Введение
Пищевые волокна часто называют седьмым питательным веществом и «кишечными очистителями». Они включают в себя разнообразную группу веществ растительного происхождения, в том числе целлюлозу, гемицеллюлозу, пектин, инулин, лигнин, а также сапонины, воски, кутин и резистентные белки. Эти компоненты классифицируются на две основные категории: растворимые пищевые волокна (РПВ) и нерастворимые пищевые волокна (НПВ). Являясь одним из важнейших функциональных ингредиентов в пище, пищевые волокна играют решающую роль в здоровье человека. Они способствуют здоровью пищеварительной системы и регулируют уровень сахара в крови и холестерина.
Побеги бамбука, нежные ростки бамбуковых растений (семейство Bambusoideae), исключительно богаты пищевыми волокнами. Каждые 100 граммов побега бамбука содержат 0,58 грамма сырой клетчатки, при этом в них мало крахмала, сахара и жира. Они вкусны для вегетарианцев. Пищевые волокна побегов бамбука (BSDF) в основном состоят из целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина и полисахаридов. Что отличает BSDF от других источников пищевых волокон, так это его превосходная водо- и маслоудерживающая способность, что делает его чрезвычайно перспективным материалом для применения в пищевой промышленности.
Однако пищевые волокна побегов бамбука, произрастающих в дикой природе, преимущественно нерастворимы, что ограничивает их функциональные свойства в пищевых системах. Именно здесь и возникает проблема. модификация становится необходимым — и где технология сверхтонкого измельчения представляется революционным решением.
Модификация пищевых волокон с помощью побегов бамбука: методы и механизмы.
Модификация пищевых волокон из побегов бамбука включает в себя разрыв макромолекулярных связей в структуре волокон, преобразование нерастворимых фракций в растворимые пищевые волокна и значительное улучшение ключевых функциональных свойств, таких как водоудерживающая способность, водосвязывающая способность и набухание. Эти улучшения напрямую приводят к повышению эффективности использования пищевых волокон из побегов бамбука в пищевой промышленности.
Методы модификации, как правило, делятся на четыре категории: химическая модификация, биологическая модификация, физико-механическая модификация деградации, и комбинированная модификация. Среди них комбинированные методы модификации представляют собой наиболее активно исследуемое и наиболее перспективное направление для дальнейшего развития.
Химическая модификация
Химическая модификация, также известная как химическая дериватизация, использует многочисленные гидроксильные группы и другие реакционноспособные функциональные группы, присутствующие в основных и боковых цепях пищевых волокон побегов бамбука. В результате обработки кислотой или щелочью макромолекулярные соединения в волокне подвергаются разрыву связей и деполимеризации, за которыми следует рекомбинация с функциональными группами кислот или щелочей с образованием новых полимеров. К распространенным методам химической модификации относятся метилирование, карбоксиметилирование, ацетилирование, сульфатирование и частичная деградация.
Исследования показали, что химически модифицированные пищевые волокна из побегов бамбука имеют видимые трещины и бороздки на поверхности, а также сниженную кристалличность и степень полимеризации, что приводит к повышению набухающей способности, водоудерживающей способности и способности связывать воду. Однако, хотя химическая модификация значительно увеличивает содержание растворимых пищевых волокон, химические реагенты могут также нарушать молекулярную структуру и снижать физиологическую активность пищевых волокон.
Биологическая модификация
Биологическая модификация включает в себя ферментативная модификация и модификация ферментации.
Ферментативная модификация обычно включает использование целлюлазы, ксиланазы и амилазы для расщепления нерастворимых компонентов в пищевых волокнах побегов бамбука, создавая более рыхлую структуру с увеличенной удельной поверхностью. Этот процесс преобразует часть нерастворимых пищевых волокон в растворимые, улучшая физические свойства. Исследования показали, что ферментативная модификация увеличивает объем пор, удельную поверхность и содержание свободных фенольных соединений, тем самым повышая антиоксидантную способность. Примечательно, что волокно побегов бамбука, подвергнутое ферментативной модификации, in vitro В процессе ферментации наблюдается повышение уровня уксусной, пропионовой и масляной кислот, что указывает на то, что модифицированные пищевые волокна из побегов бамбука оказывают более положительное воздействие на здоровье кишечника.
Модификация путем ферментации использует метаболиты органических кислот, образующиеся в результате длительной микробной ферментации, для создания кислой среды. Протоны, поступающие в кислую среду, расщепляют гликозидные связи целлюлозы побегов бамбука, разлагая макромолекулярные полимеры на более мелкие соединения и увеличивая содержание растворимых пищевых волокон. Помимо улучшения функциональных свойств, ферментация также оставляет после себя полезные метаболиты, которые улучшают вкус и приятные тактильные ощущения продукта.
Физико-механическая модификация деградации
К физико-механическим методам деградации относятся гомогенизация под высоким давлением, обработка в субкритической воде, ультразвуковая обработка, микроволновая обработка, сверхтонкое измельчение и экструзионная обработка. Эти методы воздействуют за счет тепловых полей, полей механической энергии и сил высокого давления, разрывая водородные связи внутри волокнистой структуры пищевых волокон побегов бамбука — преобразуя их плотную пространственную сеть в рыхлую. Это преодолевает внутренние силы сцепления, уменьшает размер частиц и, в конечном итоге, улучшает растворимость, водоудерживающую способность и набухающую способность.
Среди всех методов механической деградации, Сверхтонкое шлифование выделяется как наиболее важная технология.. Это напрямую влияет на физико-химические свойства пищевых продуктов. По мере уменьшения размера частиц повышается гидратационная способность, а компоненты клетчатки перераспределяются из нерастворимой фракции в растворимую. Исследования подтвердили, что ультратонкое измельчение может значительно уменьшить размер частиц пищевой клетчатки из побегов бамбука, увеличить содержание растворимой пищевой клетчатки и повысить водоудерживающую способность, маслоудерживающую способность и способность к набуханию.
Модификация микронизации
Оба шлифовка под высоким давлением и фрезерование струей воздуха Относятся к категории микронизационной модификации. Исследования показали, что размер частиц оказывает существенное влияние на способность к адсорбции желчных кислот — например, пищевые волокна из побегов бамбука, модифицированные микронизирующими веществами. фрезерование струей воздуха обладает способностью к адсорбции желчных кислот. в 12 раз выше чем при обычном измельчении. Кроме того, уменьшение размера частиц обнажает внутренние гидрофильные группы, которые ранее были инкапсулированы в структуру волокна, изменяет относительное содержание моносахаридных компонентов и значительно повышает термическую стабильность.
Исследования ультразвуковой и микроволновой модификации дополнительно показывают, что ультразвуковая обработка превосходит микроволновую модификацию. Это объясняется поглощением ультразвуковой энергии полярными молекулами, такими как гемицеллюлоза и лигнин в пищевых волокнах, что приводит к разрыву химических связей и быстрому испарению низкомолекулярных соединений, создавая давление, способствующее образованию микропор. В результате увеличивается удельная площадь поверхности, повышается содержание растворимых компонентов и улучшается водосвязывающая способность.
Экструзионная обработка представляет собой новейший шаг в области механической модификации, при этом температура и давление являются основными факторами, влияющими на результаты модификации. Высокие температуры эффективно способствуют деградации волокон, а экструзионная обработка значительно повышает уровень растворимых пищевых волокон в побегах бамбука. Основной механизм включает растворение и деградацию пектиновых веществ в пищевых волокнах под воздействием тепла и влаги во время экструзии, что приводит к снижению содержания целлюлозы. Одновременно расщепление гликозидных связей во время экструзии способствует растворению нерастворимых волокон.
Комбинированная модификация
Комбинированные подходы к модификации пищевых волокон из побегов бамбука обычно сочетают физические и биологические методы. Примеры включают: экструзионная целлюлазная модификация, высокотемпературная высокопрессовая целлюлазная модификация, и высокоскоростное механическое измельчение с последующей модификацией ферментами.
Исследование по модификации пищевых волокон побегов южного бамбука с помощью экструзии и целлюлазы позволило достичь замечательного содержания растворимых пищевых волокон. 22.17%. Это объясняется гидролизом нерастворимой целлюлозы и гемицеллюлозы целлюлазой с образованием растворимых полисахаридов клеточной стенки, а также трансгликозилированием в процессе экструзии.
Высокотемпературная обработка в сочетании с обработкой целлюлазой увеличивает количество частиц пищевых волокон побегов бамбука, которые набухают и расширяются при контакте с водой, создавая больший объем. Однако следует отметить, что высокотемпературная обработка под высоким давлением и обработка целлюлазой могут серьезно нарушить структуру волокон, приводя к перераспределению волокнистых компонентов.
Было показано, что высокоскоростное сдвиговое воздействие в сочетании с ксиланазой и целлюлазой позволяет уменьшить размер частиц с 383,90 мкм до 30,65 мкм. Обработанные волокна побегов бамбука обнажают больше гидроксильных групп, метиленовых групп и ароматических соединений, а сканирующая электронная микроскопия выявляет сотоподобную структуру. Это значительно снижает скорость диффузии растворов глюкозы, что приводит к повышению адсорбционной способности глюкозы.
Оборудование для сверхтонкого измельчения побегов бамбука для модификации пищевых волокон
В ЭПИЧЕСКИЙ Порошок, Мы разрабатываем передовые решения для сверхтонкого измельчения, специально предназначенные для модификации волокнистых материалов, таких как пищевые волокна из побегов бамбука. Наш ассортимент оборудования решает уникальные задачи обработки растительных волокон — достижение необходимого уменьшения размера частиц для раскрытия функциональных свойств при сохранении биоактивной целостности материала.
Воздушная классификационная мельница (серия MJW-L)
The Воздушная классификационная мельница MJW-L Система оснащена независимым приводом с горизонтальным дробильным диском и вертикально установленным классификационным колесом. Материал равномерно подается в камеру измельчения, где подвергается сильному удару от высокоскоростного вращающегося дробильного диска, одновременно испытывая воздействие центробежной силы и столкновения с зубчатым колесом дробильного кольца. Совокупное воздействие ударных, сдвиговых, фрикционных и столкновительных сил измельчает материал до порошкообразного состояния. Затем измельченный материал с помощью воздушного потока перемещается в зону классификации, где крупная и мелкая фракции разделяются с помощью частотно-регулируемого классификационного колеса. Мелкодисперсный порошок, соответствующий требованиям тонкости помола, собирается в циклоне и пылеуловителях, а крупные частицы возвращаются в зону измельчения для повторного измельчения.
Ключевые особенности, делающие MJW-L идеальным средством для модификации рациона питания с помощью пищевых волокон из побегов бамбука, включают:
- Гибкая конструкция внутренней площади и поля потока., предлагая более широкий спектр применения, чем традиционные воздухоклассификационные мельницы.
- Варианты классификации с несколькими вариантами подходит для порошкообразных продуктов с различными характеристиками.
- Низкотемпературная конструкция для эффективного измельчения термочувствительных материалов — крайне важно для сохранения биоактивности пищевых волокон.
- Конструкция, рассчитанная на высокие температуры для эффективной сушки, измельчения и диспергирования материалов с высокой влажностью.
- Конструкция с замкнутым контуром инертного газа а также ударопрочная конструкция для обработки горючих материалов при необходимости.
Серия MJW-L, включающая модели от 300 до 2000 с мощностью двигателя от 7,5 кВт до 355 кВт, предлагает диапазон тонкости помола 5–300 мкм и производительность от 2 кг/ч до 75 000 кг/ч, что позволяет использовать оборудование в различных масштабах производства.
Струйная мельница с псевдоожиженным слоем
Для применений, требующих высокой чистоты и мелкого размера частиц, порошок EPIC Powder идеально подходит. струйные мельницы с псевдоожиженным слоем Они обладают существенным преимуществом. В отличие от механических мельниц, струйные мельницы не требуют механических измельчающих инструментов. Частицы измельчаются и перемалываются исключительно за счет столкновений частиц в высокоскоростном потоке газа. Эта уникальная особенность исключает износ и загрязнение металлом. Это делает струйные мельницы превосходным выбором для очень твердых материалов и применений, где чистота продукта имеет первостепенное значение.
Принцип работы прост, но при этом чрезвычайно эффективен. Сжатый воздух поступает в камеру измельчения через специальные форсунки и разгоняется до высоких скоростей, унося с собой частицы. Частицы многократно сталкиваются друг с другом, измельчаясь на все более мелкие фрагменты. Последующий циклонный сепаратор или пылевой фильтр собирает мелкоизмельченный материал.
Основные преимущества струйных мельниц с псевдоожиженным слоем для модификации пищевых волокон в побегах бамбука:
- Без механических шлифовальных инструментов — Отсутствие примесей металлов, что обеспечивает чистоту пищевых волокон.
- Обработка, чувствительная к температуре — Процесс измельчения выделяет минимальное количество тепла, защищая термолабильные биологически активные соединения.
- Точный контроль размера частиц — достижение тонкости помола до d97 = 1 мкм с равномерным распределением частиц по размерам.
- Одноэтапное измельчение и классификация — Комплексная классификация обеспечивает стабильное качество продукции
- Возможность использования инертных газов — Для предотвращения окисления и обеспечения безопасной обработки можно использовать азот, аргон или гелий.
Компания EPIC Powder предлагает несколько конфигураций струйных мельниц, включая горизонтальные струйные мельницы с псевдоожиженным слоем (серия MQW), спиральные струйные мельницы (серия MQP) и вертикальные струйные мельницы с псевдоожиженным слоем (серия MQL) — каждая из которых оптимизирована для конкретных характеристик материала и производственных требований. Конструкция с псевдоожиженным слоем включает встроенные воздушные классификаторы, которые можно точно настроить для достижения необходимого размера и формы частиц для вашего применения.
Почему сверхтонкий помол важен для получения пищевых волокон из побегов бамбука
Выбор технологии измельчения напрямую определяет функциональные характеристики модифицированных пищевых волокон из побегов бамбука. Традиционные методы измельчения приводят к образованию относительно крупных частиц, которые не позволяют обнажить внутренние гидрофильные группы или максимально увеличить площадь поверхности. В отличие от них, сверхтонкое измельчение, достигаемое с помощью пневматических классификационных мельниц и струйных мельниц с псевдоожиженным слоем:
- Максимально увеличивает содержание растворимой пищевой клетчатки. путем расщепления нерастворимых фракций клетчатки.
- Выделяет гидрофильные группы удерживается внутри структуры волокна, повышая водосвязывающую способность.
- Увеличивает удельную площадь поверхности для улучшения гидратационных и адсорбционных свойств
- Обеспечивает равномерный размер частиц. для обеспечения стабильных функциональных характеристик в пищевой промышленности.
- Сохраняет биологически активные соединения. при работе при низких температурах
- Устраняет риски загрязнения посредством бесструйного измельчения (струйная мельница) или контролируемого контакта с материалом (воздушная классификационная мельница).
Что касается пищевых волокон из побегов бамбука, данные говорят сами за себя: обработка струей воздуха обеспечивает адсорбцию желчных кислот. в 12 раз выше чем при обычном измельчении — показатель, который напрямую отражается на превосходном потенциале снижения уровня холестерина в функциональных продуктах питания.
Применение модифицированных пищевых волокон из побегов бамбука в пищевой промышленности
В связи с растущим вниманием потребителей к здоровью и благополучию, пищевые волокна привлекают все больше внимания и в настоящее время широко используются в различных продуктах питания, пищевых добавках и фармацевтических препаратах. В качестве важного источника пищевых волокон, модифицированные волокна из побегов бамбука нашли применение в различных категориях продуктов питания.
Хлебобулочные изделия и изделия из муки
Включение пищевых волокон из побегов бамбука в мучные изделия обеспечивает множество функциональных преимуществ. Исследования показали, что пищевые волокна из побегов бамбука улучшают качество муки за счет увеличения водопоглощения теста, укрепления структуры глютеновой сетки, увеличения времени стабильности теста, а также повышения его вязкости и эластичности. Они также смягчают такие проблемы, как растрескивание и недостаточная упругость теста, подвергающегося многократным циклам замораживания-оттаивания, одновременно уменьшая потерю влаги и улучшая общее качество теста.
Печенье, приготовленное с добавлением порошка пищевых волокон из побегов бамбука, не только богато клетчаткой, но и обладает приятным сладким вкусом, что делает его подходящим для людей с запорами, ожирением, пожилых людей и детей. В мягких и сладких печеньях добавление пищевых волокон из побегов бамбука улучшает текстуру и снижает гликемический индекс, что делает их подходящими для потребителей, страдающих гипертонией, гиперлипидемией и гипергликемией (“три подъема”).
Мясные продукты
Благодаря превосходной способности удерживать воду и масло, клетчатка из побегов бамбука является ценным ингредиентом в мясных продуктах. Она повышает стабильность эмульсий и улучшает вкусовые качества при добавлении в мясные рецептуры. При добавлении в эмульгированные мясные продукты, такие как колбасы, клетчатка из побегов бамбука укрепляет гелеобразующие свойства, снижает потери при варке и скорость потери воды, а также улучшает органолептические характеристики.
В одном исследовании был разработан гель на основе свиной кожи, воды и модифицированных растворимых пищевых волокон из побегов южного бамбука в соотношении 2:2:1 в качестве заменителя жира в китайских колбасах. Высокое содержание белка в свиной коже в сочетании с сильной способностью растворимых пищевых волокон связывать воду снижает потери при варке, увеличивает содержание белка и влаги, а также улучшает физические свойства и стабильность колбас. В рыбных шариках добавление пищевых волокон из побегов бамбука улучшает твердость и жевательность.
Молочные продукты
Молочные продукты, обогащенные пищевыми волокнами, обладают улучшенным питательным составом, расширенной областью применения и более широким спектром необходимых питательных веществ. Исследования показали, что добавление модифицированных пищевых волокон из побегов бамбука в йогурт значительно увеличивает вязкость и влагоудерживающую способность, одновременно уменьшая расслоение сыворотки — и все это без ущерба для аромата йогурта.
Другие приложения
Помимо перечисленных категорий, пищевые волокна из побегов бамбука находят применение в напитках, фруктовых и овощных джемах, а также в жареных продуктах. Более того, их доказанные свойства по снижению уровня холестерина, регулированию уровня сахара в крови и улучшению здоровья кишечника делают пищевые волокна из побегов бамбука весьма перспективным ингредиентом в секторах здорового питания и функциональных продуктов питания.
Заключение
Модификация пищевых волокон из побегов бамбука представляет собой значительную возможность для пищевой промышленности. Она превращает малоиспользуемый сельскохозяйственный побочный продукт в высокоценный функциональный ингредиент. Среди различных доступных подходов к модификации, сверхтонкое измельчение Эта технология выделяется как наиболее эффективная, масштабируемая и удобная для использования. Она позволяет в полной мере раскрыть функциональный потенциал пищевых волокон из побегов бамбука.
В ЭПИЧЕСКИЙ Порошок, наш воздушные классификаторы и струйные мельницы с псевдоожиженным слоем Разработаны для обеспечения точного уменьшения размера частиц, необходимого для оптимальной модификации пищевых волокон. Они увеличивают содержание растворимых волокон и повышают водоудерживающую способность, обеспечивая в 12 раз более высокую адсорбцию желчных кислот.
Эпический порошок
В компании Epic Powder мы предлагаем широкий выбор моделей оборудования и разрабатываем индивидуальные решения, отвечающие вашим конкретным потребностям. Наша команда обладает более чем 20-летним опытом в области обработки различных порошков. Epic Powder специализируется на технологиях обработки мелкодисперсных порошков для горнодобывающей, химической, пищевой, фармацевтической и других отраслей промышленности.
Свяжитесь с нами сегодня для бесплатной консультации и получения индивидуальных решений!
“Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться с онлайн-представителем службы поддержки EPIC Powder». Зельда По любым дополнительным вопросам обращайтесь.”
— Джейсон Ван, Инженер