CN104000070B - 淀粉基补铁营养强化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了淀粉基补铁营养强化剂的制备方法。该方法先将淀粉原料配成淀粉乳，并调节pH，置于密闭容器中在95～99℃下搅拌糊化30～60min；糊化完成后，将糊化液冷却，加入脱支酶，在45～65℃下搅拌反应；调节pH至5.5～7.0，加入α-淀粉酶，在45～110℃下搅拌反应，得直链淀粉溶液；直链淀粉溶液的温度调节至50～80℃，将1～2mol/L的铁盐溶液滴加入直链淀粉溶液中，搅拌反应1～6小时，冷却至室温后，放入4～10℃冰箱中冷藏18～36小时；洗涤，干燥，粉碎后得产品。本发明产品富含铁微量元素，可作为功能性食品添加剂添加到食品、保健品中，对因缺铁而引起的营养缺乏症，有很好的改善作用。
Description
技术领域
本发明涉及变性淀粉的生产方法，具体是指利用生物技术和化学方法相结合制备淀粉基补铁营养强化剂的方法。
背景技术
铁是人体和动物不可缺少的微量元素。它在人体中分布很广，几乎所有组织都需要铁。在十多种人体必需的微量元素中，铁无论在数量上还是重要性上都居于首位。随着科学技术的发展，人们对铁对人体健康的作用也有了越来越多的认识。1932年，Castle及其同事确证了无机铁可用于血红蛋白合成，从而开创了铁生物学功能研究的新纪元。铁对人体具有重要的生物学功能，人体血液中的血红蛋白就是铁的配合物，它具有固定氧和输送氧的功能，人的全身都需要它，另外铁还是许多酶和免疫***化合物的成分。
铁是人体最容易缺乏的必需微量元素之一，铁缺乏可使体内含铁酶活性降低，因而造成许多组织细胞代谢紊乱，缺铁还可导致许多疾病如缺铁性贫血，它被世界卫生组织确定为世界四大营养缺乏症之一，也是我国主要的公共营养问题。我国是铁缺乏和缺铁性贫血较为严重的国家之一，第四次《中国居民营养与健康状况调查报告》显示，我国居民贫血率平均为20.1％，2岁以内幼儿、60岁以上老人及育龄妇女的贫血率分别为31.1％、29.1％和19.9％。因此，补铁产品也越来越受到人们的关注。虽然无机金属盐作为金属的补充剂应用多年，但是在人体中的吸收效率低、副作用大。而糖金属络合物具有无污染、阴离子性等特性，在生理pH内是无毒的，人体可有效利用这些金属离子，因此是作为生物体金属补充剂的很好选择，具有重要的意义。
淀粉是一种中性多糖，是构成食品的重要成分。淀粉除了糖单元本身的羟基可以和金属离子络合外，淀粉经酶解得到的直链淀粉在适当条件下，可形成单螺旋链，整个螺旋呈圆筒形腔体结构。因此直链淀粉可以作为一种主体分子与铁发生包结络合作用，形成淀粉铁包结络合物。这种包结络合物可作为一种新型的铁营养补充剂应用于食品和保健品中。目前国内对直链淀粉包结络合金属离子形成包结络合物的报道还未见。
申请人申请的中国发明专利ZL201010206260.6公开了一种补铁营养强化剂的制备方法，利用酶解湿热处理淀粉制备淀粉铁复合物，铁离子主要附着于淀粉颗粒表面及微孔中，在使用过程中存在铁离子容易脱落的缺点。
发明内容
本发明的目的在于针对淀粉与金属反应时间长、效率低，络合物中金属离子含量低等缺点，提供一种生产效率高，产品质量好的淀粉金属包结络合物的制备方法。
本发明制备的直链淀粉铁包结络合物，铁离子主要存在于直链淀粉的螺旋空腔内，铁离子与直链淀粉的结合更加紧密，有效解决了现有技术铁离子容易脱落的缺点。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
淀粉基补铁营养强化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)淀粉原料用磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲溶液配成质量百分比浓度为5％～12％的淀粉乳，并调节pH至4.5～6.5，置于密闭容器中在95～99℃下搅拌糊化30～60min；糊化完成后，将糊化液冷却，加入脱支酶，用量为每克干淀粉加入脱支酶10～30u，在45～65℃下搅拌反应1～3小时；调节pH至5.5～7.0，加入α-淀粉酶，用量为每克干淀粉1～10u，在45～110℃下搅拌反应1～10分钟，调节pH至2.5～3.0并保持10～15分钟灭酶，得直链淀粉溶液；
(2)将步骤(1)所得直链淀粉溶液的温度调节至50～80℃，将1～2mol/L的铁盐溶液加入上述溶液中，同时调节pH至5.0～8.0，搅拌反应1～6小时，调节pH至4.5，冷却至室温后，放入4～10℃冰箱中冷藏18～36小时；每克淀粉干基加入铁盐溶液1-2mL；
(3)将步骤(2)的产品酸洗后调节pH至6.0～6.5，洗涤，干燥，粉碎后得淡红色粉末状产品。
为了更好的实现本发明，步骤(1)所述脱支酶为普鲁兰酶或异淀粉酶中的一种；步骤(1)所述α-淀粉酶是中温或耐高温α-淀粉酶中的一种；步骤(2)中所述铁盐为氯化铁，醋酸铁，硫酸铁中的一种；步骤(3)所述酸洗为调节产品悬浮液pH至4.0～4.5并搅拌洗涤过滤多次，以将反应中可能产生的无机铁沉淀溶解并除去；步骤(3)中所述洗涤为用去离子水洗滤多次，直至溶液中无游离铁。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明制备的直链淀粉铁包结络合物，铁离子主要存在于直链淀粉的螺旋空腔内，铁离子与直链淀粉的结合更加紧密，有效解决了现有技术铁离子容易脱落的缺点。
(2)采用生物酶解技术对淀粉原料进行改性，得到具有良好包结络合功能的直链淀粉，将其应用于包结络合微量元素铁；经测定发现，淀粉经酶解处理后，制备得到的淀粉铁包结络合物，每克产品中铁含量可达118毫克。
(3)本发明具有生产效率高，成本低，产品质量好的特点。
附图说明
图1为未包合的凝沉玉米直链淀粉及实施例1中淀粉铁包结络合物的拉曼光谱图。
图2为未包合的凝沉玉米直链淀粉及实施例1中淀粉铁包结络合物的X-射线衍射图谱。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步地说明。本发明有许多成功的实施例，下面列举六个具体的实施例，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。
实施例1
第一步玉米淀粉(50g，干基)用磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲溶液配成质量百分比浓度为5％的淀粉乳，并调节pH至4.5，置于密闭容器中在99℃下搅拌糊化30min；糊化完成后，将糊化液冷却，加入普鲁兰酶(OPTIMAXL-1000,杰能科生物工程有限公司)，用量为每克干淀粉加入普鲁兰酶30u，在60℃下搅拌反应1小时；调节pH至6.0，加入中温α-淀粉酶(CLARASEL,杰能科生物工程有限公司)，用量为每克干淀粉1u，在60℃下搅拌反应10分钟；调节pH至2.5并保持10分钟灭酶，得直链淀粉溶液；
第二步将步骤(1)所得直链淀粉溶液的温度调节至50℃，将1mol/L的硫酸铁盐溶液100mL加入上述溶液中，同时调节pH至6.0，搅拌反应2小时，调节pH至4.5，冷却至室温后，放入4℃冰箱中冷藏18小时；
第三步用0.5mol/L盐酸调节步骤(2)产品悬浮液pH至4.5并搅拌过滤，得到的滤饼用3％氢氧化钠调节pH至6.0，洗涤，干燥，粉碎后得淡红色粉末状产品。得到的产品经湿法消化后经原子吸收分光光度法测定表明，每克产品中铁含量达到110毫克。
原子吸收光谱法为铁含量测定的通用方法。具体测定方法为：精确称取0.5g包合物，将样品经湿法消化后，将消化液定容至100mL容量瓶中。根据样品液中的铁含量，将其稀释一定倍数后经原子吸收光谱测定稀释后样品液中的铁含量。包合物中铁含量的计算方法如下：
X＝(N×C1×V1)/(m0×103)
式中：X为每克样品中铁的含量，mg/g；C1为原子吸收光谱测得的铁含量，mg/L；V1为样品消化后定容的总体积，mL；m0为样品质量，g；N为样品液的稀释倍数。
当直链淀粉中包结络合的铁达到一定量时，通过拉曼光谱和X-射线衍射可测得其分子结构和结晶结构的改变。本实施例所得的淀粉铁包合物的拉曼光谱和X-射线衍射图谱如图1、图2所示。
直链淀粉与客体分子形成复合物后，由于其形成了特殊的单螺旋构象，在拉曼光谱中，其α-1,4糖苷键C-O-C的振动吸收峰和侧链CH2OH的振动吸收峰会向高波数发生漂移。如图1所示，与未包合的凝沉直链淀粉相比，直链淀粉与铁复合后，其拉曼光谱吸收峰与未包合凝沉直链淀粉基本相同，说明其基本骨架与凝沉直链淀粉相同，但其α-1,4糖苷键C-O-C的振动吸收峰和侧链CH2OH的振动吸收峰均向高波数发生了漂移，分别由凝沉直链淀粉的935.6cm-1和1257.3cm-1移至941.8cm-1和1263.9cm-1。
未包合的直链淀粉凝沉后通常为双螺旋结构，其X-射线衍射结晶类型通常为A型或B型，由图2可知，与未包合凝沉直链淀粉的B型结晶结构不同，直链淀粉与铁复合后，其结晶结构发生了明显变化。其X-射线衍射图谱中，B型结晶的特征吸收峰大幅减弱，并且在12.8°和19.9°处还出现了明显的直链淀粉包结络合物V型结晶结构的特征吸收峰，这说明铁与大部分直链淀粉发生了包结络合作用，形成了直链淀粉铁包结络合物。
实施例2
第一步小麦淀粉(50g，干基)用磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲溶液配成质量百分比浓度为8％的淀粉乳，并调节pH至6.5，置于密闭容器中在95℃下搅拌糊化40min；糊化完成后，将糊化液冷却，加入异淀粉酶(Pseudomonassp,Sigma-Aldrich公司)，用量为每克干淀粉加入异淀粉酶10u，在50℃下搅拌反应3小时；调节pH至5.5，加入耐高温α-淀粉酶(LiquozymeSupra，Novozymes公司)，用量为每克干淀粉2u，在110℃下搅拌反应5分钟；调节pH至2.7并保持12分钟灭酶后，得直链淀粉溶液；
第二步将步骤(1)所得直链淀粉溶液的温度调节至80℃，将2mol/L的氯化铁溶液50mL加入上述溶液中，同时调节pH至8.0，搅拌反应1小时，调节pH至4.5，冷却至室温后，放入6℃冰箱中冷藏24小时；
第三步用0.5mol/L盐酸调节步骤(2)产品悬浮液pH至4.0并搅拌过滤，得到的滤饼用3％氢氧化钠调节pH至6.5，洗涤，干燥，粉碎后得淡红色粉末状产品。得到的产品经湿法消化后经原子吸收分光光度法测定(测定方法同实施例1)表明，每克产品中铁含量达到112毫克。
实施例3
第一步木薯淀粉(50g，干基)用磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲溶液配成质量百分比浓度为10％的淀粉乳，并调节pH至6.0，置于密闭容器中在96℃下搅拌糊化50min；糊化完成后，将糊化液冷却，加入异淀粉酶(Pseudomonassp,Sigma-Aldrich公司)，用量为每克干淀粉加入异淀粉酶30u，在45℃下搅拌反应1小时；调节pH至7.0，加入耐高温α-淀粉酶(LiquozymeSupra，Novozymes公司)，用量为每克干淀粉10u，在100℃下搅拌反应1分钟；调节pH至3.0并保持15分钟灭酶，得直链淀粉溶液；
第二步将步骤(1)所得直链淀粉溶液的温度调节至60℃，将1.5mol/L的醋酸铁溶液80mL加入上述溶液中，同时调节pH至7.0，搅拌反应4小时，调节pH至4.5，冷却至室温后，放入10℃冰箱中冷藏36小时；
第三步用0.5mol/L盐酸调节步骤(2)产品悬浮液pH至4.2并搅拌过滤，得到的滤饼用3％氢氧化钠调节pH至6.2，洗涤，干燥，粉碎后得淡红色粉末状产品。得到的产品经湿法消化后经原子吸收分光光度法测定(测定方法同实施例1)表明，每克产品中铁含量达到116毫克。
实施例4
第一步马铃薯淀粉(50g，干基)用磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲溶液配成质量百分比浓度为12％的淀粉乳，并调节pH至5.0，置于密闭容器中在98℃下搅拌糊化60min；糊化完成后，将糊化液冷却，加入普鲁兰酶(OPTIMAXL-1000,杰能科生物工程有限公司)，用量为每克干淀粉加入普鲁兰酶10u，在65℃下搅拌反应3小时；调节pH至6.0，加入中温α-淀粉酶(CLARASEL,杰能科生物工程有限公司)，用量为每克干淀粉5u，在45℃下搅拌反应2分钟；调节pH至2.8并保持12分钟灭酶，得直链淀粉溶液；
第二步将步骤(1)所得直链淀粉溶液的温度调节至70℃，将2mol/L的硫酸铁溶液50mL加入上述溶液中，同时调节pH至8.0，搅拌反应6小时，调节pH至4.5，冷却至室温后，放入8℃冰箱中冷藏30小时；
第三步用0.5mol/L盐酸调节步骤(2)产品悬浮液pH至4.3并搅拌过滤，得到的滤饼用3％氢氧化钠调节pH至6.0，洗涤，干燥，粉碎后得淡红色粉末状产品。得到的产品经湿法消化后经原子吸收分光光度法测定(测定方法同实施例1)表明，每克产品中铁含量达到118毫克。
实施例5
第一步蜡质玉米淀粉(50g，干基)用磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲溶液配成质量百分比浓度为12％的淀粉乳，并调节pH至4.5，置于密闭容器中在97℃下搅拌糊化60min；糊化完成后，将糊化液冷却，加入普鲁兰酶(OPTIMAXL-1000,杰能科生物工程有限公司)，用量为每克干淀粉加入普鲁兰酶20u，在55℃下搅拌反应2小时；调节pH至6.0，加入中温α-淀粉酶(CLARASEL,杰能科生物工程有限公司)，用量为每克干淀粉1u，在60℃下搅拌反应10分钟；调节pH至3.0并保持15分钟灭酶，得直链淀粉溶液；
第二步将步骤(1)所得直链淀粉溶液的温度调节至50℃，将1.5mol/L的氯化铁溶液80mL加入上述溶液中，同时调节pH至5.0，搅拌反应2小时，调节pH至4.5，冷却至室温后，放入4℃冰箱中冷藏18小时；
第三步用0.5mol/L盐酸调节步骤(2)产品悬浮液pH至4.4并搅拌过滤，得到的滤饼用3％氢氧化钠调节pH至6.3，洗涤，干燥，粉碎后得淡红色粉末状产品。得到的产品经湿法消化后经原子吸收分光光度法测定(测定方法同实施例1)表明，每克产品中铁含量达到104毫克。
实施例6
第一步蜡质小麦淀粉(50g，干基)用磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲溶液配成质量百分比浓度为10％的淀粉乳，并调节pH至6.0，置于密闭容器中在99℃下搅拌糊化50min；糊化完成后，将糊化液冷却，加入异淀粉酶(Pseudomonassp,Sigma-Aldrich)，用量为每克干淀粉加入异淀粉酶20u，在50℃下搅拌反应2小时；调节pH至6.0，加入中温α-淀粉酶(CLARASEL,杰能科生物工程有限公司)，用量为每克干淀粉2u，在50℃下搅拌反应5分钟；调节pH至2.5并保持10分钟灭酶，得直链淀粉溶液；
第二步将步骤(1)所得直链淀粉溶液的温度调节至60℃，将1mol/L的醋酸铁溶液100mL加入上述溶液中，同时调节pH至7.0，搅拌反应4小时，调节pH至4.5，冷却至室温后，放入6℃冰箱中冷藏24小时；
第三步用0.5mol/L盐酸调节步骤(2)产品悬浮液pH至4.5并搅拌过滤，得到的滤饼用3％氢氧化钠调节pH至6.5，洗涤，干燥，粉碎后得淡红色粉末状产品。得到的产品经湿法消化后经原子吸收分光光度法测定(测定方法同实施例1)表明，每克产品中铁含量达到108毫克。
如上所述，即可较好地实现本发明。
Claims (6)
1.一种淀粉基补铁营养强化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)淀粉原料用磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲溶液配成质量百分比浓度为5％～12％的淀粉乳，并调节pH至4.5～6.5，置于密闭容器中在95～99℃下搅拌糊化30～60min；糊化完成后，将糊化液冷却，加入脱支酶，用量为每克干淀粉加入脱支酶10～30u，在45～65℃下搅拌反应1～3小时；调节pH至5.5～7.0，加入α-淀粉酶，用量为每克干淀粉加入α-淀粉酶1～10u，在45～110℃下搅拌反应1～10分钟，调节pH至2.5～3.0并保持10～15分钟灭酶，得直链淀粉溶液；
(2)将步骤(1)所得直链淀粉溶液的温度调节至50～80℃，将1～2mol/L的铁盐溶液滴加入直链淀粉溶液中，调节pH至5.0～8.0，搅拌反应1～6小时，调节pH至4.5，冷却至室温后，放入4～10℃冰箱中冷藏18～36小时；每克淀粉干基加入铁盐溶液1-2mL；所述铁盐为氯化铁、醋酸铁和硫酸铁中的一种；
(3)将步骤(2)的产品酸洗后调节pH至6.0～6.5，洗涤，干燥，粉碎后得淡红色粉末状产品。
2.根据权利要求1所述淀粉基补铁营养强化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述淀粉原料是木薯淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉和小麦淀粉中的一种。
3.根据权利要求2所述淀粉基补铁营养强化剂的制备方法，其特征在于：所述玉米淀粉为蜡质玉米淀粉；所述的小麦淀粉为蜡质小麦淀粉。
4.根据权利要求1所述淀粉基补铁营养强化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述脱支酶为普鲁兰酶和异淀粉酶中的一种。
5.根据权利要求1所述淀粉基补铁营养强化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述α-淀粉酶是中温和耐高温α-淀粉酶中的一种。
6.根据权利要求1所述淀粉基补铁营养强化剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述酸洗为调节产品悬浮液pH至4.0～4.5并搅拌洗涤过滤多次，以将反应中产生的无机铁沉淀溶解并除去；步骤(3)中所述洗涤为用去离子水洗滤多次，直至溶液中无游离铁。
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