CN112852903A - 一种结构疏松的慢消化淀粉制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种结构疏松的慢消化淀粉制备方法，属于淀粉加工技术领域。本发明将定比复配高支链比例的玉米淀粉，并添加α‑1,4糖苷键或β‑1,4糖苷键水解酶进行升温挤压，以提高挤出样中α‑葡聚糖或β‑葡聚糖的比例。利用葡萄糖转苷酶的转苷反应延长支链侧支(形成α‑1,6糖苷键)后，经缓慢控温结晶降低淀粉直链重结晶的运动速度，进而赋予支链更多的时间与空间延展侧链、缓慢回生，形成以原有抗性晶核为中心的支链结晶簇“外包”构型(晶体长周期范围：14～22nm)。本发明充分利用淀粉抗性结构域中的天然抗性晶核，其疏松的生长环结构可在提高产物中慢消化淀粉比例的同时，也改善其适口性，目标产物可广泛应用于面包、糕点等制品的配料中。
Description
技术领域
本发明涉及一种慢消化多糖配料产品的制备方法，尤其是涉及一种利用天然微抗性晶核并形成支链结晶簇疏松结构的慢消化淀粉的加工方法，属于淀粉加工技术领域。
背景技术
慢消化淀粉(slowly digestible starch,SDS)是淀粉糊化解链后结构重组形成的一种新型膳食纤维，具有缓慢消化吸收、持续释放能量、维持饭后血糖稳定等功能，因此常应用在糖尿病人或肥胖人群食用的功能食品配料中，也日益成为食品科学和现代营养领域研究的热点。影响SDS结构成型的因素包括直链淀粉链长、原有结晶度、支链淀粉分支结构、回生特性等。近年来，研究者们致力于通过形成淀粉-配体复合物、调控加工条件等方式来形成不同的抗性结构单元。但由于传统制备SDS的水热方法缺乏对淀粉链回生行为的有效调控，致使其酶抗性多来源于高度致密结晶的片层排布结构，因此改性产物常具有分子量大、硬度高、适口性低等局限性。此外，由于目前对成核结构的研究尚不清晰，造成了“天然”微抗性晶核资源的潜在浪费。因此淀粉微抗性结构域的构建仍需在现有基础上合理运用调控策略，发掘天然优势，在避免引入未知风险的化学试剂的前提下，以绿色高效的加工手段制备得到功能性淀粉改性新产品。
基于此，本发明利用酶法挤压这一绿色加工手段对淀粉链进行高效改性，即将传统挤压腔体或螺杆配置提供的多向剪切力与酶解力合理协同，定向调控淀粉结晶区内的支链结构，通过缓慢控温结晶改变其回生动力学，以此得到所述具备疏松支链结晶簇结构的SDS。此制备方法在提高SDS适口性的同时，也达到了在人体内有效控制其抗性成分缓慢降解的目的，可有效降低餐后血糖的上升速率。
发明内容
本发明提供了一种有效利用“天然”微抗性晶核制备结构疏松的SDS的方法，利用挤压腔中耦合的多物理场加工环境，促进淀粉直链和部分支链水解、糊化。辅以转苷反应延长支链侧支，以形成高分支度(Degree of debranch,DB)的支链结晶簇，并排布为疏松的生长环架构，即得到所述结构疏松的SDS。
为了实现上述发明内容，本申请的技术方案如下：
一种结构疏松的SDS的制备方法：将作用位点为α-1,4糖苷键或β-1,4糖苷键的淀粉酶与复配淀粉共挤压处理。挤出后，加入葡萄糖转苷酶进行转苷反应。随后将转苷反应产物烘干至水分含量为30～50wt％，然后以0.1～4.5℃/min的速率降温至-20～10℃的结晶温度，并保持此温度用于2～8天的回生结晶，得到所述结构疏松的SDS；
进一步地，淀粉酶的酶活范围为：5～55U/g；所述葡萄糖转苷酶的酶活范围为：10～90U/g，所述酶活定义为每克淀粉干基中加入的酶活量(U)。
在定比复配的高支链比例的玉米淀粉中添加α-1,4糖苷键或β-1,4糖苷键的定向水解酶液后，利用挤压协同剪切场、温度场等多物理场对复配物料进行加工改性，促进淀粉直链和部分支链水解、糊化，进而暴露更多“天然”微抗性晶核。由于淀粉结晶区主要由支链单/双螺旋和直链-支链双螺旋排列成型，因此本发明利用葡萄糖转苷酶在淀粉链重结晶前定向调控支链结构，其将酶法挤压产物中增多的α-葡聚糖或β-葡聚糖接支到原有晶核的支链侧支以形成新的α-1,6糖苷键，即转苷反应。回生期间，低温下的缓慢控温结晶可减慢淀粉直链的运动速度，并赋予支链更多时间和空间回旋结晶。高DB的支链淀粉链侧支有序排列可支撑起更宽的晶面结构，形成疏松的生长环结构，在保留原有抗性晶体质构的情况下形成支链结晶簇“外包”构型的结构疏松的SDS。
进一步地，淀粉酶为α-淀粉酶、β-淀粉酶的一种或两种。
进一步地，复配淀粉包含2～8重量份的支链淀粉和1重量份的直链淀粉。
进一步地，复配淀粉为玉米淀粉。
作为优选的方案，所述挤压前，调节复合酶与淀粉的混合物料的水分含量为20～40wt％。
进一步地，共挤压处理采用螺杆挤出机，温区分布依次为40～60℃、50～70℃、60～80℃、70～90℃和80～100℃；螺杆转速设置为50～250r/min。温区温度依次升高。
进一步地，转苷反应为：于50℃条件下在醋酸盐缓冲液(pH 5.2)中恒温搅拌12h。
进一步地，淀粉酶的种类有：耐高温α-淀粉酶、中温α-淀粉酶、β-淀粉酶中的一种或多种。
发明的有益技术效果如下：本发明与传统制备SDS的水热方法相比，利用了生物酶-挤压联用加工手段，在梯度升温过程中遵循“局部酶解直链，糊化破坏宏结构域”的限制性顺序改性原则，并辅以螺杆挤压无序解链，在有效暴露“天然”微小晶核后延展支链，经缓慢结晶得到兼具抗性和优质口感的淀粉改性产物。本发明一方面实现了在天然质构基础上对淀粉微结构域的定向调控，另一方面也改善了长期以来淀粉高抗性结构带来的不良口感，进一步扩大了SDS的实际应用。
附图说明
图1为本发明制备的结构疏松的SDS的工艺流程图；
图2为本发明实施例1-3制备的结构疏松的SDS的小角X-射线散射(SAXS)图谱，用于说明长周期LLorentz；
图3为本发明实施例1-3制备的结构疏松的SDS的尺寸排阻色谱(SEC)图谱，用于说明分支度(DB)；
图4为本发明实施例1-3制备的结构疏松的SDS的扫描电子显微镜(SEM)显微图像，用于直接证明本发明制备的结构疏松的SDS。
具体实施方式
以下通过实施例来进一步阐释本发明，下列实施例用于说明目的而非用于限制本发明范围。
实施例1
一种结构疏松的SDS的制备方法，步骤如下：
(1)加酶挤压：配制高支链比例的玉米淀粉：8:1(w/w)，调节其水分含量至20wt％。将耐高温α-淀粉酶液(5U/g)与复配好的玉米淀粉进行梯度升温共挤压：温区分布依次为60℃、70℃、80℃、90℃和100℃，螺杆转速设置为250r/min；
(2)转苷反应：在步骤(1)制得的淀粉样中添加90U/g的葡萄糖转苷酶，于50℃条件下在醋酸盐缓冲液(pH 5.2)中恒温搅拌12h，后烘干至水分含量为30wt％；
(3)控温结晶：将烘干淀粉样以0.1℃/min的降温速率降低至10℃，并在此温度下储存回生8天。冷冻干燥后研磨，过100目筛，即制得所述结构疏松的SDS；
(4)晶体长周期检测：采用小角X-射线散射系统(small angle X-rayscattering,SAXS)检测淀粉晶体片层结构，并在
的散射向量(Q)范围内收集处理后的数据。利用得到的一维散射函数作图：θ2I(θ)～θ，并进行淀粉结构分析，根据Bragg公式计算结构重组后的长周期LLorentz：
2LLorentzsinθ＝λ
其中，2θ为散射角度(°)，λ为X-射线波长(nm)。
(5)体外模拟消化：现配混合酶液于37℃下对样品进行计时消化。混合酶液的酶活配比为：胰酶(500U/ml):葡萄糖苷酶(700U/ml):转化酶(400U/ml)。。利用葡萄糖氧化酶检测试剂盒(GOPOD-FORMAT)检测游离糖(free-sugar glucose,FSG)，消化20min后葡萄糖(glucose of 20,G20)，消化120min后葡萄糖(glucose of 120,G120)和总糖(totalglucose,TG)处的吸光度，并计算SDS的得率(％)，公式如下：
SDS(％)＝(G120-G20)×0.9/TS×100
其中，利用转化系数0.9将葡萄糖转化为不同消化组分的淀粉值，TS为总淀粉质量(g)。
(6)DB检测：采用尺寸排阻色谱检测淀粉链的重量分布Nde(X)，并据此计算DB(％)，公式如下：
DB(％)＝1/Nde(X)×100
本实施例制得的SDS，其LLorentz为18.39nm，显著长于天然淀粉9～10nm的生长环长周期，且淀粉中SDS含量为48.63％，DB为16.53％。由此可见，此SDS具有疏松结构，是一种兼具抗性和优质口感的淀粉改性产物。
实施例2
一种结构疏松的SDS的制备方法，步骤如下：
(1)加酶挤压：配制高支链比例的玉米淀粉：5:1(w/w)，调节其水分含量至30wt％。将中温α-淀粉酶液(25U/g)与复配好的玉米淀粉进行梯度升温共挤压：温区分布依次为50℃、60℃、70℃、80℃和90℃，螺杆转速设置为150r/min；
(2)转苷反应：在步骤(1)制得的淀粉样中添加50U/g的葡萄糖转苷酶，于50℃条件下在醋酸盐缓冲液(pH 5.2)中恒温搅拌12h，后烘干至水分含量为40wt％；
(3)控温结晶：将烘干淀粉样以2.5℃/min的降温速率降低至0℃，并在此温度下储存回生5天。冷冻干燥后研磨，过100目筛，即制得所述结构疏松的SDS；
(4)晶体长周期检测：采用SAXS检测淀粉晶体片层结构，并在
的散射向量(Q)范围内收集处理后的数据。利用得到的一维散射函数作图：θ2I(θ)～θ，并进行淀粉结构分析，根据Bragg公式计算结构重组后的长周期LLorentz：
2LLorentzsinθ＝λ
其中，2θ为散射角度(°)，λ为X-射线波长(nm)。
(5)体外模拟消化：现配混合酶液于37℃下对样品进行计时消化。混合酶液的酶活配比为：胰酶(500U/ml):葡萄糖苷酶(700U/ml):转化酶(400U/ml)。利用葡萄糖氧化酶检测试剂盒(GOPOD-FORMAT)检测FSG、G20、G120和TG处的吸光度，并计算SDS的得率(％)，公式如下：
SDS(％)＝(G120-G20)×0.9/TS×100
其中，利用转化系数0.9将葡萄糖转化为不同消化组分的淀粉值，TS为总淀粉质量(g)。
(6)DB检测：采用尺寸排阻色谱检测淀粉链的重量分布Nde(X)，并据此计算DB(％)，公式如下：
DB(％)＝1/Nde(X)×100
本实施例制得的SDS，其晶体长周期为17.65nm，显著长于天然淀粉9～10nm的生长环长周期，且淀粉中SDS含量为44.72％，DB为14.19％。由此可见，此SDS具有疏松结构，是一种兼具抗性和优质口感的淀粉改性产物。
实施例3
一种结构疏松的SDS的制备方法，步骤如下：
(1)加酶挤压：配制高支链比例的玉米淀粉：2:1(w/w)，调节其水分含量至40wt％。将β-淀粉酶液(55U/g)与复配好的玉米淀粉进行梯度升温共挤压：温区分布依次为40℃、50℃、60℃、70℃和80℃，螺杆转速设置为50r/min；
(2)转苷反应：在步骤(1)制得的淀粉样中添加10U/g的葡萄糖转苷酶，于50℃条件下在醋酸盐缓冲液(pH 5.2)中恒温搅拌12h，后烘干至水分含量为50wt％；
(3)控温结晶：将烘干淀粉样以4.5℃/min的降温速率降低至-20℃，并在此温度下储存回生2天。冷冻干燥后研磨，过100目筛，即制得所述结构疏松的SDS；
(4)晶体长周期检测：采用SAXS检测淀粉晶体片层结构，并在
的散射向量(Q)范围内收集处理后的数据。利用得到的一维散射函数作图：θ2I(θ)～θ，并进行淀粉结构分析，根据Bragg公式计算结构重组后的长周期LLorentz：
2LLorentzsinθ＝λ
其中，2θ为散射角度(°)，λ为X-射线波长(nm)。
(5)体外模拟消化：现配混合酶液于37℃下对样品进行计时消化。混合酶液的酶活配比为：胰酶(500U/ml):葡萄糖苷酶(700U/ml):转化酶(400U/ml)。利用葡萄糖氧化酶检测试剂盒(GOPOD-FORMAT)检测FSG、G20、G120和TG处的吸光度，并计算SDS的得率(％)，公式如下：
SDS(％)＝(G120-G20)×0.9/TS×100
其中，利用转化系数0.9将葡萄糖转化为不同消化组分的淀粉值，TS为总淀粉质量(g)。
(6)DB检测：采用尺寸排阻色谱检测淀粉链的重量分布Nde(X)，并据此计算DB(％)，公式如下：
DB(％)＝1/Nde(X)×100
本实施例制得的SDS，其晶体长周期为16.97nm，显著长于天然淀粉9～10nm的生长环长周期，且淀粉中SDS含量为41.52％，DB为11.27％。由此可见，此SDS具有疏松结构，是一种兼具抗性和优质口感的淀粉改性产物。
Claims (8)
1.一种结构疏松的慢消化淀粉的制备方法，其特征在于：
将淀粉酶与复配淀粉共挤压处理。挤出后，加入葡萄糖转苷酶进行转苷反应，随后将转苷反应产物烘干至水分含量为30～50wt％，然后进行控温结晶，得到所述结构疏松的慢消化淀粉；
所述淀粉酶的作用位点为α-1,4糖苷键或β-1,4糖苷键；
所述控温结晶的方法为：以0.1～4.5℃/min的速率降温至结晶温度，并保持此温度用于2～8天的回生结晶，所述结晶温度为-20～10℃；
所述淀粉酶的酶活范围为：5～55U/g；所述葡萄糖转苷酶的酶活范围为：10～90U/g，所述酶活定义为每克淀粉干基中加入的酶活量(U)。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述淀粉酶为α-淀粉酶、β-淀粉酶中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述复配淀粉包含2～8重量份的支链淀粉和1重量份的直链淀粉。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述复配淀粉为玉米淀粉。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述挤压前，调节淀粉酶与复配淀粉的混合物料的水分含量为20～40wt％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述共挤压处理采用螺杆挤出机，温区分布依次为40～60℃、50～70℃、60～80℃、70～90℃和80～100℃；螺杆转速设置为50～250r/min。温区温度依次升高。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述转苷反应为：于50℃条件下在醋酸盐缓冲液(pH 5.2)中恒温搅拌12h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述淀粉酶的种类有：耐高温α-淀粉酶、中温α-淀粉酶、β-淀粉酶中的一种或多种。
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