CN108251475A - 一种利用双酶制备慢消化淀粉的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用双酶制备慢消化淀粉的方法，属于生物改性淀粉领域。本发明利用环糊精葡萄糖基转移酶和淀粉分支酶协同处理淀粉，环糊精葡萄糖基转移酶催化产生环糊精的同时生成大量短链片段，淀粉分支酶的作用下将细长型的淀粉分子转变成矮胖型的结构更加紧密的分支结构，从而使淀粉的慢消化性更加明显。通过改变两种酶加入方式、加酶量和反应时间，促进两者之间的协同作用，提高环糊精含量和支链淀粉的分支程度，慢消化和抗性淀粉的含量进一步增加，降低淀粉消化速率，为生物改性制备慢消化淀粉提供新思路。

Description

一种利用双酶制备慢消化淀粉的方法
技术领域
本发明涉及一种利用双酶制备慢消化淀粉的方法，属于生物改性淀粉领域。
背景技术
淀粉是绿色植物果实、种子、块茎、块根的主要成分，是地球上最丰富的贮藏性多糖。作为人类和大多数动物的主要能量来源，常用于食品、医药、化工等工业领域中。在居民膳食中，淀粉的“质”和“量”直接影响着血糖的调节，随着人们生活水平的提高，近年来糖尿病等慢性疾病的发病率逐年增加，对于食用后可维持饱腹感、持续释放能量、避免血糖剧烈波动，同时对非胰岛素依赖型糖尿病和心血管疾病具有辅助治疗作用的慢消化淀粉及抗性淀粉的研究制备势在必行。
目前可以利用物理、化学或生物方法改变淀粉的分子结构，从而改善淀粉的天然特性，使其满足健康饮食的需要。生物酶法主要使通过改变淀粉本身的结构进而达到改善淀粉消化性能的目的。前人研究多采用单酶改性处理淀粉，但改性淀粉中慢消化淀粉含量较低；目前文献所报道的几种双酶处理方法，存在利用率较低、损失量较大，处理时间较长等问题，因此为了更高效地得到慢消化淀粉含量多的改性淀粉，需要探究新的淀粉酶来改性处理，故而对于酶法制备工艺也存在较大的研究提升空间。
我们了解到环糊精葡萄糖基转移酶(Cyclodextrin Glycosyltransferase；CGT酶；EC 2.4.1.19) 可催化水解、歧化、环化、偶合四种类型反应，目前主要应用于环糊精的生产，而环糊精很难被淀粉酶消化水解，具有抗消化功能。淀粉分支酶(1,4-α-GlucanBranching Enzyme；GBE； EC 2.4.1.18)是一种属于糖苷水解酶家族13的糖基转移酶，是合成糖原及支链淀粉的关键酶。它能够先切断淀粉分子中α-1,4糖苷键，然后通过转苷作用将切下的链段以α-1,6糖苷键转接至受体链上形成新的分支，增加分支度，降低淀粉的消化速率。这两种酶的催化机理均有利于慢消化淀粉的生成，且对于两种酶协同改性淀粉的方法目前并未被文献报道研究。
发明内容
为了制备新型慢消化淀粉，本发明提供了一种双酶制备慢消化淀粉的生物改性方法，通过环糊精葡萄糖基转移酶和淀粉分支酶的协同作用使淀粉分子结构发生改变，产生具有抗消化功能的环糊精，同时淀粉支链更短、支化程度更高，慢消化性更加明显。
本发明的第一个目的是提供一种双酶制备慢消化淀粉的生物改性方法，所述方法同时添加了环糊精葡萄糖基转移酶和淀粉分支酶。
在本发明的一种实施方式中，所述方法可以为以下方法任意一种：
方法(1)：将淀粉溶于水中得到淀粉乳，糊化后加入环糊精葡萄糖基转移酶，40-50℃恒温反应，再加入淀粉分支酶继续反应一段时间，停止反应后，干燥得到改性淀粉；
方法(2)：将淀粉溶于水中得到淀粉乳，糊化后加入淀粉分支酶，恒温下反应一段时间后，再加入环糊精葡萄糖基转移酶继续反应一段时间，停止反应后，干燥得到改性淀粉；
在本发明的一种实施方式中，所述环糊精葡萄糖基转移酶的添加量为1-4U/g干基淀粉。
在本发明的一种实施方式中，所述粉分支酶的添加量为5-35U/g干基淀粉。
在本发明的一种实施方式中，所述方法(1)中加入环糊精葡萄糖基转移酶，40-50℃恒温反应0-12h，加入淀粉分支酶后继续反应0-12h。
在本发明的一种实施方式中，所述方法(1)中加入环糊精葡萄糖基转移酶，40-50℃恒温反应8-10h，加入淀粉分支酶后继续反应8-10h。
在本发明的一种实施方式中，所述方法(1)中加入环糊精葡萄糖基转移酶，40-50℃恒温反应8-12h，加入淀粉分支酶后反应继续反应8-12h。
在本发明的一种实施方式中，所述方法(2)加入淀粉的淀粉分支酶，40-50℃恒温反应 8-10h，加入淀粉的环糊精葡萄糖基转移酶继续反应8-10h。
在本发明的一种实施方式中，所述淀粉乳浓度为3-6％。
在本发明的一种实施方式中，所述淀粉乳的pH为6.5-7.5。
本发明的有益效果：
(1)本发明利用环糊精葡萄糖基转移酶和淀粉分支酶协同处理淀粉，环糊精葡萄糖基转移酶催化产生环糊精的同时生成大量短链片段，在淀粉分支酶的作用下将细长型的淀粉分子转变成矮胖型的结构更加紧密的分支结构，从而使淀粉的慢消化性更加明显。
(2)通过改变两种酶的加入方式、加酶量、反应时间，促进两者之间的协同作用，提高环糊精含量和支链淀粉的分支程度，慢消化和抗性淀粉的含量进一步增加，降低淀粉消化速率，为生物改性制备慢消化淀粉提供新思路。
具体实施方式
对照例1：环糊精葡萄糖基转移酶单独改性对淀粉中慢消化淀粉含量的影响
将玉米淀粉溶于水中得到5％淀粉乳，沸水糊化后加入3U/g淀粉的环糊精葡萄糖基转移酶，45℃恒温条件下处理16h，沸水浴终止反应，冷冻干燥得到改性淀粉。参照Englyst 体外模拟消化方法测定改性淀粉的消化性能如表1所示。其中，对照组表示未改性处理前的玉米淀粉糊的消化性能。结果表明，在单独环糊精葡萄糖基转移酶的作用下，与对照组相比，快消化淀粉的含量降低41.3％，慢消化淀粉含量的增长20.9％；抗性淀粉含量的增长显著，含量高达39.3％，可能的原因是产生大量抗消化的环糊精。
对照例2：淀粉分支酶单独改性对淀粉中慢消化淀粉含量的影响
将玉米淀粉溶于水中得到5％淀粉乳，沸水糊化后加入25U/g淀粉的淀粉分支酶，45℃恒温条件下处理16h，沸水浴终止反应，冷冻干燥得到改性淀粉。参照Englyst体外模拟消化方法测定改性淀粉的消化性能如表1所示。结果表明，在单独淀粉分支酶的作用下，与对照组相比，快消化淀粉的含量降低34.0％，慢消化淀粉的含量增长83.7％，抗性淀粉的含量增长 154％。相比于实施例1，慢消化淀粉含量增长更加明显。
实施例3：双酶协同改性对淀粉中慢消化淀粉含量的影响
将玉米淀粉溶于水中得到5％淀粉乳，沸水糊化后同时加入3U/g淀粉的环糊精葡萄糖基转移酶和25U/g淀粉的淀粉分支酶，45℃恒温条件下处理16h，沸水浴终止反应，冷冻干燥得到改性淀粉。参照Englyst体外模拟消化方法测定改性淀粉的消化性能如表1所示。结果表明，相比于实施例1，慢消化淀粉含量增长55.1％；相比于实施例2，慢消化淀粉含量增长2.1％，抗性淀粉含量增长13.8％。
实施例4：双酶加入方式对淀粉中慢消化淀粉含量的影响
将玉米淀粉溶于水中得到5％淀粉乳，沸水糊化后，45℃恒温条件下加入3U/g淀粉的环糊精葡萄糖基转移酶处理8h后，加入25U/g淀粉的淀粉分支酶继续反应8h，沸水浴终止反应，冷冻干燥得到改性淀粉。参照Englyst体外模拟消化方法测定改性淀粉的消化性能如表1 所示。结果表明，与对照组相比，快消化淀粉含量降低47.2％，慢消化淀粉含量增长119％，抗性淀粉含量增长210％。与实施例3相比，快消化淀粉含量降低13.2％，改性样品的消化速率进一步降低。
实施例5：双酶加入方式对淀粉中慢消化淀粉含量的影响
将玉米淀粉溶于水中得到5％淀粉乳，沸水糊化后，45℃恒温条件下加入25U/g淀粉的淀粉分支酶处理8h后，加入3U/g淀粉的环糊精葡萄糖基转移酶继续反应8h，沸水浴终止反应，冷冻干燥得到改性淀粉。参照Englyst体外模拟消化方法测定改性淀粉的消化性能如表1所示。结果表明，相比于实施例3，快消化淀粉的含量降低2.56％，效果不显著。
综合比较可知，酶的添加方式对慢消化淀粉的制备均会产生不同程度的影响。先环糊精葡萄糖基转移酶处理8h，后加入淀粉分支酶继续处理8h的方法(实施例4)，使制备的改性淀粉中快消化淀粉含量降至40.7％，相比于实施例1(环糊精葡萄糖基转移酶单酶改性产物)、
实施例2(淀粉分支酶单酶改性产物)、实施例3(双酶同时改性产物)相比，降低10.0％、20.0％、 13.2％。
表1双酶加入方式对改性样品消化性能的影响
实施例6：双酶加酶量对淀粉中慢消化淀粉含量的影响
将玉米淀粉溶于水中得到5％淀粉乳，沸水糊化后，45℃恒温条件下加入淀粉的环糊精葡萄糖基转移酶处理8h后，加入淀粉的淀粉分支酶继续反应8h，沸水浴终止反应，冷冻干燥得到改性淀粉。环糊精葡萄糖基转移酶和淀粉分支酶的添加量对改性淀粉的消化性能影响如表2所示。
根据表2可知，3U/g干基淀粉的环糊精葡萄糖基转移酶与25U/g干基淀粉的淀粉分支酶处理可将慢消化淀粉含量提高至29.3％，抗性淀粉含量提高至29.6％，与4U/g干基淀粉的环糊精葡萄糖基转移酶与25U/g干基淀粉的淀粉分支酶的组合相比，抗性淀粉含量减少，慢消化淀粉含量明显增加。结果表明，当淀粉分支酶添加量固定时，随着环糊精葡萄糖基转移酶添加量的增加，快消化淀粉含量减少，抗性淀粉含量明显增加；当环糊精葡萄糖基转移酶添加量固定，增加淀粉分支酶添加量时，慢消化淀粉的含量明显增加，当环糊精葡萄糖基转移酶和淀粉分支酶添加量分别为3U/g和35U/g干基淀粉时，慢消化淀粉含量为30.5％，与对照组相比增长136.4％。
表2酶的添加量对样品消化性能的影响
实施例7：双酶反应时间对淀粉中慢消化淀粉含量的影响
将玉米淀粉溶于水中得到5％淀粉乳，沸水糊化后，45℃恒温条件下加入3U/g淀粉的环糊精葡萄糖基转移酶处理后，加入25U/g淀粉的淀粉分支酶继续反应，沸水浴终止反应，冷冻干燥得到改性淀粉。反应时间对改性淀粉的消化性能影响如表3所示。
根据表3可知，8h环糊精葡萄糖基转移酶处理加12h的淀粉分支酶继续改性处理可将快消化淀粉含量降至37.5％，慢消化淀粉含量提高至31.6％，效果显著。结果表明，分支酶参入反应的时间固定时，随着环糊精葡萄糖基转移酶处理时间的延长，抗性淀粉含量增加；当环糊精葡萄糖基转移酶处理时间相同时，随着分支酶协同处理时间的延长至12h，快消化淀粉含量显著降低至37.5％，慢消化淀粉含量增长至31.6％，与对照组相比增长144.9％。
表3反应时间对样品消化性能的影响
由上可知，双酶加入方式、酶的添加量、反应时间对慢消化淀粉的制备均会产生不同程度的影响。环糊精葡萄糖基转移酶和淀粉分支酶对淀粉进行改性处理，有利于降低淀粉的消化速率，改善淀粉糊化后的消化性能。更重要的是，改变两种酶的加入方式、优化加酶量和反应时间可以更大程度地发挥环糊精葡萄糖基转移酶和淀粉分支酶各自的作用，为制备慢消化淀粉产品提供新思路。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种利用双酶制备慢消化淀粉的方法，其特征在于，所述方法同时添加了环糊精葡萄糖基转移酶和淀粉分支酶。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法可以为以下方法的任意一种：
方法(1)：将淀粉溶于水中得到淀粉乳，糊化后加入环糊精葡萄糖基转移酶，恒温反应一段时间后，再加入淀粉分支酶继续反应一段时间，停止反应后，干燥得到改性淀粉；
方法(2)：将淀粉溶于水中得到淀粉乳，糊化后加入淀粉分支酶，恒温下反应，再加入环糊精葡萄糖基转移酶继续反应一段时间，停止反应后，干燥得到改性淀粉。
3.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，所述环糊精葡萄糖基转移酶的添加量为1-4U/g干基淀粉，所述粉分支酶的添加量为5-35U/g干基淀粉。
4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述方法(1)为加入环糊精葡萄糖基转移酶40-50℃恒温反应0-12h，加入淀粉分支酶后继续反应0-12h。
5.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述方法(1)中加入环糊精葡萄糖基转移酶，40-50℃恒温反应8-12h，加入淀粉分支酶后反应继续反应8-12h。
6.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述方法(2)加入淀粉的淀粉分支酶，40-50℃恒温反应8-10h，加入淀粉的环糊精葡萄糖基转移酶继续反应8-10h。
7.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述淀粉乳浓度为3-6％。
8.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述淀粉乳的pH为6.5-7.5。
9.根据权利要求1、2、5-8任一所述方法得到的慢消化淀粉。
10.权利要求9所述的慢消化淀粉在制备预防非胰岛素依赖型糖尿病和心血管疾病药品上的应用。
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