CN104593452A - 一种利用微波技术制备抗性淀粉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于淀粉深加工领域，具体涉及一种利用微波技术制备抗性淀粉的方法。特征在于：(1)将原淀粉配制为淀粉乳液，用微波对淀粉预糊化；(2)将预糊化物料于适当温度和压力下压热处理；物料冷却后，用耐高温α-淀粉酶和普鲁兰酶水解淀粉至链长为20-120DP；(3)将物料平铺于平板上，4℃存放3～5h后，用微波加热物料至30～50℃，冷却至室温，重复温度循环过程2-4次，至淀粉水分含量小于14％，粉碎后过筛，得抗性淀粉A；(4)向抗性淀粉A中加入水，热处理；调pH至1.5～2，振荡反应，调pH至7～8，加胰酶酶解，过滤，滤饼用气流干燥至水分含量为14％以下，粉碎后过100目筛，得高纯度抗性淀粉B。

Description

一种利用微波技术制备抗性淀粉的方法

技术领域

本发明属于淀粉加工技术领域。具体涉及一种利用微波技术制备抗性淀粉的方法。

背景技术

抗性淀粉(resistant starch,简称RS)是指在人体小肠内无法消化吸收的淀粉(>120min)，抗性淀粉具有预防和缓解便秘、糖尿病、减肥以及促进脂类代谢等生理功能，类似于膳食纤维只在大肠中被微生物发酵利用，促进肠道健康。淀粉糊化后在一定条件下放置，直链淀粉可发生双螺旋结合，或刚性较强分子链，难以被消化系统的酶水解，而为抗性淀粉中最重要的一类。与膳食纤维相比，抗性淀粉不仅有相似的潜在生理功能，而且还有独特的理化性质：在人体大肠内可以完全被肠道微生物降解，并产生有益短链脂肪酸，有利于人体健康.

抗性淀粉作为一种优良的膳食营养增强剂应用于食品中。抗性淀粉为白色粉末且无味，添加后对食品的感观和质地特性无影响；持水性低，便于加工控制；糊化温度高(>100℃)，热稳定性高，便于作为功能性原料可添加到相关食品加工的各个领域。将抗性淀粉应用到米面类食品中，如面包、馒头、面条等主食制品，对改善人体肠道健康及身体健康具有重要意义。

在湿热条件下，淀粉糊化后完全处于水合状态，直链淀粉从淀粉颗粒逸出，在溶液中随机卷曲缠绕形成高聚物，在冷却过程中聚合物的分子链通过氢键重新聚集，形成双螺旋结构，结晶度增加。天然淀粉通常含有支链淀粉和直链淀粉2个主要级分。其中，直链淀粉的链结构更容易形成双螺旋结构，直链淀粉链长为10DP(degree of polymerization)为形成双螺旋所需的最短链长，当直链淀粉的链长大于100DP时，双螺旋结构的形成被抑制，直链淀粉的链长为10-100DP时对抗性淀粉(RS)的形成最有利。支链淀粉仅较长的外链容易发生双螺旋，采用酶法，对支链淀粉进行脱支，增加淀粉中的直链淀粉含量，并控制直链淀粉的链长，有利于抗性淀粉的形成。温度对于RS含量有较大影响，淀粉结晶结构形成过程中，当温度接近玻璃化转变温度，结晶成核速度增加，但是晶体生长速度较慢，当温度增加时，有利于晶体的生长。采用温度循环方式，在较低温度促进晶核的形成，然后在较高温度使晶体生长速度增大，有利于晶体的形成，且晶球数量少、尺寸大且较完善。

目前抗性淀粉制备方法主要有物理法、化学法及酶法等方法。采用上述方法(本发明也是其中之一)不仅制备的抗性淀粉含量偏低，而且淀粉经糊化或酶处理后冷却时间需要1～30天不等，老化过程时间较长，生产效率低；化学方法制备抗性淀粉可能使产品存在化学残留等问题，限制了产品的食品中的应用。

微波是频率为0.3GHz～300GHz的高频电场，极性分子或基团在高频电场中发生响应，致使分子急剧摩擦、碰撞，物料内各部分在同一瞬间获得热量而升温。微波作用会使物料失水，促进分子高级结构发生变化。在微波场的作用下，淀粉分子中的极性基团产生取向并发生高频摆动，造成分子链的断裂，从而使分子量和分子尺寸减小，淀粉分子构象发生变化，分子链的取向性增加，导致有序性增加，导致有序性增加，使抗性淀粉含量和分子链刚性增加，有利于淀粉回生，抗性淀粉增加，酶解敏感性下降。将微波技术应用于抗性淀粉的制备，在干燥的同时促进淀粉发生老化，有利于增加抗性淀粉含量。

本发明以原淀粉为原料，经过充分糊化后，采用耐高温α-淀粉酶及普鲁兰酶水解淀粉，调整淀粉分子链的链长，使淀粉的分子链达到最佳长度，随后采用低温储藏技术及微波薄层干燥诱导分子链的有序化并干燥固化，获得抗性淀粉。产品的抗性淀粉含量高，生产时间缩短。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种利用微波处理及干燥技术制备获得高纯度抗性淀粉的方法。本发明不仅工艺简单，实用性强，制备周期大大缩短，显著增加了抗性淀粉的得率及产品抗性淀粉含量，结构稳定；可大大扩宽微波技术在食品工业中的应用，产生明显的经济效益和社会效益。

本发明通过以下技术方案实现：

一种利用微波后处理技术制备抗性淀粉的方法，所述的制备方法包括淀粉预糊化、压热处理和酶解、老化、干燥和精制步骤。依次得到终产品抗性淀粉A和高纯度抗性淀粉B；具体制备步骤如下：

1)淀粉的预糊化：以原淀粉(本发明指的是未改性的淀粉，下同)为原料，加入适量的水，配制成10～30％淀粉浆，在室温下振荡5min，使淀粉与水混合为均匀的样品，将混匀样品在80～100℃下预糊化15～45min，得到预糊化物料；

2)压热处理及酶解：将步骤1)的预糊化物料放置于110～135℃，0.1MPa的条件下压热处理25～40min；待物料冷却后，调整pH至5.5～6.5，按1～50U/g淀粉的量加入耐高温的α-淀粉酶，在温度为80～92℃下酶解5～25min，冷却至40℃后，调整pH至4.5～5.5，按4～50U/g淀粉的量加入普鲁兰酶，在温度为40～55℃下酶解4～24h，得到分子链链长为20～120DP的链段；

3)老化及干燥：将步骤2)所得的物料均匀的平铺于平板上，使淀粉层厚度为0.1～2mm，于4℃下存放3～5h，再将平板置于微波炉中，按微波剂量为0.1～1.6w/g物料处理物料，当物料温度达到30～55℃后，取出所述的平板冷却至室温，于4℃条件下静置3～5h，重复上述步骤2～4次，至淀粉中的水分含量为10～15％；将干燥后的物料粉碎后过100目筛，得抗性淀粉A；

精制：在所得的抗性淀粉A中，按抗性淀粉质量与水的体积比为1:30添加水，振荡混匀，在90～120℃下热处理0.5～1h；再用盐酸调整淀粉溶液的pH至1.5～2，在35-40℃下振荡反应0.5～1h，然后再调节淀粉溶液的pH至7～8，加入250～350U/g淀粉的胰酶，在35-40℃下酶解90～150min，过滤，将所得滤渣用90～100℃的气流干燥10～25s至水分含量为10～15％，粉碎，过100目筛，得到高纯度抗性淀粉B。

上述步骤1)中所述的原淀粉选自玉米、大米、小麦、马铃薯、甘薯、蚕豆、绿豆、豌豆原淀粉中的一种。

与现有技术相比，本发明的特点或优势在于：

1.本发明将物理法与酶法联合使用，并将微波技术应用于抗性淀粉的制备，有效的提高了抗性淀粉的含量，纯度达到45％以上，且获得的产品安全，结构稳定，热稳定性好，适用于各种食品。

2.本发明中采用低温(4℃)及高温(微波加热干燥过程)循环处理，有效的利用了高分子材料在储藏过程中低温条件下容易形成晶核，高温条件促进晶体生长的结晶特点，增加了产品的结晶度及抗性淀粉含量。

3.本发明将微波技术应用于抗性淀粉的生产，应用微波技术有利于淀粉分子有序性增加及促进结晶形成等特点，将微波技术应用于促淀粉老化及淀粉干燥过程，有效提高抗性淀粉含量的同时使制备工艺时间缩短至24h以内。

4.本发明采用微波干燥技术对淀粉进行干燥，成本低，效率高，易于实现工业化生产。

附图说明:

图1：是本发明的实施例中微波功率对抗性淀粉含量的影响。

图2：是本发明的实施例中微波终止温度对抗性淀粉含量的影响。

具体实施方式

下面结合实例，详细的说明本发明的实施方法和效果，但本发明不限于以下实施例。

实施例1利用微波后处理法制备抗性淀粉

称取高直链玉米淀粉(直链淀粉含量为70％)0.75kg，加入4.25kg的自来水，使淀粉浆液浓度为15％，在室温下振荡5min，使淀粉与水混合均匀，得到淀粉浆样品。将所得的得到淀粉浆样品在100℃下预糊化30min。将预糊化淀粉置于温度为121℃，压力为0.1MPa条件下的高压灭菌锅内压热糊化30min，冷却至85℃后，调整pH至6.0，加入20U/g淀粉的耐高温α-淀粉酶(上海晶纯生化科技股份有限公司，阿拉丁试剂)，在温度为85℃条件下，酶解15min。调整pH至5.2，加入30U/g淀粉的普鲁兰酶(美国杰能科公司)，在温度为50℃条件下，酶解4h，使淀粉链段的长度为20～110DP。将酶解后的物料分为为两部分，其中一部分在4℃条件下储藏24h，然后放置于45℃干燥箱内干燥至水分含量达到14％，粉碎，过100目筛，即得热风干燥的抗性淀粉(“CRS”即热风干燥抗性淀粉)；另外一部分样品平铺于平板上，使淀粉层厚度为1mm，然后将平板放置于4℃条件下4h，取出平板，将平板放置于微波炉中，调整功率微波炉的功率为0.75w/g物料，当物料温度达到50℃后，取出物料冷却至室温后，继续放置于4℃条件下4h，重复上述步骤3次，测得淀粉水分含量为14％。将干燥的样品放置于粉碎机中进行粉碎，过100目筛，即得微波处理及干燥的抗性淀粉(WRS)。将所得抗性淀粉用国际通用的标准AOAC2002.2(AOAC代表美国分析化学家协会，制定国际通用的标准，AOAC2002.2相当于一种抗性淀粉的测定标准，类似于国标)测定含量，制备时间及抗性淀粉含量见表1。

表1不同制备方式的抗性淀粉制备时间及RS含量

实施例2:酶解对抗性淀粉制备的影响

本实施例的基础制备方式同实施例1。本实施例的不同点在于压热处理后，物料分为酶解和不酶解两部分。其中酶解部分是将预糊化物料冷却至85℃后，调整pH至6.0，加入20U/g淀粉的耐高温α-淀粉酶(上海晶纯生化科技股份有限公司，阿拉丁试剂)，在温度为85℃条件下，酶解15min。调整pH至5.2，加入30U/g淀粉的普鲁兰酶(美国杰能科公司)，在温度为50℃条件下，酶解4h，使淀粉链段的长度为20～110DP。将酶解后的物料与另外一部分物料分别平铺于平板上，使淀粉层厚度为1mm，然后将平板放置于4℃条件下4h，取出平板，将平板放置于微波炉中，调整微波炉功率为0.75w/g物料，对物料进行干燥处理，当物料温度达到50℃后，拿出物料冷却至室温后，继续放置于4℃条件下4h，重复上述步骤3次，测得淀粉水分含量为14％。将干燥的样品放置于粉碎机中进行粉碎，过100目筛，即得未酶解处理的抗性淀粉RS-1及酶解处理的抗性淀粉RS-2。其中抗性淀粉含量采用AOAC2002.2法测定，酶解对抗性淀粉含量的影响见表2。由表2可知，经过酶解处理后，抗性淀粉含量增加。

表2酶解对抗性淀粉含量的影响

实施例3:微波剂量及微波终止温度对抗性淀粉制备的影响

本实施例的基础制备方式同实施例1。不同点在于，将样品酶解后平铺于平板上，使淀粉层厚度为0.1～2mm，然后将平板放置于4℃条件下4h，取出平板，将平板放置于微波炉中，调整微波炉功率分别为0.1，0.4，0.7，1.0，1.3，1.6w/g物料，对物料进行干燥处理，当物料温度达到30，35，40，45，50，55℃后，拿出物料冷却至室温后，继续放置于4℃条件下4h，重复上述步骤3次，测得淀粉水分含量为14％。将干燥后的样品放置于粉碎机中进行粉碎，过100目筛，即得抗性淀粉。抗性淀粉含量采用国际通用的标准AOAC2002.2法测定，微波剂量及微波终止温度对抗性淀粉含量的影响见图1，图2。由图1可知，随着微波剂量的增加，抗性淀粉含量呈先增大后减小的趋势，当采用微波剂量为1W/g物料时，抗性淀粉含量最高，达48.32％。由图2可知，随着微波终止温度的增加，抗性淀粉含量也呈先增大后减小的趋势，当微波终止温度为50℃时，抗性淀粉含量为48.31％。

实施例4:抗性淀粉的热稳定性实验

称取0.2g的本发明制备的抗性淀粉，加入15mL醋酸钠缓冲液(0.5mol/L,pH＝5.2)，振荡混匀，加入5mL 300U/g淀粉的胰酶(sigma公司)和100U/g淀粉的糖化酶(sigma公司)混合液，在温度为37℃条件下，酶解0，20min，120min后，采用葡萄糖氧化酶试剂盒(上海名典生物工程有限公司)测定消化液中葡萄糖含量，计算抗性淀粉的营养片段组成；

称取0.2g的本发明制备的抗性淀粉，加入15mL醋酸钠缓冲液(0.5mol/L,pH＝5.2)，沸水浴处理30min，边加热便振荡，冷却至37℃后，加入5mL 300U/g淀粉的胰酶和100U/g淀粉的糖化酶的混合液，在温度为37℃条件下，酶解0，20min，120min后，采用葡萄糖氧化酶试剂盒测定消化液中葡萄糖含量，计算抗性淀粉的营养片段组成，结果见表3。由表3可知，制备的抗性淀粉经热处理后，其抗性淀粉含量较未经过热处理的抗性淀粉含量降低，但两者抗性淀粉含量差异较小，表明通过微波后处理制备的抗性淀粉热稳定性较好。

注：醋酸钠缓冲液的配制方式为：称取30g醋酸溶液于烧杯中，加入900mL蒸馏水，采用4mol/L的NaOH溶液调节溶液pH至5.2，定容至1000mL。

表3抗性淀粉的营养片段组成

实施例5：高纯度抗性淀粉的制备

本实施例的基础制备方式同实施例1中微波干燥抗性淀粉(WRS)相同。不同之处在于：考虑到淀粉在加工工程及人体消化过程中的酸碱和酶的作用，为使抗性淀粉到达大肠以发挥其生理作用，模拟加工及消化过程对抗性淀粉进行精制。在过100目筛的淀粉中加入水(1:30，w/w)，振荡混匀，在100℃条件下热处理0.5h；用盐酸调整溶液pH至2.0，在37℃条件下振荡反应0.5h，再调节pH至7.5，加入300U/g淀粉的胰酶，于37℃条件下，酶解120min，过滤，获得的滤饼采用气流干燥(90℃，20s)，干燥至水分含量为14％以下，粉碎，过100目筛，得到高纯度抗性淀粉B，其得率为52％。抗性淀粉B含量按国际通用的标准AOAC2002.2法测定，实测含量为82.43％。

实施例6：精制条件对抗性淀粉含量的影响

抗性淀粉的制备与实施例5相同，其中精制条件不同，不同精制条件(加热或酶解)获得抗性淀粉含量及得率见表4。

表4不同肠道模拟条件对抗性淀粉含量及得率的影响

由表5的结果可以看出：采用不同的酶浓度及pH值模拟胃肠环境,对抗性淀粉的得率和纯度具有较大的影响。综合考虑到实际生产成本及时间成本，选择肠道环境pH为7.5，加入300U/g淀粉的胰酶，在37℃条件下，酶解120min，获得的抗性淀粉得率及纯度最好。

Claims (2)

1.一种利用微波技术制备抗性淀粉的方法，其特征在于，所述的制备方法包括淀粉预糊化、压热处理及酶解、老化及干燥和精制步骤制备依次得到终产品抗性淀粉A和高纯度抗性淀粉B；具体制备步骤如下：

1)淀粉的预糊化：以原淀粉为原料，加入适量的水，配制成10～30％淀粉浆，室温振荡5min，使淀粉与水混合均匀，将混匀样品在80～100℃下预糊化15～45min，得到预糊化物料；

2)压热处理及酶解：将步骤1)的预糊化物料放置于110～135℃，0.1MPa的条件下压热处理25～40min；待物料冷却后，调整pH至5.5～6.5，按1～50U/g淀粉的量加入耐高温的α-淀粉酶，在温度为80～92℃下酶解5～25min，冷却至40℃后，调整pH至4.5～5.5，按4～50U/g淀粉的量加入普鲁兰酶，在温度为40～55℃下酶解4～24h，得到分子链链长为20～120DP的链段；

3)老化及干燥：将步骤2)所得的物料均匀的平铺于平板上，使淀粉层厚度为0.1～2mm，于4℃下存放3～5h，再将平板置于微波炉中，按微波剂量为0.1～1.6w/g物料处理物料，当物料温度达到30～55℃后，取出所述的平板冷却至室温，于4℃条件下静置3～5h，重复上述步骤2～4次，至淀粉中的水分含量为10～15％；将干燥后的物料粉碎后过100目筛，得抗性淀粉A；

4)精制：在所得的抗性淀粉A中，按抗性淀粉质量与水的体积比为1:30添加水，振荡混匀，在90～120℃下热处理0.5～1h；再用盐酸调整淀粉溶液的pH至1.5～2，在35～40℃下振荡反应0.5～1h，然后再调节淀粉溶液的pH至7～8，加入250～350U/g淀粉的胰酶，在35～40℃下酶解90～150min，过滤，将所得滤渣用90～100℃的气流干燥10～25s至水分含量为10～15％，粉碎，过100目筛，得到高纯度抗性淀粉B。

2.如权利要求1所述的一种利用微波后处理技术制备抗性淀粉的方法，其特征在于，所述的原淀粉选自玉米、大米、小麦、马铃薯、甘薯、蚕豆、绿豆、豌豆原淀粉中的一种。