一种抗性淀粉及其制备方法发明专利

专利名称：一种抗性淀粉及其制备方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202310156618.6

专利申请（专利权）人：中国农业大学
权利人地址：北京市海淀区清华东路17号

专利发明（设计）人：薛勇,李司琦,孟彦彤,索南卓玛,张馨予,吴彤,戴子健,沈群

专利摘要：本发明提供一种抗性淀粉，所述抗性淀粉在聚合度小于100的范围内以DP 24‑36的长链和DP>36的超长链为主，其中聚合度为6‑12的链占7～11％，聚合度为13‑24的链占15～20％，聚合度为25‑36的链占24～26％。本发明提出的抗性淀粉，具有较高的短程有序性和长程有序性，其发酵模式属于缓慢发酵型，这有利于丁酸的产生。

主权利要求：
1.一种抗性淀粉，其特征在于，所述抗性淀粉在聚合度小于100的范围内以DP24‑36的长链和DP>36的超长链为主，其中聚合度为6‑12的链占7% 11%，聚合度为13‑24的链占15%~ ~2
20%，聚合度为25‑36的链占24% 26%；淀粉颗粒的表面粗糙，比表面积为7 8m/g；孔容在12
3 ~ ~
18cc/g×10，孔径为6 7nm；
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所述抗性淀粉通过以下方法制备而得：对淀粉进行挤压处理，处理后的样品于3 6℃回~生20 30h后冷冻干燥，然后用耐高温α‑淀粉酶和糖化酶去除热不稳定的、易消化的淀粉；
~
所述挤压处理包括步骤：
1）用去离子水将淀粉含水量调整至40% 60%（w/w），淀粉和水混匀后平衡过夜；用螺杆~挤压机挤压，在挤压机温度设置为65 140℃的条件下，挤压出料并收集产物；所述淀粉为高~直链玉米淀粉，其中直链淀粉分子含量为65% 75%；所述挤压处理采用三段式螺杆挤压机，~螺杆挤压机的Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区的温度分别设置为65 70℃、95 110℃、130 140℃；螺杆转速~ ~ ~为20 40Hz，进料速度为15Hz；
~
2）将挤压的产物冷却至室温，于4℃温度下回生24h；
3）冷冻干燥处理后，依次用耐高温α‑淀粉酶和糖化酶处理，用耐高温α‑淀粉酶和糖化酶处理的条件为：耐高温α‑淀粉酶的添加量基于淀粉干基计为20 200U/g，酶解温度90~ ~
100℃，酶解时间为30 80min；糖化酶的添加量基于淀粉干基计为50 200U/g，酶解温度50~ ~
60℃，酶解时间为40 100min。
~ ~
2.根据权利要求1所述的抗性淀粉，其特征在于，所述抗性淀粉中聚合度小于100的链的平均聚合度为36至38.5。
3.权利要求1或2所述抗性淀粉的制备方法，其特征在于，对淀粉进行挤压处理处理后的样品于3 6℃回生20 30h后冷冻干燥，然后用耐高温α‑淀粉酶和糖化酶去除热不稳定~ ~的、易消化的淀粉；
所述挤压处理包括步骤：
1）用去离子水将淀粉含水量调整至40% 60%（w/w），淀粉和水混匀后平衡过夜；用螺杆~挤压机挤压，在挤压机温度设置为65 140℃的条件下，挤压出料并收集产物；所述淀粉为高~直链玉米淀粉，其中直链淀粉分子含量为65% 75%；所述挤压处理采用三段式螺杆挤压机，~螺杆挤压机的Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区的温度分别设置为65 70℃、95 110℃、130 140℃；螺杆转速~ ~ ~为20 40Hz，进料速度为15Hz；
~
2）将挤压的产物冷却至室温，于4℃温度下回生24h；
3）冷冻干燥处理后，依次用耐高温α‑淀粉酶和糖化酶处理，用耐高温α‑淀粉酶和糖化酶处理的条件为：耐高温α‑淀粉酶的添加量基于淀粉干基计为20 200U/g，酶解温度90~ ~
100℃，酶解时间为30 80min；糖化酶的添加量基于淀粉干基计为50 200U/g，酶解温度50~ ~
60℃，酶解时间为40 100min。
~ ~ 说明书 : 一种抗性淀粉及其制备方法技术领域[0001] 本发明属于生物化学技术领域，具体涉及一种抗性淀粉及其制备的方法。背景技术[0002] 抗性淀粉(resistantstarch)被称做难消化淀粉，其在小肠中不能被酶解，但可在大肠菌群作用下进行发酵。抗性淀粉的发酵产物中的短链脂肪酸能有效降低大肠中的pH，抑制致病菌的生长、繁殖，减少结肠癌发病率，尤其是丁酸，被认为是结肠黏膜的生长诱导剂和炎症抑制剂，能抑制多种癌细胞的增殖，被认为是一种肠道自产的天然抗癌剂。[0003] 研究表明不同的抗性淀粉的结构是存在差异的，其被肠道微生物利用后丁酸的产生水平也大不同。抗性淀粉通常分为5种类型：RS1，RS2，RS3，RS4和RS5。其中，RS3因其在熟化过程中的热稳定性和食用时的安全性而受到特别关注。通过的不同的技术制备可获得不同结构的抗性淀粉，现有的技术中较多的是使用酶来改变淀粉结构，例如专利202111157414.1一种高直链绿豆抗性淀粉的制备方法，用超声联合酶法来制备绿豆抗性淀粉。酶法对生产条件要求较高，也导致了成本上升。发明内容[0004] 针对现有技术存在的不足之处，本发明的第一个目的是提出一种抗性淀粉，能够有效地促进肠道微生物产生丁酸。[0005] 本发明的第二个目的是提供所述抗性淀粉的制备方法。[0006] 实现本发明上述目的的技术方案为：[0007] 一种抗性淀粉，所述抗性淀粉在聚合度(DP)小于100的范围内以DP24‑36的长链和DP>36的超长链为主，其中聚合度为6‑12的链占7～11％，聚合度为13‑24的链占15～20％，聚合度为25‑36的链占24～26％。[0008] 进一步地，所述抗性淀粉的平均聚合度(MDP)为36％至38.5％；淀粉颗粒的比表面2积为5～8m/g。[0009] 更优选地，所述淀粉颗粒的表面粗糙，比表面积为7～8m2/g。孔容在12～18(cc/g3×10)，孔径为6～7nm。[0010] 所述抗性淀粉的制备方法，是对淀粉进行物理场处理，所述物理场处理方法是选自挤压处理、超声处理、微波处理中的一种，处理后的样品于3～6℃回生20～30h，随后进行冷冻干燥。最后，利用耐高温α‑淀粉酶和糖化酶去除热不稳定的、易消化的淀粉。[0011] 其中，所述淀粉为高直链玉米淀粉，其中直链淀粉分子含量为65～75％。[0012] 其中，所述微波处理中，先将所述淀粉与水混合，配制成含水量为80％(w/w)的淀粉‑水悬浮液，置于微波炉设备中高火处理3min。冷却至室温后，于4℃温度下回生24h；最后对样品进行冷冻干燥，并依次用耐高温α‑淀粉酶和糖化酶处理。[0013] 其中，所述超声处理中，先将所述淀粉与水混合，配制成含水量为80％(w/w)的淀粉‑水悬浮液，放入超声波破碎仪中，900W下超声处理20min。冷却至室温后，于4℃温度下回生24h；最后对样品进行冷冻干燥，并依次用耐高温α‑淀粉酶和糖化酶处理。[0014] 其中，所述挤压处理包括步骤：[0015] 1)用去离子水将淀粉含水量调整至40～60％(w/w)，淀粉和水混匀后平衡过夜；用螺杆挤压机挤压，在挤压机温度设置为65～140℃的条件下，挤压出料并收集产物；[0016] 2)将挤压的产物冷却至室温，于4℃温度下回生24h。[0017] 3)冷冻干燥处理后，依次用耐高温α‑淀粉酶和糖化酶处理。[0018] 其中，用耐高温α‑淀粉酶和糖化酶处理的条件为：耐高温α‑淀粉酶的添加量为20～200U/g(基于淀粉干基计)，酶解温度90～100℃，酶解时间为30～80min；糖化酶的添加量为50～200U/g(基于淀粉干基计)，酶解温度50～60℃，酶解时间为40～100min。[0019] 更优选为耐高温α‑淀粉酶添加酶量为100U/g，95℃酶解60min，糖化酶优选为添加酶量为100U/g，55℃酶解60min。[0020] 螺杆挤压机的进料速度可以为12～15Hz。[0021] 进一步优选地，所述挤压处理采用三段式螺杆挤压机，所述挤压处理的步骤1)中，螺杆挤压机的Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区的温度分别设置为65～70℃、95～110℃、130～140℃。螺杆转速为20～40Hz，进料速度为15Hz。[0022] 本发明分离步骤中，用耐高温α‑淀粉酶和糖化酶联合处理，是适于高直链玉米淀粉原料的分离方法。这可以有效去除热不稳定的、易消化的淀粉，得到的产品有更好的热稳定性，有更广泛的应用范围。[0023] 本发明的有益效果在于：[0024] 本发明提出的抗性淀粉，具有较高的短程有序性和长程有序性的结构，其发酵模式属于缓慢发酵型，这有利于丁酸的产生。[0025] 本发明试验了挤压处理、超声处理、微波处理等三种物理场处理方法，其中用挤压的方法制备抗性淀粉，产物在聚合度(DP)小于100的范围内以长链(DP24‑36)和超长链(DP>36)为主，有较高的有序度且表面相对致密，这些结构特征可能是其被微生物发酵产生高丁酸的原因，微生物群体外厌氧发酵的试验结果表明，具有本发明限定结构特征的抗性淀粉能够有效地促进肠道微生物产生丁酸。附图说明[0026] 图1为不同RS3的扫描电镜图片。[0027] 图2为脱支处理后的不同RS3的凝胶渗透色谱图。[0028] 图3为不同RS3经肠道微生物发酵后的短链脂肪酸产量比较图。具体实施方式[0029] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。[0030] 如无特别说明，说明书中使用的试验原料、测试仪器均可市购。[0031] 如无特别说明，实施例中的份数均为质量份，百分比例均为质量百分比。[0032] 实施例中使用淀粉为高直链玉米淀粉，直链淀粉分子含量71％。[0033] 实施例1：[0034] 螺杆挤压法：[0035] 用去离子水将淀粉含水量调整为50％(w/w，常压下)，混匀后，平衡过夜。[0036] 挤压设备采用三段式螺杆挤压机(济南赛信机械有限公司；型号为DS32‑ⅡA；螺杆长600mm，螺杆直径32mm)，进料速度为15Hz,螺杆转速为30Hz，挤压机Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区的温度分别设置为70℃、100℃、140℃，在稳定出料5min后，收集样品。[0037] 将样品置于室温冷却1h后(至室温)，于4℃的冰箱中回生24h。然后，将所得样品冻干，研磨过100目筛。接着，利用耐高温α‑淀粉酶(添加量100U/g干基淀粉)于95℃处理60min，随后用糖化酶(添加量100U/g干基淀粉)于55℃处理60min，4000×g离心10min，水洗三遍去掉可溶性部分，对沉淀进行冷冻干燥处理，得到挤压抗性淀粉。[0038] 实施例2[0039] 微波处理:[0040] 用去离子水配制成含水量为80％(w/w，常压下)的淀粉‑水悬浮液，并在室温下置于磁力搅拌器上搅拌10min。搅拌结束后，放入微波炉中高火处理3min。随后，置于室温下冷却1h，接着在4℃下回生24h。然后，将所得样品冻干，研磨过100目筛。接着，利用耐高温α‑淀粉酶(100U/g干基淀粉)于95℃处理60min，随后用糖化酶(100U/g干基淀粉)于55℃处理60min，4000×g离心10min，水洗三遍去掉可溶性部分，对沉淀进行冷冻干燥处理，得到挤压抗性淀粉。[0041] 实施例3[0042] 超声处理：[0043] 用去离子水配制成含水量为80％(w/w，常压下)的淀粉‑水悬浮液，并在室温下置于磁力搅拌器上搅拌10min。搅拌结束后，放入超声波破碎仪中，900W下超声处理20min(5s开，5s关)。随后，置于室温下冷却1h，接着在4℃下回生24h。然后，将所得样品冻干，研磨过100目筛。接着，利用耐高温α‑淀粉酶(100U/g干基淀粉)于95℃处理60min，随后用糖化酶(100U/g干基淀粉)于55℃处理60min，4000×g离心10min，水洗三遍去掉可溶性部分，对沉淀进行冷冻干燥处理，得到挤压抗性淀粉。[0044] 试验例1[0045] 利用场发射扫描电镜观察RS3的表面结构，采用氮吸附测定RS3的表面积和孔径分布，利用X射线衍射和傅里叶变换红外光谱分别表征RS3的长程和短程有序结构，同时分别用凝胶渗透色谱和高效阴离子交换色谱分析了RS3中的直链和支链的链长分布情况。[0046] 比较挤压处理、超声处理、微波处理这三种不同的物理场处理产物，挤压处理能够获得更有利于丁酸产生的结构。参见图1，挤压法生产的抗性淀粉中出现一些较小的淀粉颗粒，增加了比表面积(表1)且表面结构粗糙，这为微生物提供更多的结合位点的同时也更有利于微生物的黏附。[0047] 挤压法制备抗性淀粉(ERS)具有较高的短程有序性和长程有序性(参见表2)，其发酵模式属于缓慢发酵型，这有利于丁酸的产生。[0048] 表1不同RS3的孔结构参数[0049][0050][0051] ERS：挤压抗性淀粉；MRS：微波抗性淀粉；URS：超声抗性淀粉。[0052] 表2不同RS3的长程有序结构和短程有序结构参数[0053][0054] 表3不同RS3的支链链长分布情况[0055][0056] aMDP：平均聚合度。[0057] 综合来比较，挤压法生产的抗性淀粉具有更粗糙的淀粉颗粒形貌。[0058] 试验例2[0059] 分别以实施例1‑3处理得到的RS3作为碳源，与人源粪便微生物群(采集自志愿者粪便)在蛋白胨培养基中进行体外厌氧发酵，并在0、4、8、12、24h取样。空白试验中不添加任何碳源，阳性对照试验以低聚果糖作为碳源。[0060] 利用气相色谱法测定发酵过程中短链脂肪酸：乙酸、丙酸、丁酸的含量，并以三者之和作为总短链脂肪酸含量。[0061] 在发酵过程中取样检测的结果见图3。比较不同物理场处理得到的抗性淀粉，具有在聚合度小于100范围内以长链(DP24‑36)和超长链(DP>36)为主的结构特征，此外在DP<100的链中，聚合度为6‑12的占7～10％，聚合度为13‑24的占15～22％，聚合度为25‑36的占224～26％；平均聚合度(MDP)为36.7％至38.5％、淀粉颗粒的比表面积为5～8m/g、且淀粉颗粒的表面粗糙的挤压抗性淀粉(ERS)最能够有效地促进肠道微生物产生丁酸。[0062] 虽然，以上通过实施例对本发明进行了说明，但本领域技术人员应了解，在不偏离本发明精神和实质的前提下，对本发明所做的改进和变型，均应属于本发明的保护范围内。

专利地区：北京

专利申请日期：2023-02-20

专利公开日期：2024-09-27

专利公告号：2024-09-27