CN106616914B - 一种多功能慢消化淀粉及其制备方法与应用 - Google Patents
一种多功能慢消化淀粉及其制备方法与应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于淀粉非化学改性与精深加工领域，具体公开了一种多功能慢消化淀粉及其制备方法与应用，所述制备方法的具体步骤为：将淀粉配制成淀粉含量为10～40%的淀粉乳，在70～95℃下加热30～60 min；加入淀粉干基质量分数5～25%的脂肪酸，保持温度在50～60℃下，搅拌20～60 min；再加入淀粉干基质量分数5～20%的脂溶性酚，继续搅拌10～40min，搅拌结束后，将混合物缓慢冷却至室温，用乙醇洗涤、干燥、粉碎、过筛，得到多功能慢消化淀粉。该多功能慢消化淀粉具有慢消化性能、且能有效清除体内自由基，协同治疗或预防糖尿病、肥胖症等慢性疾病的病发等功能。
Description
技术领域
本发明属于淀粉非化学改性与精深加工领域，具体涉及一种多功能慢消化淀粉及其制备方法与应用。特别是涉及淀粉与脂肪酸、脂溶性酚类物质复合的功能性产品，并将其用作食品添加剂、保健品和用于预防慢性疾病的功能食品。
背景技术
近年来，随着人们生活节奏的改变与省会水平的提高，肥胖症、糖尿病等慢性疾病的发病率正逐年升高。据世界卫生组织统计，目前有超过1亿5千万糖尿病患者，我国约有5千万，其中2型糖尿病患者占97%。2型糖尿病是一种有人体β细胞不能正常分泌胰岛素或胰岛素分泌不足而引起的糖、蛋白、脂肪代谢絮乱的一种慢性综合病症。糖尿病等慢性疾病的病发常常会引发体内自由基的增多，自由基在人体内攻击细胞、组织、器官以及不可逆损坏DNA，进一步加重糖尿病等慢性疾病的症状。因此，糖尿病等慢性疾病对人体健康危害程度大，但由于公众重视程度较低低，慢性疾病在我国乃至全世界依然是最主要的公共卫生与人体健康问题之一。
淀粉是人体膳食碳水化合物摄入的主要来源，是人类的能力来源、同时为人体提供碳源合成肝糖原等。淀粉在人体内的代谢与人体健康水平密切相关，特别是餐后血糖的变化反应体内血糖以及胰岛素应答。Englyst教授等根据淀粉在体内的消化速度主要将淀粉分为三大类：快消化淀粉（Rapidly digestiable starch/RDS，指20 min内在口腔和小肠中被消化吸收的淀粉）、慢消化淀粉（Slowly digestiable starch/SDS，指20～120 min内在小肠中被完全消化吸收的淀粉）和抗消化淀粉（Resistant starch/RS，指120 min内在小肠中不被消化吸收，最终在结肠中被微生物发酵利用的淀粉）。长期或频繁摄入过多的慢消化淀粉，由于RDS属于高血糖生成指数（glycemic index, GI），易降低机体对胰岛素的敏感性，从而引发2型糖尿病以及肥胖等其他慢性疾病。相比于RDS，SDS和RS的消化速率低，可以持续为人体提高血糖，维持餐后血糖稳定，同时提高机体对胰岛素的敏感性；同时，RS含量高的食物可维持饱腹感，促进肠道蠕动，可在结肠部位发酵生产大量短链脂肪酸，改善肠道的微环境，提高肠道微生物菌群的多样性。研究与开发富含SDS和RS功能性淀粉或功能性食品已成为国内外食品科学界治疗糖尿病、肥胖症等慢性疾病的热点之一。
制备慢消化性能的淀粉或淀粉类食品可以通过物理改性（静高压处理、退火处理、均质、高压脉冲处理等）、生物改性（普鲁兰酶脱支冷却重结晶、蔗糖酶处理等）、化学改性（乙酰化、交联等）以及复合改性（普鲁兰酶脱支-湿热处理等）。Yaoqi Tian等在“重复冷却结晶处理制备慢消化淀粉研究”一文中介绍：米淀粉加热糊化后，冷却重结晶可形成慢消化淀粉含量较高的产品，多次糊化、重结晶可以提高慢消化淀粉的含量；Bing Zhang 等人在“脱支淀粉与月桂酸复合制备慢消化淀粉严重”一文中指出：普鲁兰酶脱支可提高短链淀粉分子的含量，从而促进与月桂酸的复合，形成消化性较低的V型淀粉制品。江波等人公开了“一种高温稳定性慢消化淀粉的生产方法及其应用”，淀粉原料经高温处理，冷却至一定温度，加入商用普鲁兰酶和α-淀粉酶脱支处理，产生较多的短链淀粉分子，促进淀粉的重结晶，从而制备得到含慢消化淀粉含量较高的制品；高群玉等人公开了“一种用苹果酸改性制备慢消化淀粉的方法”，苹果酸与淀粉复配，苹果酸在高温下形成苹果酸酐，同时与淀粉酯化形成苹果酸酯化淀粉，在一定程度上提高了慢消化淀粉的含量；此外，也有学者利用脂肪酸与淀粉或淀粉类食品的物理复合，脂肪酸插入直链淀粉分子的空腔，形成V性慢消化淀粉。目前，大多制备低消化性能淀粉类制品的方法集中在糊化重结晶、糊化与其他物质复合，比如脂肪酸与淀粉类制品的复合改性，该类制备得到的产品虽然有较高含量的慢消化或抗消化淀粉，但忽略了与淀粉类制品复合的添加物的稳定性，且制备得到的产品功能性较为单一，不能满足日常消费的要求。
酚类化合物是一族结构中含有酚的化合物，广泛存在于植物食品中，由于其羟基取代的高反应性和吞噬自由基的能力而有很好的抗氧化活性。酚类物质可分为水溶性多酚和脂溶性酚类物质，脂溶性酚类物质可与直链淀粉分子复合。目前，利用酚类物质制备慢消化性能的淀粉类制品，大多都局限在酚类物质作为酶抑制剂，从而达到调整淀粉或淀粉类制品的消化性能；在此类改性方法中，多酚类物质只是与淀粉类制品简单物理混合，忽略了极端环境对酚类物质的破坏作用，如大多酚类物质在光、热、氧气等环境存在不稳定性，特别是在人体内环境中遭受胃酸、肠道微生物和酶的破坏作用下容易被降解、破坏，不足以保护酚类物质的稳定性，局限了产品的应用。
本发明公开的功能性慢消化淀粉的制备方法中，酚类物质与脂肪酸协同作用，插入到淀粉分子的空腔与淀粉复合，形成V型慢消化淀粉，不仅保护了脂肪酸的氧化酸败、维持复合物的稳定性；同时，脂溶性酚类物质插入淀粉分子空腔后，有效保护了酚类物质的稳定性，在体内消化的过程中能较长时间保持活性，当淀粉分子在酶的作用下降解时，酚类物质被缓慢从复合物中释放出来，清除人体内的自由基，避免自由基过量破坏人体组织器官，保护人体健康。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的缺陷，针对现有技术生产慢消化性能淀粉的不足，提供一种多功能慢消化淀粉及其制备方法与应用，该多功能慢消化淀粉具有慢消化性能、且能有效清除体内自由基，协同治疗或预防糖尿病、肥胖症等慢性疾病的病发等功能。本发明公开的制备方法操作简单、安全性高，利用酚类物质与脂肪酸协同作用，插入到淀粉分子的空腔与淀粉复合，形成V型慢消化淀粉，不仅保护了脂肪酸的氧化酸败、维持复合物的稳定性；同时，脂溶性酚类物质插入淀粉分子空腔后，有效保护了酚类物质的稳定性，在体内消化的过程中能较长时间保持活性，当淀粉分子在酶的作用下降解时，酚类物质被缓慢从复合物中释放出来，清除人体内的自由基，避免自由基过量破坏人体组织器官，保护人体健康。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种多功能慢消化淀粉的制备方法，所述制备方法的具体步骤为：将淀粉配制成淀粉含量为10～40%的淀粉乳，在70～95℃下加热30～60 min；加入淀粉干基质量分数5～25%的脂肪酸，保持温度在50～60 ℃下，搅拌20～60min；再加入淀粉干基质量分数5～20%的脂溶性酚，继续搅拌10～40min，搅拌结束后，将混合物缓慢冷却至室温，用乙醇洗涤、干燥、粉碎、过筛，得到多功能慢消化淀粉。
进一步的，所述搅拌的速率为300～600 rpm。
更进一步的，所述脂肪酸的添加量为淀粉干基质量分数的15～25%，脂溶性酚的添加量为淀粉干基质量分数的10～20%。
更进一步的，所述的淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉、米淀粉、小麦淀粉中的一种或几种。
更进一步的，所述的脂肪酸为油酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸中的一种或几种。
更进一步的，所述的脂溶性酚为咖啡酸、阿魏酸、芝麻林酚、芝麻明酚、鼠尾草酸中的一种或几种。
更进一步的，所述的脂肪酸可用植物油代替，所述的植物油为花生油、大豆油、菜籽油中的一种或几种。
一种多功能慢消化淀粉，由上述制备方法制备得到。所述的多功能慢消化淀粉的应用，将多功能慢消化淀粉用作食品添加剂、保健品或用于预防慢性疾病的功能食品。
更进一步的，所述的多功能慢消化淀粉可用于预防糖尿病、肥胖症的功能食品。
本发明的原理如下：不经改性的淀粉在经过人体肠胃道极端环境容易被生物降解、消化性能高，快速释放葡萄糖，很容易被人体吸收。利用普鲁兰酶对淀粉中的支链分子进行脱支，得到含量较高的线性直链分子。直链分子疏水空腔与小分子脂溶性物质容易形成络合物，形成V型结晶构型，降低淀粉的消化性能。
脂肪酸与淀粉形成V型不易消化淀粉，对2型糖尿病控制具有较良好意义，但脂肪酸容易被空气氧化，发生酸败，有效保护脂肪酸稳定性是构建V型淀粉的关键。小分子脂溶性多酚不仅可以协同脂肪酸与淀粉形成V型结构，降低淀粉的消化性能；同时，多酚类物质具有较好抗氧化性能，有助于保护脂肪酸的稳定性，构建稳定的高抗消化淀粉含量产品。
淀粉-脂溶性多酚-脂肪酸形成的络合物对人体影响体现在两个方面：一方面形成稳定的V型结晶淀粉产品，提高抗消化淀粉含量，有助于糖尿病血糖患者的血糖水平调控；另一方面，络合物因含有脂溶性多酚而具有清除体内自由基的效果，防止人体自由基过多损坏机体，有助于人体正常健康水平的调节。
本发明的有益效果为：
（1）本发明采用马铃薯、玉米、小麦、米淀粉或淀粉类食品为生产原料，来源广泛，不受产地和季节限制，并且加工简单、安全高，能广泛应用于食品加工过程中。
（2）本发明采用热水物理混合法，与脂肪酸复合，同时结合天然安全无毒害的咖啡酸、阿魏酸、芝麻林酚、芝麻明酚、鼠尾草酸等脂溶性酚类物质，制备得到的产品显著提高慢消化淀粉的含量，是一种绿色环保、实用性能强的淀粉非化学改性与精深加工方法。
（3）本发明所形成的复合物中，脂溶性酚类物质与脂肪酸同时插入淀粉分子的疏水空腔，能够防止脂肪酸的氧化酸败，保护复合物的稳定性；同时，酚类物质在疏水空腔的稳定性能够得到保护，当淀粉在体内逐渐被水解时，酚类物质缓慢释放出来，作为抗氧化剂清除体内的自由基，对于人体抗衰老、抗肿瘤、血糖稳定等均有功效。
（4）本发明开发的产品中富含人体必需的脂肪酸，可作为人体强化剂，是一种营养价值高、血糖生成指数低、功能能具备清楚体内自由基的新型淀粉精深加工产品，既可作为添加剂应用于食品加工中，也可以在保健、预防慢性疾病（如糖尿病、肥胖症）的功能食品等领域均可广泛应用，容易实现工业化生产。
附图说明
图1为玉米淀粉与脂肪酸、脂溶性酚类物质的X射线衍射图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
一种多功能慢消化淀粉的制备方法，所述制备方法的具体步骤为：将玉米淀粉配制成淀粉含量为10%的淀粉乳，在70℃下加热30min；加入淀粉干基质量分数5%的油酸，保持温度在60℃下，搅拌20 min，搅拌速率为300rpm；再加入淀粉干基质量分数5%的咖啡酸，继续搅拌10min，搅拌的速率为300rpm，搅拌结束后，将混合物缓慢冷却至室温，用乙醇洗涤、干燥、粉碎、过筛，得到多功能慢消化淀粉。图1为玉米淀粉与脂肪酸、脂溶性酚类物质的X射线衍射图。制备的多功能慢消化淀粉用作食品添加剂、保健品或用于预防慢性疾病的功能食品，特别是可用于预防糖尿病、肥胖症的功能食品。
采用Megazyme公司产的套酶，参照Englyst教授的方法测定本实施例制备的多功能慢消化淀粉和对照样品的消化性能，对照样品为原普通玉米淀粉。
经试验测定，本实施例制备的多功能慢消化淀粉中低消化性淀粉（慢消化和抗消化淀粉）总和为31.39 ± 0.98%；而没有经过处理的对照样品中慢消化与抗消化淀粉含量总和为12.61 ± 0.69%，说明该加工方法能显著提高慢消化和抗消化淀粉的含量；DPPH和ABTS法测定本实施例制备的多功能慢消化淀粉抗氧化能力分别为33.11 ± 1.24%和36.77± 2.06%，说明本发明制备的多功能慢消化淀粉在降低消化性能的同时，具备有抗氧化能力，清除体内自由基。
实施例2
一种多功能慢消化淀粉的制备方法，所述制备方法的具体步骤为：将马铃薯淀粉配制成淀粉含量为20%的淀粉乳，在80℃下加热40min；加入淀粉干基质量分数15%的亚油酸，保持温度在50 ℃下，搅拌30 min，搅拌速率为400 rpm；再加入淀粉干基质量分数10%的阿魏酸，继续搅拌20min，搅拌的速率为400 rpm，搅拌结束后，将混合物缓慢冷却至室温，用乙醇洗涤、干燥、粉碎、过筛，得到多功能慢消化淀粉。制备的多功能慢消化淀粉用作食品添加剂、保健品或用于预防慢性疾病的功能食品。特别是可用于预防糖尿病、肥胖症的功能食品。
采用Megazyme公司产的套酶，参照Englyst教授的方法测定本实施例制备的多功能慢消化淀粉和对照样品的消化性能，对照样品为原马铃薯淀粉。
经试验测定，本实施例制备的多功能慢消化淀粉中低消化性淀粉（慢消化和抗消化淀粉）总和为27.16 ± 1.23%；而没有经过处理的对照样品中慢消化与抗消化淀粉含量总和为10.67 ± 0.46%，说明该加工方法能显著提高慢消化和抗消化淀粉的含量；DPPH和ABTS法测定本实施例制备的多功能慢消化淀粉抗氧化能力分别为30.08 ± 1.01%和34.21± 1.36%，说明本发明制备的多功能慢消化淀粉在降低消化性能的同时，具备有抗氧化能力，清除体内自由基。
实施例3
一种多功能慢消化淀粉的制备方法，所述制备方法的具体步骤为：将米淀粉配制成淀粉含量为30%的淀粉乳，在80℃下加热50 min；加入淀粉干基质量分数20%的亚麻酸，保持温度在60℃下，搅拌40min，搅拌速率为500 rpm；再加入淀粉干基质量分数15%的芝麻林酚，继续搅拌30min，搅拌的速率为500 rpm，搅拌结束后，将混合物缓慢冷却至室温，用乙醇洗涤、干燥、粉碎、过筛，得到多功能慢消化淀粉。制备的多功能慢消化淀粉用作食品添加剂、保健品或用于预防慢性疾病的功能食品。特别是可用于预防糖尿病、肥胖症的功能食品。
采用Megazyme公司产的套酶，参照Englyst教授的方法测定本实施例制备的多功能慢消化淀粉和对照样品的消化性能，对照样品为原米淀粉。
经试验测定，本实施例制备的多功能慢消化淀粉中低消化性淀粉（慢消化和抗消化淀粉）总和为29.83 ± 0.87%；而没有经过处理的对照样品中慢消化与抗消化淀粉含量总和为8.27 ± 0.96%，说明该加工方法能显著提高慢消化和抗消化淀粉的含量；DPPH和ABTS法测定本实施例制备的多功能慢消化淀粉抗氧化能力分别为36.89 ± 0.69%和30.19± 0.38%，说明本发明制备的多功能慢消化淀粉在降低消化性能的同时，具备有抗氧化能力，清除体内自由基。
实施例4
一种多功能慢消化淀粉的制备方法，所述制备方法的具体步骤为：将小麦淀粉配制成淀粉含量为40%的淀粉乳，在95℃下加热60 min；加入淀粉干基质量分数25%的花生四烯酸，保持温度在50℃下，搅拌60 min，搅拌速率为600 rpm；再加入淀粉干基质量分数20%的芝麻明酚，继续搅拌40min，搅拌的速率为600 rpm，搅拌结束后，将混合物缓慢冷却至室温，用乙醇洗涤、干燥、粉碎、过筛，得到多功能慢消化淀粉。制备的多功能慢消化淀粉用作食品添加剂、保健品或用于预防慢性疾病的功能食品，特别是可用于预防糖尿病、肥胖症的功能食品。
采用Megazyme公司产的套酶，参照Englyst教授的方法测定本实施例制备的多功能慢消化淀粉和对照样品的消化性能，对照样品为原小麦淀粉。
经试验测定，本实施例制备的多功能慢消化淀粉中低消化性淀粉（慢消化和抗消化淀粉）总和为56.18 ± 1.56%；而没有经过处理的对照样品中慢消化与抗消化淀粉含量总和为10.06 ± 0.29%，说明该加工方法能显著提高慢消化和抗消化淀粉的含量；DPPH和ABTS法测定本实施例制备的多功能慢消化淀粉抗氧化能力分别为65.89 ± 0.71%和58.96± 1.08%，说明本发明制备的多功能慢消化淀粉在降低消化性能的同时，具备有抗氧化能力，清除体内自由基。
实施例5
一种多功能慢消化淀粉的制备方法，所述制备方法的具体步骤为：将玉米淀粉配制成淀粉含量为40%的淀粉乳，在95℃下加热30min；加入淀粉干基质量分数25%的花生油，保持温度在60℃下，搅拌50 min，搅拌速率为600 rpm；再加入淀粉干基质量分数20%的鼠尾草酸，继续搅拌40min，搅拌的速率为600 rpm，搅拌结束后，将混合物缓慢冷却至室温，用乙醇洗涤、干燥、粉碎、过筛，得到多功能慢消化淀粉。制备的多功能慢消化淀粉用作食品添加剂、保健品或用于预防慢性疾病的功能食品，特别是可用于预防糖尿病、肥胖症的功能食品。
采用Megazyme公司产的套酶，参照Englyst教授的方法测定本实施例制备的多功能慢消化淀粉和对照样品的消化性能，对照样品为原普通玉米淀粉。
经试验测定，本实施例制备的多功能慢消化淀粉中低消化性淀粉（慢消化和抗消化淀粉）总和为52.66 ± 0.91%；而没有经过处理的对照样品中慢消化与抗消化淀粉含量总和为12.61 ± 0.69%，说明该加工方法能显著提高慢消化和抗消化淀粉的含量；DPPH和ABTS法测定本实施例制备的多功能慢消化淀粉抗氧化能力分别为60.35 ± 0.77%和59.69± 1.63%，说明本发明制备的多功能慢消化淀粉在降低消化性能的同时，具备有抗氧化能力，清除体内自由基。
本发明实施例1~5仅提供了淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉、米淀粉、小麦淀粉中的一种，脂肪酸为油酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸中的一种，脂溶性酚为咖啡酸、阿魏酸、芝麻林酚、芝麻明酚、鼠尾草酸中的一种，植物油为花生油的情形。当然在此基础上，淀粉还可以为马铃薯淀粉、玉米淀粉、米淀粉、小麦淀粉中的两种或两种以上，脂肪酸还可以为油酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸中的两种或两种以上，脂溶性酚还可以为咖啡酸、阿魏酸、芝麻林酚、芝麻明酚、鼠尾草酸中的两种或两种以上，植物油为大豆油、菜籽油中的一种或几种的情形，本发明实施例不在列举。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定；对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举；凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种多功能慢消化淀粉的制备方法，其特征在于，所述制备方法的具体步骤为：将淀粉配制成淀粉含量为10～40％的淀粉乳，在70～95℃下加热30～60min；加入淀粉干基质量分数15～25％的脂肪酸，保持温度在50～60℃下，搅拌20～60min；再加入淀粉干基质量分数10～20％的脂溶性酚，继续搅拌10～40min，搅拌结束后，将混合物缓慢冷却至室温，用乙醇洗涤、干燥、粉碎、过筛，得到多功能慢消化淀粉；所述的脂溶性酚为咖啡酸、阿魏酸、芝麻林酚、芝麻明酚、鼠尾草酸中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的多功能慢消化淀粉的制备方法，其特征在于，所述搅拌的速率为300～600rpm。
3.根据权利要求1所述的多功能慢消化淀粉的制备方法，其特征在于，所述的淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉、米淀粉、小麦淀粉中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的多功能慢消化淀粉的制备方法，其特征在于，所述的脂肪酸为油酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的多功能慢消化淀粉的制备方法，其特征在于，所述的脂肪酸可用植物油代替，所述的植物油为花生油、大豆油、菜籽油中的一种或几种。
6.一种多功能慢消化淀粉，其特征在于，所述的多功能慢消化淀粉由权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到。
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