專利名稱：通過擠壓生產(chǎn)酶抗性淀粉的制作方法
通過擠壓生產(chǎn)酶抗性淀粉
背景技術(shù)：
淀粉包括兩種多糖直鏈淀粉和支鏈淀粉。直鏈淀粉通常是由a l-4糖苷鍵連接的葡萄糖單元的直鏈聚合物。支鏈淀粉是支鏈聚合物， 其中許多葡萄糖單元是由al-4糖苷鍵連接的，但有一些是由al-6 糖苷鍵連接的。
a -淀粉酶是一種存在于人體中并水解淀粉中的a 1-4鍵，從而導(dǎo) 致淀粉消化的酶。在某些情況下，需要生產(chǎn)抗a-淀粉酶所致水解的淀 粉，例如，降低淀粉的熱量，或增加其膳食纖維含量。然而，過去嘗 試生產(chǎn)這種淀粉遇到了一種或多種問題，如工藝復(fù)雜且昂貴。
因此需要一種改進的、用于制備抗a -淀粉酶的淀粉的方法。
發(fā)明概述
本發(fā)明的一個實施方案是一種用于生產(chǎn)a-淀粉酶抗性淀粉的方 法。該方法包括在約60-220℃溫度下擠壓原料淀粉，由此生產(chǎn)出抗a
-淀粉酶的產(chǎn)物淀粉。
在該方法的一些實施方案中，原料淀粉是高度的直鏈淀粉，例如 該原料淀粉包含至少約50重量％的直鏈淀粉，或在某些情況下，至少 約65重量％的直鏈淀粉。在該方法中也可使用其它淀粉。適宜淀粉來 源的例子包括玉米、馬鈴薯、木薯、稻米、豌豆、小麥、或其兩種或 多種的組合。
在一些實施方案中，原料淀粉是干淀粉，且可將水或含水組合物 加入到擠壓機中，從而在其中形成漿液或漿糊。在其它實施方案中， 該原料淀粉為含水漿液或漿糊，其具有至少約50重量％,或在某些情 況下，至少約60重量％或70重量％的干燥固體濃度。
該方法的一些實施方案包括在有水分存在的條件下，加熱產(chǎn)物淀粉到至少約殳(TC溫度的附加步驟。在該方法的某些實施方案中，該加 熱-保濕處理步驟可、在至少約120。C，或在某些情況下至少約150。C下， 以約15-35重量％水分含量進行。在某些實施方案中，該步驟過程中 產(chǎn)物淀粉的水分含量為約20-25重量％。在該方法的一些實施方案中， 通過在有水分存在的條件下加熱，可使產(chǎn)物淀粉的總膳食纖維含量增 加到至少約5 0重量％。
具體實施方案的描述
本發(fā)明的一個實施方案是一種方法，其中a-淀粉酶抗性淀粉是通 過在約60-22(TC溫度下擠壓原料淀粉而生產(chǎn)的。本專利中所用術(shù)語 "cc-淀粉酶抗性淀粉"是指具有抗a-淀粉酶組分的淀粉。應(yīng)當了解， 該淀粉還可具有非ot-淀粉酶抗性的組分。
該原料淀粉的直鏈淀粉含量較高，例如該原料淀粉包含至少約50 重量％的直鏈淀粉，或至少約65重量％的直鏈淀粉。這種直鏈淀粉含 量較高的淀粉是商業(yè)可得到的。可選擇性地，可使用直鏈淀粉含量沒 有那么高的淀粉。
該方法中所用的淀粉可來源于各種來源，包括從馬齒種玉米、直 鏈淀粉含量較高的ae遺傳玉米(ae是玉米育種工作者普遍知曉的遺傳 突變的名稱，且是"直鏈淀粉補充劑"的縮寫)、馬鈴薯、木薯、稻米、 豌豆、和小麥變種獲得的淀粉，以及從這些淀粉純化的直鏈淀粉，和 按照國際專利申請WO 00/14249生產(chǎn)的a-1， 4葡聚糖，該專利申請引 入此處作為參考。本發(fā)明還可使用兩種以上類型淀粉的組合。
化學(xué)改性淀粉，如羥丙基淀粉、淀粉己二酸酯、乙酰化淀粉和磷 酸化淀粉也可用于本發(fā)明中來生產(chǎn)抗性淀粉。例如，適宜的化學(xué)改性 淀粉包括，但不限于，交聯(lián)淀粉、乙?；陀袡C酯化淀粉、羥丙基化 淀粉、磷酸化和無機酯化淀粉、陽離子、陰離子、非離子和兩性離子 淀粉、和淀粉的琥珀酸和取代的琥珀酸衍生物。這樣的改性是本領(lǐng)域 已知的，例如見Modified Starches: Properties and Uses, Ed. Wurzburg， CRC Press, Inc., Flor ida (1986)。其它適宜的改性和方
法在美國專利US 4, 626,288、 2， 613， 206和2, 661， 349中公開，其引 入此處作為參考。
在該方法的一個實施方案中，原料淀粉可以是干產(chǎn)物。本文中的 "干的"不是指水分含量為0%，而是指水分含量足夠低，從而在商 業(yè)意義上被認為是干燥的。當原料是干淀粉時，可將水或含水組合物 加入到擠壓機中，從而在其中形成漿液或漿糊。
在該方法的另一實施方案中，將淀粉送入擠壓機中，其為含水漿 液或漿糊形式，具有至少約50重量％的干燥固體濃度。在某些情況下， 漿液或漿糊的干燥固體濃度可以為至少約60重量％ ,或至少約70重 量％ 。這種較高固體濃度的使用可增進抗性淀粉微晶的迅速結(jié)晶。
用于原料淀粉中和/或加入到擠壓機中的水可任選包含一種或多 種其它物質(zhì)，如低級鏈烷醇(例如，具有1-6個碳原子的鏈烷醇)或鹽。 pH可從約3. 5變化到約8. 5。
一般而言，使擠壓裝置完全適合于處理高粘度、高固體含量的組 合物。具體的例子包括單螺桿和雙螺桿擠壓機。這種擠壓裝置是商業(yè) 可得到的。
在該方法的一些實施方案中，擠壓過程中原料淀粉的溫度為約 70-145'C。應(yīng)當了解，在擠壓過程中，淀粉的溫度無需保持恒定。例 如，擠壓裝置可包括多于一個區(qū)，且各區(qū)可保持在不同的溫度下，雖 然優(yōu)選各區(qū)的溫度落在本文所述的較寬范圍之內(nèi)。
通過該方法生產(chǎn)的產(chǎn)物淀粉在許多情況下將具有至少約30重量 。/。的總膳食纖維(TDF)含量。這可通過在有水分存在的條件下，加熱產(chǎn) 物淀粉到至少約90。C溫度的附加步驟而增加。該加熱-保濕處理步驟 的溫度任選可以是至少約120。C，或在一些情況下，至少約1S0'C。該 步驟過程中的水分含量可以是約15-35重量％，或在一些情況下約 20-25重量％。為了在該步驟過程中達到所需的水分含量，在很多情
況下需要向產(chǎn)物淀粉中加入水或含水組合物。該加熱-保濕處理可增加 淀粉的TDF到至少約50重量％，且在某些情況下甚至更高。
然后可將淀粉干燥。例如，盤式干燥器或急驟干燥器可用于除去
6濕淀粉餅中的水分，不過也可使用其它干燥技術(shù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當了解，"干淀粉產(chǎn)物"通常不是具有0%水分含量，而是具有足夠低的水分含量，從而就商業(yè)目的而言被認為是"干的"。
淀粉產(chǎn)物任選可在加熱-保濕處理之前或之后被研磨以減小其粒徑。通常對干燥淀粉進行研磨。
通過該方法生產(chǎn)的淀粉通常是熱穩(wěn)定性的和剪切穩(wěn)定性的，其適合高溫和/或高剪切加工。因此，該淀粉完全適合用于食品應(yīng)用如焙烤和煎炸。此外，該淀粉的總膳食纖維(TDF)含量相對較高。
已將抗性淀粉(RS)分成四種不同類型I型由物理上不易受ct-淀 粉酶影響的淀粉產(chǎn)生(例如，包埋在蛋白或纖維基質(zhì)中的淀粉，如在完 整谷粒中存在的淀粉)；II型是完整的、天然的淀粉顆粒，作為生的 淀粉，其具有抗消化的物理結(jié)構(gòu)，但在經(jīng)燒煮而膠凝化后是可消化的 (例如，馬鈴薯和香蕉淀粉)；III型是已經(jīng)燒煮且膠凝化，或以別的 方式使天然結(jié)構(gòu)受到破壞的淀粉，且在加工過程中該淀粉分子本身再 締合，如此一來，該淀粉在燒煮之后為a-淀粉酶抗性的；而IV型是 淀粉化學(xué)改性的結(jié)果，其干擾a-淀粉酶消化。本方法生產(chǎn)的淀粉通常 是III型抗性淀粉，雖然當將化學(xué)改性淀粉用作起始物料時，它可以 是IV型抗性淀粉。
很大程度上，淀粉的天然分子結(jié)構(gòu)可在制備本發(fā)明的抗性淀粉的 過程中被破壞。然后該淀粉分子再締合為有序的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生a-淀粉酶 抗性。
詞語"天然的"常用于描述淀粉的文獻中。本發(fā)明人使用詞語"天 然的，，是指淀粉的性質(zhì)，其存在于收獲期的植物中，并以非常少的物 理處理或化學(xué)接觸而從植物中提取出來。例如，從玉米粒中釋放淀粉 的玉米的濕磨法要求將谷粒浸泡在接近pH4的乳酸的溫和水溶液中， 該溶液中還含有溶于水中的約1500 ppm S02氣體。該溶液滲入玉米粒 且S02部分還原結(jié)合淀粉的胚乳蛋白基質(zhì)中的蛋白，由此軟化胚乳， 使得淀粉顆?？稍谘心ス攘Ｖ筢尫懦鰜?。研磨實際上相當和緩，因 為濕磨法操作被設(shè)計撕開柔軟的谷粒，在不破壞含油的胚嚢情況下釋放淀粉。在研磨過程中提取的淀粉顆粒的分子結(jié)構(gòu)、 一般形態(tài)學(xué)和形 狀事實上與研磨之前存在于谷粒中的淀粉相比沒有改變。
天然淀粉常被認為是顆粒狀的，且詞語"顆粒狀的"常在沒有定 義的情況下用于文獻中。天然淀粉顆粒一般具有略微球形或橢圓形的 形狀。它們還具有天然的分子構(gòu)造包括微晶區(qū)和無定形區(qū)。天然淀粉 的微晶區(qū)賦予它雙折射。 一些作者將天然淀粉結(jié)構(gòu)稱作"顆粒狀結(jié)構(gòu)" 或認為該淀粉處于"顆粒狀態(tài)"。雖然沒有標準的、約定的顆粒狀淀 粉的定義，但是在本專利申請中，是顆粒的近似形狀。本專利的發(fā)明 人在球形或橢圓形淀粉顆粒的意義上提及并使用詞語"顆粒狀"。"顆 ?；蝾w粒狀"并不是指天然或生的淀粉或非冷水溶脹的淀粉。我們希 望區(qū)分具有完整天然結(jié)晶度的天然、生的淀粉與具有相似的形狀但已 失去絕大部分或所有其天然分子構(gòu)造或天然微晶結(jié)構(gòu)的其它顆粒狀淀 粉。非化學(xué)改性和一些化學(xué)改性淀粉，其被粘貼在熱輥上并從輥上刮 下來，通常具有不規(guī)則形狀的碎裂的且玻璃狀外觀的顆粒，并且本發(fā) 明人不稱這些淀粉為"顆粒狀的"。
用本方法生產(chǎn)的淀粉可用作食品，如低熱量的焙烤食品的膨松劑 或面粉代用品。該淀粉還可用于食品中的膳食纖維強化。可使用該淀 粉的食品的具體例子包括面包、蛋糕、餅干、脆點心模壓成形的零食、 湯類、冷凍甜點、油炸食品、意大利面制品、馬鈴薯制品、稻米制品、 玉米制品、小麥制品、乳制品、營養(yǎng)棒、早餐谷類食品和飲料。
總膳食纖維(TDF)是表示淀粉的a-淀粉酶抗性程度的參數(shù)。測定 TDF的適宜方法包括A0AC (Association of Official Analytical Chemists) Method 985.29和991.43，其可4吏用來自 Megazyme International Ireland Ltd.的試驗試劑盒進行。下列是TDF方法的 非常簡單的描述。通常，在這些方法中，將淀粉分散于pH 8.2的 MES/TRIS緩沖水溶液中，其中加入了高溫穩(wěn)定性a-淀粉酶，然后使 之達到95-10(TC保持35分鐘。將該樣品冷卻到60℃加入蛋白酶并處 理樣品30分鐘。然后使溶液的pH達到4. 1-4. 8并將葡糖淀粉酶加入 到該溶液中。在60℃下酶處理30分鐘后，通過加入95%乙醇使膳食纖維沉淀。在Celite涂敷的坩鍋上收集沉淀并干燥過夜。經(jīng)重量分析 測量沉淀的干重，并基于最初的淀粉干重計算TDF百分比，因此TDF 為干基值。
可從下列實施例中了解本發(fā)明的各種實施方案。
實施例1
抗性淀粉可使用下列步驟，從直鏈淀粉含量較高的淀粉(HS-7 Variety 4200， Ho謹Starch Co.)制備
(1) 測量直鏈淀粉含量較高的淀粉的水分含量。
(2) 將直鏈淀粉含量較高的淀粉置于Leistritz ZSE-18/HP實驗 室雙螺桿擠壓機的進料漏斗中。
(3) 起動擠壓機并設(shè)置區(qū)域溫度如下
第1區(qū) 70°C
第2區(qū) 70°C
第3區(qū) 120°C
第4區(qū) 145。C
第5區(qū) 145。C
第6區(qū) 120。C
直徑18mm,長540mm的共同旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠壓機的適宜螺桿構(gòu)型 如下(以D或直徑表示螺桿元件長度)，從擠壓機入口端移動到出口模 具。從入口到約16.5D定位長螺距，使用螺旋輸送機元件，隨著螺桿 元件位置向前移動，螺距稍稍減小。從約16. 5D到17. 0D，使用30度 向前捏和滑塊。從約17D到18D短螺距，使用螺旋輸送機元件，其從 18D到18. 5D轉(zhuǎn)換成60度向前捏和滑塊。從60度捏和滑塊部分的末 端到擠壓機的末端，使用長螺距螺旋輸送機元件。
(4) 以200 rpm運行擠壓機的螺桿，并以25克/分鐘送入直鏈淀 粉含量較高的淀粉，同時以17. 6ml/分鐘的速度注入水分。
(5) 收集并干燥壓出產(chǎn)物。
(6) 研磨冷卻產(chǎn)物到所需粒徑。
(7)在2SG。F(121。C)和25%水分條件下，加熱并保濕處理產(chǎn)物2 小時。
在加熱和保濕處理(步驟7)之前，淀粉的TDF值通常為30Q/Q。加 熱和保濕處理之后，TDF值通常約為60 0/0 。
實施例2
在變化的溫度和水分含量條件下，對壓出淀粉進行若干次加熱和 保濕處理。如實施例1的步驟(l)-(5)所述生產(chǎn)壓出淀粉，其中淀粉進 料速度為7. 6克/分鐘，水注入速度為6. 9ml/分鐘，擠壓溫度為150 。C。加熱-保濕處理的結(jié)果概括在表1中。
表1
開始的TDF%處理過程中 的水分含量處理過程中 的溫度(°C )處理時間 (小時)處理后的 TDF%
35.2415931.53035.24151211.037
35.24151212.038
35.24151491.559
35.2425931.034
35.2425932.036
35.24251211.560
35.24251491.061
35.24251492.048
35.2435931.543
35.24351211.0n/a
35.24351212.053
35.24351491.536
TDF的最大提高看來起因于在約20-25 %水分和約150'C或可能更 高溫度條件下的處理。
本發(fā)明的具體實施方案的在前描述并非本發(fā)明的每個可能的實施 方案的羅列。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當認識到其它實施方案也落在下列權(quán) 利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)α-淀粉酶抗性淀粉的方法，包括在約60-220℃溫度下擠壓原料淀粉，由此生產(chǎn)出產(chǎn)物α-淀粉酶抗性淀粉。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中該原料淀粉包含至少約50重量o/。的 直鏈淀粉。
3. 權(quán)利要求1的方法，其中該原料淀粉包含至少約65重量％的 直鏈淀粉。
4. 權(quán)利要求l的方法，其中該原料淀粉是干淀粉。
5. 權(quán)利要求l的方法，其中該原料淀粉為含水漿液或漿糊，其具 有至少約50重量％的干燥固體濃度。
6. 權(quán)利要求5的方法，其中該含水漿液或漿糊進一步包含至少一 種具有1-6個碳原子的鏈烷醇。
7. 權(quán)利要求l的方法，其中該原料淀粉為含水漿液或漿糊，其具 有至少約60重量％的干燥固體濃度。
8. 權(quán)利要求l的方法，其中該原料淀粉為含水漿液或漿糊，其具 有至少約70重量％的干燥固體濃度。
9. 權(quán)利要求l的方法，其中該原料淀粉來源于玉米、馬鈴薯、木 薯、稻米、豌豆、小麥、或其兩種或多種的組合。
10. 權(quán)利要求l的方法，其中該原料淀粉為化學(xué)改性淀粉。
11. 權(quán)利要求1的方法，其中該擠壓是在單螺桿擠壓機或雙螺桿 擠壓4幾中進行的。
12. 權(quán)利要求1的方法，其中擠壓過程中原料淀粉的溫度為約 70-145。C。
13. 權(quán)利要求1的方法，其中該產(chǎn)物淀粉具有至少約30重量％的 總膳食纖維含量。
14. 權(quán)利要求1的方法，進一步包括在有水分存在的條件下，加 熱產(chǎn)物淀粉到至少約9(TC的溫度。
15. 權(quán)利要求12的方法，其中在約15-35重量％水分含量下，將 產(chǎn)物淀粉加熱到至少約120°C。
16. 權(quán)利要求12的方法，其中在約15-35重量％水分含量下，將 產(chǎn)物淀粉加熱到至少約150°C。
17. 權(quán)利要求12的方法，其中加熱過程中產(chǎn)物淀粉的水分含量為 約20-25重量％。
18. 權(quán)利要求12的方法，其中通過在有水分存在的條件下加熱使 得產(chǎn)物淀粉的總膳食纖維含量增加到至少約5 0重量％ 。
19. 一種通過權(quán)利要求1的方法生產(chǎn)的淀粉組合物。
20. 權(quán)利要求19的組合物，其中該原料淀粉包含至少約50重量 %直鏈淀粉。
21. 權(quán)利要求19的組合物，其中該原料淀粉是干淀粉。
22. 權(quán)利要求19的組合物，其中該原料淀粉為含水漿液或漿糊， 其具有至少約50重量％的干燥固體濃度。
23. 權(quán)利要求19的組合物，其中該含水漿液或漿糊進一步包含至 少一種具有1-6個碳原子的鏈烷醇。
24. 權(quán)利要求19的組合物，其中該擠壓是在單螺桿擠壓機或雙螺 桿擠壓機中進行的。
25. 權(quán)利要求19的組合物，其中擠壓過程中原料淀粉的溫度為約 70-145°C。
26. 權(quán)利要求19的組合物，其中該產(chǎn)物淀粉具有至少約30重量 %的總膳食纖維含量。
27. 權(quán)利要求19的組合物，其中該方法進一步包括在有水分存在 的條件下，加熱產(chǎn)物淀粉到至少約90。C的溫度。
全文摘要
一種用于生產(chǎn)α-淀粉酶抗性淀粉的方法，包括在約60-220℃溫度下擠壓原料淀粉，由此生產(chǎn)出產(chǎn)物α-淀粉酶抗性淀粉。該原料淀粉可以是含水漿液或漿糊的形式，其具有至少約50重量％的干燥固體濃度。該方法任選可包括在有水分存在的條件下，加熱產(chǎn)物淀粉到至少約90℃溫度的附加步驟，從而進一步增加產(chǎn)物的α-淀粉酶抗性。
文檔編號C08B30/12GK101203533SQ200680019415
公開日2008年6月18日 申請日期2006年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
發(fā)明者G·A·R·諾貝斯, W·C·雅克爾, W·L·尼米爾 申請人:泰特&萊爾組分美國公司