CN111205374A - 一种物理改性高亲脂性淀粉及制备方法、应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种物理改性高亲脂性淀粉及制备方法、应用。本发明所述的物理改性高亲脂性淀粉制备方法为，利用超声波‑冻融法联合循环处理淀粉悬浊液数次后，放置烘箱内干燥，粉碎过筛。与原淀粉和单独超声波或冻融循环改性淀粉相比，本发明产物颗粒表面产生大量凹陷与孔隙，吸油率大幅度提高，且糊化温度升高，可作为耐热性亲脂吸附剂。此外，体外模拟消化试验发现，因本发明产物可装载更多油脂，还可作为淀粉基质应用于慢消化淀粉领域开发新型低GI食品。本发明扩展了改性淀粉的用途，可促进马铃薯淀粉产业的发展。
Description
技术领域
本发明涉及改性淀粉技术及食品添加剂技术领域，特别提供了一种物理改性高亲脂性淀粉及制备方法、应用。
背景技术
淀粉作为一种资源丰富的能量物质，为人类各种生理功能的运转提供了必要的能量支持。同时，改性淀粉也得到了广泛的开发和利用，拓宽了淀粉的应用领域。高亲脂性多孔淀粉是众多改性淀粉中的一类，具有较高的比表面积、吸附性和较好的生物降解性，可用于包封具有亲脂性、气味难闻、或易氧化等特点的物质，广泛应用于食品、医药等行业。同时，由于其可承载脂质，在食品加工中可形成淀粉-脂质复合物，还可作为淀粉基质应用于慢消化淀粉领域开发新型低GI食品。
目前，制备高亲脂性改性淀粉的方法有物理、化学和酶法。其中化学改性易产生化学药品残留和大量废液，造成资源浪费且食用安全性有待研究；而酶法改性所需成本高，酶解条件复杂，且产物中的淀粉与酶难以分离。相比之下，物理方法简单经济、环保安全，具有潜在的应用前景。
根据以往的研究，有一些种类的改性淀粉的亲脂性较低，这是由于这些种类的淀粉颗粒结构坚硬，且对淀粉酶的敏感性差，在改性过程中难以形成多孔结构。因此，这些种类的淀粉的发展受限，比如马铃薯淀粉。并且许多研究结果表明，单一的物理改性难以获得优良的高亲脂性淀粉，而关于联合物理改性制备高亲脂性淀粉的研究未见报道。
发明内容
为了解决上述改性淀粉亲脂性低、单一物理改性效果差的技术问题，本发明提供了一种物理改性高亲脂性淀粉及制备方法、应用。
本发明是这样实现的，提供一种物理改性高亲脂性淀粉的制备方法，包括如下步骤：
1)将淀粉与蒸馏水按1：2质量比混合，在室温下磁力搅拌10-60分钟制备淀粉悬浊液；
2)取10-1000mL步骤1)制备的淀粉悬浊液进行2-12分钟超声波处理，超声设备为超声波细胞破碎仪，超声条件为：功率130-750W，频率20-40kHz，超声探头直径为3-25mm，振幅为10-60％，工作-间歇比为3-5s/3-5s，超声波处理过程中，悬浊液温度为0-25℃；
3)对步骤2)所得淀粉悬浊液进行冷冻处理，冷冻温度-80℃--10℃，冷冻时间为1-10小时；
4)对步骤3)所得淀粉样品进行解冻处理，将其放置30-60℃水浴锅内解冻10-120分钟；
5)对步骤4)所得淀粉悬浊液重复进行步骤2)、步骤3)、步骤4)处理，循环次数为1-11次；
6)将步骤5)所得淀粉悬浊液放置在30-40℃烘箱内干燥6-24小时；
7)将步骤6)干燥后的淀粉粉碎，过100目筛，得到物理改性高亲脂性淀粉。
进一步地，所述淀粉为马铃薯淀粉。
本发明还提供一种按照上述的物理改性高亲脂性淀粉的制备方法制备的物理改性高亲脂性淀粉。
本发明还提供一种上述的物理改性高亲脂性淀粉作为食品、医药、化妆品方向的淀粉吸附剂的应用。
本发明还提供一种上述的物理改性高亲脂性淀粉作为低GI食品方向的淀粉基质的应用。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、针对改性淀粉的亲脂性较低，缺乏有效的制备方法的问题，首次采用联合超声波-冻融处理制备物理改性淀粉，与单一物理改性方法相比，大大提升了改性淀粉的亲脂性，赋予淀粉颗粒高比表面积、高孔隙率等优异性能。
2、本发明所用方法均为物理改性，生产过程高效环保，成本低廉，节约能源，发明产物安全无毒。
3、本发明产物具有高亲脂性，可完全降解，可作为绿色吸附剂应用于食品、医药等其他行业，同时还可作为淀粉基质应用于慢消化淀粉领域开发新型低GI食品。
4、本发明的一种物理改性高亲脂性淀粉的制备方法为淀粉的改性提供了新的途径。
5、本发明扩展了马铃薯淀粉的用途，可促进马铃薯淀粉产业的发展。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为不同处理改性淀粉的电镜图(A和E为原淀粉、B和F为超声波改性淀粉、C和G为冻融循环改性淀粉、D和H为超声波-冻融循环改性淀粉)；
图2为不同处理改性淀粉的吸油率；
图3为实施例与对比例吸油前后的消化率。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
为了提高改性淀粉的亲脂性，本发明提供一种物理改性高亲脂性淀粉的制备方法，由于亲脂性较低的改性淀粉例如马铃薯淀粉颗粒粒径大，且含有大量磷酸基团，溶胀性强，因此尤其适合于超声波改性和冻融改性。超声波改性可对淀粉颗粒造成机械破坏，产生凹陷和小孔，冻融改性可损伤淀粉颗粒，产生孔隙和裂纹。
吸油率的测定：称取离心管管重，精确称取1.000g淀粉样品于离心管中，加入5.0g大豆油，搅拌均匀，放入摇床，25℃、200r/min振荡30min后取出，4000r/min离心10min，弃上层油脂，将离心管倒扣至滤纸上，直至不再有油滴落，称总重，根据吸油前后质量差计算吸油率：
吸油率(％)＝(m2-m1-m0)/m0*100
m2—吸油后总重量/g
m1—吸油前离心管重量/g
m0—吸油前淀粉重量/g。
热特性测定：用差示扫描量热仪测定了淀粉样品的热特性。将约2.5mg淀粉样品与7.5μL去离子水混合并密封在一个铝盘中，平衡12h，然后以10℃/min的速率从30℃升至120℃。对淀粉的糊化温度进行了分析计算。
体外模拟消化率的测定：将400mg淀粉样品溶解在含有三个玻璃球的醋酸钠缓冲液(15mL，pH 5.2)中。将悬浮液置于沸水浴中糊化10min，冷却后放入水浴摇床在37℃，150r/min条件下平衡10min，然后加入5mL混合酶溶液(1450U胰酶a-淀粉酶和75U糖化酶)开始模拟体外消化。在反应10、20、60和240min时，分别取1mL水解液加入到4mL无水乙醇中终止反应。将取样液以3500r/min离心2min后，根据3,5-二硝基水杨酸(DNS)法测定上清液中的葡萄糖含量。样品的消化率计算如下：
消化率(％)＝G*0.9/M*100
G—水解产生的葡萄糖量/mg
0.9—葡萄糖到淀粉的摩尔质量转换系数
M—淀粉样品质量/mg。
扫描电子显微镜测试条件：用导电双面胶将干燥的淀粉样品颗粒固定在金属样品台上，并在真空中喷涂上一薄层金。在1.0kV电压下对样品用扫描电子显微镜进行观察拍摄。
对比例1
将马铃薯淀粉与蒸馏水按1：2混合，在室温下磁力搅拌30分钟制备淀粉悬浊液。将100mL淀粉悬浊液放置30℃烘箱内干燥8小时。将干燥后的淀粉粉碎，过100目筛。测定吸油率为59.62％，如图2。热特性测定此淀粉样品结果如表1，起始糊化温度为59.84℃。醇洗测定吸油率后的样品去除浮在颗粒表面的大豆油，烘干后测定吸油前后淀粉体外模拟消化率，结果如图3。
对比例2
将马铃薯淀粉与蒸馏水按1：2混合，在室温下磁力搅拌30分钟制备淀粉悬浊液。对100mL淀粉悬浊液进行10分钟超声波处理，超声设备为超声波细胞破碎仪，功率为750W，频率为20kHz，超声探头直径为13mm，振幅为40％，工作-间歇比为3s/5s，超声波处理过程中，悬浊液置于冰浴。之后，对超声一次后的淀粉悬浊液放置30℃烘箱内干燥8小时。将干燥后的淀粉粉碎，过100目筛。测定吸油率为67.32％，如图2。热特性测定此淀粉样品结果如表1，起始糊化温度为59.98℃。
对比例3
将马铃薯淀粉与蒸馏水按1：2混合，在室温下磁力搅拌30分钟制备淀粉悬浊液。对100mL淀粉悬浊液进行冷冻处理，冷冻温度为-40℃，冷冻时间为3小时。对冷冻后淀粉样品进行解冻处理，将其放置50℃水浴锅内解冻30分钟。此为一次冻融改性循环。重复此循环6次后，将所得淀粉悬浊液放置30℃烘箱内干燥8小时。将干燥后的淀粉粉碎，过100目筛。测定吸油率为67.63％，如图2。热特性测定此淀粉样品结果如表1，起始糊化温度为61.83℃。
实施例1
将马铃薯淀粉与蒸馏水按1：2混合，在室温下磁力搅拌30分钟制备淀粉悬浊液。对100mL淀粉悬浊液进行10分钟超声波处理，超声设备为超声波细胞破碎仪，功率为750W，频率为20kHz，超声探头直径为13mm，振幅为40％，工作-间歇比为3s/5s，超声波处理过程中，悬浊液置于冰浴。之后，对超声一次后的淀粉悬浊液进行冷冻处理，冷冻温度为-40℃，冷冻时间为3小时。对冷冻后淀粉样品进行解冻处理，将其放置50℃水浴锅内解冻30分钟。此为一次超声波-冻融改性循环。重复此循环3次后，将所得淀粉悬浊液放置30℃烘箱内干燥8小时。将干燥后的淀粉粉碎，过100目筛。测定吸油率为72.21％，高于对比例1、2、3，相比对比例1提高了12.59％，淀粉的亲脂性得到提高；热特性测定此淀粉样品结果如表1，起始糊化温度为64.35℃，高于对比例1、2、3，相比对比例1提高了4.51℃，证明了其在耐热性亲脂淀粉吸附剂方向的应用可行性，可用于吸附维生素、色素、不饱和脂肪酸等脂溶性物质。醇洗测定吸油率后的样品去除浮在颗粒表面的大豆油，烘干后测定吸油前后淀粉体外模拟消化率，结果如图3。沸水浴糊化后改性淀粉的多孔结构消失，因此吸油前消化率较对比例1相差不大。经吸油、醇洗后的改性淀粉承载了更多的大豆油，在糊化过程中形成更多的淀粉-脂质复合物，因此吸油后其消化率较对比例1更低，消化性延缓，证明了其作为淀粉基质在低GI食品中应用的可行性。此外，本实施例所用大豆油为混合脂肪酸，若吸附其他单一脂肪酸，理论上会取得更佳的延缓消化效果，这些应用都应在本发明的保护范围内。
实施例2
将马铃薯淀粉与蒸馏水按1：2混合，在室温下磁力搅拌30分钟制备淀粉悬浊液。对100mL淀粉悬浊液进行10分钟超声波处理，超声设备为超声波细胞破碎仪，功率为750W，频率为20kHz，超声探头直径为13mm，振幅为40％，工作-间歇比为3s/5s，超声波处理过程中，悬浊液置于冰浴。之后，对超声一次后的淀粉悬浊液进行冷冻处理，冷冻温度为-40℃，冷冻时间为3小时。对冷冻后淀粉样品进行解冻处理，将其放置50℃水浴锅内解冻30分钟。此为一次超声波-冻融改性循环。重复此循环7次后，将所得淀粉悬浊液放置30℃烘箱内干燥8小时。将干燥后的淀粉粉碎，过100目筛。测定吸油率为80.2％，如图2，高于对比例1、2、3，相比对比例1提高了20.58％，淀粉的亲脂性得到提高；热特性测定此淀粉样品结果如表1，起始糊化温度为69.53℃，高于对比例1、2、3，相比对比例1提高了9.69℃，证明了其在耐热性亲脂淀粉吸附剂方向的应用可行性，可用于吸附维生素、色素、不饱和脂肪酸等脂溶性物质。醇洗测定吸油率后的样品去除浮在颗粒表面的大豆油，烘干后测定吸油前后淀粉体外模拟消化率，结果如图3。沸水浴糊化后改性淀粉的多孔结构消失，因此吸油前消化率较对比例1相差不大。经吸油、醇洗后的改性淀粉承载了更多的大豆油，在糊化过程中形成更多的淀粉-脂质复合物，因此吸油后其消化率较对比例1更低，消化性延缓，证明了其作为淀粉基质在低GI食品中应用的可行性。此外，本实施例所用大豆油为混合脂肪酸，若吸附其他单一脂肪酸，理论上会取得更佳的延缓消化效果，这些应用都应在本发明的保护范围内。
对比例1、对比例2、对比例3和实施例2的淀粉样品的电镜图如图1：原马铃薯淀粉颗粒形状大小不均，表面平整光滑。超声波改性淀粉受到超声波空化泡的机械攻击，颗粒表面出现了一些褶皱和凹痕。冻融循环改性淀粉颗粒表面出现大量的孔隙和裂缝，这是冰和水反复转化的结果。超声波-冻融循环改性淀粉在每个循环中先经超声波处理，使淀粉颗粒表面疏松，形成一定的孔隙，在随后的冻融处理中为水分子进入淀粉颗粒内部提供了通道，促进了水分的扩散，两种处理的协同效应使淀粉颗粒表面出现大量褶皱，内部出现凹陷和孔隙，淀粉颗粒的损伤最为严重，比表面积增大，因此吸油率提高。因此，在本发明提供的方法中，必须先进行超声波处理，再进行冻融处理。顺序不可调换。
表1
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例，显然，本发明不仅限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的科研人员从本发明公开的内容直接或间接联想到的所有形变，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种物理改性高亲脂性淀粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将淀粉与蒸馏水按1：2质量比混合，在室温下磁力搅拌10-60分钟制备淀粉悬浊液；
2)取10-1000mL步骤1)制备的淀粉悬浊液进行2-12分钟超声波处理，超声设备为超声波细胞破碎仪，超声条件为：功率130-750W，频率20-40kHz，超声探头直径为3-25mm，振幅为10-60％，工作-间歇比为3-5s/3-5s，超声波处理过程中，悬浊液温度为0-25℃；
3)对步骤2)所得淀粉悬浊液进行冷冻处理，冷冻温度-80℃--10℃，冷冻时间为1-10小时；
4)对步骤3)所得淀粉样品进行解冻处理，将其放置30-60℃水浴锅内解冻10-120分钟；
5)对步骤4)所得淀粉悬浊液重复进行步骤2)、步骤3)、步骤4)处理，循环次数为1-11次；
6)将步骤5)所得淀粉悬浊液放置在30-40℃烘箱内干燥6-24小时；
7)将步骤6)干燥后的淀粉粉碎，过100目筛，得到物理改性高亲脂性淀粉。
2.按照权利要求1所述的物理改性高亲脂性淀粉的制备方法，其特征在于，所述淀粉为马铃薯淀粉。
3.一种物理改性高亲脂性淀粉，其特征在于，是按照权利要求1或2所述的物理改性高亲脂性淀粉的制备方法制备。
4.一种如权利要求3所述的物理改性高亲脂性淀粉的应用，其特征在于，作为食品、医药、化妆品方向的淀粉吸附剂。
5.一种如权利要求3所述的物理改性高亲脂性淀粉的应用，其特征在于，作为低GI食品方向的淀粉基质。
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