CN106174444B - 湿热处理塔拉胶/淀粉复合物制备缓慢消化淀粉的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了湿热处理塔拉胶/淀粉复合物制备缓慢消化淀粉的方法。该方法先将塔拉胶缓慢加入蒸馏水中，并于70～90℃搅拌使塔拉胶完全溶解，冷却至室温；加入淀粉，于室温下搅拌均匀；所得产物于40～50℃下烘至产物的水分质量含量低于20％，然后放入湿热反应器中于115～125℃反应4～24h，自然冷却后干燥，粉碎，过筛得到目标产物。本发明以淀粉为原料，塔拉胶为辅料，采用物理手段极大的提高了缓慢消化淀粉的含量，简化制备缓慢消化淀粉的工艺，有效提高收率，降低能耗，生产过程无废液、无污染。制备的缓慢消化淀粉可用作功能性食品基料，有效降低糖尿病、肥胖症和心脏‐循环系统疾病的产生。
Description
技术领域
本发明涉及生产食品及食品添加剂的技术，尤其涉及一种湿热处理食品胶与淀粉复合物制备高含量缓慢消化淀粉的方法。该方法利用可再生资源的淀粉及塔拉胶为原料，生产出降低人体血糖负荷、缓慢持续释放能量的功能性食品添加剂。
背景技术
缓慢消化淀粉(slowly digestible starch，SDS)指的是在小肠中被完全消化吸收但速率较慢的淀粉，具有缓慢释放葡糖糖、利于血糖控制等特殊功效。淀粉构成了人体的主要能量来源。近年来，人类饮食中淀粉的摄入量已获得广泛关注。能量消耗与饮食中高能量食物摄入量间的不平衡导致了一些新陈代谢疾病的产生，如：肥胖和糖尿病。依据营养特性，Englyst和Cummings等将食品中的淀粉分为快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)、抗性淀粉(RS)三类。缓慢消化淀粉包含无定形结构和结晶结构，在小肠中消化缓慢(20～120min)，故能持续释放能量，并维持血糖水平。根据FAO报道，血糖生成指数(GI)高的食物，在胃肠道内被快速消化成葡糖糖，导致血糖峰值急剧增高，血糖波动剧烈；低GI食物可在胃肠道中长时间停留，缓慢释放葡萄糖，不引起剧烈餐后血糖反应，有利于控制血糖的平衡，保持机体机能的稳定。Ells和Seal则发现SDS与低或中等程度的GI(≤70)相似，具有降低血糖负荷的功能。Axelsen等提出可以使用未蒸煮过的玉米淀粉作为获得SDS的来源，被已患有糖尿病的人群食用后，能够有效改善下一餐的血糖应答水平，防止夜晚出现低血糖的症状。此外，大量流行病学研究表明，人体食用富含SDS的食物，不仅有利于血糖的控制、有益于身心健康，还可以有效地去预防和治疗肥胖、心血管疾病、糖尿病等各种慢性疾病及代谢综合症，对于维持人体的饱腹感和减少饥饿感、改善人的认知功能等方面都起着至关重要的影响。SDS目前已成为现代营养学和食品科学等领域研究的热点，更引起了国内外学者对其研究的兴趣。但SDS的形成受很多因素的影响，目前国内市场尚未有商品化的SDS。
慢消化淀粉由于具有较低的GI，可有效降低糖尿病、肥胖症和心脏‐循环系统疾病的发生，因此可作为功能成分添加进入谷类食物、小吃、焙烤食品等，缓慢释放能量。各食品的方法和配方可根据不同添加比例来控制工艺条件，在改善风味的同时，还增加了保健功能。因此可作为食品功能成分，制备含SDS的特膳食品。
目前，生成具有缓慢消化性质的淀粉可以运用化学改性、酶法改性、物理改性以及复合改性等方法。从酶解的角度，通过在淀粉分子链上添加官能团的化学改性可以达到目的。然而，大多数化学改性(氧化乙酰化、交联和酯化)会使淀粉变成抗性淀粉。酶法改性包括改变支链的分子结构、链长和分支模式。Lee等采用分支酶和β‐淀粉酶水解蜡质玉米淀粉来得到富含SDS的样品，样品的α‐(1→6)糖苷键的比例增加，链长减小，这样高分支的淀粉样品结构在体外和体内消化实验中都表现出缓慢消化的性质。物理改性是通过一些物理手段比如加热、挤压、辐射等，是淀粉的结构和理化性质发生变化。热处理是较为常用的技术，其中，湿热处理可以用来增加淀粉颗粒的热稳定性，因为它增加了晶型的完美程度，增强了分子间非晶态和结晶态的相互作用。复合改性则是采用两种或两种以上的方法或手段协同处理淀粉。Shin等采用柠檬酸处理大米淀粉协同热处理得到热稳定性良好的SDS。
目前，酶法生产慢消化淀粉较为常见，主要以淀粉为原料，经糊化处理后，利用酶制剂，如普鲁兰酶、α‐淀粉酶等，于一定温度、pH条件下在缓冲液中对淀粉脱支得到大量短链淀粉，灭酶后再经低温冷藏使之凝沉并重新排列，得到不完美晶体，从而提高SDS含量。此法存在以下缺点：(1)酶制剂价格较高，不利于控制生产成本；(2)需确定最佳酶活力条件，并在制备过程中严格控制条件，以保证酶活；(3)生产周期较长，能耗高且工艺较为繁琐。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种能够维持人体血糖水平稳定的慢消化性淀粉含量达到35％～55％的慢消化淀粉的制备方法。
我国于2006年批准了塔拉胶作为食品添加剂增稠剂，目前一般与其它胶体混合应用于冷冻食品、果冻、果酱、肉制品、烘焙食品等食品中。塔拉胶具有很好的热稳定性、化学稳定性和耐剪切性，故常添加在食品中用作增稠剂、胶凝剂及稳定剂。湿热处理能有效提高淀粉中缓慢消化淀粉片段的含量。本发明发现淀粉(含有螺旋结构的物质)会与塔拉胶产生协同作用，在水中形成凝胶结构，能建立一种在多相组成的食品内的网络结构，从而改变食品中淀粉的消化性；本发明首次将塔拉胶与湿热处理结合应用于淀粉，以淀粉为原料，采用塔拉胶共混协同湿热处理，制得了更高含量的慢消化性淀粉，慢消化性淀粉含量达到35％～55％。此外，由于本发明中的操作步骤简单，样品转移次数少，生产过程中能耗低、样品损失少；且由于使用的是纯物理方法，所需的仪器设备及原料、辅料成本低。因此，较之常用的化学法或酶法，本发明能有效提高慢消化淀粉含量和收率，降低能耗及生产成本；同时，本发明采用纯物理方法，无废液、无污染，为一种可持续发展的生产工艺。
本发明目的通过如下技术方案实现：
一种湿热处理塔拉胶/淀粉复合物制备缓慢消化淀粉的方法，包括如下步骤：
1)将塔拉胶缓慢加入蒸馏水中，并于70～90℃搅拌使塔拉胶完全溶解，冷却至室温；
2)加入淀粉，于室温下搅拌均匀；所述塔拉胶用量为淀粉干基重量的0.5～2％；
3)将步骤2)所得产物于40～50℃下烘至产物的水分质量含量低于20％；
4)将步骤3)所得产物放入湿热反应器中于115～125℃反应4～24h；
5)待步骤4)产物自然冷却后，烘干，经粉碎、过筛得最终缓慢消化淀粉。
为进一步实现本发明目的，优选地，所述搅拌使塔拉胶完全溶解是在150～200rpm转速下磁力搅拌15～30min。
优选地，所述蒸馏水的加入量为淀粉干基质量的3～4倍。
优选地，所述室温下搅拌均匀是在室温下150～200rpm磁力搅拌30～60min。
优选地，所述淀粉为玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、绿豆淀粉、豌豆淀粉中的一种或多种。
优选地，所述玉米淀粉为蜡质玉米淀粉、普通玉米淀粉或高链玉米淀粉。
优选地，步骤5)所述烘干是在40～50℃下进行。
优选地，将步骤2)所得产物于40～50℃下烘至产物的水分质量含量17～20％。
本发明得到的产品为无异味、无沙齿、无杂物白色粉末。慢消化淀粉产率90％以上，含量达35～55％，水分小于10％。
本发明所用的原料为淀粉，包括玉米淀粉(蜡质玉米淀粉、普通玉米淀粉和高链玉米淀粉)、马铃薯淀粉、木薯淀粉、绿豆淀粉、豌豆淀粉等各种已经商业化了的淀粉。原料中塔拉胶为市场上常见的食品添加剂。将塔拉胶分散于水中，加热使之充分水化，从而利于在水介质中与之后加入的淀粉混合均匀，为湿热反应做准备。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明塔拉胶共混结合湿热处理制备缓慢消化淀粉，现有技术多采用酶法，辅以重结晶技术，收率较低，产品质量不稳定，难以实现商品化。而化学法则会产生废液污染环境。本法采用纯物理方法即塔拉胶共混协同湿热处理，经混合、湿热、粉碎、过筛等工序得到慢消化淀粉，生产工序大大简化。
(2)产品的功能性质易控制，本发明制备的慢消化淀粉，从原料淀粉到产品的过程中，始终为颗粒状态，产品的理化性质随胶添加量及湿热反应条件的不同而发生变化，得到不同慢消化淀粉含量的产品，可据需要应用不同的产品。
(3)生产效率高，收率高，成本低。本发明与现有技术的制备方法相比，工艺大幅简化，产品收率提高，能耗降低，生产成本约降低。由于产品增加了功能性，可广泛应用于谷类食物、小吃、焙烤食品等，在不影响口感、风味的同时，在食用后持续向身体机能提供能量，维持合适的血糖水平，避免发生胰岛素抵抗现象，并改善食品的保水性能等。
(4)本发明技术工序简单，易于实现连续自动化生产。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的实施方式不限如此。
下面实施例中，慢消化淀粉含量的测定方法(Englyst法)如下：
①样品过100目筛后，精确称量200mg(干基)的样品于50mL离心管中，加入15mL乙酸钠缓冲液及5粒玻璃珠，涡旋混匀，置于37℃恒温振荡水浴中。
②待样品温度平衡后，加入5mL混酶液(α‐淀粉酶、葡萄糖苷淀粉酶，过量)，准确计时，分别在20min和120min时吸取0.5mL反应液加入装有20mL95％乙醇的离心管中，混匀，离心。
③取0.1mL上清液于10mL离心管中，加入3.0mLGOPOD，于45℃水浴20min后取出。
④以蒸馏水或缓冲液为校准，于510nm处用分光光度计测定样品及葡萄糖标准的吸光度，获得△A样品和△A标准。
葡萄糖含量(ug/0.1mg)＝△A样品/△A标准×100
SDS(％)＝(G120‐G20)×0.9/TS
G20：淀粉酶水解20min后产生的葡萄糖含量(mg)；
G120：淀粉酶水解120min后产生的葡萄糖含量(mg)；
TS：总淀粉含量(mg)。
实施例1
将占木薯淀粉干基重0.5％的塔拉胶缓慢加入占淀粉干基3.7倍重的蒸馏水中，并于90℃磁力搅拌15min使胶完全溶解，并冷却至室温；
加入淀粉，于室温下磁力搅拌30min；
将复合物于50℃下烘至水分含量17.29％；
将样品放入湿热反应器中于120℃反应4h；
待样品自然冷却后，在50℃下烘干，经粉碎、过筛得最终样品。
用Englyst法测得的20min～120min之间被酶消化为葡萄糖的即为慢消化淀粉。
用Englyst法测得缓慢消化淀粉含量为35.7％。通过称量最终产品质量，计算其与原料质量的比值，可得知本实施例的产品收率为93％。
由于生产过程中，是在室温下对淀粉及塔拉胶进行混合，随后的湿热处理虽然温度高，但水分含量低，也不足以使淀粉糊化，故始终保持颗粒状态，且可通过显微镜或扫描电镜观察到颗粒形态。所得产品中的慢消化性淀粉含量会因胶添加量及湿热反应条件不同而不同。本实施例从原料淀粉到产品的过程中，始终为颗粒状态，产品的理化性质随胶添加量及湿热反应条件的不同而发生变化，得到不同慢消化淀粉含量的产品，可据需要应用不同的产品。
实施例2
将占马铃薯淀粉干基重1％的塔拉胶缓慢加入占淀粉干基3.8倍重的蒸馏水中，并于80℃磁力搅拌20min使胶完全溶解，并冷却至室温；
加入淀粉，于室温下磁力搅拌30min；
将复合物于45℃下烘至水分含量为19.54％；
将样品放入湿热反应器中于120℃反应12h；
待样品自然冷却后，在45℃下烘干，经粉碎、过筛得最终样品。
用Englyst法测得缓慢消化淀粉含量为45.8％。本实施例的产品收率为90％。
实施例3
将占普通玉米淀粉干基重2％的塔拉胶缓慢加入占淀粉干基3.9倍重的蒸馏水中，并于70℃磁力搅拌30min使胶完全溶解，并冷却至室温；
加入淀粉，于室温下磁力搅拌60min；
将复合物于40℃下烘至水分含量18.12％；
将样品放入湿热反应器中于120℃反应24h；
待样品自然冷却后，在40℃下烘干，经粉碎、过筛得最终样品。
用Englyst法测得缓慢消化淀粉含量为54.7％。本实施例的产品收率为92％。
本发明实施例方法的缓慢消化淀粉收率在90％以上，含量为35％～55％。由于本发明中的操作步骤简单，样品转移次数少，生产过程中能耗低、样品损失少。此外，由于淀粉与塔拉胶的协同作用结合湿热处理，使得缓慢消化淀粉含量得以提高。因此，本发明能在较低成本条件下，获得较多产品，及较高含量的缓慢消化淀粉，减少生产过程损耗。
常用的酶法工艺需要反复的冷热处理，能耗较高。本发明只用到水浴搅拌混合以及湿热处理，能耗较低。
缓慢消化淀粉作为一种功能成分添加在食品中，可缓慢释放葡糖糖、利于血糖控制，有效预防和治疗糖尿病、肥胖等代谢异常类疾病。由于湿热处理的淀粉目前主要应用于低水分的烘焙类食品中，因此较好的持水性，及低吸潮性有利于食品的保存。而相比于一般的膳食纤维，淀粉的吸水性差，即不易吸潮，而且添加的塔拉胶也具有较好的持水性，因此说能够改善持水性能，更准确的说是降低吸湿性。
Claims (8)
1.湿热处理塔拉胶/淀粉复合物制备缓慢消化淀粉的方法，其特征在于包括如下步骤：
1）将塔拉胶缓慢加入蒸馏水中，并于70~90℃搅拌使塔拉胶完全溶解，冷却至室温；
2）加入淀粉，于室温下搅拌均匀；所述塔拉胶用量为淀粉干基重量的0.5~2%；
3）将步骤2）所得产物于40~50℃下烘至产物的水分质量含量20%以下；
4）将步骤3）所得产物放入湿热反应器中于115~125℃反应4~24h；
5）待步骤4）产物自然冷却后，烘干，经粉碎、过筛得最终缓慢消化淀粉。
2.根据要求权利1所述的湿热处理塔拉胶/淀粉复合物制备缓慢消化淀粉的方法，其特征在于，所述搅拌使塔拉胶完全溶解是在150~200rpm转速下磁力搅拌15~30min。
3.根据要求权利1所述的湿热处理塔拉胶/淀粉复合物制备缓慢消化淀粉的方法，其特征在于，所述蒸馏水的加入量为淀粉干基质量的3~4倍。
4.根据要求权利1所述的湿热处理塔拉胶/淀粉复合物制备缓慢消化淀粉的方法，其特征在于，所述室温下搅拌均匀是在室温下150~200rpm磁力搅拌30~60min。
5.根据要求权利1所述的湿热处理塔拉胶/淀粉复合物制备缓慢消化淀粉的方法，其特征在于，所述淀粉为玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、绿豆淀粉、豌豆淀粉中的一种或多种。
6.根据要求权利5所述的湿热处理塔拉胶/淀粉复合物制备缓慢消化淀粉的方法，其特征在于，所述玉米淀粉为蜡质玉米淀粉、普通玉米淀粉或高链玉米淀粉。
7.根据要求权利1所述的湿热处理塔拉胶/淀粉复合物制备缓慢消化淀粉的方法，其特征在于，步骤5）所述烘干是在40~50℃下进行。
8.根据要求权利1所述的湿热处理塔拉胶/淀粉复合物制备缓慢消化淀粉的方法，其特征在于，将步骤2）所得产物于40~50℃下烘至产物的水分质量含量17~20%。
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