CN108892730B - 一种富含色氨酸变性淀粉的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及淀粉复合物生产技术领域，具体涉及一种富含色氨酸变性淀粉的制备方法。以马铃薯淀粉为原料制备B型微晶淀粉，然后将B型微晶淀粉与色氨酸共混，于冷凝回流条件下发生复合反应，使色氨酸进入淀粉的螺旋空腔内形成一种新结晶结构的富含色氨酸变性淀粉。本发明制备的产品系列为无异味、无杂物、细腻的白色粉末，产率10%以上，色氨酸包埋率在15%以上，相对结晶度在45%以上。这种产品添加到动物饲料中，会增加动物的免疫调节作用，有助于提高饲料的利用率，减轻动物的应激反应，促进动物的增长以及降低肝脏中的脂肪含量。

Description

一种富含色氨酸变性淀粉的制备方法
技术领域
本发明涉及淀粉复合物生产技术领域，具体涉及一种富含色氨酸变性淀粉的制备方法。
背景技术
最近，直链淀粉与功能性成份反应，通过疏水作用力、氢键和范德华力，生产淀粉复合物的研究越来越受到国内外学者们的青睐。许多功能性成份对人类和家禽家畜有着重要的作用，直接添加功能性成份于人体或动物体内就会造成营养的过剩或流失，直链淀粉与功能性成份络合后形成淀粉复合物，直链淀粉具有缓慢消化的特性，可以缓慢释放淀粉复合物中的功能性成份，使其在人体或动物体内停留时间更长，发挥更大的功效。直链淀粉作为一种新型的生物活性化合物的载体，目前已成为淀粉复合物领域的研究热点。
目前，研究者大多采用酶催化合成法、高压均质法、蒸汽喷射蒸煮法等完成淀粉与脂质、棕榈酸和脂肪酸的反应，从而得到淀粉复合物。本发明采用乙醇/水混合溶剂法制备淀粉色氨酸复合物。以淀粉复合物的相对结晶度为评价指标，并通过单因素实验优化淀粉复合物的制备工艺，目的在于探索一种新型并且最优的制备方法，希望能为制备淀粉复合物的研究提供相关理论支持。
色氨酸是家禽、人类、猪和小鼠中的营养必需氨基酸，不能在哺乳动物中合成，它是猪的限制性氨基酸。研究表明色氨酸可能在免疫功能中发挥作用。膳食中缺乏色氨酸会降低营养水平并抑制免疫功能，从而导致动物对疾病感染、发病率和死亡率的增加。各种研究表明，色氨酸在免疫调节中起关键作用，影响巨噬细胞的吞噬作用。膳食色氨酸的增加可以促进血清免疫球蛋白的合成并增强免疫系统的防御。各种器官和组织显示出色氨酸及其代谢物的免疫调节功能的有益改变。色氨酸是营养必需氨基酸，对动物免疫应答的调节具有活性。色氨酸代谢产物如吲哚胺2,3-双加氧酶，犬尿氨酸，喹啉酸和褪黑激素可以提高机体免疫力并诱导抗炎反应。目前，国内外还没有出现变性淀粉与色氨酸反应形成复合物的研究报道。
发明内容
本发明提出一种富含色氨酸变性淀粉的制备方法，解决了利用变性淀粉缓慢释放色氨酸的问题。以马铃薯淀粉为原料制备得到B型微晶淀粉，在一定条件将B型微晶淀粉与色氨酸共混，冷凝回流条件发生复合反应，使色氨酸进入淀粉的螺旋空腔形成一种具有新结晶结构的产品，这种产品添加到动物饲料中，会增加动物的免疫调节作用，有助于提高饲料的利用率，减轻动物的应激反应，促进动物的增长以及降低肝脏中的脂肪含量。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种富含色氨酸变性淀粉的制备方法，步骤为：以马铃薯淀粉为原料制备B型微晶淀粉，然后将B型微晶淀粉与色氨酸共混，于冷凝回流条件下发生复合反应，使色氨酸进入淀粉的螺旋空腔内形成一种新结晶结构的富含色氨酸变性淀粉。
一种富含色氨酸变性淀粉的制备方法，具体步骤为：
（1）称取马铃薯淀粉加入到盐酸水溶液中，于30-40℃进行酸解2-3天后抽滤，用去离子水洗涤并调pH至7，抽滤后于空气中晾干，得酸解淀粉；
（2）称取酸解淀粉配制成悬浮液，经加热溶解后，再冷却至室温，离心后，取上层清液B于（-18）-（-20）℃的环境下冷冻10-12h，随后于室温下缓慢解冻，待晶体析出后，抽滤、洗涤即得B型微晶淀粉；
（3）将B型微晶淀粉溶于蒸馏水中配成的B型微晶淀粉溶液，加入L-色氨酸，置于三口烧瓶中加热至沸腾，得淀粉色氨酸溶液；
（4）向无水乙醇中加入步骤（3）得到的淀粉色氨酸溶液，混合均匀后得淀粉色氨酸乙醇溶液，加热回流10-15min；
（5）将步骤（4）中的混合溶液于结晶温度下水浴1-2h，然后冷却至室温，完成结晶后，离心分离并冷冻干燥，即得富含色氨酸变性淀粉。
所述步骤（1）中，马铃薯淀粉与盐酸水溶液的质量体积比为（4-5）：15，盐酸水溶液的浓度为2-2.5mol/L。
所述步骤（2）中，悬浮液的质量分数为10-15%。
所述步骤（3）中，B型微晶淀粉溶液中B型微晶淀粉的浓度为0.05-0.1g/mL，B型微晶淀粉与L-色氨酸的质量比为（6-14）:1。
所述步骤（4）中，无水乙醇：淀粉色氨酸溶液的体积比为（9-17）：20。
所述步骤（5）中，结晶的温度为55-90℃。
上述冷凝回流、加热、干燥等都是当前食品加工领域中的通用技术。
本发明制备的产品系列为无异味、无杂物、细腻的白色粉末，产率10%以上，色氨酸包埋率在15%以上，相对结晶度在45%以上。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明采用的加热糊化法是一种制备淀粉复合物的方法，通过高温加热进行反应，既淀粉和色氨酸进行复合反应，目的是在加热条件下B型微晶淀粉的双螺旋结构解螺旋重结晶形成A型淀粉色氨酸复合物，制备得到的复合物呈白色粉末状。
（2）本发明是在一定比例的乙醇/水混合溶剂中重结晶使淀粉与色氨酸形成复合物从而在溶剂中析出，增加乙醇浓度，复合物的相对结晶度先增加后减小，这表明乙醇浓度直接影响复合物的相对结晶度。但是，乙醇浓度太高，复合物的结晶度明显下降。因此，当乙醇浓度为39.4%时，此时复合物的结晶结构最好，结晶度最大，为61.11%。重结晶过程中乙醇的浓度影响复合物的相对结晶度，乙醇浓度对淀粉复合物研究领域的影响可为以后学者提供参考。
（3）本发明中采用的L-色氨酸是一种营养必需氨基酸，易溶于水；本发明生产的淀粉色氨酸复合物消化缓慢，添加在饲料中可增强动物的免疫预防系统。
附图说明
图1为本发明改性淀粉的X-射线衍射图。
图2为马铃薯淀粉、B型微晶淀粉、淀粉色氨酸复合物、淀粉色氨酸的扫描电镜图，其中A为马铃薯淀粉，B为B型微晶淀粉，C为淀粉色氨酸复合物，D为淀粉色氨酸。
图3为实施例8不同含量乙醇析出结晶的X-射线衍射图。
图4为实施例1中马铃薯淀粉与复合物的拉曼光谱图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种富含色氨酸变性淀粉的制备方法，步骤如下：
（1）称取马铃薯淀粉45g加入到150mL浓度为2.2mol/L的盐酸水溶液，于35℃进行酸解3d后抽滤，用去离子水洗涤并调节pH为7，抽滤后于空气中晾干，制得酸解淀粉；
（2）称取酸解淀粉5g配制成质量分数为10%的悬浮液，经加热溶解后，再冷却到室温，离心除去不溶解物质，上层清液在-18℃的环境下冷冻12h，随后于室温下缓慢解冻，待晶体析出，抽滤、洗涤即得B型微晶淀粉；
（3）称取B型微晶淀粉1.0g溶解于蒸馏水中配成5%（w/v）的淀粉溶液，加入0.1g的L-色氨酸，置于三口烧瓶中加热至沸腾；
（4）将9mL的无水乙醇加入20mL热的淀粉色氨酸溶液中，混合均匀后，加热回流10min；
（5）随后在结晶温度为60℃下恒温水浴1h，将溶液冷至室温，在室温下静置24h后结晶完成后；
（6）离心分离后冷冻干燥，得富含色氨酸的变性淀粉。
实施例1产品的性能检测：
测定产品的相对结晶度：根据Nara 等人相对结晶度的测定方法，测得复合物中色氨酸的包埋率为24.42%，复合物的相对结晶度为50.15%，说明本发明得到的复合物富含色氨酸，且具有较好的晶体结构。
测定产品的包埋率：通过甲醛反应分光光度法测定色氨酸的包埋率。色氨酸的包埋率是指复合物中色氨酸的量与复合物总量的百分比。它是衡量色氨酸包埋效果的指标，反应色氨酸被淀粉所包埋的量。
以色氨酸为标准，其浓度在0-5mg/mL质量浓度范围内，符合比尔定律，线性良好。此标准曲线的回归方程为：Y=1.18101X+0.00891（相关系数R2为0.9998，回归效果显著）。
通过分光光度计测定色氨酸的包埋率。将反应所得的上清液稀释至适当的浓度后，通过分光光度法测定上清液中的色氨酸含量，硫酸甲醛混合液作空白对照，吸光度归零，按照甲醛反应分光光度法在455nm下测定上清液中色氨酸的吸光度，测得的吸光度值代入标准曲线，得到复合物中色氨酸的含量。
其计算公式如下：
m0=（c1-c2)×V （1）
X=(m0×100%)/m1 （2）
其中X：色氨酸包埋率；c1：色氨酸的总浓度；c2：分光光度计测得的浓度；V：溶剂的体积；m0:复合物中色氨酸的质量；m1：所得复合物的质量。
通过甲醛反应分光光度法测定产品中色氨酸的包埋率为24.42%。
测定产品的结晶结构：通过X射线衍射仪来测定产品结晶结构如图1所示，取样品粉末置于长方形铝片的孔中(孔大小为15mm×20mm，厚为115mm)，随后压紧，用BurkerD8型X射线衍射仪测定，所用波长为0.1542 nm的单色Cu-Kα射线。测试条件为：管压3kV，管流20mA，扫描速度4°/min，扫描区域5~60°，采样步宽0.04°，扫描方式为连续，重复次数为1。从X射线衍射图观察来看，产品为A型微晶结构，说明加热回流使得B型微晶淀粉重结晶形成A型微晶结构如图2所示。
测定产品的拉曼光谱：拉曼光谱测试采用了美国BWTEK公司的BWS465-785S型便携式拉曼光谱仪，激发波长为785nm，20倍长焦物镜背向散射测量模式，扫描次数20次，曝光时间10s。使用100mw的激光照射，在180°范围内搜集散射辐射，波数范围为175-3200cm-1。从如图4所示的拉曼光谱图观察来看，产品在753cm-1处有一个峰，此峰为色氨酸残基的特征吸收峰。说明复合物中含有色氨酸。
产品外观为细腻的白色粉末，无味。
实施例2
一种富含色氨酸变性淀粉的制备方法，步骤如下：
（1）称取马铃薯淀粉45g加入到150mL浓度为2.2mol/L的盐酸水溶液，与35℃进行酸解3d后抽滤，用去离子水洗涤并调节pH为7，抽滤后于空气中晾干，制得酸解淀粉；
（2）称取酸解淀粉5g配制成质量分数为10%的悬浮液，经加热溶解后，再冷却到室温，离心除去不溶解物质，上层清液在-18℃的环境下冷冻12h，随后于室温下缓慢解冻，待晶体析出，抽滤、洗涤即得B型微晶淀粉；
（3）称取B型微晶淀粉1.0g溶解于蒸馏水中配成5%（w/v）的淀粉溶液，加入0.3g的L-色氨酸，置于三口烧瓶中加热至沸腾；
（4）将9mL的无水乙醇加入20mL热的淀粉色氨酸溶液中，混合均匀后，加热回流10min；
（5）随后在结晶温度为60℃下恒温水浴1h，将溶液冷至室温，在室温下静置24h后结晶完成后；
（6）离心分离后冷冻干燥，得富含色氨酸的变性淀粉。
实施例2产品的性能检测：
参照实施例1的检测方法，测定产品中色氨酸的包埋率为36.37%，产品的相对结晶度为48.85%，形成A型微晶复合物，结晶结构良好。产品为无味白色粉末。
实施例3
一种富含色氨酸变性淀粉的制备方法，步骤如下：
（1）称取马铃薯淀粉45g加入到150mL浓度为2.2mol/L的盐酸水溶液，与30℃进行酸解3d后抽滤，用去离子水洗涤并调节pH为7，抽滤后于空气中晾干，制得酸解淀粉；
（2）称取酸解淀粉5g配制成质量分数为10%的悬浮液，经加热溶解后，再冷却到室温，离心除去不溶解物质，上层清液在-18℃的环境下冷冻12h，随后于室温下缓慢解冻，待晶体析出，抽滤、洗涤即得B型微晶淀粉；
（3）称取B型微晶淀粉1.0g溶解于蒸馏水中配成5%（w/v）的淀粉溶液，加入0.1g的L-色氨酸，置于三口烧瓶中加热至沸腾；
（4）将12mL的无水乙醇加入20mL热的淀粉色氨酸溶液中，混合均匀后，加热回流15min；
（5）随后在结晶温度为60℃下恒温水浴1h，将溶液冷至室温，在室温下静置24h后结晶完成后；
（6）离心分离后冷冻干燥，得富含色氨酸的变性淀粉。
实施例3产品的性能检测：
参照实施例1的检测方法，测定产品中色氨酸的包埋率为17.78%，产品的相对结晶度为60.28%，形成A型微晶复合物，结晶结构较好。产品为无味白色粉末。
实施例4
一种富含色氨酸变性淀粉的制备方法，步骤如下：
（1）称取马铃薯淀粉45g加入到150mL浓度为2.2mol/L的盐酸水溶液，与35℃进行酸解3d后抽滤，用去离子水洗涤并调节pH为7，抽滤后于空气中晾干，制得酸解淀粉；
（2）称取酸解淀粉5g配制成质量分数为10%的悬浮液，经加热溶解后，再冷却到室温，离心除去不溶解物质，上层清液在-18℃的环境下冷冻12h，随后于室温下缓慢解冻，待晶体析出，抽滤、洗涤即得B型微晶淀粉；
（3）称取B型微晶淀粉1.0g溶解于蒸馏水中配成5%（w/v）的淀粉溶液，加入0.1g的L-色氨酸，置于三口烧瓶中加热至沸腾；
（4）将9mL的无水乙醇加入20mL热的淀粉色氨酸溶液中，混合均匀后，加热回流10min；
（5）随后在结晶温度为70℃下恒温水浴1h，将溶液冷至室温，在室温下静置24h后结晶完成后；
（6）离心分离后冷冻干燥，得富含色氨酸的变性淀粉。
实施例4产品的性能检测：
参照实施例1的检测方法，测定产品中色氨酸的包埋率为29.58%，产品的相对结晶度为53.23%，形成A型微晶复合物，结晶结构良好。产品为无味白色粉末。
实施例5
一种富含色氨酸变性淀粉的制备方法，步骤如下：
（1）称取马铃薯淀粉45g加入到150mL浓度为2.2mol/L的盐酸水溶液，与35℃进行酸解3d后抽滤，用去离子水洗涤并调节pH为7，抽滤后于空气中晾干，制得酸解淀粉；
（2）称取酸解淀粉5g配制成质量分数为10%的悬浮液，经加热溶解后，再冷却到室温，离心除去不溶解物质，上层清液在-18℃的环境下冷冻12h，随后于室温下缓慢解冻，待晶体析出，抽滤、洗涤即得B型微晶淀粉；
（3）称取B型微晶淀粉1.0g溶解于蒸馏水中配成5%（w/v）的淀粉溶液，加入0.1g的L-色氨酸，置于三口烧瓶中加热至沸腾；
（4）将9mL的无水乙醇加入20mL热的淀粉色氨酸溶液中，乙醇的浓度为35%，混合均匀后，加热回流10min；
（5）随后在结晶温度为90℃下恒温水浴1h，将溶液冷至室温，在室温下静置24h后结晶完成后；
（6）离心分离后冷冻干燥，得富含色氨酸的变性淀粉。
实施例5产品的性能检测：
参照实施例1的检测方法，测定产品中色氨酸的包埋率为25.82%，产品的相对结晶度为48.05%，形成A型微晶复合物，结晶结构良好。产品为无味白色粉末。
实施例6
一种富含色氨酸变性淀粉的制备方法，步骤如下：
（1）称取马铃薯淀粉40g加入到150mL浓度为2mol/L的盐酸水溶液，于30℃进行酸解2d后抽滤，用去离子水洗涤并调节pH为7，抽滤后于空气中晾干，制得酸解淀粉；
（2）称取酸解淀粉5g配制成质量分数为15%的悬浮液，经加热溶解后，再冷却到室温，离心除去不溶解物质，上层清液在-20℃的环境下冷冻10h，随后于室温下缓慢解冻，待晶体析出，抽滤、洗涤即得B型微晶淀粉；
（3）称取B型微晶淀粉1.0g溶解于蒸馏水中配成10%（w/v）的淀粉溶液，加入1.4g的L-色氨酸，置于三口烧瓶中加热至沸腾；
（4）将9mL的无水乙醇加入20mL热的淀粉色氨酸溶液中，混合均匀后，加热回流10min；
（5）随后在结晶温度为90℃下恒温水浴2h，将溶液冷至室温，在室温下静置24h后结晶完成后；
（6）离心分离后冷冻干燥，得富含色氨酸的变性淀粉。
实施例7
一种富含色氨酸变性淀粉的制备方法，步骤如下：
（1）称取马铃薯淀粉50g加入到150mL浓度为2.5mol/L的盐酸水溶液，于40℃进行酸解3d后抽滤，用去离子水洗涤并调节pH为7，抽滤后于空气中晾干，制得酸解淀粉；
（2）称取酸解淀粉5g配制成质量分数为13%的悬浮液，经加热溶解后，再冷却到室温，离心除去不溶解物质，上层清液在-19℃的环境下冷冻10h，随后于室温下缓慢解冻，待晶体析出，抽滤、洗涤即得B型微晶淀粉；
（3）称取B型微晶淀粉1.0g溶解于蒸馏水中配成10%（w/v）的淀粉溶液，加入1.4g的L-色氨酸，置于三口烧瓶中加热至沸腾；
（4）将9mL的无水乙醇加入10mL热的淀粉色氨酸溶液中，乙醇的浓度为31%，混合均匀后，加热回流10min；
（5）随后在结晶温度为90℃下恒温水浴2h，将溶液冷至室温，在室温下静置24h后结晶完成后；
（6）离心分离后冷冻干燥，得富含色氨酸的变性淀粉。
实施例8
无水乙醇的含量与复合物的相对结晶度的影响:
参照实施例1中的步骤，仅改变实施例1的步骤（4）中无水乙醇的体积依次为11mL、13mL、15mL和17mL；得到复合物的相对结晶度依次为50.91%、61.11%、56.87%和46.42%，如图3所示，发现增加乙醇浓度，复合物的相对结晶度先增加后减小，这表明乙醇浓度直接影响复合物的相对结晶度。但是，乙醇浓度太高，复合物的结晶度明显下降。因此，当乙醇浓度为39.4%时，此时复合物的结晶结构最好，结晶度最大，为61.11%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种富含色氨酸变性淀粉的制备方法，其特征在于：以马铃薯淀粉为原料制备B型微晶淀粉，然后将B型微晶淀粉与色氨酸共混，于冷凝回流条件下发生复合反应，使色氨酸进入淀粉的螺旋空腔内形成一种新结晶结构的富含色氨酸变性淀粉；
具体步骤为：
（1）称取马铃薯淀粉加入到盐酸水溶液中，于30-40℃进行酸解2-3天后抽滤，用去离子水洗涤并调pH至7，抽滤后于空气中晾干，得酸解淀粉；
（2）称取酸解淀粉配制成悬浮液，经加热溶解后，再冷却至室温，离心后，取上层清液于（-18）-（-20）℃的环境下冷冻10-12h，随后于室温下缓慢解冻，待晶体析出后，抽滤、洗涤即得B型微晶淀粉；
（3）将B型微晶淀粉溶于蒸馏水中配成B型微晶淀粉溶液，加入L-色氨酸，置于三口烧瓶中加热至沸腾，得淀粉色氨酸溶液；
（4）向无水乙醇中加入步骤（3）得到的淀粉色氨酸溶液，混合均匀后，加热回流10-15min；
（5）将步骤（4）中的混合溶液于结晶温度下水浴1-2h，然后冷却至室温，完成结晶后，离心分离并冷冻干燥，即得富含色氨酸变性淀粉；
所述步骤（2）中，悬浮液的质量分数为10-15%；
所述步骤（3）中，B型微晶淀粉溶液中B型微晶淀粉的浓度为0.05-0.1g/mL，B型微晶淀粉与L-色氨酸的质量比为（6-14）:1；
所述步骤（4）中，无水乙醇：淀粉色氨酸溶液的体积比为（9-17）：20；
所述步骤（5）中，结晶的温度为55-90℃。
2.如权利要求1所述的富含色氨酸变性淀粉的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，马铃薯淀粉与盐酸水溶液的质量体积比为（4-5）g：15mL，盐酸水溶液的浓度为2-2.5mol/L。
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