一种海带冻干粉及其制备方法

技术领域

本申请涉及海产品活性成分提取技术领域，尤其涉及一种海带冻干粉及其制备方法。

背景技术

海带是海洋中有机物的原始生产者和无机物的天然富集者，其含有丰富的多糖，其富含海藻多糖、甘露醇、氨基酸、维生素、矿物质、植物激素和甜菜碱等多种植物生理活性物质，具有抗氧化、抗凝血、抗肿瘤、抗菌、降血糖、抗辐射等多种药理作用。海带又名纶布、昆布，素有“海上之蔬”、“含碘冠军”的美誉，是我国重要的经济海藻，产量位居世界首位。海带是海洋中有机物的原始生产者和无机物的天然富集者，其含有丰富的多糖，其富含海藻多糖、甘露醇、昆布氨酸、牛磺酸、维生素、矿物质、植物激素和甜菜碱等多种生物活性物质，具有抗氧化、抗凝血、抗肿瘤、抗菌、降血糖、抗辐射等多种药理作用。在食品、医药、化妆品、农业等方面都具有广阔的应用前景。采用自然日晒方法将海带加工成干制品是海带加工的主要方式，但自然日晒方法受自然环境因素的影响，存在易霉变及活性成分损失大等问题，成品品质良莠不齐。另外，在海带活性成分的提取过程中温度、有机溶剂等都会破坏活性物质的活性，因此，需要提供一种海带活性物质提取的方法，使得其多糖得率高，且活性成分尽可能被保留，且使其无毒、低成本且易保存。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的一方面目的在于实现高效提取海带中活性成分，提供一种活性成分含量高、安全、环保、成本较低，制备海带冻干粉的方法。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种海带冻干粉的制备方法，包括以下步骤：

海带清洗去污、粉碎处理后，浸泡在水中，进行冷冻处理后，粉碎为混合溶液，加水稀释，用水萃取，过滤后浓缩得到浓缩液，冷冻干燥，得到海带冻干粉；

所述萃取为真空状态下萃取，所述萃取的温度不高于40℃；

所述冷冻干燥过程为：-40℃～-50℃下保温1h～3h，升华至-15℃～0℃，升温时间3～4小时，于-15℃～0℃保温10h～25h，升温至20℃～30℃，升温时间 2～3小时，最后于温度20℃～30℃下保温13h～20h。

清洗的目的是去除原料中的泥土等杂质；粉碎是为了增大原料在萃取过程中与萃取溶剂的接触面积，从而得到良好的萃取效果。

本发明将清洗粉碎的海带原料浸泡在水中，使得海带原料被充分浸润，海带细胞充分吸收水分，一方面，以便冷冻处理增加冰晶的形成，另一方面，方便后续的萃取操作中海藻多糖的浸出。

海带原料在冷冻过程中,细胞内组织结构在冷冻结晶过程的变化会造成细胞的机械损伤。冷冻过程中，细胞间隙中的水分结成冰，即所谓胞间结冰。细胞间隙结冰会降低细胞间隙的蒸汽压，周围细胞的水蒸气便向细胞间隙的冰晶体凝聚，逐渐加大冰晶体的体积。失水的细胞又从周围的细胞吸取水分，这样，不仅邻近结冰间隙的细胞失水，使离冰晶体较远的细胞也都失水。破坏细胞原生质。除了细胞间隙结冰以外，细胞内的水分也结冰，一般是原生质内先结冰，紧接着液胞内结冰，这就是胞内结冰。胞内结冰后，细胞内的冰晶体数目众多，体积一般比胞间结冰的小。胞内结冰造成机械损伤。在冷冻过程中，细胞的过冷量达到最大时，继续降温就会出现冰晶，冰晶首先出现在细胞壁上，胞外冰晶会通过细胞膜上的微孔进入细胞，并沿着细胞壁向细胞中心增长。从细胞外向内部入侵会导致细胞内冰成核。这些冰晶会破坏细胞壁，细胞膜以及细胞器，便于存在于细胞最外层的胞壁多糖，细胞壁多糖间的粘多糖以及存在于细胞内的贮藏多糖以及细胞内的其他活性物质能够尽可能地被萃取出来。

本申请采用真空状态下，不高于40℃的温度萃取，能够最大程度保证活性物质能够尽可能被萃取出来的同时，而热敏性活性成分不被破坏。

冷冻干燥也称冷冻升华干燥或真空冷冻干燥，主要包括预冻、升华干燥及解析干燥3个阶段。其工作原理是将被干燥的物料前处理后在低温下快速冻结，使其降到共晶点以下，然后在真空条件下加热，使冻结的水分子升华而逸出物料的过程。

本申请采用特定的冷冻曲线，预冻阶段采用-40℃～-50℃下保温1h～3h，升华干燥阶段，升华至-15℃～0℃，升温时间3～4小时，于-15℃～0℃保温 10h～25h，解析干燥阶段升温至20℃～30℃，升温时间2～3小时，最后于温度 20℃～30℃下保温13h～20h。本申请于低温下进行冷冻干燥，使得容易产生变性的物料在干燥过程中不产生变质，保持原有的生物活力。低温低压的环境，还能够减小热敏产品的氧化变性，使易氧化的物质得到保护，同时因低温缺氧能灭菌或抑制某些细菌的活动。在升华过程后，干燥物质的毛细血管壁和极性基团上还吸附有一部分水分，当水分达到一定含量会使微生物生长繁殖，影响保存时间。本发明在升华之后进行解析能够进一步的去除水分，降低营养成分的流失，减少活性成分的损失，延长保存时间。

优选的，冷冻干燥在真空度为20～30Pa的条件下进行。

在本发明中，冷冻干燥真空度为20～30Pa，该低压范围能够加快冻干粉的干燥速率，缩短冷冻干燥时间。

优选的，所述海带为深海海带。

本发明提取海藻多糖用的海带为深海海带，深海海带受环境污染小，海藻多糖含量高，提取活性成分更为安全健康。

另外，浸泡步骤用水优选为一次过滤水。

所述清洗去污所采用的清洗设备包括清理筛、永磁筒、洗涤机。

浸泡时海带与水的质量比为1:1～2，例如可以是1:1、1:1.5、1:2等。优选的，海带与水的质量比为1：1。

本发明以海带与水的质量比为1:1的特定的比例，在此浸泡比例下，进行浸泡时，既能够最大程度萃出其中的海藻多糖的同时，也能够达到后续冷冻破壁的要求，同时也方便后续的冷冻破碎的操作。

优选的，所述用水萃取步骤采用仪器为索式萃取器。

所述冷冻处理的温度为-10℃～-15℃，冷冻时间为2～3小时，降温速率为 1～5℃/min。

本申请冷冻处理温度为-10℃～-15℃，其中可以为-10℃、-11℃、-12℃、 -13℃、-14℃、-15℃，在该温度下能够达到冷冻破壁的目的，同时能耗最低。冷冻时间为2～3小时，降温速率为1～5℃/min。该降温速率下，能够使得冰晶体逐渐长大，产生较大冰晶体，促进细胞的破坏，利于活性成分的提取。

所述用水萃取过程中还包括加入复合酶的步骤，所述复合酶包括纤维素酶、果胶酶、中性蛋白酶。

本申请在萃取过程中，加入纤维素酶、果胶酶、中性蛋白酶，其中纤维素酶,能够破坏海带的细胞壁,使多糖和其他活性成分从细胞间和细胞内溶出；第果胶酶的加入,能够切断褐藻胶等大分子；中性蛋白酶的加入,能够降解了蛋白质大分子,使溶液粘度得到降低,更有利于活性成分溶出，也更有利于后续的冷冻干燥的操作，三者协同作用，使得更多的活性成分被萃取出。

所述纤维素酶、果胶酶、中性蛋白酶的比例为1：1～2：2～3。

本申请中，纤维素酶、果胶酶、中性蛋白酶共同组成复合酶，且三者之间存在特定的比例关系，纤维素酶、果胶酶、中性蛋白酶的比例为1：1～2：2～3，在此配比下，三者协同作用，活性成分最大程度被萃取出，有利于提高活性成分提取率。

所述加水稀释，稀释倍数为4～6倍；所述萃取的温度为30～40℃，萃取时间为3～5小时。

在萃取时，将混合溶液加水稀释，稀释倍数可以是4倍、5倍、6倍，在该稀释倍数下，既能够最大程度将其中的活性成分萃取出来，也不至于导致后续萃取液中溶剂量过大，后续处理的麻烦以及资源的浪费。

本申请萃取温度为30～40℃，在此温度下，海带内的热敏性活性成分不会被破坏，能够最大程度保留其中的活性成分。萃取时间为3～5个小时，其中，可以为3小时、4小时、5小时。该萃取时间内，细胞内的绝大多数活性成分被萃取出来且不会失活。时间延长，时间成本增加但活性成分增加并不明显。此外，本申请的萃取温度下，所加入的复合酶均能保持良好的活性，更好地发挥其作用。

所述过滤包括超滤和反渗透；

优选的，所述过滤为超滤；

更优选的，所述超滤采用的超滤膜截留分子量为1000道尔顿。

本申请中采用超滤的方式进行过滤。所述超滤，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当萃取液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而萃取液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对萃取液的净化、分离和浓缩的目的。

所述浓缩包括真空浓缩；真空浓缩压强为0.1～0.2pa，温度为35～40℃。

液体物质在沸腾状态下溶剂的蒸发很快，其沸点因压力而变化，压力增大，沸点升高，压力小，沸点降低。如牛奶在101kPa下，沸点为100℃，而在真空度82.7～90.6KPa下，沸点仅为45～55℃。由于在较低温度下蒸发，可以节省大量能源。同时，由于物料不受高温影响，避免了热不稳定成分的破坏和损失，更好地保存了原料的营养成分和香气。此外，海藻多糖这类粘性较大的物料，低温蒸发可防止物料焦化。

本发明还提供了一种利用上述方法制备得到的海带冻干粉。

本发明的另一个目的是提供上述海带冻干粉在生物制药、食品、保健品、营养品、化妆品方面中的应用。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过对提取工艺及干燥工艺、工艺参数进行探索和优化，海带冻干粉中的活性成分的得率及活性成分的含量都明显提高，且以水为萃取剂，对生物活性成分损害小，无有害溶剂残留。

2、本发明不仅有效地降低了生产成本，减少了工艺过程中溶剂消耗量及能耗，而且工艺流程简单、可操作性强、环保、无污染，完全性和重复性好，可实现大规模工业化连续性生产。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面以实施例的方式进行详细说明。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。

如未特殊说明，在以下实施方式中，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

(1)利用清洗设备对挑选后的海带原料进行清洗净化处理，去污除杂后，得到500克处理好的原材料。

(2)将净化后的海带原料进行粉碎处理，将粉碎处理后的海带500克与一次过滤水500克一同浸泡并搅拌。

(3)将混合后的海带原料于-10℃冷冻3小时，降温速率1℃/min，将冰冻后的海带原料再次粉碎处理为混合溶液。

(4)将步骤(3)得到混合溶液用一次性过滤水稀释5倍，以索式萃取器，于真空状态下，30℃温度下，萃取4小时。

(5)将萃取液静置冷却至常温，经超滤膜过滤后，于压强0.1Pa，温度40℃的条件下进行真空浓缩，得到500克的浓缩液。

(6)将浓缩液进行冷冻干燥处理，-40℃下保温3h，升华至-15℃，升温时间3小时，于-15℃保温25h，升温至20℃，升温时间2小时，最后于温度20℃下保温20h，得到海带冻干粉24.7克(保留一位，下同)。

实施例2

(1)利用清洗设备对挑选后的海带原料进行清洗净化处理，去污除杂后，得到500克处理好的原材料。

(2)将净化后的海带原料进行粉碎处理，将粉碎处理后的海带500克与一次过滤水1000克一同浸泡并搅拌。

(3)将混合后的海带原料于-15℃冷冻2小时，降温速率5℃/min，将冰冻后的海带原料再次粉碎处理为混合溶液。

(4)将步骤(3)得到混合溶液用一次性过滤水稀释6倍，以索式萃取器，于真空状态下，40℃温度下，萃取5小时。

(5)将萃取液静置冷却至常温，经超滤膜过滤后，于压强0.2Pa，温度35℃的条件下进行真空浓缩，得到500克的浓缩液。

(6)将浓缩液进行冷冻干燥处理，-50℃下保温1h，升华至0℃，升温时4 小时，于0℃保温10h，升温至30℃，升温时间3小时，最后于温度30℃下保温13h，得到海带冻干粉24.2克。

实施例3

(1)利用清洗设备对挑选后的海带原料进行清洗净化处理，去污除杂后，得到500克处理好的原材料。

(2)将净化后的海带原料进行粉碎处理，将粉碎处理后的海带500克与一次过滤水750克一同浸泡并搅拌。

(3)将混合后的海带原料于-13℃冷冻2小时，降温速率3℃/min，将冰冻后的海带原料再次粉碎处理为混合溶液。

(4)将步骤(3)得到混合溶液用一次性过滤水稀释4倍，以索式萃取器，于真空状态下，35℃温度下，加入复合酶60克，其中包括纤维素酶10克、果胶酶20克、中性蛋白酶30克，萃取4小时。

(5)将萃取液静置冷却至常温，经超滤膜过滤后，于压强0.2Pa，温度40℃的条件下进行真空浓缩，得到500克的浓缩液。

(6)将浓缩液进行冷冻干燥处理，-45℃下保温2h，升华至-10℃，升温时 4小时，于-10℃保温20h，升温至25℃，升温时间3小时，最后于温度25℃下保温18h，得到海带冻干粉28.6克。

对比例1常规酸提海藻多糖的提取方法

(1)利用清洗设备对挑选后的海带原料进行清洗净化处理，去污除杂后，得到500克处理好的原材料。并海带原材料粉碎，得到海带干粉。

(2)按照液料比25∶1mL/g加入蒸馏水或酸溶液，使得pH＝2，进行酸提，提取时间2h，提取温度100℃。

(3)取上清液，使用氢氧化钾调pH至中性，进行浓缩后加入乙醇，进行醇沉。

(4)于4℃静置8h，得到沉淀物，将沉淀物进行冰冻干燥处理，-45℃下保温2h，升华至-10℃，升温时4小时，于-10℃保温20h，升温至25℃，升温时间3小时，最后于温度25℃下保温18h，得到海带冻干粉20.7克。

对比例2常规提取热水浸提海藻多糖的提取方法

(1)将海带在55℃温度下烘干，水分含量控制在10％，粉碎，得到海带原料；

(2)取所述处理后的海带1000g加入常规提取罐中，加入40L三级水，原料与萃取剂的料液比为1：40，加热提取，设计提取温度80℃,提取时间240min。

(3)提取完成后，过滤后浓缩，得到浓缩液。

(4)将浓缩液进行冷冻干燥处理，-45℃下保温2h，升华至-10℃，升温时4 小时，于-10℃保温20h，升温至25℃，升温时间3小时，最后于温度25℃下保温18h，得到海带冻干粉21.3克。

对比例3

与实施例3的区别是步骤(4)加入酶，不包括纤维素酶，只加入果胶酶20克、中性蛋白酶30克，其余工艺步骤条件完全相同。得到海带冻干粉27.4 克。

对比例4

与实施例3的区别是步骤(4)加入酶，不包括果胶酶，只加入纤维素酶 10克、中性蛋白酶30克，其余工艺步骤条件完全相同。得到海带冻干粉26.5 克。

对比例5

与实施例3的区别是步骤(4)加入酶，不包括中性蛋白酶，只加入纤维素酶10克、果胶酶20克，其余工艺步骤条件完全相同。得到海带冻干粉25.2 克。

对比例6

与实施例3的区别是步骤(4)加入酶，所述复合酶的比例不同，该对比例纤维素酶：果胶酶：中性蛋白酶为1：1：1，即加入纤维素酶20克、果胶酶 20克、中性蛋白酶20克，共复合酶60克，其余工艺步骤条件完全相同。得到海带冻干粉27.9克。

试验例1海带冻干粉中硫酸根含量的测定

硫酸根含量是考察海带中生物活性成分的重要指标之一。故采用明胶-氯化钡法测量。

将实施例1～3及对比例1～6所得的海带冻干粉，称取约20mg，加入15mL 浓HCl和4.5mL浓HNO

试验例2海带冻干粉中多糖含量的测定

多糖含量采用苯酚-硫酸比色法测定。将实施例1～3及对比例1～6所得的海带冻干粉称取10mg溶于20ml水中，吸取l.0mL海带冻干粉溶液于具塞试管中，加入1.0mL6％苯酚溶液，摇匀后加入5.0mL浓硫酸，混匀后沸水浴10min，冷却至室温，于490nm处测吸光值。以葡萄糖标准品作标准曲线，计算多糖含量。海带多糖得率(％)＝海带粗多糖质量/海带干粉质量×多糖含量×100％. 试验例3海带冻干粉中清除羟自由基(·OH)活性的测定将实施例1～3及对比例1～6所得的海带冻干粉称取10mg溶于20ml水中，取 4mL海带冻干粉溶液，分别加入9mmol·L

清除率计算公式：

·OH清除率(％)＝(A

式中：A

试验例1～试验例3所测得数据如表一所示。

表一：试验例1-3测试结果

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。