CN109588695A - 一种rs5型小麦抗性淀粉的制备方法 - Google Patents

一种rs5型小麦抗性淀粉的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种RS5型小麦抗性淀粉的制备方法,首先将小麦淀粉经普鲁兰酶脱支处理,得到脱支小麦淀粉;再将脱支小麦淀粉与单硬脂酸甘油酯复合,最后经湿热处理来提高小麦抗性淀粉的含量。本发明小麦淀粉中抗性淀粉含量>70%。本发明制备的小麦抗性淀粉具有性质稳定、安全性高、血糖生成指数低等特点,易于实现工业化生产。

Description

一种RS5型小麦抗性淀粉的制备方法
技术领域
本发明属于淀粉改性加工领域,具体涉及一种RS5型小麦抗性淀粉的制备方法。
背景技术
淀粉是天然存在的碳水化合物,许多植物的根、茎和种子中都富含淀粉。淀粉主要以淀粉粒形式存在于植物中,形状大多为圆形、多角形,是自然界中含量最丰富的碳水化合物,也是人类重要的能量来源。
小麦是我国播种面积仅次于水稻的第二大粮食作物,产量约占我国粮食总产量的20%以上,其用途广泛,可以加工成多种不同属性的食品。近年来,随着社会发展和人民生活水平的提高,以小麦面粉为原料的各种精制食品、方便食品、保健食品及营养食品的生产迅速增长,人们对小麦及其制成品的品质也提出了更高的要求。随着人们对健康饮食的日益关注,兼具营养与保健功能的慢消化淀粉和抗性淀粉引起了国内外学者的兴趣。慢消化淀粉和抗性淀粉的制备与应用已成为目前新型功能性食品的研究热点。
根据淀粉抗酶降解机制,抗性淀粉又可分为5类:(1)物理包埋淀粉(RS1),是由于被其他物质包裹,减少了与人体消化系统内淀粉酶接触的机会,从而不容易被消化的淀粉。在谷物和豆类植物生长过程中,少量淀粉与组织中的细胞壁等物质接触结合,进入消化道后不能被充分分解;(2)天然抗性淀粉颗粒(RS2),在植物生长过程中,某些淀粉分子结合紧密,会形成牢牢的颗粒结构,这类颗粒的紧密特性在一定程度上能抵抗酶的分解,在未成熟的马铃薯、香蕉、生豌豆中存在较多;(3)回生淀粉(RS3),是经不同加工过程形成的回生或结晶淀粉。其中,直链淀粉凝沉形成的回生淀粉经过再加热不易被淀粉酶降解,而支链淀粉凝沉形成的回生淀粉经过再加热容易被淀粉酶降解。研究发现其抗酶解机理为:淀粉经糊化后在冷却过程中,直链淀粉分子重新聚合成致密的双螺旋结构,形成的葡萄糖苷键阻止淀粉酶靠近结晶区域;(4)化学改性淀粉(RS4),是经酯化、交联、氧化等化学处理得到的,这类抗性淀粉是指原淀粉经一定的化学手段加工处理后,原本的官能团发生变化或者分子内被引入新的官能团;由于新的官能团的引入,原先可以与淀粉分子正常结合的淀粉酶失去了正常作用位点,抑制了淀粉的正常消化分解,从而使淀粉具备了高度抗酶解的能力;(5)V型抗性淀粉(RS5),在一定条件下,由于脂质中的醇羟基和羧基的存在,脂质的碳链可以与较长的淀粉分子产生较强的分子间作用力,然后再通过一定的折叠效应,脂质会与淀粉分子紧密结合在一起形成淀粉-脂质复合物,这样可以起到抑制淀粉酶对聚合体系的分解能力。摄入抗性淀粉,不仅可以起到类似于膳食纤维的作用,即提高饱腹感,其所产生的能量相比普通的淀粉还要低很多,因此,还可以起到调控血糖水平的功能。此外,抗性淀粉还有一项重要的功能,即可以到达结肠被肠道微生物发酵产生大量的短链脂肪酸,调节微环境,预防肠炎及结肠癌的发生,具体表现为:
1、调节血糖水平
淀粉类食物中淀粉颗粒的来源、糊化温度、水分含量以及加工过程等因素,都会影响血糖生成指数,而这些因素也与抗性淀粉的形成紧密相关。抗性淀粉可以有效控制餐后血糖水平以及胰岛素浓度,这主要是因为抗性淀粉在摄入5-7小时后发生代谢。有实验表明,摄入含有直链淀粉和棕榈酸复合物的面包,要比食用普通面包的人群,餐后血浆葡萄糖和胰岛素反应明显下降。抗性淀粉的添加可以控制血糖水平,非常适合高血糖及糖尿病病人的饮食需求。
2、降低胆固醇
摄入抗性淀粉具有降低血胆固醇和低密度脂蛋白的作用。研究表明,用含抗性淀粉的生马铃薯喂养大鼠,甘油三酯和血浆胆固醇水平均有降低,此外,还显著提高了大鼠盲肠中短链脂肪酸的含量。用含9.7%抗性淀粉的木薯淀粉和9.9%燕麦纤维喂养仓鼠,结果同样证明两者都具有降胆固醇的作用。代谢综合症患者连续进食3个月富含抗性淀粉的食物,患者体内血浆甘油三酯水平下降43%。
3、控制体重
目前全球范围内肥胖的问题越来越严重,主要是人们摄入了过多能量引起,除了加强运动外,减少饮食中能量的摄入也至关重要。众所周知,摄入富含膳食纤维的食物可以起到增加饱腹感的作用,有助于降低能量的摄入,控制体重,而抗性淀粉也具有上述功能,增加饱腹感,降低热量产生,改善胰岛素抵抗,起到控制体重的作用。还有一些研究表明,抗性淀粉的摄入有助于餐后脂肪的氧化,长期食用有助于控制脂肪的过多积累。
4、预防结肠癌
抗性淀粉在胃和小肠内不能被消化吸收,但人体大肠和盲肠中存在着大量微生物,抗性淀粉进入到大肠后会被肠道微生物发酵利用,生成短链脂肪酸,如丁酸,是大肠上皮细胞主要能量底物之一,可以通过抑制细胞周期阶段阻碍癌细胞的生长繁殖,抑制其恶变,从而可对结肠癌起到预防作用。一项研究用RS5型抗性淀粉喂养偶氮甲烷诱导的结肠癌前病变大鼠,结果癌前病变得到了有效抑制,这主要是由于RS5型抗性淀粉有助于增加粪便体积和疏水性,大量有毒化学物质得以从消化道排出,减少结肠病变细胞中有毒物质含量。当今人们的饮食结构中,膳食纤维平均摄入量远远没有达标,若在饮食中加大抗性淀粉的比例,可以起到预防结肠癌的作用,发病率可大幅度降低。
5、增加矿物质的吸收
摄入抗性淀粉有助于提高大鼠和人体对铁离子、钙离子、镁离子、铜离子和锌离子的吸收率,有研究已证实了这一点。抗性淀粉与菊粉结合后还可以协同改善大鼠小肠内钙镁离子的吸收,抗性淀粉在大肠内被微生物发酵所产生的短链脂肪酸也是促进吸收的一个主要因素。
因此,研究如何制备高含量、可实际利用的抗性淀粉具有重要的营养学意义。由于天然淀粉在热处理过程中性质不稳定,在食品加工中具有很大的局限性。因此,对淀粉进行改性以实现食品中淀粉拥有抗消化的特性具有潜在的应用价值。目前,抗性淀粉的制备方法主要有:物理方法(湿热、退火、挤压、超高压、超声等)、化学方法(磷酸化、氧化、醚化、酯化等)、酶法(脱支酶、分支酶、糖化酶等)以及复合改性法(湿热和交联、酯化和交联、酶解和湿热等)。此外,直链淀粉与脂质复合形成的V-型单螺旋复合物具有抗消化性能。因此,以淀粉-脂质复合物为基础制备低热量、高产率、具有膳食纤维功能的新型抗消化淀粉具有十分重要的意义。
发明内容
本发明旨在提供一种RS5型小麦抗性淀粉的制备方法,以提高小麦淀粉中抗性淀粉的含量。本发明中,经改性后的小麦淀粉具有较低的淀粉酶降解速率,小麦抗性淀粉含量较高。本发明方法新颖,安全无污染,产品具有良好的热稳定性,并且本发明所涉及的生产设备制造成本低,易于实现连续化生产。
本发明首先通过普鲁兰酶脱支处理增加小麦淀粉中直链淀粉含量,再与单硬脂酸甘油酯复合形成V-型单螺旋直链淀粉-脂质复合物,最后经湿热处理以使淀粉链发生重排,形成更多有序的双螺旋结构,从而达到提高抗性淀粉含量的目的。
本发明RS5型小麦抗性淀粉的制备方法,包括如下步骤:
步骤1:普鲁兰酶脱支处理
首先称取1kg小麦淀粉,加入pH 5.8的磷酸缓冲溶液配制获得淀粉悬浮液,在温度100℃下水浴振荡30min得到淀粉糊,然后在室温下冷却至58℃,向淀粉糊中加入普鲁兰酶,于58℃下水浴振荡酶解3-9h;酶解结束后,立刻加入2倍体积的无水乙醇,搅拌灭酶后离心(3000g,20min),置于45℃烘箱中干燥,再经粉碎过筛得到脱支小麦淀粉样品;
步骤2:单硬脂酸甘油酯处理
向步骤1得到的脱支小麦淀粉样品中加入单硬脂酸甘油酯,于70℃水浴搅拌,反应结束后快速冷却至室温(25℃),离心(3000g,20min),用50vt%乙醇洗涤沉淀物,干燥,得到脱支小麦淀粉-单硬脂酸甘油酯复合物;
步骤3:湿热处理
将步骤2得到的脱支小麦淀粉-单硬脂酸甘油酯复合物的水分含量调节为25%-35%,然后置于湿热反应器中,立即进行密封处理,然后于室温下放置24h使水分含量达到平衡状态,随后进行湿热处理;
步骤4:后处理
将经步骤3湿热处理后的淀粉样品放入45℃烘箱中干燥24h,粉碎并过100目筛,得到RS5型小麦抗性淀粉。
步骤1中,淀粉悬浮液的配制浓度为10%(w/v)。
步骤1中,普鲁兰酶的添加比例为每克淀粉40-80ASPU。
步骤2中,单硬脂酸甘油酯的添加质量占淀粉干基重(w/w)的1%-3%。
步骤2中,脱支小麦淀粉与单硬脂酸甘油酯水浴搅拌复合的时间为30-90min。
步骤3中,湿热处理的温度为80-120℃,时间为3-7h。
本发明中,脱支小麦淀粉与单硬脂酸甘油酯复合形成的V-型直链淀粉-脂质复合物,降低了淀粉对消化酶的可及性;再经湿热处理进一步增加了淀粉链的移动以及直链淀粉-直链淀粉、直链淀粉-支链淀粉间的相互作用,有利于抗性淀粉的形成。
本发明采用Englyst法测定改性前后小麦淀粉的体外消化性。本发明普鲁兰酶脱支处理后得到的脱支小麦淀粉,经干燥粉碎直接制得的小麦淀粉中抗性淀粉的含量为63.35%-71.58%,经过与单硬脂酸甘油酯复合的脱支小麦淀粉中抗性淀粉含量为70.26%-76.23%,形成的脱支小麦淀粉-单硬脂酸甘油酯复合物再经湿热处理后的小麦淀粉中抗性淀粉含量为74.67-81.46%。由于抗性淀粉在小肠内不能被消化吸收,只能在大肠中被微生物发酵利用,其代谢产物一方面能够维持肠道的酸性环境,另一方面也促进了毒素的分解和排出,从而预防结肠癌的发生。此外,抗性淀粉能够降低餐后血糖应答值,这对于糖尿病患者影响较大;而对于非胰岛素依赖型的病人,经摄食高抗性淀粉食物,可延缓餐后血糖上升,能够有效缓解糖尿病病情。
本发明通过普鲁兰酶脱支处理得到的脱支小麦淀粉与单硬脂酸甘油酯复合,再经湿热复合改性处理来提高小麦RS的含量。与现有制备RS技术相比,本发明涉及到的设备成本低,易于实现连续化生产,且单硬脂酸甘油酯为食品添加剂,保证了产品的安全性。
与已有技术相比,本发明的有益效果体现在:
1、本发明制备所得小麦抗性淀粉产品中所使用的单硬脂酸甘油酯为食品添加剂,保证了产品的食用安全性。
2、与单一改性方法相比,经过普鲁兰酶脱支再与单硬脂酸甘油酯复合以及湿热处理复合改性,显著提高了小麦淀粉中抗性淀粉的含量。
3、本发明未涉及化学改性处理,避免了化学试剂的引入,具有绿色、环保等优点。
4、本发明制备的小麦淀粉产品中RS含量较高。因此,本发明制备的小麦淀粉具有明显的抗消化、调节血糖以及预防结肠癌等作用。本发明制备的小麦抗性淀粉特别适合开发针对于糖尿病患者以及肥胖患者的食品,应用前景十分广阔。
5、本发明生产工序简单,所涉及的生产设备制造成本低,易于实现连续化生产。
附图说明
图1是实施例1中改性淀粉的体外消化性实验结果。从图1中可以看出,本发明脱支小麦淀粉中RS含量为63.35%,脱支小麦淀粉-单甘酯复合物中RS含量为70.26%,复合改性的小麦淀粉中RS含量为74.67%。
图2是实施例2中改性淀粉的体外消化性实验结果。从图2中可以看出,本发明脱支小麦淀粉中RS含量为71.58%,脱支小麦淀粉-单甘酯复合物中RS含量为76.23%,复合改性的小麦淀粉中RS含量为81.46%。
图3是实施例3中改性淀粉的体外消化性实验结果。从图3中可以看出,本发明脱支小麦淀粉中RS含量为66.05%,脱支小麦淀粉-单甘酯复合物中RS含量为72.18%,复合改性的小麦淀粉中RS含量为80.41%。
图4是实施例2中改性淀粉的X-射线衍射图。从图4中可以看出,小麦淀粉的晶体类型为A型,改性处理未改变淀粉的晶体类型,但其在2θ=20o处的峰强增强,表明本发明中单硬脂酸甘油酯的加入,使得改性淀粉中有更多的V-型直链淀粉-脂质复合物形成。
图5是实施例2中改性淀粉的激光共聚焦显微镜的实验结果。从图5中可以看出,小麦淀粉颗粒表面荧光强度较弱,而改性淀粉颗粒表面呈现较强的荧光,表明本发明中单硬脂酸甘油酯主要分布在淀粉颗粒的表面,同时也证明了直链淀粉-脂质复合物的形成。
具体实施方式
非限定实施方式叙述如下:
实施例1:
1、首先称取1kg小麦淀粉,加入pH5.8磷酸缓冲溶液配成10%(w/v)的淀粉悬浮液,在温度100℃下水浴振荡30min得到淀粉糊,然后在室温下冷却至58℃,向淀粉糊中加入40ASPU/g普鲁兰酶,之后在58℃下水浴振荡酶解9h。酶解结束后,立刻将2倍体积的无水乙醇加入此淀粉酶解物中,搅拌灭酶后,加入淀粉干基质量分数1%的单硬脂酸甘油酯,于70℃水浴搅拌90min,反应结束后快速冷却至室温(25℃),离心(3000g,20min),用50%乙醇洗沉淀物,干燥,得到脱支小麦淀粉-单硬脂酸甘油酯复合物。
2、将上述得到的脱支小麦淀粉-单硬脂酸甘油酯复合物样品经调节水分含量为25%后,置于湿热反应器中,立即进行密封处理,然后于室温下放置24h,使水分含量达到平衡状态,再放入80℃烘箱中进行湿热处理7h,粉碎并过100目筛,得到复合改性的小麦淀粉,简称复合改性小麦淀粉。
经测定,制备的复合改性小麦淀粉样品中RS含量为74.67%。
实施例2:
1、首先称取1kg小麦淀粉,加入pH5.8磷酸缓冲溶液配成10%(w/v)的淀粉悬浮液,在温度100℃下水浴振荡30min得到淀粉糊,然后在室温下冷却至58℃,向淀粉糊中加入60ASPU/g普鲁兰酶,之后在58℃下水浴振荡酶解6h。酶解结束后,立刻将2倍体积的无水乙醇加入此淀粉酶解物中,搅拌灭酶后,加入淀粉干基质量分数2%的单硬脂酸甘油酯,于70℃水浴搅拌60min,反应结束后快速冷却至室温(25℃),离心(3000g,20min),用50%乙醇洗沉淀物,干燥,得到脱支小麦淀粉-单硬脂酸甘油酯复合物。
2、将上述得到的脱支小麦淀粉-单硬脂酸甘油酯复合物样品经调节水分含量为30%后,置于湿热反应器中,立即进行密封处理,然后于室温下放置24h,使水分含量达到平衡状态,再放入100℃烘箱中进行湿热处理5h,粉碎并过100目筛,得到复合改性的小麦淀粉,简称复合改性小麦淀粉。
经测定,制备的复合改性小麦淀粉样品中RS含量为81.46%。
实施例3:
1、首先称取1kg小麦淀粉,加入pH5.8磷酸缓冲溶液配成10%(w/v)的淀粉悬浮液,在温度100℃下水浴振荡30min得到淀粉糊,然后在室温下冷却至58℃,向淀粉糊中加入80ASPU/g普鲁兰酶,之后在58℃下水浴振荡酶解3h。酶解结束后,立刻将2倍体积的无水乙醇加入此淀粉酶解物中,搅拌灭酶后,加入淀粉干基质量分数3%的单硬脂酸甘油酯,于70℃水浴搅拌30min,反应结束后快速冷却至室温(25℃),离心(3000g,20min),用50%乙醇洗沉淀物,干燥,得到脱支小麦淀粉-单硬脂酸甘油酯复合物。
2、将上述得到的脱支小麦淀粉-单硬脂酸甘油酯复合物样品经调节水分含量为35%后,置于湿热反应器中,立即进行密封处理,然后在室温下放置24h,使水分含量达到平衡状态,再放入120℃烘箱中进行湿热处理3h,粉碎并过100目筛,得到复合改性的小麦淀粉,简称复合改性小麦淀粉。
经测定,制备的复合改性小麦淀粉样品中RS含量为80.41%。

Claims (7)

1.一种RS5型小麦抗性淀粉的制备方法,其特征在于:
首先通过普鲁兰酶脱支处理增加小麦淀粉中直链淀粉含量,再与单硬脂酸甘油酯复合形成V-型单螺旋直链淀粉-脂质复合物,最后经湿热处理以使淀粉链发生重排,形成更多有序的双螺旋结构,从而达到提高抗性淀粉含量的目的。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
步骤1:普鲁兰酶脱支处理
首先称取1kg小麦淀粉,加入pH 5.8的磷酸缓冲溶液配制获得淀粉悬浮液,在温度100℃下水浴振荡30min得到淀粉糊,然后在室温下冷却至58℃,向淀粉糊中加入普鲁兰酶,于58℃下水浴振荡酶解3-9h;酶解结束后,立刻加入2倍体积的无水乙醇,搅拌灭酶后离心,置于45℃烘箱中干燥,再经粉碎过筛得到脱支小麦淀粉样品;
步骤2:单硬脂酸甘油酯处理
向步骤1得到的脱支小麦淀粉样品中加入单硬脂酸甘油酯,于70℃水浴搅拌,反应结束后快速冷却至室温,离心,用50vt%乙醇洗涤沉淀物,干燥,得到脱支小麦淀粉-单硬脂酸甘油酯复合物;
步骤3:湿热处理
将步骤2得到的脱支小麦淀粉-单硬脂酸甘油酯复合物的水分含量调节为25%-35%,然后置于湿热反应器中,立即进行密封处理,然后于室温下放置24h使水分含量达到平衡状态,随后进行湿热处理;
步骤4:后处理
将经步骤3湿热处理后的淀粉样品放入45℃烘箱中干燥24h,粉碎并过100目筛,得到RS5型小麦抗性淀粉。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:
步骤1中,淀粉悬浮液的配制浓度为10%。
4.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:
步骤1中,普鲁兰酶的添加比例为每克淀粉40-80ASPU。
5.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:
步骤2中,单硬脂酸甘油酯的添加质量占淀粉干基质量的1%-3%。
6.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:
步骤2中,脱支小麦淀粉与单硬脂酸甘油酯水浴搅拌复合的时间为30-90min。
7.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:
步骤3中,湿热处理的温度为80-120℃,时间为3-7h。
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