一种通过限制性酶解制备颗粒态慢消化淀粉的方法与流程

本发明涉及一种颗粒态慢消化淀粉的制备方法。

背景技术：

淀粉是食品工业重要的基础原料，不同种类淀粉的颗粒结构、直支比、结晶度及理化性质均存在较大差异，这些差异直接影响淀粉在食品工业中的应用。1992年，englyst等根据人体对淀粉消化释放出葡萄糖时间的长短，将淀粉分为三类：那些能在20min内在口腔或小肠中被迅速被消化吸收的淀粉被称为快速消化淀粉(readydigestiblestarch，rds)，如热米饭、热馒头、热藕粉糊等含淀粉丰富的食品；能经由小肠完全消化吸收但速度较慢的淀粉被称为慢消化淀粉(slowlydigestiblestarch，sds)，如生大米、高粱、玉米等大部分的生谷物；而那些不能在人体小肠消化吸收的淀粉被称为抗性淀粉(resistantstarch，rs)，如冷米饭，轻度碾磨的谷类，高直链玉米淀粉等。

sds具有使血糖释放缓慢、血脂下降、体重平稳、结肠癌发病率低、能量维持时间较长的功能特性，可有效改善餐后糖负荷，从而可以应用于糖尿病患者的保健食品开发，也可作为血脂调节、减肥食品的基料应用，还可以作为运动员的碳水化合物补充剂，特别是马拉松等长跑运动员。因为这种慢消化的淀粉可以使运动员保持耐力，在运动过程中获得稳定且持久的能量

关于慢消化淀粉的制备方法主要有4种，分别为物理改性、酶脱支改性、化学改性以及复合改性；其中多以物理方法和酶方法为首选，物理方法主要包括韧化处理、湿热处理、压热处理等；酶方法主要包括α-淀粉酶和普鲁兰酶处理淀粉。

在以上四种制备方法中，国内外目前主要集中在对淀粉进行单一的物理或酶法改性制备sds，除了热处理(韧化及湿热处理)等物理方法制备的sds属于颗粒态外，其他酶法及酶法物理法复合改性制备的均为非颗粒态。

技术实现要素：

本发明目的是为了解决目前采用酶法及酶法物理法复合改性所制备的淀粉均为非颗粒态，而无法制得颗粒态淀粉的问题，而提供一种通过限制性酶解制备颗粒态慢消化淀粉的方法。

本发明的一种通过限制性酶解制备颗粒态慢消化淀粉的方法按以下步骤进行：

一、制备淀粉乳：向淀粉中加入ph值为4～5的缓冲溶液，混合均匀后得到淀粉乳，然后将淀粉乳置于温度为30～60℃的恒温水浴锅中预热5min～15min；

步骤一中所述淀粉的质量与缓冲溶液的体积的比为5g～40g：100ml；

二、酶解：向步骤一预热后的淀粉乳中加入酶，然后密封，再在温度为30～55℃的恒温水浴中振荡6h～14h，然后加入质量分数为3％～5％的naoh溶液中止反应，离心，得到上清液和沉淀；

步骤二中所述酶的加入量与步骤一中所述淀粉的质量的比为10u～50u：1g；

步骤二中所述酶的加入量与质量分数为3％～5％的naoh溶液的体积的比为10u～30u：1ml；

三、干燥：将步骤二得到的沉淀用无水乙醇清洗2～3次，每次清洗后离心，然后将离心后固体产物于真空干燥箱中干燥至恒重，粉碎过筛，得到颗粒态慢消化淀粉。

本发明的有益效果：

本发明制备的产品系列为无异味、无杂物、细腻的白色或微黄色粉末，sds含量最高可达40.0％。

本发明采用限制性酶解及韧化处理结合制备sds，利用普鲁兰酶脱支处理改善淀粉直链淀粉及支链淀粉比例，调整结晶结构，同时在低于糊化温度条件的韧化处理过程，使淀粉结晶结构完善，增强对酶的抵抗作用。

本发明的制备sds具有颗粒结构，同时兼具有多孔淀粉的特性，容易对其进行分离、纯化、脱水、干燥及粉碎等后处理。可方便用于食品及医药领域，制备低热量食品或用作缓释制剂。

附图说明

图1为检测实验(一)中试验一步骤一中玉米淀粉的sem图；

图2为检测实验(一)中试验一得到的颗粒态慢消化淀粉的sem图；

图3为检测实验(二)中试验一至九直链淀粉溶出量与sds含量关系的柱形图；

图4为检测实验(二)中试验一至九直链淀粉溶出量与sds含量关系的曲线图；

图5为检测实验(三)中试验二、试验三、试验六和试验九酶解脱支前后的x-射线衍射图谱；

图6为检测实验(四)中试验一至九酶解酶脱支前后的dsc图谱。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种通过限制性酶解制备颗粒态慢消化淀粉的方法按以下步骤进行：

一、制备淀粉乳：向淀粉中加入ph值为4～5的缓冲溶液，混合均匀后得到淀粉乳，然后将淀粉乳置于温度为30～60℃的恒温水浴锅中预热5min～15min；

步骤一中所述淀粉的质量与缓冲溶液的体积的比为5g～40g：100ml；

二、酶解：向步骤一预热后的淀粉乳中加入酶，然后密封，再在温度为30～55℃的恒温水浴中振荡6h～14h，然后加入质量分数为3％～5％的naoh溶液中止反应，离心，得到上清液和沉淀；

步骤二中所述酶的加入量与步骤一中所述淀粉的质量的比为10u～50u：1g；

步骤二中所述酶的加入量与质量分数为3％～5％的naoh溶液的体积的比为10u～30u：1ml；

三、干燥：将步骤二得到的沉淀用无水乙醇清洗2～3次，每次清洗后离心，然后将离心后固体产物于真空干燥箱中干燥至恒重，粉碎过筛，得到颗粒态慢消化淀粉。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述淀粉为谷类淀粉。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述谷类淀粉为小麦、玉米和大米中的一种或任意几种的组合物。其他步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中所述缓冲溶液为磷酸氢二钠和柠檬酸组成的混合溶液，其中磷酸氢二钠与柠檬酸的摩尔比为2：1。其他步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中向淀粉中加入ph值为4.6的缓冲溶液。其他步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤一中所述淀粉的质量与缓冲溶液的体积的比为10～30g：100ml。其他步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤一中将淀粉乳置于温度为45～50℃的恒温水浴锅中预热10min。其他步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二中所述酶的加入量与步骤一中所述淀粉的质量的比为20u：1g。其他步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤二中所述酶的加入量与质量分数为4％的naoh溶液的体积的比为20u：1ml。其他步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤二中所述的酶为普鲁兰酶。其他步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：步骤三中所述将离心后固体产物于真空干燥箱中干燥的温度为40～45℃，时间为24h～48h。其他步骤及参数与具体实施方式一至十之一相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是：步骤三中所述过筛为过180目筛。其他步骤及参数与具体实施方式一至十一之一相同。

用以下实验来验证本发明的效果

试验一、本试验的一种通过限制性酶解制备颗粒态慢消化淀粉的方法按以下步骤进行：

一、制备淀粉乳：向5g玉米淀粉中加入ph值为4.6的缓冲溶液100ml，混合均匀后得到淀粉乳，然后将淀粉乳置于温度为50℃的恒温水浴锅中预热10min；

二、酶解：向步骤一预热后的淀粉乳中加入100u普鲁兰酶，然后密封，再在温度为50℃的恒温水浴中振荡12h，然后加入5ml质量分数为4％的naoh溶液中止反应，离心，得到上清液和沉淀；

三、干燥：将步骤二得到的沉淀用无水乙醇清洗2次，每次清洗后离心，然后将离心后固体产物于真空干燥箱中干燥至恒重，粉碎过筛，得到颗粒态慢消化淀粉；

步骤三中所述将离心后固体产物于真空干燥箱中干燥的温度为40～45℃，时间为24h～48h；

步骤三中所述过筛为过180目筛。

本试验中直链淀粉溶出量为10.15mg，得到的慢消化淀粉含量为26.9％。

试验二、本试验的一种通过限制性酶解制备颗粒态慢消化淀粉的方法按以下步骤进行：

一、制备淀粉乳：向40g玉米淀粉中加入ph值为4.6的缓冲溶液100ml，混合均匀后得到淀粉乳，然后将淀粉乳置于温度为30℃的恒温水浴锅中预热10min；

二、酶解：向步骤一预热后的淀粉乳中加入800u普鲁兰酶，然后密封，再在温度为30℃的恒温水浴中振荡12h，然后加入40ml质量分数为4％的naoh溶液中止反应，离心，得到上清液和沉淀；

三、干燥：将步骤二得到的沉淀用无水乙醇清洗2次，每次清洗后离心，然后将离心后固体产物于真空干燥箱中干燥至恒重，粉碎过筛，得到颗粒态慢消化淀粉；

步骤三中所述将离心后固体产物于真空干燥箱中干燥的温度为40～45℃，时间为24h～48h；

步骤三中所述过筛为过180目筛。

本试验中直链淀粉溶出量为28.89mg，得到的慢消化淀粉含量为21.38％。

试验三、本试验的一种通过限制性酶解制备颗粒态慢消化淀粉的方法按以下步骤进行：

一、制备淀粉乳：向40g玉米淀粉中加入ph值为4.6的缓冲溶液100ml，混合均匀后得到淀粉乳，然后将淀粉乳置于温度为45℃的恒温水浴锅中预热10min；

二、酶解：向步骤一预热后的淀粉乳中加入800u普鲁兰酶，然后密封，再在温度为45℃的恒温水浴中振荡12h，然后加入40ml质量分数为4％的naoh溶液中止反应，离心，得到上清液和沉淀；

三、干燥：将步骤二得到的沉淀用无水乙醇清洗2次，每次清洗后离心，然后将离心后固体产物于真空干燥箱中干燥至恒重，粉碎过筛，得到颗粒态慢消化淀粉；

步骤三中所述将离心后固体产物于真空干燥箱中干燥的温度为40～45℃，时间为24h～48h；

步骤三中所述过筛为过180目筛。

本试验中直链淀粉溶出量为36.51mg，得到的慢消化淀粉含量为21.44％。

试验四、本试验的一种通过限制性酶解制备颗粒态慢消化淀粉的方法按以下步骤进行：

一、制备淀粉乳：向40g玉米淀粉中加入ph值为4.6的缓冲溶液100ml，混合均匀后得到淀粉乳，然后将淀粉乳置于温度为50℃的恒温水浴锅中预热10min；

二、酶解：向步骤一预热后的淀粉乳中加入800u普鲁兰酶，然后密封，再在温度为50℃的恒温水浴中振荡6h，然后加入40ml质量分数为4％的naoh溶液中止反应，离心，得到上清液和沉淀；

三、干燥：将步骤二得到的沉淀用无水乙醇清洗2次，每次清洗后离心，然后将离心后固体产物于真空干燥箱中干燥至恒重，粉碎过筛，得到颗粒态慢消化淀粉；

步骤三中所述将离心后固体产物于真空干燥箱中干燥的温度为40～45℃，时间为24h～48h；

步骤三中所述过筛为过180目筛。

本试验中直链淀粉溶出量为44.83mg，得到的慢消化淀粉含量为23.67％。

试验五、本试验的一种通过限制性酶解制备颗粒态慢消化淀粉的方法按以下步骤进行：

一、制备淀粉乳：向40g玉米淀粉中加入ph值为4.6的缓冲溶液100ml，混合均匀后得到淀粉乳，然后将淀粉乳置于温度为50℃的恒温水浴锅中预热10min；

二、酶解：向步骤一预热后的淀粉乳中加入800u普鲁兰酶，然后密封，再在温度为50℃的恒温水浴中振荡8h，然后加入40ml质量分数为4％的naoh溶液中止反应，离心，得到上清液和沉淀；

三、干燥：将步骤二得到的沉淀用无水乙醇清洗2次，每次清洗后离心，然后将离心后固体产物于真空干燥箱中干燥至恒重，粉碎过筛，得到颗粒态慢消化淀粉；

步骤三中所述将离心后固体产物于真空干燥箱中干燥的温度为40～45℃，时间为24h～48h；

步骤三中所述过筛为过180目筛。

本试验中直链淀粉溶出量为55.57mg，得到的慢消化淀粉含量为34.63％。

试验六、本试验的一种通过限制性酶解制备颗粒态慢消化淀粉的方法按以下步骤进行：

一、制备淀粉乳：向40g玉米淀粉中加入ph值为4.6的缓冲溶液100ml，混合均匀后得到淀粉乳，然后将淀粉乳置于温度为50℃的恒温水浴锅中预热10min；

二、酶解：向步骤一预热后的淀粉乳中加入800u普鲁兰酶，然后密封，再在温度为50℃的恒温水浴中振荡12h，然后加入40ml质量分数为4％的naoh溶液中止反应，离心，得到上清液和沉淀；

三、干燥：将步骤二得到的沉淀用无水乙醇清洗2次，每次清洗后离心，然后将离心后固体产物于真空干燥箱中干燥至恒重，粉碎过筛，得到颗粒态慢消化淀粉；

步骤三中所述将离心后固体产物于真空干燥箱中干燥的温度为40～45℃，时间为24h～48h；

步骤三中所述过筛为过180目筛。

本试验中直链淀粉溶出量为61.67mg，得到的慢消化淀粉含量为38.48％。

试验七、本试验的一种通过限制性酶解制备颗粒态慢消化淀粉的方法按以下步骤进行：

一、制备淀粉乳：向40g玉米淀粉中加入ph值为4.6的缓冲溶液100ml，混合均匀后得到淀粉乳，然后将淀粉乳置于温度为50℃的恒温水浴锅中预热10min；

二、酶解：向步骤一预热后的淀粉乳中加入2000u普鲁兰酶，然后密封，再在温度为45℃的恒温水浴中振荡12h，然后加入100ml质量分数为4％的naoh溶液中止反应，离心，得到上清液和沉淀；

三、干燥：将步骤二得到的沉淀用无水乙醇清洗2次，每次清洗后离心，然后将离心后固体产物于真空干燥箱中干燥至恒重，粉碎过筛，得到颗粒态慢消化淀粉；

步骤三中所述将离心后固体产物于真空干燥箱中干燥的温度为40～45℃，时间为24h～48h；

步骤三中所述过筛为过180目筛。

本试验中直链淀粉溶出量为72.99mg，得到的慢消化淀粉含量为40.00％。

试验八、本试验的一种通过限制性酶解制备颗粒态慢消化淀粉的方法按以下步骤进行：

一、制备淀粉乳：向40g玉米淀粉中加入ph值为4.6的缓冲溶液100ml，混合均匀后得到淀粉乳，然后将淀粉乳置于温度为50℃的恒温水浴锅中预热10min；

二、酶解：向步骤一预热后的淀粉乳中加入1200u普鲁兰酶，然后密封，再在温度为50℃的恒温水浴中振荡12h，然后加入60ml质量分数为4％的naoh溶液中止反应，离心，得到上清液和沉淀；

三、干燥：将步骤二得到的沉淀用无水乙醇清洗2次，每次清洗后离心，然后将离心后固体产物于真空干燥箱中干燥至恒重，粉碎过筛，得到颗粒态慢消化淀粉；

步骤三中所述将离心后固体产物于真空干燥箱中干燥的温度为40～45℃，时间为24h～48h；

步骤三中所述过筛为过180目筛。

本试验中直链淀粉溶出量为82.93mg，得到的慢消化淀粉含量为33.77％。

试验九、本试验的一种通过限制性酶解制备颗粒态慢消化淀粉的方法按以下步骤进行：

一、制备淀粉乳：向40g玉米淀粉中加入ph值为4.6的缓冲溶液100ml，混合均匀后得到淀粉乳，然后将淀粉乳置于温度为50℃的恒温水浴锅中预热10min；

二、酶解：向步骤一预热后的淀粉乳中加入800u普鲁兰酶，然后密封，再在温度为55℃的恒温水浴中振荡12h，然后加入40ml质量分数为4％的naoh溶液中止反应，离心，得到上清液和沉淀；

三、干燥：将步骤二得到的沉淀用无水乙醇清洗2次，每次清洗后离心，然后将离心后固体产物于真空干燥箱中干燥至恒重，粉碎过筛，得到颗粒态慢消化淀粉；

步骤三中所述将离心后固体产物于真空干燥箱中干燥的温度为40～45℃，时间为24h～48h；

步骤三中所述过筛为过180目筛。

本试验中直链淀粉溶出量为140.85mg，得到的慢消化淀粉含量为17.24％。

(一)试验一步骤一中玉米淀粉的颗粒形貌如附图1所示，试验一得到的颗粒态慢消化淀粉的颗粒形貌如附图2所示。

由附图1和附图2可以看出与原淀粉相比，淀粉经过未糊化的酶脱支处理后，淀粉颗粒大小变化不大，但颗粒表面发生了非常明显的变化，部分淀粉颗粒的表面变得粗糙，棱角明显，出现不同程度的凹陷，酶脱支破坏是从淀粉颗粒表面向内部进行的，随着链淀粉溶出量的增加，淀粉颗粒被破坏的程度也显著增大，淀粉颗粒发生明显凹陷，有明显孔洞破坏。

(二)溶出的直链淀粉的量与慢消化淀粉(sds)的量的相关性，方法过程如下：

①对试验一至九步骤二得到的上清液中的直链淀粉溶出量进行检测，检测方法为现有公知方法；

②对试验一至九步骤二得到的沉淀中sds含量进行检测，检测过程为：

分别向沉淀(淀粉)中加入猪胰淀粉酶，并在37℃条件下恒温水浴振荡，采用3,5-二硝基水杨酸(dns)法，对使用猪胰淀粉酶反应60min后的样品和在某一段时间间隔水解产生的麦芽糖不变时的样品，在540nm下来比色测定麦芽糖含量；

具体计算公式如下：sds的质量百分含量(％)＝g–h/i*100

其中：g—淀粉在某一时间间隔内麦芽糖含量无变化时麦芽糖的量(mg)；

h—淀粉在时间间隔为1h内产生的麦芽糖的量(mg)；

i—总淀粉量，即步骤二中得到的沉淀量(以麦芽糖mg数计)。

结论：得到溶出的直链淀粉的量与慢消化淀粉的量的关系如附图3所示。

由附图3可知经过普鲁兰酶脱支处理的淀粉的慢消化淀粉的含量较原淀粉均有所增加。酶脱支处理后慢消化淀粉增多的原因主要是酶脱支处理时淀粉颗粒同时与水和普鲁兰酶接触，首先是与淀粉的无定形区接触，提高了无定形区的流动性，然后与结晶区接触，普鲁兰酶切断支淀粉的α-1,6糖苷键，使支链大分子变小，加大了淀粉分子链间的距离，使淀粉部分结晶区间的缔合减弱，链淀粉溶出，冷却时淀粉凝沉老化，淀粉分子链间的双螺旋结构重新形成堆积，导致其消化速率减慢，sds含量增加；而过量溶出，结晶结构更为致密，可能会提高rs含量，降低sds含量。

得到直链淀粉的溶出量与慢消化淀粉量形成的关系如附图4所示；

如附图4可知，酶脱支处理淀粉的溶出的链淀粉的量与得到慢消化淀粉的量具有一定的关系，且随着溶出的链淀粉的量的增加，慢消化淀粉出现先增加后减少的趋势；另由图分析可知其符合方程y＝-0.0051x²+0.8554x-5.4512，r²＝0.9334；相关系数|r|＝0.9661且0.75<0.9661<1，所以变量间的相关性很强，拟合较好。

(三)试验二、试验三、试验六和试验九得到的颗粒态慢消化淀粉的结晶特性如附图5所示；其中0代表原淀粉，1～4依次代表直链淀粉溶出量分别为：28.89mg、36.51mg、61.67mg、140.85mg。

经过酶脱支处理的淀粉去除rds后，特征峰面间距变宽；相对结晶度降低，并且随着链淀粉溶出量的升高而降低。综上描述表明相对结晶度降低，可能是由于未糊化的酶脱支处理过程中淀粉颗粒没有完全破裂，只是使支淀粉侧链断裂、链淀粉溶出，导致链淀粉和支淀粉的比例有所改变，双螺旋结构的运动破坏了淀粉微晶和改变了微晶取向，使淀粉链分子重新排列。同时可以说明未糊化的酶脱支处理淀粉对其消化速率的影响主要是其结晶结构的调整，相对于结晶的数量，结晶的质量对淀粉消化性影响更大。

(四)试验一至九得到的颗粒态慢消化淀粉的热焓特性如附图6所示，其中0代表原淀粉，1～9依次代表试验一至九，其直链淀粉溶出量依次为：10.15mg、28.89mg、36.51mg、44.83mg、55.57mg、61.67mg、72.99mg、82.93mg、140.85mg。

试验一至九得到的颗粒态慢消化淀粉的dsc图谱参数如表1所示。

表1

注：0号为原淀粉，1-9号为试验一至九得到的颗粒态慢消化淀粉，其直链淀粉溶出量分别为：10.15mg、28.89mg、36.51mg、44.83mg、55.57mg、61.67mg、72.99mg、82.93mg、140.85mg。t0、tp、tc分别表示淀粉颗粒发生相转变的起始温度、峰值温度、终止温度；tc-t0表示淀粉的相转变温度区间；△h表示糊化焓。

原淀粉和酶脱支处理后的淀粉样品的dsc分析如表1(附图6)所示，酶脱支处理后的淀粉的温度(tp、t0、tc)和糊化焓均呈现明显的区别。玉米原淀粉的相变起始温度为62.52℃，与玉米原淀粉相比，淀粉经过未糊化的酶脱支处理后的相变起始温度明显增加，且随着链淀粉溶出量的提高，起始温度有增加趋势，主要是由于酶脱支处理后，支淀粉的侧链被破坏，淀粉的双螺旋结构重新形成，使其分子的稳定性增强，从而使糊化变得不易，即相变的起始温度升高；tc-t0减小，糊化峰变窄可能是由结晶结构更紧密造成的，根据x-射线衍射结果可知，结晶度降低，说明相对于结晶的数量，结晶的质量对淀粉消化性影响更大。糊化焓逐渐下降，表示糊化过程中解开双螺旋结构的能量减低。