魔芋膳食纤维及葡甘低聚糖胶囊产业技术开发

魔芋膳食纤维及葡甘低聚糖胶囊产业技术开发
　  项目创新成果报告
　  一、前言和实施背景
　  （一）前言
　  云南富源金田原农产品开发有限责任公司成立于2003年6月，注册资本1100万元，现有职工210人，其中专业技术人员35人。通过多年的努力，公司取得了较快发展，相继荣获云南省农业产业化经营省级重点龙头企业、全国乡镇企业创名牌重点企业、云南省高新技术企业、云南省第三批创新型试点企业等荣誉称号。公司现已具备年产5000吨魔芋精粉和5万件魔芋系列产品生产加工能力，产品开发成效显著，其中《魔芋膳食纤维研究与开发》项目荣获省市科技成果三等奖和第十八届全国发明展览会金奖。《魔芋膳食纤维及葡甘低聚糖胶囊及产业技术开发》项目2010年4月10日获云南省科技成果奖。公司现有“润麒”、“白金芋宝”两大品牌商标获云南省著名商标2件。获绿色食品认证4件。《魔芋膳食纤维及葡甘低聚糖胶囊产业技术开发》项目由云南科技厅下达（非公有制经济发展专项计划，项目编号：2006cx33），魔芋膳食纤维及葡甘低聚糖胶囊产业技术开发成果于2006年1月应用于生产，已应用4年零7个月，该成果主要通过引进新技术、新设备、新工艺制定了产品加工工艺。魔芋膳食纤维产品工艺技术在市科技局组织的评定会上被参会专家评定达“国内先进水平”。经过充足的市场调研和各种准备，结合销费者调整，对产品进行严格的加工并予以技术把关，产品投放市场以来，迅速以其保健功效明显、食用方便，优质味美等特点赢得了广大消费者的青睐，销售形式较好，年可实现销售收入2000万元，实现利税300余万元，上缴税收100万元。目前，产品远销北京、上海、杭州、乌鲁木齐等国内销费市场，树立了富源不但是产煤大县，而且是名特优产品出产地的良好形象。
　  （二）实施背景 
　  魔芋是自然界少有的几种含天然葡甘低聚糖的植物之一，魔芋的主要成份为葡甘聚糖，基于葡甘聚糖的优秀理化特性，广泛用于食品、化工、医药、建筑、右油等诸多领域。日本是世界上魔芋开发利用较早的国家，其次中国。日本、中国对魔芋的开发技术代表了世界的技术水平。
　  由于人们生活水平提高，生活中对高热量、高蛋白和高脂肪等食品摄取量大大增加，而膳食纤维取量相对减少，忽略了膳食营养的平衡作用，因而导致高血脂、肥胖症、胆结石、脂肪肝、糖尿病及肠癌等“文明病”在各地时有发生。在我国，据2002年底统计，我国有老年人1亿多，肥胖病7000多万，糖尿病6000多万，再加以数亿计的便秘及心血管病人，对膳食纤维食品的消费量大大增加，其市场前景极其广阔。大力发展和加快我国膳食纤维及其产品的应用推广，对促进国民身体素质的提高具有深远的意义。
　  研究表明，膳食纤维能够平衡人体营养，调节机体功能，可与传统的六大营养素并列称为“第七大营关素”。鉴于目前魔芋葡甘聚糖在食品行业中的应用基本上以固态凝胶食品为主及作为食品添加剂使用外，在食品工业中尚未见其他形式被利用。特别是将魔芋葡甘糖聚糖直接加工成速溶、方便、快速食用的方便食品，其食品中的魔芋葡甘聚糖分子结构未受破坏。而在魔芋凝胶食品中，其分子结构已受破坏，其分子活性会受到影响，甚至完全丧失。如魔芋豆腐这类食品在生理活性上已经大打折扣。因此，开发一种摄取方便、携带方便，具有功能特性的魔芋膳食纤维、魔于低聚糖胶囊和魔芋仿生干制食品具有重要的意义。具体体现在以下几个方面：一是开发魔芋膳食纤维、魔芋低聚糖胶囊和魔芋仿生干制食品可为广大高血脂、高血压、高血糖、糖尿病患者以及肥胖者提供功能性膳食纤维。二是结合云南生物资源优势，通过科学合理的配方，开发多种口味魔芋膳食纤维，让更多消费者（老、少、幼）各有所爱。加大产品的消费量，对促进我县及我省魔芋产业的发展具有重要意义。三是通过魔芋膳食纤维、魔芋低聚糖胶囊和魔芋仿生干制食品的开发，加大了富源魔芋品牌宣传的力度，为云南魔芋市场走向全国甚至全世界奠定了坚实的基础。四是通过三个产品的开发，直接受益的消费者，间接受益的是广大芋农。通过公司的带动，2009年我县魔芋产值已2.5亿元，为广大农户带来了实惠，为地方解决“三农”问题作出了积极的贡献。
　  二、创新成果内容及措施
　  （一）创新成果内容 
　  1、冲泡型魔芋膳食纤维（原味、普洱茶味、玫瑰味）
　  A.膳食纤维纯化提取
　  利用分子结构学理论，采用不同分子在同一溶剂浓度下的溶解度不同和溶液中溶解平衡原理，通过湿法加工和酒精浸提工艺，利用酒精或有机盐浓度不同，魔芋葡甘聚糖纤维分子键的结合度及杂质溶解度与溶解平衡进行溶出后脱水分离。
　  B.配方技术
　  根据中国保健食品开发与设计的原则与原理及魔芋葡甘聚糖的理化特性，以功能为目标进行配方组成的配伍，以粘度、甜度和风味为指标，利用正交设计法进行配方的优化，开发功能型、原味型、普洱茶味、玫瑰花味型魔芋膳食纤维食品。配制的产品进行了急性毒性和遗传学毒性的试验，评价结果无毒级。
　  C.关键加工技术
　  加工技术：主要是魔芋葡甘聚糖的生物酶法提纯；粉状产品的定量处理无菌包装技术；配料与魔芋胶复配时自动控制加工技术。
　  2、魔芋低聚糖胶囊
　  A.魔芋葡甘聚糖生产
　  魔芋葡甘聚糖是由B-D-葡萄糖和B-D-甘露糖以1：1.6或2:3的摩尔比通过B-1，4糖苷键结合而成的杂多糖。对葡甘聚糖控制酶解程度可得到不同聚合度的魔芋葡甘低聚糖。魔芋葡甘低聚糖有降血糖、降血脂、抗氧化等特殊生理功能，因此开以功能性魔芋葡甘低聚糖具有广阔的应用价值和巨大的市场需求。多糖水解可通过化学法和生物酶解法实现，化学法条件苛刻，设备腐蚀严重，环境污染突出，且水解程度难于控制。而生物酶解法能很好地克服这些缺点，是较为理想的途径。
　  关键加工技术：采用生物酶解技术生产魔芋葡甘低聚糖。
　  B.配方技术
　  根据中国保健食品开发设计的原则与原理、魔芋葡甘低聚糖的理化特性以及食品分离重组技术，以功能为目标进行配方组成的配伍，研究魔芋葡甘低聚胶囊的配方，并利用正交设计法进行配方的优化。
　  3、魔芋仿生干制食品
　  A.配方技术
　  研究魔芋仿生食品科学、合理的配方。利用多糖协同增稠原理，合理选用配料利用正交设计法进行配方的优化，开发多口味魔芋仿生食品。
　  B.关键加工技术
　  加工技术：根据产品特色和配方提出科学、合理、可行的关键加工技术。魔芋仿生制食品的关键加工技术主要有三点：一是与功能铺料配方后糊化温度、时间的自动控制，只有实现自动控制才能确保产品质量的稳定。二是魔芋粉丝的复水性技术。三是魔芋粉丝产品定型技术、均匀性和黏结性控制技术。干燥采用真空干燥技术使产品质量保持较好。
　  （二）项目实施的技术、经济指标
　  1、技术指标
　  公司为提高产品质量，与产品生产加工特点相结合，反复研究，在曲靖市技术监督局召开标准评议会，就冲泡型魔芋膳食纤维、魔芋低聚糖胶囊和魔芋仿生干制食品三个产品加工生产技术指标、质量指标和包装指标提出了制定修改。
　  （1）三个产品加工生产技术标准
　  加工设备设计合理，符合加工工艺的要求，年生产能力达到了设计要求，做到对温度、原料计量、复配时间、包装计量自控精确，并符合卫生要求。
　  （2）产品生产质量标准
　  A．冲泡型魔芋膳食纤维：感观白色颗粒无异味、魔芋葡甘低聚糖胶囊及配料净含量≥85%、粘度≥800mPas、水份≤10%、杂质含量≤0.04%、含二氧化硫≤0.3%、铅≤1%、砷≤0.5%。
　  B．魔芋低聚糖胶囊：感观白色颗粒元异味，魔芋葡甘低聚糖纯度达90%、水份≤10%、杂质含量≤0.05%、含二氧化硫≤0.1%、铅≤0.05%、砷≤0.07%。
　  C．魔芋仿生干制食品：感观白色无异味、魔芋精粉及配料净含量75%、水份≤15%、杂质含量≤0.05%、灰份≤1.0%、含二氧化硫≤0.1%、铅≤1.0%、砷≤0.5%、黄曲霉素≤5.0%。
　  （3）产品包装质量标准
　  A．冲泡型魔芋膳食纤维：无菌真空三层包装，产品总细菌数少于120个/g，大肠杆菌无检出。包装质量封口好，产品摆放二年内不回潮、结块，产品保质期超过二年，每袋计量误差0.5-1.0克。
　  B．魔芋低聚糖胶囊：无菌真空三层包装，产品总细菌数少于80个/g，大肠杆菌无检出。包装质量封口好，产品摆放二年内不回潮、结块，产品保质期超过二年，计量误差控制在0.5克/粒以内。
　  C．魔芋仿生干制食品：无菌真空三层包装，产品总细菌数少于150个/g，大肠杆菌无检出。包装质量封口好，产品摆放二年内不回潮、结块，产品保质期超过二年，计量误差控制在20克/袋以内。
　  2、经济指标
　  生产魔芋膳食纤维7万件，每件按150元，实现销售收入1050万元；完成生产魔芋低聚糖胶囊4200件，实现销售收入300万元；完成生产魔芋仿生干制食品220吨，每吨按3万元，实现销售收入660万元。累计完成魔芋膳食纤维、魔芋低聚糖胶囊、魔芋仿生干制食品销售额2000万元，实现利润200万元。
　  魔芋膳食纤维是一种可溶性膳食纤维，可在食物四周形成一种保护层，从而防止消化酶与食物发生作用；魔芋膳食纤维可延缓、阻止胆固醇、单糖等营养物质的吸收，从而使脂及酸在体内的合成减少；魔芋膳食纤维具有很强的膨胀能力（80-100倍），可填充胃肠、使食后具有饱腹感，消除饥饿感，从而减少人体摄入食物的数量和能量，又因魔芋属热量、低蛋白、低维生素食品，所以无须刻意节食便能够控制体重，达到轻轻松松减肥的效果。同时，因它不能被人们的唾液吸收及胰淀粉酶水解而消化吸收，故有降脂、降血压、洁胃、通便、防癌等功能。所以对消化道、心脑血管系统疾病、痔疮、减肥、养颜等都有显著功效。魔芋膳食纤维已经在保健食品、医药卫生等方面有了广泛的应用。
　  魔芋低聚糖（Mannoligosaccharides,MOS）是B-甘露聚糖酶水解魔芋多糖的产物。魔芋多糖的要成分为魔芋葡萄甘露聚糖（KonjacGlucomannan,KGM）含量达到70%—80%，分子量为20×104～20×105（随魔芋精粉原料来源不同而异），由于其相对分子量较高，性能不稳定，而其被水解后的产物-甘露聚糖却具有不被人体肠道消化，但可以促进双歧杆菌增殖并抑制有害菌群生长，改善人体肠道功能，已经在饲料添加剂、保健食品、医药卫生等方面有了广泛的应用。
　  （三）实施措施
　  1、注重引入科技手段，提高产品的质量和附加值。提高产品市场竟争力。
　  2、注重品牌建设：在产品的开发应用中，注重产品牌建设，其中产品获胜云南著名商标2件，获绿色食品4件。魔芋膳食纤维申请了专利保护，外包装盒获专利受权。
　  3、成立产品研发小组和项目实施领导小组，使项目实施措施到位，职责明确。
　  三、创新成果产生效果
　  1、示范带动作用：本公司目前是富源县从事魔芋产品精、深加工重点企业之一，为富源魔芋加工龙头企业。公司的发展壮大将对富源魔芋产业的发展和带动农民增收起到示范和带动作用。
　  2、促进农民增收：近几年来，农户逐渐从种植魔芋中受益。栽1亩魔芋正常情况下可收获2吨左右鲜芋，前两年每公斤鲜芋卖价为1.5-2元,亩产值可达3000-4000元,扣除每亩生产投入约2000元,亩纯收入可达1000-2000元.这样的收益,远高于烤烟等经济作物。2009年鲜芋平均收购价在2.5元/公斤,干芋片在19元/公斤。而2009年每亩平均产量超过了2吨。约为2.5吨,因此，农民种1亩魔芋要收入5千多元，获纯收入2千余元，获得较好经济效益。本项目前需要鲜魔芋原料数万吨，为种芋农户订单种植提供了条件。项目带动15000户农户脱贫致富。
　  3、提供公共服务：本项目年可现实利税200万元，其中税收116.24万元,将对当地财政增收做出贡献。 同时，项目将提供100余个就业机会，也可为解决当地待业人员尽点力。企业生产、销售过程中也为当地煤炭、电力、通讯、交通、社会发展做出应有的贡献。
　  3、对生态环境的影响：本公司为无公害农产品加工企业，除锅炉烟尘对人气有少量污染和锅炉废渣排放外，生产过程没有污染。魔芋生长过程中地面覆盖大，是较好的防护地面冲刷的作物，本项目在促进魔芋产业发展的同时，也可起到 一定的水土保持作用。
　  四、持续改进措施
　  项目通过引进新技术、新设备、新工艺，制定产品质量标准及生产操作规程，确定了三种产品的加工工艺。开发出一种食用及携带方便的冲泡型原味膳食纤维食品，在此基础上，结合云南优势资源，开发普洱茶味和玫瑰味膳食纤维食品。产品申请发明专利1项，包装外观设计1项。制定了产品的质量标准，为产品成功进入市场奠定了基础。解决产品易潮解和结块的关键技术，使最初开发出的产品易结块问题得到了解决。技术解决的关键在于配料的选用，特别是低聚糖等铺助配料的选用。利用现代无菌包装技术成功解决了产品的无菌加工环节。整个灭菌过程为非热处理过程，对产品的成分无损害作用。
　  （一）、项目取得的重要进展
　  1、利用现代食品感官品评技术——中央定位测试法科学确定了现代冲泡型魔芋膳食纤维的配方，解决了添加量与口感之间的多寡矛盾，制定出了质量标准及产业化生产，明确了产品安全性。
　  2、利用复合酶解技术分解魔芋胶生产出魔芋低聚糖，再结合保健食品设计原理和食品分离重组技术科学确定了魔芋低聚糖胶囊的配方，制定出了质量标准及产业化生产。
　  3、利用多糖分子交互作用机制，合理选用原料，在碱性凝固剂存在的条件下（传统魔芋丝都是加入碱性凝固剂，如NaOH、石灰水，破坏了魔芋多糖分子结构）开发出了魔芋仿生干制食品—魔芋粉丝的配方，较好解决了产品复水性，保持了魔芋多糖分子结构的完整性，科学确定了产品配方，制定出产品质量标准及产业化生产。
　  （二）主要创新点
　  1、利用生物酶（淀粉酶、纤维酶等复合酶）处理与乙醇沉淀（传统采用的方法）相结合进行魔芋葡甘聚糖的规模化纯化处理。
　  2、利用现代食品感官品评技术与消费者调查相结合，通过正交旋转组合设计（反应曲面法）试验，科学地确定产品的配方与感官品质。
　  3、利用多因子复配技术和物质相似相溶原理解决和产品的粘度与口感、产品溶解性、结块性等生产难题，满足了定理包装不结块和产品的速溶性。
　  4、利用现代无菌包装技术解决了产品灭菌难的工艺问题。
　  5、利用多糖分子交互作用机制，在高黏度和无碱性凝固剂存在的条件下，生产出了魔芋仿生干制食品——魔芋粉丝，较好解决了产品复水性，成丝性和黏结性问题。
　  6、生产出的魔芋膳食纤维食品通过急性和遗传学毒性实验，科学证明了产品的食用安全性。
　  （三）应用推广情况：
　  1、从2006年11月产品投放市场以来，生产的产品迅速以其保健功效明显，食用方便，质优等特点赢得了广大消费者的亲睐，完成销售魔芋膳食纤维7万件、魔芋低聚糖胶囊4200件、魔芋仿生干制食品220吨，产品质量均达到相应的企业标准，已实现销售收入2000万元，利税200万元。项目产品的开发在取得良好经济效益的同时,为宣传富源魔芋、打响富源魔芋品牌起到了较好的宣传和推介作用。
　  2、在取得良好经济效益的同时，该项目产品的开发在促进富源魔芋农业产业化的发展，带动农民增收等方面发挥了积极的作用，解决农村剩余劳动力100余人就业问题。产品上市后，远销北京、上海、深圳、浙江、乌鲁木齐等省市，已成为具有一定号召力和影响力品牌，对宣传富源、宣传富源魔芋作了突出的贡献。