一种添加蔗糖/低聚果糖生产抗性糊精的方法
阅读说明：本技术 一种添加蔗糖/低聚果糖生产抗性糊精的方法 (Method for producing resistant dextrin by adding sucrose/fructo-oligosaccharide ) 是由 江波 甄远航 张涛 陈静静 于 2021-06-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种添加蔗糖/低聚果糖生产抗性糊精的方法,属于食品工程技术领域。本发明通过将蔗糖/低聚果糖添加到糊精中,并加入一定量的酸在高温真空下反应,然后加入高温α-淀粉酶和糖化酶进行酶解,酶解液通过膜过滤和离子交换树脂进行纯化,最后进行浓缩和喷雾干燥,最终得到抗性糊精产品。本发明的抗性糊精中聚合度大于3的组分含量明显提升,抗性成分的含量增加；反应过程中,工艺比较简单,操作容易,对设备要求不高；膜滤能够减少溶液的色素,提高抗性糊精的纯度本发明采用弱碱性阴离子交换树脂-强碱性阴离子交换树脂可以对抗性糊精的颜色进行最大脱除有效去除,同时避免了常规分离技术设备投资与能耗。(The invention discloses a method for producing resistant dextrin by adding sucrose/fructo-oligosaccharide, belonging to the technical field of food engineering. The invention adds sucrose/fructo-oligosaccharide into dextrin, adds a certain amount of acid to react under high temperature and vacuum, then adds high temperature alpha-amylase and saccharifying enzyme to carry out enzymolysis, purifies the enzymolysis liquid by membrane filtration and ion exchange resin, and finally carries out concentration and spray drying to obtain the resistant dextrin product. The content of the components with the polymerization degree of more than 3 in the resistant dextrin is obviously improved, and the content of the resistant components is increased; in the reaction process, the process is simple, the operation is easy, and the requirement on equipment is not high; the invention adopts weak base anion exchange resin-strong base anion exchange resin to remove the color of the resistant dextrin effectively and maximally, and avoids the investment and energy consumption of conventional separation technology equipment.)
技术领域
本发明涉及一种添加蔗糖/低聚果糖生产抗性糊精的方法，属于食品工程
技术领域
。背景技术
抗性糊精是由淀粉加工而成的一种低热量葡聚糖，属于膳食纤维的一种。膳食纤维是人类饮食中重要的营养成分，被认为是糖、蛋白质、脂肪、维他命、矿物质之外的“第六营养成分”，具有改善人体肠胃功能、调节血糖和脂肪代谢、降低血清胆固醇、促进矿物质吸收等生理功能。根据溶解性差异，市场上的膳食纤维分为不溶性和可溶性两种，而可溶性膳食纤维根据聚合度不同，又分为高分子膳食纤维和小分子膳食纤维。不溶性膳食纤维口感粗糙涩口，难以加工成口感鲜美的食品。高分子水溶性膳食纤维的黏度大，容易形成凝胶，也不适宜于食品加工。抗性糊精属于小分子的水溶性膳食纤维，具有黏度低、易吸收的特点，近年来成为食品加工行业的重点研究对象。
日本科学家在20世纪80年代首先对抗性糊精进行研究。日本松谷化学工业株式会社的Ohkuma等人用质量分数1.0％的盐酸溶液(HCl)在120～200℃条件下处理淀粉，采用酸热法制备抗性糊精，得到的产物纯度在60％以上，并以此申请了日本、韩国、美国和欧洲的专利，所得产品被日本政府认定为特定保健用食品原料。专利P2015-181472A公开了“一种抗性糊精的制取方法”，在后处理中，用活性炭进行二次脱色，过滤，用离子交换树脂脱盐，通过铬酸盐分离器，反渗透膜等分离不可消化馏分和葡萄糖馏分得到抗消化物。与常规生产方法相比，过滤后的溶液着色程度较低，因此二次和三次脱色中使用的活性炭的量减少，离子交换树脂的量也减少，并且可以延长树脂的使用寿命，大大降低了精炼过程的成本。
20世纪90年代后期，国内才开始对抗性糊精的生产方法、酶制剂使用等开展研究。顾正彪等研究了盐酸催化条件下，淀粉在焙烤过程中不同酸热条件对淀粉分子降解和糖基转移的影响，并用α-淀粉酶和糖化酶进行水解(淀粉酸热转化过程研究,1996(3):43-45.)。但是他主要是研究了从淀粉到焦糊精制取条件的优化，对于抗性糊精的制备并没有深入研究。专利申请CN201610700623采用向淀粉中加酸，高温真空糊精化反应，然后加入水进行酸解，再经过酶解制备抗性糊精。该技术缺点是采用酸解过程极易导致生成的抗性糊精与未转化为抗性糊精的糊精、淀粉类一起被水解掉，抗性糊精得率较低并且没有实质上解决工业化生产抗性糊精过程中均一性差、颜色深、脱色难的问题。因此，亟需提供一种适于工业化生产抗性糊精的方法。
发明内容
本发明的目的是以蔗糖/低聚果糖和麦芽糊精作为底物生产抗性糊精，并将抗性糊精粗品的颜色以及其中小分子的单糖和二糖除去，得到的抗性糊精纯度和膳食纤维的含量高。
本发明的技术方案，一种加入蔗糖/低聚果糖生产抗性糊精的方法，步骤如下：
(1)向麦芽糊精中加入蔗糖/低聚果糖和柠檬酸，搅拌得到糊精混合物，在高温真空条件下反应，然后用30～35℃的水进行溶解，获得质量浓度为35％～40％的溶液；
(2)将步骤(1)得到的溶液的pH值调至5.5～6.5，再加入0.05％～0.2％的高温α-淀粉酶，在80～100℃下酶解0.5～2.0h，然后灭酶；
(3)将步骤(2)得到的溶液pH值调至5.0～6.0，再加入0.1％～1.0％的糖化酶，在50～70℃下酶解12～24h；
(4)将步骤(3)得到的溶液进行灭酶处理；
(5)将步骤(4)得到的溶液进行膜过滤；
(6)将步骤(5)得到的溶液进行离子交换脱色，具体的，经过弱碱性阴离子交换树脂-强碱性阴离子交换树脂进行脱色；
(7)将步骤(6)得到的溶液浓缩并进行喷雾干燥，最终制成粉末成品。
在本发明的一种实施方式中，所述方法具体包括：
(1)向麦芽糊精中加入蔗糖/低聚果糖和柠檬酸，搅拌得到糊精混合物，在高温真空条件下反应，然后用30～35℃的水进行溶解，获得质量浓度为35％～40％的溶液；
(2)将步骤(1)得到的溶液的pH值调至5.5～6.5，再加入0.05％～0.2％的高温α-淀粉酶(基于糊精混合物质量)，在80～100℃下酶解0.5～2.0h，然后120～130℃灭酶；
(3)将步骤(2)得到的溶液pH值调至5.0～6.0，再加入0.1％～1.0％的糖化酶(基于糊精混合物质量)，在50～70℃下酶解12～24h；
(4)将步骤(3)得到的溶液在80～90℃下保温30～40min或90～100℃下保温20～30min进行灭酶处理；
(5)将步骤(4)得到的溶液进行膜过滤；
(6)将步骤(5)得到的溶液进行离子交换脱色，经过弱碱性阴离子交换树脂-强碱性阴离子交换树脂，流速为0.3～1.5mL/min，温度为25～50℃，pH值为7.0～8.0；
(7)将步骤(6)得到的溶液浓缩并进行喷雾干燥，最终制成粉末成品。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中的麦芽糊精来源为玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉或大米淀粉中的一种或多种；优选的，麦芽糊精来源为玉米淀粉。
在本发明的一种实施方式中，所述蔗糖/低聚果糖和柠檬酸的加入量(基于糊精混合物质量)分别为20％～40％和5.0％～7.0％。
在本发明的一种实施方式中，高温真空反应条件为：压力-0.10～-0.05MPa，温度130～180℃。
在本发明的一种实施方式中，将步骤(3)得到的溶液pH值调至5.3～5.7，加入0.4％～0.6％的糖化酶，在55～65℃下酶解16～20h。
在本发明的一种实施方式中，步骤(5)中所述膜过滤是将水解液在温度为10～50℃，pH为3.0～9.0的条件下，采用分子截留量为2000～4000Da的超滤膜和300～800Da的纳滤膜进行过滤，除去水解液中大分子的杂质、小分子的葡萄糖和麦芽糖以及盐离子。
在本发明的一种实施方式中，步骤(6)中所述弱碱性阴离子交换树脂包括D941树脂、D301树脂、D315树脂和D392树脂，所述强碱性阴离子交换树脂包括LKA98树脂、D280树脂和D290树脂。
在本发明的一种实施方式中，步骤(7)中浓缩具体方法为采用四效浓缩；所述喷雾干燥具体条件为进风温度为150～350℃，排风温度为75～180℃。
本发明的有益效果：
(1)添加蔗糖/低聚果糖后，抗性糊精中聚合度大于3的组分含量明显提升，抗性成分的含量增加；
(2)反应过程中，工艺比较简单，操作容易，对设备要求不高；
(3)超滤膜可有效除去抗性糊精粗品溶液中的大分子杂质，溶液浊度明显降低，并且在一定程度上减少了溶液的色素；纳滤膜可有效除去小分子糖类和盐离子，从而提高抗性糊精的纯度。
(4)本发明采用弱碱性阴离子交换树脂-强碱性阴离子交换树脂纯化过程可以对抗性糊精的颜色进行最大脱除，同时避免了常规分离技术设备投资与能耗。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，不是对本发明的限制。
术语说明
DP(Degree of Polymerization)是指聚合度，是衡量聚合物分子大小的指标，以重复单元葡萄糖为基准，即聚合物大分子链上所含重复单元葡萄糖数目的平均值。
△E是指色差值，表示颜色的差别大小，以下实施例以及对比例中均表示抗性糊精与淀粉之间的颜色差别。
实施例1
(1)取40g麦芽糊精，加入15g低聚果糖和3.0g柠檬酸，搅拌均匀得到糊精混合物，在高温真空条件下反应(压力为-0.05MPa，温度为130℃)，然后用30℃的蒸馏水将上述反应产物进行溶解，获得浓度为35％的溶液；
(2)将溶液pH值调至5.5，加入0.1％的耐高温α-淀粉酶(基于糊精混合物质量)，在85℃下酶解1.0h，然后120℃灭酶；
(3)将溶液pH值调至5.0，温度降至55℃，加入0.5％的糖化酶(基于糊精混合物质量)，酶解12h；
(4)进行灭酶处理，条件为80℃、保温40min；
(5)在水解液温度为30℃，pH为7.0的条件下，依次采用分子截留量为2000Da的超滤膜和300Da的纳滤膜进行过滤，除去抗性糊精粗品溶液中的大分子杂质和小分子的葡萄糖、麦芽糖和盐离子；
(6)离子交换，经过弱碱性阴离子交换树脂(D941)-强碱性阴离子交换树脂(LKA98)，流速为1mL/min，温度为35℃，pH值为7.0；
(7)浓缩并进行喷雾干燥，进风温度为200℃，排风温度为100℃，最终制成粉末成品。
(8)经检测，膜过滤和离子交换处理前抗性糊精粗品的△E为32.7，各聚合度(DP)组分的百分含量如下：DP＝1为23.9％，DP＝2为5.3％，DP≥3为70.8％。膜过滤和离子交换处理后抗性糊精的△E为2.5，膳食纤维质量百分含量为90.1％，平均聚合度为9，各聚合度(DP)组分的百分含量如下：DP＝1为4.1％，DP＝2为0.3％，DP≥3为95.6％。
实施例2
(1)取40g麦芽糊精，加入15g蔗糖和3.0g柠檬酸，搅拌均匀得到糊精混合物，在高温真空条件下反应(压力为-0.05MPa，温度为130℃)，然后用30℃的蒸馏水将上述反应产物进行溶解，获得浓度为35％的溶液；
(2)将溶液pH值调至5.5，加入0.1％的耐高温α-淀粉酶(基于糊精混合物质量)，在85℃下酶解1.0h，然后120℃灭酶；
(3)将溶液pH值调至5.0，温度降至55℃，加0.5％的糖化酶(基于糊精混合物质量)，酶解12h；
(4)进行灭酶处理，条件为80℃、保温40min；
(5)在水解液温度为30℃，pH为7.0的条件下，依次采用分子截留量为2000Da的超滤膜和300Da的纳滤膜进行过滤，除去抗性糊精粗品溶液中的大分子杂质和小分子的葡萄糖、麦芽糖和盐离子；
(6)离子交换，经过弱碱性阴离子交换树脂(D941)-强碱性阴离子交换树脂(LKA98)，流速为1mL/min，温度为35℃，pH值为7.0；
(7)浓缩并进行喷雾干燥，进风温度为200℃，排风温度为100℃，最终制成粉末成品。
(8)经检测，膜过滤和离子交换处理前抗性糊精粗品的△E为32.7，各聚合度(DP)组分的百分含量如下：DP＝1为24.5％，DP＝2为4.9％，DP≥3为70.6％。膜过滤和离子交换处理后抗性糊精的△E为3.4，膳食纤维质量百分含量为90.7％，平均聚合度为9，各聚合度(DP)组分的百分含量如下：DP＝1为3.9％，DP＝2为0.8％，DP≥3为95.3％。
实施例3
(1)取40g麦芽糊精，加入18g低聚果糖和3.6g柠檬酸，搅拌均匀得到糊精混合物，在高温真空条件下反应(压力为-0.07MPa，温度为150℃)，然后用35℃的蒸馏水将上述反应产物进行溶解，获得浓度为40％的溶液；
(2)将溶液pH值调至6.0，加入0.15％的高温α-淀粉酶(基于糊精混合物质量)，在90℃下酶解1.0h，然后125℃灭酶；
(3)将溶液pH值调至5.5，温度降至50℃，加0.3％的糖化酶(基于糊精混合物质量)，酶解12h；
(4)进行灭酶处理，条件为90℃、保温30min；
(5)在水解液温度为30℃，pH为7.0的条件下，依次采用分子截留量为3000Da的超滤膜和500Da的纳滤膜进行过滤，除去抗性糊精粗品溶液中的大分子杂质和小分子的葡萄糖、麦芽糖和盐离子；
(6)离子交换，经过弱碱性阴离子交换树脂(D301)-强碱性阴离子交换树脂(D280)，流速为1.3mL/min，温度为40℃，pH值为8.0；
(7)浓缩并进行喷雾干燥，进风温度为250℃，排风温度为125℃，最终制成粉末成品。
(8)经检测，膜过滤和离子交换处理前抗性糊精粗品的△E为25.8，各聚合度(DP)组分的百分含量如下：DP＝1为25.5％，DP＝2为5.2％，DP≥3为69.3％。膜过滤和离子交换处理后抗性糊精的△E为3.2，膳食纤维质量百分含量为91.5％，平均聚合度为10，各聚合度(DP)组分的百分含量如下：DP＝1为3.9％，DP＝2为1.2％，DP≥3为94.9％。
实施例4
(1)取40g麦芽糊精，加入18g蔗糖和3.6g柠檬酸，搅拌均匀得到糊精混合物，在高温真空条件下反应(压力为-0.07MPa，温度为150℃)，然后用35℃的蒸馏水将上述反应产物进行溶解，获得浓度为40％的溶液；
(2)将溶液pH值调至6.0，加入0.15％的高温α-淀粉酶(基于糊精混合物质量)，在90℃下酶解1.0h，然后125℃灭酶；
(3)将溶液pH值调至5.5，温度降至50℃，加0.3％的糖化酶(基于糊精混合物质量)，酶解12h；
(4)进行灭酶处理，条件为90℃、保温30min；
(5)在水解液温度为30℃，pH为7.0的条件下，依次采用分子截留量为3000Da的超滤膜和500Da的纳滤膜进行过滤，除去抗性糊精粗品溶液中的大分子杂质和小分子的葡萄糖、麦芽糖和盐离子；
(6)离子交换，经过弱碱性阴离子交换树脂(D301)-强碱性阴离子交换树脂(D280)，流速为1.3mL/min，温度为40℃，pH值为8.0；
(7)浓缩并进行喷雾干燥，进风温度为250℃，排风温度为125℃，最终制成粉末成品。
(8)经检测，膜过滤和离子交换处理前抗性糊精粗品的△E为29.5，各聚合度(DP)组分的百分含量如下：DP＝1为26.9％，DP＝2为4.2％，DP≥3为68.9％。膜过滤和离子交换处理后抗性糊精的△E为2.9，膳食纤维质量百分含量为91.2％，平均聚合度为10，各聚合度(DP)组分的百分含量如下：DP＝1为4.2％，DP＝2为1.1％，DP≥3为94.7％。
实施例5
(1)取40g麦芽糊精，加入20g低聚果糖和4.0g柠檬酸，搅拌均匀得到糊精混合物，在高温真空条件下反应(压力为-0.08MPa，温度为160℃)，然后用35℃的蒸馏水将上述反应产物进行溶解，获得浓度为40％的溶液；
(2)将溶液pH值调至6.5，加入0.2％的高温α-淀粉酶(基于糊精混合物质量)，在100℃下酶解1.5h，然后130℃灭酶；
(3)将溶液pH值调至6.0，温度降至45℃，加0.5％的糖化酶(基于糊精混合物质量)，酶解24h；
(4)将步骤(3)得到的溶液进行灭酶处理，条件为90℃、保温30min；
(5)在水解液温度为30℃，pH为7.0的条件下，依次采用分子截留量为4000Da的超滤膜和800Da的纳滤膜进行过滤，除去抗性糊精粗品溶液中的大分子杂质和小分子的葡萄糖、麦芽糖和盐离子；
(6)离子交换，经过弱碱性阴离子交换树脂(D315)-强碱性阴离子交换树脂(D290)，流速为1.5mL/min，温度为40℃，pH值为8.0；
(7)浓缩并进行喷雾干燥，进风温度为300℃，排风温度为180℃，最终制成粉末成品。
(8)经检测，膜过滤和离子交换处理前抗性糊精粗品的△E为28.3，各聚合度(DP)组分的百分含量如下：DP＝1为26.9％，DP＝2为3.3％，DP≥3为69.8％。膜过滤和离子交换处理后抗性糊精的△E为2.9，膳食纤维质量百分含量为92.1％，平均聚合度为9，各聚合度(DP)组分的百分含量如下：DP＝1为3.9％，DP＝2为0.7％，DP≥3为95.4％。
对比例1
(1)取40g麦芽糊精，加入20g葡萄糖和4.0g柠檬酸，搅拌均匀得到糊精混合物，在高温真空条件下反应(压力为-0.08MPa，温度为160℃)，然后用35℃的蒸馏水将上述反应产物进行溶解，获得浓度为40％的溶液；
(2)将溶液pH值调至6.5，加入0.2％的高温α-淀粉酶(基于糊精混合物质量)，在100℃下酶解1.5h，然后130℃灭酶；
(3)将溶液pH值调至6.0，温度降至45℃，加0.5％的糖化酶(基于糊精混合物质量)，酶解24h；
(4)将步骤(3)得到的溶液进行灭酶处理，条件为90℃、保温30min；
(5)在水解液温度为30℃，pH为7.0的条件下，依次采用分子截留量为4000Da的超滤膜和800Da的纳滤膜进行过滤，除去抗性糊精粗品溶液中的大分子杂质和小分子的葡萄糖、麦芽糖和盐离子；
(6)离子交换，经过弱碱性阴离子交换树脂(D315)-强碱性阴离子交换树脂(D290)，流速为1.5mL/min，温度为40℃，pH值为8.0；
(7)浓缩并进行喷雾干燥，进风温度为300℃，排风温度为180℃，最终制成粉末成品。
(8)经检测，膜过滤和离子交换处理前抗性糊精粗品的△E为39.2，各聚合度(DP)组分的百分含量如下：DP＝1为34.2％，DP＝2为8.6％，DP≥3为57.2％。膜过滤和离子交换处理后抗性糊精的△E为6.4，膳食纤维质量百分含量为85.7％，平均聚合度为9，各聚合度(DP)组分的百分含量如下：DP＝1为6.2％，DP＝2为4.7％，DP≥3为89.1％。
对比例2
(1)取40g麦芽糊精，加入20g低聚果糖和4.0g柠檬酸，搅拌均匀得到糊精混合物，在高温真空条件下反应(压力为-0.08MPa，温度为160℃)，然后用35℃的蒸馏水将上述反应产物进行溶解，获得浓度为40％的溶液；
(2)将溶液pH值调至6.5，加入0.2％的高温α-淀粉酶(基于糊精混合物质量)，在100℃下酶解1.5h，然后130℃灭酶；
(3)将溶液pH值调至6.0，温度降至45℃，加0.5％的糖化酶(基于糊精混合物质量)，酶解24h；
(4)将步骤(3)得到的溶液进行灭酶处理，条件为90℃、保温30min；
(5)将水解液进行活性炭脱色，活性炭添加量为水解液干物质质量的5％，70℃下保温30min，之后过滤得到滤过液；
(6)色谱提纯，将pH调为6.0，然后经色谱分离系统进行色谱提纯，运行条件为压力0.2MPa，温度为50℃，水耗比1:1.2，每小时进料1.2m3；
(7)浓缩并进行喷雾干燥，进风温度为300℃，排风温度为180℃，最终制成粉末成品。
(8)经检测，活性炭和色谱分离系统处理前抗性糊精粗品的△E为28.3，各聚合度(DP)组分的百分含量如下：DP＝1为26.9％，DP＝2为3.3％，DP≥3为69.8％。活性炭和色谱分离系统处理后抗性糊精的△E为10.2，膳食纤维质量百分含量为88.5％，平均聚合度为9，各聚合度(DP)组分的百分含量如下：DP＝1为2.5％，DP＝2为4.1％，DP≥3为93.4％。
结果分析
通过实施例1～5和对比例1可以看出，与添加葡萄糖相比，添加蔗糖/低聚果糖制备的抗性糊精粗品中聚合度大于3的组分百分含量较高，此外，纯化后膳食纤维百分含量也较高；通过实施例1～5和对比例1～2可以看出，与使用活性炭相比，使用膜过滤和离子交换树脂可以得到纯度较高，颜色较浅的抗性糊精。
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。
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