CN108047340A - 一种改善淀粉慢消化性能的改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善淀粉慢消化性能的改性方法，属于生物改性淀粉领域。本发明利用淀粉分支酶将细长型的淀粉分子转变成矮胖型的结构更加紧密的分支结构，从而减缓了淀粉消化的速率。通过对改性底物进行控制，采取先颗粒淀粉改性后糊化淀粉改性的两阶段处理，达到增强淀粉分支酶改性效果的目的，进一步提高改性淀粉中慢消化生淀粉的含量，降低淀粉消化速率，为生物改性制备慢消化淀粉的提供思路。

Description

一种改善淀粉慢消化性能的改性方法
技术领域
本发明涉及一种改善淀粉慢消化性能的改性方法，属于生物改性淀粉领域。
背景技术
淀粉作为人类和大多数动物的主要能量来源，常用于食品、医药、纺织等工业领域中。当代社会，消费者对营养健康的追求日趋强烈，摄入后能够维持饱腹感、持续而缓慢提供能量的食品满足了消费者的需求。天然淀粉中的慢消化淀粉被人体摄入后可以缓慢吸收、持续释放能量，避免了血糖的剧烈波动，顺应了当今食品发展的趋势，作为食品原料具有极大市场应用前景。
然而天然淀粉在食品加工过程中，经过加热、辐照、煎煮等处理过程，淀粉颗粒结构破坏，抗消化性能急剧减弱，使其难以满足现代消费者的要求。利用物理、化学或生物方法对淀粉进行改性处理，可改变淀粉的分子结构，从而改善淀粉的消化性能，使其满足健康饮食的需要。其中生物酶法具有底物特异性等优势，应用最广泛。淀粉分支酶(Branchingenzyme；BE；EC 2.4.1.18)是一种属于糖苷水解酶13的糖基转移酶，它首先将底物分子上α-1,4糖苷键水解，切下直链葡聚糖片段，继而通过转糖基作用将所切下片段转移至余下底物分子上，形成α-1,6糖苷键。
已有报道中淀粉分支酶改性处理条件较为单一，改性淀粉的消化性能仍有较大改善空间。本发明通过优化改性工艺，提高改性淀粉的慢消化性能。
发明内容
为了提高慢消化淀粉含量，本发明提供了一种改善淀粉慢消化性能的改性方法，通过淀粉分支酶使淀粉分子结构发生改变，具有更小的支链及更高的支化程度，达到减缓淀粉消化的目的。更重要的是，通过对改性底物进行控制，采取先颗粒淀粉改性后糊化淀粉改性的两阶段处理，达到增强淀粉分支酶改性效果的目的，进一步提高改性淀粉中慢消化生淀粉的含量，降低淀粉消化速率，为生物改性制备慢消化淀粉提供思路。
本发明的提高慢消化淀粉含量的生物改性方法，主要包括以下步骤：将淀粉乳样品于50～60℃下预热10～15min后，加入20-50U/g淀粉分支酶，于50～60℃下处理4-20h，置于沸水浴中糊化灭酶后，置于50～60℃下预热10～15min，加入20-50U/g淀粉分支酶后于50～60℃下处理4-20h，终止反应，干燥得到改性淀粉。
在本发明的一种实施反式中，将淀粉乳样品于50～60℃下预热10min后，加入20-50U/g淀粉分支酶，于50～60℃下处理4-20h，置于沸水浴中糊化30min灭酶后，置于50～60℃下预热10min，加入20-50U/g淀粉分支酶后于50～60℃下处理4-20h，终止反应，干燥得到改性淀粉。
在本发明的一种实施方式中，所述淀粉可以是普通玉米淀粉。
在本发明的一种实施方式中，所述淀粉乳质量浓度为5％。
在本发明的一种实施方式中，调节淀粉乳的pH至7.0～8.0。
在本发明的一种实施方式中，淀粉分支酶的添加量为以干基计20-50U/g淀粉。
在本发明的一种实施方式中，加入淀粉分支酶的样品于恒温50～60℃下处理。
在本发明的一种实施方式中，淀粉分支酶来源为热葡糖苷酶地芽孢杆菌(Geobacillus thermoglucosidans STB02)。
本发明的有益效果：
本发明利用淀粉分支酶将细长型的淀粉分子转变成矮胖型的结构更加紧密的分支结构，从而减缓了淀粉消化的速率。通过对改性底物进行控制，采取先颗粒淀粉改性后糊化淀粉改性的两阶段处理，达到增强淀粉分支酶改性效果的目的，进一步提高改性淀粉中慢消化生淀粉的含量，降低淀粉消化速率，为生物改性制备慢消化淀粉的提供思路。
具体实施方式
淀粉消化性的测定方法：
称取0.6g淀粉，50mg瓜尔豆胶于离心管中，加入10mL胃蛋白酶(用0.05M HCl配制成5mg/mL的酶液)，37℃水浴中以160r/min振荡反应30min后加入10.0ml 0.25M乙酸钠缓冲液、30颗玻璃珠(d＝5mm)，混匀后再加入5mL混酶液(胰淀粉酶64.5×103Ceralpha Units/g淀粉、糖化酶167U/g淀粉)，于37℃水浴中反应。
分别反应20min、120min后取250μL反应液于10mL 66.6％乙醇中混匀，混合物于3500rpm离心5min，取100μL上清测定葡萄糖含量测定(葡萄糖氧化酶GOPOD法)。此外，反应120min后的样品振匀后置于沸水浴30min，冷却后加入10.0ml 7M KOH，4℃中放置30min。取0.5ml上述混合液于5.0mL 0.5M乙酸中,加84μL淀粉葡萄糖苷酶于70℃下反应30min后，沸水浴10min。加20mL水稀释，1500rpm下离心5min后，取0.1mL上清进行葡萄糖含量测定。具体计算公式如下：
RDS＝G20×0.9
SDS＝(G120－G20)×0.9
RS＝(TG－G120)×0.9
式中：RDS—快消化淀粉含量；
SDS—慢消化淀粉含量；
RS—抗性淀粉含量；
G20—淀粉酶水解20min后产生的葡萄糖含量；
G120—淀粉酶水解120min后产生的葡萄糖含量；
TG—酶水解后淀粉中总葡萄糖含量
对照例1：淀粉分支酶改性对淀粉乳中慢消化淀粉含量的影响
将玉米淀粉溶于水中制得5％淀粉乳，于50℃下预热10min后，加入30U/g淀粉分支酶，50℃处理10h，沸水浴糊化灭酶30min，终止反应，冷冻干燥得到改性淀粉。改性淀粉消化性测定结果如表1所示。
从反应结果显示，淀粉分支酶改性可以改善玉米淀粉乳的消化性能。淀粉分支酶处理10h后，改性淀粉中快消化淀粉含量显著降低，慢消化淀粉及抗性淀粉含量显著增加。相比对照(未经淀粉分支酶处理)，淀粉分支酶改性后快消化淀粉含量降低8.4％，慢消化淀粉含量增加29.5％，抗性淀粉含量增加17.5％。说明淀粉分支酶改性可改善产物的慢消化性能，改性生成高度分支的结构增加了淀粉的空间位阻，延缓了酶的消化水解。但当前慢消化淀粉水平不足以满足食品工业需求，仍有进一步提升空间。
对照例2：淀粉分支酶改性对淀粉糊中慢消化淀粉含量的影响
将玉米淀粉溶于水中制得5％淀粉乳，沸水糊化30min后加入30U/g淀粉分支酶，于50℃下预热10min后，50℃下处理10h后，沸水浴30min终止反应，冷冻干燥得到改性淀粉。改性淀粉消化性测定结果如表1所示。
表1反应结果显示，以糊化玉米淀粉为底物进行改性10h，制得的改性淀粉中慢消化淀粉含量达24.6％，相比对照提高77.0％，相比对照例1(玉米淀粉颗粒为底物)进一步提高36.7％；快消化淀粉含量对照提高20.4％，相比对照例1(玉米淀粉颗粒为底物)进一步提高13.1％。
对照例3：淀粉分支酶改性对淀粉糊中慢消化淀粉含量的影响
将玉米淀粉溶于水中制得5％淀粉乳，沸水糊化30min后加入30U/g淀粉分支酶，于50℃下预热10min后，50℃下处理20h后，沸水浴30min终止反应，冷冻干燥得到改性淀粉。改性淀粉消化性测定结果如表1所示。
从反应结果显示，以糊化玉米淀粉为底物进行改性20h，制得的改性淀粉中慢消化淀粉含量达25.4％，相比对照提高82.7％，相比对照例1(玉米淀粉颗粒为底物)进一步提高15.0％。说明相比颗粒淀粉为底物进行改性，以糊化淀粉为底物进行淀粉分支酶改性，其改性效果更为显著。淀粉颗粒的破坏有利于底物与酶的充分反应，显著改善了产物的慢消化性能。
实施例1：两阶段改性对淀粉中慢消化淀粉含量的影响
将玉米淀粉溶于水中制得5％淀粉乳，于50℃下预热10min后，加入30U/g淀粉分支酶，50℃处理10h，沸水浴糊化灭酶30min，于50℃下预热10min后，加入30U/g淀粉分支酶，50℃下处理6h后，沸水浴终止反应，冷冻干燥得到改性淀粉。改性淀粉消化性测定结果如表1所示。
从反应结果显示，以分别以颗粒玉米淀粉及糊化玉米淀粉为底物进行两阶段改性，制得的改性淀粉中慢消化淀粉含量达26.0％，相比对照提高87.0％，相比对照例3(糊化玉米淀粉为底物)进一步提高2.4％；快消化淀粉含量对照提高23.9％，相比对照例3(糊化玉米淀粉为底物)进一步提高2.3％。
实施例2：两阶段改性对淀粉中慢消化淀粉含量的影响
将玉米淀粉溶于水中制得5％淀粉乳，于50℃下预热10min后，加入30U/g淀粉分支酶，50℃处理10h，沸水浴糊化灭酶30min，于50℃下预热10min后，加入30U/g淀粉分支酶，50℃下处理8h后，沸水浴终止反应，冷冻干燥得到改性淀粉。改性淀粉消化性测定结果如表1所示。
从反应结果显示，采用两阶段改性策略对玉米淀粉进行改性，制得的改性淀粉中快消化淀粉含量达54.8％，相比对照例3(糊化玉米淀粉为底物)进一步降低5.0％；慢消化淀粉含量达26.3％，相比对照例3(糊化玉米淀粉为底物)进一步增加3.5％；抗性淀粉相比对照例3(糊化玉米淀粉为底物)进一步增加11.8％。
实施例3：两阶段改性对淀粉中慢消化淀粉含量的影响
将玉米淀粉溶于水中制得5％淀粉乳，于50℃下预热10min后，加入30U/g淀粉分支酶，50℃处理10h，沸水浴糊化灭酶30min，于50℃下预热10min后，加入30U/g淀粉分支酶，50℃下处理10h后，沸水浴终止反应，冷冻干燥得到改性淀粉。改性淀粉消化性测定结果如表1所示。
从反应结果显示，采用两阶段改性策略对玉米淀粉进行改性，制得的改性淀粉中快消化淀粉含量达53.8％，相比对照例3(糊化玉米淀粉为底物)进一步降低6.8％；慢消化淀粉含量达26.5％，相比对照例3(糊化玉米淀粉为底物)进一步增加4.3％；抗性淀粉相比对照例3(糊化玉米淀粉为底物)进一步增加16.6％。说明两阶段改性过程有利于进一步改善产物的慢消化性能，且产物慢消化性能随糊化时间增加而增强。
表1各改性样品的消化性能
从反应结果显示，采用两阶段改性策略分别以颗粒玉米淀粉及糊化玉米淀粉为底物进行改性，制得的改性淀粉中快消化淀粉含量达53.8％，相比对照降低27.4％；慢消化淀粉含量达26.5％，相比对照增加90.6％；抗性淀粉相比对照增加64.2％。对照例3与实施例3说明相比糊化淀粉改性，先颗粒后糊化的两阶段改性策略能显著提高改性淀粉中慢消化淀粉含量，是一种有效提高淀粉分支酶改性产物中慢消化淀粉含量的策略。
上述结果表明，采用淀粉分支酶对淀粉进行改性处理，有利于提高淀粉中慢消化淀粉的含量，改善淀粉糊化后的消化性能。更重要的是，两阶段改性策略可以有效提高淀粉分支酶的改性效果，显著提高产品中慢消化淀粉含量。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种改善淀粉慢消化性能的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：将淀粉乳样品于50～60℃下预热10～15min后，加入20-50U/g淀粉分支酶，于50～60℃下处理4-20h，置于沸水浴中糊化灭酶后，置于50～60℃下预热10～15min，加入20-50U/g淀粉分支酶后于50～60℃下处理4-20h，终止反应，干燥得到改性淀粉。
2.根据权利要求1所述的一种改善淀粉慢消化性能的方法，其特征在于，将淀粉乳样品于50～60℃下预热10min后，加入20-50U/g淀粉分支酶，于50～60℃下处理4-20h，置于沸水浴中糊化30min灭酶后，置于50～60℃下预热10min，加入20-50U/g淀粉分支酶后于50～60℃下处理4-20h，终止反应，干燥得到改性淀粉。
3.根据权利要求1或2所述的一种改善淀粉慢消化性能的方法，其特征在于，所述淀粉是普通玉米淀粉。
4.根据权利要求1或2所述的一种改善淀粉慢消化性能的方法，其特征在于，所述淀粉乳质量浓度为5％。
5.根据权利要求1或2或4所述的一种改善淀粉慢消化性能的方法，其特征在于，调节淀粉乳的pH至7.0～8.0。
6.根据权利要求1～5任一所述的一种改善淀粉慢消化性能的方法，其特征在于，淀粉分支酶来源为热葡糖苷酶地芽孢杆菌(Geobacillus thermoglucosidans STB02)。
7.根据权利要求1或2所述的一种改善淀粉慢消化性能的方法，其特征在于，将淀粉乳样品于50℃下预热10min后，加入20-50U/g淀粉分支酶，于50℃下处理6-10h，置于沸水浴中糊化30min灭酶后，置于50℃下预热10min，加入20-50U/g淀粉分支酶后于50℃下处理6-10h，终止反应，干燥得到改性淀粉。
8.根据权利要求7所述的一种改善淀粉慢消化性能的方法，其特征在于，将淀粉乳样品于50℃下预热10min后，加入30U/g淀粉分支酶，于50℃下处理8-10h，置于沸水浴中糊化30min灭酶后，置于50℃下预热10min，加入30U/g淀粉分支酶后于50℃下处理8-10h，终止反应，干燥得到改性淀粉。
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