一种具有高包埋率和快吸收的双功能糊精制备方法

1.本发明属于食品加工技术领域，涉及一种具有高包埋率和快吸收的双功能糊精制备方法。


背景技术：

2.在经济发达的国家或地区中，生活、工作和学习的压力导致人们身体素质下降、耐力变弱、情绪焦虑急躁、神经衰退、内分泌代谢失调和免疫力低下等诸多亚健康问题。自然界中存在多种天然活性物质具有良好的保健功能，能够帮助人类预防所要面对的健康问题。但是一些天然活性物质在稳定性、吸收和风味等某一方面的不足，导致其在产品中无法得到充分的应用。
3.利用环糊精包埋有机分子是一种行之有效的方法，其中β-环糊精属于环状麦芽低聚糖，是由7个d-吡喃型葡萄糖通过α-1，4-糖苷键组成的去顶圆锥结构，“内疏水、外亲水”的特点以及独特的空腔构造使其对天然活性物质具有较好的包埋效果，能够改善包埋物稳定性、掩蔽不良风味。但是，β-环糊精由于溶解度低、营养价值不高和无法提高天然活性物质吸收效果等问题，使人们低估了它在食品行业中的潜力。
4.由嗜热芽孢杆菌产生的分支酶作用于糯玉米淀粉，经过环化反应得到的新型高支链环状糊精，除了由数量不等的d-吡喃型葡萄糖形成的环状结构，自身主体仍是由于葡萄糖单元组成的大量支链，如图1所示，研究证明了它们可以被人们正常食用。虽然分子量为400kda左右，但是具有极强的水溶性并且易被α-淀粉酶分解，在肠道中快速转变成小分子糖，利于人体的消化吸收，增强耐力，不引起胃肠道等不良反应。同时，原材料来源丰富，性价比高。将高支链环状糊精按合适比例添加至功能性饮料中，与传统蔗糖为主要原料的饮品相比，制得的饮料渗透压与人体体液渗透压相近，适合机体的快速吸收，补充能量，还有降低炎症的功效。研究表明：高支链环状糊精不具备类似环糊精的独特空腔构造，高支链环状糊精对天然活性物质进行包埋的效果并不理想，导致它的诸多优势无法体现在一些功能性食品中。
5.因此，设想兼顾高支链环状糊精和β-环糊精的两者优势，通过接枝的方法创造出一种新型的双功能糊精。在高支链环状糊精的环周围连接着大量支链，因此在对高支链环状糊精的接枝类似于对支链淀粉的接枝过程。
6.传统的接枝方法有自由基引发和离子型引发两类方法。离子型引发的方法在有水存在的条件下无法进行；离子型引发中使用的技术价格不菲，不适合大规模批量生产。传统的自由基引发中引发剂中研究最成熟的是利用ce(ⅳ)离子,在室温附近就顺利进行反应,而且引发速度快、效率较高、重现性强，但铈盐极其昂贵；而且，自由基引发中仍有很多引发剂，但是都有一些缺陷。环氧化法是利用环氧氯丙烷的环氧基团作为交联桥，常用来在纤维素上接枝环糊精的方法，但是接枝效果一般。因此，就需要选择合适的接枝方法和交联剂来替代上述两种技术，兼顾效率、价格和工业化的要求，将交联剂与高支链环状糊精交联，再借助交联剂在高支链环状糊精上接枝环糊精，获得一种对天然活性物质的包埋能力强并且
保留高支链环状糊精的快吸收特性的双功能糊精。聚羧酸法是一种运用广泛、技术成熟的环糊精接枝方法，其中可以使用的交联剂种类多，但是对环糊精的接枝效果有差别。例如：1.柠檬酸，生产成本低，原材料来源广，但是接枝效果差；2.马来酸，接枝率更低，已在实验中逐渐淘汰；3.丁烷四羧酸接枝效果好，但是价格昂贵。所以，选择一种环保、高效、性价比高的交联剂，优化聚羧酸法的接枝工艺，制备出有利于人体健康、高效包埋天然活性物质的双功能糊精，具有巨大的开发价值和市场潜力。


技术实现要素：

7.为弥补现有技术不足，本发明提供出一种具有高包埋率和快吸收的双功能糊精制备方法，通过改进传统的聚羧酸法，借助聚丙烯酸使高支链环状糊精接枝环糊精的效率提升，制得新型的双功能糊精，然后利用其对一些天然活性物质进行包埋，能够达到理想的包埋效果、强化产品营养、增加人体吸收效率的目的。
8.本发明是采用下述的生产工艺流程实现，具体参见图2：（1）高支链环状糊精的碱处理：称取10.0g高支链环状糊精至250.0ml锥形瓶中，加入2mol/l的naoh溶液100.0ml后，在水浴30℃条件下处理1h。
9.（2）高压处理：将碱处理后的高支链环状糊精置于高压均质机中，在200mpa下常温处理3次。
10.（3）材料混合：向高压处理后的高支链环状糊精中，先加入交联剂聚丙烯酸与催化剂磷酸二氢钠，再加入β-环糊精，浸泡搅拌30min，然后放入烘箱中烘干，所述聚丙烯酸与β-环糊精浓度摩尔比为2：1，所述催化剂磷酸二氢钠与交联剂的摩尔比为1:10；（4）阶梯升温：将混合后的材料置于设定至90℃的烘箱中加热15min，再升温至160℃处理10min。
11.（5）产品获得：停止加热后，用少量蒸馏水冲洗过滤，去除杂质，再利用50℃的蒸馏水洗涤两次后，然后利用烘箱烘干后收集产品。
12.在步骤1中进行碱处理的主要目的为（1）通过碱处理活化高支链环状糊精的支链上的羟基，便于和交联剂进行反应结合，增加交联效率；（2）同时，在碱处理过程中，增加了溶液的流动性和支链的可塑性，使接枝反应更加充分。
13.采用水浴加热，经实验优化，水浴温度控制为30℃，首先水浴的目的是加速碱处理的过程，使碱处理完全进行，增加流动性，提供碱性环境。当水浴温度低于30℃时，反应温度不够，活化不充分，并且反应时间过长；当温度过高时，糊精的支链在碱处理下可能会发生分解，同时会造成糊精颜色泛黄，影响产品色泽。
14.在步骤2中进行高压处理的目的是（1）若未经过高压处理，高支链环状糊精支链密集，直接加入交联剂后使得支链之间被交联剂连接，降低环糊精接枝效果，而且会使高支链环状糊精自身包埋或吸附客体的能力降低,参见图3和图4；（2）将碱处理过的糊精通过优选压力下高压处理，可以打开糊精分子支链的空间结构，破坏分子内次级键作用，利于下一步中β-环糊精的接枝，参见图5，接枝效果加强。
15.在步骤2中的高压处理的压强控制在200mpa，经实验优化分析，压力设定低于该优选值时，支链间的空间结构打开程度有限，无法充分达到理想的接枝效果；压力设定过高时，破坏共价键，导致支链断裂，降低糊精分子量，使高支链环状糊精的其他生理功能丧失。
16.在步骤3中将催化剂、聚丙烯酸和β-环糊精混合均匀为步骤4中的酯化反应以及接枝环糊精做准备。其中，聚丙烯酸与β-环糊精浓度摩尔比为2：1，是通过测定交联率确定的最优添加量，可以达到较优的环糊精接枝效果。浓度比过低时，聚丙烯酸浓度低，糊精支链上活性羟基位点多，交联剂直接交联支链，无法实现接枝β-环糊精，使得接枝环糊精效果降低；浓度比过高时，聚丙烯酸浓度过量，使得交联剂与支链上的活性位点交联密集，也降低了β-环糊精的接枝效果和最终产物的包埋效果。
17.在步骤4中选用阶梯升温时，反应每个阶段对温度的要求是不同的，而且酯化交联和接枝反应是在干燥固态条件下进行。从90℃开始生成环酐，其性质活泼，易于和高支链环状糊精支链上的活化羟基反应；同时，阶梯升温过程中可以保证聚丙烯酸交联和接枝反应的完全，使得β-环糊精达到最大程度固载量；升高温度至160℃时，使绝大部分交联剂充分形成环酐，高效完成交联和接枝反应。
18.在步骤5中，使用50℃的蒸馏水冲洗，去除残留的交联剂和β-环糊精，纯化产物。
19.本发明的有益效果是：（1）本发明采用了通过分支酶处理支链淀粉形成的新型双功能糊精，本身可以添加至一些食品中，作为营养助剂增加食品的功能性，为人体提供能量。也可以代替蔗糖加入到一些功能性饮料中，形成与人体渗透压基本等渗的溶液，易被人体快速吸收。还有抗炎症、增强人体耐力等诸多功能，相较于其它商业糊精功能性强。
20.（2）本发明利用改进的聚丙烯酸接枝工艺，提高了高支链环状糊精与环糊精分子之间接枝效率。由于高支链环状糊精的支链数量多、分布密，采用高压处理的方法使其支链之间空隙增加，在接枝环糊精时空间位阻减小，效率提升。高压处理是本专利创新点之一，传统聚丙烯酸接枝方法中，只是单纯的化学过程，而本专利中将物理处理方法加入，改善接枝效果。本方法环保、高效，符合当下对食品生产的要求，在功能性食品生产加工中具有光明前景。
21.（3）本发明中制备的高支链环状糊精-β-环糊精分子保留了β-环糊精对活性成分的优良包埋功能，同时在高支链环状糊精支链间形成交联，进一步增加双功能糊精的包埋能力，另外还兼具了高支链环状糊精能够被人体快速吸收利用补充能量、渗透压低的特性。两者结合，互相补充，形成的双功能糊精分子功能多，适用面广，在食品行业中潜力巨大。
附图说明
22.图1为糯玉米淀粉在酶作用下环化示意图；图2为本发明的工艺流程图；图3为未经高压处理高支链环状糊精的理想状态下的接枝示意图；图4为未经过高压处理的高支链环状糊精的实际状况下的接枝示意图；图5为经过高压处理的高支链环状糊精的接枝示意图；图6为高支链环状糊精接枝β-环糊精电镜扫描图；图7为高支链环状糊精接枝β-环糊精电镜扫描放大图。
具体实施方式
23.下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员
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，本发明的保护范围包括但不限于以下实施例，在不偏离本技术的精神和范围的前提下任何对本发明的技术方案的细节和形式所做出的修改均落入本发明的保护范围内。
24.实施例1包埋肉桂醛的双功能糊精制备（1）高支链环状糊精的碱处理：称取10.0g高支链环状糊精至250.0ml锥形瓶中，加入2mol/l的naoh溶液100.0ml后，在水浴30℃条件下处理1h。
25.（2）高压处理：将碱处理后的高支链环状糊精置于高压均质机中，在200mpa下常温处理3次。
26.（3）材料混合：向高压处理后的高支链环状糊精中，先加入交联剂聚丙烯酸与催化剂磷酸二氢钠，再加入β-环糊精，搅拌浸泡0.5h后，取出烘干，所述聚丙烯酸与β-环糊精浓度摩尔比为2：1，所述催化剂磷酸二氢钠与交联剂的摩尔比为1:10。
27.（4）阶梯升温：将烘干后的产品置于设定至90℃的烘箱中加热15min，再升温至160℃处理10min。
28.（5）产品获得：停止加热后，用少量蒸馏水冲洗过滤，去除杂质，再利用50℃的蒸馏水洗涤两次后，然后利用烘箱烘干后收集产品。
29.（6）双功能糊精分子包埋肉桂醛：称取产品5g，将产品与肉桂醛按照主客摩尔比1：2加入锥形瓶中，加入100ml蒸馏水，置于水浴锅中45℃搅拌48h，冷冻过夜，然后使用冷冻干燥机获得包埋物。
30.图6为高支链环状糊精接枝β-环糊精的电镜扫描图,β-环糊精在高支链环状糊精的表面形成的颗粒状聚集物。在高支链环状糊精表面的突起是没有接枝环糊精成功的聚丙烯酸交联剂。
31.图7为高支链环状糊精接枝β-环糊精的电镜扫描放大图，可以辨别出β-环糊精的结构，菱形结晶结构仍然保留，但是在碱和高压处理后，结晶表面结构出现了粗糙、不平整的正常现象，有益于包埋客体分子。
32.通过测定β-环糊精固载量与肉桂醛包埋率进行分析，结果如下。
33.对照组是未进行高压处理的产品，受到高支链环状糊精自身支链分布密以及空间位阻的影响，聚丙烯酸交联过程困难，导致β-环糊精接枝率低，肉桂醛包埋效果差；实验组按照正常生产工艺流程，高压处理后高支链环状糊精的支链结构打开，空间位阻减小，使得聚丙烯酸易与糊精支链上的羟基反应结合，β-环糊精接枝率提升，对肉桂醛的包埋率增加明显。
34.实施例2包埋类黄酮的双功能糊精制备（1）高支链环状糊精的碱处理：称取10.0g高支链环状糊精至250.0ml锥形瓶中，加入2mol/l的naoh溶液100.0ml后，在水浴30℃条件下处理1h。
35.（2）高压处理：将碱处理的高支链环状糊精置于高压均质机中，在200mpa下常温处理3次。
36.（3）材料混合：向高压处理后的高支链环状糊精中，先加入交联剂聚丙烯酸与催化剂磷酸二氢钠，再加入β-环糊精搅拌浸泡0.5h后，取出烘干，所述聚丙烯酸与β-环糊精浓度摩尔比为2：1，所述催化剂磷酸二氢钠与交联剂的摩尔比为1:10。
37.（4）阶梯升温：将烘干后的产品置于设定至90℃的烘箱中加热15min，再升温至160℃处理10min。
38.（5）产品获得：停止加热后，用少量蒸馏水冲洗过滤，去除杂质，再利用50℃的蒸馏水洗涤两次后，然后利用烘箱烘干后收集产品。
39.（6）双功能糊精分子包埋类黄酮：称取产品5g，将产品与类黄酮按照主客摩尔比1：1加入锥形瓶中，加入100ml蒸馏水，置于水浴锅中45℃搅拌48h，冷冻过夜，然后使用冷冻干燥机获得包埋物。
40.实施例3包埋dha的双功能糊精制备（1）高支链环状糊精的碱处理：称取10.0g高支链环状糊精至250.0ml锥形瓶中，加入2mol/l的naoh溶液100.0ml后，在水浴30℃条件下处理1h。
41.（2）高压处理：将碱处理的高支链环状糊精用置于高压均质机中，在200mpa下常温处理3次。
42.（3）材料混合：向高压处理后的高支链环状糊精中，先加入交联剂聚丙烯酸与催化剂磷酸二氢钠，再加入β-环糊精，搅拌浸泡0.5h后，取出烘干，所述聚丙烯酸与β-环糊精浓度摩尔比为2：1，所述催化剂磷酸二氢钠与交联剂的摩尔比为1:10。
43.（4）阶梯升温：将烘干后的产品置于设定至90℃的烘箱中加热15min，再升温至160℃处理10min。
44.（5）产品获得：停止加热后，用少量蒸馏水冲洗过滤，去除杂质，再利用50℃的蒸馏水洗涤两次后，然后利用烘箱烘干后收集产品。
45.（6）双功能糊精分子包埋dha：称取产品5g，将产品与dha按照主客摩尔比1：3加入锥形瓶中，加入100ml蒸馏水，置于水浴锅中45℃搅拌48h，冷冻过夜，然后使用冷冻干燥机获得包埋物。