨化机的双螺杆同步旋转，酶解后的浆料在供料机的单螺杆的推动下均匀进入双螺杆挤压膨化机进料口，再通过挤压膨化机的双螺杆挤压后进入高温机仓，挤压膨化机的双螺杆先以200-360转/分钟的螺杆速度正向旋转对酶解后的浆料挤压5-6s，所述的挤压压力为0.18mpa-0.2mpa；然后再以80-120转/分钟的螺杆速度反向旋转对酶解后的浆料挤压3-4s，所述的挤压压力0.18mpa-0.2mpa，双螺杆挤压膨化机的两条螺杆同向运转，速度一致，酶解后的浆料经过上述挤压后于温度105℃～135℃加热5-10s。
根据本发明优选的，步骤(4)中，挤压膨化处理喂料速度为20-80g/min。
根据本发明优选的，步骤(5)中，浆料调配为加入麦芽糊精进行调配，麦芽糊精的加入量占浆料重量的40％～60％，稀释为加水稀释至喷雾干燥浓度进行喷雾干燥处理。
根据本发明优选的，步骤(5)中，喷雾干燥进风温度为160～170℃，出风温度70～80℃。
本发明采用蒸汽爆破将富含膳食纤维的芦笋老茎加热至一定温度，维持压力一定时间后，突然释压喷放，产生二次蒸汽，渗进原料组织内部的蒸汽分子瞬间释放，在蒸汽内能转化为机械能的作用下，原料体积迅速增加，将原料中的半纤维素和纤维素结构破坏。因此，蒸汽爆破方法可用于定向破坏芦笋老茎中细胞壁的半纤维素和纤维素结构，再结合挤压膨化处理，由于机械挤压和摩擦生热，机腔内温度升高，压力增大，物料中的水分呈现过热状态，当由一定的高压突然降至常压时，药物内部水蒸气瞬间膨胀，使细胞壁破碎，形成质地疏松的空心网状结构，因此本发明的蒸汽爆破联合挤压膨化处理能使纤维物料被彻底的微粒化，改善了纤维物料的口感；同时，促使连接纤维分子的化学键断裂，发生分子裂解及分子极性变化，从而导致纤维素分子经挤压作用后，增加了与水分子的接触面积及亲水性，促使水不溶性膳食纤维向水溶性膳食纤维转化，大大提高了产品中水溶性膳食纤维含量，为高品质膳食纤维。
本发明的有益效果：
1、本发明的加工方法联合瞬时蒸汽爆破、湿法超细微粉碎、生物酶解、挤压膨化对芦笋老茎粗纤维进行改性处理，实现对芦笋老茎等高粗纤维含量物料的膳食纤维组分的优化重组，解决了芦笋老茎利用难、粗纤维含量高、难破碎、附加值低等问题。
2、本发明的加工方法创新采用瞬时蒸汽爆破技术和挤压膨化联合，完成粗纤芦笋纤维改性促使连接纤维分子的化学键断裂，发生分子裂解及分子极性变化，从而导致纤维素分子经挤压作用后，增加了与水分子的接触面积及亲水性，促使水不溶性膳食纤维向水溶性膳食纤维转化，大大提高了产品中水溶性膳食纤维含量，为高品质膳食纤维，同时实现了对物料进行熟化和灭菌处理，极大减少了工艺流程，提高了生产效率，真正实现对芦笋老茎等资源的全值利用，同时对保护环境具有积极意义。
具体实施方式：
为更好地理解本发明，下面结合具体实施例来进一步说明。
实施例1
一种提高芦笋老茎中可溶性膳食纤维含量的加工方法，步骤如下：
(1)收集芦笋老茎，清洗干净并沥干，放入蒸汽爆破机的爆腔中，料腔比3：4，在压力1.2mpa蒸汽压力下保压100s，通过控制系统自动开启爆破阀，急速喷放饱和蒸汽爆破物料至旋风分离器中，物料在压力差作用下发生爆破，收集爆破处理后的物料，备用；
(2)将蒸汽爆破后的物料经密闭管路输送至高速切磨机中，进行磨浆处理，切磨机转速9000r/min，磨浆次数1次，得到芦笋浆料；
(3)芦笋浆料经振动筛过滤后，采用塔式蒸发浓缩，浓缩至浆液含水率55％；
(4)将浓缩后的物料转移至酶解罐中，采用纤维素酶进行酶解处理，纤维素酶添加量为0.1％(v/v)，酶解温度55℃，酶解时间2h，搅拌速率90r/min；
(5)将双螺杆挤压膨化机腔温度加热到130℃，打开供料机及双螺杆挤压膨化机开关，使供料机的单螺杆和挤压膨化机的双螺杆同步旋转，酶解后的浆料在供料机的单螺杆的推动下均匀进入双螺杆挤压膨化机进料口，再通过挤压膨化机的双螺杆挤压后进入高温机仓，挤压膨化机的双螺杆先以220转/分钟的螺杆速度正向旋转对酶解后的浆料挤压5s，所述的挤压压力为0.18mpa；然后再以100转/分钟的螺杆速度反向旋转对酶解后的浆料挤压3s，所述的挤压压力0.18mpa，双螺杆挤压膨化机的两条螺杆同向运转，速度一致，酶解后的浆料经过上述挤压后于温度120℃加热5s，挤压膨化参数为喂料速度60g/min；
(6)将经过挤压膨化的浆料加入麦芽糊精进行调配，麦芽糊精的加入量占浆料重量的50％，稀释为加水稀释至喷雾干燥浓度进行喷雾干燥处理。进风温度为170℃，出风温度75℃，制得高可溶性膳食纤维含量的芦笋粉。
本实施例制得的高可溶性膳食纤维含量的芦笋粉sdf含量14.2wt％。
实施例2
一种提高芦笋老茎中可溶性膳食纤维含量的加工方法，步骤如下：
(1)收集芦笋老茎，清洗干净并沥干，放入蒸汽爆破机的爆腔中，料腔比2：4，在压力1.3mpa蒸汽压力下保压90s，通过控制系统自动开启爆破阀，急速喷放饱和蒸汽爆破物料至旋风分离器中，物料在压力差作用下发生爆破，收集爆破处理后的物料，备用；
(2)将蒸汽爆破后的物料经密闭管路输送至高速切磨机中，进行磨浆处理，切磨机转速9000r/min，磨浆次数1次，得到芦笋浆料；
(3)芦笋浆料经振动筛过滤后，采用塔式蒸发浓缩，浓缩至浆液含水率55％；
(4)将浓缩后的物料转移至酶解罐中，采用纤维素酶进行酶解处理，纤维素酶添加量为0.15％(v/v)，酶解温度55℃，酶解时间2h，搅拌速率90r/min；
(5)将双螺杆挤压膨化机腔温度加热到125℃，打开供料机及双螺杆挤压膨化机开关，使供料机的单螺杆和挤压膨化机的双螺杆同步旋转，酶解后的浆料在供料机的单螺杆的推动下均匀进入双螺杆挤压膨化机进料口，再通过挤压膨化机的双螺杆挤压后进入高温机仓，挤压膨化机的双螺杆先以250转/分钟的螺杆速度正向旋转对酶解后的浆料挤压6s，所述的挤压压力为0.19mpa；然后再以110转/分钟的螺杆速度反向旋转对酶解后的浆料挤压4s，所述的挤压压力0.19mpa，双螺杆挤压膨化机的两条螺杆同向运转，速度一致，酶解后的浆料经过上述挤压后于温度130℃加热5s，挤压膨化参数为喂料速度60g/min；
(6)将经过挤压膨化的浆料加入麦芽糊精进行调配，麦芽糊精的加入量占浆料重量的55％，稀释为加水稀释至喷雾干燥浓度进行喷雾干燥处理。进风温度为160℃，出风温度75℃，制得高可溶性膳食纤维含量的芦笋粉。
本实施例制得的高可溶性膳食纤维含量的芦笋粉sdf含量14.8wt％。
实施例3
一种提高芦笋老茎中可溶性膳食纤维含量的加工方法，步骤如下：
(1)收集芦笋老茎，清洗干净并沥干，放入蒸汽爆破机的爆腔中，料腔比3：4，在压力1.5mpa蒸汽压力下保压90s，通过控制系统自动开启爆破阀，急速喷放饱和蒸汽爆破物料至旋风分离器中，物料在压力差作用下发生爆破，收集爆破处理后的物料，备用；
(2)将蒸汽爆破后的物料经密闭管路输送至高速切磨机中，进行磨浆处理，切磨机转速9000r/min，磨浆次数2次，得到芦笋浆料；
(3)芦笋浆料经振动筛过滤后，采用塔式蒸发浓缩，浓缩至浆液含水率55％；
(4)将浓缩后的物料转移至酶解罐中，采用纤维素酶进行酶解处理，纤维素酶添加量为0.05％(v/v)，酶解温度55℃，酶解时间2h，搅拌速率90r/min；
(5)将双螺杆挤压膨化机腔温度加热到120℃，打开供料机及双螺杆挤压膨化机开关，使供料机的单螺杆和挤压膨化机的双螺杆同步旋转，酶解后的浆料在供料机的单螺杆的推动下均匀进入双螺杆挤压膨化机进料口，再通过挤压膨化机的双螺杆挤压后进入高温机仓，挤压膨化机的双螺杆先以300转/分钟的螺杆速度正向旋转对酶解后的浆料挤压6s，所述的挤压压力为0.20mpa；然后再以120转/分钟的螺杆速度反向旋转对酶解后的浆料挤压4s，所述的挤压压力0.20mpa，双螺杆挤压膨化机的两条螺杆同向运转，速度一致，酶解后的浆料经过上述挤压后于温度120℃加热5s，挤压膨化参数为喂料速度55g/min；
(6)将经过挤压膨化的浆料加入麦芽糊精进行调配，麦芽糊精的加入量占浆料重量的60％，稀释为加水稀释至喷雾干燥浓度进行喷雾干燥处理。进风温度为170℃，出风温度80℃，制得高可溶性膳食纤维含量的芦笋粉。
本实施例制得的高可溶性膳食纤维含量的芦笋粉sdf含量15.2wt％。
对比例1
一种提高芦笋老茎中可溶性膳食纤维含量的加工方法，同实施例1，不同之处在于：
省略步骤(5)，直接将酶解后的浆料加入麦芽糊精进行调配，麦芽糊精的加入量占浆料重量的60％，稀释为加水稀释至喷雾干燥浓度进行喷雾干燥处理。进风温度为170℃，出风温度80℃，制得芦笋粉。
该对比例经瞬时蒸汽爆破、湿法超细微粉碎、生物酶解、喷雾干燥，而不经挤压膨化制得的芦笋粉sdf含量只有7.3wt％。
对比例2
一种提高芦笋老茎中可溶性膳食纤维含量的加工方法，同实施例1，不同之处在于：
步骤(5)将酶解后的浆料处于超声波环境中处理5min，超声波频率为30khz，功率密度为0.4w/cm2。
该对比例经瞬时蒸汽爆破、湿法超细微粉碎、生物酶解、超声波处理、喷雾干燥制得的芦笋粉sdf含量只有8.9wt％。
1.一种提高芦笋老茎中可溶性膳食纤维含量的加工方法，包括以下步骤：
(1)收集芦笋老茎，清洗干净并沥干，放入蒸汽爆破机的爆腔中，在压力0.2～2.4mpa蒸汽压力下保压10～300s，通过控制系统自动开启爆破阀，急速喷放蒸汽爆破物料至旋风分离器中，物料在压力差作用下发生爆破，收集爆破处理后的物料，备用；
(2)将步骤(1)中获得的芦笋老茎采用高速切磨机进行磨浆，得到芦笋浆料；
(3)芦笋浆料过滤后进行浓缩，浓缩至浆料含水率40％～60％，然后采用纤维素酶进行酶解处理；
(4)酶解后的浆料采用双螺杆挤压膨化机进行挤压膨化处理；
(5)挤压膨化处理后的浆料调配、稀释后进行喷雾干燥。
2.根据权利要求1所述的提高芦笋老茎中可溶性膳食纤维含量的加工方法，其特征在于，步骤(1)中，蒸汽爆破时料腔体积比为(1～4):(1～4)；优选的，步骤(1)中，蒸汽爆破时料腔体积比为3:4。
3.根据权利要求1所述的提高芦笋老茎中可溶性膳食纤维含量的加工方法，其特征在于，步骤(1)中，爆破处理为通入饱和蒸汽进行蒸汽爆破处理，爆破压力为1.2～1.5mpa，保压时间为90～120s。
4.根据权利要求1所述的提高芦笋老茎中可溶性膳食纤维含量的加工方法，其特征在于，步骤(2)中，高速切磨机的转速为8000-10000r/min，磨浆次数为1～3次。
5.根据权利要求1所述的提高芦笋老茎中可溶性膳食纤维含量的加工方法，其特征在于，步骤(3)中，过滤为采用振动筛过滤，浓缩采用塔式蒸发进行浓缩，浓缩至浆料含水率40％～50％。
6.根据权利要求1所述的提高芦笋老茎中可溶性膳食纤维含量的加工方法，其特征在于，步骤(3)中，酶解时，纤维素酶的添加量为0.1～0.3％(v/v)，酶解温度52-56℃，酶解时间1-3h，浆液搅拌速率80-100r/min。
7.根据权利要求1所述的提高芦笋老茎中可溶性膳食纤维含量的加工方法，其特征在于，步骤(4)中，挤压膨化处理为：将双螺杆挤压膨化机腔温度加热到105℃～135℃，打开供料机及双螺杆挤压膨化机开关，使供料机的单螺杆和挤压膨化机的双螺杆同步旋转，酶解后的浆料在供料机的单螺杆的推动下均匀进入双螺杆挤压膨化机进料口，再通过挤压膨化机的双螺杆挤压后进入高温机仓，挤压膨化机的双螺杆先以200-360转/分钟的螺杆速度正向旋转对酶解后的浆料挤压5-6s，所述的挤压压力为0.18mpa-0.2mpa；然后再以80-120转/分钟的螺杆速度反向旋转对酶解后的浆料挤压3-4s，所述的挤压压力0.18mpa-0.2mpa，双螺杆挤压膨化机的两条螺杆同向运转，速度一致，酶解后的浆料经过上述挤压后于温度105℃～135℃加热5-10s。
8.根据权利要求1所述的提高芦笋老茎中可溶性膳食纤维含量的加工方法，其特征在于，步骤(4)中，挤压膨化处理喂料速度为20-80g/min。
9.根据权利要求1所述的提高芦笋老茎中可溶性膳食纤维含量的加工方法，其特征在于，步骤(5)中，浆料调配为加入麦芽糊精进行调配，麦芽糊精的加入量占浆料重量的40％～60％，稀释为加水稀释至喷雾干燥浓度进行喷雾干燥处理。
10.根据权利要求1所述的提高芦笋老茎中可溶性膳食纤维含量的加工方法，其特征在于，步骤(5)中，喷雾干燥进风温度为160～170℃，出风温度70～80℃。
技术总结