用于全谷物面粉的多阶段稳定化的方法和系统

申请号 CN201180071253.2 申请日 2011-04-01 公开(公告)号 CN103826475A 公开(公告)日 2014-05-28
申请人 洲际大品牌有限责任公司; 发明人 F.孙; Y.戴; Y.金;
摘要 本方法和系统涉及全谷物面粉的多阶段处理以降低酶活性,并且更具体而言,涉及在至少一个阶段使用 微波 能量 的全谷物面粉的快速处理以降低脂肪酶酶活性来提高保质期。
权利要求

1.一种方法,其使用多阶段失活处理提供具有降低的脂肪酶酶活性的全谷物面粉,所述方法包括:
将具有胚乳的面粉部分与具有麸和胚芽的麸部分分离,所述麸部分具有脂肪酶酶活性;
将所述麸部分进行有效地合并且失活第一部分脂肪酶酶活性的第一处理步骤,以提供水合的麸部分;
将所述水合的麸部分进行使用微波能量有效地失活第二部分脂肪酶酶活性的第二处理步骤,以提供处理后的麸部分,其中所述处理后的麸部分中的所述脂肪酶酶活性相对于麸部分降低约77-约100%;
组合处理后的麸部分和分离的面粉部分,以提供具有降低的脂肪酶酶活性的全谷物面粉;并且
其中组合的第一和第二处理步骤的总时间少于约600秒。
2.权利要求1的方法,其中所述组合的步骤包括将约68-约85重量%的面粉部分与约
15-约32重量%的处理后的麸部分组合。
3.权利要求1或2的方法,其中所述第一处理步骤为约60秒-约180秒的蒸汽水合作用,来相对于麸部分的水分含量使所述水合的麸部分的水分含量提高约25-约42%。
4.权利要求1-3任一项的方法,其中所述第一处理步骤相对于麸部分有效地使所述水合的麸部分中的脂肪酶酶活性降低约20-约50%。
5.权利要求1-4任一项的方法,其中在所述第一处理步骤后所述水合的麸部分的水分含量为约13-约20%。
6.权利要求1-5任一项的方法,其中所述水合的麸部分基本上由具有约200-约1000 μm大小的颗粒组成。
7.权利要求1-6任一项的方法,其中所述第二处理步骤使用以约915 MHz-约20 GHz的约5 kW-约100 kW的微波能量约60-约180秒。
8.权利要求1-7任一项的方法,其中当总处理时间少于约360秒时,第二处理步骤中的处理时间与第一处理中的处理时间的比例为约1:0.3-约1:3,并且所述比例相对于麸部分有效地使所述处理后的麸部分中的所述脂肪酶酶活性降低约85-约100%。
9.权利要求1-8任一项的方法,其中当总处理时间为约240-约360秒时,第二处理步骤中的处理时间与第一处理中的处理时间的比例为约1:1-约1:2.2,并且所述比例相对于麸部分有效地降低所述处理后的麸部分中的所述脂肪酶酶活性约90-约100%。
10.权利要求1-9任一项的方法,其中所述第二处理步骤将所述处理后的麸部分的水分含量干燥至约5-约13重量%。
11.权利要求1-10任一项的方法,其进一步包括处理所述水合的麸部分以将在所述第一处理过程中形成的任何团聚的颗粒大小降低至约200-约1000 μm。
12.权利要求1-11任一项的方法,其中所述麸部分和所述水合的麸部分在所述第一和第二处理步骤过程中以约0.5-约3 cm的床深进行处理。
13.权利要求1-12任一项的方法,其中所述全谷物选自小麦、燕麦、大麦、玉米、稻、黑麦、斯佩尔特小麦、小米、藜麦、黑小麦、苋菜、埃塞俄比亚画眉草、玉蜀黍、荞麦、bulgar、高粱及其混合物。
14.权利要求1-13任一项的方法,其中所述全谷物为小麦。
15.权利要求1-14任一项的方法,其中在所述第一处理步骤过程中,将所述麸部分暴露于具有约100-约150℃的温度和约2.4-约49 psi的压的蒸汽下约60-约180秒。
16.方法,其使用两阶段失活处理提供具有降低的脂肪酶酶活性的全谷物面粉,所述方法包括:
使具有胚乳的面粉部分与具有麸和胚芽的麸部分分离,所述麸部分具有脂肪酶酶活性;
将所述麸部分进行有效地失活第一部分脂肪酶酶活性的第一失活步骤;
将所述麸部分进行有效地失活第二部分酶活性并且提供处理后的麸部分的第二失活步骤;和
组合所述处理后的麸部分与所述分离的面粉部分以提供具有降低的脂肪酶酶活性的全谷物面粉,其中相对于所述麸部分的脂肪酶活性,所述处理后的麸部分中的脂肪酶酶活性降低约77-约100%。
17.权利要求16的方法,其中所述第一失活步骤相对于所述麸部分的脂肪酶活性有效地降低脂肪酶酶活性约20-约50%。
18.权利要求16的方法,其中将所述第一失活步骤配置为从所述麸部分的外部向内失活脂肪酶,并且将所述第二失活步骤设定为从所述麸部分的内部向外失活脂肪酶,以实现在约600秒或更少内约77-约100%的失活。
19.权利要求16-18任一项的方法,其中所述全谷物选自:小麦、燕麦、大麦、玉米、稻、黑麦、斯佩尔特小麦、小米、藜麦、黑小麦、苋菜、埃塞俄比亚画眉草、玉蜀黍、荞麦、bulgar、高粱及其混合物。
20.权利要求16-19任一项的方法,其中所述全谷物为小麦。
21.一种谷物处理系统,其配置为在短时间量内失活全谷物中的脂肪酶,所述系统包括:
水合作用室,其排列并配置以提供有效地水合具有麸和胚芽的碾磨的麸部分并且失活所述麸部分中的至少部分脂肪酶酶活性以形成水合的麸部分的蒸汽水合作用;
水合作用室后的微波室,其排列并配置以干燥所述水合的麸部分并进一步失活所述水合的麸部分中的脂肪酶酶活性;
位于所述水合作用室和所述微波室之间的破碎装置,其排列并配置以破碎在所述水合作用室中形成的水合的麸部分的任何团聚;
连接所述水合作用室与所述微波室的运输机;和
所述水合作用室和所述微波室,其配置以相对于所述碾磨的麸部分在少于约600秒内降低脂肪酶酶活性约77-约100%。
22.权利要求21的谷物处理系统,其中所述破碎装置包括进料斗,所述进料斗具有在进料斗上端用于接收水合的麸部分进入进料斗的宽开口、在进料斗下端用于水合的麸部分离开进料斗的窄开口,所述进料斗的剖视图从上至下变窄,以及两个滚柱,所述滚柱位于进料斗内且彼此紧密靠近使得经过进料斗的所述水合的麸部分必须在滚柱之间穿过。
23.权利要求21或22的谷物处理系统,其中当总处理时间少于约360秒时,微波室中的处理时间与水合作用室中的处理时间的比例为约1:0.3-约3:1,并且所述比例相对于麸部分有效地使所述处理后的麸部分中的所述脂肪酶酶活性降低约85-约100%。
24.权利要求21-23任一项的谷物处理系统,其中当总处理时间为约240-约360秒时,微波室中的处理时间与水合作用室中的处理时间的比例为约1:1-约1:2.2,并且所述比例相对于麸部分有效地使所述处理后的麸部分中的所述脂肪酶酶活性降低约90-约100%。
25.权利要求21-24任一项的谷物处理系统,其中所述运输机包括一条或多条连接所述水合作用室与所述微波室的运输带。

说明书全文

用于全谷物面粉的多阶段稳定化的方法和系统

[0001] 领域本方法和系统涉及全谷物面粉的多阶段处理以降低酶活性,并且更具体而言,涉及全谷物面粉的快速处理以降低脂肪酶酶活性来增加保质期。
[0002] 背景全谷物是维生素、营养物和膳食纤维的优良来源,并且是食品产品中常常需要的。通常认为全谷物是包括所有以它们的天然存在量的谷物浆果组分的谷物。构成全谷物的组分有胚乳、麸和胚芽。通常,胚乳包含大部分淀粉和更少量的油和脂质。相比于胚乳,麸和胚芽包含相对大量的脂质和酶。然而,一旦碾磨全谷物以提供全谷物面粉,全谷物的保质期可能会减少。当碾磨全谷物时,将麸、胚芽和胚乳分隔开的区室被破坏,使得含脂质的部分与谷物的酶组分接触。通常,胚乳包含大部分淀粉和更少量的油和脂质。相比于胚乳,麸和胚芽包含相对大量的脂质和酶。例如,通常在麸和胚芽中发现的酶包括脂肪酶和脂合酶。一旦谷物被碾磨,碾磨过程中区室破坏后脂质与酶组分的接触导致随时间氧化平的增加和酸败作用的发生。
[0003] 由于明显缺少富含酶和脂质的麸和胚芽部分,白面粉或已经去除了大部分或全部麸和胚芽的那些比全谷物面粉更稳定。然而,由于面粉中含有的油和脂质的酶性变质,包括胚乳以及麸和胚芽的全谷物面粉随着储存期的延长,易于变得酸败。这可以导致产生令人不快的味道和气味以及差的烘焙和功能品质。
[0004] 已经进行了前期尝试以使全谷物面粉中的酶失活,但当尝试实现显著量的酶失活时,这些处理往往是耗时的或可能破坏了面粉的某些组分。在一种方法中,可以将麸和/或胚芽进行蒸汽处理以失活麸和/或胚芽中的酶活性。然而,这样的前期蒸汽处理方法具有局限,即它们常常花费一小时或更长的处理时间并且需要大量且昂贵的装置。即使用如此长的处理时间,蒸汽处理方法可能不会完全将酶失活。在其他情况下,蒸汽可能会受限以在稳定化中保持水分含量,使得麸颗粒的膨胀不会发生。在其他的前期方法中,可以将全浆果水洗并随后进行微波处理。然而,在这样的情况下,全浆果的微波处理往往会降低包含在小麦浆果的胚乳中的谷蛋白含量并且失活酶。然而,这样的前期微波处理方法还具有缺点,即它们不够强烈到足以完全将酶失活。
[0005] 概述本文描述了提供具有降低的脂肪酶酶活性的稳定的全谷物面粉的方法,其使用快速的多阶段失活处理。本方法首先从具有麸和胚芽的麸部分分离具有胚乳的面粉部分,其中所述麸部分具有脂肪酶酶活性。下一步,将麸部分进行第一失活步骤,以有效地水合并且使第一部分的脂肪酶酶活性失活。随后,将麸部分进行第二失活步骤,以有效地使第二部分酶活性失活并且提供处理后的麸部分。通过一种方法,第二失活步骤使用有效量的微波能量。随后,方法组合处理后的麸部分和分离的面粉部分以提供具有降低的脂肪酶酶活性的全谷物面粉。
[0006] 附图简述图1为两阶段全谷物处理系统的流程图
图2为两阶段全谷物处理系统的另一流程图;
图3为示例性的水合作用室的侧视图;
图4为示例性的微波室的侧视图;
图5a为示例性的用于降低团聚的破碎装置的剖视图;并且
图5b为破碎器的俯视图。
[0007] 发明详述提供用于全谷物的稳定化的方法,其经至少部分的全谷物的快速处理以降低酶活性,从而改善其保质期。方法配置为在快速处理的组合后,相对于起始脂肪酶酶活性至少降低全谷物面粉中的脂肪酶酶活性,所述快速处理的组合配置为在相对短的时间量内实现高水平的失活。
[0008] 一方面,方法包括用于失活酶的多阶段处理,其中总处理时间为约600秒或更少,以降低脂肪酶酶活性。即使在如此短的时间内,所述方法也有效地实现相对于起始物质约50%-约100%高水平的酶失活,在某些情况下约77%-约100%,并且在其他情况下,约
90%-约100%。另一方面,方法包括两步处理步骤,处理步骤之一为有效地将至少部分的全谷物水合并且同时失活至少部分酶的短时蒸汽水合作用。该第一处理步骤可以随后是使用微波能量的第二处理步骤,其中用有效量的微波能量将来自第一步骤的水合的部分进一步失活。两个处理步骤的总时间约为600秒或更少,在某些情况下,约120秒-约360秒,并且在其他情况下约240秒-约360秒,从而提供了在非常短的时间量内的高水平的酶失活。通过使用多处理步骤的独特组合来失活,该方法是有利的,因为它可以使用更小型、更简单的装置来实现生产稳定的全谷物的方法,并具有相对低的资金投入。
[0009] 另一方面,提供使用两阶段失活以快速降低全谷物面粉的酶活性的方法。在该方法中,将全谷物面粉的麸部分进行第一失活步骤,随后为第二失活步骤以继续失活酶活性。随后将处理后的麸组分与分离的面粉部分重组来提供具有降低的脂肪酶酶活性的全谷物面粉。
[0010] 通常,已经发现当进行如本文描述的至少两个分开且连续的处理阶段时,可以快速提供具有降低的脂肪酶酶活性的全谷物面粉。具体而言,两阶段协同作用并且有效组合以完成多种功能,其涉及全谷物面粉中的水合作用和酶活性的失活以及还有所需水分含量的选择。
[0011] 在仍另一方面,提供谷物处理系统来在短时间量内快速失活全谷物中的脂肪酶。通过一种方法,系统包括水合作用室,将其排列和配置以提供有效地将包含麸和胚芽的碾磨的麸部分水合的水合蒸汽。水合蒸汽还有效地失活麸部分的至少部分的脂肪酶活性。系统还包括在水合作用室后提供的微波室。将微波室排列并配置以干燥包括麸和胚芽在内的水合的麸部分,并进一步失活水合的麸部分中的脂肪酶酶活性。
[0012] 在某些方法中,系统还可以在水合作用室和微波室之间包括破碎装置。将破碎装置排列并配置以破碎可能在水合作用室中形成的水合的麸部分的任何团聚。在该系统中还提供一个或多个连接水合作用室与微波室的运输机。将一个或多个运输机排列并配置来至少从水合作用室经微波室运输麸部分。将水合作用室和微波室配置以在少于600秒之内相对于碾磨的麸部分降低约50%-约100%的麸的脂肪酶酶活性,并且在某些情况下约77%-约100%,并且在仍其他的情况下,约90%-约100%。
[0013] 更具体而言,快速酶失活方法100的一个实例描述于图1中提供的流程图中。通常,方法100包括磨碎或碾磨部分10、称量和分离部分20和快速稳定化部分30。方法100可以从具有初始的脂肪酶酶活性的全谷物105开始。起始的全谷物105包括谷物的所有部分,其包括胚乳、麸和胚芽。下一步,将全谷物105送至磨碎或碾磨部分以磨碎或碾磨110至期望的颗粒大小。碾磨后,将磨碎的全谷物送至称量或分离部分20,其中含胚乳124的面粉部分114从包含麸和胚芽的麸部分122中分离120。麸部分和尤其是其麸包含大部分的来自全谷物的脂肪酶。分离后,将麸部分122经快速稳定化部分处理来失活通常在麸中发现的酶。
[0014] 部分地,由于连续处理步骤中处理时间的有效比例和条件,方法100的一方面利用多阶段(并且在一种方法中为两阶段)处理130,来实现在相对短的处理时间内大部分的并且在某些情况下基本上所有的包含于全谷物的麸部分中的初始脂肪酶酶活性的快速失活。在一种方法中,首先使用有效地将麸部分水合并且失活第一部分的酶活性的条件,将麸部分122进行第一或预处理步骤140。随后将水合的麸部分进行第二处理步骤150,其在有效地进一步失活处理后的麸部分中的酶活性的条件下使用微波能量。通过一种方法,该两阶段水合作用/失活已选择了相对于起始麸部分有效地提供在非常短的时间内处理后的麸部分中约50%-约100%、在某些情况下约77%-约100%并且在其他的情况下约90%-约100%的失活的条件和处理时间的比例。在两阶段的处理中,组合的第一和第二处理步骤的总时间少于约600秒(在某些情况下约120秒-约360秒,并且在其他情况下约
240秒-约360秒)以提供高水平的酶失活。随后将处理后的麸组分与之前分离的面粉部分114重组170来提供具有降低的脂肪酶酶活性的全谷物面粉180。
[0015] 通过一种方法,通过所述方法失活的酶可以包括脂肪酶、脂氧合酶、过氧化物酶和任何其他天然发现于全谷物中的酶。在另一种方法中,本文描述的方法有效地提供高水平的脂肪酶酶减少。关于脂肪酶,两阶段处理方法有效地以约50%-约100%、在某些情况下约77%-约100%、在其他方法中约90%-约100%、在仍其他的方法中约95%-约100%并且在仍其他的方法中约100%失活麸部分中的酶。
[0016] 可以用于本方法和系统中的全谷物例如可以包括小麦、燕麦、大麦、玉米(maize)、稻、黑麦、斯佩尔特小麦、小米、藜麦、黑小麦、苋菜、埃塞俄比亚画眉草、玉蜀黍(corn)、荞麦、bulgar、高粱及其混合物。通过一种方法,方法适用于任何和所有类型的全谷物小麦。尽管不受其限制,但小麦浆果可以选自软质/软质和软质/硬质的小麦浆果。它们可以包含白或红小麦浆果、硬质小麦浆果、软质小麦浆果、冬小麦浆果、春小麦浆果、硬粒小麦浆果或其组合。
[0017] 本文方法的每一处理步骤现在将通过参考图1-5来更详细地描述。在碾磨和磨碎部分10中,可以将全谷物105在碾磨装置中碾磨、磨碎或粉碎,以获得磨碎的全谷物。可以通过用水洗涤清洁全谷物。通过某些方法,约11重量%-约15重量%的水分含量可以对碾磨或粉碎目的是有效的,在某些情况下具有约12%的水分含量是合适的。天然的全谷物,诸如小麦浆果,通常具有约10重量%-约15重量%的水分含量。因此,如果使用小麦浆果,全浆果可以不需要被湿润或加热(tempered)以在碾磨或磨碎前实现合适的水分含量。
[0018] 可以将碾磨的、磨碎的、或粉碎的全谷物在称量和分离部分20中进行分离或筛选操作,以获得期望颗粒大小的面粉部分和麸部分。通过一种方法,可以将碾磨后的全谷物经过一系列的筛212、214、216来筛碾磨后的全谷物,并且获得基于碾磨后的全谷物的颗粒大小的面粉和麸部分。通过一个实例,可以使用一系列细分筛来分离面粉和麸部分。为了完成分离,第一筛212可以具有约1000 μm的筛孔尺寸,随后第二筛214具有约200 μm的筛孔尺寸,并且随后的第三筛216具有约160 μm的筛孔尺寸。合适时可以使用其他筛孔尺寸。通常,碾磨后容易具有更大颗粒大小的麸部分富含麸和胚芽并且还可以包含少量的胚乳。通过一种方法,麸部分仅包含麸和胚芽。麸部分保留在更大的细分筛中。面粉部分主要为胚乳,但也可以包含少量的麸和胚芽。通过一种方法,面粉部分仅包含胚乳。面粉部分经过更大的筛。
[0019] 在其他的实施方案中,可以将全谷物先碾磨,并随后经过第一组筛。更大的颗粒通常将包含含有麸和胚芽的麸部分,并且更小的颗粒通常将包含含有胚乳的面粉部分。随后可以将这些部分进一步分别碾磨并随后筛选以根据待获得的全谷物面粉的最终用途来获得所需的颗粒大小。
[0020] 作为筛选结果,可以将各个部分分离220使得包含胚乳224的面粉部分可以从麸部分中分离。如图2中所示,含有麸和胚芽的麸部分222沿与面粉部分分开的第二处理线前进。面粉部分不经过快速或多阶段处理部分130,而将麸部分222如本文描述处理。麸部分222可以经秤230、进料斗234和进料器238以向方法100的多阶段处理部分130中加入(dose)一定量的包括麸和胚芽的麸部分。
[0021] 如需要,可以将麸部分称重230来确定碾磨操作是否有效地从碾磨的全谷物中去除了麸部分。例如,小麦粒可以包括约68-约85%(在某些情况下约83%)的胚乳,和约15-约32%的麸部分,其可以包括约1.5-约3.5%的胚芽并且剩余部分包含麸。例如,小麦粒可以包含约14重量%的麸和约3重量%的胚芽。因此,在第一处理步骤之前的麸部分称重过程中,麸部分可以具有为全谷物起始重量的约17%的重量。通过调整上述的碾磨和筛选方法,可以计算麸部分的目标重量的偏差。
[0022] 随后可以将麸部分222中的麸和胚芽置于进料斗234中以保留等待处理的任何过量的麸部分。进料斗234可以提供有串联的或附于其上的进料器238,并且有效地向多阶段处理部分130以测定的量和以期望的床深提供下文进一步描述的可以有效处理并失活的麸部分。可以将进料斗234和/或进料器238配置为振动,以更有效地向处理部分130提供一致且平均的床深。
[0023] 处理部分130可以包括多阶段处理的第一处理步骤或预处理240。将第一处理配置为水合麸部分222并且失活麸部分222中的第一部分脂肪酶酶活性。通过一种方法,水合作用和失活可以发生于水合作用室240中,其将麸部分处于增加的水分环境中,使得麸部分吸收至少一些水分进入麸部分颗粒中。水合作用室240可以是具有提供分别用于麸部分进入室以进行处理和处理后离开室的进口和出口的封闭结构。室240可以使用运输带246或其他运输装置来输送麸部分222通过室。或者,水合作用室240可以在沿处理线第一处理步骤发生的位置。水合作用室240可以与水分来源244连接来向水合作用室供给水蒸气、蒸汽等形式的水分,并产生增加的水分环境。通过一种方法,通过蒸汽提供水合作用。
[0024] 如图3中所示,显示了示例性的水合作用室240。室240包括具有进口320和出口330的封闭结构310,其上具有穿过其中的运输带246。进料器238位于运输机的一端以向运输机上堆放麸部分。通过一种方法,水合作用室具有多个部分或区340、344、348,诸如三个连续的区。在一种方法中,所有的区一340、二344和三348能够经再循环扇350向经过室的麸222提供直接的蒸汽水合作用或间接的蒸汽水合作用。当麸床经过水合作用室240时,它连续地经过每一个水合作用区。
[0025] 通过一种方法,每一个水合作用区340、344、348提供有位于运输带246上的水合作用歧管(manifold)。例如,区一240、二344和三348各自均具有位于运输带246上的水合作用歧管360,以向堆放于运输带246上的麸部分床364的顶部提供水合蒸汽。因此,水合蒸汽沿麸部分床364的上表面与其接触。通过一种方法,选择麸部分的床深,使得麸部分的整个深度可以被处理。随后将麸经过区三348以提供额外的水合作用和失活。
[0026] 可以提供这样的运输带246,使得所述带为蒸汽可透过的网孔。运输带的网孔的大小应该是使得麸部分颗粒不会经其掉下,但却是允许蒸汽自由经过带246的足够大小。因此,如上所述,蒸汽可以如有效水合麸所需的从上至下经过麸部分床并且经过运输带。
[0027] 或者,或除了上歧管360之外,所述区还可以具有位于麸部分下面和运输带246上部下面的水合作用歧管370。来自该歧管的水合作用蒸汽从下至上经过麸部分床364并经过运输带246。例如,可以在区一340和二344中提供向下定向的蒸汽,并且在区三348中提供向上定向的蒸汽(或其任何组合)。区二和三344、348还可以具有再循环管道380,其通过再循环扇350使水合蒸汽和水分改变方向回到任何需要补充和/或提供间接的水合蒸汽的区。例如,当它最初进入水合作用室时,可以向第一区340提供间接的蒸汽或对麸的水合作用。这样的再循环设计可以提供能量和时间节约,其实际上可以导致降低的生产成本。
[0028] 通过一种方法,配置运输带以约1-约5 m/分钟运行,并且在其他情况下,约1-约3 m/分钟。在某些情况下,当暴露于蒸汽时,麸部分中可能存在的少量胚乳会变粘,并且可能产生麸部分与带不希望的粘附。因此,在某些方面,运输带246、248由不与经过处理部分
130的麸部分粘附的材料制成。所述带可以具有涂层或其他非粘合的表面。而且,如上所述,运输机可以任选由网孔材料提供,所述材料具有允许蒸汽经过但保留麸部分在带上的孔径大小。这样的布置能够向经过水合器240的麸部分提供增加水平的水合作用和失活。
[0029] 已经确定与将麸部分浸入液体水中相比,麸部分122的蒸汽处理提供了更有效的水合作用和失活。已经发现蒸汽在穿透麸部分颗粒以在相对更短的时间量内向整个颗粒提供选择性的水合作用上是更有效的。还未发现液体水可以提供由所述的蒸汽处理提供的快速失活的水平。此外,已经发现将麸部分接触液体水导致麸部分的团聚水平升高。团聚形成可以导致随后的微波处理效率更低,并阻止麸部分的均匀干燥。
[0030] 通过一种方法,水合作用室240可以使用第一处理步骤240中的蒸汽同时水合麸部分并失活一部分脂肪酶酶活性。可以从蒸汽源244向水合作用室240提供蒸汽。在一种方法中,水合作用室中的蒸汽具有约100-约150℃的温度,在其他方法中约110-约130℃,并且在仍其他的方法中约115-约120℃。蒸汽还可以以约2.4 psi-约49 psi的压提供。在某些情况下,蒸汽提供室内约85-约100%的相对湿度,并且在某些情况下约90-约95%。
[0031] 如指出的,第一处理步骤有效地水合麸部分以提供水合的麸部分。在第一处理步骤之前,通常麸部分具有约10重量%-约15重量%的水分含量,并且在某些情况下,约12重量%的水分含量。第一处理步骤后,水合的麸部分的水分含量为约13-约20%,在某些情况下约13-约19%,在其他情况下约15-约17%。通过另一种方法,配置水合作用室240并且是有效的,使得麸部分222的水分含量相对于起始麸部分的水分含量增加约25%-约42%。
[0032] 通过一种方法,第一处理步骤240中的麸部分的处理时间为约60秒-约300秒,在某些情况下约60-约180秒,并且在其他情况下约180秒。如下文更多的讨论,水合作用处理时间可以以有效比例与第二处理步骤150中的处理时间结合,以实现在仅仅短时间量内的高水平的稳定化。
[0033] 在某些情况下,已经确定蒸汽处理与微波处理经选择的平衡提供了所需量的脂肪酶酶活性的失活,同时还在最终处理后的麸部分中提供了所需量的水合作用。如本文所述,通常麸部分应该蒸汽处理不超过约60-约300秒,在某些情况下不超过约180秒。尽管额外的蒸汽处理时间可以提供酶的额外失活,但还将容易增加麸部分的水合作用水平。蒸汽处理步骤中水合作用的如此增加随后将导致需要更多的微波能量以干燥麸部分至最终期望的水分含量,并且导致方法中不期望的增加的能量花费和时间。此外,更长的蒸汽处理通常将导致麸部分中团聚发生增加。增加的团聚还可能影响微波处理步骤中为了实现期望的失活和干燥而所需的能量消耗。然而,本文描述的麸部分中水合作用所选择的水平在微波处理步骤过程中在短时间量内提供了增加的失活。因此,失活脂肪酶活性且提供增加的水合作用以利于微波处理步骤所需的水合作用的平衡是与在微波过程中干燥并失活麸部分所需的时间和能量消耗是匹配的。
[0034] 为了用多阶段处理实现高水平的失活,将第一处理步骤140配置为相对起始麸部分有效地提供水合的麸部分中约20-约50%的水合的麸部分中脂肪酶的部分失活,在其他情况下约25-约48%。
[0035] 第一处理步骤后,水合的麸部分进行第二处理步骤150,其在一种方法中为如图2所示的微波稳定器250。微波稳定器250有效地失活来自水合作用室240的水合的麸部分222中的第二部分的脂肪酶酶活性。如图4所示,微波室250可以是具有提供分别用于麸部分进入室以进行处理和微波处理后离开室的进口420和出口430的封闭结构410。或者,微波室250可以只是位于沿处理线第二处理步骤发生的位置上。还可以利用微波稳定器250来干燥水合的麸部分的水分含量至期望的水分含量。
[0036] 配置微波室250来提供以约5-约100kW的用于在第二处理步骤中水合麸部分的微波能量,并且在某些情况下约5-约10kW。微波能量具有约915 MHz-约20 GHz的频率,并且在某些情况下约2450 MHz。
[0037] 微波室250通常提供有一个或多个有效地为室提供均匀的微波能量的磁控管440。根据微波室的形状和大小以及所选的波长来确定磁控管的布局。通常,一个或多个磁控管可以有效地提供具有12.2 cm波长的2450 MHz的微波能量。在某些情况下,可以通过加入水管和/或在微波室250的进口和出口处加入不锈控装置460、470来降低和/或防止从室中的微波能量泄漏。微波室还可以提供有冷却扇450以防止正常操作过程中磁控管的过热。例如,通常在磁控管供能之前打开冷却扇。可以在一个微波启动器盒480中提供一个或多个磁控管440和一个或多个冷却扇450。微波室还可以提供有一个或多个用于观察处理过程的窗口490。
[0038] 水合的麸部分的微波处理还有效地提供水合的麸部分的干燥。例如,来自微波处理的处理后的麸部分可以在第二处理步骤后具有约5-约13%的水分含量,在某些情况下约6-约12%,并且在其他情况下约8%。
[0039] 在一个实施方案中,在第二或微波处理步骤中用于水合的麸部分的处理时间为约60秒-约300秒,在某些情况下约60-约180秒,并且在其他情况下约180秒。与上述关于控制水合作用步骤的时间的讨论类似,控制微波处理步骤过程中处理麸部分的时间量也是重要的。通过控制将水合的麸部分暴露于微波处理的时间量,可以控制水分含量和脂肪酶酶活性的最终失活。然而,更长时期的微波处理可能导致麸部分变为烧焦的或者具有令人不快的烧焦味。
[0040] 在麸部分的微波稳定化后,相对于起始麸部分中的脂肪酶酶活性,处理后的麸部分将脂肪酶酶活性降低了约50-约100%。在某些情况下,脂肪酶酶活性降低了约90-约100%,在其他情况下,脂肪酶酶活性降低了约95-约100%,并且在仍其他的情况下,脂肪酶酶活性在处理后的麸部分中完全失活。这种高水平的失活在约600秒或更短时间内实现,并且在某些情况下在约360秒或更短时间内。
[0041] 在麸部分的两阶段失活后,将处理后的麸部分与面粉部分224重组271以提供具有降低的脂肪酶酶活性280的全谷物面粉。该处理后的全谷物面粉280相对于未处理的全谷物面粉具有增加的保质期。在某些实施方案中,处理后的全谷物面粉的保质期为至少约4周,在某些情况下至少约8周,并且在其他情况下至少约9个月。
[0042] 在某些情况下,小心控制第二处理步骤(微波)中的处理时间与第一处理步骤(蒸汽水合作用)中的处理时间的比例,以实现在仅仅非常短的时间量内高水平的失活。例如,在一种方法中,第二步骤中的处理时间与第一步骤中的处理时间的比例为约1:0.3-约1:3。通过一种方法,当第一和第二处理的组合处理时间少于约360秒时,该处理时间的比例有效地使处理后的麸部分中的酶活性相对于起始麸部分降低约85-约100%。例如,在另一种方法中,当第一和第二处理的组合处理时间为约240-约360秒时,第二步骤中的处理时间与第一步骤中的处理时间的比例为约1:1-约1:2.2,该比例有效地使处理后的麸部分中的酶活性相对于起始麸降低约90-约100%。
[0043] 不希望受理论束缚,认为当正确配置时,第一和第二处理步骤协同作用以提供麸部分中快速且彻底的脂肪酶活性的失活。如上所述,通过提高麸部分的水分含量,在第二处理步骤中通过麸部分的微波能量更有效地加热麸部分颗粒,导致提高的且更有效的脂肪酶的失活。因此,期望在麸接受微波能量之前向麸部分提供实测量的水合作用。尽管可能存在于麸部分中的任何淀粉能够在蒸汽和/或微波处理步骤中胶凝,其可以导致团聚发生增加,但通过选择本文描述的条件和处理时间可以将淀粉胶凝最小化并且在某些情况下将其避免。另外,在水合作用步骤中加入太多水分可以导致为了在微波步骤中实现充分干燥而增加能量消耗。
[0044] 通过使用第一处理步骤中的蒸汽,可以通过控制蒸汽条件和暴露时间来向麸部分提供实测量的水合作用。因此,蒸汽具有提高麸部分的水分含量以改善微波处理的质量以及提供部分量的脂肪酶酶失活的双重(duel)益处。此外,为了在第二处理步骤中进一步失活脂肪酶,微波能量还用于驱散多余的水分。与第一处理步骤类似,可以通过操作微波能量及时间变量来控制第二处理步骤从而实现期望的失活以及处理后的麸部分的期望的水分含量。
[0045] 在进一步的实施方案中,可以向麸部分提供第一和第二处理步骤,从而将第一失活步骤配置为从麸颗粒的外部向内失活脂肪酶并且将第二失活步骤配置为从麸颗粒的内部向外失活脂肪酶。例如,将蒸汽水合作用配置为经麸的横截面从麸颗粒的外部向内朝向中心来最初失活酶。随后微波能量通过经横截面从麸颗粒的内部向外朝向表面失活酶来完成失活。横截面、向内和向外失活的此类独特组合协同组合以实现在短时间量内高水平的失活。该配置能够在约600秒或更短时间内实现相对于起始麸部分在处理后的麸部分中约50-约100%的脂肪酶失活。
[0046] 如上所述,可以提供引导麸部分经过不同阶段并且还连接水合作用室240与微波室250的运输机246、248。运输机246、248在处理线上有效地将水合的麸部分至少从水合作用室240运送到微波室250。如图2中所示,运输机可以是一条或多条连接水合作用室240和微波室250的运输带246、248。如所描述,进料器238可以位于运输带246的引导端上,其随后运送堆积在带246上的麸部分经过水合器240。可以调节运输带的速度以提供麸部分在水合器240内的期望的停留时间。类似地,可以提供运输带248,使得带将堆积在带
248上的水合的麸部分运送经过微波室250。类似地,可以调节运输带248的速度以提供麸部分在微波室250内的期望的停留时间。可以以连续方式使用所述排列,其中以麸部分和/或水合的麸部分在第一和第二处理步骤过程中连续运输的方式处理麸部分和/或水合的麸部分。或者,可以在处理过程中停止带246、248,在完成这些部分的单个处理之后再向前进行。
[0047] 在某些实施方案中,在第一处理步骤过程中以约0.5-约3 cm的床深提供麸部分。另外,在某些实施方案中,在第二处理步骤过程中以约0.5-约3 cm的床深提供水合的麸部分。此外,已经观察到在第一处理步骤中由于向麸部分提供了增加的水分,麸部分可以形成团聚。具体而言,水合作用后但微波处理之前期望的水合的麸部分的颗粒大小为约200 μm-约1000 μm。即,在某些情况下,期望微波处理具有约200 μm-约1000 μm的颗粒大小且床深为约0.5-约3 cm的麸部分,以实现高水平的失活。因此,在额外的实施方案中,可以处理260水合的麸部分以降低可能在第二处理之前的第一处理过程中已经形成的任何团聚的颗粒大小。该处理更详细地显示于图5a和5b中。
[0048] 如上所述,麸部分的团聚可以在第一处理步骤中形成。在某些情况下,为了在第二处理步骤中实现高水平的酶失活,在第二处理步骤之前可以破碎可能在水合的麸部分中形成的任何团聚。为了实现这一点,可以在第一和第二处理步骤之前提供破碎装置260以实现该目的。示例性的实施方案描述于图5a和5b中并且其未按比例绘制。
[0049] 破碎装置500可以包括具有上开口端550和下开口端560的进料斗。在剖视图中,上端550宽于下端560,并且装置500的主体具有从上至下逐渐变窄的剖面。在破碎装置500中为第一和第二滚柱510、520,其分别提供有交错部分或齿512、522。第一滚柱510可绕第一轴530转动并且第二滚柱520可绕第二轴540转动。可以通过一个或多个连接滚柱或轴的达(未显示)使滚柱转动并朝向彼此(或以相反方向)驱动。放置滚柱510、520使得进入破碎装置500的上端550的水合的麸部分在经过破碎装置的下端560之前必须经过滚柱510、520。控制滚柱的定位和转动以破碎可能在第一处理步骤过程中形成的任何团聚,并提供给水合的麸部分大小接近水合作用前的麸部分的大小的颗粒。应该注意在水合作用中可能发生麸部分颗粒的些许膨胀,并且如此的话,当定位滚柱时应该考虑这一点。
[0050] 运输带246、248可以任选提供有振动装置或其他处理装置,以当麸部分运送经过不同阶段时移动或振动带上的麸部分,从而在处理过程中保持恒定的床深。
[0051] 回到图2,在第二处理步骤后,方法100可以提供有可以有效冷却处理后的麸部分的冷却装置270。例如,冷却装置270可以在线上与微波稳定器250提供,从而在水合的麸部分暴露于微波能量后,处理后的麸部分随后快速地冷却至室温。在另一个实施方案中,冷却可以在运输机上的延长的保留期过程中发生。例如,可以提供一定长度的运输带以允许处理后的麸部分在带248上停留一定量的时间,使处理后的麸部分达到冷却的温度。在某些实施方案中,有效地冷却处理后的麸部分所需的带上停留时间可以为约5分钟。通过一种方法,微波处理步骤后处理的麸部分处于约50-约70℃的温度下,并且可以在冷却步骤中冷却至约20-约25℃或约室温。此外,冷却时间可以是这样的,其控制逐出处理后的麸部分的水分的量,并且在已经实现了期望的水分含量和脂肪酶酶失活时停止。
[0052] 如之前所述,可以将处理后的麸部分和面粉部分重组以提供全谷物面粉280。为了完成这一点,系统可以包括用于称量包含胚乳224的面粉部分的称量装置278和/或用于称量处理后的麸部分的称量装置274,使得面粉部分和麸部分以期望的比例重组。可以使用此类称量装置的用途来控制在全谷物面粉280中重组的面粉部分和处理后的麸部分的相对量。在某些实施方案中,面粉部分和处理后的麸部分的量接近没有进行所述处理的标准全谷物面粉中的量。例如,处理后的全谷物面粉的组合物为约68-约85重量%的面粉部分和约15-约32重量%的处理后的麸部分。
[0053] 通过以下实施例进一步说明本文描述的方法的优点和实施方案。然而,在这些实施例中提及的具体条件、处理流程、材料及其量、以及其他的条件和细节不应解释为不适当地限制本方法。除非另有说明,所有百分比均以重量计。实施例
[0054] [比较实施例1]对于比较实施例,通过碾磨全红软小麦随后通过筛选来分出含有麸和胚芽的麸部分从碾磨的美国红软小麦提供如上述的麸部分。麸部分的初始脂肪酶活性测定为约1263 U/g并且麸部分具有12.2%的水分。在本实验中,没有完成额外的蒸汽水合作用。因此,在将麸部分暴露于微波能量之前没有向麸部分中加入额外的水分。
[0055] 将麸部分在约3分钟的时期内进行下文表1中显示的不同强度的微波能量。微波处理后测定脂肪酶活性。结果也在表1中。用于测定脂肪酶活性的一种检测方法描述于美国公开号2009/0238935中,将其通过引用并入本文并也在下文中描述。
[0056] 通过将约0.1g麸部分置于约20mL的冷的测定缓冲液(0.2 M三(羟甲基)基甲烷盐酸盐, pH 7.4)中,涡旋样品以溶解,并在冰浴中振动混合物30分钟来测定每一样品的脂肪酶活性。随后将混合物在约5℃的温度下以约3128g离心约10分钟。将上清液取出并用于分析。底物溶液是这样形成的,首先通过将约0.0725 g的4-甲基伞形庚酯在约15 mL的2-甲氧基乙醇中混合以形成储备溶液。随后将约1.5 mL的储备溶液在约23.5 mL的去离子水中稀释以形成底物溶液。将约50 μL的上清液与约2950 μL的测定缓冲液和约10 μL的底物溶液置于比色杯中。随后在荧光分光计中使用荧光激发-发射分析测定样品(Em: 440nm; Ex: 330nm; 截止: 390nm; 狭缝宽度: 对于Em和Ex均为5nm; 持续时间: 5分钟; 数据间隔: 0.001分钟)。将结果与标准曲线比较来测定以mU/mL表示的脂肪酶活性。使用以下公式来将mU/mL转换为U/g:[脂肪酶活性]样品 U/g = 1.204 x ([活性]样品 mU/mL / W样品 (g)
随后将样品1和2中提供的麸部分与面粉部分以全谷物的天然组合物相应的量组合。
环境温度25℃下储存50天后,样品没有腐坏或变得酸败。通过分析样品中游离脂肪酸(FFA)的量来测定酸败作用。认为具有大于2500ppm的FFA的结果的样品是酸败的。在50天储存后,样品1和2具有小于2500ppm的FFA。
[0057] 面粉的游离脂肪酸含量由描述于“Jong, C.; Badings, H. T.; Journal of High Resolution Chromatography; 1990; Determination of Free Fatty Acids in Milk and Cheese Procedures for Extraction, Clean up, and Capillary Gas Chromatography Analysis.”中的方法改进而来。通过用酸化有机溶剂萃取从食品中获得含有游离脂肪酸的脂质萃取液。将无水的脂质萃取液经过弱阴离子交换SPE预装柱(cartridge)来从共萃取物质(具体为中性甘油酯)中分离游离脂肪酸。用于测定FFA含量的测试方法描述于美国公开号2009/0238935中,将其通过引用并入本文。
[0058] 通过首先进行样品萃取来测定FFA。在45 mL的玻璃试管中按以下顺序组合以下组分1)约1.0 g的样品;2)约1.0 mL的工作内标溶液(例如含99%纯度的十一烷酸);3)约1.0 mL乙醇;和4)约0.3 mL 2.5 M H2SO4。将混合物涡旋,加入约4.5 g藻土,并且允许组合平衡约10分钟。平衡后,将组合经#1 Whatman纸过滤并且在螺丝帽管中收集滤液。
[0059] 随后分离游离脂肪酸,首先通过将约3 mL样品萃取液装载至固相萃取(SPE)预装柱中,并且允许样品彻底排出。洗脱所有FFA的溶液的最适量可以经筛选方法来确定。在这种情况下,用约2 mL二氯甲烷:2-丙醇溶液洗涤样品两次以去除中性的甘油酯并且允许完全排出。加入约2.5 mL甲基-叔-丁醚(MTBE)中2%的乙酸溶液并丢弃洗脱液。将SPE预装柱转移至样品收集小瓶中,随后第二次加入例如约2.5 mL的2%乙酸-MTBE溶液。将含有FFA的洗脱液收集至4 mL小瓶中并混合。
[0060] 随后在能够柱上注射的气相层析上以1 μL的注射体积分析样品,使用氢气以10.0 mL/分钟的流速作为载气;温度程序为约60℃保持约0.5分钟;约50℃/分钟至约
100℃;约10℃/分钟至约250℃,保持约1分钟;和火焰离子化检测器@ 260℃,范围0。
[0061] 在5-200 ppm范围的五点校正曲线上分析样品。将五个响应因子平均化,随后使用平均响应因子计算未知的FFA,每一化合物具有其自身的响应因子。使用以下公式确定响应因子计算:响应因子(RF):RFx=(AxCis)/(AisCx)
平均响应因子(RFavg):RFXavg = (RFX1 + RFX2 + RFX3 + RFX4 + RFX5)/5
其中:RFX = 化合物X的响应因子; AX = 化合物X的峰面积; Cis = 加入的内标的总量(μg); Ais = 内标的峰面积; CX = 化合物X的总量(μg); 和RFXavg = 来源于五点校准的化合物X的平均响应因子。
[0062] 最后使用以下公式计算FFA浓度:样品浓度(ppm) = (AX x Cis)/(Ais x FRXavg x 样品重量(g))表1
样品微波能量(kW) 微波时间,秒 脂肪酶活性(U/g) 脂肪酶活性的降低(%)
对照- 1263 -
1 10 180 881 30.2
2 30 180 423 66.5
[0063] [比较实施例2]对于另一个比较实验,以与实施例1类似的方式获得麸部分。麸部分的初始脂肪酶活性测定为约2766.2 U/g并且麸部分具有12.2%的水分。在该实验中,仅使用蒸汽处理来处理麸。因此,麸部分没有暴露于微波能量。
[0064] 将麸部分按如表2中所述的60秒-180秒范围内的不同时间量暴露于蒸汽中。蒸汽为约115℃的温度和约24.8 psi的压力。如比较实施例1中测定每一样品的脂肪酶活性,并且将结果列于表2中。
[0065] 表2样品初始水分(%)蒸汽时间,(秒)蒸汽处理后的水分(%)脂肪酶活性(U/g) 脂肪酶活性的降低(%)对照12.2 - - 2766.2 -
1 12.2 60 15.4 2086.8 24.6
2 12.2 120 16.6 1716.0 38.0
3 12.2 180 17.3 1426.3 48.4
[0066] 实施例3以与实施例1中的类似的方式获得两个不同批次的麸部分。测定用于这些试验的麸部分具有约1117和约2766.2 U/g的初始脂肪酶酶活性,并且测定处理之前麸部分的水分含量为约12%和约12.2%。随后以如表3a和3b中描述的方式处理样品。表3a中的数据来自于美国的红软小麦,并且表3b中的数据来自于中国的红软小麦。水合作用步骤使用具有约115℃的温度和约24.8 psi的压力的蒸汽。使用的微波能量为约10kW并且具有约2450 MHz的频率。如表中所示,水合作用步骤后麸部分的水分为约15-18%。
[0067] 表3a
[0068] 表3b
[0069] 如同可从表3a所见,试验5和6产生了最大量的失活,并且试验6产生了约100%的失活和期望量的水分。在试验5中微波与水合作用时间的比例为约1:2.2,并且在试验6中微波与水合作用时间的比例为约1:0.7。在表3b中,试验14和15提供最大量的失活。此外,试验15中方法参数的组合产生约97.7%失活,而且同时产生了具有优选量的水分的麸部分,其与产生可延长储存的全谷物面粉相关。在试验14中微波与水合作用时间的比例为1:1.5,并且在试验15中微波与水合作用时间的比例为1:1。使用样品15来生产如上所述的面粉,并且随后将其用于生产全谷物饼干。认为饼干将具有大于约9个月的保质期。
[0070] 比较实施例4作为比较,以与实施例3中样品类似的方式和与列于表3b中的实验中所用的类似的时间处理全小麦浆果(未碾磨的美国红软小麦)。结果列于表4中。
[0071] 将理解本领域技术人员可以在如所附权利要求中表达的具体方法的原理和范围内进行细节、材料和方法排列、制剂及其成分中的多种变化,其已在本文描述并说明以解释方法的本质和所获得的稳定的全谷物。
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