CN101715911A - 一种酶解生产含有慢消化淀粉的消化淀粉的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于非化学改性淀粉领域，涉及一种生产消化淀粉的方法，特别涉及一种酶解生产含有慢消化淀粉的消化淀粉的方法，为了解决现有制备消化淀粉的工艺由于受到α-1，6糖苷键的比例限制，消化淀粉中的慢消化淀粉的含量难以进一步提高的问题，本发明提供了一种酶解生产含有慢消化淀粉的消化淀粉的方法，该方法在对由淀粉制备的淀粉糊的酶解过程中添加了转葡糖苷酶以及淀粉酶，从而有效的解决上述技术问题。
Description
技术领域
本发明属于非化学改性淀粉领域，涉及一种生产消化淀粉的方法，特别涉及一种酶解生产含有慢消化淀粉的消化淀粉的方法。
背景技术
淀粉是人类膳食中主要的碳水化合物。根据体外的消化率和消化时间，淀粉可分为三类：(1)快速消化淀粉(rapidly digestible starch，RDS)，在体内20min可以被迅速消化吸收的淀粉；(2)慢消化淀粉(slowly digestible starch，SDS)，是指那些能在小肠中被完全消化吸收但消化速率较慢的淀粉，消化时间为20-120min；(3)耐消化淀粉(resistant starch，RS)，指在人体小肠内无法消化吸收的淀粉，只能在大肠中被微生物发酵利用。
有文献报道血糖指数与快消化淀粉有很大的正相关性。血糖指数(GI)被定义为食用含一定量价值的碳水化合物的食物后，在一定时间内体内血糖水平应答与食用相当量的葡萄糖或白面包引起的血糖应答水平的比值。血糖指数与人体的糖尿病、前驱糖尿病、心血管疾病和肥胖病等生理疾病有关。高血糖指数膳食能引起老鼠血管壁的脂肪沉积，脂肪含量是摄入低血糖指数膳食老鼠脂肪含量的2倍。对于肥胖的青少年，从高血糖指数膳食中摄入的快速吸收的葡萄糖，能引起一系列荷尔蒙和新陈代谢的失调，这些变化都是与过多的食物摄入有关。低血糖指数的膳食降低老鼠的非空腹的血浆葡萄糖、血浆甘油三酯和脂肪细胞的体积，延长肥胖人群的饱腹感。慢消化淀粉具有特殊的生理学功能，如缓慢吸收、持续释放能量、有助于维持血糖稳态，预防和治疗各种疾病(如糖尿病、糖原贮积病、心脑血管疾病等)。因而，缓慢消化淀粉可应用于开发特定保健食品、热量持续型运动饮料等产品，还可以作为药物治疗糖尿病、心脑血管疾病、肥胖等。
缓慢消化淀粉由大部分无定形成分和小部分有序结构的双螺旋成分构成。目前的慢消化淀粉生产方法是酶脱支后重结晶，一般是经过普鲁兰酶脱支处理后产生更多的短链，他们通过氢键与疏水作用进行排列和交连，聚集形成结晶结构即产生缓慢消化淀粉，但酶解脱支结晶的效果会受到淀粉分支程度即α-1，6糖苷键的比例的限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有制备消化淀粉的工艺由于受到α-1，6糖苷键的比例限制，消化淀粉中的慢消化淀粉的含量难以进一步提高的问题，并针对该问题提供一种酶解生产含有慢消化淀粉的消化淀粉的方法。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：
一种酶解生产含有慢消化淀粉的消化淀粉的方法，至少包括：
a、将淀粉制成淀粉乳，加热后形成淀粉糊；
b、随后将淀粉糊在20-40℃条件下进行酶解，所采用的酶包括转葡糖苷酶以及淀粉酶，得到酶解产物；
c、将酶解产物醇析离心，得到沉淀物；
d、将沉淀物加热溶解并干燥，得到含有慢消化淀粉的消化淀粉。
在本发明之前，消化淀粉中慢消化淀粉的含量(质量百分比)一般在40％-60％左右，例如玉米在处理之前慢消化淀粉的含量为10-13％，经过本发明的方法后，慢消化淀粉的质量百分比含量为50％-80％。
得到这样的效果，部分原因是：第一，淀粉酶和转葡糖苷酶同时作用水解常规淀粉，以便于生成短分子链、多分枝淀粉分子；
第二，正如本发明背景技术部分提到的，慢消化淀粉由大部分无定形成分和小部分有序结构的双螺旋成分构成。一般的生产方法是经过普鲁兰酶脱支处理后产生更多的短链，随后通过氢键与疏水作用进行排列和交连，聚集结晶形成慢消化淀粉，然而，酶解脱支结晶的效果会受到淀粉分支程度即α-1，6糖苷键的比例的限制，从而使慢消化淀粉的产率无法进一步的提高。为此，本发明在酶解生产慢消化淀粉的过程中，采用了不同于现有技术的酶，即转葡糖苷酶。本发明方法利用转葡糖苷酶能够改变淀粉支链结构的性质，使b步骤的酶解过程积累更多新的α-1，6糖苷键的同时增加酶解速率，达到移除麦芽糖及打破α-1，6糖苷键比例限制的目的，从而可使得到的消化淀粉中慢消化淀粉的含量进一步提高。
具体实施方式
对于本发明方法，通常情况下可以这样实施：
一种酶解生产含有慢消化淀粉的消化淀粉的方法，包括：
1、将淀粉制成质量百分比浓度为1％-60％的淀粉乳，于50-90℃搅拌加热得到淀粉糊，所用淀粉采用市场上普通的谷类、豆类淀粉和薯类淀粉，原料来源广，不受产地和季节的限制；
2、将冷却后的淀粉糊在20-40℃条件下酶解2-5h，所采用的酶包括转葡糖苷酶以及淀粉酶，得到酶解产物，所述淀粉酶为β-淀粉酶及α-麦芽糖淀粉酶中的一种或两种，其中转葡糖苷酶的添加量为0.20-1.50％的干重淀粉量，淀粉酶的添加量为0.30-2.00％的干重淀粉量；
转葡糖苷酶及淀粉酶的添加量和酶解时间能够直接决定了最终产品中慢消化淀粉和异麦芽低聚糖得含量，本发明对这两个参数进行了优化，从而使产品中的慢消化淀粉含量(质量百分比)在一般情况下均大于50％；
β-淀粉酶及α-麦芽糖淀粉酶中的一种或两种能够影响淀粉中的快速消化淀粉、慢消化淀粉以及耐消化淀粉之间的配比，使快消化淀粉比例下降，慢、耐消化淀粉比例升高，也即同样能促进消化淀粉中慢消化淀粉的含量的提高；
另外，本发明在b步骤的酶解过程中还产生了异麦芽低聚糖(IMOs)，IMOs作为生命起源物质，有助于提高人体和动物肠道中的菌群健康，通常情况下，异麦芽低聚糖在消化淀粉中的质量百分比含量为5-15％；
3、酶解结束后加入乙醇，并离心，弃上清，后在沸水浴中用去离子水搅拌加热溶解沉淀物，形成悬浊液；
4、将悬浊液进行喷雾干燥处理，即得含有慢消化淀粉的消化淀粉。
另外，为了使本发明方法中的酶解步骤(即2步骤)能够在适当的情况下进行，该方法在1及2步骤之间还包括淀粉糊在酶解前的处理步骤，该步骤至少包括：
在1步骤得到的淀粉糊上加入缓冲溶液，使淀粉糊的pH值为5.0-5.5，使待酶解淀粉糊的酸碱度调整到本发明所采用酶最适合发挥酶解作用的附近，从而更有利于本发明酶解的进行，使慢消化淀粉的产率提高，具体可以这样进行：
将1步骤得到的淀粉糊高压灭菌，冷却后加入乙酸钠缓冲溶液，使淀粉糊的pH值为5.0-5.5，然后用热液改性处理(即放入50-70℃的水浴中搅拌)；
所述热液改性处理是指在过量或中等的水存在的情况下，在一定温度范围处理淀粉的一种物理方法。该处理能提高无定形区的致密堆积和降低结晶区的结晶度，从而引起淀粉的慢消化特性。
实施例1
常规玉米淀粉(干重，80g)与水混合制备质量百分比浓度为8％的淀粉乳，并在2L烧杯中，于80℃搅拌加热10min得到淀粉糊；
随后对淀粉糊进行121℃高压灭菌20min，冷却后加入乙酸钠缓冲溶液(360mL，0.5mol/L，pH值为5.0)，然后放入55℃水浴中搅拌10min，并加水使加入乙酸钠缓冲溶液后的淀粉糊总体积达到1800mL。
向淀粉糊加入β-淀粉酶和转葡糖苷酶，酶解时间3小时，其中β-淀粉酶加酶量为0.64％的干重淀粉量，转葡糖苷酶加酶量为0.60％的干重淀粉量；
酶解结束后加入等体积(相对于酶解后的总体积而言)的无水乙醇，在3000rpm下离心10min，并用800mL去离子水溶解得到的沉淀物，随后先将溶解液在沸水浴中搅拌加热30min，然后再在室温下搅拌放置过夜，最后进行喷雾干燥，喷雾干燥液体流速为3mL/min，进口和出口温度分别为120℃和75℃，即得到慢消化淀粉的质量百分比含量为52％的消化淀粉，而异麦芽低聚糖的质量百分比含量为10.5％。
实施例2
常规玉米淀粉(干重，80g)与水混合制备质量百分比浓度为8％的淀粉乳，并在2L烧杯中，于80℃搅拌加热10min得到淀粉糊；
随后对淀粉糊进行121℃高压灭菌20min，冷却后加入乙酸钠缓冲溶液(360mL，0.5mol/L，pH值为5.0)，然后放入55℃水浴中搅拌10min，并加水使加入乙酸钠缓冲溶液后的淀粉糊总体积达到1800mL。
向淀粉糊加入α-麦芽糖淀粉酶和转葡糖苷酶，酶解时间3小时，其中α-麦芽糖淀粉酶加酶量为0.70％干重淀粉量，转葡糖苷酶加酶量为0.64％的干重淀粉量，再加入氯化钙，使氯化钙最终浓度为1.78mmol/L，以维持酶的活性。
酶解结束后加入等体积(相对于酶解后的总体积而言)无水乙醇，在3000rpm下离心10min，并用800mL去离子水溶解得到的沉淀物，随后先将溶解液在沸水浴中搅拌加热30min，然后再在室温下搅拌放置过夜，最后进行喷雾干燥，喷雾干燥液体流速为3mL/min，进口和出口温度分别为120℃和75℃，即得到慢消化淀粉质量百分比含量为54％的消化淀粉，而异麦芽低聚糖的质量百分比含量为13.6％。
实施例3
常规马铃薯淀粉(干重，80g)与水混合制备质量百分比浓度为8％的淀粉乳，并在2L烧杯中，于7℃搅拌加热10min得到淀粉糊；
随后对淀粉糊进行121℃高压灭菌20min，冷却后加入乙酸钠缓冲溶液(360mL，0.5mol/L，pH值为5.0)，然后放入55℃水浴中搅拌10min，并加水使加入乙酸钠缓冲溶液后的淀粉糊总体积达到1800mL；
向淀粉糊加入β-淀粉酶和转葡糖苷酶，酶解时间3小时，其中β-淀粉酶加酶量为0.64％的干重淀粉量，转葡糖苷酶加酶量为0.6％的干重淀粉量；
酶解结束后加入等体积(相对于酶解后的总体积而言)无水乙醇，在3000rpm下离心10min，并用800mL去离子水溶解得到的沉淀物，随后先将溶解液在沸水浴中搅拌加热30min，然后再在室温下搅拌放置过夜，最后进行喷雾干燥，喷雾干燥液体流速为3mL/min，进口和出口温度分别为120℃和75℃，即得到慢消化淀粉质量百分比含量为76％的消化淀粉，而异麦芽低聚糖的质量百分比含量为5.5％。
实施例4
常规马铃薯淀粉(干重，80g)与水混合制备质量百分比浓度为8％的淀粉乳，并在2L烧杯中，于80℃搅拌加热10min得到淀粉糊；
随后对淀粉糊进行121℃高压灭菌20min，冷却后加入乙酸钠缓冲溶液(360mL，0.5mol/L，pH值为5.0)，然后放入55℃水浴中搅拌10min，并加水使加入乙酸钠缓冲溶液后的淀粉糊总体积达到1800mL；
向淀粉糊加入α-麦芽糖淀粉酶和转葡糖苷酶，酶解时间3小时，其中α-麦芽糖淀粉酶加酶量为0.70％干重淀粉量，转葡糖苷酶加酶量为0.64％的干重淀粉量再加入氯化钙，使氯化钙最终浓度为1.78mmol/L，以维持酶的活性；
酶解结束后加入等体积(相对于酶解后的总体积而言)无水乙醇，在3000rpm下离心10min，并用800mL去离子水溶解得到的沉淀物，随后先将溶解液在沸水浴中搅拌加热30min，然后再在室温下搅拌放置过夜，最后进行喷雾干燥，喷雾干燥液体流速为3mL/min，进口和出口温度分别为120℃和75℃，即得到慢消化淀粉质量百分比含量为78％的消化淀粉，而异麦芽低聚糖的质量百分比含量为7.5％。
Claims (4)
1.一种酶解生产含有慢消化淀粉的消化淀粉的方法，包括：
a、将淀粉制成淀粉乳，加热后形成淀粉糊；
b、随后将淀粉糊在20-40℃条件下进行酶解，所采用的酶包括转葡糖苷酶以及淀粉酶，得到酶解产物；
c、将酶解产物醇析离心，得到沉淀物；
d、将沉淀物加热溶解并干燥，得到含有慢消化淀粉的消化淀粉。
2.根据权利要求1所述的一种酶解生产含有慢消化淀粉的消化淀粉的方法，其特征在于b步骤中采用的淀粉酶为β-淀粉酶及α-麦芽糖淀粉酶中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的一种酶解生产含有慢消化淀粉的消化淀粉的方法，其特征在于该方法在a及b步骤之间还包括淀粉糊在酶解前的处理步骤，该步骤至少包括：
在a步骤得到的淀粉糊上加入缓冲溶液，使淀粉糊的pH值为5.0-5.5。
4.根据权利要求1所述的一种酶解生产含有慢消化淀粉的消化淀粉的方法，其特征在于所述转葡糖苷酶的添加量为0.20-1.50％的干重淀粉量，淀粉酶的添加量为0.30-2.00％的干重淀粉量，酶解时间为2-5h。
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