CN103114114B

CN103114114B - 一种生物酶-低温冻融协同制备慢消化小麦淀粉的方法

Info

Publication number: CN103114114B
Application number: CN201310058866.3A
Authority: CN
Inventors: 陈寒青; 谢耀宇; 胡晓沛; 高洁; 张婷
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2013-02-25
Filing date: 2013-02-25
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2033-02-25
Also published as: CN103114114A

Abstract

本发明公开了一种生物酶-低温冻融协同制备慢消化小麦淀粉的方法，首先通过生物酶法对淀粉进行脱支处理，经回生作用形成大部分结构致密完美结晶，再经过低温反复冻融处理，破坏淀粉完美结晶，形成具有大部分不完美结晶的结构，从而提高慢消化性淀粉的含量。本发明慢消化小麦淀粉中慢消化淀粉含量≥30%，高温蒸煮（100℃）后慢消化淀粉残留量达到95%以上，特别适合开发成糖尿病人的食品，具有性质稳定、安全性高、血糖生成指数低、葡萄糖利用率高等特点，易于实现工业化生产。

Description

一种生物酶-低温冻融协同制备慢消化小麦淀粉的方法

一、技术领域

本发明属于淀粉改性加工领域，具体涉及一种生物酶-低温冻融协同制备缓慢消化性小麦淀粉的方法。

二、背景技术

从营养学的角度出发，根据淀粉的消化速率与程度，淀粉可被分为快消化淀粉（Rapidlydigestible starch,RDS）、慢消化淀粉(Slowly digestible starch,SDS)和抗性淀粉(Resistant starch,RS)。慢消化淀粉对于调理及预防新陈代谢类疾病具有重要作用，包括控制血糖浓度，减少餐后体内循环的游离脂肪酸含量，缓解由于高浓度血糖刺激线粒体产生的氧自由基对细胞膜和DNA产生的氧化胁迫效应。因此，研究如何制备高含量、可实际利用的慢消化淀粉具有重要的营养学意义。由于淀粉类食品经过热处理会破坏原淀粉中慢消化淀粉的性质，因此只有通过改变淀粉分子的分子结构以实现食品中淀粉具有缓慢消化特性。目前，制备慢消化淀粉的方法主要有：

1、化学方法：化学方法是通过在淀粉分子链接上官能团使其具有慢消化性质的分子结构。如通过辛烯基琥珀酸酯化、酶法脱支-脂质复合等方法，制备出一定含量的热稳定性慢消化淀粉。

2、物理方法：物理方法是通过淀粉糊化后的回生作用使淀粉凝胶中非定型区域转化为结晶结构，这种结晶结构对淀粉酶的降解有一定的抵抗作用。如湿热处理、压热处理、变温结晶回生等方法。

3、生物酶法：生物酶法是利用淀粉酶，如普鲁兰酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶等，对淀粉进行脱支处理，缩短淀粉颗粒表面支链淀粉长度，提高淀粉分支程度，从而提高淀粉抗消化性。

低温技术在食品中的应用目前主要集中于食品的贮藏保鲜、灭菌方面。事实上，低温处理对于食品的质构、性质、感官等方面会产生显著影响。研究表明，经低温处理的马铃薯淀粉颗粒，比表面积由0.36g/m²提高至1.64g/m²，其膨胀度与抵抗α-淀粉酶的消化性发生显著改变。

淀粉糊化与回生过程，简言之，即淀粉微观结构从有序到无序，再从无序到有序的过程。被糊化的淀粉由于氢键断裂，双螺旋结构被破坏，结晶结构解体，形成具有快消化特性的淀粉。随后产生的回生作用，使得淀粉分子之间通过氢键重新缔合，形成混合微晶束。回生作用初始形成的不完美结晶即是SDS淀粉的主要结构组成。随着回生作用的加强，结晶结构变得更加致密，形成完美结晶结构即是RS淀粉的主要结构组成。本发明通过低温冻融技术能够有效促进不完美结晶结构的形成，进而提高SDS淀粉含量。现有制备SDS技术中，如化学方法，需要加入化学药品，生产成本较高，产品安全性差，并且不适宜进行热加工处理。而物理方法涉及到使用价格昂贵的超声波、超高压等设备，生产成本高，实现连续化生产的技术难度大。

三、发明内容

本发明旨在提供一种生物酶-低温冻融协同制备慢消化小麦淀粉的方法，以提高小麦淀粉中SDS的含量。本发明慢消化小麦淀粉具有较低的酶降解速率、血糖生成指数低、葡萄糖利用率高等特点。本发明方法新颖，安全无污染，产品具有良好热稳定性，并且本发明所涉及的生产设备制造成本低，易于实现连续化生产。

本发明通过生物酶对淀粉进行脱支处理，经回生作用首先形成大部分结构致密的完美结晶，再经低温反复冻融处理，破坏淀粉的完美结晶，形成具有大部分不完美结晶的结构，从而达到提高SDS含量的目的。

本发明生物酶-低温冻融协同制备慢消化小麦淀粉的方法，包括生物酶处理、低温冻融以及后处理各单元过程：

所述生物酶处理是将1kg小麦淀粉与pH值4.3的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液混合，配制成质量浓度10%的淀粉悬浮液，随后于90℃糊化处理60min得到淀粉乳，冷却至58℃后向淀粉乳中加入混合酶酶解16-20小时，然后在压力0.06-0.08MPa、温度110℃条件下用高压灭菌锅灭酶15min，于20-25℃静置6-24小时回生处理得到淀粉凝胶，具有完美晶体结构，所述混合酶为普鲁兰酶和葡萄糖苷转移酶。

所述普鲁兰酶的添加量为每升淀粉乳2×10⁴-6×10⁴ASPU，所述葡萄糖苷转移酶的添加量为每升淀粉乳3×10³-5×10³U。

普鲁兰酶活力单位（ASPU）是指在温度60℃、pH=4.5的条件下，从2wt%可溶性淀粉溶液中每分钟释放相当于葡萄糖的一个还原当量所需的酶量；葡萄糖苷转移酶活力单位（U）是指在温度60℃、pH=5.0的条件下，从2wt%可溶性淀粉溶液中每60min产生1μg葡萄糖所需的酶量。

所述低温冻融是将所述淀粉凝胶在-5~-20℃下冻藏8-24h，再解冻至室温，重复冻藏、解冻过程1-3次，优选3次，得到低温冻融后的淀粉凝胶，低温冻融后的淀粉凝胶具有大部分不完美晶体。

所述后处理是将低温冻融后的淀粉凝胶于40℃真空干燥3h，再于42℃鼓风干燥4h，粉碎并过100目筛后得到慢消化小麦淀粉。

本发明普鲁兰酶与葡萄糖苷转移酶均为市购。

本发明采用Englyst法测定慢消化淀粉的含量，经过生物酶-低温冻融协同处理的慢消化小麦淀粉中慢消化淀粉含量≥30%，高温蒸煮（100℃）后慢消化淀粉残留量达到95%以上。

本发明生物酶处理后得到的淀粉凝胶经干燥粉碎直接制得的小麦淀粉中抗性淀粉的含量为38-66.5%，慢消化淀粉含量为10.2-13.1%；而低温冻融后的淀粉凝胶经干燥粉碎后得到的小麦淀粉中抗性淀粉的含量为14.7-33.8%，慢消化淀粉含量为33.3-45.6%。抗性淀粉在小肠内由于抵抗酶的作用，所以不能被消化吸收，只能在大肠中被微生物发酵利用，而慢消化淀粉能在小肠中缓慢地被人体完全消化吸收，可以调控餐后血糖指数，减少餐后胰岛素反应，缓慢持续释放能量。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明制备所得慢消化性淀粉产品没有经过化学改性处理，保证了产品的食用安全性。与单一酶作用相比，经过混合酶（普鲁兰酶与葡萄糖苷转移酶）作用有效提高了小麦淀粉中直链淀粉的含量以及淀粉中α-1,6糖苷键与α-1,4糖苷键之间的比例，促进了淀粉回生过程中完美结晶的形成。

2、与未经过低温冻融处理的回生淀粉相比，经过3次低温冻融处理得到的小麦淀粉中RS含量由冻融前的66.5%降低至33.8%，SDS含量由10.2%提高到41.6%。出现上述结果的原因是由于采用了不同于传统的慢消化性淀粉的制备方法，本方法是先得到含大部分完美结晶结构的淀粉凝胶，再经过低温反复冻融处理破坏完美结晶结构，形成具有大部分不完美结晶结构的淀粉凝胶，经干燥粉碎后，即得到高含量且具有热稳定性的缓慢消化性淀粉。

3、本发明制备得到的慢消化小麦淀粉中SDS与RS为主要组成部分，含量分别为41.6%和33.8%。因此，本发明制备得到的小麦淀粉具有明显的慢消化性质，具有调节血糖、减少餐后胰岛素反应等作用。本发明制备的产品特别适合开发针对于糖尿病患者的食品，应用前景广阔。

4、本发明生产工序简单，所涉及的生产设备制造成本低，易于实现连续化生产。

四、附图说明

图1是实施例1中冻融次数对小麦淀粉中RDS、SDS以及RS含量的影响。从图1中可以看出淀粉凝胶于20℃回生6h后形成的淀粉中RDS，SDS，RS含量分别为50.3%、11.7%和38%。经冻融处理后RS含量降低，而SDS含量提高，并且经过三次冻融处理后SDS含量达到33.3%。

图2是实施例2中冻融次数对小麦淀粉中RDS、SDS以及RS含量的影响。从图2中可以看出淀粉凝胶于23℃回生15h后形成淀粉中RDS、SDS和RS含量分别为30.1%、13.1%和56.8%。经冻融处理后RS含量降低，而SDS含量提高，并且经过三次冻融处理后SDS含量达到45.6%。

图3是实施例3中冻融次数对小麦淀粉中RDS、SDS以及RS含量的影响。从图3中可以看出淀粉凝胶于25℃回生24h后形成淀粉中RDS、SDS和RS含量分别为23.3%、10.2%和66.5%。经冻融处理后RS含量降低，而SDS含量提高，并且经过三次冻融处理后SDS含量达到41.6%。

图4是天然小麦淀粉的热稳定性实验结果。从图4中可以看出，天然小麦淀粉经蒸煮处理后SDS含量由52%降低至10.5%，热稳定性差。

图5是实施例1中改性淀粉（冻融三次）的热稳定性实验结果。从图5中可以看出，本发明改性淀粉（冻融三次）经蒸煮处理后SDS含量由33.3%降低至32.6%，而SDS残留量达98%，热稳定性好。

图6是实施例2中改性淀粉（冻融三次）的热稳定性实验结果。从图6中可以看出，本发明改性淀粉（冻融三次）经蒸煮处理后SDS含量由45.6%降低至44.2%，SDS残留量达97%，热稳定性好。

图7是实施例3中改性淀粉（冻融三次）的热稳定性实验结果。从图7中可以看出，本发明改性淀粉（冻融三次）经蒸煮处理后SDS含量由41.6%降低至40.4%，SDS残留量达97%，热稳定性好。

五、具体实施方式

非限定实施方式叙述如下：

实施例1：

1、称取1kg小麦淀粉，加入pH值为4.3的缓冲液（0.2M磷酸氢二钠溶液与0.1M柠檬酸溶液配制而成），配制成浓度为10%的淀粉悬浮液，在温度90℃水浴条件下加热60min得到淀粉乳，室温冷却至温度58℃，向淀粉乳中加入普鲁兰酶与葡萄糖苷转移酶，普鲁兰酶与葡萄糖苷转移酶的添加量分别为每升淀粉乳2×10⁴ASPU、3×10³U，搅拌下酶解16h，酶解结束后用高压灭菌锅在压力0.07Mpa、温度110℃条件下高压灭酶15min，然后在20℃条件下储存6h形成淀粉凝胶。

2、将淀粉凝胶于-5℃冻藏8h，再解冻至室温，如此反复冻融3次。将经过3次冻融处理的淀粉凝胶于温度40℃条件下真空干燥3h，再于42℃条件下鼓风干燥4h，粉碎并过100目筛得到慢消化小麦淀粉，简称改性淀粉。

经测定，制得的慢消化小麦淀粉中SDS含量达33.3%，高温蒸煮（100℃）后SDS残留量达到98%。

实施例2：

1、称取1kg小麦淀粉，加入pH值为4.3的缓冲液（0.2M磷酸氢二钠溶液与0.1M柠檬酸溶液配制而成），配制成浓度为10%的淀粉悬浮液，在温度90℃水浴条件下加热60min得到淀粉乳，室温冷却至温度58℃，向淀粉乳中加入普鲁兰酶和葡萄糖苷转移酶，普鲁兰酶与葡萄糖苷转移酶的添加量分别为每升淀粉乳4×10⁴ASPU、4×10³U，搅拌下酶解18h，酶解结束后用高压灭菌锅在压力0.07Mpa、温度110℃条件下高压灭酶15min，然后在温度23℃条件下储存15h形成淀粉凝胶。

2、将淀粉凝胶于低温-15℃冻藏16h，再解冻至室温，如此反复冻融3次。将经过3次冻融处理的淀粉凝胶于40℃条件下真空干燥3h，再于42℃条件下鼓风干燥4h，粉碎并过100目筛得到慢消化小麦淀粉，简称改性淀粉。

经测定，制得的慢消化小麦淀粉中SDS含量达45.6%，高温蒸煮（100℃）后SDS残留量达到97%。

实施例3：

1、称取1kg小麦淀粉，加入pH值为4.3的缓冲液（0.2M磷酸氢二钠溶液与0.1M柠檬酸溶液配制而成），配制成浓度为10%的淀粉悬浮液，在温度90℃水浴条件下加热60min得到淀粉乳，室温冷却至温度58℃，向淀粉乳中加入普鲁兰酶和葡萄糖苷转移酶，普鲁兰酶与葡萄糖苷转移酶的添加量分别为每升淀粉乳6×10⁴ASPU、5×10³U，搅拌下酶解20h，酶解结束后用高压灭菌锅在压力0.07MPa、温度110℃条件下高压灭酶15min，然后在温度25℃条件下储存24h形成淀粉凝胶。

2、将淀粉凝胶于-20℃冻藏24h，再解冻至室温，如此反复冻融3次。将经过3次冻融处理的淀粉凝胶于40℃条件下真空干燥3h，再于42℃条件下鼓风干燥4h，粉碎并过100目筛得到慢消化小麦淀粉，简称改性淀粉。

经测定，制得的慢消化小麦淀粉中SDS含量达41.6%，高温蒸煮（100℃）后SDS残留量达到97%。

Claims

1.一种生物酶-低温冻融协同制备慢消化小麦淀粉的方法，包括生物酶处理、低温冻融以及后处理各单元过程，其特征在于：

所述生物酶处理是将1kg小麦淀粉与pH值4.3的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液混合，配制成质量浓度10%的淀粉悬浮液，随后于90℃糊化处理60min得到淀粉乳，冷却至58℃后，向淀粉乳中加入混合酶酶解16-20小时，然后在压力0.06-0.08MPa、温度110℃条件下灭酶15min，于20-25℃静置6-24小时得到淀粉凝胶，所述混合酶为普鲁兰酶和葡萄糖苷转移酶；

所述低温冻融是将所述淀粉凝胶在-5~-20℃下冻藏8-24h，再解冻至室温，重复冻藏、解冻过程3次，得到低温冻融后的淀粉凝胶；

所述后处理是将低温冻融后的淀粉凝胶于40℃真空干燥 3h，再于42℃鼓风干燥4h，粉碎并过100目筛后得到慢消化小麦淀粉；

所述普鲁兰酶的添加量为每升淀粉乳2×10⁴-6×10⁴ ASPU，所述葡萄糖苷转移酶的添加量为每升淀粉乳3×10³-5×10³ U。