CN114736940A - 一种不同链长直链淀粉的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于食品加工技术领域，公开了一种不同链长直链淀粉的制备方法，包括以下步骤：(1)对糊化后的淀粉进行脱支处理，将脱支化淀粉糊冷却充分回生，并离心处理，弃去上清液，得淀粉沉淀物；(2)将淀粉沉淀物配置成10％‑20％的淀粉分散液，于80‑120℃进行热剪切处理；(3)将热剪切处理后的淀粉分散液，在同热剪切温度下进行热离心处理，分别收集上清液和沉淀物，即得特定链长分布的直链淀粉。本发明通过在不同温度下的离心方式进行筛选分级，得到不同链长分布的短直链淀粉组分，并将目前主流使用的沉淀逐步分级法所耗时间的数天压缩至数小时以内，方法简单、用时短、效率高且环保，利于不同链长短直链淀粉的工业化生产。

Description

一种不同链长直链淀粉的制备方法
技术领域
本发明涉及食品加工技术、化工和医药领域，具体涉及一种操作简单，高效率制备不同链长短直链淀粉的方法。
背景技术
淀粉作为我国丰富的自然资源，是食品工业、医药工业等众多工业的重要原料，而如何利用好淀粉资源也成为食品工业的重要课题。因此，对淀粉进行深加工是优化其资源分配效率的关键，而短直链淀粉作为淀粉的酶解产物，不论是在食品中还是在医药中都有重要应用，但酶解后短直链淀粉的因其链长分布不一，分子量分布广而导致其本身的性质功能存在差异。特定链长的短直链淀粉拥有其优越的空间螺旋结构，能与脂质形成稳定的载体包埋药物而提高药物的输送效率，且与脂肪酸的络合能力取决于其链长(NuengmaysaKlaochanpong,ChureeratPuttanlek,VilaiRungsardthong,etal.Physicochemical and structural properties of debranched waxy rice,waxycorn and waxy potato starches[J].Food Hydrocolloids,2015,45.)。比如，平均DP为34的短直链淀粉对花生四烯酸的包埋效率显著优于平均DP为22的短直链淀粉(Zhan Wei,Yuan Chao,Cui Bo,etal.Effect of chain length on the structure andphysicochemical properties of active compound/linear dextrin composites[J].Carbohydrate Polymers,2021,269.)。因此，获得特定链长分布的短直链淀粉是淀粉加工应用亟待解决的关键共性难题。
国内外短直链淀粉分级的方法主要有排阻色谱法和溶剂沉淀逐步分级法。色谱法不仅填料及分离装置价格昂贵，且因处理量少而难以进入工业化生产。溶剂沉淀逐步分级法主要有乙醇和聚乙二醇两种沉淀剂：前者会因局部共沉现象及分级温度敏感性而导致分离效率低，而后者因其逐次分级时每次分级需至少一天和大量聚乙二醇试剂，而存在耗时长，消耗大量有机试剂等缺点。同时，溶剂沉淀逐步分级法均需去除分级淀粉中残留的沉淀剂而增加分离步骤、提高操作难度，导致操作繁琐不便。
发明内容
针对目前制备不同链长的短直链淀粉方法存在分级时间长，分级效率低，有机溶剂消耗大且操作繁琐，限制其在工业化领域规模化的现状，本发明的目的是提供一种操作简单、高效筛选不同链长的短直链淀粉的分级方法。通过不同链长淀粉在不同温度及离心力条件下来实现不同链长短直链淀粉的简便、节能、高效制备。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种不同链长直链淀粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用脱支酶对糊化后的淀粉进行脱支处理，将得到的脱支淀粉糊冷却充分回生，并离心处理，弃去上清液，得淀粉沉淀物；
(2)将步骤(1)得到的淀粉沉淀物配置成10％-20％(w/v)的淀粉分散液，于80-120℃进行热剪切处理；
(3)将步骤(2)得到的热剪切处理后的淀粉分散液，在同热剪切温度下进行热离心处理，分别收集上清液和沉淀物，即得特定链长分布的直链淀粉。
优选地，还包括步骤(4)逐级筛选Ⅰ：将步骤(3)得到的沉淀物，重复步骤(2)和(3)的热剪切、热离心处理至少一次，收集沉淀物，即可进一步得到特定链长分布的直链淀粉。
优选地，还包括步骤(4)逐级筛选Ⅱ：将步骤(3)得到的上清液冷却充分回生，重复步骤(2)和(3)的热剪切、热离心处理至少一次，收集沉淀物，即可进一步得到特定链长分布的直链淀粉。
优选地，步骤(3)与逐级筛选Ⅰ中的热剪切温度逐次升高，步骤(3)与逐级筛选Ⅱ中的热剪切温度逐次降低。
优选地，所述热剪切处理是加热过程以350±50r/min的转速对淀粉乳进行剪切处理，时间30±10min。
优选地，步骤(1)(3)(4)中离心处理的离心力逐次降低。
优选地，步骤(1)(3)(4)中所述的离心处理的离心力为5000-500×g，离心时间10±5min。
优选地，步骤(1)所述淀粉糊和步骤(4)逐级筛选Ⅱ所述上清液冷却至20℃以下回生1h。
优选地，步骤(1)所述脱支化淀粉糊的制备：将淀粉加水配成5-20％的淀粉乳，并加热糊化；随后将淀粉糊温度降至酶适温度，调pH并加入普鲁兰酶进行酶解，即得脱支化淀粉糊。
优选地，所述淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉、大豆淀粉、小麦淀粉。
本发明所述的加热剪切温度或离心温度优选80-120℃。设定的温度不能过高，过高的温度容易发生淀粉聚集体的崩解，导致其离心至上清液；如温度过低，则对不同链长的筛选无特异性。此外，每次筛选温度应逐级升高或降低。进行步骤(1)(2)(3)(4)逐级筛选Ⅰ时，热剪切温度随筛选次数逐渐升高，一方面可以破坏低相转变温度的淀粉聚集体，另一方面可以提高高相转变温度淀粉聚集体的热稳定性和平均链长。见实施例5及图1，当筛选温度逐渐升高时，所得到的淀粉分子的分支度逐级降低，而直链淀粉含量和平均聚合度逐级增大，能够显著增加分级淀粉中链长并得到较长链长分布的直链淀粉。进行步骤(1)(2)(3)(4)逐级筛选Ⅱ时，热剪切温度随筛选次数逐渐降低，同时逐渐减低离心力进行离心处理，能分离出链长较短的直链淀粉或支叉小的支链淀粉。进而可以控制分级淀粉中直链淀粉含量及分支度，最终制备出具有不同链长的直链淀粉。见实施例6及图2，当筛选温度逐渐降低，所得到的淀粉分子的分支度逐级升高，而直链淀粉含量和平均聚合度逐级降低，即可得到平均链长逐渐降低和分支程度逐渐增大的直链淀粉组分。
相对于现有技术，本发明具有如下的优点及有益效果：
(1)本发明通过在不同温度下的离心方式进行筛选分级，得到不同链长分布的短直链淀粉组分，并将目前主流使用的沉淀逐步分级法所耗时间的数天压缩至数小时以内，方法简单、用时短，效率高，利于筛选不同链长的短直链淀粉的工业化生产。
(2)本发明将传统方法沉淀逐步分级法所耗沉淀剂有机试剂完全用清洁资源水进行替代，解决了每次分级后需清洗去除淀粉中残留有机溶剂的问题，提高筛选淀粉使用的安全性能，简化了短直链淀粉筛选的操作步骤，能广泛用于淀粉资源的精深加工领域。
附图说明
图1为实施例5制备得到的不同链长直链淀粉的热糊化曲线图。
图2为实施例6制备得到的不同链长直链淀粉的热糊化曲线图。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面通过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6个具体的实施例，其中包括2个逐级筛选实施例，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
在本发明实施例中脱支淀粉糊的制备参考Oluwaseun等人的方法(Arijaje EmilyOluwaseun,WangYa-Jane.Effects of chemical and enzymatic modifications onstarch-oleic acid complex formation.[J].Journal of agricultural and foodchemistry,2015,63(16).)，其中所有原料如马铃薯淀粉、普鲁兰酶、氢氧化钠溶液等均是本领域技术人员常用物料，具体制备脱支化淀粉糊过程如下：
称取180g(干基)马铃薯淀粉，加入1800mL去离子水配置成10％的淀粉乳，于100℃水浴中糊化60min；随后将淀粉糊温度降至55℃，调pH为5.0，加入150U/g淀粉的普鲁兰酶酶解12h；用氢氧化钠水溶液调pH调至7.0左右中止反应，并在100℃下灭酶60min，即得脱支酶脱支并灭酶后的脱支化淀粉糊。
实施例1
(1)将采用脱支酶脱支并灭酶后的脱支化淀粉糊冷却至20℃下充分回生1h，并于5000×g下离心10min，弃去上清液，得淀粉沉淀物；
(2)将步骤(1)得到的淀粉沉淀配置成10％(w/v)的淀粉分散液，于恒温水浴锅中以85℃及350r/min转速下热剪切处理30min；
(3)将步骤(2)得到的淀粉分散液在同热剪切温度(85℃)下于4500×g离心力下离心10min，弃去上清液，收集沉淀物，即特定链长分布的直链淀粉。
采用差示扫描量热仪对步骤(1)中的淀粉沉淀物进行热力学分析，其热糊化参数如表1，并通过超导核磁共振波谱仪、碘显色法、离子色谱分别对步骤(3)所收集的淀粉沉淀物进行分支度、直链淀粉含量和链长分布分析。由表1可知，步骤(1)中的淀粉沉淀物有三个相转变峰，其中Peak I(相转变范围84.46-94.90℃)、Peak II(相转变范围96.79-106.04℃)和Peak III(相转变范围109.78-129.28℃)热吸收峰，说明存在不同热稳定性的直链淀粉聚集体，因此设置热剪切和热离心温度可对不同相转变温度的淀粉聚集体进行分离，分离出的淀粉沉淀物其分支度为7.36％，直链淀粉含量为53.16％，平均聚合度为23.85。这说明可通过淀粉短期回生的聚集行为及聚集体热稳定性差异进行筛选，分离出了目标平均DP23.85的直链淀粉，并且热剪切和热离心温度是制备特定链长分布直链淀粉的关键。
表1
Figure BDA0003609746700000041
实施例2
(1)将采用脱支酶脱支并灭酶后的脱支化淀粉糊冷却至20℃下充分回生1h，并于5000×g下离心10min，弃去上清液，得淀粉沉淀物；
(2)将步骤(1)得到的淀粉沉淀配置成15％(w/v)的淀粉分散液，于恒温水浴锅中以95℃及350r/min转速下热剪切处理30min；
(3)将步骤(2)得到的淀粉分散液在同热剪切温度(95℃)下于4500×g离心力下离心10min，弃去上清液，收集沉淀物，即特定链长分布的短直链淀粉。其得到的淀粉沉淀热糊化参数如表2，可知，其存在两个热吸收峰，Peak I(相转变范围76.42-98.54℃)和Peak II(相转变范围105.87-129.38℃)热吸收峰。其分离出的淀粉沉淀物分支度为5.63％，直链淀粉含量为59.43％，平均聚合度为26.23。
表2
Figure BDA0003609746700000051
实施例3
(1)将采用脱支酶脱支并灭酶后的脱支化淀粉糊冷却至20℃下充分回生1h，并于5000×g下离心10min，弃去上清液，得淀粉沉淀物；
(2)将步骤(1)得到的淀粉沉淀配置成15％(w/v)的淀粉分散液，于恒温水浴锅中以105℃及350r/min转速下热剪切处理30min；
(3)将步骤(2)得到的淀粉分散液在同热剪切温度下于4500×g离心力下离心10min，弃去上清液，收集沉淀物，即特定链长分布的短直链淀粉。其得到的淀粉沉淀热糊化参数如表3，可知，其存在两个热吸收峰，Peak I(相转变范围73.35-81.46℃)和Peak II(相转变范围109.92-137.34℃)热吸收峰。其分离出的淀粉沉淀物分支度为4.64％，直链淀粉含量为61.03％，平均聚合度为28.12。
表3
Figure BDA0003609746700000052
实施例4
(1)将采用脱支酶脱支并灭酶后的脱支化淀粉糊冷却至20℃下充分回生1h，并于5000×g下离心10min，弃去上清液，得淀粉沉淀物；
(2)将步骤(1)得到的淀粉沉淀配置成20％(w/v)的淀粉分散液，于恒温水浴锅中以115℃及350r/min转速下热剪切处理30min；
(3)将步骤(2)得到的淀粉分散液在同热剪切温度下于4500×g离心力下离心10min，弃去上清液，收集沉淀物，即特定链长分布的短直链淀粉。其得到的淀粉沉淀热糊化参数如表4可知，其存在两个热吸收峰，Peak I(相转变范围62.68-75.66℃)和Peak II(相转变范围108.68-139.83℃)热吸收峰，其分离出的淀粉沉淀物分支度为4.49％，直链淀粉含量为62.15％，平均聚合度为29.12。
表4
Figure BDA0003609746700000061
实施例5
(1)将采用脱支酶脱支并灭酶后的脱支化淀粉糊冷却至20℃下充分回生1h，并于5000×g下离心10min，弃去上清液，得淀粉沉淀物；
(2)将步骤(1)得到的淀粉沉淀配置成15％(w/v)的淀粉分散液，于恒温水浴锅中以90℃及350r/min转速下热剪切处理30min；
(3)将步骤(2)得到的淀粉分散液在同热剪切温度下于4390×g离心力下离心10min，收集沉淀物，即特定链长分布的短直链淀粉。
(4)将步骤(3)得到的沉淀物重新配置成淀粉分散液，重复步骤(2)和(3)的热剪切、热离心处理三次，其中温度依次为100℃、110℃和120℃，对应的离心力依次为2809×g、1580×g和702×g。即可进一步得到特定链长分布的直链淀粉。分离出的四组淀粉沉淀物的分支度依次为7.12％、4.83％、4.39％和4.29％，直链淀粉含量依次为52.11％、61.13％、62.23％和63.37％，平均聚合度依次为24.94、28.17、29.62和30.81。这说明可通过淀粉短期回生的聚集行为及聚集体热稳定性差异进行筛选，并且随着处理温度的逐级升高，分支度在逐级降低，而直链淀粉含量和平均聚合度在逐级增多。因此，热剪切和热离心温度是制备特定链长分布短直链淀粉的关键，由此筛选出平均链长逐渐增大的直链淀粉组分。
实施例6
(1)将采用脱支酶脱支并灭酶后的脱支化淀粉糊冷却至20℃下充分回生1h，并于5000×g下离心10min，弃去上清液，得淀粉沉淀物；
(2)将步骤(1)得到的淀粉沉淀配置成15％(w/v)的淀粉分散液，于恒温水浴锅中以110℃及350r/min转速下热剪切处理30min；
(3)将步骤(2)得到的淀粉分散液在同热剪切温度下于4390×g离心力下离心10min，收集上清液和沉淀物，其中沉淀物即是特定链长分布的短直链淀粉。
(4)将步骤(3)得到的上清液冷却至20℃下充分回生1h并重新配置成淀粉分散液，重复步骤(2)和(3)的热剪切、热离心处理三次，其中温度依次为100℃、90℃和80℃，对应的离心力依次为2809×g、1580×g和702×g。收集沉淀物，即可进一步得到特定链长分布的淀粉组分。
分离出的四组淀粉沉淀物的分支度依次为为7.56％、9.23％、10.56％和12.68％，直链淀粉含量依次为41.17％、36.03％、28.53％和18.32％，平均聚合度依次为24.15、22.87、20.13和19.51。这说明可通过淀粉短期回生的聚集行为及聚集体热稳定性差异进行筛选，并且随着处理温度的逐级降低，分支度在逐级升高，而直链淀粉含量和平均聚合度在逐级降低。因此，热剪切和热离心温度是制备特定链长分布短直链淀粉的关键，由此筛选出平均链长逐渐减少、支叉程度逐渐增大的直链淀粉组分。
显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明进行限定；凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、替换、组合和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种不同链长直链淀粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用脱支酶对糊化后的淀粉进行脱支处理，将得到的脱支淀粉糊冷却充分回生，并离心处理，弃去上清液，得淀粉沉淀物；
(2)将步骤(1)得到的淀粉沉淀物配置成10％-20％(w/v)的淀粉分散液，于80-120℃进行热剪切处理；
(3)将步骤(2)得到的热剪切处理后的淀粉分散液，在同热剪切温度下进行热离心处理，分别收集上清液和沉淀物，即得特定链长分布的直链淀粉。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤(4)逐级筛选Ⅰ：将步骤(3)得到的沉淀物，重复步骤(2)和(3)的热剪切、热离心处理至少一次，收集沉淀物，即进一步得到特定链长分布的直链淀粉。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤(4)逐级筛选Ⅱ：将步骤(3)得到的上清液冷却充分回生，重复步骤(2)和(3)的热剪切、热离心处理至少一次，收集沉淀物，即进一步得到特定链长分布的直链淀粉。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)与逐级筛选Ⅰ中的热剪切温度逐次升高，步骤(3)与逐级筛选Ⅱ中的热剪切温度逐次降低。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述热剪切处理是加热过程以350±50r/min的转速对淀粉乳进行剪切处理，时间30±10min。
6.根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)(3)(4)中离心处理的离心力逐次降低。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(1)(3)(4)中所述的离心处理的离心力为5000-500×g，离心时间10±5min。
8.根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述淀粉糊和步骤(4)逐级筛选Ⅱ所述上清液冷却至20℃以下回生1h。
9.根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述脱支淀粉糊的制备：将淀粉加水配成5-20％的淀粉乳，并加热糊化；随后将淀粉糊温度降至酶适温度，调pH并加入普鲁兰酶进行酶解，即得脱支化淀粉糊。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉、大豆淀粉、小麦淀粉。
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