專利名稱：一種脈沖電場強化促進低溫美拉德反應的方法
技術領域：
本發明涉及食品綠色加工領域中的美拉德反應，特別涉及脈沖電場強化促 進低溫美拉德反應的方法。具體是脈沖電場輔助條件下利用蛋白質、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 場處理在低溫下生產能夠提高食品色澤的食品抗氧化劑。
背景技術：
美拉德反應(Maillard reaction)又稱羰氨反應(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、胺、肽)等經縮合、聚合反應生成高分子量聚合物——類黑素 (Mdanoidin)的反應。美拉德反應最早由法國化學家Maillard于1912年在將甘 氨酸與葡萄糖的混合液共熱時發現。如今已成為食品加工領域中制備香料、色 素以及功能性食品添加劑的主要手段和重要依據。如中國發明專利 CN101317648公布了一種雞脂原料的控制氧化——美拉德反應制備雞肉香精的 方法，以雞脂為原料，在11(TC 12(TC的溫度下加熱1 6小時制備雞肉香精。中 國發明專利CN1964636公布了美拉德香料制劑的制備方法，在含有a—羥基羧 酸組分的連續液相中加熱碳水化合物源和氮源的結合物，制備香味物質。中國 發明專利CN1450122公布了氨基酸與葡萄糖美拉德反應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2~3小時制備類 黑色素。上述方法均采用超過110。C的長時間高溫處理，不僅在一定程度上破壞 了食品的品質，消耗了大量能源、時間，同時有可能產生影響食品安全的潛在 危害物質。
強脈沖電場處理技術(Pulsed electric field, PEF技術)是近二十年來興起研 究的食品綠色加工技術。該技術在處理過程中溫度變化小，適宜于熱敏性物料 的加工處理，其應用前景吸引了業內人士的廣泛關注。目前，國際上研究并應用此項技術比較領先的是美國，如華盛頓州立大學、俄亥俄州立大學以及Pure Pulse Technologies公司等機構。上述科研院所、企業主要將強脈沖電場處理技 術應用于滅酶、殺菌、有效成分提取等。國內在PEF領域開展研究的單位有華 南理工大學、江南大學、吉林大學、中國農業大學、清華大學、重慶大學、大 連理工大學、浙江大學、南昌大學等高校，主要開展了對果汁和牛奶的滅菌、 滅酶等基礎研究。關于脈沖電場的相關研究現尚處于探索和起步階段，但該項 技術的發展速度迅速。中國發明專利ZL02152160.6公布了脈沖電場滅菌設備的 處理器的設計方法，中國發明專利ZL200410077405.1公布了一種預極化脈沖電 場滅菌方法及其設備。脈沖電場在食品加工領域的應用得到廣泛關注，如中國 發明專利申請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 殺滅效果能夠達到降低5個對數以上。中國發明專利申請CN101301004公布了 一種采用高壓脈沖電場處理糙米穩定米糠的方法，應用該方法處理的糙米或米 糠具有高度的脂肪穩定性。中國發明專利CN1543885公布了一種脈沖電場用于 煙草殺蟲滅菌的方法，該方法通過調節脈沖幅度，在較短時間內除滅煙葉上的 蟲菌。但上述這些專利技術都未涉及到采用脈沖電場低溫處理促進美拉德反應 的方法。

發明內容
本發明的目的在于利用脈沖電場綠色加工技術促進美拉德反應，有效提高 反應效率，降低反應溫度，縮短開發時間，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。
本發明根據美拉德反應制備香料、色素及食品抗氧化劑的原理，在蛋白質、 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，調節酸堿度，通過脈沖電場處理，縮短蛋白質、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生美拉德反應 的時間。本發明的特點是利用脈沖電場處理技術替代傳統的熱處理技術，在低 溫或常溫下催化美拉德反應制備能夠提高食品色澤的食品抗氧化劑，有效提高 反應效率，降低反應溫度，縮短制備時間，增強食品品質及食用安全性，滿足工業化生產的要求。
本發明的目的通過下述技術方案實現
一種脈沖電場強化促進低溫美拉德反應的方法，包括如下步驟
(1) 將蛋白質、多肽或氨基酸與水按質量比1:3 1:10混合；
(2) 用堿調節步驟(1)的混合物pH值至7.5-12.0;
(3) 加入蛋白質、多肽或氨基酸2 10倍質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、多肽或氨基酸的混合溶液；
(4) 將混合溶液泵入脈沖電場處理室進行強化處理；脈沖電場處理條件
脈沖電場強度為15kV/cm ~30kV/cm;脈沖頻率為100Hz 700Hz;脈沖寬度為10ps
~100^lS;反應物溫度控制在35°C以下；
(5) 所得反應物經濃縮、萃取或干燥，制備成產品。 所述的蛋白質優選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。
所述的堿優選為食用級的氫氧化鈉或碳酸鈉。
所述還原糖優選葡萄糖、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選為淀粉或葡聚糖。
所述混合溶液泵入脈沖電場處理室是指采用蠕動泵或連續恒流泵將混合溶 液泵入脈沖電場處理室。
所述濃縮是指將反應后的物料經冷凍濃縮或減壓濃縮。
所述萃取是指將反應后的物料經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后的物料冷凍干燥或噴霧干燥。 與現有技術相比，本發明具有以下優點
(1) 采用脈沖電場強化技術促進低溫美拉德反應，制備時間短，制備時間 可少于30min，明顯短于傳統水熱法所需要的數小時的反應時間；
(2) 處理溫度低，脈沖處理溫度在35"C以下，明顯低于傳統水熱法所需要
6的高溫處理溫度，并能最大限度保持產品營養和風味成分、提高食品品質及食 用安全性；
(3)在制備過程中避免了加入化學試劑，不會對環境造成污染，屬于綠色加工。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明做進一步描述，本發明的實施例不限于此。 實施例h
取J3-乳球蛋白lkg，加入6倍質量的蒸餾水振蕩混合并充分溶解。用食用級 的氫氧化鈉調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泵泵入脈沖電場處理室進行脈沖電場
處理，設置脈沖電場處理條件如下(1)脈沖電場強度20kV/cm; (2)脈沖 頻率500Hz;(3)脈沖寬度25^1S;(4)反應物溫度30°C 。脈沖電場處理后，
所得反應物經冷凍干燥，即得能夠提高食品色澤的(3-乳球蛋白-葡萄糖食品抗氧
化劑產品。
產品指標所得產品配成質量百分比為0.01%的水溶液，其清除DPPH氧自 由基能力為50.51%;經OPA法測定游離氮基酸含量，可知(3-乳球蛋白反應率 為43%， 420nm下測得產品的色價為35。
實施例2:
將lkg谷氨酸與飲用水按照重量比1:3.5混合，攪拌均勻，用食用級的碳酸 鈉調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恒流泵泵入脈沖電場處理室進行脈沖電
場處理，設置脈沖電場處理條件如下(1)脈沖電場強度15kV/cm; (2)脈 沖頻率450Hz;(3)脈沖寬度50ps;(4)反應物溫度25°C。脈沖電場處
理后，所得反應物經乙醇萃取，減壓濃縮萃取組分，制成能夠提高食品色澤的
食品抗氧化劑產品。
產品指標所得產品配成質量百分比為0.01%的水溶液，其清除DPPH氧自 由基能力為66.15%;經HPLC法分析測定果糖反應率為82。/。，谷氨酸反應率為 20.55%;同時在420nm下測得產品的色價為65。實施例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 的碳酸鈉調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恒流泵泵入脈 沖電場處理室進行脈沖電場處理，設置脈沖電場處理條件如下(1)脈沖電場 強度30kV/cm; (2)脈沖頻率600Hz; (3)脈沖寬度70ps; (4)反應物 溫度20°C。脈沖電場處理后，所得反應物經噴霧干燥制成能夠提高食品色澤
的食品抗氧化劑。
產品指標所得產品配成質量百分比為0.01。/。的水溶液，其清除DPPH氧自 由基的能力為58.78%;經OPA法測定游離氨基酸含量可知，牛血清白蛋白反應 率為51%， 420nm下測得產品的色價為31。
實施例4:
取大豆肽(10 20個氨基酸殘基組成)10kg，加入5倍質量的蒸餾水振蕩混 合并充分溶解。用食用級的氫氧化鈉調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泵泵入脈沖電場處理
室進行脈沖電場處理，設置脈沖電場處理條件如下(1 )脈沖電場強度25kV/cm; (2)脈沖頻率120HZ; (3)脈沖寬度ll^lS; (4)反應物溫度IO'C 。脈
沖電場處理后，所得反應物經冷凍干燥，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品。
產品指標所得產品配成質量百分比為0.01%的水溶液，其清除DPPH氧自 由基能力為50.51%;經HPLC法測定大豆肽含量可知，大豆肽反應率為62%， 420nm下測得產品的色價為45。
實施例5:
將0.5kg酪蛋白多肽(40 50個氨基酸殘基組成)與飲用水按照重量比1: 9 混合，攪拌均勻，用食用級的碳酸鈉調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泵泵入脈沖電場處理室進行 脈沖電場處理，設置脈沖電場處理條件如下(1)脈沖電場強度18kV/cm; (2)脈沖頻率650Hz;(3)脈沖寬度95ps;(4)反應物溫度l(TC 。反應物溫度控制在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采用數字溫度計監控，從
而達到控制反應物溫度在l(TC的目的。脈沖電場處理后，所得反應物經冷凍干 燥制成能夠提高食品色澤的食品抗氧化齊1」。所得產品配成質量百分比為0.01%的 水溶液，其清除DPPH氧自由基能力為21%;經HPLC法分析測定酪蛋白多肽 反應率為45%;同時在420nm下測得產品的色價為40。 實施例6:
將20kg花生蛋白多肽(75 90個氨基酸殘基組成)與飲用水按照重量比1: 4混合，攪拌均勻，用食用級的碳酸鈉調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 采用蠕動泵泵入脈沖電場處理室進行脈沖電場處理，設置脈沖電場處理條件如 下(1)脈沖電場強度20kV/cm; (2)脈沖頻率400Hz; (3)脈沖寬度 3(Vs;(4)反應物溫度25°C。
產品指標脈沖電場處理后，所得反應物經冷凍干燥制成能夠提高食品色 澤的食品抗氧化劑。所得產品配成質量百分比為0.01%的水溶液，其清除DPPH 氧自由基的能力為45%;經HPLC法測定花生蛋白多肽含量可知，花生蛋白多 肽反應率為54%， 420nm下測得產品的色價為45。
從以上實施例可以看出，選擇不同的氨基酸、肽或蛋白質與不同的還原糖 或能在堿性條件下分解為還原糖的低聚糖、多糖，經不同條件的脈沖電場非熱 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、肽相比，氨基 酸更易與還原糖發生美拉德反應；另外，因果糖易與氨基酸、肽或蛋白質反應 制備提高食品色澤的食品抗氧化劑，故優選果糖作為本發明所使用的還原糖。
一種脈沖電場強化促進低溫美拉德反應的方法所需的制備時間少于30min， 明顯短于傳統水熱法所需要的數小時的反應時間，極大的提高了生產效率；脈 沖溫度在35"C以下，提高食品品質及食用安全性；同時，在制備過程中避免了 加入有機溶劑等化學試劑，不會對環境造成污染。
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權利要求
1、一種脈沖電場強化促進低溫美拉德反應的方法，其特征在于包括如下步驟(1)將蛋白質、多肽或氨基酸與水按質量比1∶3～1∶10混合；(2)用堿調節步驟(1)的混合物pH值至7.5～12.0；(3)加入蛋白質、多肽或氨基酸2～10倍質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處理室進行強化處理；脈沖電場處理條件脈沖電場強度為15kV/cm～30kV/cm；脈沖頻率為100Hz～700Hz；脈沖寬度為10μs～100μs；反應物溫度控制在35℃以下；(5)所得反應物經濃縮、萃取或干燥，制備成產品。
2、 根據權利要求1所述的一種脈沖電場強化技術促進低溫美拉德反應的方 法，其特征在于所述的蛋白質為P-乳球蛋白、牛血清白蛋白或大豆蛋白；多 肽為由10 100個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、 根據權利要求1所述的一種脈沖電場強化技術促進低溫美拉德反應的方 法，其特征在于所述的堿為食用級的氫氧化鈉或碳酸鈉。
4、 根據權利要求1所述的一種脈沖電場強化技術促進低溫美拉德反應的方 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、 根據權利要求1所述的一種脈沖電場強化技術促進低溫美拉德反應的方 法，其特征在于所述混合溶液泵入脈沖電場處理室是指采用蠕動泵或連續恒 流泵將混合溶液泵入脈沖電場處理室。
6、 根據權利要求1所述的一種脈沖電場強化技術促進低溫美拉德反應的方 法，其特征在于所述濃縮是指將反應后的物料經冷凍濃縮或減壓濃縮。
7、 根據權利要求1所述的一種脈沖電場強化技術促進低溫美拉德反應的方 法，其特征在于所述萃取是指將反應后的物料經乙酸乙酯或乙醇萃取或采用超臨界二氧化碳流體萃取。
8、根據權利要求1所述的一種脈沖電場強化技術促進低溫美拉德反應的方 法，其特征在于所述干燥是指將反應后的物料冷凍干燥或噴霧干燥。
全文摘要
本發明涉及一種脈沖電場強化促進低溫美拉德反應的方法，屬食品加工技術領域。本發明采用脈沖電場強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、多肽或氨基酸之間的美拉德反應，制備能夠提高食品色澤的食品抗氧化劑，脈沖電場條件如下(1)脈沖電場強度15kV/cm～30kV/cm；(2)脈沖頻率100Hz～700Hz；(3)脈沖寬度10μs～100μs；(4)反應溫度35℃以下。本發明具有無污染、低能耗、制備時間短、處理溫度低、反應效率高、能最大限度保持產品營養和風味成分、提高食品品質、增加產品色價及食用安全性等優點。
文檔編號A23L1/00GK101584421SQ20091004020
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月12日 優先權日2009年6月12日
發明者于淑娟, 曾新安, 花 林, 管永光, 忠 韓 申請人:華南理工大學