CN101068837A - 抗酶淀粉及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

利用水性的食品组合物生产抗酶淀粉的方法，所述组合物包括(i)包含至少约50％重量比的直链淀粉的淀粉，(ii)水和(iii)醇。食品组合物中淀粉的浓度在约5％和约50％重量比之间，并且食品组合物的pH在约3.5和约6.5之间。在第一个加热步骤中，将该食品组合物加热至约130－170摄氏度之间的温度约0.1－3.0小时。该食品组合物冷却至约4－70摄氏度之间的温度约0－6.0小时。在第二个加热步骤中，将该食品组合物加热至约110－150摄氏度之间的温度约0.1－10.0小时。从将淀粉与大部分水和醇分离并且干燥。

Description

抗酶淀粉及其生产方法
背景技术
淀粉包括两种多糖：直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉通常为通过α1-4糖苷键连接的葡萄糖单元的线性聚合物。支链淀粉为分枝聚合物，其中许多葡萄糖单元通过α1-4糖苷键连接，但有些通过α1-6糖苷键连接。
α-淀粉酶为存在于人体中的酶，并且其水解淀粉中的α1-4键，由此导致淀粉的消化。在某些情况下希望生产抗α-淀粉酶水解的淀粉，例如降低淀粉的含热量或提高其食用纤维的含量。然而，过去尝试生产这样的淀粉遭遇到一种或多种问题，如方法的复杂性和费用、产物处理的困难或食物系统中的可接受性能。作为一个具体的实例，有些抗α淀粉酶的淀粉倾向于包括细微粒，其难以从水相分离。
存在对改进的淀粉的需求，其抗α-淀粉酶并且可经受剧烈的热和剪切的食品加工条件，以及存在对制备上述淀粉的改进方法的需求。
发明内容
本发明的一个实施方案为用于生产包含抗α-淀粉酶组分的淀粉的方法。该方法包括提供水性的食品组合物，其中含有(i)包含至少约50％重量比直链淀粉的淀粉，(ii)水和(iii)醇。食品组合物中淀粉的浓度在约5％和约50％重量比之间，并且该食品组合物的pH在约3.5和约6.5之间，或在某些实施方案中，在约4.0和约6.5之间。在第一个加热步骤中，将食品组合物加热至约130-170℃之间的温度约0.1-3.0小时。将该组合物冷却至约4-70℃之间的温度约0.1-6.0小时。在第二个加热步骤中，将该组合物加热至约110-150℃之间的温度约0.1-10.0小时。将淀粉与大部分水和醇分离开，并且干燥。
本发明的另一个实施方案为包含抗α-淀粉酶组分的淀粉，其通过上述方法生产。
本发明的另一个实施方案为制备抗α-淀粉酶淀粉的方法，其包括在醇的水溶液中加热高直链淀粉至其凝胶化温度以上的温度，由此破坏其天然的分子结构；维持该混合物在该凝胶化温度或以上直至淀粉的分子量降至所希望的范围；以及冷却淀粉。又一个实施方案为制备抗α-淀粉酶淀粉的方法，包括用酸水溶液处理高直链淀粉以降低其分子量至所希望的范围；用碱中和该淀粉-水混合物；浓缩或干燥淀粉；将淀粉与醇混合并且加热至足以凝胶化淀粉的程度，由此破坏其天然的分子结构；以及冷却淀粉。还一个实施方案为制备抗α-淀粉酶淀粉的方法，包括在醇中在升高的温度下凝胶化高直链淀粉；和将淀粉的温度降至抗性淀粉熔点以下的一段时间足以使分子结构重构而产生α-淀粉酶抗性以及热和剪切耐受性。在每个这些实施方案中，所述方法可选择性地进一步包括从醇分离淀粉以及用高热和水分处理淀粉以产生α-淀粉酶抗性。
本发明的另一个实施方案为包含抗α-淀粉酶组分的淀粉，其特征为基本上失去其天然的晶体结构并且获得了新的晶体结构；在约5-20焦耳/克的热函具有约150℃的差示扫描量热法熔点；以及小于约每克干燥淀粉3克水的持水量。约82-90％重量比的淀粉具有小于约350,000的分子量，并且约20-35％重量比的淀粉具有小于约10,000的分子量。在某些实施方案中，淀粉具有至少约115℃或至少约130℃的峰熔化温度。在某些实施方案中，淀粉具有至少约16焦耳/克凝胶化的热，或具有大约150℃的差示扫描量热法熔点。
本发明的另一个实施方案为包含含有抗α-淀粉酶组分的淀粉的食品。该淀粉如上所述，并且当制备食品时可用作成分。上述食品具体的实例包括焙烤食品和通过挤压或通过尤其包括加热和剪切的方法生产的食品。
附图说明
图1为显示对HS-7高直链淀粉进行差示扫描量热法的结果的温度记录图。该样品包含20％干的固形物并且用50％的乙醇水溶液制备。
图2为适用于本发明方法中的HS-7天然淀粉颗粒的透射式电子显微镜照片(TEM)。
图3为利用本发明的方法制备的抗性淀粉颗粒的TEM。
图4显示根据本发明制备的，在湿热处理前和湿热处理后HS-7淀粉和抗性淀粉(来自下列实施例的样品4-1)一系列的DSC温度记录图。样品以水中35％干固形物的浓度测量。
图5显示HS-7淀粉和抗性淀粉(样品4-1)的分子量分布。
图6指示HS-7淀粉和抗性淀粉(样品4-1)关于布拉格角2θ的X射线散射强度。
具体实施方式
水性的食品组合物生产抗α-淀粉酶淀粉。该食品组合物含有(i)包含至少约50％重量比直链淀粉的淀粉，(ii)水和(iii)醇。在该方法的某些实施方案中，食品组合物中的淀粉包含至少约65％重量比的直链淀粉。用于食品组合物中的淀粉可来自各种来源，包括获自臼齿形玉米、高直链淀粉ae遗传玉米(ae为玉米繁殖者通常已知的遗传突变的名称并且为“直链淀粉补充剂(extender)”的缩写)、马铃薯、木薯淀粉、水稻、豌豆、小麦品种的高直链淀粉，以及来自这些淀粉的纯化直链淀粉，和根据国际专利申请WO00/14249生产的α-1，4葡聚糖，其在此通过引用引入本文。
化学修饰的淀粉，如羟丙基淀粉、淀粉己二酸盐、乙酰化淀粉和磷酸化淀粉也可用于本发明中以产生抗性淀粉。例如，合适的化学修饰淀粉包括但不限于，交联淀粉、乙酰化和有机酯化淀粉、羟乙基化和羟丙基化淀粉、磷酸化和无机酯化淀粉、阳离子、阴离子、非离子和两性离子淀粉以及淀粉的琥珀酸盐和取代琥珀酸盐衍生物。上述修饰在本领域中已知，例如Modified Starches：Properties and Uses，Ed.Wurzburg，CRC Press，Inc.，Florida(1986)。其他合适的修饰和方法在美国专利No.4,626,288、2,613,206和2,661,349中公开，其在此通过引用引入本文。
合适的醇包括但不限于，乙醇、甲醇和异丙醇。
食品组合物中淀粉的浓度在约5％和约50％重量比之间，优选在约5％和约40％之间，更优选在约5％和约30％之间，或在该方法的某些具体的实施方案中，在约8％和约25％重量比之间。组合物中醇和水的比例可以改变，但合适的实例可在约40％醇/60％水至约70％醇/30％水的范围。食品组合物的pH在约3.5和约6.5之间，或在某些实施方案中，在约4.0和约6.5，或约4.7和约5.3之间。
将食品组合物置于压力反应器中。在第一个加热步骤中，将食品组合物加热至约130-170℃之间的温度约0.1-3.0小时，或在某些实施方案中，在约145-160℃之间约0.5-2.0小时。不受理论束缚，认为这第一个加热步骤熔化了一些微晶，通常大多数或所有的微晶，其存在于淀粉中。
将该食品组合物随后冷却至约4-70℃之间的温度，通常从20至70℃约0.1-6.0小时，或在某些实施方案中，在约35-45℃之间约1.0-4.0小时。不受理论束缚，认为这冷却步骤促进微晶的形成并且提高组合物中抗淀粉酶淀粉的量。
第二个步骤中，将食品组合物加热至约110-150℃之间的温度约0.1-10.0小时，或在某些实施方案中，在约120-140℃之间约1.0-5.0小时，或在约130-140℃之间约1.0-5.0小时。认为这第二个步骤促进微晶的生长。
随后冷却反应器的内容物(例如至约25℃)，其现在比该方法开始时包含更高百分比的抗淀粉酶淀粉。从大部分水和醇分离淀粉。在这里“大部分”指超过50％重量比的水和醇从组合物中除去。在一些实施方案中，超过80％或甚至90％重量比的水和醇在该步骤中被除去。可通过过滤、离心、本领域技术人员已知的其他分离技术或上述方法的组合进行分离。
随后干燥淀粉。例如，盘式干燥器或闪蒸干燥器可用于从湿淀粉饼除去水分，当然也可使用其他的干燥技术。除水称为脱水，并且醇的除去称为脱溶剂。虽然这些加工步骤可能为两种独立的操作，总起来说其常常称为干燥。去除残留醇至低水平可通过用湿空气通常在大约100℃处理而完成。可选择性地磨碎干淀粉制品以降低其粒径。本领域技术人员将理解“干淀粉制品”一般不具有0％的含水量，但为了商业目的，具有认为是“干的”足够低的含水量。
选择性地，在从水和醇分离淀粉之前可依次一次或多次重复冷却步骤和第二个加热步骤。
作为另一种选择，干淀粉可进一步通过将其含水量提高至约10-40％重量比和在约90-150℃之间的温度加热约0.5-5.0小时而处理。在该方法的一些实施方案中，干淀粉的含水量增至约17-29％重量比，并且将该淀粉在约105-135℃之间的温度加热约0.5-5.0小时。
通过该方法生产的淀粉通常为非常热-稳定的和剪切-稳定的，其使得淀粉与高温和/或高剪切加工相适应。因此，该淀粉很适合用于食物应用中(如烘焙、油炸和挤压)。此外，该淀粉总膳食纤维(TDF)相对较高。该淀粉具有较低的保水性和较低的黄色指数。此外，通过差示扫描量热法(DSC)与用作该方法中起始材料的高直链淀粉相比，通过该方法生产的淀粉呈现不同的X射线结晶性特征和高熔点温度。
抗性淀粉(RS)已被分为四种不同类型：I型由对于α-淀粉酶在物理上难接近的淀粉产生(例如嵌入蛋白质或纤维基质中的淀粉，如全粒中发现的)；II型为完整、天然的淀粉颗粒如未煮过的淀粉，其具有抗消化的物理结构，但一旦蒸煮而凝胶化后为可消化的(例如马铃薯和香蕉淀粉)；III型为已蒸煮和凝胶化的、或者否则其天然结构已被破坏的淀粉，并且该淀粉分子在加工期间具有自身再结合以使该淀粉在蒸煮后为抗α-淀粉酶的；而IV型为淀粉化学修饰的结果，其干涉了α-淀粉酶的消化。
在本发明一个实施方案中的淀粉为III型抗性淀粉。其通过在醇介质中将淀粉加热至高于其凝胶化温度的温度而因此破坏其天然的分子结构。随后其分子结构通过受控的冷却和加热循环而再结合(选择性地包括在已除去醇后的湿热处理)以产生α-淀粉酶抗性。
注意当化学修饰的淀粉用作起始材料时，产物可以是IV型抗性淀粉。
单词“天然的”通常在文献中用于淀粉的描述。发明人利用单词“天然的”以指明淀粉的性质，如其存在于收获期的植物中以及经极少的物理处理或化学暴露的植物提取物中。例如，从玉米粒释放淀粉的玉米湿磨需要将谷粒浸于接近pH 4并且还包含溶于水的约1500ppmSO2气体的乳酸温水溶液中。该溶液渗透玉米粒并且SO2部分还原结合淀粉的胚乳蛋白质基质中的蛋白质，因此软化胚乳，而淀粉颗粒可在研磨谷粒时释放。由于湿磨操作用来裂开软谷粒，研磨事实上很温和，在不破坏含油胚囊下释放淀粉。研磨期间提取的淀粉颗粒的分子结构、常规形态和形状与研磨之前存在于谷粒中的淀粉事实上没有变化。
天然的淀粉常常被认为是颗粒状的，并且单词“颗粒状的”常常在文献中不定义而使用。天然的淀粉颗粒通常具有大致球状体或椭圆体的形状。其还具有包括微晶区域和非晶区域的天然分子结构。天然淀粉的微晶区域产生双折射。许多作者提及天然淀粉的结构为“颗粒结构”或淀粉处于“颗粒状态”。虽然没有标准，对颗粒淀粉的定义意见一致，其为该颗粒的大概形状，此为本专利申请的观点。本专利的发明人在球状或椭圆体形状淀粉颗粒的意义上提及和使用单词“颗粒状的”。“颗粒或颗粒状的”不意味着是指天然的或未煮过的淀粉或非-冷水溶胀淀粉。我们希望区分具有完整的天然结晶性的天然的、未煮过的淀粉和具有相似的形状但已失去大多数或所有其天然的分子结构或天然的微晶结构的其他颗粒状淀粉。非-化学修饰的和某些化学修饰的淀粉，其粘住热轧机并且从滚轧刮掉，通常具有呈现破碎和玻璃状不规则形状的颗粒并且发明人不称为这些淀粉为“颗粒状的”。
所期望的是淀粉的天然分子结构在制备本发明的抗性淀粉过程中被破坏。这样使得分子可再结合为产生α-淀粉酶抗性的有序结构。如通过在差示扫描量热计(DSC)中进行加热至200℃所示，其显示熔程(图1)，将淀粉加热至高于其凝胶化温度的约150℃，导致天然结构的去除。此外，将热淀粉保持在温和的pH条件，如pH 4.6-6.5，慢慢地降低平均分子量。降低的分子量被认为更好地允许分子再结合为抗α-淀粉酶的优选结构。
在本发明的不同实施方案中，淀粉已煮至高于其凝胶化点的温度，并且当其冷却以及分子再结合时，易于聚结为球形，有时如大的球体内部融合的颗粒。聚结的量取决于加工条件以及用于制备该抗性淀粉的淀粉种类。在本专利特定的实施方案中，可通过在重量比40％至70％醇浓度之间的水-醇溶液中加工而制备HS-7高直链淀粉以产生提高的总膳食纤维(TDF)。然而，聚结的量和得到的平均粒径取决于醇浓度和所破坏的天然分子结构的分子量。
在一个实施方案中，通过该方法生产的淀粉的约82-90％重量比具有小于350,000的分子量，并且约20-35％重量比具有小于约10,000的分子量。本发明某些具体的实施方案中，淀粉具有约100,000至约250,000、约160,000-180,000或有时约170,000的重量平均分子量。某些实施方案中，淀粉具有约250-400微米或有时约330微米的平均粒径。
在制备抗α-淀粉酶淀粉的方法的另一个实施方案中，淀粉在醇的水溶液中加热至高于其凝胶化温度的温度，由此破坏其天然的分子结构。随后将混合物维持在该温度直至淀粉的分子量降低为所希望的范围，随后在已去除醇后进行单独的受控冷却步骤以及可选择的湿热处理用以产生α-淀粉酶抗性。
在制备抗α-淀粉酶淀粉方法的另一个实施方案中，高直链淀粉用酸水溶液处理以降低其分子量至所希望的范围，并且随后该淀粉水混合物用碱中和。随后可浓缩或干燥淀粉。酸处理的淀粉随后与醇混合并且加热至凝胶化，由此破坏其天然的分子结构，随后在已去除醇后进行单独的受控冷却步骤和可选择的湿热处理用以产生α-淀粉酶抗性。
在另一实施方案中，淀粉在热醇中凝胶化，随后温度降至抗性淀粉熔点以下足以重构分子结构的一段时间以产生α-淀粉酶抗性以及热和剪切耐受性。随后将淀粉与醇和水分离，并且可选择地进行湿热处理。
通过该方法生产的淀粉可用作食品(如减少了卡路里的烘焙食品)中的膨胀剂或面粉替代品。该淀粉还可用于食品中的膳食纤维强化。淀粉可用于其中的食品的具体实例包括面包、蛋糕、小甜点、克力架、压制点心、汤、冷冻甜食、油炸食品、意大利面制品、马铃薯制品、水稻制品、玉米制品、小麦制品、乳制品、营养条、早餐谷物和饮料。
如下所述的测量方法用于随后的实施例中，并且适于结合本发明使用。
总膳食纤维，TDF为指示α-淀粉酶抗性程度的参数。用于确定TDF的方法为AOAC(Association of Official Analytical Chemists)方法985.29或991.43，并且利用来自Megazyme InternationalIreland Ltd的检测试剂盒进行。以下为TDF方法非常简要的描述。通常，在这些方法中淀粉分散在pH 8.2的MES/TRIS缓冲的水溶液中，其中已添加高温稳定的α-淀粉酶并且加热至95-100℃35分钟。样品冷却至60℃并且添加蛋白酶，处理样品30分钟。随后将该溶液改变至pH 4.1-4.8并且添加葡糖淀粉酶至该溶液。60℃酶处理30分钟后通过添加95％的醇沉淀膳食纤维。将沉淀物收集在Celite涂布的坩埚上并且干燥过夜。通过重量分析测量干沉淀物的重量，并且根据最初的淀粉干重计算百分比TDF，所以TDF为折干计算值。
由Englyst(Eur.J Clinical Nut.1992)，46，(Suppl.2)，S33-S50)定义的抗性淀粉为淀粉量的度量，该淀粉在37℃处理两小时后抗猪胰酶α-淀粉酶的水解。结果以最初的干淀粉重量百分比给出。
通过测量碘吸收后给予所溶解淀粉的蓝色强度的分光光度法测定而确定淀粉中的直链淀粉百分比。
采用以调制方式运行的调制差示扫描量热计TA Instruments DSCQ1000测量熔化温度以及淀粉结构的热函。
采用粉末X射线分析确定天然淀粉中和抗α-淀粉酶淀粉重组的分子结构中不同晶体结构的类型和量。
平均分子量为分子结构重要的描述性量度。测量在FraunhoferInstitut für Angewandte Polymerforschung，Golm，Germany进行。摩尔量的测定：
溶液的制备
样品溶于0.5％浓度的DMSO中并且在室温下搅拌24小时以及在95℃搅拌24小时。用5μm的膜过滤溶液。100μl溶液注射入GPC-MALLS仪器。
GPC-MALLS
通过GPC-MALLS测定淀粉的重均和数均摩尔质量，Mw和Mn，以及摩尔质量分布，MMD。GPC系统由600MS泵模块、717自动注射器、柱室、折光检测器410(均为Waters Corp.)和配备S2流通池的MALLS检测器Dawn-F-DSP激光光度计(Wyatt Technology，Santa Barbara)以及在λ0＝488nm处运行的Ar-离子激光器组成。在来自24至157°的18个角度可以进行散射光的检测(但仅在来自35.5至143.4°的15个角度测量)。用包含0.09m NaNO3的DMSO以0.5mL·min-1的流速以及60℃的温度进行样品的洗脱。MALLS检测器与折光率检测器(DRI)串联连接。在来自PSS Mainz，Germany的20μm SUPREMA凝胶柱上进行分离。装置由具有108-106(S30000)，2·106-5·104(S1000)，105-103(S100)排阻范围的三个柱和预置柱组成。
用DRI-检测器测量RI-色谱图。从色谱图部分的高度计算该部分中样品的浓度。为了该目的样品的dn/dc必须已知并且RI检测器的校准常数必须确定。整个色谱图下的面积对应多糖的回收质量。此为从柱洗脱的质量。
除对色谱图每部分的测量之外，用MALLS-检测器在15个角度测量光的散射强度。聚合物的散射强度与摩尔质量和浓度成正比。这意味着两种检测器DRI和MALLS的结果结合用于摩尔质量分布的计算。
洗脱运行期间收集来自DRI和MALLS检测器的数据并且用ASTRA软件4.70.07评估以从色谱图的每个部分得到摩尔质量Mi和回转半径Rgi。根据这些Mi和Rgi数据计算摩尔质量和回转半径的重均值和数均值。
HPSEC-MALLS的描述由Wyatt给出(Wyatt.Ph.J.Anal.Chim.Acta，1993，272，1-40)。
在干粉系统中在Beckman Coulter激光分析器，LS13 320型上测定粒径。
用Hunter Lab ColorFlex仪器测量颜色并且表示为黄色指数，ASTM E313。
面粉或淀粉的水结合力为涉及生面团的流变学和烘焙特征的功能参数。使用的检测为American Association of Cereal Chemists AACC53-10和53-11。结果表示为每克淀粉持有的水的克数。这些方法测量淀粉的碱性水(碳酸氢钠或碳酸钠的溶液)持水能力。碱性水持有能力为离心后淀粉持有的碱性水(溶剂)重量。其表示为在14％温度基础上每一面粉重量持有的水重量比率。持有的碱性水与烤饼涂布有负性相关的关系。
实施例1
按表1所示比例制备含有高直链淀粉(HS-7种类4200，HonenStarch Co.)(测量为71％的直链淀粉、水和变性乙醇)的浆液。通过将市售乙醇(其包含5％体积的水)与甲醇以每100加仑乙醇五加仑甲醇的比例混合而制备变性的乙醇。表1中给出的醇浓度指醇/水混合物中的浓度，包括存在于淀粉中的水分(即，排除淀粉中的干固形物)。对于每个实验，制备1400g批量的浆液并且置于配备连接至高压蒸汽源的内加热螺旋的2夸脱高压搅拌的高压锅中。密封高压锅，用氮净化并且加热至所需的温度。将所需的温度维持表1中显示的时间(首先“温度1”对“时间1”，然后“温度2”对“时间2”，且随后“温度3”对“时间3”)并且随后冷却样品至85℃。利用反应器中的浸入支架移去产物并且置于配备机械搅拌器的3-颈圆底烧瓶中，该瓶置于设置在85℃的水浴中。85℃搅拌1小时后，关掉水浴并且允许样品自然过夜冷却至约30℃。过滤浆液并且用500g 100％变性乙醇洗涤。产物在托盘上在室温过夜风干。
表1的数据表明在少的淀粉固形物以及利用“温度2”和“温度3”柱中所示的成核和增殖步骤获得改进的膳食纤维水平。另外，如图4所示，与天然的HS-7淀粉相比已引入接近150℃的强DSC熔点或已提高其热函。
对于1-1和1-2这两个实验，在所述方法中加入在醇水溶液中的退火步骤。来自上述方法的滤渣在醇和水中重新成浆从而获得含11％淀粉固形物的70/30重量比的醇/水。浆液在如上所述高压搅拌的高压锅中再次加热至170℃45分钟。快速冷却至室温后，移去产物，过滤并且用100％变性的乙醇洗涤且干燥。该额外的退火步骤没有改进膳食纤维水平或DSC熔化温度。
表2显示另外包括湿热处理的实验，其中作为后序醇蒸煮处理，当在120℃加热两小时时淀粉的水含量达到25％。当样品2-1的水含量提高至25％并且其随后加热至120℃2小时以及随后在50℃干燥至5％的水分时，膳食纤维含量从36％提高到43％。甚至根据醇蒸煮的不同，在样品2-2至2-6中发现TDF更好的改善。样品2-2呈现75％的TDF。
实施例2
利用中试车间中制备的非-湿热处理的抗性淀粉研究湿热处理的优化，表3。利用与实施例1中大致相同的方法制备材料，但用100加仑压力的反应器和70lb的批量。样品2-6在Western States篮式离心机中脱水。随后该材料利用Proctor-Schwartz盘式干燥器干燥并且脱溶剂至约5％的水分并且磨碎。大约30克干材料的样品在烧杯中与水掺和以达到水分含量的范围。润湿的材料密封在试管中并且在一定的温度变化范围内在烘箱中加热1至2小时。样品在试管中时冷却，并且随后移去样品，干燥并且研磨，测量TDF。结果以回归方程分析并且找到湿热的最佳区域。对于样品2-6，最好的区域为约25％的水分和121℃。在更好的条件下TDF从醇加工后的41％提高至湿热处理后的约65％。
实施例3
利用与实施例1中大致相同的方法进行中试试验，但用100加仑的压力反应器和70lb的批量。反应器的条件如下面的表4中所示。样品4-1(和样品2-6一样)在Western States篮式离心机中脱水。随后利用Proctor-Schwartz盘式干燥器将材料干燥和脱溶剂并且在Littleford DVT-130混合器中热处理。样品4-2利用如样品4-1相同的设备制备，但是利用闪蒸干燥器干燥并且利用松香(Rosin)流化剂以使淀粉去溶剂化。
图2为用作起始材料的HS-7天然淀粉颗粒的透射式电子显微镜照片(TEM)。图3为样品4-1产物的TEM。图3的样品4-1的颗粒形态表明图2中所见到的天然颗粒结构被高度破坏，即使不完全破坏。图4的DSC温度记录图表明醇加工后以及湿热处理前的样品4-1在70-100℃范围失去吸热并且获得在大约110℃的吸热以及约150℃的非常大的吸热。湿热处理后吸热存在几度向更高温度的小的移位。在图5中举例说明天然HS-7淀粉和样品4-1抗性淀粉的分子量分布。HS-7的重量平均分子量为约4,000,000。样品4-1中淀粉的重量平均分子量为约170,000，或约95％的降低。HS-7天然颗粒为双折射的并且在偏振光显微镜中显示马耳他十字形。抗性淀粉颗粒(样品4-1)为双折射的并且在偏振光显微镜中“发光”，但其没有显示特有的马耳他十字形。这些结果表明HS-7淀粉为部分结晶的并且其组织成为球晶。抗性淀粉无马耳他十字形的双折射表明该物质为部分结晶的而不组织成为球晶。图6显示了HS-7淀粉和样品4-1的X线散射强度。HS-7具有B型结晶性。样品4-1具有B型和V无水结晶性。看图6很明显的是HS-7和样品4-1的晶体结构之间存在差异。而且，样品4-1为部分结晶的。HS-7的平均粒径为约10微米并且样品4-1抗性淀粉的平均粒径为380微米。
                                                               表1
                                                    凝胶化/结晶步骤   DSC
样品   ％固形物 ％醇   温度1(℃)     时间1(min)    温度2(℃)     时间2(min)   温度3(℃)     时间3(min)   ％TDF 湿热步骤 峰℃ 热函(J/g)
1-1 8 50 150 60 NA NA NA NA 31.8   170℃45分钟70％醇 161 9.2
1-2 8 25 150 60 NA NA NA NA 15.6   170℃45分钟70％醇 149 3.2
1-3 8 50 160 60 100 120 NA NA 35 无   122163   2.21.0
1-4 8 50 150 60 100 90 150 60 32.2 无   115152   1.39
1-5 8 50 150 60 120 180 NA NA 31.3 无   123153   0.477.6
1-6 15 50 150 60 85 90 150 60 29.6 无   115152   1.69.9
1-7 15 40 150 60 85 90 150 60 20 无   118163   1.35.3
  1-8   15   30   144     60    85     90   145     60   24   无   147   7.2
1-9 8 50 150 60 85 90 150 60 37.6 无   111157   3.55.7
  1-10   8   50   150     60    85     150   140     90   39.7   无   155   7.1
  1-11   8   60   150     60    85     90   140     60   39.5   无   130   8.0
1-12 8 50 160 60 85 180 140 180 26.6 无   106118148   1.82.83.4
                                                                         表2湿热处理的评估
                                                       凝胶化/结晶步骤     DSC
  样品     ％固形物     ％醇     温度1(℃)     时间1(min)    温度2(℃)     时间2(min)     温度3(℃)     时间3(min)   ％TDF 湿热步骤 峰℃     热函(J/g)
  2-1     15     50     150     60    85     90     150     60   36.1   25％水120℃2小时43％TDF     156     12.1
  2-2     8     50     150     60    40     120     140     180   50.7   25％水120℃2小时75％TDF     153     9.7
  2-3     8     50     150     15    85     180     140     180   44   25％水120℃2小时57％TDF     153     16
  2-4     8     50     150     60    40     120     140     180   37   25％水120℃2小时59％TDF     151     7.9
  2-5     8     50     150     15    40     120     140     180   40   25％水120℃2小时60％TDF     151     19.9
  2-6     8     50     150     60    40     120     140     300   38   25％水120℃1.5小时50％TDF     113151     5.32.4
                       表3湿热处理对％TDF的作用以及用样品2-6抗性淀粉检测的持水量(最初的TDF为41.0％)
  样品     ％水     温度(℃)   时间(小时)     TDF％     持水量
  3-1     15     200   1.5     44.4     1.63
  3-2     15     121   1     45.9     1.48
  3-3     15     121   2     46.0     1.44
  3-4     15     149   1.5     54.3     1.27
  3-5     25     93   1     50.3     1.48
  3-6     25     93   2     55.1     1.50
  3-7     25     121   1.5     66.5     N/A
  3-8     25     121   1.5     60.0     1.40
  3-9     25     121   1.5     72.0     N/A
  3-10     25     121   1.5     72.0     N/A
  3-11     25     121   1.5     68.0     N/A
  3-12     25     121   1.5     60.0     N/A
  3-13     25     121   2     64.6     1.49
  3-14     25     149   1     59.2     1.25
  3-15     25     149   2     46.3     1.17
  3-16     35     93   1.5     58.0     1.77
  3-17     35     121   1     53.5     1.59
  3-18     35     121   2     58.5     1.49
  3-19     35     149   1.5     38.1     1.41
  3-20     35     115.5   1.5     56.9     1.59
  3-21     20     115.5   1.5     55.4     1.40
  3-22     20     137.8   1.5     66.0     1.29
  3-23     27.5     93   1.5     43.2     1.44
  3-24     35     137.8   1.5     39.3     1.44
  3-25     27.5     137.8   1.5     48.7     1.41
  3-26     35     137.8   1.5     54.8     1.39
  3-27     35     93   1.5     46.0     1.43
  3-28     35     93   1.5     50.5     1.62
  3-29     20     93   1.5     53.3     1.63
  3-30     27.5     115.5   1.5     67.7     1.50
  3-31     20     93   1.5     55.0     1.42
  3-32     19     130   1     56.0     N/A
  3-33研磨测试     25     121   1.5     55.1     N/A
N/A＝未获得
                                                  表4实施例中所用的产物
                                      凝胶化/结晶步骤     DSC
  样品   ％固形物 ％醇   温度1(℃)   时间1(分钟)   温度2(℃)   时间2(分钟)   温变3(℃)   时间3(分钟) ％TDF 湿热步骤 峰℃     热函(J/g)
  4-1   8     50   150   60   40   120   140   300   53     23％水121℃1.5小时64％TDF   151     18.75
  4-2   8     50   150   60   40   120   140   300   43     27％水121℃1.5小时70％TDF   150     12.55
  4-3   8     50   150   60   40   120   140   300   41     28％水121℃1.5小时63％TDF   150     8.6
实施例4
本发明某些抗性淀粉产品的分析显示以下范围的特征。粒径范围在约100-700微米之间，更常见在约150-650微米之间。平均粒径范围在约250-400微米之间，并且在有些情况下为约330微米。应当指出这是在任何产物磨碎之前的。粉末密度为约50-60磅/立方英尺(填充容积密度)，或有时为约54。
抗性淀粉产品在约5-15J/g的热函，有时在10J/g时大致呈现约150℃的DSC熔点。此外，在有些情况下抗性淀粉产品在约1-9J/g的热函，有时在4.8J/g时呈现约108℃的DSC熔点。
抗性淀粉样品的持水量通常小于约每克干燥淀粉3克水，并且多数情况下在每克干燥淀粉1.3-1.9克水的范围。黄色指数(YI)在约11-32的范围，并且有时在约13-27，或约15-23之间。平均YI色为约19。
TDF大于约50％。有时，TDF为约50-70％，约55-70％或约60-70％。Englyst抗性淀粉值在约28-65的范围，并且有时为约35-50，平均约43。
实施例5
用AACC 53-10的50％面粉替代糕点烘焙检测评估样品4-3的性能。将样品4-3抗性淀粉磨碎并且筛选通过US Mesh 100筛网并且收集在USMesh 200筛网上，细粉流过US Mesh 200筛网。
根据AOAC 991.43方法，烘焙之前成分中存在50.5％的纤维，并且糕点烘焙后，材料的100％-111％计算为纤维。数据在表5A、5B和5C中给出。
抗性淀粉的存在比对照提高了糕点大小。对照(100％ConAgra WhiteSpray Pastry Flour)的糕点高度大于包含抗性淀粉的糕点。另外，糕点展幅(宽度)对于对照较小而对于抗性淀粉制品较大。更大的展幅和减小的高度是由于抗性淀粉的低持水性质并且表明抗性淀粉在烘焙加工期间没有水合或部分凝胶化，而是维持相对不变。如果抗性淀粉在烘焙期间改变，其可能增强结晶性质并且生产比预期更高的总膳食纤维。
                                表5A
    糕点形式“为”     糕点形式无水分/脂
    对照     检测     对照     检测
成分     ％     ％     ％     ％
脱脂干奶     0.47     0.47     0.72     0.71
盐     0.58     0.58     0.90     0.89
苏打     0.47     0.47     0.72     0.71
细颗粒糖     19.67     19.67     30.39     29.83
脂     18.73     18.73     0.00     0.00
高果糖玉米糖浆(42％果糖)     0.70     0.70     0.76     0.75
碳酸氢铵     0.24     0.24     0.36     0.36
面粉(Conagra White SprayPastry Flour)     47.57     23.46     66.14     32.02
抗性淀粉     0.00     24.11     0.00     34.73
水     11.57     11.57     0.00     0.00
                       表5B
    对照     检测
糕点％TDF无脂和水分     3.18     21.09
面粉烘焙前对TDF的贡献     0     0
抗性淀粉(样品4-3)烘焙前对TDF的贡献     0     17.54
面粉烘焙后对TDF的贡献     3.18     1.59
抗性淀粉(样品4-3)烘焙后对TDF的贡献     0     19.5
烘焙时抗性淀粉(样品4-3)TDF％的获得     11
                            表5C糕点性能
糕点  宽度(4个糕点的平均值)     高度
所有面粉对照  7.28cm     1.25cm
用样品2-1替换50％的面粉  8.19cm     1.08cm
实施例6
大致如实施例2中所述在中试车间按照表4中样品4-3的参数制备抗性淀粉。湿热处理和干燥后磨碎并且筛分通过US 60筛网。筛选的产物为51.9％的TDF。利用Leistritz ZSE-18/HP挤压机挤出25％的抗性淀粉和75％的玉米粉的掺合物。挤出后湿的挤出物在对流烘箱中用热气流在250干燥30分钟至约1-2％的水分。挤出试验表明约80-85％的TDF与严格的加工后保留的抗性淀粉有关，证实其基本上为抗热和抗剪切的(参见表6)。
                                      表6挤出测试数据
  玉米粗粉对照     测试1     测试2     测试3
挤压机中的水分，％   18     18     25     21
模压力，PSI   1236     1370     567     822
产物温度，℃   150     156     147     158
KW/Kg   0.084     0.110     0.120     0.142
TDF，％   3.6     12.8     12.2     12.6
抗性淀粉稳定性％     84     79     83
实施例7
在玉米饼薄片组合物中检测抗性淀粉的稳定性。抗性淀粉(样品4-1)，69％的TDF，替代25％的白色玉米粗粉。获得样品4-1并且在实验室装置中在121℃25％的水分下湿热处理90分钟用于该检测。根据其说明书，白色玉米粗粉的TDF为8.0％。表7显示玉米饼掺合物的干混和成份。该掺合物与水混合以制备生面团，其用Rondo可逆压面机切片以制备扁平切片。如表8所述切割、烘焙并且油炸切出的切片。油炸的切片用石油醚脱脂随后测量其TDF。以无脂肪和水分为基础给出TDF的结果和分析。表8显示与最初的成分和制备的食品的TDF比较的TDF分析和计算。制备薄片的加工期间，玉米粗粉和抗性淀粉的TDF均提高。计算显示抗性淀粉的TDF提高25％，因此抗性淀粉在烘焙和油炸后呈现为86％的TDF。通过该方法制备的抗性淀粉在该应用中稳定，并且可获得该应用的烘焙/油炸中的TDF。
                            表7用于制备玉米饼薄片的干混合物的组合物
成分     对照％   测试(用抗性淀粉样品4-1替换25％的玉米粗粉)，％
白色玉米粗粉，Azeta Milling Co.     93.1   69.83
X-PAND’R淀粉，A.E.StaleyManufacturing Co.     4.9   4.9
抗性淀粉(样品4-1)     0   23.27
盐     1   1
玉米油     0.5   0.5
Centrolex F Lecithin，Central Soya Co.     0.5   0.5
                               表8玉米饼薄片组合物和油炸/烘焙结果
成分     对照     测试用样品4-1替代25％的玉米粗粉
表7的干混合物     300克     300克
添加水用于切片     250克     250克
生面团水分％     46-48     46-48
生面团特征     粘的，分层良好     湿的，不粘
烘焙     450，1.5分钟     450，1.5分钟
油炸前预期的水分，％     15-25     15-25
油炸参数     345-350，35-40秒     345-350，35-40秒
烘焙和油炸后的脂，％     22.6     23.7
脱脂薄片的TDF％     10.2     27.7
烘焙和油炸前玉米粗粉提供的TDF％     7.4     5.6
烘焙和油炸前样品4-1提供的TDF％     0     16.0
来自玉米粗粉的TDF增加的百分比     38     N/A
以无脂和水为基础烘焙和油炸后组分提供给玉米饼的计算的％TDF     10.2(测量的)     7.7来自玉米masa20来自样品4-1(存在差异)
来自抗性淀粉样品4-1的TDF增加的百分比     N/A     25
之前本发明具体实施方案的描述并不试图成为本发明每个可能的实施方案的列举。本领域技术人员将意识到其他的实施方案将在下列权利要求的范围内。

Claims (62)

1.用于生产包含抗α-淀粉酶组分的淀粉的方法，包括：
(a)提供水性的食品组合物，其包括(i)包含至少约50％重量比的直链淀粉的淀粉，(ii)水，和(iii)醇，其中该食品组合物中淀粉的浓度在约5％和约50％重量比之间，并且其中该食品组合物的pH在约3.5和约6.5之间；
(b)在第一个加热步骤中将该食品组合物加热至约130-170℃之间的温度约0.1-3.0小时；
(c)将该食品组合物冷却至约4-70℃之间的温度约0.1-6.0小时；
(d)在第二个加热步骤中将该食品组合物加热至约110-150℃之间的温度约0.1-10.0小时；
(e)将淀粉与大部分水和醇分离；和
(f)干燥淀粉。
2.权利要求1的方法，其中步骤(a)的食品组合物中淀粉的浓度在约8％和约25％重量比之间。
3.权利要求1的方法，其中步骤(a)的食品组合物中淀粉的pH在约4.7和约5.3之间。
4.权利要求1的方法，其中：在步骤(b)中将食品组合物加热至约145-160℃之间的温度约0.5-2.0小时；在步骤(c)中将食品组合物冷却至约35-45℃之间的温度约1.0-4.0小时；以及在步骤(d)中将食品组合物加热至约120-140℃之间的温度约1.0-5.0小时。
5.权利要求1的方法，其中在步骤(d)中将食品组合物加热至约130-140℃之间的温度约1.0-5.0小时。
6.权利要求1的方法，其中食品组合物中的淀粉包含至少约65％重量比的直链淀粉。
7.权利要求1的方法，其中将步骤(c)和(d)在步骤(e)之前至少重复一次。
8.权利要求1的方法，进一步包括将干燥淀粉的含水量提高至约10-40％重量比并且在约90-150℃之间的温度加热该淀粉约0.5-5.0小时。
9.权利要求8的方法，其中干燥淀粉的含水量提高至约17-29％重量比并且该淀粉在约105-135℃之间的温度加热约0.5-5.0小时。
10.权利要求1的方法，其中步骤(e)中的分离通过过滤或离心的至少一种进行。
11.权利要求1的方法，其中通过该方法生产的淀粉的约82-90％重量比具有小于约350,000的分子量，并且约20-35％重量比的淀粉具有小于约10,000的分子量。
12.包含抗α-淀粉酶组分的淀粉，通过以下步骤生产：
(a)提供水相的食品组合物，其包括(i)包含至少约50％重量比的直链淀粉的淀粉，(ii)水，和(iii)醇，其中该食品组合物中淀粉的浓度在约5％和约50％重量比之间，并且其中该食品组合物的pH在约3.5和约6.5之间；
(b)在第一个加热步骤中将该食品组合物加热至约130-170℃之间的温度约0.1-3.0小时；
(c)将该食品组合物冷却至约4-70℃之间的温度约0.1-6.0小时；
(d)在第二个加热步骤中将该食品组合物加热至约110-150℃之间的温度约0.1-10.0小时；
(e)将淀粉与大部分水和醇分离；和
(f)干燥淀粉。
13.权利要求12的淀粉，其中在步骤(a)的食品组合物中淀粉的浓度在约8％和约25％重量比之间。
14.权利要求12的淀粉，其中在步骤(a)中食品组合物的pH在约4.7和约5.3之间。
15.权利要求12的淀粉，其中：在步骤(b)中将食品组合物加热至约145-160℃之间的温度约0.5-2.0小时；在步骤(c)中将食品组合物冷却至约35-45℃之间的温度约1.0-4.0小时；以及在步骤(d)中将食品组合物加热至约120-140℃之间的温度约1.0-5.0小时。
16.权利要求12的淀粉，其中在步骤(d)中将食品组合物加热至约130-140℃之间的温度约1.0-5.0小时。
17.权利要求12的淀粉，其中食品组合物中的淀粉包含至少约65％重量比的直链淀粉。
18.权利要求12的淀粉，其中将步骤(c)和(d)在步骤(e)之前至少重复一次。
19.权利要求12的淀粉，进一步包括将干燥淀粉的含水量提高至约10-40％重量比和在约90-150℃之间的温度加热该淀粉约0.5-5.0小时。
20.权利要求19的淀粉，其中干燥淀粉的含水量提高至约17-29％重量比并且该淀粉在约105-135℃之间的温度加热约0.5-5.0小时。
21.权利要求12的淀粉，其中步骤(e)中的分离通过过滤或离心的至少一种进行。
22.权利要求12的淀粉，其中通过该方法生产的淀粉的约82-90％重量比具有小于约350,000的分子量，并且约20-35％重量比的淀粉具有小于约10,000的分子量。
23.一种食品，其中含有包含抗α-淀粉酶组分的淀粉，该淀粉通过以下步骤生产：
(a)提供水相的食品组合物，其包括(i)包含至少约50％重量比的直链淀粉的淀粉，(ii)水，和(iii)醇，其中该食品组合物中淀粉的浓度在约5％和约50％重量比之间，并且其中该食品组合物的pH在约3.5和约6.5之间；
(b)在第一个加热步骤中将该食品组合物加热至约130-170℃之间的温度约0.1-3.0小时；
(c)将该食品组合物冷却至约4-70℃之间的温度约0.1-6.0小时；
(d)在第二个加热步骤中将该食品组合物加热至约110-150℃之间的温度约0.1-10.0小时；
(e)将淀粉与大部分水和醇分离；和
(f)干燥淀粉。
24.权利要求23的食品，其中在步骤(a)的食品组合物中淀粉的浓度在约8％和约25％重量比之间。
25.权利要求23的食品，其中在步骤(a)中食品组合物的pH在约4.7和约5.3之间。
26.权利要求23的食品，其中：在步骤(b)中将食品组合物加热至约145-160℃之间的温度约0.5-2.0小时；在步骤(c)中将食品组合物冷却至约35-45℃之间的温度约1.0-4.0小时；以及在步骤(d)中将食品组合物加热至约120-140℃之间的温度约1.0-5.0小时。
27.权利要求23的食品，其中在步骤(d)中将食品组合物加热至约130-140℃之间的温度约1.0-5.0小时。
28.权利要求23的食品，其中食品组合物中的淀粉包含至少约65％重量比的直链淀粉。
29.权利要求23的食品，其中将步骤(c)和(d)在步骤(e)之前至少重复一次。
30.权利要求23的食品，进一步包括将干燥淀粉的含水量提高至约10-40％重量比并且在约90-150℃之间的温度加热该淀粉约0.5-5.0小时。
31.权利要求30的食品，其中干燥淀粉的含水量提高至约17-29％重量比并且该淀粉在约105-135℃之间的温度加热约0.5-5.0小时。
32.权利要求23的食品，其中步骤(e)中的分离通过过滤或离心的至少一种进行。
33.权利要求23的食品，其中通过该方法生产的淀粉的约82-90％重量比具有小于约350,000的分子量，并且约20-35％重量比的淀粉具有小于约10,000的分子量。
34.包含抗α-淀粉酶组分的淀粉，特征为具有：基本上失去其天然的晶体结构；在约5-20焦耳/克的热函时约150℃的差示扫描量热法熔点；小于每克干淀粉约3克水的持水量；其中约82-90％重量比的淀粉具有小于约350,000的分子量，并且约20-35％重量比的淀粉具有小于约10,000的分子量。
35.权利要求34的淀粉，其中该淀粉具有至少约115℃的峰熔化温度。
36.权利要求35的淀粉，其中该淀粉具有至少约130℃的峰熔化温度。
37.权利要求34的淀粉，其中该淀粉具有至少约16焦耳/克的凝胶化热。
38.权利要求34的淀粉，其中该淀粉具有约150℃的差示扫描量热法熔点。
39.权利要求34的淀粉，其中该淀粉具有约100,000-250,000的重均分子量。
40.权利要求39的淀粉，其中该淀粉具有约170,000的重均分子量。
41.权利要求34的淀粉，其中该淀粉具有约250-400微米的平均粒径。
42.权利要求41的淀粉，其中该淀粉具有约330微米的平均粒径。
43.权利要求34的淀粉，其中该淀粉具有在约10焦耳/克的热函下约150℃的差示扫描量热法熔点。
44.权利要求34的淀粉，其中该淀粉还具有在约1-9焦耳/克的热函下约108℃的差示扫描量热法熔点。
45.权利要求44的淀粉，其中该淀粉在约4.8焦耳/克的热函下具有约108℃的差示扫描量热法熔点。
46.权利要求34的淀粉，其中该淀粉具有每克干淀粉约1.3-1.9克水的持水量。
47.权利要求34的淀粉，其中该淀粉具有约11-32的黄色指数(ASTME313)。
48.权利要求47的淀粉，其中该淀粉具有约13-27的黄色指数(ASTME313)。
49.权利要求48的淀粉，其中该淀粉具有约15-23的黄色指数(ASTME313)。
50.权利要求49的淀粉，其中该淀粉具有约19的黄色指数(ASTME313)。
51.权利要求34的淀粉，其中淀粉的总膳食纤维含量为至少约50％。
52.权利要求51的淀粉，其中该淀粉的总膳食纤维含量为约55-70％。
53.权利要求52的淀粉，其中该淀粉的总膳食纤维含量为约60-70％。
54.权利要求34的淀粉，其中该淀粉具有约28-65的Englyst抗性淀粉值。。
55.权利要求54的淀粉，其中该淀粉具有约35-50的Englyst抗性淀粉值。
56.权利要求55的淀粉，其中该淀粉具有约43的Englyst抗性淀粉值。
57.制备抗α-淀粉酶淀粉的方法，包括：在醇水溶液中加热高直链淀粉至高于其凝胶化温度的温度，由此破坏其天然的分子结构；在凝胶化温度或高于凝胶化温度维持该混合物直至淀粉的分子量降低为所希望的范围；并且冷却淀粉。
58.权利要求57的方法，进一步包括从醇分离淀粉并且用升高的热和水分处理该淀粉以产生α-淀粉酶抗性。
59.制备抗α-淀粉酶淀粉的方法，包括：用酸的水溶液处理高直链淀粉以降低其分子量至所希望的范围；用碱中和该淀粉-水混合物；浓缩或干燥淀粉；将淀粉与醇混合并且加热至足以凝胶化该淀粉的程度，由此破坏其天然的分子结构；并且冷却淀粉。
60.权利要求59的方法，进一步包括从醇分离淀粉并且用升高的热和水分处理淀粉以产生α-淀粉酶抗性。
61.制备抗α-淀粉酶淀粉的方法，包括：在醇中在升高的温度下凝胶化高直链淀粉；并且将淀粉的温度降至在抗性淀粉熔点以下的一段时间足以重构分子结构而产生α-淀粉酶抗性以及热和剪切耐受性。
62.权利要求61的方法，进一步包括将淀粉与醇分离并且用升高的热和水分处理淀粉以产生α-淀粉酶抗性。
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