CN107418988B - 一种抗消化淀粉及其制备方法和应用 - Google Patents

一种抗消化淀粉及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗消化淀粉及其制备方法和应用，属于淀粉精深加工领域。包括以下步骤：按淀粉质量百分数为5％～15％的比例将淀粉和磷酸缓冲液配成淀粉浆后糊化，加入酶膜反应器内，依次采用截留分子量分别为1000Da和100000Da且固定化普鲁兰酶或异淀粉酶的超滤膜进行酶解与超滤，固定化酶的活力为10～55ASPU/g淀粉，在截留得到的滤液中加入脂溶性酚类衍生物于压力场下复配后经乙醇洗涤、干燥得到产品。本发明所得抗消化淀粉为淀粉与脂溶性酚类衍生物的复合物，具有抗消化、抗氧化与抑菌活性，可用于功能活性物质控制释放的载体材料，有利于递送系统中功能因子的稳定。

Description

一种抗消化淀粉及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及淀粉精深加工领域，特别涉及利用酶膜反应制备具有抗氧化和抑菌功能的抗消化淀粉，并将其用于生物活性物质控制释放领域的研究与开发。
背景技术
淀粉作为主要的碳水化合物膳食来源，为人类提供主要能量来源；同时，淀粉作为仅次于纤维素的可再生资源，价廉易得、安全无毒和生物相容性好，常被用作药物以及功能因子等递送载体的构建。长期以来，各国研究者都十分重视天然多糖的开发与利用，特别是通过各种修饰手段对淀粉的改性及以淀粉基材料为载体的功能因子递送系统构建一直是科技工作者和功能食品开发商的研究热点。
根据食物营养功能目的，功能因子的生物利用度是功能因子在人体内高效发挥其特性的保障。淀粉基功能因子递送载体除了具备一般食品具有的营养功能或感官功能(色、香、味)外，在储藏或运输过程中，应赋予稳定的环境以避免功能因子失活、降解等不良反应；其次，其载体材料本身在人体上消化道传送过程中应具有良好抵御消化道内酶分子侵扰的能力，确保功能因子功能的有效发挥。为了兼顾功能因子功能特性保持和生物利用有效性的新理念，设计出健康、营养的淀粉基功能因子载体材料及其递送系统已经成为食品科学领域的研究热点。
目前，有部分研究者利用淀粉基载体材料构建能在口服传输过程中提高药物/功能因子的靶点输送效率和生物利用度。Pu H.Y.等在“醋酸酯淀粉制备药物结肠靶向控释微丸”(Pu H,Chen L,Li X,et al.An oral colon-targeting controlled release systembased on resistant starch acetate:synthetization,characterization,andpreparation of film-coating pellets.Journal of agricultural and foodchemistry,2011,59(10):5738-5745.)一文中介绍：淀粉经醋酸酯化后抗消化淀粉含量提高，同时负载5-氨基水杨酸微丸经醋酸酯化淀粉薄膜包衣后具备较好的结肠靶向控释行为；Situ W.B.等在“抗消化淀粉薄膜包衣微丸结肠靶向控释多肽”(Situ W,Chen L,WangX,et al.Resistant starch film-coated microparticles for an oral colon-specific polypeptide delivery system and its release behaviors.Journal ofagricultural and food chemistry,2014,62(16):3599-3609.)一文中介绍，负载有胰岛素的微丸经RS3型抗消化淀粉薄膜包衣后提高了胰岛素生物利用度；申请号为CN201210303144.5公开了“一种淀粉基水凝胶控缓释载体材料及其制备方法和应用”，淀粉经微波处理，冷却、干燥后制备得到淀粉基水凝胶控缓释载体材料，可用于功能活性物质控制释放的载体构建。此外，也有研究者利用淀粉与其他成分复配制备得到淀粉基功能因子载体材料。Meneguin A.B.等在“抗性淀粉-果胶复合膜的结肠靶向控缓释”(Meneguin A B,Cury B S F,Evangelista R C.Films from resistant starch-pectin dispersionsintended for colonic drug delivery.Carbohydrate polymers,2014,99:140-149.)一文介绍，果胶-淀粉复合物经凝沉处理制备得到抗消化淀粉复合物，可抵抗上消化道酶分子的侵扰，从而实现结肠靶向控缓释功能活性成分，提高活性成分的靶点输送效率；申请号为CN 201010018138.6公开了“一种低血糖应答特性的控缓释淀粉衍生物的生产方法”，该发明以淀粉为芯材，以卡拉胶或海藻酸钠与壳聚糖复配物作为壁材，通过添加钙盐及微胶囊包埋技术制备具有低血糖应答特性的控缓释衍生物，可作为益生菌、活性多肽等功能因子稳态化与靶向控缓释的载体材料；申请号为CN 201610934813.7公开了“一种多功能慢消化淀粉及其制备方法与应用”，淀粉糊化后同时复合脂肪酸及脂溶性酚类物质，脂溶性酚类物质进入淀粉螺旋空腔，提高抗消化淀粉含量的同时延缓脂肪酸氧化酸败。目前，以淀粉基载体材料构建药物/功能因子传输体系的研究多集中在如何提高递送载体对人体极端环境的抵御能力，而关于如何利用淀粉基载体材料保持药物/功能因子活性的报道较为欠缺；其次，生产该类载体材料的规模较小、生产效率较低，不利于产业化大规模生产。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术制备功能因子递送系统的不足，采用一种工艺简单、快捷方便的加工方法，连续化制备得到既能确保功能因子功能特性的同时又能抵御人体消化道极端环境的淀粉基载体材料。本发明利用酶膜反应器连续化反应系统，结合脂溶性酚类衍生物的复配，制备富含抗消化淀粉及具备抑菌、抗氧化等活性的淀粉基载体材料。
为实现上述目的，本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种抗消化淀粉的制备方法，包括以下步骤：
按淀粉质量百分数为5％～15％的比例将淀粉和磷酸缓冲液配成淀粉浆后糊化，加入酶膜反应器内，依次采用截留分子量分别为1000Da和100000Da且均固定化普鲁兰酶或异淀粉酶的超滤膜进行酶解和超滤，在所得的滤液中加入脂溶性酚类衍生物于压力场下复配后经乙醇洗涤、干燥得到产品。
所述脂溶性酚类衍生物为没食子酸月桂酯和/或抗坏血酸棕榈酯。
所述脂溶性酚类衍生物添加量为淀粉质量1％～20％；优选地，脂溶性酚类衍生物添加量为淀粉质量7～20％。
复配压力为0.5～8MPa，复配温度为60～80℃，复配时间为20～120min；优选的，复配压力为3～8MPa，复配时间为50～120min。
所述超滤膜上固定化酶的含量为10～55ASPU/g淀粉，酶解-超滤温度为50～65℃，处理时间为30～120min。
优选地，固定化酶活力为30～55ASPU/g淀粉，酶解-超滤处理时间为60～120min。
所述磷酸缓冲液的pH为4.5～6.5。
所述淀粉选用玉米、马铃薯、木薯、大米、藜麦、小麦、高粱、豌豆、山药和甘薯淀粉中的一种或两种以上。
上述方法制备的抗消化淀粉可应用于功能活性物质控制释放的载体材料。
利用该方法制备的抗消化淀粉可用于功能因子的递送载体，高效靶向下消化道递送功能因子；同时，脂溶性酚类物质有较高抗氧化与抑菌活性，有利于功能因子在加工、储存及人体消化道中的稳定。
本发明以酶膜反应器代替传统抗消化淀粉加工装置，加工方法简单、转化率高、自动化可控程度高；此外，以具有抗氧化、抑菌等活性的没食子酸月桂酯、抗坏血酸棕榈酯等酚类物质衍生物(一端脂肪酸疏水端，另一端为多酚亲水端)为客体，利用该类物质的脂肪酸疏水端与淀粉络合形成的抗消化淀粉增强淀粉基材料对消化道酶分子的抵御能力，提高功能因子的靶向输送效率；同时，其多酚亲水端处于淀粉螺旋空腔外，可保护功能因子不受氧气、细菌等外界因素胁迫而失去活性，确保功能因子在加工、储藏与生物利用过程中保持较高功能特性。
淀粉基功能因子递送系统在制备和利用过程中确保功能因子的功能特性是开发功能食品首要考虑的因素。天然存在的淀粉未加改性不具备保护功能因子活性的特点，同时在消化道传输过程中容易受到酶分子的侵袭，导致功能因子活性的丧失。部分脂溶性多酚(没食子酸月桂酯、抗坏血酸棕榈酯等)同时具备脂肪酸疏水端和多酚亲水端，可与淀粉形成淀粉-脂质复合物，控制淀粉基载体材料在人体消化道的消化速率；其次，多酚物质具有抗氧化、抑菌活性，结合其特性是确保功能因子的活性在加工和储藏过程中不受氧气、细菌等外界胁迫影响的关键。
直链淀粉含量是保证淀粉-脂溶性酚类衍生物复合物形成的关键。本发明利用固定化普鲁兰酶或异淀粉酶的截留分子量为1000Da和100000Da的超滤膜对淀粉进行脱支酶解和超滤处理，同时除去短直链淀粉片段和脱支程度低的淀粉簇状部分，获得的淀粉分子易与脂溶性酚类衍生物(没食子酸月桂酯和抗坏血酸棕榈酯等)形成抗消化淀粉，同时赋予复合物抗氧化与抑菌活性，有利于递送系统中功能因子的稳定。
本发明的有益效果为：
(1)本发明采用的淀粉来源广，价廉易得，能广泛应用于淀粉精深加工领域。
(2)本发明开发的淀粉基载体材料的抗消化淀粉较高，可抵御上消化道酶分子的侵袭，高效靶点输送功能因子；同时，脂溶性酚类物质具有抗氧化、抑菌等活性，降低功能因子及其递送系统在加工、储藏过程中受氧气、细菌等外界胁迫的影响，较大程度保证功能因子的活性。
(3)本发明所采用的制备抗消化淀粉的方法，具有简单、转化率高、自动化可控程度高，利于较大规模生产；可避免当前反复凝沉加工制备抗消化淀粉存在工艺复杂、成本高、产率低的问题。
具体实施方式
为了更好的理解本发明方法，下面结合实施例对本发明方法做进一步说明，但本发明方法的实施方式并不仅仅局限于实施例表述的范围。
实施例1
将普通玉米淀粉和磷酸缓冲液(pH 5.0)按淀粉质量百分数为5％的比例配成淀粉浆，糊化后，加入酶膜反应器内，50℃下，依次采用截留分子量分别为1000Da和100000Da且固定化30ASPU/g淀粉的普鲁兰酶的超滤膜进行酶解和超滤，处理30min得到滤液，在滤液中加入淀粉干基质量5％的没食子酸月桂酯，60℃、0.5MPa下复配30min。最后以70％乙醇洗涤、干燥得产品。
采用Englyst方法测定本实施例制备的抗消化淀粉的消化性能；通过计算培养基中金黄色葡萄球菌菌落总数衡量淀粉-没食子酸月桂酯的抑菌活性；利用DPPH法测定复合物的抗氧化活性。对照样品为普通玉米淀粉。
经试验测定，本实施例制备的产品抗消化性淀粉含量为25.63±0.98％，对照样品抗消化淀粉含量为5.01±1.02％；产品的抑菌率为38.27±1.34％；产品的抗氧化活性为52.56±2.18％，对照样品抗氧化活性为11.09±0.83％；说明本发明制备的产品降低了淀粉的消化性能，同时赋予复合体系抗氧化和抑菌活性。
实施例2
将马铃薯淀粉和磷酸缓冲液(pH 6.0)按淀粉质量百分数为8％的比例配成淀粉浆，糊化后，加入酶膜反应器内，55℃下，依次采用截留分子量分别为1000Da和100000Da且固定化35ASPU/g淀粉的普鲁兰酶的超滤膜进行酶解和超滤，处理50min得到超滤，在滤液中加入淀粉干基质量10％的抗坏血酸棕榈酯，70℃、4.5MPa下复配100min。最后以70％乙醇洗涤、干燥得产品。
采用Englyst方法测定本实施例制备的抗消化淀粉的消化性能；通过计算培养基中金黄色葡萄球菌菌落总数衡量淀粉-抗坏血酸棕榈酯的抑菌活性；利用DPPH法测定复合物的抗氧化活性。对照样品为马铃薯淀粉。
经试验测定，本实施例制备的产品抗消化性淀粉含量为38.96±1.17％，对照样品抗消化淀粉含量为6.01±1.33％；产品的抑菌率为47.71±2.98％；产品的抗氧化活性为64.84±1.65％，对照样品抗氧化活性为10.23±1.32％；说明本发明制备的产品降低了淀粉的消化性能，同时赋予复合体系抗氧化和抑菌活性。
实施例3
将木薯淀粉和磷酸缓冲液(pH 4.8)按淀粉质量百分数为10％的比例配成淀粉浆，糊化后，加入酶膜反应器内，57℃下，依次采用截留分子量分别为1000Da和100000Da且均固定化45ASPU/g淀粉的异淀粉酶的超滤膜进行酶解和超滤，处理110min后得到滤液，在滤液中加入淀粉干基质量15％的没食子酸月桂酯，70℃、6MPa下复配80min。最后以70％乙醇洗涤、干燥得产品。
采用Englyst方法测定本实施例制备的抗消化淀粉的消化性能；通过计算培养基中金黄色葡萄球菌菌落总数衡量淀粉-没食子酸月桂酯的抑菌活性；利用DPPH法测定复合物的抗氧化活性。对照样品为木薯淀粉。
经试验测定，本实施例制备的产品抗消化性淀粉含量为40.19±1.38％，对照样品抗消化淀粉含量为6.01±1.36％；产品的抑菌率为53.17±1.62％；产品的抗氧化活性为69.06±1.85％，对照样品抗氧化活性为11.02±1.81％；说明本发明制备的产品降低了淀粉的消化性能，同时赋予复合体系抗氧化和抑菌活性。
实施例4
将高链玉米淀粉和磷酸缓冲液(pH 5.5)按淀粉质量百分数为12％的比例配成淀粉浆，糊化后，加入酶膜反应器内，55℃下，依次采用截留分子量分别为1000Da和100000Da且均固定化35ASPU/g淀粉的异淀粉酶的超滤膜进行酶解和脱支，处理70min得到滤液，在滤液中加入淀粉干基质量10％的没食子酸月桂酯和10％的抗坏血酸棕榈酯，80℃、8MPa下复配60min。最后以70％乙醇洗涤、干燥得产品。
采用Englyst方法测定本实施例制备的抗消化淀粉的消化性能；通过计算培养基中金黄色葡萄球菌菌落总数衡量淀粉-没食子酸月桂酯/抗坏血酸棕榈酯的抑菌活性；利用DPPH法测定复合物的抗氧化活性。对照样品为高直链玉米淀粉。
经试验测定，本实施例制备的产品抗消化性淀粉含量为49.36±2.03％，对照样品抗消化淀粉含量为10.16±1.99％；产品的抑菌率为65.74±1.87％；产品的抗氧化活性为72.07±2.79％，对照样品抗氧化活性为11.35±1.66％；说明本发明制备的产品降低了淀粉的消化性能，同时赋予复合体系抗氧化和抑菌活性。
实施例5
对照组1
将普通玉米淀粉和磷酸缓冲液(pH 5.0)按淀粉质量百分数为5％的比例配成淀粉浆，糊化后，加入酶膜反应器内，50℃下，依次采用截留分子量分别为1000Da和100000Da且固定化30ASPU/g淀粉的普鲁兰酶的超滤膜进行酶解和超滤，处理30min后得到滤液，滤液在60℃、0.5MPa下处理30min。最后以70％乙醇洗涤、干燥得产品A。
对照组2
将玉米淀粉和磷酸缓冲液(pH 5.0)按淀粉质量百分数为5％的比例配成淀粉浆，糊化后，50℃下，依次采用截留分子量分别为1000Da和100000Da的超滤膜进行超滤，处理30min后得到滤液，在滤液中加入淀粉干基质量5％的没食子酸月桂酯，60℃、0.5MPa下复配30min。最后以70％乙醇洗涤、干燥得产品B。
采用Englyst方法测定实施例1、对照组1和对照组2制备得到的产品的消化性能；通过计算培养基中金黄色葡萄球菌菌落总数衡量淀粉-没食子酸月桂酯的抑菌活性；利用DPPH法测定复合物的抗氧化活性。
经试验测定，实施例1、对照组1和对照组2制备得到的产品的消化性能、抑菌活性和抗氧化活性如表1所示。
Figure BDA0001394672750000091
由上表可知，本发明制备的产品抗消化淀粉含量高，利用其构建口服功能因子递送载体可有效抵御消化道酶分子的侵袭；同时，复合体系具有较高抗氧化和抑菌活性，利用该产品作为功能因子载体材料可保护功能因子在加工、储藏过程中的稳定性。对比糊化酶解后的淀粉(对照组1)和糊化淀粉-脂溶性多酚复合物(对照组2)，糊化酶解后的淀粉抗消化淀粉较低，抑菌活性和抗氧化活性低，不利于功能因子在加工、储藏和穿过消化道过程中的活性保持；糊化淀粉-脂溶性多酚复合物含有较高抑菌活性、抗氧化活性和抗消化淀粉含量，但均小于由本发明方法制备得到淀粉-脂溶性多酚复合物的抑菌、抗氧化活性以及抗消化淀粉含量，导致功能因子在贮运过程和人体消化道中失去活性；本发明的产品抗消化淀粉含量高，抗氧化与抑菌活性强，能保证功能因子在储藏和口服过程中保持较高活性，最大化发挥功能因子的功效。
显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定；凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种抗消化淀粉的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
按淀粉质量百分数为5％～15％的比例将淀粉和磷酸缓冲液配成淀粉浆后糊化，加入酶膜反应器内，依次采用截留分子量分别为1000 Da和100000Da且固定化普鲁兰酶或异淀粉酶的超滤膜进行酶解与超滤，固定化酶的活力为10～55 ASPU/g淀粉，在截留得到的滤液中加入脂溶性酚类衍生物于压力场下复配后经乙醇洗涤、干燥得到产品；复配压力为0.5～8 MPa，复配温度为60~80 ℃，复配时间为30～100 min；所述脂溶性酚类衍生物为没食子酸月桂酯和/或抗坏血酸棕榈酯，脂溶性酚类衍生物添加量为淀粉质量5～20%。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酶解与超滤温度为50～65 ℃，处理时间为30～120 min。
3.根据权利要求 2所述的制备方法，其特征在于，所述酶解与超滤时间为60～120min，固定化酶的活力为30～55 ASPU/g淀粉。
4.根据权利要求 3所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸缓冲液的pH 为4.5～6.5。
5.根据权利要求 4所述的制备方法，其特征在于，所述淀粉选用玉米、马铃薯、木薯、大米、藜麦、小麦、高粱、豌豆、山药和甘薯淀粉中的一种。
6.权利要求1～5任意一项所述方法制备的抗消化淀粉。
7.权利要求6所述的抗消化淀粉在作为功能活性物质控制释放的载体材料中的应用。
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