CN109288034A - 一种多功能小麦慢消化淀粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能小麦慢消化淀粉的制备方法，首先将一定浓度的小麦淀粉乳与占淀粉干基重一定比例的β‑环糊精混合均匀，经加热、糊化和冷却，得到β‑环糊精改性的小麦淀粉；再向β‑环糊精改性的小麦淀粉中加入一定比例的阿魏酸，反应结束后进行后处理，得到兼具抗氧化功能的小麦慢消化淀粉。本发明小麦淀粉中慢消化淀粉含量>40％，经高温(100℃)蒸煮后慢消化淀粉含量仍高达35％以上。本发明制备的小麦慢消化淀粉具有性质稳定、安全性高、血糖生成指数低且具有一定的抗氧化功能，易于实现工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于淀粉改性加工领域，具体涉及一种多功能小麦慢消化淀粉的制备方法。
背景技术
淀粉是禾谷类食品中最重要的生糖碳水化合物，也是常用的食品基质材料。在我国以大米和小麦为主食的饮食结构中，淀粉是餐后血糖反应中葡萄糖的主要来源。根据淀粉的消化速率与程度，Englyst等人将其分为快速消化淀粉(Rapidly digestible starch,RDS)、慢消化淀粉(Slowly digestible starch,SDS)和抗性淀粉(Resistant starch,RS)。RDS是指能够在口腔和小肠内被快速消化吸收的一类淀粉(<20min)，能够引起血糖和胰岛素水平的快速增加；SDS是指那些在小肠中能够被完全消化吸收但速度较慢的淀粉(20-120min)，可持续缓慢释放能量，维持餐后血糖稳态；RS则是指在人体小肠内无法消化吸收(>120min)，类似于膳食纤维只在大肠中被微生物发酵利用，促进肠道健康。与RDS相比，SDS具有保持餐后血糖的缓慢增加而且在很长一段时间维持血糖水平稳定，不会引起血糖的迅速升高和降低，属于低血糖生成指数(Glycemic index,GI)食物，这有利于对糖尿病、心血管疾病和肥胖病人病情的调节和控制。SDS潜在的健康功效主要表现在以下几个方面：
1、SDS和代谢反应
研究表明，低GI食物能够降低血糖、血甘油三酯等水平，可以预防和控制各类慢性疾病。与具有高GI的RDS相比，SDS具有低和中等程度的GI，可以降低血糖负荷。与SDS相比，进食RDS之后人体内的血糖、胰岛素以及非酯化脂肪酸浓度会发生快速剧烈的变化。而利用SDS替代RDS可以降低代谢并发症的风险，SDS可以改善代谢方式，降低三酰基甘油胆固醇的水平。另外，SDS和RDS对刺激肠道中肠降血糖素的稳定作用也存在差异。进食SDS 180～300min之后，胰升糖素样肽(GLP-1)和依赖葡萄糖的促胰岛素多肽的含量增加，这表明餐后相当长时间内SDS能够维持血糖的稳定和储存能量。
2、SDS和糖尿病
控制糖尿病的主要措施之一就是降低餐后高的血糖水平。人体各种器官在高糖溶液中浸泡会引起一系列的器官病变即所谓的糖尿病并发症。流行病学的研究指出，降低餐后的葡萄糖峰值、降低低血糖症的偶发、提高脂肪的代谢以及降低糖基化血红蛋白和果糖胺浓度、加强胰岛素敏感度都有利于糖尿病的治疗和控制。研究表明，富含SDS的早餐食品可以改善碳水化合物的代谢，降低糖尿病病人对胰岛素的依赖。
3、SDS与心理反应
葡萄糖是人体大脑的首要“燃料”。研究表明，血糖水平可以影响心理反应尤其是从事脑力劳动和高负荷体力劳动的人员。葡萄糖进食对人的认知能力有重要影响。目前虽然没有大量的数据证明碳水化合物吸收速率对认知能力表现的具体影响，但是与RDS相比，SDS可以维持人体认知、防止表现能力和反应能力的下降。
4、SDS与饱腹感
基于食物摄取后的葡萄糖调节理论，血糖水平是人产生饱腹感的重要因素。认为低血糖浓度促使人们进食而高血糖水平引发饱腹感。有研究综述了膳食摄入和血糖动力学之间的复杂的调节机制，认为血糖的瞬间降低将导致人体的饥饿，而饭后低速而稳定的胰岛素反应对饱腹感的调节具有重要的作用。这就验证了SDS对肥胖群体的积极保健作用。因为低GI食品在胃肠道中缓慢消化吸收，缓慢释放能量，较长时间产生饱腹感，有利于控制肥胖，保持适宜体重。
因此，研究如何制备高含量、可实际利用的热稳定的功能性慢消化淀粉产品具有重要的意义。目前，慢消化淀粉的制备过程是先将原淀粉经物理、化学或酶法处理，再经过回生处理。然而，通过回生方法制备的慢消化淀粉主要为B-型结晶淀粉，其热稳定性差，难以满足食品热加工要求。此外，通过淀粉-乳化剂络合物法制备的慢消化淀粉，虽热稳定性显著提高，但脂质的引入，大大增加了慢消化淀粉产品自身能量，且该法更趋向用于制备抗性淀粉。本发明利用β-环糊精对小麦淀粉进行物理改性制备SDS，淀粉与β-环糊精作用时，两者之间主要以氢键和范德华力相互作用，形成淀粉与β-环糊精络合物，该络合物晶核成长模式为零散式成核，导致最终晶体为低密度型晶体结构，热稳定性较高。
阿魏酸是植物界普遍存在的一种酚酸，在植物体内很少以游离态存在，主要与低聚糖、多胺、脂类和多糖形成结合态。它具有许多保健功能，如清除自由基、抗血栓、抗菌消炎、抑制肿瘤、防治高血压和心脏病、增强精子活力等。阿魏酸毒性低，易于为人体代谢，其用途越来越广泛。阿魏酸在食品工业中主要用于制备天然香兰素、抗氧化剂、防腐剂、交联剂和机能促进剂等。许多研究表明，酚酸对淀粉酶解具有良好的抑制作用。因此，将阿魏酸与淀粉的慢消化特性结合起来，开发出一种新型具有慢消化性质的淀粉基食品，从而缓解普通淀粉进食后产生的血糖波动，不但能够更好的利用淀粉资源，同时也能够增强阿魏酸的生物利用率，从而为提高功能性碳水化合营养价值的探究及生物活性成分的有效利用奠定基础。
发明内容
本发明旨在提供一种多功能小麦慢消化淀粉的制备方法，以提高小麦淀粉中慢消化淀粉的含量，且兼具抗氧化的功能。本发明方法新颖，安全无污染，产品具有良好的热稳定性，并且本发明所涉及的生产设备制造成本低，易于实现连续化生产。
本发明多功能小麦慢消化淀粉的制备方法，首先将一定浓度的小麦淀粉乳与占淀粉干基重一定比例的β-环糊精混合均匀，经加热、糊化和冷却，得到β-环糊精改性的小麦淀粉；再向β-环糊精改性的小麦淀粉中加入一定比例的阿魏酸，反应后进行后处理，得到兼具抗氧化功能的小麦慢消化淀粉。
本发明多功能小麦慢消化淀粉的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：β-环糊精改性
首先称取1kg小麦淀粉与蒸馏水混合，配成浓度为20％的淀粉乳，然后向其中加入淀粉干基重1％～4％(w/w)的β-环糊精，混合均匀后，放入95℃恒温水浴锅中加热糊化30min，冷却至室温，置于25℃回生1～4h，然后转移至平皿中，置于45℃烘箱中干燥，再经粉粹、过筛，得到β-环糊精改性的小麦淀粉；
步骤2：阿魏酸处理
将步骤1得到的β-环糊精改性的小麦淀粉与蒸馏水混合，配成8％的淀粉乳，用0.5M HCl溶液调节淀粉乳pH值为4.0，再加入淀粉干基质量分数1％～5％的阿魏酸，置于37℃摇床中振荡反应1～4h；
步骤3：后处理
步骤2反应结束后，用NaOH溶液中和反应体系pH值为8.0，用乙醇洗涤、离心，然后放入45℃烘箱中干燥24h，粉碎并过100目筛，得到多功能小麦慢消化淀粉。
本发明利用β-环糊精对小麦淀粉进行物理改性制备SDS，淀粉与β-环糊精作用时，两者之间主要以氢键和范德华力相互作用，形成淀粉与β-环糊精络合物，并且能在100℃以上保持稳定。本发明中，阿魏酸的加入能够与β-环糊精的疏水性空腔发生疏水相互作用，使得产品具有一定的抗氧化功能。
本发明采用Englyst法测定改性前后小麦淀粉的体外消化性。本发明β-环糊精处理后得到的β-环糊精改性小麦淀粉，再经过阿魏酸处理，使得小麦淀粉中慢消化淀粉含量为37.67％-43.47％，高温(100℃)蒸煮30min后，慢消化淀粉含量仍高达36.21％-41.55％。由于慢消化淀粉在小肠内能持续缓慢地释放能量，其在稳定葡萄糖代谢、糖尿病控制和饱腹感等方面具有潜在的健康功效。此外，抗氧化活性测定结果表明，本发明中经改性后的小麦淀粉在其溶液浓度为5mg/mL时，DPPH自由基清除能力为34.62％-78.91％；羟基自由基清除活性为31.86％-44.24％；Fe2+离子螯合能力为27.46％-50.1％。
本发明通过阿魏酸和β-环糊精改性处理来提高小麦SDS的含量。与现有制备SDS技术相比，本发明涉及到的设备成本低，易于实现连续化生产，且β-环糊精在食品香精香料稳定化、光敏成分保护、医药辅料及靶向剂、日用化工持香等领域用途广泛，具有高水溶性、低毒性、高包埋能力等特点，保证了产品的安全性。本发明中，阿魏酸的加入能够与β-环糊精的疏水性空腔发生疏水相互作用，使得产品具有一定的抗氧化功能。本发明中的β-环糊精和阿魏酸均为食品添加剂，且淀粉与β-环糊精络合物能在100℃以上保持稳定，保证了产品的热稳定性。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明制备过程中使用的β-环糊精和阿魏酸均为食品添加剂，保证了产品的食用安全性。
2、与常见的改性方法(物理法、化学法及酶法)相比，经β-环糊精改性显著提高了小麦淀粉中慢消化淀粉的含量。
3、本发明制备的小麦淀粉中慢消化淀粉含量较高且热稳定性较好，蒸煮前后慢消化淀粉含量分别为37.67％-43.47％和36.21％-41.55％。
4、本发明制备的小麦慢消化淀粉具有一定的抗氧化功能。经改性后的小麦淀粉在其溶液浓度为5mg/mL时，DPPH自由基清除能力为34.62％-78.91％；羟基自由基清除活性为31.86％-44.24％；Fe2+离子螯合能力为27.46％-50.1％。
5、本发明生产工序简单，所涉及的生产设备制造成本低，易于实现连续化生产。
附图说明
图1是实施例1中改性淀粉的热稳定性实验结果。从图1中可以看出，本发明改性淀粉经蒸煮处理后SDS含量由42.56％降低至41.55％，SDS损失率为2.37％，热稳定性良好。
图2是实施例2中改性淀粉的热稳定性实验结果。从图2中可以看出，本发明改性淀粉经蒸煮处理后SDS含量由43.47％降低至40.33％，SDS损失率为7.22％，热稳定性较好。
图3是实施例3中改性淀粉的热稳定性实验结果。从图3中可以看出，本发明改性淀粉经蒸煮处理后SDS含量由37.67％降低至36.21％，SDS损失率为3.88％，热稳定性良好。
图4是天然小麦淀粉的热稳定性实验结果。从图4中可以看出，天然小麦淀粉经蒸煮处理后SDS含量由26.00％降低至14.04％，SDS损失率为46％，热稳定性较差。
图5是β-环糊精改性的小麦淀粉的热稳定性实验结果。从图5中可以看出，β-环糊精改性的小麦淀粉经蒸煮处理后SDS含量由48.67％降低至42.27％，SDS损失率为13.15％，热稳定性较好。
图6是实施例1中改性淀粉的抗氧化活性实验结果。从图6中可以看出，本发明改性淀粉随溶液浓度的增加，抗氧化活性有所增加。在其溶液浓度为5mg/mL时，DPPH自由基清除能力为34.62％；羟基自由基清除活性为31.86％；Fe2+离子螯合能力为27.46％。
图7是实施例2中改性淀粉的抗氧化活性实验结果。从图7中可以看出，本发明改性淀粉随溶液浓度的增加，抗氧化活性有所增加。在其溶液浓度为5mg/mL时，DPPH自由基清除能力为76.25％；羟基自由基清除活性为36.72％；Fe2+离子螯合能力为44.16％。
图8是实施例3中改性淀粉的抗氧化活性实验结果。从图8中可以看出，本发明改性淀粉随溶液浓度的增加，抗氧化活性有所增加。在其溶液浓度为5mg/mL时，DPPH自由基清除能力为78.91％；羟基自由基清除活性为44.24％；Fe2+离子螯合能力为50.10％。
图9是天然小麦淀粉的抗氧化活性实验结果。从图9中可以看出，天然小麦淀粉在其溶液浓度为5mg/mL时，DPPH自由基清除能力为5.75％；羟基自由基清除活性为15.73％；Fe2+离子螯合能力为12.44％。
图10是β-环糊精改性的小麦淀粉的抗氧化活性实验结果。从图10中可以看出，β-环糊精改性的小麦淀粉在其溶液浓度为5mg/mL时，DPPH自由基清除能力为5.04％；羟基自由基清除活性为27.80％；Fe2+离子螯合能力为8.48％。
具体实施方式
非限定实施例叙述如下：
实施例1：
1、称取1kg小麦淀粉与蒸馏水混合，配成浓度为20％的淀粉乳，并向其中加入淀粉干基重1％(w/w)的β-环糊精，混合均匀后，放入95℃恒温水浴锅中加热糊化30min，冷却至室温，置于25℃回生1h，然后转移至平皿中，置于45℃烘箱中干燥，再经粉粹、过筛，得到β-环糊精改性的小麦淀粉。
2、将上述得到的β-环糊精改性的小麦淀粉与蒸馏水混合，配成浓度为8％的淀粉乳，用0.5M HCl溶液调节淀粉乳pH值为4.0，再加入淀粉干基质量分数1％的阿魏酸，置于37℃摇床中振荡反应1h；反应结束后用NaOH溶液中和反应体系的pH至8.0，然后经乙醇洗涤、离心，放入45℃烘箱中干燥24h，粉碎并过100目筛，得到经阿魏酸和β-环糊精改性的小麦淀粉，简称多功能小麦慢消化淀粉。
经测定，制备的多功能小麦慢消化淀粉中SDS含量为42.56％，经高温(100℃)蒸煮30min处理后，SDS含量为41.55％。
实施例2：
1、称取1kg小麦淀粉与蒸馏水混合，配成浓度为20％的淀粉乳，并向其中加入淀粉干基重2％(w/w)的β-环糊精，混合均匀后，放入95℃恒温水浴锅中加热糊化30min，冷却至室温，置于25℃回生2h，然后转移至平皿中，置于45℃烘箱中干燥，再经粉粹、过筛，得到β-环糊精改性的小麦淀粉。
2、将上述得到的β-环糊精改性的小麦淀粉与蒸馏水混合，配成浓度为8％的淀粉乳，用0.5M HCl溶液调节淀粉乳pH值为4.0，再加入淀粉干基质量分数3％的阿魏酸，置于37℃摇床中振荡反应2h。反应体系的pH用NaOH溶液中和至8.0，然后经乙醇洗涤、离心，放入45℃烘箱中干燥24h，粉碎并过100目筛，得到经阿魏酸和β-环糊精改性的小麦淀粉，简称多功能小麦慢消化淀粉。
经测定，制备的多功能小麦慢消化淀粉中SDS含量为43.47％，经高温(100℃)蒸煮30min处理后，SDS含量为40.33％。
实施例3：
1、称取1kg小麦淀粉与蒸馏水混合，配成浓度为20％的淀粉乳，并向其中加入淀粉干基重4％(w/w)的β-环糊精，混合均匀后，放入95℃恒温水浴锅中加热糊化30min，冷却至室温，置于25℃回生4h，然后转移至平皿中，置于45℃烘箱中干燥，再经粉粹、过筛，得到β-环糊精改性的小麦淀粉。
2、将上述得到的β-环糊精改性的小麦淀粉样品与蒸馏水混合，配成浓度为8％的淀粉乳，用0.5M HCl调节淀粉乳pH为4.0，再加入淀粉干基质量分数5％的阿魏酸，置于37℃摇床中振荡反应4h。反应体系的pH用NaOH溶液中和至8.0，然后经乙醇洗涤、离心，放入45℃烘箱中干燥24h，粉碎并过100目筛，得到经阿魏酸和β-环糊精改性的小麦淀粉，简称多功能小麦慢消化淀粉。
经测定，制备的多功能小麦慢消化淀粉中SDS含量为37.67％，经高温(100℃)蒸煮30min处理后，SDS含量为36.21％。
Claims (6)
1.一种多功能小麦慢消化淀粉的制备方法，其特征在于：首先将一定浓度的小麦淀粉乳与占淀粉干基重一定比例的β-环糊精混合均匀，经加热、糊化和冷却，得到β-环糊精改性的小麦淀粉；再向β-环糊精改性的小麦淀粉中加入一定比例的阿魏酸，反应结束后进行后处理，得到兼具抗氧化功能的小麦慢消化淀粉。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：β-环糊精改性
首先称取1kg小麦淀粉与蒸馏水混合，配成浓度为20％的淀粉乳，然后向其中加入β-环糊精，混合均匀后进行糊化反应，糊化后冷却至室温，回生后转移至平皿中，置于45℃烘箱中干燥，再经粉粹、过筛，得到β-环糊精改性的小麦淀粉；
步骤2：阿魏酸处理
将步骤1得到的β-环糊精改性的小麦淀粉与蒸馏水混合，配成8％的淀粉乳，用0.5MHCl溶液调节淀粉乳pH值为4.0，再加入阿魏酸，置于37℃摇床中振荡反应1～4h；反应结束后进行后处理，得到多功能小麦慢消化淀粉。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
步骤1中，β-环糊精的添加量为淀粉干基重的1％～4％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
步骤1中，所述糊化是放入95℃恒温水浴锅中加热糊化反应30min；所述回生是于25℃回生1～4h。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
步骤2中，阿魏酸的添加量为淀粉干基质量的1％～5％。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
步骤2中，所述后处理是用NaOH溶液中和反应体系pH值为8.0，用乙醇洗涤、离心，然后放入45℃烘箱中干燥24h，粉碎并过100目筛，得到多功能小麦慢消化淀粉。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190201 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |