CN109182416B - 一种以芡实为原料基于中温条件获取增抗淀粉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种以芡实为原料基于中温条件获取增抗淀粉的方法。本发明采用芡实作为原料，该原料经碱提淀粉、中温条件下协同酶(中温α‑淀粉酶和普鲁兰酶)处理进行增抗，耗时及耗能少，淀粉增抗效果好，可适用于控糖食品或营养保健食品的开发。

Description

一种以芡实为原料基于中温条件获取增抗淀粉的方法

技术领域

本发明属于食品加工技术领域，涉及一种增加淀粉抗消化性(简称增抗)以获取增抗淀粉的方法。

背景技术

抗性淀粉(又名抗消化淀粉，简称RS)主要分为物理包埋淀粉(RS1)、抗性淀粉颗粒(RS2)、老化回生淀粉(RS3)、化学改性淀粉(RS4)、淀粉络合物(RS5)五种。近年来，抗性淀粉的生理功能受到国内外研究学者的广泛关注，已有研究表明其具有可调控血糖指数和胰岛素指数、增加饱腹感、增强能量消耗和脂肪氧化等功能。抗性淀粉还能在小肠中能发挥益生元的作用进而改善肠道环境，预防多种肠道疾病，因此在功能性食品、特殊医学用途配方食品等领域有很大的应用前景。

由于豆类植物、水果等食物中的天然抗性淀粉(RS1和RS2)含量较少，且加热或成熟过程中抗消化性有一定程度的下降，作为日常饮食无法充分发挥其功能性。RS3型抗性淀粉是淀粉在食品加工中发生回生作用而形成的，因此又称老化(回生)淀粉。其热稳定性好，持水能力较高，在加热或成熟过程中仍保有较高的抗消化性。RS3型抗性淀粉主要是利用物理方法制备，如压热处理、湿热处理、挤压处理、脱支处理等，但传统的RS3制备方法存在作用温度过高、能耗较大、RS3得率较低等问题。如今减肥、降“三高”产品的市场需求旺盛，抗性淀粉(或增抗淀粉)产品却依赖进口，与其在国内工业化进程缓慢有关。我国目前缺少较为绿色、高效、节能的淀粉增抗方法；已用于工业化生产抗性淀粉的原料品种较少，以玉米为主。

芡实是大型一年生水生草本植物，属于睡莲科，在江、浙、皖省的栽培面积较大，营养丰富，且被我国传统中医证实有“止渴益肾”的作用。2002年，中国卫生部将芡实列入首批《既是食品又是药品的物品名单》(卫法监法[2002]51号)的物品名单。芡实中淀粉含量达70％～80％，是提供淀粉的良好原料。目前，国内外对芡实淀粉的研究较少，大多数人将研究重点放在芡实中所含的微量营养元素中，忽略了对芡实淀粉的研究。作为富含淀粉的水生植物，芡实淀粉具有极大的开发潜力与市场前景。因此，以芡实淀粉为原料制备RS3型抗性淀粉，创新其增抗工艺，可为国内抗性淀粉生产原料和绿色高效的增抗方法提供实践基础。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，优选一种适合于抗性淀粉工业化生产的优质原料—芡实，该原料经碱提淀粉、中温条件下协同酶(中温α-淀粉酶和普鲁兰酶)处理进行淀粉增抗，耗时及耗能少，淀粉增抗效果好，可适用于控糖食品或营养保健食品的开发。

本发明的技术方案如下：

(1)芡实粉的制备：将干燥后的芡实粉碎，过80～120目筛，得芡实粉。

(2)芡实淀粉的制备：取一定质量的芡实粉，按照1：6～10(g：g)的质量比配制芡实粉悬浊液；用0.5mol/L的NaOH将芡实粉悬浊液pH调至8.0～9.0，在20～30℃下搅拌1h后通过离心或过滤的方法取沉淀，按上述条件重复2～3次；用蒸馏水洗沉淀至pH中性；通过离心或过滤的方法取沉淀，在50～55℃下烘至水分质量含量≤14％，粉碎，过80～120目筛，即得芡实淀粉。

(3)芡实淀粉糊化：称取芡实淀粉，加蒸馏水调成淀粉质量含量5％～35％(g/g)的淀粉悬浊液，于85～95℃水浴中糊化15～60min，糊化过程中需搅拌，至淀粉糊化完全。

(4)中温湿热条件协同酶处理增抗：将步骤(3)中淀粉糊冷却至45～70℃，pH调至5.5～6.5，加入一定量中温α-淀粉酶，搅拌一段时间后调节pH至4.0～5.0，加入一定量的普鲁兰酶，搅拌一段时间后灭酶。

(5)冷藏结晶：将通过步骤(4)处理后的淀粉糊放置于20～30℃冷却1～3h后，置于4℃的冰箱中放置6～24h。

(6)干燥：取步骤(5)中经离心或过滤取得的沉淀，在50～55℃条件下干燥，研磨过80～120目筛，得芡实增抗淀粉。

其中，干燥后的芡实原料，主要为去壳后经烘干或晒干至水分质量含量小于7％的芡实，装袋储存于-80℃条件下。

其中，步骤(4)中的pH调节优选加入0.2mol/L的柠檬酸或柠檬酸钠溶液完成。无机酸(如盐酸)、其他有机酸(如酒石酸)、氢氧化钠等也可作为调节剂，但对产品色泽及产率有一定的负面影响。加入中温α淀粉酶的量为1～6U/g_{(干基淀粉)}，搅拌1～30min；调节pH至4.0～5.0之前可灭酶也可不灭酶；加入普鲁兰酶之前可适当调节温度(仍在45～70℃范围内)，也可不调节；加入普鲁兰酶的量为1～6U/g_{(干基淀粉)}，搅拌1～3h后灭酶；灭酶条件：≥100℃，≥10min。

其中，中温α-淀粉酶(粉状酶制剂)酶活为8000～10000U/g_(酶粉)，普鲁兰酶(液态酶制剂)酶活为1000～1500U/mL_(酶液)，商品化酶制剂在使用前用柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液稀释。

其中，采用离心或过滤手段取沉淀的方式，其特征在于离心条件为3000～4000r/min，离心5～15min。

本发明提供的芡实增抗淀粉制备工艺优点如下：

本发明采用芡实作为增抗淀粉的制备原料，采用中温条件下进行的淀粉增抗方法，可制得抗性淀粉含量为15～20％的芡实增抗淀粉，得率(芡实增抗淀粉质量与芡实原料相比)为63～70％。

本发明制备过程操作方便，只有本发明方法能在总耗时及耗能较少的条件下获取如此好的淀粉增抗效果。与目前相关抗性淀粉制备(见表1)相比，本发明降低了反应温度，减少了酶用量，减少了制备时间，在较为绿色的条件下增抗效果突出，产品中抗性淀粉含量较高。如与专利《大米抗性淀粉制备生产方法》相比，本方法可在制得近乎同等抗性淀粉含量的増抗淀粉时，使用相对较低的糊化温度下，减少普鲁兰酶用量及酶解时间。本发明对芡实的高值化加工和增抗淀粉的生产提供了一条有效的途径，为高纯度抗性淀粉的生产提供了优选的半成品，有较强的工业化推广前景。

附图说明

图1为本发明芡实淀粉增抗工艺流程图。

图2为淀粉乳浓度和中温α-淀粉酶作用时间的响应面和等高线；其中(a)为响应面，(b)为等高线。

图3为淀粉乳浓度和普鲁兰酶作用时间的响应面和等高线；其中(a)为响应面，(b)为等高线。

图4为中温α-淀粉酶作用时间和普鲁兰酶作用时间的响应面和等高线；其中(a)为响应面，(b)为等高线。

具体实施方式

以下根据附图和具体实施例对本发明方案进行具体描述。

图1为本发明芡实淀粉增抗工艺流程图。

实施例一芡实增抗淀粉的制备

(1)芡实粉的制备：将干燥后的芡实粉碎，过100目筛，得芡实粉。

(2)芡实淀粉的制备：取一定质量的芡实粉，按照1：8(g：g)的料液比配制制芡实粉悬浊液；用0.5mol/L的NaOH将芡实粉悬浊液pH调至8.5；在25℃下搅拌1h后取沉淀，沉淀与pH8.5的NaOH溶液混合(加入NaOH溶液的体积与上一步骤中离心上清液的体积相同)，继续搅拌1h后离心取沉淀，此过程重复2次；用蒸馏水洗沉淀至pH中性；离心取沉淀，在50℃下烘干至恒重，粉碎，过100目筛，得芡实淀粉。

(3)芡实淀粉糊化：称取芡实淀粉，加蒸馏水调成20％的淀粉悬浊液，于90℃水浴中糊化30min，糊化过程中需不断搅拌淀粉至糊化完全。

(4)中温湿热条件协同酶处理增抗：将步骤(3)中淀粉糊冷却至70℃，用柠檬酸将淀粉糊pH调至6.0，加入4U/g_{(干基淀粉)}中温α-淀粉酶作用20min，之后置于沸水浴灭酶15min，将淀粉糊冷却至60℃；将淀粉糊pH调至4.6，加入4U/g_{(干基淀粉)}的普鲁兰酶搅拌酶解2h后，沸水浴灭酶15min。

(5)冷藏结晶：将通过步骤(4)处理后的淀粉糊放置于25℃冷却1h后，至于4℃的冰箱中放置12h。

(6)干燥：以4000r/min离心5min取步骤(5)中的沉淀，在50℃条件下干燥，研磨过100目筛，得芡实增抗淀粉。

其中，干燥后的芡实原料，主要为去壳后经烘干或晒干至水分含量小于7％的芡实，装袋储存于-80℃条件下。

其中，步骤(4)中的pH调节通过加入0.2mol/L的柠檬酸和柠檬酸钠溶液完成。

其中，中温α-淀粉酶(粉状酶制剂)酶活为10000U/g_(酶粉)，普鲁兰酶(液态酶制剂)酶活为1500U/mL_(酶液)，商品化酶制剂在使用前用柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液稀释。

经上述工艺所制得的芡实抗性淀粉含量为(17.43±0.18)％。

抗性淀粉含量测定方法采用美国分析化学会(AOAC)推荐的酶-重力法测量，适当改进。主要步骤如下：取样品0.500g，将其均匀分散在5mL的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液(pH6.0)中，并置于90℃条件下水浴30min；加入500U/g_{(干基淀粉)}耐高温α-淀粉酶，90℃下水浴加热30min，并不断搅拌；100℃灭酶15min，冷却至60℃；用0.2mol/L柠檬酸调节pH至4.6；加入5000U/g_{(干基淀粉)}糖化酶，在60℃下水浴反应30min，100℃灭酶15min，冷却至室温；将淀粉的水解液用布氏漏斗抽滤，沉淀用蒸馏水洗涤3次；取沉淀在80℃条件下干燥，105℃恒重，冷却称重，扣除蛋白质和灰分含量，经计算可得抗性淀粉含量。

实施例二芡实增抗工艺优化

本发明根据芡实淀粉本身的特性设计工艺技术路线，对芡实增抗淀粉制备工艺中的淀粉乳浓度、中温α-淀粉酶用量、中温α-淀粉酶作用时间、普鲁兰酶用量、普鲁兰酶作用时间分别进行优化，以抗性淀粉含量为考察指标，通过单因素实验和响应面实验，对影响芡实抗性淀粉的各因素进行优化，确定复合酶法制备芡实抗性淀粉的最佳工艺技术，具体如下：

芡实增抗淀粉制备工艺最佳条件实验：

(1)多种因素对芡实增抗淀粉含量的影响

以实施例一中所示工艺过程及条件为基础，在其他条件不变的情况下，依次改变淀粉悬浊液浓度(10％～30％)、中温α-淀粉酶用量(1～6U/g)、中温α-淀粉酶作用时间(1～30min)、普鲁兰酶用量(1～6U/g)、普鲁兰酶作用时间(1.0～3.0h)作为单因素实验条件，以产品中抗性淀粉含量为考察指标，以确定响应面实验的选值范围。

(2)芡实增抗淀粉制备的响应面优化

以单因素实验的结果结合工业化生产的实际需要，选取淀粉悬浊液浓度、中温α-淀粉酶作用时间、普鲁兰酶作用时间进行三因素三水平的实验设计，以找到增抗工艺所需的最佳条件(见表2)。

由响应面分析(见图2、图3、图4)可得，淀粉乳浓度与普鲁兰酶作用时间的交互作用较为显著，这是由于形成抗性淀粉的关键因素就是淀粉分子大小和直链淀粉含量。考虑工厂实际生产及能源损耗等因素，将最佳条件定为淀粉乳浓度24.5％，中温α-淀粉酶作用时间为25min，酶用量4U/g_{(干基淀粉)}，普鲁兰酶作用时间为1.5h，酶用量4U/g_{(干基淀粉)}。在此条件下制备得到的芡实增抗淀粉的抗性淀粉含量为(18.23±0.07)％，得率(芡实增抗淀粉质量与芡实原料相比)为(68.34±0.12)％。抗性淀粉含量测定方法采用美国分析化学会(AOAC)推荐的酶-重力法测量，具体操作步骤如实施例1中所示。

实施例三不同淀粉増抗工艺及淀粉增抗原料对比

压热法是制备RS3型抗性淀粉(或增抗淀粉)的传统方法，压热与酶法结合(如压热-酶脱支法)是制备RS3型抗性淀粉(或增抗淀粉)的一种改良方法。

(1)压热法制备芡实増抗淀粉:称取一定质量按本专利步骤(1)和(2)制备的芡实淀粉，配制淀粉乳浓度为20％的淀粉悬浊液，90℃下糊化30min。将糊化后的淀粉糊置于高压锅中，121℃下压热20min，取出放置于25℃恒温箱自然冷却1h后，置于4℃保存24h。之后于50℃烘干至恒重，粉碎，过100目筛，得压热法制备的芡实増抗淀粉。

(2)压热-酶脱支法制备芡实増抗淀粉：称取一定质量按本专利步骤(1)和(2)制备的芡实淀粉，以及相同干基质量的市售玉米淀粉、大米淀粉、葛根淀粉、土豆淀粉(过100目筛)，配制淀粉乳浓度为20％的淀粉悬浊液，分别于90℃下糊化30min。将糊化后的淀粉糊置于高压锅中，121℃下压热20min。取出冷却至60℃，加入柠檬酸调整pH至4.6，加入普鲁兰酶(4U/g_干基淀粉)于60℃下酶解2h。酶解结束后置于沸水浴中灭酶15min，取出放置于25℃恒温箱自然冷却1h，后置于4℃保存24h。之后于50℃烘干至恒重，粉碎，过100目筛，得压热-酶脱支法制备的芡实増抗淀粉。

(3)本发明方法：称取一定质量按本专利步骤(1)和(2)制备的芡实淀粉，配制淀粉乳浓度为20％的淀粉悬浊液，90℃下糊化30min。用柠檬酸钠溶液调pH至6.0，加入中温α-淀粉酶(4U/g_干基淀粉)，在70℃下水浴12min。冷却至60℃(冷却速度5℃/min)后，用柠檬酸溶液调整pH至4.5，并加入普鲁兰酶(4U/g_干基淀粉)酶解1.2h。酶解结束后置于沸水浴中灭酶15min，取出放置于25℃恒温箱自然冷却1h，后置于4℃保存24h。之后于50℃烘干至恒重，粉碎，过100目筛，得本发明方法制备的芡实増抗淀粉。

所有抗性淀粉含量测定方法采用美国分析化学会(AOAC)推荐的酶-重力法测量，具体操作步骤如实施例1中所示。

由表3可看出，按本发明方法所得芡实増抗淀粉中的抗性淀粉含量最高，生产中过程中压热工艺要求较高且能耗较大，因此本发明所述的中温条件为更加绿色、高效的淀粉増抗工艺方法。

由表4可以看出，在相同的压热-酶脱支法制备工艺条件下，芡实增抗淀粉中抗性淀粉含量最高，因此本发明中所述芡实是一种更优的抗性淀粉(增抗淀粉)制备原料。

表1 已公开抗性淀粉制备方法专利(部分)

(注：表中所示RS纯度以产品中抗性淀粉含量表示，目前尚未有抗性淀粉含量测定的国家统一标准，上述专利中有未标明抗性淀粉含量测定方法或所使用的抗性淀粉含量测定方法与本发明中不同，干燥、离心、过滤未计入耗时)

表2响应面实验设计及结果

表3不同増抗方法对芡实淀粉中抗性淀粉含量的影响

表4不同原料经相同方法(压热-酶脱支法)制备后抗性淀粉含量

上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种以芡实为原料基于中温条件获取增抗淀粉的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

（1）芡实粉的制备：将干燥后的芡实粉碎，过80～120目筛，得芡实粉；

（2）芡实淀粉的制备：取一定质量的芡实粉，按照1：6～10的质量比配制芡实粉悬浊液；用0.5mol/L的NaOH将芡实粉悬浊液pH调至8.0～9.0，在20～30℃下搅拌1h后通过离心或过滤的方法取沉淀，按上述条件重复2～3次；用蒸馏水洗沉淀至pH中性；通过离心或过滤的方法取沉淀，在50～55℃下烘至水分质量含量≤14%，粉碎，过80～120目筛，即得芡实淀粉；

（3）芡实淀粉糊化：称取芡实淀粉，加蒸馏水调成淀粉质量含量24.5%的淀粉悬浊液，于85～95℃水浴中糊化15～60 min，糊化过程中需搅拌，至淀粉糊化完全；

（4）中温湿热条件协同酶处理增抗：将步骤（3）中淀粉糊冷却至45～70℃，pH调至5.5～6.5，加入一定量中温α-淀粉酶，搅拌25 min，调节pH至4.0～5.0，加入一定量的普鲁兰酶，搅拌1.5 h后灭酶；

加入中温α淀粉酶的量为4 U/g干基淀粉，加入普鲁兰酶的量为4 U/g干基淀粉；灭酶条件：≥100℃，≥10 min；

中温α-淀粉酶酶活为8000～10000U/g酶粉；其中中温α-淀粉酶为粉状酶制剂；

普鲁兰酶酶活为1000～1500U/mL酶液；其中普鲁兰酶为液态酶制剂；

（5）冷藏结晶：将通过步骤（4）处理后的淀粉糊放置于20～30℃冷却1～3 h后，置于4℃的冰箱中放置6～24h；

（6）干燥：取步骤（5）中经离心或过滤取得的沉淀，在50～55℃条件下干燥，研磨过80～120目筛，得芡实增抗淀粉。

2.如权利要求1所述的一种以芡实为原料基于中温条件获取增抗淀粉的方法，其特征在于干燥后的芡实原料，主要为去壳后经烘干或晒干至水分质量含量小于7%的芡实，装袋储存于-80℃条件下。

3.如权利要求1所述的一种以芡实为原料基于中温条件获取增抗淀粉的方法，其特征在于步骤（4）pH调节通过加入0.2mol/L的柠檬酸或柠檬酸钠溶液完成。

4.如权利要求1所述的一种以芡实为原料基于中温条件获取增抗淀粉的方法，其特征在于步骤（4）加入普鲁兰酶之前温度在45～70℃范围内调节。

5.如权利要求1所述的一种以芡实为原料基于中温条件获取增抗淀粉的方法，其特征在于步骤（4）加入一定量中温α-淀粉酶，搅拌一段时间。

6.如权利要求1所述的一种以芡实为原料基于中温条件获取增抗淀粉的方法，其特征在于采用离心或过滤手段取沉淀的方式，离心条件为3000～4000r/min，离心5～15min。

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