具有可控酶消化性的淀粉球晶的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關申請 本申請是在2013年11月20日存檔的國際申請專利編號為PCT/US13/70968的專利申 請延續部分，宣布了在2012年11月20日存檔并通過引用注冊的編號為61/728, 513的美 國臨時專利申請的權益。相關文件均已參考的方式引入本文。
技術領域
[0002] 本發明大體針對一種酶脫支，熔化和結晶從而產生由線性α -1，4-連接的葡聚糖 (例如，短鏈直鏈淀粉，SCA)形成的具有可控酶消化性的球晶制備工藝。線性α-1，4_連接 的葡聚糖可以通過淀粉脫支，加熱，隨后冷卻和結晶以獲得完整的球晶。
【背景技術】
[0003] 球晶是許多由熔體結晶而成的聚合物的重要結構特點。淀粉基球晶可通過冷卻 預熱的淀粉懸浮液，在不干擾的情況下來獲得。球晶的整體形態是依賴于淀粉的來源，直 鏈淀粉含量，以及結晶條件，如加熱溫度，起始原料的濃度，冷卻速度，和結晶溫度。相對于 普通和蠟質淀粉，高直鏈淀粉易形成具有雙折射的球晶結構。球晶可在寬范圍的冷卻速 率（1-250°C /分鐘）下形成，前提條件是直鏈淀粉溶液（10%至20%，重量/重量）預熱到 大于170°C。球晶晶體的尺寸和結構特征與原淀粉顆粒的核心區域臍相一致，因此已經被 提出可作為體內淀粉顆粒的初始狀態的模型；然而，在這些研究中，直鏈淀粉是通過水浸 提法從顆粒淀粉中分離出去，而且球晶的制備是在差示掃描量熱法（DSC)盤中。樣品的量 太小了，不足以進行消化研究。
[0004] 從酸水解馬鈴薯淀粉溶液中形成球晶早有記載。Helbert等人，Morphological and structural features of amylose spherocrystals of A-type. Intern. J. Biol. Macromol. 1993，15，183-187,通過混合乙醇與低分子量直鏈淀粉的熱水溶液，接著緩慢 冷卻至4°C來制備球晶。所得產物的直徑為ΙΟμπι，并具有一個A型的X射線衍射圖案。 與此相反，具有B型晶體和10-15 μπι大小的球晶是由直接冷卻5-20% w / w的酸水解馬 鈴薯淀粉水溶液至 2°C形成的，Ring et al.，Spherulitic crystallization of short chain amylose. Intern. J. Biol. Macromol. 1987，9，158-160·。因為 A-和 B 型直鏈 淀粉球晶與天然淀粉顆粒的形態和結晶類型相似，它們被作為模型用來系統研究淀粉微晶 的酉每水角軍。Planchot等人Enzymatic hydrolysis of a-glucan crystallites. Carbohydr. Res. 1997，298，319-326，和 Williamson 等人，Enzymatic hydrolysis of a-glucan crystallites. Carbohydr. Res. 1997，298，319-326。這些人用來制備球晶的材料是通 過鹽酸水解原淀粉制得的。酸處理過程中，因為需要水洗去除水溶性產物，并回收耐酸的 產物，大量淀粉損耗了.該產品還應該含有分支點。
【發明內容】
[0005] 根據本發明的實施方案，本發明提供了一種生產含α -1，4-連接的葡聚糖球晶的 方法。該方法包括了提供含支淀粉的淀粉。該淀粉用一種或多種酶脫支，從而產生具有大 于50%的基于總淀粉重量的α -1，4-連接的葡聚糖的淀粉混合物。該淀粉混合物加熱到高 于其所含淀粉的熔點溫度。淀粉混合物冷卻至約〇°C到約75°C的溫度下，從而形成球晶。
[0006] 根據本發明的另一個實施方案，本發明提供了含α -1，4-連接的葡聚糖的球晶。 在具體實施方案中，球晶含有大于90 %重量的α-1，4-連接的葡聚糖。在其他實施方案 中，所述球晶具有約1到約25 μ m的平均粒徑。根據本發明的又一實施方案，本發明提供了 一種食物產品，該食品含有這里所描述的本發明的任何實施方案中的球晶。根據本發明的 另一實施方案，提供了一種藥物或營養品組合物含有這里所描述的本發明的任何實施方案 中的球晶。根據本發明的另一實施方案，提供了一種控釋配方含有這里所描述的本發明的 任何實施方案中的球晶。
【附圖說明】
[0007] 圖1顯示了通過加熱在0. 06%乙酸鈉 ，pH 4的脫支錯質玉米淀粉（25% w / w)至 180°C及在不同的結晶溫度下產生的短鏈直鏈淀粉球晶的分子量大小分布。
[0008] 圖2包含了通過加熱脫支蠟質玉米淀粉（25% w/ w)至180°C，并在不同的溫度下 結晶：A和B，4°C ; C和D，25°C ; E和F，50°C形成的短鏈直鏈淀粉球晶的顯微圖像。圖3 包含了通過加熱脫支蠟質玉米淀粉（25% w/ w)至180°C，并在不同的溫度下結晶：A和B， 4°C ; C和D，25°C ; E和F，50°C形成的短鏈直鏈淀粉球晶的掃描電鏡圖像。
[0009] 圖4顯示出了通過加熱脫支錯質玉米淀粉（25% w/ w)至180°C，并在不同的溫度 下結晶形成的短鏈直鏈淀粉球晶的廣角X-ray衍射圖。
[0010] 圖5顯示出了通過加熱脫支錯質玉米淀粉（25% w/ w)至180°C，并在不同的溫度 下結晶形成的短鏈直鏈淀粉球晶的由差示掃描量熱法測定的熱力學性質。
[0011] 圖6 (A)通過加熱脫支錯質玉米淀粉（25% w/ w)至180°C，并在不同的溫度下結 晶形成的短鏈直鏈淀粉球晶及（B)其消化殘留物的體外消化曲線。
[0012] 圖7顯示出了通過加熱脫支錯質玉米淀粉（25% w/ w)至180°C，并在不同的溫度 下A和B，4°C;C和D，25°C ; E和F，50°C ;結晶形成的短鏈直鏈淀粉球晶的消化殘留物的 顯微電鏡。
[0013] 圖8顯示了通過加熱脫支錯質玉米淀粉（25% w/ w)至180°C，并在不同的溫度下 A和B，4°C ;C和D，25°C ; E和F，50°C ;結晶形成的短鏈直鏈淀粉球晶的消化殘留物的掃 描電鏡。
[0014] 圖9是從脫支蠟質玉米淀粉形成的短直鏈分子到球晶生成的過程示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 在本發明的某些實施方案中，α-1，4_連接的葡聚糖(例如，短鏈直鏈淀粉（SCA)) 是由脫支淀粉材料產生的，特別是含支淀粉的淀粉材料(例如，蠟質玉米淀粉)，并直接轉換 成球晶。在這里，術語"球晶"指的是小的球狀的輻射多糖晶體。產生的球晶一般具有很 高的結晶度，通常不溶于水，具有相當高的熔融溫度，并且抗消化。通常，根據本發明在低 溫下(例如，25°C或以下）形成的球晶具有相對較大的顆粒尺寸(例如，5-10 μπι)，Β型淀粉 的X射線衍射圖案，較低的熔點溫度(例如，70-1KTC )，和更高的可消化性。根據本發明在 50°C下形成的球晶具有相對較小的顆粒尺寸(例如，1-5 μπι)，A型衍射圖案，更高的熔化溫 度(例如，100-140°C)，以及較低的消化率。
[0016] 本發明的某些實施方案能夠使用的天然淀粉的來源可以從任何淀粉來源中獲得， 如小麥，玉米，馬鈴薯，木薯，大米，高粱，大豆，鷹嘴豆等中獲得。原淀粉來源可以來自于高 直鏈淀粉的淀粉(大于40%的鏈淀粉含量)。在具體實施方案中，所述的淀粉來源含有重量 大于50 %，大于60 %，大于75 %，或大于90 %的支鏈淀粉含量。在這些實施方案中，所述 淀粉的來源是高度支化形式的淀粉。大家都知道，淀粉可能除了高度支鏈淀粉分子外還包 含輕微分叉的淀粉分子。然而，產生淀粉球晶最好主要是由短鏈分子組成。所以，原淀粉 可以通過酶促脫支過程來形成所需的短直鏈分子。在某些實施方案中，脫支過程會導致完 全直鏈分子的形成。在本發明的一種實施方案，淀粉是由異淀粉酶，普如蘭酶或其它脫支 酶處理來產生脫支的線性分子。在某些實施方案中，所述淀粉是在pH值為約2至約7,約 3至約6,或約4至5的緩沖水溶液(例如，乙酸鹽緩沖液)中調漿的。在某些實施方案中，淀 粉衆料的固體含量是在約1 %至約50% (重量)之間，或約5%至約40% (重量)之間，或介 于約15%至約30% (重量）之間。該漿液隨后加熱至介于約80°C至約150°C的溫度之間， 約100°C至約140°C之間，或約110°C至約130°C溫度之間，并保持5分鐘至約2小時，約10 分鐘至約1小時，或約15分鐘至約45分鐘之間的時間。
[0017] 加熱后，將淀粉漿液冷卻至介于約35°C至75°C的溫度下，約40°C至65°C之間，或 在約45°C至約55°C之間的溫度。一種或多種淀粉脫支酶被加入到淀粉漿料中，加的量為 約0. 1 %至約5%之間，約0. 25%至約5%或約0. 5%至約2%的基于漿料中的淀粉干重。脫 支操作接著在升高的溫度條件下，持續足夠長的時間，以實現期望的脫支量。在某些實施 方案中，脫支操作被允許持續進行約1小時至約2天，約10小時至約36小時或約18小時 至約30小時。在具體實施方案中，所述的酶脫支步驟產生的淀粉混合物，具有大于50%， 大于90 %，或大于99 %的直鏈淀粉含量（基于混合物中的淀粉含量）.在其他實施方案中， 脫支后的淀粉混合物可能仍包括一些支鏈淀粉；然而，通常直鏈淀粉的含量會比支鏈淀粉 的含量大得多。脫支后的淀粉混合物被加熱至溫度高于淀粉熔點的溫度。在某些實施方案 中，加熱的淀粉漿液包含小于10% (重量)的醇(例如，乙醇，甲醇或異丙醇)，低于5%，低于 1% (重量）的醇，或漿料基本上不含醇。在具體的實施方案中，加熱步驟包括加熱所述含 SCA混合物至約140°C至約210°C的溫度下，約160°C至約200°C之