CN113106131A - 一种利用复合变性法制备慢消化淀粉的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于慢消化淀粉加工技术领域，具体涉及一种利用复合变性法制备慢消化淀粉的方法。用不同功率密度的超声破碎技术协同复合酶的复合变性法制备慢消化淀粉，利用超声波和麦芽糖淀粉酶、β‑淀粉酶、转葡萄糖苷酶同时对木薯淀粉进行水解作用，超声波在破碎木薯淀粉的同时，也可促进这三种酶的水解作用，以期为解决酶法制备慢消化淀粉过程中酶解时间长、水解效率低、酶消耗量大的问题，提高木薯慢消化淀粉的得率。制备工艺安全高效、绿色环保，为慢消化淀粉的制备提供了一种新途径，相比于其他方法具有明显的优势。
Description
技术领域
本发明属于慢消化淀粉加工技术领域，具体涉及一种利用复合变性法制备慢消化淀粉的方法。
背景技术
淀粉作为人类生理能量的主要来源之一，是一种葡聚糖多聚体，由直链淀粉和支链淀粉组成。在人体内的消化过程中，淀粉水解成的单糖分子会被运送到小肠的血液当中，从而导致血糖水平的上升，为了将多余葡萄糖转化为糖原，人体会分泌胰岛素来催化这类反应。由于淀粉消化的方式和速度会影响人体餐后的血糖应答，因此英国学者Englyst等根据葡萄糖的释放率和其在胃肠道的吸收，将淀粉分为快消化淀粉、慢消化淀粉和抗性淀粉三类。快消化淀粉指在口腔和小肠中被迅速消化吸收的淀粉，属于快速释放能量的高血糖食品；慢消化淀粉指在小肠中被完全消化吸收但速度较慢的淀粉，可持续缓慢释放能量，维持餐后血糖稳态，防止出现胰岛素抵抗；抗性淀粉只在大肠中被微生物发酵利用，促进肠道健康。
目前，慢消化淀粉的制备方法一般包括物理制备法、化学制备法和酶法。物理制备法存在着得率不高、生产效率低等缺点；化学制备法则存在着工艺复杂、污染环境、也很容易在制备物中产生化学残留物等问题；酶法制备慢消化淀粉是近年发展起来的一种“绿色环保”的慢消化淀粉制备工艺，酶法制备慢消化淀粉可使生产过程中化学试剂的使用量大幅减少，提高慢消化淀粉的品质，但是酶法存在着酶解时间长、酶消耗量大等缺点。相关研究表明单独使用物理或化学方法制备所得的慢消化淀粉得率和效率低。这就迫切需要一种安全、高效的方法进行慢消化淀粉的制备。
发明内容
为弥补现有技术的不足，本发明提供了一种安全、高效的制备慢消化淀粉的加工方法，制备的慢消化淀粉得率高。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种利用复合变性法制备慢消化淀粉的方法，包括以下步骤：
（1）淀粉糊化：将淀粉加入到缓冲溶液中，得到淀粉乳溶液；将淀粉乳搅拌糊化；
（2）超声场下复合酶处理：将步骤（1）得到的糊化液冷却，加入麦芽糖淀粉酶，同时施加超声场处理，保持50-55℃水浴条件进行酶解；酶解后进行灭酶处理，冷却至35-40℃，调节水解液的pH值，加入β-淀粉酶，同时施加超声场处理，保持35-40℃水浴条件进行酶解；酶解后进行灭酶处理，加入转葡萄糖苷酶，同时施加超声场处理，保持50-55℃水浴条件进行酶解；酶解后进行灭酶处理；得到水解液；
（3）离心分离：将步骤（2）的水解液冷却至室温，醇洗离心，去除上清液，收集下层沉淀；
（4）冷冻干燥及粉碎过筛：将步骤（3）得到的沉淀物经冷冻干燥、粉碎、过筛后得到慢消化淀粉。
优选地，步骤（1）中所述缓冲溶液为pH值为6.8-7.0的乙酸钠缓冲溶液；淀粉乳溶液中淀粉质量占比为：5-10%；糊化的条件为：90-95℃下，糊化时间20-40min。
优选地，步骤（2）中所述麦芽糖淀粉酶添加量为15-35U/g，酶解时间为4-10h；β-淀粉酶添加量为2-10U/g，酶解时间为3-6h；转葡萄糖苷酶添加量为3000-8000U/g，酶解时间为3-8h。
优选地，步骤（2）中所述超声场的条件为：超声功率密度为240-640W/cm2，超声作用时间为20-40min，超声间歇比为1:1。
优选地，步骤（2）中所述灭酶处理是指在90-95℃下对酶解液加热10-15min进行灭酶。
优选地，步骤（2）中所述水解液的pH值调节为5.0-5.5。
优选地，步骤（3）中所述醇洗条件为：加入1-2倍水解液体积的无水乙醇洗脱；所述离心条件为：3500-4500rpm转速下离心10-15min。
优选地，步骤（4）中所述干燥方法为真空冷冻干燥；干燥时间为36 h；过80目筛。
一种可食食品，包括上述方法制备的慢消化淀粉。
本发明采用不同功率密度的超声破碎技术协同复合酶的复合变性法制备慢消化淀粉，利用超声波和麦芽糖淀粉酶、β-淀粉酶、转葡萄糖苷酶同时对木薯淀粉进行水解作用，超声波在破碎木薯淀粉的同时，也可促进这三种酶的水解作用，以期为解决酶法制备慢消化淀粉过程中酶解时间长、水解效率低、酶消耗量大的问题，提高木薯慢消化淀粉的得率。
本发明的有益效果是：
（1）本发明利用麦芽糖淀粉酶和转葡萄糖苷酶在水解淀粉过程中表现出形成α-1,6糖苷键的转糖苷作用，有效的改变淀粉的链式结构，增大淀粉的分支密度和α-1,6糖苷键的数量，形成淀粉分子簇状多分支结构，减缓淀粉的消化速率，促进慢消化淀粉的形成。
（2）本发明在麦芽糖淀粉酶、β-淀粉酶和转葡萄糖苷酶制备木薯慢消化淀粉的制备过程中，使用不同功率密度的超声破碎技术。超声波形成的“空化效应”和机械力作用促进葡聚糖分支酶、β-淀粉酶和转葡萄糖苷酶的酶解，以期为解决传统酶法制备慢消化淀粉过程中酶解时间长、反应效率低等问题。
（3）本发明制备工艺安全高效、绿色环保，为慢消化淀粉的制备提供了一种新途径，相比于其他方法具有明显的优势。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面结合实施例对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种利用复合变性法制备慢消化淀粉的方法，包括以下步骤：
（1）木薯淀粉的糊化：将木薯淀粉加入到pH值为7.0的乙酸钠缓冲溶液中，配制成质量百分比浓度为6%的淀粉乳溶液；将淀粉乳在95℃下搅拌糊化20min；
（2）超声场下复合酶处理：将步骤（1）得到的糊化液冷却至50℃，加入25U/g的麦芽糖淀粉酶，酶解7h；同时施加超声场处理，超声功率密度为400W/cm2，超声作用时间为30min，超声间歇比为1:1（超声5s，间歇5s），保持50℃水浴条件进行酶解；酶解后在95℃下对酶解液加热10min进行灭酶，冷却至37℃，调节水解液的pH值至5.2，加入6U/g的β-淀粉酶，酶解5h；同时施加超声场处理，超声功率密度为320W/cm2，超声作用时间为25min，超声间歇比为1:1（超声5s，间歇5s），保持37℃水浴条件进行酶解；酶解后在90℃下对酶解液加热14min进行灭酶，冷却至55℃，加入6000U/g的转葡萄糖苷酶，酶解4h；同时施加超声场处理，超声功率密度为560W/cm2，超声作用时间为20min，超声间歇比为1:1（超声5s，间歇5s），保持55℃水浴条件进行酶解；酶解后在95℃下对酶解液加热12min进行灭酶；
（3）离心分离：将步骤（2）得到的麦芽糖淀粉酶/β-淀粉酶/转葡萄糖苷酶水解液冷却至室温，加入1倍体积的无水乙醇，然后以4500rpm离心10min，重复3次，去除上清液，收集下层沉淀；
（4）冷冻干燥及粉碎过筛：将步骤（3）得到的沉淀物经真空冷冻干燥36h、粉碎、过80目筛后得到慢消化淀粉。
实施例2
一种利用复合变性法制备慢消化淀粉的方法，包括以下步骤：
（1）木薯淀粉的糊化：将木薯淀粉加入到pH值为6.9的乙酸钠缓冲溶液中，配制成质量百分比浓度为8%的淀粉乳溶液；将淀粉乳在90℃下搅拌糊化35min；
（2）超声场下复合酶处理：将步骤（1）得到的糊化液冷却至50℃，加入25U/g的麦芽糖淀粉酶，酶解7h；同时施加超声场处理，超声功率密度为640W/cm2，超声作用时间为20min，超声间歇比为1:1（超声5s，间歇5s），保持50℃水浴条件进行酶解；酶解后在90℃下对酶解液加热12min进行灭酶，冷却至35℃，调节水解液的pH值至5.0，加入5U/g的β-淀粉酶，酶解5h；同时施加超声场处理，超声功率密度为240W/cm2，超声作用时间为40min，超声间歇比为1:1（超声5s，间歇5s），保持35℃水浴条件进行酶解；酶解后在95℃下对酶解液加热10min进行灭酶，冷却至55℃，加入4000U/g的转葡萄糖苷酶，酶解6h；同时施加超声场处理，超声功率密度为400W/cm2，超声作用时间为25min，超声间歇比为1:1（超声5s，间歇5s），保持55℃水浴条件进行酶解；酶解后在95℃下对酶解液加热15min进行灭酶；
（3）离心分离：将步骤（2）得到的麦芽糖淀粉酶/β-淀粉酶/转葡萄糖苷酶水解液冷却至室温，加入2倍体积的无水乙醇，然后以4000rpm离心10min，重复2次，去除上清液，收集下层沉淀；
（4）冷冻干燥及粉碎过筛：将步骤（3）得到的沉淀物经真空冷冻干燥36h、粉碎、过80目筛后得到慢消化淀粉。
实施例3
一种利用复合变性法制备慢消化淀粉的方法，包括以下步骤：
（1）木薯淀粉的糊化：将木薯淀粉加入到pH值为7.0的乙酸钠缓冲溶液中，配制成质量百分比浓度为10%的淀粉乳溶液；将淀粉乳在95℃下搅拌糊化30min；
（2）超声场下复合酶处理：将步骤（1）得到的糊化液冷却至55℃，加入30U/g的麦芽糖淀粉酶，酶解4h；同时施加超声场处理，超声功率密度为560W/cm2，超声作用时间为25min，超声间歇比为1:1（超声5s，间歇5s），保持55℃水浴条件进行酶解；酶解后在95℃下对酶解液加热12min进行灭酶，冷却至37℃，调节水解液的pH值至5.5，加入8U/g的β-淀粉酶，酶解5h；同时施加超声场处理，超声功率密度为320W/cm2，超声作用时间为35min，超声间歇比为1:1（超声5s，间歇5s），保持37℃水浴条件进行酶解；酶解后在90℃下对酶解液加热14min进行灭酶，冷却至53℃，加入7000U/g的转葡萄糖苷酶，酶解3h；同时施加超声场处理，超声功率密度为240W/cm2，超声作用时间为35min，超声间歇比为1:1（超声5s，间歇5s），保持53℃水浴条件进行酶解；酶解后在95℃下对酶解液加热10min进行灭酶；
（3）离心分离：将步骤（2）得到的麦芽糖淀粉酶/β-淀粉酶/转葡萄糖苷酶水解液冷却至室温，加入2倍体积的无水乙醇，然后以4500rpm离心10min，重复2次，去除上清液，收集下层沉淀；
（4）冷冻干燥及粉碎过筛：将步骤（3）得到的沉淀物经真空冷冻干燥36h、粉碎、过80目筛后得到慢消化淀粉。
实施例4
一种利用复合变性法制备慢消化淀粉的方法，包括以下步骤：
（1）玉米淀粉的糊化：将玉米淀粉加入到pH值为6.8的乙酸钠缓冲溶液中，配制成质量百分比浓度为9%的淀粉乳溶液；将淀粉乳在90℃下搅拌糊化25min；
（2）超声场下复合酶处理：将步骤（1）得到的糊化液冷却至50℃，加入35U/g的麦芽糖淀粉酶，酶解4h；同时施加超声场处理，超声功率密度为560W/cm2，超声作用时间为25min，超声间歇比为1:1（超声5s，间歇5s），保持50℃水浴条件进行酶解；酶解后在95℃下对酶解液加热12min进行灭酶，冷却至37℃，调节水解液的pH值至5.0，加入7U/g的β-淀粉酶，酶解4h；同时施加超声场处理，超声功率密度为240W/cm2，超声作用时间为35min，超声间歇比为1:1（超声5s，间歇5s），保持37℃水浴条件进行酶解；酶解后在90℃下对酶解液加热15min进行灭酶，冷却至55℃，加入4000U/g的转葡萄糖苷酶，酶解6h；同时施加超声场处理，超声功率密度为400W/cm2，超声作用时间为30min，超声间歇比为1:1（超声5s，间歇5s），保持55℃水浴条件进行酶解；酶解后在95℃下对酶解液加热10min进行灭酶；
（3）离心分离：将步骤（2）得到的麦芽糖淀粉酶/β-淀粉酶/转葡萄糖苷酶水解液冷却至室温，加入1倍体积的无水乙醇，然后以3500rpm离心14min，重复3次，去除上清液，收集下层沉淀；
（4）冷冻干燥及粉碎过筛：将步骤（3）得到的沉淀物经真空冷冻干燥36h、粉碎、过80目筛后得到慢消化淀粉。
实施例5
一种利用复合变性法制备慢消化淀粉的方法，包括以下步骤：
（1）木薯淀粉的糊化：将木薯淀粉加入到pH值为7.0的乙酸钠缓冲溶液中，配制成质量百分比浓度为5%的淀粉乳溶液；将淀粉乳在90℃下搅拌糊化40min；
（2）超声场下复合酶处理：将步骤（1）得到的糊化液冷却至55℃，加入25U/g的麦芽糖淀粉酶，酶解6h；同时施加超声场处理，超声功率密度为400W/cm2，超声作用时间为30min，超声间歇比为1:1（超声5s，间歇5s），保持55℃水浴条件进行酶解；酶解后在95℃下对酶解液加热12min进行灭酶，冷却至40℃，调节水解液的pH值至5.0，加入10U/g的β-淀粉酶，酶解3h；同时施加超声场处理，超声功率密度为240W/cm2，超声作用时间为40min，超声间歇比为1:1（超声5s，间歇5s），保持40℃水浴条件进行酶解；酶解后在90℃下对酶解液加热15min进行灭酶，冷却至50℃，加入8000U/g的转葡萄糖苷酶，酶解3h；同时施加超声场处理，超声功率密度为640W/cm2，超声作用时间为20min，超声间歇比为1:1（超声5s，间歇5s），保持50℃水浴条件进行酶解；酶解后在90℃下对酶解液加热14min进行灭酶；
（3）离心分离：将步骤（2）得到的麦芽糖淀粉酶/β-淀粉酶/转葡萄糖苷酶水解液冷却至室温，加入1倍体积的无水乙醇，然后以4000rpm离心12min，重复3次，去除上清液，收集下层沉淀；
（4）冷冻干燥及粉碎过筛：将步骤（3）得到的沉淀物经真空冷冻干燥36h、粉碎、过80目筛后得到慢消化淀粉。
实施例6
一种利用复合变性法制备慢消化淀粉的方法，包括以下步骤：
（1）木薯淀粉的糊化：将木薯淀粉加入到pH值为6.9的乙酸钠缓冲溶液中，配制成质量百分比浓度为7%的淀粉乳溶液；将淀粉乳在95℃下搅拌糊化35min；
（2）超声场下复合酶处理：将步骤（1）得到的糊化液冷却至55℃，加入20U/g的麦芽糖淀粉酶，酶解8h；同时施加超声场处理，超声功率密度为240W/cm2，超声作用时间为35min，超声间歇比为1:1（超声5s，间歇5s），保持55℃水浴条件进行酶解；酶解后在95℃下对酶解液加热10min进行灭酶，冷却至40℃，调节水解液的pH值至5.2，加入9U/g的β-淀粉酶，酶解4h；同时施加超声场处理，超声功率密度为400W/cm2，超声作用时间为25min，超声间歇比为1:1（超声5s，间歇5s），保持40℃水浴条件进行酶解；酶解后在90℃下对酶解液加热15min进行灭酶，冷却至50℃，加入6000U/g的转葡萄糖苷酶，酶解5h；同时施加超声场处理，超声功率密度为400W/cm2，超声作用时间为30min，超声间歇比为1:1（超声5s，间歇5s），保持50℃水浴条件进行酶解；酶解后在95℃下对酶解液加热12min进行灭酶；
（3）离心分离：将步骤（2）得到的麦芽糖淀粉酶/β-淀粉酶/转葡萄糖苷酶水解液冷却至室温，加入1倍体积的无水乙醇，然后以3500rpm离心15min，重复3次，去除上清液，收集下层沉淀；
（4）冷冻干燥及粉碎过筛：将步骤（3）得到的沉淀物经真空冷冻干燥36h、粉碎、过80目筛后得到慢消化淀粉。
对比例1
（1）木薯淀粉的糊化：将木薯淀粉加入到pH值为6.9的乙酸钠缓冲溶液中，配制成质量百分比浓度为7%的淀粉乳溶液；将淀粉乳在95℃下搅拌糊化35min；
（2）复合酶处理：将步骤（1）得到的糊化液冷却至55℃，加入20U/g的麦芽糖淀粉酶，酶解8h，保持55℃水浴条件进行酶解；酶解后在95℃下对酶解液加热10min进行灭酶，冷却至40℃，调节水解液的pH值至5.2，加入9U/g的β-淀粉酶，酶解4h，保持40℃水浴条件进行酶解；酶解后在90℃下对酶解液加热15min进行灭酶，冷却至50℃，加入6000U/g的转葡萄糖苷酶，酶解5h，保持50℃水浴条件进行酶解；酶解后在95℃下对酶解液加热12min进行灭酶；
（3）离心分离：将步骤（2）得到的麦芽糖淀粉酶/β-淀粉酶/转葡萄糖苷酶水解液冷却至室温，加入1倍体积的无水乙醇，然后以3500rpm离心15min，重复3次，去除上清液，收集下层沉淀；
（4）冷冻干燥及粉碎过筛：将步骤（3）得到的沉淀物经真空冷冻干燥36h、粉碎、过80目筛后得到慢消化淀粉。
实施效果例
将实施例1-6及对比例1-3得到的酶法/超声复合改性淀粉和木薯原淀粉的体外消化性能进行测定，结果见表1。
淀粉体外消化性能测定：采用葡萄糖氧化酶法测定酶法/超声复合改性淀粉及木薯原淀粉中慢消化淀粉(SDS)的含量，具体的测试方法为：将200 mg的待测样品与水混合后在95℃下糊化20min，冷却至室温后置于37℃的恒温水浴锅中，待温度平衡后加入pH 5.2的醋酸钠缓冲液定容至15 mL，随后加入 10 mL混酶液（290U/mL胰α-淀粉酶与20U/mL淀粉转葡糖苷酶），样品混合均匀后充分反应120min。水解 20 min和120 min后，分别取出0.5ml酶解液并迅速加入适量的无水乙醇灭酶，静置，离心，吸取适量的离心处理后的上清液用葡萄糖氧化酶法测定葡萄糖含量。
计算公式如下：
SDS =（m120 – m20）× 0.9
式中： m20为淀粉酶水解20min后测定的葡萄糖含量；m120为淀粉酶水解120min后测定的葡萄糖含量。
由表1可知，本发明采用木薯淀粉为原料制备得到的酶法/超声复合改性淀粉，慢消化淀粉含量高达25.1%（实施例6），与木薯原淀粉相比，慢消化淀粉含量有了明显提升。本发明采用超声协同酶法制备的得到的酶法/超声复合改性淀粉（实施例1-6）的慢消化淀粉含量高于不进行超声处理的酶法改性淀粉（对比例1）。
Claims (9)
1.一种利用复合变性法制备慢消化淀粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）淀粉糊化：将淀粉加入到缓冲溶液中，得到淀粉乳溶液；将淀粉乳搅拌糊化；
（2）超声场下复合酶处理：将步骤（1）得到的糊化液冷却，加入麦芽糖淀粉酶，同时施加超声场处理，保持50-55℃水浴条件进行酶解；酶解后进行灭酶处理，冷却至35-40℃，调节水解液的pH值，加入β-淀粉酶，同时施加超声场处理，保持35-40℃水浴条件进行酶解；酶解后进行灭酶处理，加入转葡萄糖苷酶，同时施加超声场处理，保持50-55℃水浴条件进行酶解；酶解后进行灭酶处理；得到水解液；
（3）离心分离：将步骤（2）的水解液冷却至室温，醇洗离心，去除上清液，收集下层沉淀；
（4）冷冻干燥及粉碎过筛：将步骤（3）得到的沉淀物经冷冻干燥、粉碎、过筛后得到慢消化淀粉。
2.根据权利要求1所述的利用复合变性法制备慢消化淀粉的方法，其特征在于，步骤（1）中所述缓冲溶液为pH值为6.8-7.0的乙酸钠缓冲溶液；淀粉乳溶液中淀粉质量占比为：5-10%；糊化的条件为：90-95℃下，糊化时间20-40min。
3.根据权利要求1所述的利用复合变性法制备慢消化淀粉的方法，其特征在于，步骤（2）中所述麦芽糖淀粉酶添加量为15-35U/g，酶解时间为4-10h；β-淀粉酶添加量为2-10U/g，酶解时间为3-6h；转葡萄糖苷酶添加量为3000-8000U/g，酶解时间为3-8h。
4.根据权利要求1所述的利用复合变性法制备慢消化淀粉的方法，其特征在于，步骤（2）中所述超声场的条件为：超声功率密度为240-640W/cm2，超声作用时间为20-40min，超声间歇比为1:1。
5.根据权利要求1所述的利用复合变性法制备慢消化淀粉的方法，其特征在于，步骤（2）中所述灭酶处理是指在90-95℃下对酶解液加热10-15min进行灭酶。
6.根据权利要求1所述的利用复合变性法制备慢消化淀粉的方法，其特征在于，步骤（2）中所述水解液的pH值调节为5.0-5.5。
7.根据权利要求1所述的利用复合变性法制备慢消化淀粉的方法，其特征在于，步骤（3）中所述醇洗条件为：加入1-2倍水解液体积的无水乙醇洗脱；所述离心条件为：3500-4500rpm转速下离心10-15min。
8.根据权利要求1所述的利用复合变性法制备慢消化淀粉的方法，其特征在于，步骤（4）中所述干燥方法为真空冷冻干燥；干燥时间为36 h；过80目筛。
9.一种可食食品，包括权利要求1的方法制备的慢消化淀粉。
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