难消化的豆类淀粉的制作方法

难消化的豆类淀粉
1.本发明涉及豆类淀粉，特别是豌豆淀粉，含有重量含量为30％至34％的慢消化部分(sds)，其特征在于还含有重量含量为34％至40％(考虑到实验间的可变性，这些值允许有2％的标准差)的极慢消化部分(vsds)。
2.本发明还涉及这种慢消化部分(sds)和极慢消化部分(vsds)用于选择慢消化和极慢消化淀粉的总重量含量高60％的豌豆淀粉批次，并确保产品的受控均一性。


背景技术：

3.从生理学的角度来看，在人类或动物体内，进食过程中摄入的大部分碳水化合物为淀粉形式，这是植物特有的能量储备分子，也是淀粉性食物(面食、面粉、土豆)的主要成分。
4.在消化过程中，淀粉分子解离成线性葡聚糖链，然后自身解离成可以被消化系统吸收的简单葡萄糖。
5.淀粉通过唾液中的一种酶：唾液淀粉酶，在咀嚼过程中开始在口腔中被消化。
6.通过胰淀粉酶和肠淀粉酶的作用，淀粉的第一次分解受到胃酸抑制，但会在十二指肠(小肠的第一部分)内恢复。
7.所有这些淀粉酶的连续作用导致二糖麦芽糖的出现，其本身将转化为两种单糖葡萄糖。
8.通过生化方式合成的淀粉不仅是碳水化合物的来源，也是植物界中分布最广的有机材料之一，能构成生物体所需的营养储备。
9.因此，它天然存在于高等植物的储备器官和组织中，具体指谷物种子(小麦、玉米等)、豆类种子(豌豆、蚕豆等)、马铃薯或木薯块茎、根、球茎、茎和果实。
10.淀粉是直链淀粉和支链淀粉这两种均聚物的混合物，由d-葡萄糖单元组成，它们之间通过引起分子结构中支化的α(1-4)键和α(1-6)键结合在一起。
11.这两种均聚物的支化度和聚合度不同。
12.直链淀粉略微经过短支链支化，其分子量在10,000至1,000,000道尔顿之间。该分子由600至1,000个葡萄糖分子组成。
13.支链淀粉是一种经过长支链支化的分子，每个长支链包括通过α(1-6)键结合的24至30个葡萄糖单元。其分子量范围在1,000,000至100,000,000道尔顿之间，支化度约为5％。总链可以包括10,000至100,000个葡萄糖单元。
14.直链淀粉和支链淀粉之间的比例取决于淀粉的植物来源。
15.淀粉以颗粒形态(即半结晶颗粒状)储存在储备器官和组织中。
16.这种半结晶形态主要由支链淀粉大分子所致。
17.在自然状态下，淀粉颗粒呈现的结晶度在15％至45％之间，这主要取决于植物来源和所采用的提取方法。
18.将颗粒状淀粉置于偏振光下后在显微镜下显示出典型性黑色十字图样，称为“马耳他十字”图样。
19.这种正双折射现象归因于这些颗粒的半结晶组织：聚合物链的平均取向呈径向。
20.关于颗粒淀粉的详细描述，可参考s.perez在“initiation to macromolecular chemistry and physico-chemistry”，第一版，2000年，第13卷，第41至86页，法国聚合物研究和应用小组，一书中题为“structure and morphology of the starch grain”的第二章。
21.根据植物来源，干淀粉的含水量重量比从12％至20％不等。该含水量显然取决于介质的残留水分(对于aw＝1的淀粉，每克淀粉最多可以锁固0.5克水)。
22.在过量的水中，将淀粉混悬液加热至温度高于50℃，引起颗粒不可逆地膨胀，以至于颗粒分散，然后溶解。
23.正是这些特性赋予了淀粉令人感兴趣的技术特性。
24.淀粉颗粒将在所称“糊化范围”的给定温度范围内迅速膨胀并失去其半结晶结构(双折射损耗)。
25.在约5℃至10℃的温度范围内，所有颗粒都会膨胀到最大程度。获得的糊状物由构成分散相的溶胀颗粒和使连续水相增稠的分子(主要是直链淀粉)组成。
26.糊状物的流变特性取决于此二相的相对比例以及颗粒的膨胀体积。糊化范围取决于淀粉的植物来源。
27.当淀粉糊含有大量高度膨胀的颗粒时，获得最大粘度。继续加热时，颗粒会爆裂，材料会分散到介质中，而只有在温度高于100℃时才会发生溶解。
28.直链淀粉-脂质复合物表现出溶胀延迟，因为这种结合阻止了直链淀粉与水分子的相互作用，并且必须90℃以上的温度才能使颗粒完全溶胀(玉米淀粉与脂质复合的情况)。
29.颗粒消失和大分子溶解会导致粘度下降。
30.由于直链淀粉和支链淀粉之间的不相容性，降低淀粉糊温度(通过冷却)会引起大分子不溶解和相分离，然后导致这些大分子结晶。
31.已知这种现象被称为凝沉。
32.当淀粉糊中含有直链淀粉时，这种分子将是首先凝沉的分子。
33.凝沉将包括双螺旋的形成，并且后者结合以形成“晶体”(b型)，这些晶体将通过结合区形成三维网格。
34.该网格会在几小时内极快形成。在该网格形成过程中，通过氢桥键结合的双螺旋会取代与螺旋结合的水分子并引起显著的脱水收缩。
35.淀粉的结构复杂性及其理化特性意味着这类碳水化合物将在人和动物体内以不同的方式被同化并消化。
36.这就是为什么淀粉可以根据其消化率分为三类：快消化、慢消化或难消化。
37.以天然颗粒/半结晶形式存在的淀粉，在食品加工过程中暴露于热、压力和/或湿度后，可以转化为“快消化淀粉”(英文rapid digestible starch，缩写为“rds”)。
38.与rds相比，慢消化淀粉(英文slow digestible starch，缩写为“sds”)被消化酶分解所需的时间更长，这是因为它仍然具有晶体结构并且不易被酶消化。
39.该sds部分的消化导致葡萄糖适度且有规律地释放到血液中。下面我们谈谈具有低血糖指数(faible indice glyc
é
mique，英文low glycemic index，缩写为“low g.i.”)
的淀粉。
40.与只含有少量sds的食物相比，高sds含量的食物会引起较低的餐后血糖反应和较低的胰岛素反应。
41.相反，rds是营养丰富的碳水化合物，这是因为它们将葡萄糖更快地释放到血液中。
42.至于所谓的抗性淀粉(英文resistant starch，缩写“rs”)，它们本身通过肠道酶同化为难消化的纤维(如玉米糠、燕麦纤维、胶类)。
43.在现有技术中，认为总淀粉是其三个组分rds、sds和rs的总和。
44.因此，构成淀粉的这些不同部分在人体消化系统中以不同的速率消化。
45.因此，认为sds的消化速度比rds慢。rs是在小肠中抵抗酶消化的淀粉部分。它们将在大肠中发酵，因此可以被认为是膳食纤维。
46.因此，sds和rds部分是可用葡萄糖的来源。
47.sds天然地存在于某些未经烹煮的种子、谷物(如小麦、大米、大麦、黑麦、玉米)以及豆类(如豌豆、小蚕豆和扁豆)中。
48.sds含量主要受食品加工过程中淀粉糊化的影响。
49.实际上，在这个过程中，暴露于温度、压力和湿度会导致sds部分转化为rds，从而使淀粉更容易被酶消化。
50.通过控制烹煮条件来限制淀粉糊化，从而可以使这种转化达到最小化。
51.因此，组合物或食品中的sds原始含量将取决于其制备的方式。
52.由此可知，含有大量sds的食品是某些面食、米饭、薏米和某些饼干，而早餐膨化谷物或面包的含量通常很低。
53.食物的sds含量通常采用体外方法测定，这种方法是由h.n.englyst等人开发的(1992年发表于“欧洲临床营养学期刊(european journal of clinical nutrition)”，第46卷，s33-s50页)。
54.在本说明书下文中，将参照1992年的这种englyst方法。
55.开发这种方法是为了模拟小肠中发生的酶消化。
56.存在消化酶的情况下，将产品或淀粉样品加入到试管中，并在120分钟的反应过程中测量葡萄糖的释放。
57.此方法可以区分：
[0058]-rds部分，通过测量快释放的葡萄糖(英文缩写为“rag”)，在这种情况下，测量0至20分钟之间释放的葡萄糖；
[0059]-sds部分，通过测量慢释放的葡萄糖(英文缩写为“sag”)，在这种情况下，测量20至120分钟之间释放的葡萄糖；
[0060]-rs部分，对应于120分钟后未释放的葡萄糖，根据englyst方法，通过以下公式计算：ts
–
(rds sds)，其中ts＝总淀粉(对淀粉本身进行分析时，总淀粉被认为重量等于100％)。
[0061]
富含葡萄糖的食物，含有重量含量50％以上的来自淀粉的可用碳水化合物，其中sds的重量含量至少为40％，通常被认为是富sds食物。
[0062]
因此，与贫sds食物相比，建议使用它们来限制血糖指数和胰岛素的产生。
[0063]
在这些食品应用中常用的所有淀粉中，可以选择豆类淀粉，更具体地指豌豆淀粉。
[0064]
实际上，豌豆种子以其富含淀粉(按干物质重量计在55至70％之间)及其低血糖指数而闻名(ratnayake等人，2002年，“豌豆淀粉、成分、结构和特性-综述(pea starch,composition,structure and properties
–
a review”，starch/期刊，第54卷，217-234页)。
[0065]
因此，englyst认为，sds重量含量通常在27％至38％之间的天然豌豆淀粉在营养应用中具有重要意义。
[0066]
然而，豌豆淀粉批次之间的可变性并不总能满足所提出的需求。这种可变性基于两个主要标准：季节性(所产生的豌豆淀粉在不同季节的质量可变)和采用的各种提取方法(过程中采用的水热处理的影响)。
[0067]
为保证豌豆淀粉各批次的质量，申请人公司发现可以通过测定并定义sds以及以前englyst方法未表征的部分(称为“极慢消化”部分，或“very slow digestible starch”的缩写vsds)的具体含量来获得这一结果。
[0068]
详细描述
[0069]
因此，本发明涉及豆类淀粉，特别是豌豆淀粉，含有重量含量为30％至34％的慢消化部分(sds)，其特征在于还含有重量含量在34％至40％之间的极慢消化部分(vsds)，考虑到实验间的可变性，允许有平均2％的标准差。
[0070]
本发明还涉及这种慢消化部分(sds)和极慢消化部分(vsds)用于选择慢消化和极慢消化淀粉的总重量含量高64％的豌豆淀粉批次，并确保产品的受控均一性。
[0071]
本发明中的“豆类”，是指任何属于仙人掌科、含羞草科或蝶形花科的植物，特别是任何属于蝶形花科的植物，例如豌豆、菜豆、蚕豆、小蚕豆、扁豆、紫苜蓿、苜蓿或羽扇豆。r.hoover等人的文章，文章题为“豆类淀粉的组成、结构、功能和化学改性：综述(composition,structure,functionality and chemical modification of legume starches:a reviewsition,structure,functionality and chemical modification of legume starches:a review”，发表于can.j.physiol.pharmacol.，1991年，第69卷，79-92页)，具体在其各种豆类表格中进行了描述。
[0072]
优选地，豆类选自豌豆、菜豆、蚕豆和小蚕豆。
[0073]
有利地是指豌豆，“豌豆”一词在此被认为具有最广泛的含义，并且具体地包括：
[0074]-所有野生品种的“圆粒豌豆”(英文：“smooth pea”)，以及
[0075]-所有突变品种的“圆粒豌豆”和“皱粒豌豆”(英文：“wrinkled pea”)，无论所述品种的常规用途如何(人类食品、动物饲料和/或其他用途)。
[0076]
这些突变品种主要包括被称为“r突变型”、“rb突变型”、“rug 3突变型”、“rug 4突变型”、“rug 5突变型”、“lam突变型”的突变品种，例如cl heydley等人在文章“开发新型豌豆淀粉”中所述，生物化学学会工业生物化学与生物技术小组座谈会论文集，1996年，77-87页。
[0077]
根据另一种有利的改型，豆类(例如各种豌豆或小蚕豆品种)是植物，其种子中的淀粉重量含量至少为25％，优选至少为40％(干物质/干物质)。
[0078]“豆科淀粉”是指以任何方式从豆类植物，特别是从蝶形花科植物中提取的任何组合物，其淀粉含量高于40％，优选高于50％，还更优选高于75％，这些百分比用干物质重量
与所述组合物的干物质重量的百分比来表示。
[0079]
有利地，该淀粉含量高于90％(干物质/干物质)。它可以具体地高于95％(重量含量)，包括高于98％(重量含量)。
[0080]“天然”淀粉是指未经任何化学改性的淀粉。
[0081]
为了测定其sds部分的基本含量，按照h.n.englyst等人的方法提出的体外消化操作条件，对根据本发明或非本发明的豌豆淀粉进行了分析，所述方法是在“营养学上重要的淀粉组分的分类和测量(classification and measurement of nutritionally important starch fractions)”中提出的，发表于eur.j.clin.nutr.，第46卷(第2期增刊)s33-s50页(1992年)。
[0082]
该方法包括测量食物中所含的快消化(rds)、慢消化(sds)和难消化(抗性)(rs)的淀粉部分。
[0083]
这些部分是在经胰酶、淀粉葡糖苷酶和转化酶进行酶消化后测定的。
[0084]
使用diasys distribution france sarl公司出售的葡萄糖氧化酶试剂盒glucose god fs，货号1 2500 99 10 923，按照所述试剂盒方案，通过比色法测量释放的葡萄糖。
[0085]
根据englyst方法进行消化测量所采用的方法详情如下。
[0086]
使用的试剂：
[0087]-无水乙酸钠(货号：71184，来自sigma公司)
[0088]-苯甲酸(货号：242381，来自sigma公司)
[0089]-cacl2(货号：1.02378.0500，来自merck公司)
[0090]-0.1m乙酸(货号：33209，来自sigma公司)
[0091]-猪胰酶8x usp(货号：p7545，来自sigma公司)
[0092]-淀粉葡萄糖苷酶ec 3.2.1.3(来自sigma公司，活性≥260u/ml/≈300agu/ml，cat.号a7095)
[0093]-转化酶ec 3.2.1.26(来自sima公司，活性≥300单位/mg固形物，cat.号i-4504)
[0094]-瓜尔胶(货号：g4129，来自sigma公司)
[0095]-66
°
乙醇
[0096]
操作方法
[0097]
制备饱和苯甲酸溶液
[0098]
称取4g苯甲酸溶于1l反渗透水中，然后混合。该溶液可在室温下保存1个月。
[0099]
制备1m/l的cacl2溶液。
[0100]
称取1.1098g的cacl2溶于10ml反渗透水中，然后混合。该溶液可在室温下保存1个月。
[0101]
制备0.1m-ph 5.2的乙酸盐缓冲液。
[0102]
称取8.203g无水乙酸钠溶于250ml饱和苯甲酸溶液中，
[0103]-加入500ml反渗透水，然后混合，
[0104]-用0.1m乙酸将ph值调节至5.2 /-0.5，
[0105]-在量瓶中加入反渗透水定容至1000ml，
[0106]-在1l制备得到的缓冲液中加入4ml的1m cacl2溶液，
[0107]-混合并检查ph值。
[0108]
该溶液可在4℃下保存1个月。
[0109]
制备瓜尔胶的乙酸盐缓冲液溶液
[0110]-称取750mg瓜尔胶溶于300ml乙酸盐缓冲液
[0111]-持续搅拌
[0112]
制备待分析样品和要使用的酶
[0113]
制备样品
[0114]-精确称取0.8g待测干淀粉，
[0115]-加入20ml的0.1m-ph 5.2乙酸盐缓冲溶液 瓜尔胶，
[0116]-将瓶子置于37℃的水浴中搅拌15分钟，
[0117]-取0.1ml在t＝0min时获得的溶液，然后加入0.9ml的66
°
乙醇(即稀释10倍)，
[0118]-在t＝0min时通过比色法测定葡萄糖含量(单位：％)。
[0119]
在与制备样品相同的条件下制备空白品和标准品(称重0.5g无水葡萄糖)。
[0120]
制备酶鸡尾酒
[0121]
酶鸡尾酒预计用于测试12份样品。应该根据以下方案在同一天进行制备。
[0122]
制备猪胰酶8x usp。
[0123]
制备4种胰酶溶液以获得54ml上清液。
[0124]
为此：
[0125]-称取2.5g猪胰酶8x usp，
[0126]-加入20ml反渗透水，然后混合10分钟，
[0127]-将溶液以1500g的速度离心10分钟，
[0128]-收集13.5ml上清液。
[0129]
制备淀粉葡糖苷酶
[0130]-将3.7ml淀粉葡萄糖苷酶ec 3.2.1.3溶液用4.3ml反渗透水稀释，然后混合10分钟，
[0131]-取6ml新溶液，加入54ml胰酶上清液，然后混合。
[0132]
制备转化酶
[0133]
称取50mg转化酶ec 3.2.1.26，
[0134]
加入6ml反渗透水，然后混合10分钟，
[0135]
取4ml溶液，加入54ml胰酶上清液，然后混合。
[0136]
消化方案
[0137]-在样品制备品中加入5ml酶鸡尾酒，
[0138]-在37℃水溶中搅拌孵育120分钟，
[0139]-取0.1ml在t＝20min和t＝120min时获得的溶液，然后加入0.9ml的66
°
乙醇(即稀释10倍)，
[0140]-混合然后以1500g的速度对样品离心3分钟，
[0141]-在t＝20min和t＝120min时通过比色法测定葡萄糖含量(单位：％)。
[0142]
测定游离葡萄糖(fg)和总葡萄糖(tg)含量
[0143]
游离葡萄糖(fg)含量对应于0min时进行的测量。
[0144]
总葡萄糖(tg)含量测量如下：
[0145]-用“eppendorf”型试管取0.25ml在t＝120min时获得的溶液，加入0.25ml的4n盐酸，混合，
[0146]-将试管在100℃的水浴中放置45分钟至干，冷却至室温，
[0147]-用0.25ml的4n氢氧化钠中和水解液，
[0148]-加入0.25ml反渗透水，混合，
[0149]-用反渗透水稀释10倍(0.1ml溶于0.9ml)。即最终稀释40倍。
[0150]
测定rds、sds、rs
[0151]
在以下时间测定释放的葡萄糖：
[0152]-t＝0min(初始葡萄糖含量)，
[0153]-t＝20min(20分钟后释放的葡萄糖含量)
[0154]-t＝120min(120分钟后释放的葡萄糖含量)
[0155]
根据englyst方法：
[0156][0157]
其中：
[0158]-at＝吸光度(样品)-吸光度(空白品)
[0159]-vt＝总体积(样品，单位：ml)
[0160]-c＝标准浓度(葡萄糖，单位：ml)
[0161]-d＝稀释因子
[0162]-as＝吸光度(标准值-吸光度(空白品)
[0163]-wt＝干重(样品，单位：mg)
[0164]
rds、sds和rs部分的测定如下：
[0165]-rds＝(g20
–
fg)x 0.9
[0166]-sds＝(g120
–
g20)x 0.9
[0167]-rs＝ts
–
(rds sds)，其中ts＝(tg
–
fg)x 0.9
[0168]
根据该方法，天然豌豆淀粉的rds重量含量通常在13％至16％之间，sds的重量含量在27％至38％之间，rs的重量含量在45％至56％之间，考虑到实验间的可变性，这些值带有2％的标准差。
[0169]
申请人公司建议首先选择sds的重量含量在30％至34％之间的豌豆淀粉批次，这些批次更满足要求的消化率标准，然后测定极慢消化部分(vsds)的含量。
[0170]
经过多次长期的调查，申请人公司发现，与根据englyst方法所确立的相反，所谓的抗消化部分(rs)被消化，前提是反应动力没有在120分钟时停止。
[0171]
据申请人公司所知，只有chung等人在2009年“碳水化合物聚合物(carbohydrates polymer)”第75卷，436-447页中提出了基于与englyst略有不同的水解条件对豌豆淀粉进行分类，即sds部分的消化时间在20至180分钟之间。
[0172]
这种改变导致，基于sds部分计算的所谓“慢消化”淀粉的含量增加不再满足englyst最初描述的公式，即将反应动力限制在120分钟。
[0173]
申请人公司将englyst消化动力延长至500分钟，并观察到了豆类淀粉，特别是豌
豆淀粉，在时间超过120分钟后继续被消化，在420分钟时达到最大消化率的平台期。
[0174]
因此，申请人公司选择描绘这种新的更慢消化的部分的曲线来定义根据本发明的“极慢消化”组分或vsds。
[0175]
此外，这构成了在现有技术中普遍接受的englyst测试的处理时间延长的关键因素之一，该vsds含量对应于豆类淀粉，特别是豌豆淀粉的rs含量的亚部分的消化，例如最初是englyst定义的120分钟以上。rds和sds的含量保持不变。
[0176]
因此，与现有技术中已知的情况相反，尤其是上述chung等人提出的情况，本发明并不是改变englyst测试的操作条件来人为地提高sds含量，而是通过延长englyst消化时间至消化结束，在此被定义为在420分钟时达到平台期，从而使操作条件允许测定豆类淀粉的真实葡萄糖释放能力。
[0177]
因此，本发明还涉及一种豆类淀粉的vsds部分的含量测定方法，该含量是通过测量葡萄糖的释放来测定的，其中将englyst消化时间延长至消化结束，即被定义为在420分钟达到平台期。最后，本发明还涉及豆类淀粉的极慢消化部分含量测量用于获得根据本发明的淀粉。
[0178]
通过在420分钟时进行的葡萄糖释放测量可以构建新的公式，该公式可以：
[0179]
1)基于对消化420分钟后达到平台期的最大消化率的观察，修正rs部分的值(因此被称为“rs修正值”)。
[0180]
然后我们推导出rs修正值(420分钟后不可消化的部分)等于100
–
(t420 x 0.9)。修正因子0.9是根据englsyt方法计算各部分所必需的。
[0181]
2)通过简单计算推导出vsds含量：
[0182]
vsds＝100
–
(rds sds rs修正值)
[0183]
通过下面仅作为示例而非限制性的部分实施方式和根据本发明的部分有利特性，将能够更好地理解本发明。
实施例
[0184]
实施例1：根据englyst方法(1992)，对1批次由申请人公司生产的商品名为n735(批号ws88v)的天然豌豆淀粉，在反应时间达到120分钟时，以及之后达到420分钟时进行了分析。
[0185]
[图1]图1示出了根据englyst方法在120分钟内的动力情况。
[0186]
[图2]图2列出了图1的数据并将动力延长至420分钟。
[0187]
下表1给出了根据常规englyst方法计算的rds、sds和rs的重量百分含量。
[0188]
[表1]
[0189][0190]
通过将消化动力延长至420分钟，并测量420分钟后释放的葡萄糖，经计算得到修正后的rs和vsds的重量百分含量，如下表2所示。
[0191]
[表2]
[0192][0193]
实施例2：不同批次豌豆淀粉的消化曲线的进一步表征和选择
[0194]
对申请人公司提取的另外14批次天然豌豆淀粉采用了时间延长后的消化动力，这不仅可以确认批次间的消化率可变性，还可以确定最适合目标应用的批次.下表3给出了rds、sds、rs和vsds的重量百分含量。
[0195]
[表3]
[0196][0197]
因此，如果将我们的豌豆淀粉定义为sds含量在30％至34％之间，vsds含量在34％至40％之间(标准差2％)，则应该排除wx24v(sds过低)和w9167(sds含量可接受，但vsds含量过低)批。通过这种选择方法，确保只提供具有受控均一性且慢消化和极慢消化淀粉的总重量含量高于64％的豌豆淀粉批次。