CN115181768B

CN115181768B - 一种提高抗性糊精得率及其抗消化性的方法

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Publication number: CN115181768B
Application number: CN202210966897.8A
Authority: CN
Inventors: 李兆丰; 李泽西; 何萌; 张睿逸; 王爽; 李才明; 顾正彪; 班宵逢; 洪雁; 程力
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2022-08-11
Filing date: 2022-08-11
Publication date: 2023-08-25
Anticipated expiration: 2042-08-11
Also published as: CN115181768A

Abstract

本发明公开了一种提高抗性糊精得率及其抗消化性的方法，属于淀粉生物改性领域。本发明采用环糊精葡萄糖基转移酶对淀粉经高温酸解制备的焦糊精进行酶法改性，通过催化焦糊精分子中α‑1,4糖苷键的断裂，然后发生转糖基反应，生成大小不一的环状低聚物，显著提高抗性糊精的得率及其抗消化性。经过生物酶法改性制备抗性糊精，不仅可以提升体系的抗消化性，而且相比于化学方法更具有安全性，为抗性糊精的制备提供了一种高效、环保、经济效益好的新思路和手段。

Description

一种提高抗性糊精得率及其抗消化性的方法

技术领域

本发明涉及一种提高抗性糊精得率及其抗消化性的方法，属于淀粉生物改性技术领域。

背景技术

抗性糊精是以淀粉为原料，经过部分降解及糖基化转移形成的低分子可溶性膳食纤维。因其含有人体消化酶难以或无法水解的α-l,6、α-1,3、α-1,2甚至β-1,6等糖苷键，也被称为难消化糊精。抗性糊精常为白色或淡黄色的粉末状固体，易溶于水，不溶于有机试剂。其水溶液为弱酸性，呈淡黄色略带甜味，黏度较低且性质稳定。此外，抗性糊精还具有耐热、耐酸、耐冷冻等良好的加工特性。

按膳食纤维含量的不同，抗性糊精可划分为I型和Ⅱ型，当前应用较多的为Ⅱ型。因其具有良好的持水性和膨胀性、摄入后易产生饱腹感；在上消化道中可减缓对糖类的吸收以及餐后血糖的上升；在下消化道中可促进肠道的蠕动；还能发酵为短链脂肪酸、有助于改善肠道菌群，故被广泛应用于低热量食品中。卫生部2012年第16号公告中将抗性糊精列为普通食品，目前已应用于饮料、乳制品、酒类、肉制品和面制品等多种食品，不仅能部分代替脂肪，还具有改善质构、提高出品率、增强口感等功效。

上世纪80年代，日本松谷化学工业株式会社首先采用酸热法制备抗性糊精，并命名为Fibersol。为与普通的麦芽糊精进行区分，2002年AOAC将其定义为“抗性”糊精。近年来，国内外针对抗性糊精的制备展开了大量研究，例如竺鉴博、张婷等分别以山药、高粱为原料通过酸热法制备抗性糊精，产率为48.07％、45.67％，对不同的原料进行了探索；黄继红等以滚子密封酸热法制备抗性糊精；刘宗利等进行两次糊精化处理；张新武等采用焙烤法处理淀粉；吕行等将加热分为三步进行焙烤，均有效地提高了抗性糊精的得率。然而目前提高抗性糊精得率及其抗消化性的方法大多采用物理、化学法，且所制得的抗性糊精产品得率仍然较低，一定程度上制约了生产效率。相较于化学手段，采用酶法手段改性具有反应条件温和、化学试剂残留少等优点，所得产物更具安全性和环保价值。因此，为了更好的提升抗性糊精得率，提高其抗消化性，亟需探索一种合适的酶法改性手段，为相关领域的应用发展提供技术指导和方向指导。

发明内容

为了解决上述问题，本发明在抗性糊精传统生产工艺基础上，提供一种易于实现工业化、生产周期缩短且绿色环保的提高抗性组分含量的抗性糊精生产工艺，通过引入环糊精葡萄糖基转移酶，利用环糊精葡萄糖基转移酶的环化作用，催化焦糊精分子中α-1,4糖苷键的断裂，然后发生转糖基反应，生成大小不一的环状低聚物，主要包括α-、β-和γ-环糊精，影响体系的抗性成分组成，并结合发酵过程减少快消化组分的含量，增加抗性糊精得率及其抗消化性，显著提高生产效率和应用价值。

本发明提供了一种高抗性组分含量的抗性糊精制备方法，依次包括高温酸解、酶法改性和发酵；

所述高温酸解是用盐酸溶液喷洒原料，再于150～180℃处理1～2h；

所述酶法改性是采用环糊精葡萄糖基转移酶进行改性处理。

在一种实施方式中，所述环糊精葡萄糖基转移酶作用是指加入环糊精葡萄糖基转移酶进行改性；环糊精葡萄糖基转移酶的添加量为以干基计2～10U/g焦糊精，反应温度40～60℃，反应时间≥8h。

在一种实施方式中，所述环糊精葡萄糖基转移酶作用的pH为6.5～7.5，于40～60℃下反应8～14h。

在一种实施方式中，所述原料包括但不限于普通玉米淀粉、蜡质玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、大米淀粉和小麦淀粉中的一种或多种的混合物。

在一种实施方式中，所述方法在酶法改性之后、发酵之前还进行了液化、糖化处理。

在一种实施方式中，所述液化是采用α-淀粉酶进行液化处理。

在一种实施方式中，所述糖化是采用葡萄糖淀粉酶进行糖化处理。

在一种实施方式中，所述发酵后还进行干燥。

在一种实施方式中，所述干燥是使干燥后的淀粉水分含量为10％～15％。

在一种实施方式中，所述干燥包括但不限于：喷雾干燥、真空干燥、冷冻干燥、滚筒干燥中的一种或多种。

在一种实施方式中，所述方法具体为：

(1)高温酸解：在淀粉中均匀喷入一定量的稀盐酸，然后置于高温条件下保温一段时间，获得焦糊精；

(2)酶法改性：将焦糊精溶解调制成一定浓度的溶液，加入一定量的酶进行恒温反应，催化更多的抗消化组分生成，然后进行液化和糖化；

(3)发酵：反应结束后，加入一定量的酵母进行发酵，去除糖化液中的单糖、双糖等快消化组分；

(4)干燥：将发酵完成后溶液进行离心过膜，去除菌体及大分子物质，经过干燥过程后制得抗性糊精。

在一种实施方式中，所述(1)中淀粉为普通玉米淀粉、蜡质玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、大米淀粉和小麦淀粉中的一种或多种；所述喷入一定量的稀盐酸是指添加0.1％～0.25％的盐酸；所述保温一段时间是指在150～170℃条件下高温酸解0.5～4h。

在一种实施方式中，所述(2)酶为环糊精葡萄糖基转移酶；所述酶的添加量为2～10U/g焦糊精，反应温度40～60℃，反应时间8～14h。

在一种实施方式中，所述发酵采用按终浓度计20～30g/L安琪高活性干酵母粉进行发酵。

在一种实施方式中，所述发酵用于去除溶液中的葡萄糖和麦芽糖等快消化组分，发酵条件为：30～37℃下发酵12～24h。

本发明提供了一种提高抗性糊精得率及其抗消化性的方法，所述方法主要为在抗性糊精制备过程中添加环糊精葡萄糖基转移酶进行改性处理，再对处理后的产物进行发酵。

有益效果：本发明利用生物酶法改性经高温酸解的焦糊精制备抗性糊精，工艺简单，操作方便，产物的抗性得率高。利用环糊精葡萄糖基转移酶改性淀粉，不引入其他化学基团，也不产生其他类型的糖苷键，仅在淀粉分子内部发生环化反应，生成α-、β-和γ-环糊精等抗消化成分，属于已经被市场所认可的可溶性膳食纤维，因此产物安全性高，为提高抗性糊精得率及其抗消化性提供了一种反应效率高、成本低廉、产品质量好的新思路和手段。

附图说明

图1：实施例1中抗性糊精样品的相对分子量分布图。

图2：不同酶添加量下的抗性糊精得率。

图3：不同环化反应时间下的抗性糊精得率。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明所保护的范围不局限于此。

抗性糊精得率的计算：

采用GOPOD法检测试剂盒测定样液中的葡萄糖含量。取0.05mL样液，于离心管中稀释100倍，预热后加入1.5mL显色剂，于37℃下保温10min。在520nm波长下测定吸光值，样液中的葡萄糖浓度根据以下公式计算：

式中：c_Glu——葡萄糖浓度，mmol/L

A_i——样品的吸光度

A₀——空白溶液的吸光度

A_s——标准溶液的吸光度

c_s——标准溶液中葡萄糖浓度，mmol/L

根据以下公式换算抗性糊精得率：

X＝100-ω_Glu×0.9

式中：X——抗性糊精得率，％

ω_Glu——葡萄糖含量，％

0.9——脱水转化系数

抗性组分含量的测定：

参照Englyst提出的体外模拟消化方法(参见论文《Classification andmeasurement of nutritionally important starch fractions》)，取其肠道消化部分并进行改进：取0.1g烘干后的样品于2.5mL 0.25mol/L醋酸钠缓冲液与1.67mL蒸馏水中，沸水浴糊化30min后加入15颗玻璃珠。37℃保温后加入2.5mL醋酸钠缓冲液，30min后加入0.83mL胰酶液，开始计时。反应20min、120min时分别取200μL反应液，置于5mL 66.6％乙醇中灭酶，3500rpm离心5min后，取50μL上清液测定葡萄糖含量。计算公式如下：

RDS＝G₂₀×0.9×100

SDS＝(G₁₂₀-G₂₀)×0.9×100

RS＝100-RDS-SDS

式中：RDS——快消化组分的质量分数，％

G₂₀——样品消化20min产生葡萄糖的质量分数，％

SDS——慢消化组分的质量分数，％

G₁₂₀——样品消化120min产生葡萄糖的质量分数，％

RS——抗消化组分的质量分数，％。

分子量测定方法：

采用高效凝胶过滤色谱法(HPGFC)测定样品的分子量。使用配备2410示差折光检测器的Waters 1525高效液相色谱系统进行HPGFC分析，并用Empower工作站记录和处理色谱数据。使用Ultrahydrogel^TMLinear(300mm×7.8mm)凝胶过滤柱对样品进行分离，柱温为40℃，以0.5mL/min的流速注入50μL样品，0.1M硝酸钠作为流动相。其中样品浓度为5mg/mL，采用Sigma-Aldrich的Dextran系列标准溶液作为分子量校正曲线标准品。

实施例1：

(1)以玉米淀粉为底物，喷洒按照干基淀粉质量计10％的浓度为1％(v/v)的稀盐酸溶液，在150℃下高温酸解2h，获得焦糊精；

(2)将步骤(1)获得的焦糊精加水调成质量浓度为200g/L的溶液，调节pH至7.0，按照2U/g焦糊精的添加量加入环糊精葡萄糖基转移酶进行改性，反应温度为50℃，反应时间为10h；

(3)调节pH至5.5～6.0，按50U/g焦糊精的加酶量添加α-淀粉酶，在90℃下液化30min，进而降温至60℃，调节pH至4.5，按50U/g焦糊精的加酶量添加葡萄糖淀粉酶，反应时间为12～24h；

(4)反应结束后95℃下煮沸30min灭酶，加入按终浓度计20g/L安琪高活性干酵母粉进行发酵，发酵条件为30℃、200rpm反应12h，以对产物进行纯化，去除体系中的葡萄糖和麦芽糖；

(5)将发酵产物在10000rpm条件下离心20min取上清液，过0.45μm水系膜后喷雾干燥，最终得到淡黄色粉末成品。

经过测定步骤(5)获得的成品中抗性糊精得率为67.65％，经酵母消化后，抗性组分含量为89.21％，平均分子量为3374g/mol，聚合度约为20个葡萄糖单元，如图1所示。

实施例2：

(1)以玉米淀粉为底物，喷洒按照干基淀粉质量计20％的浓度为1％(v/v)的稀盐酸溶液，在160℃下高温酸解2h，获得焦糊精；

(2)将步骤(1)获得的焦糊精加水调成质量浓度为200g/L的溶液，调节pH至7.0，按照4U/g焦糊精的添加量加入环糊精葡萄糖基转移酶进行改性，反应温度为50℃，反应时间为10h；

(3)调节pH至5.5～6.0，按100U/g焦糊精的加酶量添加α-淀粉酶，在90℃下液化30min，进而降温至60℃，调节pH至4.5，按50U/g焦糊精的加酶量添加葡萄糖淀粉酶，反应时间为12～24h；

(4)反应结束后95℃下煮沸30min灭酶，加入按终浓度计20g/L安琪高活性干酵母粉进行发酵，发酵条件为30℃、200rpm反应18h，以对产物进行纯化，去除体系中的葡萄糖和麦芽糖；

经过测定步骤(5)获得的成品中抗性糊精得率为66.34％，经酵母消化后，抗性组分含量为90.21％，平均分子量为3297g/mol，聚合度约为20个葡萄糖单元。

实施例3：

(1)以玉米淀粉为底物，喷洒按照干基淀粉质量计15％的浓度为1％(v/v)的稀盐酸溶液，在170℃下高温酸解2h，获得焦糊精；

(2)将步骤(1)获得的焦糊精加水调成质量浓度为200g/L的溶液，调节pH至7.0，按照6U/g焦糊精的添加量加入环糊精葡萄糖基转移酶进行改性，反应温度为50℃，反应时间为12h；

(3)调节pH至5.5～6.0，按50U/g焦糊精的加酶量添加α-淀粉酶，在90℃下液化30min，进而降温至60℃，调节pH至4.5，按100U/g焦糊精的加酶量添加葡萄糖淀粉酶，反应时间为12～24h；

(4)反应结束后95℃下煮沸30min灭酶，加入按终浓度计30g/L安琪高活性干酵母粉进行发酵，发酵条件为30℃、200rpm反应24h，以对产物进行纯化，去除体系中的葡萄糖和麦芽糖；

经过测定步骤(5)获得的成品中抗性糊精产率为64.12％，经酵母消化后，抗性组分含量为93.21％，平均分子量为3295g/mol，聚合度约为20个葡萄糖单元。

实施例4：

(1)以玉米淀粉为底物，喷洒按照干基淀粉质量计25％的浓度为1％(v/v)的稀盐酸溶液，在165℃下高温酸解2h，获得焦糊精；

(2)将步骤(1)获得的焦糊精加水调成质量浓度为200g/L的溶液，调节pH至7.0，按照8U/g焦糊精的添加量加入环糊精葡萄糖基转移酶进行改性，反应温度为50℃，反应时间为8h；

(3)调节pH至5.5～6.0，按100U/g焦糊精的加酶量添加α-淀粉酶，在90℃下液化30min，进而降温至60℃，调节pH至4.5，按50U/g焦糊精的加酶量添加葡萄糖淀粉酶，反应时间为24h；

经过测定步骤(5)获得的成品中抗性糊精得率为68.01％，经酵母消化后，抗性组分含量为87.55％，平均分子量为4111g/mol，聚合度约为25个葡萄糖单元。

实施例5：

(1)以玉米淀粉为底物，喷洒按照干基淀粉质量计20％的浓度为1％(v/v)的稀盐酸溶液，在170℃下高温酸解1h，获得焦糊精；

(2)将步骤(1)获得的焦糊精加水调成质量浓度为200g/L的溶液，调节pH至7.0，按照4U/g焦糊精的添加量加入环糊精葡萄糖基转移酶进行改性，反应温度为50℃，反应时间为12h；

(3)调节pH至5.5～6.0，按50U/g焦糊精的加酶量添加α-淀粉酶，在90℃下液化30min，进而降温至60℃，调节pH至4.5，按50U/g焦糊精的加酶量添加葡萄糖淀粉酶，反应时间为24h；

经过测定步骤(5)获得的成品中抗性糊精得率为65.21％，经酵母消化后，抗性组分含量为89.14％，平均分子量为3142g/mol，聚合度约为19个葡萄糖单元。

实施例6：

(1)以玉米淀粉为底物，喷洒按照干基淀粉质量计25％的浓度为1％(v/v)的稀盐酸溶液，在170℃下高温酸解2h，获得焦糊精；

(2)将步骤(1)获得的焦糊精加水调成质量浓度为200g/L的溶液，调节pH至7.0，按照10U/g焦糊精的添加量加入环糊精葡萄糖基转移酶进行改性，反应温度为45℃，反应时间为12h；

经过测定步骤(5)获得的成品中抗性糊精得率为66.33％，经酵母消化后，抗性组分含量为92.51％，平均分子量为2707g/mol，聚合度约为17个葡萄糖单元。

对比例1：

具体实施方式同实施例1，区别在于，省略步骤(2)中添加环糊精葡萄糖基转移酶进行改性的过程，结果显示抗性糊精得率仅为60.34％，得率下降了12.11％，且抗性组分含量仅为81.34％，快消化组分含量仍高达12.38％。结果表明，添加环糊精葡萄糖基转移酶能够显著增加抗性糊精得率，并提高其抗消化性。

对比例2：

具体实施方式同实施例4，区别在于，省略步骤(4)的发酵，结果显示抗性糊精得率为66.71％，其中抗性成分的含量仅为62.28％，而快消化组分含量高达31.99％，显著高于经过发酵除糖之后的样品。因此，添加酵母发酵去除反应体系中的葡萄糖、麦芽糖等快消化成分，有助于进一步提升抗性糊精的抗消化性。

对比例3：

具体实施方式同实施例2，区别在于，将步骤(2)中环糊精葡萄糖基转移酶的添加量分别设置为0.5、2、4、8、12U/g焦糊精进行改性，结果如图2所示，环糊精葡萄糖基转移酶的加入能提升抗性糊精的得率。当酶添加量为0.5U/g焦糊精时效果不佳，仅能提升约2％，提升添加量至2～8U/g焦糊精后，可显著提升抗性糊精得率；但再次提升酶添加量为12U/g焦糊精，得率反而有所下降。综合上述结果，选择2～10U/g焦糊精作为酶添加量。

对比例4：

具体实施方式同实施例3，区别在于，将步骤(2)中环糊精葡萄糖基转移酶的改性反应时间分别设置为6、8、10、12、16h，测定抗性糊精得率。结果显示如图3所示，环糊精葡萄糖基转移酶的环化反应时间在6～16h内，抗性糊精得率均可有效提升。6h的环化时间仅可提升约2％的抗性糊精得率；反应时间在8～12h内对得率的提升效果较为显著，得率相比对照组可提高约5％；当反应时间为16h时，虽然也可有效提升得率，但反应时间较长，从经济角度考虑并不合适。因此，选择环糊精葡萄糖基转移酶的反应时间为8～14h。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种高抗性组分含量的抗性糊精制备方法，其特征在于，依次为高温酸解、酶法改性和发酵；

所述高温酸解是以玉米淀粉为底物，喷洒按照干基淀粉质量计10~25%的1% v/v的稀盐酸溶液，再于150~180℃处理1-2h，获得焦糊精；

所述酶法改性是采用环糊精葡萄糖基转移酶进行改性处理；所述环糊精葡萄糖基转移酶的添加量为以干基计2~4 U/g焦糊精，反应pH为6.5~7.5，反应温度40~60℃，反应时间8~14 h；所述焦糊精的质量浓度为200 g/L；

在酶法改性之后、发酵之前还进行了液化、糖化处理，所述液化是采用α-淀粉酶进行液化处理，所述糖化是采用葡萄糖淀粉酶进行糖化处理；

所述发酵利用酵母发酵，在30~37℃下发酵12~18h；

所述发酵后还进行干燥，所述干燥是使干燥后的淀粉水分含量为10%~15%。