一种利用两步挤压法制备脱支淀粉-脂质复合物的方法

技术领域

本发明属于功能性食品技术领域，具体涉及一种利用两步挤压法制备脱支淀粉-脂质复合物的方法。

背景技术

根据消化速率，淀粉可以被分为快消化淀粉(Rapidly digestible starch，RDS)，慢消化淀粉(Slowly digestible starch，SDS)和抗性淀粉(Resistant starch，RS)。抗性淀粉不能在小肠中被消化，而是在结肠中被肠道菌群发酵降解，产生短链脂肪酸和气体。抗性淀粉在促进多种有益健康的作用中发挥关键作用，包括降血糖和降低胆固醇、抑制体脂积累、增加矿物质吸收、减少消化道癌症和预防胆结石形成。

淀粉-脂质复合物，是由淀粉与脂质在加热冷却时形成的单螺旋结构V型复合物，是一种RS5型抗性淀粉。加热时，释放的直链淀粉形成单螺旋疏水空腔可以容纳脂质疏水碳链形成V型复合物。其中，脂质主要和直链淀粉形成复合物，支链淀粉由于短的分支阻碍了螺旋构象的形成，而很难与脂质形成复合物。因此，淀粉中直链淀粉含量对于淀粉-脂质复合物的形成有着重要影响。

目前，RS5型抗性淀粉制备普遍面临着得率低、能耗高的问题，究其原因有两个方面：一是淀粉糊化后高粘度致使反应底物淀粉的浓度较低；二是天然淀粉中直链淀粉含量相对低，普通淀粉中约为15％-30％，蜡质淀粉中约为0％-5％，低直链淀粉含量也在一定程度上限制了RS5型抗性淀粉的生成量。针对第一个方面，中国专利“一种晶型可控的淀粉-脂质复合物的高效制备方法及应用”(CN113907332A)公开了一种晶型可控的淀粉-脂质复合物的高效制备方法，能够使用挤压蒸煮的方法高效生产出晶型可控的淀粉-脂质复合物。该方法运用挤压技术在很大程度上提升了底物淀粉的含量，但其有效反应淀粉(直链淀粉)的含量低，所以其复合物得率仍然较低。针对第二个方面，中国专利“一种脱支淀粉-脂质复合物的制备方法”(CN111675830A)，以淀粉为原料，通过采用脱支酶对淀粉进行脱支改性得到脱支淀粉，以增加直链淀粉含量，从而增加淀粉的络合能力，再以脂质为配体，在水相体系中制备脱支淀粉-脂质复合物。但该方法底物浓度一般较低、耗时长、工艺流程复杂。综上，发明新的策略来提高淀粉-脂质复合物的制备效率对于RS5型抗性淀粉的工业化生产具有重要的意义。

发明内容

针对上述分析，本发明的目的在于解决脱支淀粉-脂质复合物制备过程复杂、淀粉浓度低、处理时间长的问题，为此提出两步挤压法(挤压-脱支-复合法)来实现脱支淀粉-脂质复合物的高效持续工业化生产。挤压是温度可控、强剪切、短时、低成本的工业化持续热机械生产技术，具有多功能性和高产率的优势。本申请通过第一次挤压实现淀粉的充分糊化、降解和粘度的降低，然后将挤压的淀粉与普鲁兰酶和脂质混合进行第二次挤压，在第二次挤压中得到脱支淀粉-脂质复合物，简化了脱支淀粉-脂质复合物的制备工艺，解决了脱支淀粉-脂质复合物制备时淀粉浓度低、处理时间长、制备工艺复杂的问题，显著提高了脱支淀粉-脂质复合物的制备效率，实现了脱支淀粉-脂质复合物的挤压制备。

本发明的目的是提供一种利用两步挤压法制备脱支淀粉-脂质复合物的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将淀粉原料加入到双螺杆挤压机中，进行一次挤压，收集挤压糊化、降解后的淀粉并干燥粉碎过60目筛；

(2)将步骤(1)得到的糊化淀粉与普鲁兰酶和脂质混合，加入到双螺杆挤压机中，进行二次挤压，收集挤压后的脱支淀粉-脂质复合物并干燥粉碎过60目筛。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述淀粉包括普通淀粉和/或蜡质淀粉。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述双螺杆挤压机的转速为100-250rpm；挤压机6个温区温度依次升高，温度范围为35-120℃。

在本发明的一种实施方式中，在步骤(1)中，挤压机的六个温区的温度分别为：一区温度35-40℃，二区温度50-60℃，三区温度70-80℃，四区温度90-100℃，五区温度100-110℃，六区温度110-120℃。

在本发明的一种实施方式中，在步骤(1)中，物料含水量为30-60wt％。

在本发明的一种实施方式中，在步骤(1)中，干燥温度为40-60℃，干燥时间为24-48h，干燥温度优选为45-50℃，干燥时间优选为24-36h。

在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述双螺杆挤压机的转速为100-250rpm；挤压机6个温区温度依次升高，为35-100℃。

在本发明的一种实施方式中，在步骤(2)中，前5个温区的温度为35-70℃，从第一温区到第五温区，温度依次升高，最后一个温区的温度为95-100℃，优选的，前5个温区的温度分别为35、45、55、60、65℃，最后一个温区的温度为95℃。

在本发明的一种实施方式中，在步骤(2)中，挤压机中物料含水量为40-60wt％，优选为60wt％。

在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述普鲁兰酶的添加量为20-100U/g(w/w，基于糊化淀粉干基)；优选为60U/g。

在一种实施方式中，步骤(2)所述脂质包括癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、甘油酯和植物油中的至少一种，优选为月桂酸。

在一种实施方式中，在步骤(2)中，以淀粉干基计，添加的脂质的质量为糊化淀粉干基质量的4％-12％，优选为4％-8％。

本发明的另一目的是提供一种由上述方法制备得到的RS5型抗性淀粉，即脱支淀粉-脂质复合物。

本发明的第三个目的是提供一种上述脱支淀粉-脂质复合物在食品制备领域中的应用。

在本发明的一种实施方式中，所述应用包括制备辅助改善高血糖和肠道健康、预防糖尿病和结肠癌的食品和药品。

本发明的有益效果：

(1)本发明的两步挤压法制备脱支淀粉-脂质复合物的方法，利用挤压技术和普鲁兰酶，通过两次挤压，即获得高含量的脱支淀粉-脂质复合物，显著降低了淀粉的消化性能。

(2)第一次挤压后，淀粉可充分糊化并降解，在第二次挤压时，糊化淀粉在普鲁兰酶的有效作用温度下脱支，直链淀粉含量增加，随即与溶解的脂质形成脱支淀粉-脂质复合物。该方法简单、高效，在高淀粉浓度下和短时间内即可高效完成热稳定性高的脱支淀粉-脂质II型复合物的形成，克服了现有技术中制备工艺复杂，淀粉浓度低，反应时间长的问题，能够实现连续生产。

(3)本发明所制备的脱支淀粉-脂质复合物的得率较高，且随着脂质添加量的增加而增加，复合物中抗性淀粉的含量可高达39.34％，远高于普通玉米淀粉和通过挤压后的玉米淀粉中抗性淀粉的含量。

(4)本发明将为脱支淀粉-脂质复合物的连续工业化生产提供理论基础和实际指导，并为工业化生产抗性淀粉，开发低血糖指数食品提供可行的策略和方法。

附图说明

图1为实施例1～3制备的脱支淀粉-脂质复合物和对比例1～2制备的挤压淀粉和原淀粉的DSC图谱，其中，A为第一次加热时的DSC图谱，B为第二次加热时的DSC图谱。

具体实施方式

下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明使用的双螺杆机压机来源于双安拓思纳米技术(苏州)有限公司，型号为ZE-16，该挤压机共有6个加热温区，螺杆直径为15.6mm，长径比为25：1。

实施例1

一种利用两步挤压法制备脱支淀粉-脂质复合物的方法，所述方法具体包括如下步骤：

(1)将普通玉米淀粉加入双螺杆挤压机喂料端，设置物料含水量为40wt％，螺杆转速为150rpm，挤压机(ZE-16)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、VI区温度分别设置为35、45、60、80、100和120℃，并开始挤压，收集充分糊化降解的玉米淀粉于45℃干燥粉碎后并过60目筛，得到糊化淀粉；

(2)将步骤(1)挤压后的糊化玉米淀粉与60U/g的普鲁兰酶(以糊化淀粉干物质量计)和4％的月桂酸(以糊化淀粉干物质量计)混合，加入到双螺杆挤压机喂料端，设置喂料含水量为60wt％；挤压机Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、VI区温度分别设置为35、45、55、60、65和95℃，螺杆转速为150rpm，并开始挤压，收集挤出的脱支淀粉-脂质复合物并干燥粉碎。

实施例2

一种利用两步挤压法制备脱支淀粉-脂质复合物的方法，所述方法具体包括如下步骤：

(1)将普通玉米淀粉加入双螺杆挤压机喂料端，设置物料含水量为40wt％，螺杆转速为150rpm，挤压机(ZE-16)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、VI区温度分别设置为35、45、60、80、100和120℃，并开始挤压，收集充分糊化的玉米淀粉于45℃干燥粉碎后并过60目筛，得到糊化淀粉；

(2)将步骤(1)糊化后的玉米淀粉与60U/g的普鲁兰酶(以糊化淀粉干物质量计)和6％的月桂酸(以糊化淀粉干物质量计)混合，加入到双螺杆挤压机喂料端，设置喂料含水量为60wt％；挤压机Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、VI区温度分别设置为35、45、55、60、65和95℃，螺杆转速为150rpm，并开始挤压，收集挤出的脱支淀粉-脂质复合物并干燥粉碎。

实施例3

一种利用两步挤压法制备脱支淀粉-脂质复合物的方法，所述方法具体包括如下步骤：

(1)将普通玉米淀粉加入双螺杆挤压机喂料端，设置物料含水量为40wt％，螺杆转速为150rpm，挤压机(ZE-16)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、VI区温度分别设置为35、45、60、80、100和120℃，并开始挤压，收集充分糊化的玉米淀粉于45℃干燥粉碎后并过60目筛，得到糊化淀粉；

(2)将步骤(1)糊化后的玉米淀粉与60U/g的普鲁兰酶(以糊化淀粉干物质量计)和8％的月桂酸(以糊化淀粉干物质量计)混合，加入到双螺杆挤压机喂料端，设置喂料含水量为60wt％；挤压机Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、VI区温度分别设置为35、45、55、60、65和95℃，螺杆转速为150rpm，并开始挤压，收集挤出的脱支淀粉-脂质复合物并干燥粉碎。

对比例1

将普通玉米淀粉加入双螺杆挤压机喂料端，设置水分为40wt％，螺杆转速为150rpm，挤压机(ZE-16)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、VI区温度分别设置为35、45、60、80、100和120℃，并开始挤压，收集充分糊化的玉米淀粉于45℃干燥粉碎并过60目筛后即得。

对比例2

(1)将普通玉米淀粉加入双螺杆挤压机喂料端，设置水分为40wt％，螺杆转速为150rpm，挤压机(ZE-16)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、VI区温度分别设置为35、45、60、80、100和120℃，并开始挤压，收集充分糊化的玉米淀粉于45℃干燥粉碎后并过60目筛；

(2)将糊化的玉米淀粉加入双螺杆挤压机喂料端，设置水分为60wt％，挤压机(ZE-16)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、VI区温度分别设置为35、45、55、60、65和95℃，螺杆转速为150rpm，并开始挤压，收集挤出物并于并于45℃干燥。

表1脱支淀粉-脂质复合物样品第一次加热与第二次加热的焓变值

(注：ΔH

表2样品中快消化淀粉，慢消化淀粉与抗性淀粉含量

(注：abc字母不同，表示各组数据之间有显著性差异，p<0.05)

如图1和表1所示，脱支淀粉-脂质复合物的热稳定性较好，解离温度范围为105-145℃，脱支淀粉-脂质复合物主要为有序的II型复合物。当月桂酸含量为4％时，复合物的焓变值为5.14J/g，当月桂酸含量为8％时，复合物的焓变值为9.42J/g。焓变值可反映形成的复合物的量。随着月桂酸含量的增加，复合物的焓变值增加，说明形成的复合物的量随着脂质的添加量的增加而增加。

第二次加热的焓变值可反映复合物解离冷却后重新形成的能力，当月桂酸含量为4％时，复合物第二次加热时的焓变值为3.21J/g，说明大多数的复合物解离冷却后，仍可重新形成II型复合物，这也有助于抗性淀粉含量的提高。

普鲁兰酶含量为60U/g时，使用Megazyme直链淀粉和支链淀粉测定试剂盒测定实施例样品中直链淀粉含量为80.7％。使用Englyst体外模拟消化法对各实施例和对比例样品中的抗性淀粉含量进行测定，结果如表2所述，从表2可以看出，当月桂酸含量为4％时，复合物中抗性淀粉的含量为31.56％，随着月桂酸含量增加至8％，复合物中抗性淀粉的含量增加至39.34％，远高于普通玉米淀粉和通过挤压后的玉米淀粉中抗性淀粉的含量。

Lu等曾报道，将5％(w/v)的玉米淀粉经普鲁兰酶脱支24h后，再将3％(w/v)的脱支玉米淀粉与足量的月桂酸反应4h后制备的脱支淀粉-月桂酸复合物的糊化温度范围为90-130℃，焓变值为9.57J/g，抗性淀粉含量为33.06％(Lu H,Yang Z,Yu M,etal.Characterization of complexes formed between debranched starch and fattyacids having different carbon chain lengths[J].International Journal ofBiological Macromolecules,2021,167:595-604)。本申请中经两步挤压法得到的脱支淀粉-脂质复合物(月桂酸含量为8％)的热稳定性和抗性淀粉含量与经高液相体系和长时间下制备的复合物的结果相近，说明了两步挤压法制备脱支淀粉-脂质复合物的可行性和有效性。

本发明的脱支淀粉-脂质复合物的制备方法，采用两次挤压实现了高淀粉底物浓度和短时间下直链淀粉含量的增加和脱支淀粉-脂质复合物的形成，抗性淀粉含量可达39.34％，为RS5型抗性淀粉的工业化生产提供了可行的方法。该方法操作简单、生产效率高，能够应用于RS5型抗性淀粉的连续工业化生产。

上述的实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。