蒸汽爆破技术在食品原料预处理中的应用研究进展

蒸汽爆破技术在食品原料预处理中的 应用研究进展

张君仪,刘 飞,徐 虹*

【摘 要】摘 要:蒸汽爆破技术是一种新兴的原料预处理方式,该方法不需添加化学试剂,通过高温高压改变原料结构,提高原料中有效成分得率,绿色环保且高效。本文综述了近年来有关蒸汽爆破技术在食品原料预处理中的应用研究进展,包括其对食品原料中营养组分、功能成分及理化性质的影响,以期为该技术在食品领域更广泛的应用提供参考。 【期刊名称】食品工业科技 【年(卷),期】2024(040)004 【总页数】4

【关键词】关键词:蒸汽爆破,食品原料,预处理,应用

基金项目:北京市自然科学基金(6162003);北京市科技计划项目(Z171100002217019)。

引文格式:张君仪,刘飞,徐虹. 蒸汽爆破技术在食品原料预处理中的应用研究进展[J].食品工业科技,2024,40(4):331-334.

食品在加工过程中往往需要对原料进行预处理,从而令其性状更适宜加工并促使其中的营养成分或活性物质更大程度地释放出来。原料预处理方法主要包括物理法、化学法和酶法三大类[1]。化学法虽成本较低,但存在副反应多、化学试剂污染等缺点;酶法相对而言反应条件温和、安全无毒,但在有些情况下成本较高,不利于工业化生产;物理法具有操作简单、用时短、处理量大、无化学试剂污染等优点,在食品原料处理方面具有较好的应用前景,如超高压技术、挤压膨化技术等均有广泛的应用。蒸汽爆破技术是一种新兴的物理预处理方法,该技术已广泛

应用于木质纤维素的处理,近些年才开始应用于食品领域。本文综述了蒸汽爆破技术在改善食品原料中各成分结构与性质方面的作用,以期为该技术在食品领域的进一步应用提供参考。

1 蒸汽爆破技术概述

蒸汽爆破技术出现已有80多年历史,最早是由美国学者W.H.Mason发展起来的,并将其用于制浆过程,经过人们对蒸汽爆破制浆工艺的不断研究,目前其在造纸领域已达到工业化程度[2]。随着蒸汽爆破技术的发展,此项技术被广泛应用于木质原料中纤维成分的降解,破坏细胞结构,提高纤维素对酶的接触机率,有助于其糖化发酵制备燃料酒精[3]。此外,蒸汽爆破技术还应用于动物饲料加工等方面,Viola等[4]的实验表明,适宜强度的蒸汽爆破可提高小麦秸秆的消化率。 蒸汽爆破技术的工作原理是将原料置于高温高压环境中,利用过热饱和蒸汽对物料进行处理,使原料孔隙中充满蒸汽,然后瞬间解除高压(毫秒级,0.00875 s内),使得组织间隙中的过热蒸汽迅速汽化,体积急剧膨胀而发生爆破,细胞壁因此破裂而形成微孔,从而使小分子物质从细胞中释放出来[5]。处理过程主要分为两个阶段:汽相蒸煮阶段和爆破阶段[2]。第一阶段物料在高温、高压蒸汽下蒸煮,蒸汽渗入物料内的空隙,经过一段时间的作用,使部分物料发生类酸性水解和热降解反应。纤维连接强度下降,为后一阶段的爆破提供选择性的机械分离。第二阶段为爆破阶段,此阶段接近绝热膨胀过程和热能转化为机械能的过程。渗入物料内的高温蒸汽和由物料内的液态水汽化形成的蒸汽以气流的方式瞬间释放,物料的细胞壁结构受到破坏,软化的物料产生剪切变形运动并发生分离[6]。爆破过程中,纤维发生一定程度的机械断裂,包括纤维素大分子中的键断裂、纤维素内部氢键的断裂以及无定形区的破坏及部分结晶区的破坏,因此达到对原料的物理结构和化学

组成进行重构的效果[7]。

2 食品中蒸汽爆破技术研究进展

蒸汽爆破技术在食品领域虽然起步较晚,但近年来发展迅速,优势突出,工业化应用前景广阔,主要可用于提高食品原料中营养成分的溶出率和提取率、促进食品原料中功能因子的释放和转化、改变食品原料中组分的分子构象和理化性质等方面。

2.1 提高食品原料中营养成分的溶出率和提取率

2.1.1 提高膳食纤维得率 膳食纤维在保持消化系统健康方面有着重要的作用,且具有预防肥胖、增强免疫力等作用[8]。研究发现,适宜强度的蒸汽爆破可提高一些食品原料中膳食纤维的含量。王田林[9]利用蒸汽爆破技术对甘薯渣膳食纤维进行改性,结果显示,蒸汽爆破将甘薯渣的可溶性膳食纤维含量提高了3.16倍,并且没有改变甘薯渣中的蛋白质、脂肪等其他营养成分的含量。Wang等[10]将蒸汽爆破与硫酸浸泡处理相结合以提取桔皮中的可溶性膳食纤维,表明增加蒸汽爆破处理后比单独稀酸浸泡处理的桔皮可溶性膳食纤维提取率显著提高。Aktas-Akyildiz等[11]将蒸汽爆破技术用于处理麦麸,使麦麸中的可溶性阿拉伯木聚糖含量从0.75%增加到2.06%,蒸汽爆破也使酶解后的麦麸可溶性阿拉伯木聚糖含量由3.01%增加至9.14%,这可能是由于蒸汽爆破处理使麦麸细胞壁组分被分解,使底物更容易与酶接触。孙俊良等[12]将蒸汽爆破技术用于苹果渣中果胶的提取,在最佳工艺条件下,蒸汽爆破处理后的果胶得率与未处理样品相比提高了10.96%;康芳芳[13]的研究显示,在蒸汽压强为0.5、1.0 MPa下,豆渣可溶性膳食纤维含量随汽爆时间的增加而增加。在0.5 MPa时,可溶性膳食纤维的含量由维压时间30 s的5.19%升高到120 s的14.10%;1.0 MPa下由24.12%升高