本發(fā)明涉及植物蛋白加工，尤其涉及一種基于分子級結(jié)構(gòu)調(diào)控與酶解靶向協(xié)同的豌豆蛋白高值化制備方法及系統(tǒng)，適用于天然健康食品開發(fā)。

背景技術(shù)：

1、稀豆粉作為云南極具代表性的傳統(tǒng)特色小吃，是以優(yōu)質(zhì)豌豆為原料，經(jīng)浸泡、磨漿、過濾、煮制等一系列傳統(tǒng)手工工藝精心制作而成，其成品色澤淡黃，口感細(xì)膩爽滑，不僅可搭配多種調(diào)料食用，還能與米線、油條等組合，獨具風(fēng)味，且因原料豌豆富含植物蛋白與膳食纖維，具有和中下氣、利濕解毒等營養(yǎng)功效。然而，傳統(tǒng)稀豆粉加工主要依賴手工操作，存在成品保質(zhì)期短(常溫下保存不超3天)且需現(xiàn)制現(xiàn)食的局限，難以適應(yīng)現(xiàn)代快節(jié)奏生活和工業(yè)化生產(chǎn)需求。為滿足市場對方便即食食品的迫切需求，現(xiàn)有技術(shù)雖嘗試以豌豆粉為基料開發(fā)速溶型稀豆粉產(chǎn)品，但存在諸多顯著缺陷，如傳統(tǒng)加工工藝因淀粉糊化不充分、顆粒粗大，導(dǎo)致沖調(diào)時易結(jié)塊，溶解時間長，且質(zhì)地粗糙、豆腥味明顯；因未能有效抑制淀粉回生及脂質(zhì)氧化，產(chǎn)品保質(zhì)期通常不足6個月。且單一豌豆原料蛋白質(zhì)含量相對較低，現(xiàn)有的一些改進技術(shù)通過添加乳化劑或麥芽糊精提升速溶性，卻破壞了產(chǎn)品天然風(fēng)味并降低了營養(yǎng)價值；常規(guī)加工設(shè)備溫度控制精度低、能耗高，無法精準(zhǔn)調(diào)控分段糊化與膨化過程，致使產(chǎn)品均一性較差。

2、隨著消費者對食品便捷性(冷/熱水速溶)、營養(yǎng)多元性(高蛋白、低淀粉)及感官品質(zhì)(細(xì)膩順滑、天然色澤)的需求急劇增加，現(xiàn)有技術(shù)難以兼顧高效加工與品質(zhì)提升，例如，現(xiàn)有發(fā)明專利發(fā)芽糙米專利(cn104187434a)營養(yǎng)活性成分留存不足，原料預(yù)處理效率低，口感與質(zhì)構(gòu)優(yōu)化有限，配方協(xié)同性不足例如傳統(tǒng)擠壓膨化工藝因溫度控制單一，淀粉降解率高，且缺乏功能性輔料復(fù)配，無法通過各成分間的協(xié)同效應(yīng)優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與溶解特性。因此，亟需構(gòu)建加工技術(shù)升級與裝備智能化聯(lián)動的系統(tǒng)性解決方案，在保留傳統(tǒng)風(fēng)味的基礎(chǔ)上突破溶解性、保質(zhì)期與營養(yǎng)功能的技術(shù)瓶頸，為植物基方便食品開辟新的產(chǎn)業(yè)化路徑。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對傳統(tǒng)稀豆粉存在的速溶性差、易結(jié)塊、口感粗糙及保質(zhì)期短等技術(shù)問題，提出一種基于分子級結(jié)構(gòu)調(diào)控與酶解靶向協(xié)同的豌豆蛋白高值化制備方法及系統(tǒng)。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案：

3、一種基于分子級結(jié)構(gòu)調(diào)控與酶解靶向協(xié)同的豌豆蛋白高值化制備方法，其特征在于：原料100％為豌豆粉，包括以下步驟：

4、(1)過熱蒸汽瞬時相變爆破處理：將豌豆粉置于過熱蒸汽環(huán)境中，通過液態(tài)水瞬時氣化產(chǎn)生微米級剪切力，定向構(gòu)建多孔骨架網(wǎng)絡(luò)，同步實現(xiàn)植酸降解與內(nèi)源酶活性保留；

5、(2)雙酶梯度時序酶解：將步驟(1)的產(chǎn)物依次進行：

6、a)高溫段酶解：利用α-淀粉酶水解直鏈淀粉；

7、b)低溫段酶解：利用α-半乳糖苷酶靶向切割α-1,6-半乳糖苷鍵；

8、(3)多尺度結(jié)構(gòu)復(fù)合：對步驟(2)的產(chǎn)物進行擠壓剪切處理，誘導(dǎo)生成納米纖維貫穿微孔骨架，形成微孔-納米纖維互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；

9、(4)噴霧干燥：將步驟(3)的產(chǎn)物進行噴霧干燥，制得豌豆蛋白粉體。

10、進一步地，所述步驟(1)中，過熱蒸汽環(huán)境條件為：壓力0.8-1.2mpa、溫度160-180℃，過熱蒸汽滲透深度為豌豆粉顆粒直徑的1.2-1.5倍(優(yōu)選1.3-1.5倍)，過熱蒸汽瞬時相變爆破處理時間為15-25s(優(yōu)選18-25s)；微米級剪切力的剪切速率≥104s-1(優(yōu)選1.2-1.5×104s-1)；多孔骨架網(wǎng)絡(luò)中孔隙率為66-70％；植酸降解率≥90％；內(nèi)源酶活性保留≥85％。

11、進一步地，所述步驟(2)中，高溫段酶解的溫度為55-65℃(優(yōu)選55-60℃)，時間為25-35min，ph?6.5-7.0(優(yōu)選6.5-6.8)；控制水解度≥40％，體系黏度降至＜50mpa·s；低溫段酶解的溫度為45-55℃(優(yōu)選45-50℃)，時間為55-75min，ph?4.5-5.5(優(yōu)選4.5-5)；所述α-淀粉酶與豌豆粉的添加質(zhì)量比為1:100-1:80，α-半乳糖苷酶與豌豆粉的添加質(zhì)量比為1:200-1:125；兩段酶解溫度切換速率范圍為5-8℃/min。

12、進一步地，所述步驟(3)中，所述擠壓剪切處理的螺桿轉(zhuǎn)速為300-400rpm(優(yōu)選300-350rpm)，剪切應(yīng)力為1.5-2.0mpa(優(yōu)選1.5-1.8mpa)，處理時間10-15min；納米纖維貫穿微孔骨架中的微孔直徑為50-100nm(優(yōu)選為75-82nm)，微孔-納米纖維互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的持水力≥8g/g。

13、進一步地，所述步驟(4)中，干燥的進風(fēng)溫度180-200℃(優(yōu)選180-190℃)、出風(fēng)溫度80-90℃(優(yōu)選的80-85℃)。

14、進一步地，所制得的豌豆蛋白粉體中納米纖維與微孔骨架的界面結(jié)合能為25-35mj/m2(優(yōu)選為27-35mj/m2)，豌豆蛋白粉體表面水接觸角為15-40°(優(yōu)選為30-38°)，豌豆蛋白粉體的脂質(zhì)組分的氧化誘導(dǎo)時間為30-50min(優(yōu)選為38-46min)，豌豆蛋白粉體的溶解指數(shù)si≥85％，豌豆蛋白粉體的消化率≥90％。致敏蛋白表位掩蔽率≥80％，ige結(jié)合活性＜0.15iu/g，所得豌豆蛋白粉體的儲能模量g'＝350±50pa(優(yōu)選為330-375pa)、損耗角正切tanδ＝0.12-0.18(優(yōu)選為0.13-0.16)。

15、一種基于分子級結(jié)構(gòu)調(diào)控與酶解靶向協(xié)同的豌豆蛋白高值化制備方法的系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)包括蒸汽相變調(diào)控模塊、酶解時序控制模塊、同向雙螺桿擠壓機、噴霧干燥設(shè)備。

16、進一步地，所述的蒸汽相變調(diào)控模塊用于實現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)的定向構(gòu)建，集成進料口(101)、冷凝水出口(102)、二次蒸汽出口(103)、蒸發(fā)室(104)、加熱蒸汽入口(105)、加熱室(106)以及出料口(107)；進料口(101)設(shè)置于蒸發(fā)室(104)下部，用于定量引入豌豆粉物料；二次蒸汽出口(103)設(shè)置于蒸發(fā)室(104)頂部，用于排出蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽；加熱室(106)設(shè)在蒸發(fā)室(104)下方，二者相通，加熱室(106)用于容納過熱蒸汽并提供相變傳熱熱量；加熱蒸汽入口(105)設(shè)置于加熱室(106)上部，接入外部蒸汽管網(wǎng)的加熱蒸汽；冷凝水出口(102)、出料口(107)設(shè)置于加熱室(106)底部，分別用于排出冷凝水和完成蒸發(fā)濃縮及多孔結(jié)構(gòu)調(diào)控后的物料；出料口(107)與酶解時序控制模塊的入口連接；待處理物料從進料口(101)進入蒸發(fā)室(104)，外部加熱蒸汽經(jīng)加熱蒸汽入口(105)進入加熱室(106)，通過熱交換驅(qū)動蒸發(fā)，產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)二次蒸汽出口(103)排出，最終產(chǎn)物經(jīng)出料口(107)排出蒸發(fā)室(104)。

17、所述的酶解時序控制模塊采用同心圓筒式雙溫區(qū)反應(yīng)塔破解競爭性抑制：中心高溫區(qū)(202)內(nèi)置高溫填充層(203)，外圍低溫區(qū)(206)包裹中心高溫區(qū)(202)并內(nèi)置低溫填充層(205)，兩區(qū)間通過熱屏障隔板(204)物理隔離；進料口位于高溫區(qū)(202)頂部，與蒸汽相變調(diào)控模塊的物料出口相連；中心高溫區(qū)(202)反應(yīng)后物料通過熱屏障隔板(204)中央通道進入低溫填充層(205)，最終由低溫區(qū)(206)底部出料口排出至同向雙螺桿擠壓機。

18、所述的同向雙螺桿擠壓機用于構(gòu)建微孔-納米纖維互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包含同向雙螺桿主體(301)、驅(qū)動裝置(302)、同向雙螺桿擠壓機入口(303)、同向雙螺桿擠壓機出口(304)；同向雙螺桿擠壓機入口(303)、同向雙螺桿擠壓機出口(304)分別設(shè)置于同向雙螺桿擠壓機的兩端，同向雙螺桿擠壓機出口(304)與噴霧干燥設(shè)備相連；同向雙螺桿擠壓機中心軸向方向水平并列設(shè)置同向雙螺桿，同向雙螺桿通過驅(qū)動裝置(302)驅(qū)動進行轉(zhuǎn)動，通過機械剪切力破碎蛋白聚集體。

19、進一步地，蒸汽相變調(diào)控模塊使用前期，豌豆粉物料還未引入前，加熱蒸汽入口(105)進入加熱室(106)以及蒸發(fā)室(104)后，因環(huán)境溫差而產(chǎn)生的冷凝水經(jīng)冷凝水出口(102)排出，待加熱室(106)以及蒸發(fā)室(104)溫度升高到蒸汽溫度后，沒有冷凝水產(chǎn)生，然后從進料口(101)引入豌豆粉物料。酶解時序控制模塊中，溫度傳感器(201)、酶活探頭均分別與高溫填充層(203)和低溫填充層(205)連接，用于實時監(jiān)測溫度參數(shù)、α-淀粉酶與α-半乳糖苷酶活性；ph自適應(yīng)調(diào)節(jié)單元通過環(huán)形管道向高溫填充層(203)和低溫填充層(205)注入緩沖液(響應(yīng)≤5秒)，控制面板(207)協(xié)同傳感器(201)、酶活探頭、ph自適應(yīng)調(diào)節(jié)單元實現(xiàn)雙溫區(qū)精準(zhǔn)調(diào)控。熱屏障隔板(204)為真空絕熱層，雙面覆蓋耐高溫陶瓷涂層；確保溫差≥10℃。高溫填充層(203)的材質(zhì)為316l不銹鋼，孔徑為0.5-1mm，低溫填充層(205)的材質(zhì)為ptfe，孔徑為0.2-0.5mm。同向雙螺桿擠壓機中同向雙螺桿主體(301)的長徑比40:1適用直徑為70-80mm。

20、上述的方法制得的豌豆蛋白粉體在制備嬰幼兒輔食、老年營養(yǎng)品或功能性食品中的應(yīng)用：所述豌豆蛋白粉體可復(fù)水形成固形物含量15-25％的穩(wěn)定膠體，且貨架期大于18個月。

21、本發(fā)明的有益效果：

22、(1)原料創(chuàng)新

23、以100％豌豆粉為基料，通過單一原料全組分利用策略，突破性實現(xiàn)豌豆蛋白-淀粉-纖維的原位協(xié)同轉(zhuǎn)化，避免復(fù)配型原料的營養(yǎng)稀釋效應(yīng)，同時保留豌豆天然風(fēng)味物質(zhì)；

24、(2)核心技術(shù)創(chuàng)新

25、蒸汽相變爆破-雙酶時序切割-多尺度結(jié)構(gòu)復(fù)合三階協(xié)同工藝：

26、(a)過熱蒸汽瞬時相變爆破預(yù)處理

27、采用過熱蒸汽發(fā)生器對豌豆粉進行瞬時處理，通過液態(tài)水氣化產(chǎn)生微米級剪切力，定向構(gòu)建孔隙率60-70％的多孔骨架網(wǎng)絡(luò)；同步實現(xiàn)植酸靶向熱解與內(nèi)源酶活性保護。

28、(b)雙酶梯度時序酶解

29、高溫段(55-65℃)優(yōu)先激活α-淀粉酶：水解直鏈淀粉(水解度≥40％)，破解淀粉-蛋白互作網(wǎng)絡(luò)，降低體系黏度，且遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)稀豆粉；

30、低溫段(45-55℃)靶向激活α-半乳糖苷酶：特異性切割α-1,6-半乳糖苷鍵，降解棉子糖、水蘇糖等低聚糖(殘留量≤0.5％)，消除脹氣因子；

31、通過雙溫區(qū)反應(yīng)塔(溫度切換速率5-8℃/min)實現(xiàn)酶活接力激活，破解競爭性抑制。

32、(c)微孔納米纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)建

33、采用同向雙螺桿擠壓機，設(shè)置螺桿轉(zhuǎn)速300-400rpm，剪切應(yīng)力1.5-2.0mpa，誘導(dǎo)豌豆蛋白自組裝生成直徑50-100nm的納米纖維；

34、(3)設(shè)備創(chuàng)新

35、(a)蒸汽相變調(diào)控模塊

36、創(chuàng)新采用上下貫通式蒸發(fā)-加熱雙腔結(jié)構(gòu)，通過底部加熱室提供穩(wěn)定相變熱源，實現(xiàn)豌豆粉顆粒內(nèi)部從下至上的定向蒸汽滲透，有效引導(dǎo)多孔結(jié)構(gòu)垂直構(gòu)建。

37、集成二次蒸汽排放與冷凝水分離系統(tǒng)，優(yōu)化蒸發(fā)路徑與熱能回收效率，確?？捉Y(jié)構(gòu)形成過程中的溫濕環(huán)境穩(wěn)定性與連續(xù)性。

38、(b)酶解時序控制模塊

39、雙溫區(qū)反應(yīng)塔配備熱屏障隔板，溫區(qū)切換響應(yīng)時間≤30s；

40、內(nèi)置酶活在線監(jiān)測探頭(檢測限0.01u/ml)與ph自適應(yīng)調(diào)節(jié)單元(調(diào)控精度±0.1)，確保酶解效率穩(wěn)定性。

41、(c)結(jié)構(gòu)復(fù)合模塊

42、同向雙螺桿擠壓機誘導(dǎo)豌豆蛋白自組裝生成納米纖維。

43、(4)產(chǎn)品特性

44、所得速溶型方便稀豆粉呈淡黃色，白度l*值≥92，質(zhì)地細(xì)膩，兼具豆香與糯性口感，保質(zhì)期≥18個月，可擴展應(yīng)用于嬰幼兒輔食、老年營養(yǎng)品及功能性食品領(lǐng)域。

45、(5)效果特性

46、(a)工藝效率提升：蒸汽相變爆破處理時間縮短至傳統(tǒng)熱處理的1/5，酶解效率提高2.3倍；

47、(b)產(chǎn)品附加值倍增：蛋白利用率從傳統(tǒng)工藝的65％提升至92％，可直接替代市售乳清蛋白；

48、(c)工業(yè)化適配性：模塊化系統(tǒng)兼容現(xiàn)有食品生產(chǎn)線，單位能耗降低35％；

49、(d)應(yīng)用擴展性：可復(fù)水形成固形物含量15-25％的穩(wěn)定膠體，耐受121℃濕熱滅菌，適配嬰幼兒輔食、老年營養(yǎng)品等無菌灌裝需求。

50、本發(fā)明通過原料復(fù)配、工藝革新與設(shè)備升級的系統(tǒng)性方案，突破了傳統(tǒng)稀豆粉的技術(shù)瓶頸，為高營養(yǎng)速溶食品領(lǐng)域提供創(chuàng)新解決方案。