CN115353570B - 一种具有更高酶抗性的二元复合型抗性淀粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有更高酶抗性的二元复合型抗性淀粉的制备方法。该制备方法包括：①通过辛烯基琥珀酸酐(octenylsuccinicanhydride，OSA)对2型抗性淀粉(resistantstarch2，RS2)进行化学改性，制备4型化学改性抗性淀粉RS4；②以抗性淀粉RS4、单甘油酯为原料，通过水相体系制备化学改性淀粉‑单甘油酯复合物，定义为复合型抗性淀粉(RS4+RS5)。与传统方法制备的单一抗性淀粉RS4或RS5相比，本发明方法制备的二元复合型抗性淀粉(RS4+RS5)具有更高的酶抗性/更低的消化性，其最终消化率为39.7％。基于本发明方法制备的二元复合型抗性淀粉的酶抗性更强，相比于传统单一抗性淀粉，具有更好地潜在降血糖和肠道益生作用，且制备成本较低，对于改善肠道微生态及人体营养和健康具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明属于食品加工技术领域，具体地说涉及一种具有更高酶抗性的二元复合型抗性淀粉的制备方法。
背景技术
淀粉作为我国居民日常主食的主要组成部分，其消化产生葡萄糖并被血液吸收的速度和程度与饮食相关疾病的危险因素之间具有密切关联。根据葡萄糖释放速率，淀粉可分为快速消化淀粉(rapidly digested starch，RDS)、慢速消化淀粉(slowly digestedstarch，SDS)和抗性淀粉(resistant starch，RS)。RDS可导致餐后血糖快速升高，随后发生低血糖，对葡萄糖稳态调节系统产生压力。SDS 消化缓慢，有助于长期血糖控制。RS逃离宿主小肠葡萄糖淀粉酶的消化，进入结肠，在结肠中被许多肠道细菌共同降解，产生短链脂肪酸(short chain fatty acids，SCFAs)，这对提高肠道功能和改善机体健康具有重要生理功能。
一般来说，抗性淀粉可以分为以下5类：①RS1—物理包埋淀粉；②RS2—未糊化的天然淀粉颗粒；③RS3—回生淀粉；④RS4—化学改性淀粉；⑤RS5—淀粉-脂质复合物。RS的制备方法主要有物理法、化学法和酶法。重复加热-冷却循环是物理法中制备抗性淀粉的主要方法；化学法通过交联、乙酰化、磷酸化、羟丙基化和酯化等对淀粉颗粒进行改性，可以改变淀粉水解酶的作用位点或增加淀粉颗粒的紧密程度，这样能够有效降低淀粉水解酶对淀粉颗粒的敏感性，提高抗性淀粉含量；酶法是通过支链淀粉酶和异淀粉酶对a-(1,6)支链淀粉侧链分子进行脱支，处理后能够加速淀粉的回生重排且形成的晶体结构稳定，一般与物理法和化学法结合使用。
抗性淀粉作为新型膳食纤维，具有比传统膳食纤维或天然淀粉更好的外观、质地、口感以及更优异的消化性等营养功能特性。不同种类的抗性淀粉其功能性质也不尽相同。因此，多种类型的抗性淀粉已被添加到许多种类食品中以提高食品品质和生理功能，如：乳制品、蛋糕、松饼，面条和烘焙食品等。淀粉-脂质二元复合物是近些年新定义的一类抗性淀粉(RS5)，但是前期的研究结果表明这类RS5的酶抗性不高，因此通过探究新的方法提高其酶抗性进而改善其营养健康功能仍是研究重点。如何制备抗性更强的淀粉-脂质复合物，进而更好满足其对肠道及人体营养和健康的调节改善需求已成为食品加工领域亟待解决的关键性问题。
因此，本发明专利中，我们先将常规淀粉进行化学改性以制备抗性淀粉RS4，进而促使其与单甘油酯复合，制备出具有RS4和RS5双重特性的二元复合型抗性淀粉(RS4+RS5)。这实现了食品加工中对更高酶抗性淀粉制备技术的突破，可以制备出具有更低酶消化性的二元复合型抗性淀粉(RS4+RS5)，进而有利于其对肠道微生态及人体营养和健康的调节改善。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种可以利用抗性淀粉RS4制备出二元复合型抗性淀粉(RS4+RS5)的方法，并使其具有良好的热稳定性结构和优异的营养消化特性。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种具有更高酶抗性的二元复合型抗性淀粉制备方法，由如下步骤制备而
(1)将抗性淀粉RS2用离子液体复合液调成15wt％淀粉乳液，随后将样品淀粉乳液升温至35℃；预混3min后立即将淀粉乳体系的pH值调至碱性，向其中加入异丙醇与辛烯基琥珀酸酐混合改性剂进行酯化改性；然后进行洗涤离心干燥，即得抗性淀粉RS4；
(2)用去离子水将步骤(1)中得到的抗性淀粉RS4搅拌配置成10wt％的淀粉乳液，随后加入与抗性淀粉RS4干基质量比为1:20的单甘脂充分搅拌，将得到的RS4-单甘脂悬浮液在沸水浴中反应至抗性淀粉RS4凝胶化后，冷却2h 至室温得到糊状物，将其液氮速冻，干燥研磨，即得二元复合型抗性淀粉 (RS4+RS5)。
优选的，所述的步骤(1)中抗性淀粉RS2为马铃薯淀粉。
优选的，所述的步骤(1)中用配置好的离子液体复合液调配抗性淀粉RS2 成为15wt％的淀粉乳液；然后加入浓度为0.5M氢氧化钠溶液将体系pH值调节至8.0；称取淀粉干基质量9％的辛烯基琥珀酸酐与异丙醇配置成混合改性剂，在 35℃温度下，在2h内逐滴加入淀粉乳中对淀粉改性；改性反应持续4h，搅拌速率200rpm；用去离子水和70％乙醇交替离心洗涤，各3遍，离心力6000g，离心时间为10min；真空干燥箱内40℃干燥12h，即得抗性淀粉RS4。
优选的，所述的离子液体复合液为1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐离子液体与水质量比为2:8混合制备。
优选的，所述的辛烯基琥珀酸酐与异丙醇混合改性剂配比为体积比1:6制备。
优选的，所述的步骤(2)中抗性淀粉RS4加入到去离子水中，预混3min，搅拌速率为300rpm，制备得到10wt％的淀粉乳液；随后加入与抗性淀粉RS4 干基质量比为1:20的单甘脂充分搅拌，搅拌时间3min，速率为300rpm；液氮速冻3min后转移至-80℃保存24h，冷冻干燥16h研磨过100目筛。
优选的，所述单甘油酯为单月桂酸甘油酯，单肉豆蔻酸甘油酯，单棕榈酸甘油酯，单硬脂酸甘油酯。
优选的，所述的步骤(2)中加工制备方法为：①预热混匀阶段，通过精准温控系统，将RS4-单甘油脂悬浮液在50℃预热搅拌2min，搅拌速率为300rpm；②升温反应阶段，以25℃/min的升温速率将温度升高至100℃，复合反应时间为1h，搅拌速率为300rpm；③降温形成阶段，以10℃/min的降温速率将温度冷却至25℃，搅拌速率为100rpm；④样品处理阶段，将得到的二元复合型抗性淀粉(RS4+RS5)糊状样品迅速放于液氮中冷却5min，冷冻干燥24h后，使用高通量液氮冷冻研磨仪研磨后过100目筛网，得到二元复合型抗性淀粉 (RS4+RS5)。
不同植物来源的豌豆淀粉、小麦淀粉和大米淀粉等经过改性技术处理后制备的RS4，与不同链长度脂肪酸(如月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸)等通过本发明方法制备所得复合型RS5抗性淀粉，均优于对应淀粉及脂肪酸分别制备的单一型抗性淀粉RS4或RS5。
本发明与传统方法相比较具有以下优点效果：
本发明提供了一种具有更高酶抗性的二元复合型抗性淀粉制备方法，通过引入化学改性后的抗性淀粉RS4。经过预热混匀阶段，升温反应阶段，降温形成阶段以及样品处理阶段，将抗性淀粉RS4与单甘油酯反应制备出二元复合型抗性淀粉(RS4+RS5)。与传统方法制备的单一抗性淀粉RS4或RS5相比，本发明方法制备的二元复合型抗性淀粉(RS4+RS5)具有更高的酶抗性/更低的消化性，其最终消化率为39.7％，均远低于单一抗性淀粉RS4(66.61％)或RS5(46.03％) 的消化率。基于本发明方法制备的二元复合型抗性淀粉的酶抗性更强，相比于传统单一抗性淀粉，具有更好地潜在降血糖和肠道益生作用，且制备成本较低，对于改善肠道微生态及人体营养和健康具有重要的意义。因为RS4具有疏水性，如果将RS4和RS5直接混合不能实现消化性的改变。
附图说明
图1(A/B/C/D)分别为实施例1-4及对比例1-4的X-射线衍射图谱。
图2(A/B/C/D)分别为实施例1-4及对比例1-4的激光共聚焦拉曼光谱图。
图3(A/B/C/D)分别为实施例1-4及对比例1-4的示差扫描量热仪图。
图4(A/B/C/D/E)分别为实施例1-4及对比例1-6的消化曲线图。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明公开的示例性的优化实施方式，对本发明作进一步的说明。虽然说明书中显示了本发明公开的示例性的优化实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明公开的范围完整的传达给本领域的技术人员，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
实施例1
(1)将马铃薯淀粉用配置好的离子液体复合液调配成为15wt％的淀粉乳液；然后加入浓度为0.5M氢氧化钠溶液将体系pH值调节至8.0；称取淀粉干基质量9％的辛烯基琥珀酸酐，在35℃温度下，在2h内逐滴加入淀粉乳中对淀粉改性；改性反应持续4h，搅拌速率200rpm；用去离子水和70％乙醇交替离心洗涤，各3遍，离心力6000g，离心时间为10min；真空干燥箱内40℃干燥 12h，即得抗性淀粉RS4。
(2)抗性淀粉RS4加入到去离子水中，预混3min，搅拌速率为300rpm，制备得到10wt％的淀粉乳液；随后加入与抗性淀粉RS4干基质量比为1:20的单甘脂充分搅拌，搅拌时间3min，速率为300rpm。单甘油酯选用为单月桂酸甘油酯。
(3)加工制备方法为：①预热混匀阶段，通过精准温控系统，将RS4-单甘油脂悬浮液在50℃预热搅拌2min，搅拌速率为200rpm；②升温反应阶段，以 25℃/min的升温速率将温度升高至100℃，复合反应时间为1h，搅拌速率为260 rpm；③降温形成阶段，以10℃/min的降温速率将温度冷却至25℃，搅拌速率为100rpm；④样品处理阶段，将得到的二元复合型抗性淀粉(RS4+RS5)糊状样品迅速放于液氮中冷却5min，冷冻干燥24h后，使用高通量液氮冷冻研磨仪研磨后过100目筛网，得到二元复合型抗性淀粉(RS4+RS5)。
实施例2
(1)抗性淀粉RS4制备方法与实施例1相同。
(2)抗性淀粉RS4加入到去离子水中，预混3min，搅拌速率为300rpm，制备得到10wt％的淀粉乳液；随后加入与抗性淀粉RS4干基质量比为1:20的单甘脂充分搅拌，搅拌时间3min，速率为300rpm。单甘油酯选用为单肉豆蔻酸甘油酯。
(3)加工制备方法与实施例1相同。
实施例3
(1)抗性淀粉RS4制备方法与实施例1相同。
(2)抗性淀粉RS4加入到去离子水中，预混3min，搅拌速率为300rpm，制备得到10wt％的淀粉乳液；随后加入与抗性淀粉RS4干基质量比为1:20的单甘脂充分搅拌，搅拌时间3min，速率为300rpm。单甘油酯选用为单棕榈酸甘油酯。
(3)加工制备方法与实施例1相同。
实施例4
(1)抗性淀粉RS4制备方法与实施例1相同。
(2)抗抗性淀粉RS4加入到去离子水中，预混3min，搅拌速率为300rpm，制备得到10wt％的淀粉乳液；随后加入与抗性淀粉RS4干基质量比为1:20的单甘脂充分搅拌，搅拌时间3min，速率为300rpm。单甘油酯选用为单硬脂酸甘油酯。
(3)加工制备方法与实施例1相同。
以下对比例中RS4均按照实施例中RS4制备方法制备
对比例1
(1)抗性淀粉RS4加入到去离子水中，预混3min，搅拌速率为300rpm，制备得到10wt％的淀粉乳液；随后加入与抗性淀粉RS4干基质量比为1:20的单甘脂充分搅拌，搅拌时间3min，速率为300rpm。单甘油酯选用为单月桂酸甘油酯。
(2)加工制备方法为：①预热混匀阶段，通过精准温控系统，将常规马铃薯淀粉-单甘油脂悬浮液在50℃预热搅拌2min，搅拌速率为200rpm；②升温反应阶段，以25℃/min的升温速率将温度升高至100℃，复合反应时间为1h，搅拌速率为260rpm；③降温形成阶段，以10℃/min的降温速率将温度冷却至 25℃，搅拌速率为100rpm；④样品处理阶段，将得到的普通型抗性淀粉RS5 糊状样品迅速放于液氮中冷却5min，冷冻干燥24h后，使用高通量液氮冷冻研磨仪研磨后过100目筛网，得到普通型抗性淀粉RS5。
对比例2
(1)抗性淀粉RS4加入到去离子水中，预混3min，搅拌速率为300rpm，制备得到10wt％的淀粉乳液；随后加入与抗性淀粉RS4干基质量比为1:20的单甘脂充分搅拌，搅拌时间3min，速率为300rpm。单甘油酯选用为单肉豆蔻酸甘油酯。
(2)加工制备方法与对比例1相同。
对比例3
(1)抗性淀粉RS4加入到去离子水中，预混3min，搅拌速率为300rpm，制备得到10wt％的淀粉乳液；随后加入单甘脂(与抗性淀粉RS2干基质量比为 1:20)充分搅拌，搅拌时间3min，速率为300rpm。单甘油酯选用为单棕榈酸甘油酯。
(2)加工制备方法与对比例1相同。
对比例4
(1)抗性淀粉RS4加入到去离子水中，预混3min，搅拌速率为300rpm，制备得到10wt％的淀粉乳液；随后加入与抗性淀粉RS4干基质量比为1:20的单甘脂充分搅拌，搅拌时间3min，速率为300rpm。单甘油酯选用为单硬脂酸甘油酯。
(2)加工制备方法与对比例1相同。
对比例5
未经过任何技术或方法处理的常规马铃薯淀粉(RS2)。
对比例6
将马铃薯淀粉用配置好的离子液体复合液(IL:Water＝2:8)调配成为15wt％的淀粉乳液；然后加入浓度为0.5M氢氧化钠溶液将体系pH值调节至8.0；称取淀粉干基质量9％的辛烯基琥珀酸酐，在35℃温度下，在2h内逐滴加入淀粉乳中对淀粉改性；改性反应持续4h，搅拌速率200rpm；用去离子水和70％乙醇交替离心洗涤，各3遍，离心力6000g，离心时间为10min；真空干燥箱内 40℃干燥12h，即得抗性淀粉RS4。
本发明方法制备的所有实施例与对比例的相关检测结果：
(1)采用德国Bruker公司的X-射线衍射仪(D8 Advance)检测普通型抗性淀粉RS5和二元复合型抗性淀粉(RS4+RS5)的长程分子有序性(如图1)。测定结果表明，与常规马铃薯淀粉所制备的普通型抗性淀粉RS5(对比例1-4)相比较，由RS4抗性淀粉所制备的二元复合型抗性淀粉(RS4+RS5)(实施例1-4) 展示出更强的V-型晶体特征衍射峰(12.9°和19.8°)，表明由抗性淀粉RS4制备的实施例中是由稳定结构和数量较多的V-型晶体复合物，即二元复合型抗性淀粉(RS4+RS5)构成。
(2)采用英国Renishaw公司的激光共聚焦拉曼成像光谱仪(Renishaw Invia) 分析普通型抗性淀粉RS5和二元复合型抗性淀粉(RS4+RS5)的短程分子有序性结构(如图2)。测定结果表明，与常规马铃薯淀粉所制备的普通型抗性淀粉 RS5(对比例1-4)相比较，由抗性淀粉RS4所制备的二元复合型抗性淀粉 (RS4+RS5)(实施例1-4)展示出更好的短程分子有序性。
(3)采用德国Netzsch公司的高灵敏度示差扫描量热仪(200F3)分析普通型抗性淀粉RS5和二元复合型抗性淀粉(RS4+RS5)的热力学性质(如图3)。测试结果分析表明，抗性淀粉RS4所制备的二元复合型抗性淀粉(RS4+RS5) (实施例1-4)拥有更好的熔融温度(TpⅡ)和更大的焓值(ΔH)。相比于常规马铃薯淀粉所制备的普通型抗性淀粉RS5(对比例1-4)，二元复合型抗性淀粉 (RS4+RS5)(实施例1-8)拥有优异的热稳定性以及更有序的晶体结构。
(4)体外消化性测定分析：将含有100mg实施例1-8或对比例1-8(干基) 样品与猪胰腺α-淀粉酶(1.6mg/mg淀粉)一起在磷酸盐缓冲盐水(15mL)溶液中恒温搅拌(37℃，200rpm)。总模拟消化时间为300min，分别在消化的0、 5、10、20、30、40、50、60、90、120、180、240和300min从消化管内收集 100μL消化悬浮液，并将其添加到900μL Na2CO3(0.3M)溶液中以终止淀粉酶解反应。随后离心管在13000prm下离心3min，取0.1mL上清液加入小试管，使用羟基苯甲酸酰肼(PAHBAH)方法，在410nm处测定实施例1-8和对比例 1-8释放的麦芽糖当量(还原糖)，利用PAHBAH法测定麦芽糖浓度为4–500 μg/mL的标准品以构建标准曲线以计算样品消化后的麦芽糖当量。测定结果表明，与常规马铃薯淀粉所制备的单一抗性淀粉RS4(66.61％)或RS5(46.03％) (对比例1-4和对比例6)相比较，由抗性淀粉RS4所制备的二元复合型抗性淀粉(RS4+RS5)(实施例1-4)展示出更低的消化特性，二元复合型抗性淀粉消化率最低为39.7％。
实施例9
(1)抗性淀粉RS4制备方法与实施例1相同。
(2)预混处理方法中脂质选用为月桂酸，其他步骤与实施例1相同。
(3)加工制备方法与实施例1相同。
实施例10
(1)抗性淀粉RS4制备方法与实施例1相同。
(2)预混处理方法中脂质选用为肉豆蔻酸，其他步骤与实施例1相同。
(3)加工制备方法与实施例1相同。
实施例11
(1)抗性淀粉RS4制备方法与实施例1相同。
(2)预混处理方法中脂质选用为棕榈酸，其他步骤与实施例1相同。
(3)加工制备方法与实施例1相同。
实施例12
(1)抗性淀粉RS4制备方法与实施例1相同。
(2)预混处理方法中脂质选用为硬脂酸，其他步骤与实施例1相同。
(3)加工制备方法与实施例1相同。
以上四个实施例所制备的二元复合型抗性淀粉(RS4+RS5)经过检测，其酶抗性均优于对应的单一抗性淀粉RS4或RS5。而且本发明的制备方法简单，易操作。
综合以上测试数据及结果分析，本发明提供了一种具有更高酶抗性的二元复合型抗性淀粉制备方法。相比于传统方法制备单一型抗性淀粉(RS4或RS5)的缺陷与不足，本方法实现了利用抗性淀粉RS4进一步制备出具有更优异营养消化特性的二元复合型抗性淀粉(RS4+RS5)，而且该复合型抗性淀粉的V-型晶体结构，分子有序性以及热稳定性也均优于单一的抗性淀粉RS4或RS5，对于调节改善肠道微生态及人体营养和健康具有重要意义。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
一切从本发明的构思出发，不经过创造性劳动所做出的结构变换均落在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种具有更高酶抗性的二元复合型抗性淀粉的应用，其特征在于，所述二元复合型抗性淀粉用于制备低升糖指数的食品及有益肠道健康益生元；所述二元复合型抗性淀粉的消化性为39.7%，所述二元复合型抗性淀粉的制备方法，包括以下步骤：
（1）用配置好的离子液体复合液调配抗性淀粉RS2成为15 wt%的淀粉乳液；然后加入浓度为0.5 M氢氧化钠溶液将体系pH值调节至8.0；称取淀粉干基质量9%的辛烯基琥珀酸酐与异丙醇配置成混合改性剂，在35 ℃温度下，在2 h内逐滴加入淀粉乳中对淀粉改性；改性反应持续4 h，搅拌速率200 rpm；用去离子水和70%乙醇交替离心洗涤，各3遍，离心力6000 g，离心时间为10 min；真空干燥箱内40 ℃干燥12 h，即得抗性淀粉RS4；所述抗性淀粉RS2为马铃薯淀粉；所述的离子液体复合液为1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐离子液体与水质量比为2:8混合制备；所述的辛烯基琥珀酸酐与异丙醇混合改性剂配比为体积比1:6制备；
（2）用去离子水将步骤（1）中得到的抗性淀粉RS4搅拌配置成10 wt%的淀粉乳液，随后加入与抗性淀粉RS4干基质量比为1:20的单甘酯充分搅拌，将得到的RS4-单甘酯悬浮液在沸水浴中反应至抗性淀粉RS4凝胶化后，冷却2 h至室温得到糊状物，将其液氮速冻，干燥研磨，即得二元复合型抗性淀粉RS4+RS5；所述单甘酯为单月桂酸甘油酯，单肉豆蔻酸甘油酯，单棕榈酸甘油酯或单硬脂酸甘油酯。
2.根据权利要求1所述的一种具有更高酶抗性的二元复合型抗性淀粉的应用，其特征在于，所述的步骤（2）中抗性淀粉RS4加入到去离子水中，预混3 min，搅拌速率为300 rpm，制备得到10 wt%的淀粉乳液；随后加入与抗性淀粉RS4干基质量比为1:20的单甘酯充分搅拌，搅拌时间3min，速率为300 rpm；液氮速冻3 min后转移至-80 ℃保存24 h，冷冻干燥16h研磨过100目筛。
3.根据权利要求1所述的一种具有更高酶抗性的二元复合型抗性淀粉的应用，其特征在于，所述的步骤（2）中加工制备方法为：①预热混匀阶段，通过精准温控系统，将RS4-单甘油酯悬浮液在50 ℃预热搅拌2 min，搅拌速率为300 rpm；②升温反应阶段，以25 ℃/min的升温速率将温度升高至100 ℃，复合反应时间为1 h，搅拌速率为300 rpm；③降温形成阶段，以10 ℃/min的降温速率将温度冷却至25 ℃，搅拌速率为100 rpm，逐渐得到RS4+RS5糊状样品；④样品处理阶段，将得到的二元复合型抗性淀粉RS4+RS5糊状样品迅速放于液氮中冷却5 min，冷冻干燥24 h后，使用高通量液氮冷冻研磨仪研磨后过100目筛网，得到二元复合型抗性淀粉RS4+RS5。
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