一种“挤压-脱支”方式制备RS3型抗性淀粉的方法与流程

一种“挤压-脱支”方式制备rs3型抗性淀粉的方法
技术领域
1.本发明属于功能性食品技术领域，具体涉及一种“挤压-脱支”方式制备rs3型抗性淀粉的方法。


背景技术：

2.根据消化速率，淀粉可以被分为快消化淀粉(rapidly digestible starch，rds)，慢消化淀粉(slowly digestible starch，sds)和抗性淀粉(resistant starch，rs)。食用快消化淀粉会引起餐后血糖水平的快速升高，而慢消化淀粉消化较慢，食用后血糖水平相对较低。抗性淀粉不能在小肠中被消化，而是在结肠中被肠道菌群发酵降解，产生短链脂肪酸和气体。抗性淀粉在促进多种有益健康的作用中发挥关键作用，包括降血糖和降胆固醇作用、抑制体脂积累、增加矿物质吸收、减少消化道癌症和预防胆结石形成。随着糖尿病对人类健康威胁的日益增加，抗性淀粉的发展对肥胖患者和糖尿病人具有重要的意义。然而，目前抗性淀粉的工业化水平较低，商业化可用的抗性淀粉产品较少。
3.抗性淀粉通常分为5种类型：rs1，rs2，rs3，rs4和rs5。其中，rs3因其在熟化过程中的热稳定性和食用时的安全性而受到特别关注。rs3主要指的是重结晶的直链淀粉，因此，直链淀粉含量是影响rs3形成和含量的主要因素。然而，普通淀粉中直链淀粉含量较低(＜30％)。目前，普鲁兰酶脱支是增加直链淀粉含量常用的方法，但是，脱支需在淀粉糊化后进行，由于糊化淀粉的高粘度，脱支反应需要在高液相体系中进行，淀粉浓度通常较低(＜15wt％)，且酶解时间较长。中国专利“一种高直链绿豆抗性淀粉的制备方法”(申请号202111157414.1)公开了一种超声联合酶法制备绿豆抗性淀粉的方法，其中，绿豆淀粉和水的比例为1:15 1:25(w/v)，普鲁兰酶酶解时间为10.0 14.0h；中国专利“一种糯麦抗性淀粉的制备方法”(申请号202111651682.9)公开了一种采用普鲁兰酶和分支酶协同作用的复合酶技术来制备糯麦抗性淀粉，淀粉乳的质量浓度为4％8％，普鲁兰酶酶解时间为4-6h。较低的底物浓度和较长的酶解时间限制了酶脱支提高直链淀粉含量的效率，无法满足直链淀粉工业化生产的需要。
4.因此，发现新的策略来提高淀粉脱支得到直链淀粉的效率对于抗性淀粉的工业化生产具有重要的意义。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的技术缺陷，本发明的目的在于解决直链淀粉和iii型抗性淀粉(rs3)产出效率较低的问题，为此提出一种挤压-脱支手段来实现直链淀粉和rs3型抗性淀粉的高效持续工业化生产。挤压是温度可控，强剪切，短时，低成本的工业化持续热机械生产技术，具有多功能性和高产率的优势。本技术通过第一次挤压实现淀粉的充分糊化，降解和粘度的降低，第二次挤压并配合脱支酶的作用实现高浓度淀粉的快速高效脱支，得到直链淀粉，重结晶后得到高含量的抗性淀粉。
6.本发明的目的是提供一种“挤压-脱支”方式制备rs3型抗性淀粉的方法，所述方法
包括以下步骤：
7.(1)将淀粉原料加入双螺杆挤压机，进行一次挤压，收集挤压糊化降解后的淀粉并干燥粉碎；
8.(2)将步骤(1)粉碎后的糊化淀粉与普鲁兰酶混合，加入双螺杆挤压机，进行二次挤压，收集挤压后的脱支淀粉，并进行重结晶，之后水洗离心、收集沉淀并干燥，得到rs3型抗性淀粉；所述双螺杆挤压机的转速为100-250rpm；挤压机6个温区温度依次升高，为35-100℃；挤压机中物料含水量为40～60wt％，淀粉质量浓度为40～60％。
9.在一种实施方式中，步骤(1)所述双螺杆挤压机的转速为100-250rpm；挤压机6个温区温度依次升高，为35-120℃；物料含水量为30-60wt％。
10.在一种实施方式中，步骤(1)所述淀粉包括普通淀粉、蜡质淀粉中的一种或多种。
11.在一种实施方式中，步骤(1)干燥在常规干燥设备中进行即可，干燥温度为40-50℃，优选为45℃。
12.在一种实施方式中，步骤(2)所述双螺杆挤压机的前5个温区的温度为35-70℃，最后一个温区的温度为95-100℃；优选的前5个温区的温度分别为35，45，55，60，65℃，最后一个温区的温度为95℃。
13.在一种实施方式中，步骤(2)所述普鲁兰酶的添加量为20-100u/g(基于淀粉干基计)；优选为80u/g。
14.在一种实施方式中，步骤(2)所述重结晶的条件为：温度为2-25℃，时间为10-36h；优选为4℃，时间为24h。
15.在一种实施方式中，步骤(2)所述离心力为2000-5000g，时间为5～20min。
16.在一种实施方式中，步骤(2)所述干燥在常规干燥设备中进行即可，干燥温度为40-50℃，优选为45℃。
17.本发明的另一目的是提供一种由上述所述方法制备得到的rs3型抗性淀粉。
18.本发明的第三个目的是提供一种上述所述方法在食品制备领域中的应用。
19.本发明的有益效果：
20.(1)本发明的一种“挤压-脱支”方式高效制备rs3型抗性淀粉的方法，利用挤压技术和普鲁兰酶的协同作用，通过两次挤压手段，即获得高含量的直链淀粉和抗性淀粉，显著降低了淀粉的消化性能。该方法简单、高效，能够实现高浓度淀粉的快速高效脱支，克服了现有技术中底物淀粉含量(低于15wt％)不能过高和脱支时间长的问题，能够实现工业化的连续生产。
21.(2)普鲁兰酶最适ph值范围为4.2-4.8，淀粉脱支时，通常要加盐酸或将淀粉分散在缓冲盐溶液中来调节ph值。而在挤压体系中，由于淀粉基质的缓冲特异性，高浓度的淀粉使得普鲁兰酶比在液体体系中具有更宽的最适ph范围。本发明采用高淀粉浓度挤压脱支的手段，减少了普鲁兰酶对ph的依赖性，简化了生产工艺。
22.(3)本发明将为直链淀粉的连续工业化生产提供理论基础和实际指导，并为工业化生产抗性淀粉，开发低血糖指数食品提供可行的策略和方法。
具体实施方式
23.下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地
描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.实施例1
25.一种“挤压-脱支”方式制备rs3型抗性淀粉的方法，所述方法具体包括如下步骤：
26.(1)将普通玉米淀粉加入双螺杆挤压机喂料端，设置物料含水量为40wt％，螺杆转速为150rpm，挤压机(ze-16)ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、
ⅴ
、vi区温度分别设置为35，45，60，80，100和120℃，并开始挤压，收集充分糊化的玉米淀粉于45℃干燥后粉碎；
27.(2)将步骤(1)糊化后的玉米淀粉与20u/g的普鲁兰酶(以普通玉米淀粉干物质量计)混合，加入到双螺杆挤压机喂料端，设置物料含水量为60wt％，玉米淀粉质量浓度为40％；挤压机ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、
ⅴ
、vi区温度分别设置为35，45，55，60，65和95℃，螺杆转速为150rpm，并开始挤压，收集脱支的玉米淀粉并于4℃重结晶24h，4000g离心水洗10min去掉其中的可溶性短链，收集沉淀并于45℃干燥后，得到抗性淀粉。
28.普鲁兰酶含量为20u/g时，使用megazyme直链淀粉和支链淀粉测定试剂盒测定样品中直链淀粉含量为71.53％，使用englyst体外模拟消化法测定样品中抗性淀粉含量为26.49％，分别如表1、表2所示。
29.实施例2
30.一种“挤压-脱支”方式制备rs3型抗性淀粉的方法，所述方法具体包括如下步骤：
31.(1)将普通玉米淀粉加入双螺杆挤压机喂料端，设置物料含水量为40wt％，螺杆转速为150rpm，挤压机(ze-16)ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、
ⅴ
、vi区温度分别设置为35，45，60，80，100和120℃，并开始挤压，收集充分糊化的玉米淀粉于45℃干燥后粉碎；
32.(2)将步骤(1)糊化后的玉米淀粉与40u/g的普鲁兰酶(以普通玉米淀粉干物质量计)混合，加入到双螺杆挤压机喂料端，设置物料含水量为60wt％，玉米淀粉质量浓度为40％；挤压机ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、
ⅴ
、vi区温度分别设置为35，45，55，60，65和95℃，螺杆转速为150rpm，并开始挤压，收集脱支的玉米淀粉并于4℃重结晶24h，4000g离心水洗10min去掉其中的可溶性短链，收集沉淀并于45℃干燥后得到抗性淀粉。
33.普鲁兰酶含量为40u/g时，使用megazyme直链淀粉和支链淀粉测定试剂盒测定样品中直链淀粉含量为75.34％，使用englyst体外模拟消化法测定样品中抗性淀粉含量为29.67％，分别如表1、表2所示。
34.实施例3
35.一种“挤压-脱支”方式制备rs3型抗性淀粉的方法，所述方法具体包括如下步骤：
36.(1)将普通玉米淀粉加入双螺杆挤压机喂料端，设置物料含水量为40wt％，螺杆转速为150rpm，挤压机(ze-16)ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、
ⅴ
、vi区温度分别设置为35，45，60，80，100和120℃，并开始挤压，收集充分糊化的玉米淀粉于45℃干燥后并粉碎；
37.(2)将步骤(1)糊化后的玉米淀粉与60u/g的普鲁兰酶(以普通玉米淀粉干物质量计)混合，加入到双螺杆挤压机喂料端，设置物料含水量为60wt％，玉米淀粉质量浓度为40％；挤压机ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、
ⅴ
、vi区温度分别设置为35，45，55，60，65和95℃，螺杆转速为150rpm，并开始挤压，收集脱支的玉米淀粉并于4℃重结晶24h，4000g离心水洗10min去掉其中的可溶性短链，收集沉淀并于45℃干燥后得到抗性淀粉。
38.普鲁兰酶含量为60u/g时，使用megazyme直链淀粉和支链淀粉测定试剂盒测定样品中直链淀粉含量为80.70％，使用englyst体外模拟消化法测定样品中抗性淀粉含量为35.31％，分别如表1、表2所示。
39.实施例4
40.一种“挤压-脱支”方式制备rs3型抗性淀粉的方法，所述方法具体包括如下步骤：
41.(1)将普通玉米淀粉加入双螺杆挤压机喂料端，设置物料含水量为40wt％，螺杆转速为150rpm，挤压机(ze-16)ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、
ⅴ
、vi区温度分别设置为35，45，60，80，100和120℃，并开始挤压，收集充分糊化的玉米淀粉于45℃干燥后并粉碎；
42.(2)将步骤(1)糊化后的玉米淀粉与80u/g的普鲁兰酶(以普通玉米淀粉干物质量计)混合，加入到双螺杆挤压机喂料端，设置物料含水量为60wt％，玉米淀粉质量浓度为40％；挤压机ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、
ⅴ
、vi区温度分别设置为35，45，55，60，65和95℃，螺杆转速为150rpm，并开始挤压，收集脱支的玉米淀粉并于4℃重结晶24h，4000g离心水洗10min去掉其中的可溶性短链，收集沉淀并于45℃干燥后得到抗性淀粉。
43.普鲁兰酶含量为80u/g时，使用megazyme直链淀粉和支链淀粉测定试剂盒测定样品中直链淀粉含量为85.27％，使用englyst体外模拟消化法测定样品中抗性淀粉含量为40.39％，分别如表1、表2所示。
44.实施例5
45.一种“挤压-脱支”方式制备rs3型抗性淀粉的方法，所述方法具体包括如下步骤：
46.(1)将普通玉米淀粉加入双螺杆挤压机喂料端，设置物料含水量为40wt％，螺杆转速为150rpm，挤压机(ze-16)ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、
ⅴ
、vi区温度分别设置为35，45，60，80，100和120℃，并开始挤压，收集充分糊化的玉米淀粉于45℃干燥后并粉碎；
47.(2)将步骤(1)糊化后的玉米淀粉与100u/g的普鲁兰酶(以普通玉米淀粉干物质量计)混合，加入到双螺杆挤压机喂料端，设置物料含水量为60wt％，玉米淀粉质量浓度为40％；挤压机ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、
ⅴ
、vi区温度分别设置为35，45，55，60，65和95℃，螺杆转速为150rpm，并开始挤压，收集脱支的玉米淀粉并于4℃重结晶24h，4000g离心水洗10min去掉其中的可溶性短链，收集沉淀并于45℃干燥后得到抗性淀粉。
48.普鲁兰酶含量为100u/g时，使用megazyme直链淀粉和支链淀粉测定试剂盒测定样品中直链淀粉含量为90.21％，使用englyst体外模拟消化法测定样品中抗性淀粉含量为41.50％，分别如表1、表2所示。
49.实施例6
50.一种“挤压-脱支”方式制备rs3型抗性淀粉的方法，所述方法具体包括如下步骤：
51.(1)将普通玉米淀粉加入双螺杆挤压机喂料端，设置物料含水量为40wt％，螺杆转速为150rpm，挤压机(ze-16)ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、
ⅴ
、vi区温度分别设置为35，45，60，80，100和120℃，并开始挤压，收集充分糊化的玉米淀粉于45℃干燥后粉碎；
52.(2)将步骤(1)糊化后的玉米淀粉与80u/g的普鲁兰酶(以普通玉米淀粉干物质量计)混合，加入到双螺杆挤压机喂料端，分别调整设置物料含水量为40wt％，玉米淀粉质量浓度为60％；挤压机ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、
ⅴ
、vi区温度分别设置为35，45，55，60，65和95℃，螺杆转速为150rpm，开始挤压，收集脱支的玉米淀粉并于4℃重结晶24h，4000g离心水洗10min去掉其中的可溶性短链，收集沉淀并于45℃干燥后，得到抗性淀粉。
53.玉米淀粉质量浓度为60％时，使用megazyme直链淀粉和支链淀粉测定试剂盒测定样品中直链淀粉含量为74.94％，使用englyst体外模拟消化法测定样品中抗性淀粉含量为29.78％，分别如表1、表2所示。
54.对比例1
55.将普通玉米淀粉加入双螺杆挤压机喂料端，设置水分为40wt％，螺杆转速为150rpm，挤压机(ze-16)ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、
ⅴ
、vi区温度分别设置为35，45，60，80，100和120℃，并开始挤压，收集充分糊化的玉米淀粉于45℃干燥后粉碎后即得。
56.使用megazyme直链淀粉和支链淀粉测定试剂盒测定对比例1中直链淀粉含量为29.52％，使用englyst体外模拟消化法测定样品中抗性淀粉含量为5.61％，分别如表1、表2所示。
57.对比例2
58.(1)将普通玉米淀粉加入双螺杆挤压机喂料端，设置水分为40wt％，螺杆转速为150rpm，挤压机(ze-16)ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、
ⅴ
、vi区温度分别设置为35，45，60，80，100和120℃，并开始挤压，收集充分糊化的玉米淀粉于45℃干燥后并粉碎；
59.(2)将糊化的玉米淀粉加入双螺杆挤压机喂料端，设置水分为60wt％，挤压机ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、
ⅴ
、vi区温度分别设置为35，45，55，60，65和95℃，螺杆转速为150rpm，并开始挤压，收集挤出物并于4℃重结晶24h，并于45℃干燥后即得。
60.使用megazyme直链淀粉和支链淀粉测定试剂盒测定对比例2中直链淀粉含量为31.61％，使用englyst体外模拟消化法测定样品中抗性淀粉含量为8.16％，分别如表1、表2所示。
61.表1样品的直链淀粉含量
[0062][0063]
(注：abcdef字母不同，表示各组数据之间有显著性差异，p《0.05)
[0064]
表2样品中快消化淀粉，慢消化淀粉与抗性淀粉含量
[0065]
[0066][0067]
(注：abcdef字母不同，表示各组数据之间有显著性差异，p《0.05)
[0068]
本发明的rs3型抗性淀粉的制备方法，采用挤压-脱支手段实现了高淀粉底物浓度和短时间下淀粉的高效脱支，为直链淀粉和抗性淀粉的工业化生产提供了可行的方法。经挤压-脱支后，淀粉中直链淀粉含量可高达90.21％，抗性淀粉含量可高达41.50％；该方法操作简单、生产效率高，能够应用于工业化的连续生产。
[0069]
上述的实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。