一种用于特医食品的谷物碳水化合物基质及其制备方法与流程

本发明涉及特殊人群专用营养食品的制备技术，具体涉及一种用于特医食品的谷物碳水化合物基质及其制备方法。

背景技术：

特殊医学用途配方食品，以下简称特医食品，是为了满足进食受限、消化吸收障碍、代谢紊乱等人群对营养素或膳食的特殊需要，专门加工配制而成的配方食品。该类食品在改善患者营养状况，降低住院患者的医疗成本等方面有显著效果。

近年来特医食品产业在全球呈现良好的发展趋势，全球特医食品的市场规模大概为560～640亿元/年，并以6％的年均增长速度持续增加。我国较欧美等发达国家对特医食品的研究和应用明显滞后，但近几年的需求量增长十分迅速，市场规模年均增速达到37％。然而，目前我国临床使用的特医食品大都为国外品牌产品，且现有产品的碳水化合物、蛋白质和脂肪三大供能物质主要由蛋白粉、糊精或淀粉、食用油或专用油脂等各种营养素原料复配而成，其中碳水化合物主要由糊精提供。尽管这种配方原则在准确控制各种营养成分的组成、含量、保证产品有较好的冲调特性等方面具有明显的优势，然而产品普遍存在缺乏食品风味，渗透压较高，肠胃耐受性较差等问题。对于长期依赖特医食品作为主要或唯一营养来源的人群，上述问题将直接影响消费者的服用依从性，不利于营养支持作用的发挥。因此，特医食品的风味、口感依然是影响其临床使用的制约因素，也是特医食品新产品开发需要特别关注的问题。

谷物是人们日常膳食中最主要的主食，也是膳食碳水化合物的重要来源。谷物作为碳水化合物基质为食物带来的独特风味是糊精、淀粉等单体营养素无法比拟的。以谷物作为碳水化合物基质，根据特定人群的营养需求，通过营养配料强化加工特医食品将有助于改善产品的风味口感，提高病人的服用依从性。但是，由于淀粉含量高，以谷物为碳水化合物基质加工特医食品存在产品粘度大、冲调分散性和管饲流动性较差等问题。管饲进食是特医食品常用的膳食摄入途径，产品的管饲流动性是影响营养管堵塞发生率的重要因素。因此，粘度、冲调分散性和管饲流动性等指标成为影响以谷物为碳水化合物基质加工特医食品的主要问题。如何提高谷物类碳水化合物基质的淀粉预消化性，改善粉体的冲调特性是开发以谷物为碳水化合物基质的特医食品面临的重要技术瓶颈。

针对改善谷物粉体的预消化性和冲调分散性，已有人开展了相关的研究。研究发现向谷物中加入高温α-淀粉酶，利用挤压膨化过程中膨化腔体内的高温作用可以达到部分水解谷物淀粉、降低粉体粘度的目的。但是，由于挤压膨化过程时间仅20s左右，酶与底物不能充分作用，酶解效果相对有限，同时粉体风味品质也有待进一步提升。本发明针对上述问题，创制出基于适量大豆蛋白添加基础上的原料粉碎—蒸汽酶解调质—挤压膨化的谷物碳水化合物基质制备技术，促进谷物淀粉糊化与降解，同时通过控制蛋白质-还原糖之间的美拉德反应程度进一步改善基质粉的风味品质和冲调特性。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种用于特医食品的谷物碳水化合物基质的制备方法，能改善谷物淀粉的预消化性和粉体的冲调特性，同时改善基质的风味品质。

本发明的第二目的在于提供一种上述制备方法制得的谷物类碳水化合物基质，具有粘度低、管饲流动性好、有良好的食品风味的特点，可以替代其它碳水化合物原料，用作特医食品研制的原料。

本发明的第一目的，通过以下技术方案实现：

一种用于特医食品的谷物碳水化合物基质的制备方法，处理流程为：

谷物粉碎→大豆分离蛋白添加→蒸汽酶解调质→挤压膨化→烘干→粉碎

具体包括以下步骤：

(1)将谷物进行粉碎得到谷物粉原料；

(2)将谷物粉原料加入原料混配罐中，添加重量百分比为3-5％的大豆分离蛋白，通过喷淋装置添加浓度为8000-10000u/ml的高温α淀粉酶溶液，添加量为50-60ml/kg，通过搅拌装置使酶液、谷物粉、蛋白混合均匀；

(3)将混匀后的混合物送入调质器中进行蒸汽酶解调质处理；

(4)通过螺旋输送机将蒸汽酶解调质后的谷物粉送入挤压膨化机进行挤压膨化，挤压温度为110-130℃，螺杆转速为150-250r/min。

(5)将挤出物进行干燥处理，再进行粉碎得到谷物类碳水化合物基质粉。

本发明建立了原料粉碎—蛋白添加—蒸汽酶解调质—挤压膨化的特医食品碳水化合物基质制备方法，具体地：

本发明向谷物粉中添加一定量的大豆分离蛋白，在蒸汽酶解调质和挤压膨化过程中生成的糊精等还原糖与蛋白质发生适度的美拉德反应，可以改善粉体的风味品质，加上挤压膨化过程中进一步的熔融、剪切等的作用，能够促进蛋白质的降解，提高蛋白质的预消化性。通过风味鉴评分析发现，当大豆分离蛋白添加量在3-5％、挤压温度控制在110-130℃时，挤出物具有较明显的焙烤香味，感官评分值达最高水平。

本发明中酶液的配置浓度和添加量影响到酶的用量，当酶用量在400-600u/g时，所得基质的冲调分散性最佳。在酶添加量确定的前提下，确定酶液浓度是为了在酶液添加的过程中控制水分的添加量。由于蒸汽酶解调质过程会进一步增加谷物粉原料中的水分含量，且酶解作用使得淀粉分解为糊精和低聚糖，上述综合作用的结果会导致物料在挤压膨化过程中的剪切力降低，明显降低谷物的膨化效果，影响剩余的淀粉的糊化和降解。因此，为了保证挤压膨化时谷物粉原料中的水分含量控制在一定水平，达到理想的膨化效果，对酶液浓度和添加量以及蒸汽量进行了上述设定。

优化地，本发明还将酶解调质处理后的物料通过螺旋输送机输送至耐高温储料仓，堆积储存10-20min后，再进行挤压膨化。膨化处理时加入α-淀粉酶可以一定程度上降低谷物膨化粉的结块率和粘度，提高其水溶性。但由于作用时间过短，淀粉酶只能发挥非常有限的作用。通过蒸汽酶解调质处理使淀粉酶与底物在高温下反应，进而利用调质后的物料处于较高温度的特点，将其转入储料仓中使酶继续发挥作用10-20min，延长酶解反应时间，使得谷物淀粉被充分酶解。储料仓中静置反应的时间低于10min时，淀粉预酶解程度不够，制得的谷物基质粉的粘度高，但反应时间过长(>20min)时，由于淀粉过度酶解，导致后续的挤压膨化挤出物的膨化度过低，残留淀粉的糊化度下降。

优化地，本发明步骤(3)中蒸汽酶解调质参数控制如下：蒸汽调质时间为1.5-2.5min，饱和蒸汽压力为0.2-0.3mpa，总蒸汽量控制在调质物料重量的7-9％。

优化地，本发明步骤(1)中谷物粉粒度在10-20目之间。通过比较不同粒度谷物粉在相同处理条件下获得的挤出物的冲调性发现，粒径太大或太小均会对挤出物的冲调性有负面影响。当谷物颗粒较小时，酶与淀粉颗粒作用充分，酶解效果较好，但在蒸汽调质的过程中，颗粒太小时，谷物粉在蒸汽和酶的作用下粘度增大，粉体流动性严重降低，与蒸汽作用不充分，同时影响原料在调质器中的输送效率，且小的谷物颗粒因吸水过多增加原料的水分含量，导致在挤压过程中剪切力下降。

优化地，步骤(5)中干燥处理采用热风或热泵干燥，使得挤出物的水分含量达到7％以下。

优化地，步骤(5)中粉碎得到的碳水化合物基质粉粒度在60-100目间。

一种用于特医食品的谷物碳水化合物基质，通过上述制备方法制得。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过向粉碎的谷物原料中添加一定比例的大豆分离蛋白，控制蒸汽调质和挤压膨化等湿热处理过程中美拉德反应的程度，可以进一步改善挤出物的风味。使得挤出物具有明显的焙烤香味。同时，上述处理过程中高热和机械剪切等的作用下，蛋白质分子间氢键、二硫键断裂，造成蛋白质的降解，可溶性蛋白含量增加，有利于蛋白质的消化利用。

(2)本发明利用α淀粉酶在高温下能够降解淀粉生成糊精和低聚糖，从而降低淀粉粘度的特性，通过蒸汽调质器连续通入蒸汽保证物料维持在较高温度，进而将蒸汽处理后的谷物粉移送至耐高温储料仓保温处理一定时间，实现对谷物淀粉的充分酶解。在后续的挤压膨化过程中，在淀粉酶的进一步酶解以及膨化机产生的机械剪切等的作用下，谷物中的淀粉进一步被降解破坏，生成大量小分子碳水化合物。而且，通过增加储料仓的数量可以消除蒸汽预酶解调质与挤压膨化过程的时间差，实现连续化生产。

(3)本发明研制的谷物碳水化合物基质粉除了具有良好冲调特性和鼻饲管流动性，能够满足特医食品配制的基本需求外，更重要的是，本发明选用风味口感更适合国人的谷物为原料，制得的碳水化合物基质粉食品风味浓郁，较糊精等营养素作为基质能为产品提供显著的谷物焙烤香味，从而提升产品的风味品质，有助于保障长期消费人群的服用依从性。

具体实施方式

以下结合具体的实施例对本发明作进一步的说明，以便本领域技术人员更好理解和实施本发明的技术方案。

实施例1

一种用于特医食品的谷物碳水化合物基质的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过调整谷物粉碎机的粉碎时间、筛片直径、锤筛间隙，粉碎获得粒度在10-20目之间谷物粉原料。

(2)向粉碎后的谷物粉中加入5％大豆分离蛋白。

(3)用蒸馏水配置高温α淀粉酶溶液，使得酶浓度为10000u/ml，控制高温α淀粉酶溶液添加量为50ml/kg，混合均匀。

(4)将加酶混匀后的谷物原料粉转移入调质器中进行蒸汽酶解调质处理，设定蒸汽调质时间为2min，饱和蒸汽压力为0.25mpa，总蒸汽量控制在调质物料重量的8％。

(5)将蒸汽酶解调质处理后的谷物粉通过螺旋输送机输送转入储料仓堆积静置20min后，通过螺旋输送机送入挤压膨化机进行膨化，挤压温度为125℃，螺杆转速为150r/min。

(6)将挤出物通过热风或热泵干燥处理，使挤出物的水分含量达到7％以下。并干燥后的挤出物粉碎成粒度在60-100目间的粉末，得到碳水化合物基质粉。

实施例2

一种用于特医食品的谷物碳水化合物基质的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过调整谷物粉碎机的粉碎时间、筛片直径、锤筛间隙，粉碎获得粒度在10-20目之间谷物粉原料。

(2)向粉碎后的谷物粉中加入3％大豆分离蛋白。

(3)用蒸馏水配置高温α淀粉酶溶液，使得酶浓度为10000u/ml，控制高温α淀粉酶溶液添加速度为60ml/kg。

(4)将加酶混匀后的谷物原料粉转移入调质器中进行蒸汽酶解调质处理，设定蒸汽调质时间为2.5min，饱和蒸汽压力为0.3mpa，总蒸汽量控制在调质物料重量的9％。

(5)将蒸汽酶解调质处理后的谷物粉通过螺旋输送机输送转入储料仓堆积静置10min后，通过螺旋输送机送入挤压膨化机进行膨化，挤压温度为130℃，螺杆转速为250r/min。

(6)将挤出物通过热风或热泵干燥处理，使挤出物的水分含量达到7％以下。并干燥后的挤出物粉碎成粒度在60-100目间的粉末，得到碳水化合物基质粉。

实施例3

一种用于特医食品的谷物碳水化合物基质的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过调整谷物粉碎机的粉碎时间、筛片直径、锤筛间隙，粉碎获得粒度在10-20目之间谷物粉原料。

(2)向粉碎后的谷物粉中加入4％大豆分离蛋白。

(3)用蒸馏水配置高温α淀粉酶溶液，使得酶浓度为8000u/ml，控制高温α淀粉酶溶液添加量为50ml/kg。

(4)将加酶混匀后的谷物原料粉转移入调质器中进行蒸汽酶解调质处理，设定蒸汽调质时间为1.5min，饱和蒸汽压力为0.2mpa，总蒸汽量控制在调质物料重量的7％。

(5)将蒸汽酶解调质处理后的谷物粉通过螺旋输送机输送转入储料仓堆积静置15min后，通过螺旋输送机送入挤压膨化机进行膨化，挤压温度为110℃，螺杆转速为200r/min。

(5)将挤出物通过热风或热泵干燥处理，使挤出物的水分含量达到7％以下。并干燥后的挤出物粉碎成粒度在60-100目间的粉末，得到碳水化合物基质粉。

对本发明制得基质的对比分析结果如下：

(1)不同处理工艺制得的碳水化合物基质粉分析

以大米为原料，谷物碳水化合物基质粉性能测试包括基质粉冲调特性、风味品质和营养成分。实验组以实施例1制得的碳水化合物基质粉进行相关性能分析。以挤压膨化、加酶挤压膨化作为对照。挤压膨化的处理条件同实施例1：将大米粉碎至10-20目，加入重量占比为5％的大豆分离蛋白粉，加水调整至原料水分含量约20％，挤压温度为125℃，螺杆转速为150r/min。加酶挤压膨化是通过添加400u/g高温α淀粉酶溶液调整大米粉的水分含量至大约20％，其他同直接挤压膨化。具体测试结果见表1和表2。

表1：不同处理工艺对基质粉冲调特性和风味评分的影响

注：同一列数值旁字母不同时，表示差异达到显著性水平，p<0.05

水溶性指数用于衡量粉体中淀粉的降解程度，与淀粉被降解生成可溶性小分子的量有关。由于高温α-淀粉酶的作用，粉体中的淀粉结构被破坏，释放大量可溶性糖类，其水溶性指数升高，粉体的流动性增强，因此冲调过程中的结块率和分散时间均有大幅降低。尽管直接挤压膨化和加酶挤压膨化处理的基质粉也有一定的焙烤香味，但是经过感官评分分析可见本发明技术处理制得的基质粉的焙烤香味较前二者更加明显，能够明显提升粉体的感官品质。

表2：不同处理工艺对基质粉营养成分的影响

注：同一列数值旁字母不同时，表示差异达到显著性水平，p<0.05

由表2可以看出，本发明方法处理下的大米粉的还原糖和可溶性蛋白含量均较直接加酶挤压膨化明显增高，淀粉含量则显著性降低，这也是该方法能够明显改善粉体的冲调特性的重要原因。

(2)不同处理工艺获得的谷物碳水化合物基质制备的特医食品全营养配方粉性能测试

制备特医食品全营养配方粉的原则是以大米为原料，用不同处理工艺制得的谷物碳水化合物基质粉替代特医食品全营养配方粉中的糊精和淀粉类碳水化合物，并根据基质粉中含有的蛋白质和脂肪等其他成分对配方粉中的蛋白质和脂肪的添加量进行微调，制备以不同处理的大米为碳水化合物基质的特医食品全营养配方粉，具体配方见表3。

表3不同碳水化合物来源特医食品主要营养成分配方组成(/100g)

配方说明：上表中的无替代配方代表了目前市场上常用的特医食品全营养配方粉的基本配方构成，其中的粉末油脂中约含有50％植物油，其包材主要为碳水化合物类成分和少量蛋白质。3个替代配方用不同加工工艺制备得到的大米粉作为碳水化合物基质替代无替代配方中的麦芽糊精，大米原料中含有约8％的蛋白质，在基质粉的制备中进一步加入5％大豆分离蛋白，因此相应地配方中的酪蛋白添加量减少5g。

实验组以实施例1制得的碳水化合物基质粉制备特医食品全营养配方粉。对照组采用其他处理工艺制得的碳水化合物基质粉，包括：挤压膨化、加酶挤压膨化，其他组处理工艺参数同实施例1。

上述特医食品全营养配方粉性能测试包括冲调特性和感官评定：

(a)粘度的测定

在rva测定仪的专用铝筒中称取5.00g样品，加入蒸馏水20ml，放入旋转叶片，将铝筒卡入测量槽中,启动测定程序,进行粘度的测定。测定程序为：38℃保持13min，开始10s的转速为960r/min，此后整个测定过程中转速保持160r/min。

(b)鼻饲管残留率的测定

称取40.00g样品于500ml烧杯中，加65℃水冲调成200ml营养液，搅拌均匀转入输液瓶中，冷却至室温后，用一次性输液器模拟临床肠内营养支持的重力滴注法进行滴注，流速控制在100-150ml/h，待营养液全部滴注完毕后，称量鼻饲管内壁粘附物的重量计算营养液的残留率。

(c)感官评定

募集25名健康的志愿者对粉体及冲调好的营养液进行感官评价。将样品置于清洁的白瓷盘中，在光线充足而柔和的环境中用目测法观察粉体的色泽。另外将20.00g样品倒入透明容器中，加入80ml65℃的水冲调成营养液，充分搅拌均匀，嗅其气味，观察其冲调性，品尝其滋味等。样品采用随机编码，常温下进行品评，每次鉴评完一个样品后需用纯净水漱口，再进行下一个样品的鉴评。感官评定表参考qb4221-2011标准制定，具体如表4所示，评价总分以四项累计之和计。

表4特医全营养配方粉的感官评定标准

(3)测试结果及分析

不同处理工艺制备的特医食品全营养配方粉具体性能测试结果见表5和表6：

表5：不同特医食品全营养配方粉的使用方便性评价

表6：不同特医食品全营养配方粉的感官评定结果

根据患者的疾病类型和病理生理状态不同，临床患者服用特医食品全营养配方粉的途径可以分为直接口服、通过鼻饲管或胃肠造瘘管管饲两种途径。在保证产品营养充足、均衡的前提下，产品的口感风味和冲调使用方便性是影响其临床应用的重要因素。因此，本发明筛选影响配方粉冲调方便性的代表性指标：水溶性指数、粘度和鼻饲管残留率对不同的碳水化合物基质制备的特医食品全营养配方粉的冲调方便性进行了分析，结果如表5所示。

从表5可以看出，用实施例1制备的碳水化合物基质替代麦芽糊精制备的特医食品全营养配方粉，其水溶性指数、粘度、以及模拟鼻饲管喂养过程在营养管中的残留量均与以麦芽糊精为碳水化合物基质的常规特医食品全营养配方粉相当，与直接挤压膨化或加酶挤压膨化制备的大米粉作为碳水化合物基质替代糊精的配方粉相比，水溶性指数明显提高，产品的粘度和鼻饲管残留率显著性降低，表明用本发明制备的碳水化合物基质制备的特医食品全营养配方粉的使用方便性达到与以麦芽糊精为碳水化合物的常规产品相当的效果，明显优于直接挤压膨化和加酶挤压膨化技术。

如前所述，除了冲调分散性风味品质等感官品质也是影响特医食品临床使用的一个重要因素，因此，采用表4列出的感官评定标准，对以不同碳水化合物基质配置而成的特医食品全营养配方粉从组织形态、气味、滋味口感和冲调性4个方面进行综合评定，结果如表6所示。以挤压膨化和加酶挤压膨化制备的大米粉为碳水化合物基质配置的特医食品全营养配方粉虽然在气味和滋味口感评分上优于无替代常规配方，但由于其冲调性评分远低于后者，导致综合评价结果评分显著性低于无替代常规配方。而以本发明制备的碳水化合物基质配置的特医食品全营养配方粉的气味和滋味口感较直接挤压膨化和加酶挤压膨化进一步提升，同时产品的冲调性也达到与无替代常规配方相当的水平，因此，综合评价评分显著性高于无替代常规配方和其他两种技术制备的碳水化合物基质替代的配方。

上述实验用大米测得，小麦粉、玉米粉和小米粉或其混合物也有类似的效果。

以上实施实例对本发明不同的实施过程进行了详细的阐述，其他实施例制得基质也可以获得近似测试数据结果，不一一列举；本发明的实施方式并不仅限于此，所属技术领域的普通技术人员依据本发明中公开的内容，均可实现本发明的目的，任何基于本发明构思基础上做出的改进和变形均落入本发明的保护范围之内，具体保护范围以权利要求书记载的为准。

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