一种凝胶增强型的热可逆淀粉的制备方法与流程

1.本发明涉及一种凝胶增强型的热可逆淀粉的制备方法，属于淀粉改性技术领域。


背景技术：

2.淀粉是人类饮食中碳水化合物的重要来源，在食品工业中有着广泛的应用。淀粉凝胶是淀粉糊化后在冷却过程中形成的多糖凝胶，因其无毒、不易产生肠胃胀气而广受欢迎。但是，由于再加热后淀粉凝胶无法恢复溶液状态，限制了其在重复热加工产品中的应用。
3.由于4-α-糖基转移酶可以发生歧化反应，即将直链淀粉部分延长到支链淀粉的外侧链上，因此，被广泛应用于酶法改性淀粉产生热可逆淀粉凝胶。韩国park团队和荷兰van der maarel团队成功改性大米淀粉和马铃薯淀粉形成热可逆现象。oh等人成功改性玉米淀粉颗粒形成热可逆现象。
4.在本实验室前期研究中，王禹使用来源thermoproteus uzoniensis的4-α-糖基转移酶以马铃薯淀粉为底物尝试改性，产生了热可逆性能但凝胶强度降低；木薯淀粉经过优化获得热可逆性能，其凝胶偏流体状态，强度极低；而玉米淀粉始终无法形成热可逆。
5.但至今为止国内外未有人使用4-α-糖基转移酶成功改性糊化的玉米淀粉，可能是由于玉米淀粉的支链淀粉外侧链长度较马铃薯淀粉短，导致4-α-糖基转移酶的歧化反应对玉米淀粉外侧链的作用效果较差，而玉米是我国淀粉生产的主要原料，近年来玉米淀粉占淀粉总产量的90％以上，因此玉米淀粉在热可逆淀粉凝胶性质的改性在食品工业中具有重要的研究价值。
6.因此如何对玉米淀粉进行热可逆改性，改变淀粉的分子结构的同时增强凝胶强度是一个亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

7.本发明的第一个目的是得到凝胶增强型的热可逆淀粉的制备方法，包括如下步骤：
8.(1)将玉米淀粉和蔗糖溶于缓冲液中进行调浆，配置成玉米淀粉蔗糖溶液，加热糊化，得到糊化玉米淀粉；
9.(2)将步骤(1)所得糊化玉米淀粉降温，调节ph至5.0～12.0，添加4-α-糖基转移酶和淀粉蔗糖酶进行酶解，然后灭酶，干燥，研磨得到凝胶增强型的热可逆淀粉；
10.在本发明一种实施方式中，步骤(1)中所述玉米淀粉蔗糖溶液中玉米淀粉的质量浓度是0.5％～10％；优选的玉米淀粉浓度为2％。
11.在本发明一种实施方式中，步骤(1)中所述玉米淀粉蔗糖溶液中蔗糖的浓度是0.1～0.3mol/l；优选的蔗糖的浓度是0.2mol/l。
12.在本发明一种实施方式中，步骤(1)中所述加热糊化的温度为80～120℃。
13.在本发明一种实施方式中，步骤(1)中所述缓冲液为tris-hcl缓冲液，浓度为0.02
～0.05mol/l，ph为7～8。
14.在本发明一种实施方式中，步骤(2)中所述4-α-糖基转移酶添加量为4-α-糖基转移酶/淀粉1～20u/g，优选的4-α-糖基转移酶添加量为10～12u/g，最佳的4-α-糖基转移酶添加量为10u/g。
15.在本发明一种实施方式中，步骤(2)中所述4-α-糖基转移酶(tuαgt)来源为thermoproteus uzoniensis，其公开于公开文本cn 110656139 a中。
16.在本发明一种实施方式中，步骤(2)中所述淀粉蔗糖酶(npas)来源为neisseria polysaccharea，公开于ncbi中gen-bank:aj011781.1。
17.在本发明一种实施方式中，步骤(2)中所述淀粉蔗糖酶添加量为淀粉蔗糖酶/淀粉0.5～15u/g，优选的淀粉蔗糖酶添加量为0.5u/g。
18.在本发明一种实施方式中，步骤(2)中所述灭酶方法为高温灭酶，酸碱灭酶，乙醇灭酶中的一种。
19.在本发明一种实施方式中，步骤(2)中所述降温是降温至35～90℃。
20.在本发明一种实施方式中，步骤(2)中所述的干燥方法为冷冻干燥、常压干燥、喷雾干燥、滚筒干燥、微波干燥中的一种。
21.本发明的第二个目的是提供上述方法制备得到的凝胶增强型的热可逆淀粉。
22.本发明的第三个目的是提供一种本发明方法制备得到的凝胶增强型的热可逆淀粉在食品和医药制备领域的应用。
23.本发明的第四个目的是得到热可逆玉米淀粉凝胶的制备方法，包括如下步骤：将上述凝胶增强型的热可逆淀粉溶于水，加热搅拌，凝固后即得凝胶增强型的热可逆淀粉凝胶。
24.在本发明一种实施方式中，所述改性玉米淀粉溶于水是将凝胶增强型的热可逆淀粉溶解于去离子水中，制成凝胶增强型的热可逆淀粉浆。
25.在本发明一种实施方式中，所述凝胶增强型的热可逆淀粉浆质量浓度为5～15％，优选的凝胶增强型的热可逆淀粉浆质量浓度为6％。
26.本发明的第五个目的是提供上述方法制备得到的凝胶增强型的热可逆淀粉凝胶。
27.本发明的第六个目的是提供一种本发明方法制备得到的凝胶增强型的热可逆淀粉凝胶在食品和医药制备领域的应用。
28.[有益效果]
[0029]
(1)本发明方法改善了糊化玉米淀粉凝胶强度低的问题，可在较短时间的情况下，得到强度增强的凝胶。
[0030]
(2)本发明通过加入淀粉蔗糖酶使得凝胶强度改善，适用于制备果酱、粘汤、酱汁、蛋糕，适用范围更广。
附图说明
[0031]
图1为tuαgt改性0.5～4％玉米淀粉浓度对热可逆性能的影响
[0032]
图2为tuαgt的作用时间对热可逆性能的影响
[0033]
图3为顺序法双酶反应npas的作用时间对热可逆性能的影响
[0034]
图4为反顺序法双酶反应npas的作用时间对热可逆性能的影响
[0035]
图5为一锅法双酶反应蔗糖浓度对热可逆性能的影响
[0036]
图6为一锅法双酶反应tuαgt和npas共同作用时间对热可逆性能的影响
[0037]
图7为一锅法双酶反应tuαgt添加量对热可逆性能的影响
[0038]
图8为一锅法双酶反应npas添加量对热可逆性能的影响
具体实施方式
[0039]
下面是对本发明进行具体描述：
[0040]
本发明所使用的酶的制备：
[0041]
经摇瓶发酵，离心沉淀，超声破壁得到粗酶，经过镍柱纯化最终获得tuαgt和npas纯酶。
[0042]
(1)tuαgt酶活测定方法
[0043]
取100μl适当稀释的酶液加入0.2％的马铃薯直链淀粉溶液和1.0％的麦芽糖溶液混合液(0.02mol/l tris-hcl缓冲液配制，ph7.5)，75℃反应10min。沸水浴10min停止反应。采用直链淀粉-碘液法测定反应液中的直链淀粉含量。总酶活定义为每分钟降解0.5mg/ml直链淀粉所需的酶的量。
[0044]
酶活单位定义为：每分钟降解0.5mg/ml直链淀粉所需的酶的量。
[0045]
(2)npas酶活测定方法
[0046]
取100μl适当稀释的酶液加入0.1％的蜡质玉米淀粉和0.1m的蔗糖混合液(0.05mol/l tris-hcl缓冲液配制，ph7.0)，35℃反应10min。沸水浴10min停止反应。采用dns法测定反应液中的还原糖含量。总酶活定义为每分钟生成1μmol果糖所需的酶的量。
[0047]
酶活单位定义为：每分钟生成1μmol果糖所需的酶的量。
[0048]
(3)淀粉转化率的计算公式：
[0049][0050]
式中：x为淀粉转化率；c0为原淀粉中直链淀粉含量；c1为酶改性后淀粉中直链淀粉含量。
[0051]
(4)凝胶强度的测定方法：
[0052]
使用旋转流变仪测定样品的凝胶强度。将凝胶样品均匀放置于流变仪测试平台。利用采用美国ta有限公司的高级旋转流变仪在25℃测定淀粉凝胶的凝胶强度。选用直径为20mm的不锈钢平板夹具，测定间距1000μm，应变值1％，振荡频率1hz。
[0053]
(5)热可逆性能的测定方法：
[0054]
使用旋转流变仪测定样品的热可逆性能。将凝胶样品均匀放置于流变仪测试平台。利用采用美国ta有限公司的高级旋转流变仪在5～90℃测定淀粉凝胶的流变特性。
[0055]
选用直径为20mm的不锈钢平板夹具，测定间距1000μm，应变值1％，振荡频率1hz，
[0056]
升温速度10℃/min，测定淀粉凝胶储能模量g’和损耗模量g”随温度升高的变化情况。
[0057]
本发明实施例中所使用的缓冲液为0.05mol/l tris-hcl缓冲液配制，ph7.0。
[0058]
实施例1
[0059]
(1)将玉米淀粉和蔗糖溶于缓冲液中进行调浆，配置成玉米淀粉质量浓度2％，蔗
糖浓度0.2mol/l的溶液，在120℃条件下完全糊化。
[0060]
(2)将温度降至35℃，ph调至7.0，同时添加10u/g tuαgt和0.5u/g npas，反应3h，然后灭酶，干燥，研磨得到改性玉米淀粉。
[0061]
(3)将得到的改性玉米淀粉溶解在去离子水中配置成6％的改性玉米淀粉溶液，并在100℃加热搅拌，凝固后即得到改性淀粉凝胶。
[0062]
所制得的淀粉凝胶具备热可逆性，凝胶强度为11.4pa。
[0063]
实施例2
[0064]
(1)双酶的最适反应ph
[0065]
用tuαgt和npas各自最适ph值的缓冲液，在各自最适温度下测定酶活，所测定的酶活见表1，选择双酶的最适ph。最适反应ph为7.0。
[0066]
表1双酶的最适反应ph的测定
[0067][0068]
(2)tuαgt的温度稳定性
[0069]
在不同温度(35℃-45℃)保温，每1h将部分酶液取出，迅速冷却，测定残留总酶活，所测得的残留总酶活见表2。结果表明：温度在35℃-45℃时，tuαgt的相对酶活均保持在80％以上。
[0070]
表2tuαgt的温度稳定性的测定
[0071][0072]
(3)npas的温度稳定性
[0073]
在不同温度(35℃-45℃)保温，每1h将部分酶液取出，迅速冷却，测定残留总酶活，所测得的残留总酶活见表3。结果表明：温度在35℃时，npas的相对酶活均保持在80％以上。
[0074]
表3npas的温度稳定性的测定
[0075][0076]
实施例3
[0077]
(1)将玉米淀粉溶于缓冲液中进行调浆，配置成玉米淀粉质量浓度0.5％、1％、2％、3％、4％，蔗糖浓度0.2mol/l的溶液，在120℃条件下完全糊化。
[0078]
(2)将温度降至75℃，ph调至7.0，添加10u/g tuαgt，反应4h，然后灭酶，干燥，研磨
得到改性玉米淀粉。
[0079]
(3)将得到的改性玉米淀粉溶解在去离子水中配置成6％的改性玉米淀粉溶液，并在100℃加热搅拌，凝固后即得到改性淀粉凝胶。所制得的凝胶性能结果见表4。
[0080]
表4玉米淀粉浓度对淀粉凝胶性能的影响
[0081]
淀粉浓度(％)0.5％1％2％3％4％凝胶强度(pa)2.01.32.31.14.5热可逆性能有无有无无
[0082]
实施例4
[0083]
(1)将玉米淀粉溶于缓冲液中进行调浆，配置成玉米淀粉质量浓度2％的溶液，在120℃条件下完全糊化。
[0084]
(2)将温度降至75℃，ph调至7.0，添加10u/g tuαgt，反应4h，然后灭酶，干燥，研磨得到改性玉米淀粉。
[0085]
(3)将得到的改性玉米淀粉溶解在去离子水中配置成6％的改性玉米淀粉溶液，并在100℃加热搅拌，凝固后即得到改性淀粉凝胶。tuαgt作用时间分别为1h、2h、3h、4h，所制得的凝胶性能结果见表5。
[0086]
表5tuαgt的作用时间对淀粉凝胶性能的影响
[0087]
tuαgt的作用时间(h)1234转化率(％)60.3071.9072.6778.08凝胶强度(pa)6.13.15.52.3热可逆性能无无无有
[0088]
实施例5
[0089]
(1)将玉米淀粉和蔗糖溶于缓冲液中进行调浆，配置成玉米淀粉质量浓度2％，蔗糖浓度0.1mol/l、0.2mol/l、0.3mol/l的溶液，在120℃条件下完全糊化。
[0090]
(2)将温度降至35℃，ph调至7.0，同时添加10u/g tuαgt和0.5u/g npas，反应3h，然后灭酶，干燥，研磨得到改性玉米淀粉。
[0091]
(3)将得到的改性玉米淀粉溶解在去离子水中配置成6％的改性玉米淀粉溶液，并在100℃加热搅拌，凝固后即得到改性淀粉凝胶。蔗糖浓度分别为0.1m-0.3m，结果见表6。
[0092]
表6蔗糖浓度对淀粉凝胶性能的影响
[0093]
蔗糖浓度(mol/l)0.10.20.3凝胶强度(pa)4.611.42.3热可逆性能无有无
[0094]
实施例6
[0095]
(1)将玉米淀粉和蔗糖溶于缓冲液中进行调浆，配置成玉米淀粉质量浓度2％，蔗糖浓度0.2mol/l的溶液，在120℃条件下完全糊化。
[0096]
(2)将温度降至35℃，ph调至7.0，同时添加10u/g tuαgt和0.5u/g npas，反应3h，然后灭酶，干燥，研磨得到改性玉米淀粉。
[0097]
(3)将得到的改性玉米淀粉溶解在去离子水中配置成6％的改性玉米淀粉溶液，并在100℃加热搅拌，凝固后即得到改性淀粉凝胶。双酶共同作用时间分别为1h、2h、3h、4h，结
果见表7。
[0098]
表7双酶共同作用时间对淀粉凝胶性能的影响
[0099]
双酶共同作用时间(h)1234转化率(％)61.7366.2571.6773.06凝胶强度(pa)3.188.611.420.6热可逆性能无无有无
[0100]
实施例7
[0101]
(1)将玉米淀粉和蔗糖溶于缓冲液中进行调浆，配置成玉米淀粉质量浓度2％，蔗糖浓度0.2mol/l的溶液，在120℃条件下完全糊化。
[0102]
(2)将温度降至35℃，ph调至7.0，同时添加1-20u/g tuαgt和0.5u/g npas，反应3h，然后灭酶，干燥，研磨得到改性玉米淀粉。
[0103]
(3)将得到的改性玉米淀粉溶解在去离子水中配置成6％的改性玉米淀粉溶液，并在100℃加热搅拌，凝固后即得到改性淀粉凝胶。tuαgt添加量分别为1-20u/g，结果见表8。
[0104]
表8tuαgt添加量对淀粉凝胶性能的影响
[0105]
tuαgt添加量(u/g)1510121520凝胶强度(pa)69.131.011.42.00.62.4热可逆性能无无有有无无
[0106]
实施例8
[0107]
(1)将玉米淀粉和蔗糖溶于缓冲液中进行调浆，配置成玉米淀粉质量浓度2％，蔗糖浓度0.2mol/l的溶液，在120℃条件下完全糊化。
[0108]
(2)将温度降至35℃，ph调至7.0，同时添加10u/g tuαgt和0.5-15u/g npas，反应3h，然后灭酶，干燥，研磨得到改性玉米淀粉。
[0109]
(3)将得到的改性玉米淀粉溶解在去离子水中配置成6％的改性玉米淀粉溶液，并在100℃加热搅拌，凝固后即得到改性淀粉凝胶。npas添加量分别为0.5-15u/g，结果见表9。
[0110]
表9npas添加量对淀粉凝胶性能的影响
[0111]
npas添加量(u/g)0.51251015凝胶强度(pa)11.415.6104.111.36.285.2热可逆性能有无无无无无
[0112]
对比例1
[0113]
(1)将玉米淀粉和蔗糖溶于缓冲液中进行调浆，配置成玉米淀粉质量浓度2％，蔗糖浓度0.2mol/l的溶液，在120℃条件下完全糊化。
[0114]
(2)将温度降至35℃，ph调至7.0，先添加0.5u/g npas反应1-4h，灭酶后添加10u/g tuαgt反应4h，然后灭酶，干燥，研磨得到改性玉米淀粉。
[0115]
(3)将得到的改性玉米淀粉溶解在去离子水中配置成6％的改性玉米淀粉溶液，并在100℃加热搅拌，凝固后即得到改性淀粉凝胶。npas作用时间分别为1-4h，结果见表10。
[0116]
表10npas作用时间对淀粉凝胶性能的影响
[0117]
npas作用时间(h)1234转化率(％)44.9971.1281.5687.63
凝胶强度(pa)4.220.593.293.6热可逆性能无无无无
[0118]
对比例2
[0119]
(1)将玉米淀粉和蔗糖溶于缓冲液中进行调浆，配置成玉米淀粉质量浓度2％，蔗糖浓度0.2mol/l的溶液，在120℃条件下完全糊化。
[0120]
(2)将温度降至35℃，ph调至7.0，先添加10u/g tuαgt反应4h，灭酶后添加0.5u/g npas反应1-4h，然后灭酶，干燥，研磨得到改性玉米淀粉。
[0121]
(3)将得到的改性玉米淀粉溶解在去离子水中配置成6％的改性玉米淀粉溶液，并在100℃加热搅拌，凝固后即得到改性淀粉凝胶。npas作用时间分别为1-4h，结果见表11。
[0122]
表11npas作用时间对淀粉凝胶性能的影响
[0123]
npas作用时间(h)1234转化率(％)54.7872.3579.8683.48凝胶强度(pa)21.120.076.026.8热可逆性能无无无无
[0124]
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。