CN110295208B - 一种提升抗性糊精抗性和产量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提升抗性糊精抗性和产量的方法，属于水溶性膳食纤维制备领域。本发明的方法，焦糊精依次进行异淀粉酶酶解、α‑淀粉酶酶解、转苷酶酶解；酶解完毕后，向酶解液中加入乙醇醇沉，获得抗性糊精。本发明通过增加异淀粉酶酶解步骤，焦糊精中的小支链在异淀粉酶的作用下变成多个小直链，一方面，α‑淀粉酶可以更彻底的将焦糊精中的α‑1,4糖苷键断开，增加抗性糊精的抗性；一定程度增加了酶解液中小分子葡萄糖或麦芽糖等的含量，进而为转苷酶提供更多的小分子葡萄糖和麦芽糖，进一步增加α‑1,6糖苷键的含量，提升了抗性糊精的抗性。本发明方法便于操作，成本低，且得到的抗性糊精产品抗性好，产量高，适于产业化应用。
Description
技术领域
本发明涉及水溶性纤维制备领域，特别涉及一种提升抗性糊精抗性和产量的方法。
背景技术
抗性糊精是一种低热量水溶性的膳食纤维，属于低分子葡聚糖。抗性糊精形态为白色或淡黄色粉末，几乎无甜味，无异味，易溶于水且不溶于乙醇。其水溶液黏度很低，且很稳定，随其他条件的变化黏度变化很小；同时抗性糊精热量低，具有耐酸性、耐热性、耐冷冻、耐储存，具有十分广阔的应用前景。
把淀粉经过一定处理后生成的抗性糊精结构更加复杂，除了具有普通淀粉的α-1,6糖苷键和α-1, 4糖苷键之外，还具有α-1, 2糖苷键和α-1, 3糖苷键，以及一些缩葡聚糖和β-1, 6糖苷键；同时还具有直链部分以外的其他很多不规则的分支结构。因此抗性糊精对人体消化酶的水解具有极强的抗性。
中国卫生部于2012年发布的第16号公告中规定了商业化抗性糊精的相关基本信息和质量标准，要求抗性糊精中总膳食纤维含量应≥82%，灰分含量应≤0. 5%，水分含量≤6%，呈弱酸性（pH4～6）；也宣布膳食纤维以后可作为一种普通的功能组分添加于各类食品，而且不限制使用量。这一举措打消了民众对抗性糊精作为一种食品添加剂的安全性的顾虑，也促进了抗性糊精的商业化和规范化，为抗性糊精在食品工业中的发展奠定了良好的基础。
抗性糊精是极具代表性的低黏度水溶性膳食纤维，易于加入到加工食品中，使膳食纤维更容易被人体吸收。相比于市场上较多的可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维，抗性糊精的优势更加明显。
抗性糊精制备的基本方法主要有酸热法和酶法。
利用酸热法制备抗性糊精的过程主要包括淀粉解聚、转葡聚糖以及再聚合，是将淀粉在一定量酸的存在下高温加热使其改性，此方法通常使用柠檬酸来做催化剂，也有研究用柠檬酸和酒石酸共同做催化剂来制备抗性糊精。通过酸热法制备的抗性糊精抗性含量高，但是副反应多，反应剧烈，产物较为复杂。
通过酶法生产抗性糊精的工艺基本分为两个阶段，首先是焦糊精的制备，然后是抗性糊精的制备。主要的生产工艺流程大致是：将普通玉米淀粉做酸化处理，待混合均匀后烘干至水分含量5%以下或将烘干的淀粉进行酸化处理，然后在高温下酸解制备得出焦糊精。将焦糊精样品经过酶解工艺处理，来提高其抗性。最后经脱色处理，再浓缩喷雾干燥，得到抗性糊精。酶解方法一般先选用α-淀粉酶断开淀粉分子中的α-1, 4糖苷键，将淀粉降解成小分子链，然后再用转苷酶或分支酶将这些小分子以α-1, 6糖苷键连接到直链淀粉上，进一步提高抗性含量。利用酶法制备的抗性糊精，作用条件温和，副反应少，适合用于生产小分子的抗性糊精，但是制得的产品抗性含量往往比较低。
酶法生产抗性糊精，条件温和 、副反应少，便于提纯，但是，酶法制得的产品抗性较差。因此，利用酶法制备抗性糊精，提升产品抗性是亟待解决的问题。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种提升抗性糊精抗性和产量的方法。
本发明的技术方案为：
一种提升抗性糊精抗性和产量的方法，焦糊精依次进行异淀粉酶酶解、α-淀粉酶酶解、转苷酶酶解；酶解完毕后，向酶解液中加入乙醇醇沉，获得抗性糊精。
作为优选方案，所述焦糊精的制备方法为：向干燥淀粉中加入酸液，酸液加入量满足每10g淀粉加入3~8mL质量分数为1%~2%的酸液，淀粉酸浸1~2小时后抽滤；将抽滤后的淀粉烘干，于150~160℃下酸解60~120min，得焦糊精。
作为优选方案，向焦糊精中加入3~5倍体积的水，混合均匀后，调节pH至7.0~7.5，加入质量百分数为0.2%~0.5%的异淀粉酶，40~55℃酶解3~5小时。
进一步地，异淀粉酶酶解后，调节pH至6.0~6.5，加入质量百分数为0.4%~0.6%的α-淀粉酶，90~97℃下酶解1.5~2.5小时。
进一步地，α-淀粉酶酶解后，调节pH至5.2~5.7，加入质量百分数为0.2%~0.4%的转苷酶，50~58℃下酶解12~20小时。
进一步地，向转苷酶酶解后的酶解液中加入4~5倍体积的乙醇，振荡摇匀，静置15~30小时，滤除乙醇，将沉淀物烘干，即得抗性糊精。
作为优选方案，加入质量百分数为0.3%的异淀粉酶，酶解温度为50℃，酶解4小时；异淀粉酶的酶活为16000U/mL。
作为优选方案，加入质量百分数为0.5%的α-淀粉酶，酶解温度为94℃，酶解2小时；α-淀粉酶的酶活为120KNU/g。
作为优选方案，加入质量百分数为0.3%的转苷酶，酶解温度为55℃，酶解18小时；转苷酶的酶活为150000u/g。
作为优选方案，向转苷酶酶解后的酶解液中加入4倍体积的分析纯乙醇。
淀粉经过酸热解后，还存在一定量的小支链，异淀粉酶可以切断支链分枝点的1,6-糖苷键，切下整个侧枝，形成直链。α-淀粉酶目的是断开焦糊精中的α-1, 4糖苷键断开。
转苷酶能够将一些小分子的葡萄糖、麦芽糖以α-1, 6糖苷键的形式连接到大分子的葡萄糖和麦芽糖上面形成异麦芽糖、潘糖等一些分歧的低聚糖，增加了样品中α-1, 6糖苷键的数量，提高了抗性糊精含量。
异淀粉酶作用后，小支链在异淀粉酶的作用下变成多个小直链；一方面，α-淀粉酶可以更彻底的将焦糊精中的α-1, 4糖苷键断开，增加抗性糊精的抗性；另一方面，小支链在异淀粉酶的作用下变成多个小直链，此时再经过α-淀粉酶酶解，一定程度增加了酶解液中小分子葡萄糖或麦芽糖等的含量，进而为转苷酶提供更多的小分子葡萄糖和麦芽糖，进一步增加α-1, 6糖苷键的含量，提升了抗性糊精的抗性。
本发明的有益效果为：
本发明通过增加异淀粉酶酶解步骤，焦糊精中的小支链在异淀粉酶的作用下变成多个小直链，一方面，α-淀粉酶可以更彻底的将焦糊精中的α-1, 4糖苷键断开，增加抗性糊精的抗性；另一方面，小支链在异淀粉酶的作用下变成多个小直链，此时再经过α-淀粉酶酶解，一定程度增加了酶解液中小分子葡萄糖或麦芽糖等的含量，进而为转苷酶提供更多的小分子葡萄糖和麦芽糖，进一步增加α-1, 6糖苷键的含量，提升了抗性糊精的抗性。
另外，增加异淀粉酶酶解步骤，可以降低淀粉酸热解的温度，一定程度上降低副反应的发生，使得焦糊精中抗性糊精的含量更高。
本发明方法便于操作，成本低，且得到的抗性糊精产品抗性好，产量高，适于产业化应用。
具体实施方式
以下实施例中：
异淀粉酶的酶活为16000U/mL；
α-淀粉酶的酶活为120KNU/g；
转苷酶的酶活为150000u/g；
抗性糊精产率的计算公式为：
抗性糊精产率=酶解后烘干物质的重量/酶解前焦糊精样品质量×100%
实施例1：
一种提升抗性糊精抗性和产量的方法，包括步骤：
1、焦糊精的制备
将玉米淀粉置于烘箱中，110℃烘干至水分含量5%以下，取出后将干燥的淀粉进行酸化，每10g淀粉加入5ml 质量分数为1%的盐酸，混匀后酸浸1h。取出后，进行抽滤，然后将抽滤出的淀粉置于恒温干燥箱中，110℃烘干至恒重，再158℃酸解110min，即得到焦糊精。
2、焦糊精异淀粉酶酶解
向焦糊精中加入4倍体积的水，混合均匀；调节pH至7.0~7.5，加入质量百分数为0.3%的异淀粉酶，50℃酶解4小时。
3、α-淀粉酶酶解
调节步骤2所得酶解液的pH至6.0~6.5，加入质量百分数为0.5%的α-淀粉酶，94℃下酶解2小时。
4、转苷酶酶解
调节步骤3所得酶解液的pH至5.2~5.7，加入质量百分数为0.3%的转苷酶，55℃下酶解18小时。
5、向转苷酶酶解后的酶解液中加入4倍体积的分析纯乙醇，振荡摇匀，静置24小时，滤除乙醇，将沉淀物烘干，即得抗性糊精。
根据以上抗性糊精产率计算公式得，本实施例抗性糊精的得率为81.72%。
实施例2：
一种提升抗性糊精抗性和产量的方法，包括步骤：
1、焦糊精的制备
将玉米淀粉置于烘箱中，110℃烘干至水分含量5%以下，取出后将干燥的淀粉进行酸化，每10g淀粉加入5ml 质量分数为1%的盐酸，混匀后酸浸1h。取出后，进行抽滤，然后将抽滤出的淀粉置于恒温干燥箱中，110℃烘干至恒重，再165℃酸解110min，即得到焦糊精。
2、焦糊精异淀粉酶酶解
向焦糊精中加入4倍体积的水，混合均匀；调节pH至7.0~7.5，加入质量百分数为0.3%的异淀粉酶，50℃酶解4小时。
3、α-淀粉酶酶解
调节步骤2所得酶解液的pH至6.0~6.5，加入质量百分数为0.5%的α-淀粉酶，94℃下酶解2小时。
4、转苷酶酶解
调节步骤3所得酶解液的pH至5.2~5.7，加入质量百分数为0.3%的转苷酶，55℃下酶解18小时。
5、向转苷酶酶解后的酶解液中加入4倍体积的分析纯乙醇，振荡摇匀，静置24小时，滤除乙醇，将沉淀物烘干，即得抗性糊精。
与实施例1相比，实施例2中，玉米淀粉酸热解温度提升至165℃。
根据以上抗性糊精产率计算公式得，本实施例抗性糊精的得率为81.33%。
实施例3：
一种提升抗性糊精抗性和产量的方法，包括步骤：
1、焦糊精的制备
将玉米淀粉置于烘箱中，110℃烘干至水分含量5%以下，取出后将干燥的淀粉进行酸化，每10g淀粉加入5ml 质量分数为1%的盐酸，混匀后酸浸1h。取出后，进行抽滤，然后将抽滤出的淀粉置于恒温干燥箱中，110℃烘干至恒重，再158℃酸解110min，即得到焦糊精。
2、焦糊精异淀粉酶酶解
向焦糊精中加入4倍体积的水，混合均匀；调节pH至7.0~7.5，加入质量百分数为0.4%的异淀粉酶，50℃酶解4小时。
3、α-淀粉酶酶解
调节步骤2所得酶解液的pH至6.0~6.5，加入质量百分数为0.5%的α-淀粉酶，94℃下酶解2小时。
4、转苷酶酶解
调节步骤3所得酶解液的pH至5.2~5.7，加入质量百分数为0.3%的转苷酶，55℃下酶解18小时。
5、向转苷酶酶解后的酶解液中加入4倍体积的分析纯乙醇，振荡摇匀，静置24小时，滤除乙醇，将沉淀物烘干，即得抗性糊精。
与实施例1相比，异淀粉酶的加入量由0.3%提升至0.4%。
根据以上抗性糊精产率计算公式得，本实施例抗性糊精的得率为81.42%。
实施例4
一种提升抗性糊精抗性和产量的方法，包括步骤：
1、焦糊精的制备
将玉米淀粉置于烘箱中，110℃烘干至水分含量5%以下，取出后将干燥的淀粉进行酸化，每10g淀粉加入5ml 质量分数为1%的盐酸，混匀后酸浸1h。取出后，进行抽滤，然后将抽滤出的淀粉置于恒温干燥箱中，110℃烘干至恒重，再158℃酸解110min，即得到焦糊精。
2、焦糊精异淀粉酶酶解
向焦糊精中加入4倍体积的水，混合均匀；调节pH至7.0~7.5，加入质量百分数为0.2%的异淀粉酶，50℃酶解4小时。
3、α-淀粉酶酶解
调节步骤2所得酶解液的pH至6.0~6.5，加入质量百分数为0.5%的α-淀粉酶，94℃下酶解2小时。
4、转苷酶酶解
调节步骤3所得酶解液的pH至5.2~5.7，加入质量百分数为0.3%的转苷酶，55℃下酶解18小时。
5、向转苷酶酶解后的酶解液中加入4倍体积的分析纯乙醇，振荡摇匀，静置24小时，滤除乙醇，将沉淀物烘干，即得抗性糊精。
与实施例1相比，异淀粉酶的加入量由0.3%降低至0.2%。
根据以上抗性糊精产率计算公式得，本实施例抗性糊精的得率为77.63%。
实施例5
一种提升抗性糊精抗性和产量的方法，包括步骤：
1、焦糊精的制备
将玉米淀粉置于烘箱中，110℃烘干至水分含量5%以下，取出后将干燥的淀粉进行酸化，每10g淀粉加入5ml 质量分数为1%的盐酸，混匀后酸浸1h。取出后，进行抽滤，然后将抽滤出的淀粉置于恒温干燥箱中，110℃烘干至恒重，再158℃酸解110min，即得到焦糊精。
2、焦糊精异淀粉酶酶解
向焦糊精中加入4倍体积的水，混合均匀；调节pH至7.0~7.5，加入质量百分数为0.3%的异淀粉酶，50℃酶解4小时。
3、α-淀粉酶酶解
调节步骤2所得酶解液的pH至6.0~6.5，加入质量百分数为0.4%的α-淀粉酶，94℃下酶解2小时。
4、转苷酶酶解
调节步骤3所得酶解液的pH至5.2~5.7，加入质量百分数为0.3%的转苷酶，55℃下酶解18小时。
5、向转苷酶酶解后的酶解液中加入4倍体积的分析纯乙醇，振荡摇匀，静置24小时，滤除乙醇，将沉淀物烘干，即得抗性糊精。
与实施例1相比，α-淀粉酶的加入量由0.5%降低至0.4%。
根据以上抗性糊精产率计算公式得，本实施例抗性糊精的得率为79.96%。
实施例6
一种提升抗性糊精抗性和产量的方法，包括步骤：
1、焦糊精的制备
将玉米淀粉置于烘箱中，110℃烘干至水分含量5%以下，取出后将干燥的淀粉进行酸化，每10g淀粉加入5ml 质量分数为1%的盐酸，混匀后酸浸1h。取出后，进行抽滤，然后将抽滤出的淀粉置于恒温干燥箱中，110℃烘干至恒重，再158℃酸解110min，即得到焦糊精。
2、焦糊精异淀粉酶酶解
向焦糊精中加入4倍体积的水，混合均匀；调节pH至7.0~7.5，加入质量百分数为0.3%的异淀粉酶，50℃酶解4小时。
3、α-淀粉酶酶解
调节步骤2所得酶解液的pH至6.0~6.5，加入质量百分数为0.6%的α-淀粉酶，94℃下酶解2小时。
4、转苷酶酶解
调节步骤3所得酶解液的pH至5.2~5.7，加入质量百分数为0.3%的转苷酶，55℃下酶解18小时。
5、向转苷酶酶解后的酶解液中加入4倍体积的分析纯乙醇，振荡摇匀，静置24小时，滤除乙醇，将沉淀物烘干，即得抗性糊精。
与实施例1相比，α-淀粉酶的加入量由0.5%升高至0.6%。
根据以上抗性糊精产率计算公式得，本实施例抗性糊精的得率为81.91%。
实施例7
一种提升抗性糊精抗性和产量的方法，包括步骤：
1、焦糊精的制备
将玉米淀粉置于烘箱中，110℃烘干至水分含量5%以下，取出后将干燥的淀粉进行酸化，每10g淀粉加入5ml 质量分数为1%的盐酸，混匀后酸浸1h。取出后，进行抽滤，然后将抽滤出的淀粉置于恒温干燥箱中，110℃烘干至恒重，再158℃酸解110min，即得到焦糊精。
2、焦糊精异淀粉酶酶解
向焦糊精中加入4倍体积的水，混合均匀；调节pH至7.0~7.5，加入质量百分数为0.3%的异淀粉酶，50℃酶解4小时。
3、α-淀粉酶酶解
调节步骤2所得酶解液的pH至6.0~6.5，加入质量百分数为0.5%的α-淀粉酶，94℃下酶解2小时。
4、转苷酶酶解
调节步骤3所得酶解液的pH至5.2~5.7，加入质量百分数为0.2%的转苷酶，55℃下酶解18小时。
5、向转苷酶酶解后的酶解液中加入4倍体积的分析纯乙醇，振荡摇匀，静置24小时，滤除乙醇，将沉淀物烘干，即得抗性糊精。
与实施例1相比，转苷酶的加入量由0.3%降低至0.2%。
根据以上抗性糊精产率计算公式得，本实施例抗性糊精的得率为74.27%。
实施例8
一种提升抗性糊精抗性和产量的方法，包括步骤：
1、焦糊精的制备
将玉米淀粉置于烘箱中，110℃烘干至水分含量5%以下，取出后将干燥的淀粉进行酸化，每10g淀粉加入5ml 质量分数为1%的盐酸，混匀后酸浸1h。取出后，进行抽滤，然后将抽滤出的淀粉置于恒温干燥箱中，110℃烘干至恒重，再158℃酸解110min，即得到焦糊精。
2、焦糊精异淀粉酶酶解
向焦糊精中加入4倍体积的水，混合均匀；调节pH至7.0~7.5，加入质量百分数为0.3%的异淀粉酶，50℃酶解4小时。
3、α-淀粉酶酶解
调节步骤2所得酶解液的pH至6.0~6.5，加入质量百分数为0.5%的α-淀粉酶，94℃下酶解2小时。
4、转苷酶酶解
调节步骤3所得酶解液的pH至5.2~5.7，加入质量百分数为0.4%的转苷酶，55℃下酶解18小时。
5、向转苷酶酶解后的酶解液中加入4倍体积的分析纯乙醇，振荡摇匀，静置24小时，滤除乙醇，将沉淀物烘干，即得抗性糊精。
与实施例1相比，转苷酶的加入量由0.3%升高至0.4%。
根据以上抗性糊精产率计算公式得，本实施例抗性糊精的得率为81.15%。
对比例1
一种提升抗性糊精抗性和产量的方法，包括步骤：
1、焦糊精的制备
将玉米淀粉置于烘箱中，110℃烘干至水分含量5%以下，取出后将干燥的淀粉进行酸化，每10g淀粉加入5ml 质量分数为1%的盐酸，混匀后酸浸1h。取出后，进行抽滤，然后将抽滤出的淀粉置于恒温干燥箱中，110℃烘干至恒重，再170℃酸解110min，即得到焦糊精。
2、α-淀粉酶酶解
向焦糊精中加入4倍体积的水，混合均匀；调节pH至6.0~6.5，加入质量百分数为0.5%的α-淀粉酶，94℃下酶解2小时。
3、转苷酶酶解
调节步骤2所得酶解液的pH至5.2~5.7，加入质量百分数为0.3%的转苷酶，55℃下酶解18小时。
4、向转苷酶酶解后的酶解液中加入4倍体积的分析纯乙醇，振荡摇匀，静置24小时，滤除乙醇，将沉淀物烘干，即得抗性糊精。
对比例1与实施例1相比，玉米淀粉酸解的温度由158℃提升至170℃，并且省略异淀粉酶酶解步骤。
根据以上抗性糊精产率计算公式得，本对比例抗性糊精的得率为68.26%。
可见通过单因素变量实验，确定实施例1的条件为最优化条件。
另外，与对比例相比，本发明抗性糊精的产量显著提升，主要是由于异淀粉酶酶解步骤的增加。本发明通过增加异淀粉酶酶解步骤，焦糊精中的小支链在异淀粉酶的作用下变成多个小直链，一方面，α-淀粉酶可以更彻底的将焦糊精中的α-1, 4糖苷键断开，增加抗性糊精的抗性；另一方面，小支链在异淀粉酶的作用下变成多个小直链，此时再经过α-淀粉酶酶解，一定程度增加了酶解液中小分子葡萄糖或麦芽糖等的含量，进而为转苷酶提供更多的小分子葡萄糖和麦芽糖，进一步增加α-1, 6糖苷键的含量，提升了抗性糊精的抗性。
另外，增加异淀粉酶酶解步骤，可以降低淀粉酸热解的温度，一定程度上降低副反应的发生，使得焦糊精中抗性糊精的含量更高。
Claims (5)
1.一种提升抗性糊精抗性和产量的方法，其特征在于：焦糊精依次进行异淀粉酶酶解、α-淀粉酶酶解、转苷酶酶解；酶解完毕后，向酶解液中加入乙醇醇沉，获得抗性糊精；具体包括如下：
所述焦糊精的制备方法为：向干燥淀粉中加入酸液，酸液加入量满足每10g淀粉加入3~8mL质量分数为1%~2%的酸液，淀粉酸浸1~2小时后抽滤；将抽滤后的淀粉烘干，于150~160℃下酸解60~120min，得焦糊精；
向焦糊精中加入3~5倍体积的水，混合均匀后，调节pH至7.0~7.5，加入质量百分数为0.2%~0.5%的异淀粉酶，40~55℃酶解3~5小时；
异淀粉酶酶解后，调节pH至6.0~6.5，加入质量百分数为0.4%~0.6%的α-淀粉酶，90~97℃下酶解1.5~2.5小时；
α-淀粉酶酶解后，调节pH至5.2~5.7，加入质量百分数为0.2%~0.4%的转苷酶，50~58℃下酶解12~20小时；
向转苷酶酶解后的酶解液中加入4~5倍体积的乙醇，振荡摇匀，静置15~30小时，滤除乙醇，将沉淀物烘干，即得抗性糊精。
2.如权利要求1所述提升抗性糊精抗性和产量的方法，其特征在于：加入质量百分数为0.3%的异淀粉酶，酶解温度为50℃，酶解4小时；异淀粉酶的酶活为16000U/mL。
3.如权利要求1所述提升抗性糊精抗性和产量的方法，其特征在于：加入质量百分数为0.5%的α-淀粉酶，酶解温度为94℃，酶解2小时；α-淀粉酶的酶活为120KNU/g。
4.如权利要求1所述提升抗性糊精抗性和产量的方法，其特征在于：加入质量百分数为0.3%的转苷酶，酶解温度为55℃，酶解18小时；转苷酶的酶活为150000u/g。
5.如权利要求1所述提升抗性糊精抗性和产量的方法，其特征在于：向转苷酶酶解后的酶解液中加入4倍体积的分析纯乙醇。
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