CN105431540A

CN105431540A - 具有可控酶消化性的淀粉球晶

Info

Publication number: CN105431540A
Application number: CN201380070872.9A
Authority: CN
Inventors: 史永成; 菜丽明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2016-03-23
Also published as: US10443080B2; US20150247176A1; WO2014081807A1

Abstract

本发明具有可控酶消化性的淀粉球晶，是通过脱支含支淀粉分子的淀粉，形成短链线性α-1,4-连接的葡聚糖（也就是，短链直链淀粉，SCA）制备而成的。所述的脱支线性葡聚糖可直接转化成淀粉球晶。转化方法是通过加热脱支淀粉混合物，接着冷却和结晶以形成完好的球晶。得到的淀粉球晶具有可控的酶消化性。

Description

具有可控酶消化性的淀粉球晶

相关申请

本申请是在2013年11月20日存档的国际申请专利编号为PCT/US13/70968的专利申请延续部分，宣布了在2012年11月20日存档并通过引用注册的编号为61/728,513的美国临时专利申请的权益。相关文件均已参考的方式引入本文。

技术领域

本发明大体针对一种酶脱支，熔化和结晶从而产生由线性α-1，4-连接的葡聚糖（例如，短链直链淀粉，SCA）形成的具有可控酶消化性的球晶制备工艺。线性α-1，4-连接的葡聚糖可以通过淀粉脱支，加热, 随后冷却和结晶以获得完整的球晶。

背景技术

球晶是许多由熔体结晶而成的聚合物的重要结构特点。淀粉基球晶可通过冷却预热的淀粉悬浮液，在不干扰的情况下来获得。球晶的整体形态是依赖于淀粉的来源，直链淀粉含量，以及结晶条件，如加热温度，起始原料的浓度，冷却速度，和结晶温度。相对于普通和蜡质淀粉, 高直链淀粉易形成具有双折射的球晶结构。球晶可在宽范围的冷却速率（1-250℃/分钟）下形成，前提条件是直链淀粉溶液（10％至20％，重量/重量）预热到大于170℃。球晶晶体的尺寸和结构特征与原淀粉颗粒的核心区域脐相一致，因此已经被提出可作为体内淀粉颗粒的初始状态的模型; 然而，在这些研究中，直链淀粉是通过水浸提法从颗粒淀粉中分离出去，而且球晶的制备是在差示扫描量热法（DSC）盘中。样品的量太小了，不足以进行消化研究。

从酸水解马铃薯淀粉溶液中形成球晶早有记载。 Helbert等人, Morphological and structural features of amylose spherocrystals of A-type. Intern. J. Biol. Macromol. 1993, 15, 183-187，通过混合乙醇与低分子量直链淀粉的热水溶液，接着缓慢冷却至4℃来制备球晶。所得产物的直径为10μm,并具有一个A型的X射线衍射图案。与此相反，具有B型晶体和10-15μm大小的球晶是由直接冷却5-20％w / w的酸水解马铃薯淀粉水溶液至2℃形成的, Ring et al., Spherulitic crystallization of short chain amylose. Intern. J. Biol. Macromol. 1987, 9, 158-160.。因为A-和B型直链淀粉球晶与天然淀粉颗粒的形态和结晶类型相似，它们被作为模型用来系统研究淀粉微晶的酶水解。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。这些人用来制备球晶的材料是通过盐酸水解原淀粉制得的。酸处理过程中,因为需要水洗去除水溶性产物,并回收耐酸的产物,大量淀粉损耗了.该产品还应该含有分支点。

发明内容

根据本发明的实施方案，本发明提供了一种生产含α-1，4-连接的葡聚糖球晶的方法。该方法包括了提供含支淀粉的淀粉。该淀粉用一种或多种酶脱支，从而产生具有大于50％的基于总淀粉重量的α-1，4-连接的葡聚糖的淀粉混合物。该淀粉混合物加热到高于其所含淀粉的熔点温度。淀粉混合物冷却至约0℃到约75℃的温度下，从而形成球晶。

根据本发明的另一个实施方案，本发明提供了含α-1，4-连接的葡聚糖的球晶。在具体实施方案中，球晶含有大于90％重量的α-1，4-连接的葡聚糖。在其他实施方案中，所述球晶具有约1到约25μm的平均粒径。根据本发明的又一实施方案，本发明提供了一种食物产品，该食品含有这里所描述的本发明的任何实施方案中的球晶。根据本发明的另一实施方案，提供了一种药物或营养品组合物含有这里所描述的本发明的任何实施方案中的球晶。根据本发明的另一实施方案，提供了一种控释配方含有这里所描述的本发明的任何实施方案中的球晶。

附图说明

图1显示了通过加热在0.06％乙酸钠,pH 4的脱支蜡质玉米淀粉（25％w / w）至180℃及在不同的结晶温度下产生的短链直链淀粉球晶的分子量大小分布。

图2包含了通过加热脱支蜡质玉米淀粉（25％w/ w）至180℃，并在不同的温度下结晶：A和B，4℃; C和D，25℃; E和F，50℃形成的短链直链淀粉球晶的显微图像。图3包含了通过加热脱支蜡质玉米淀粉（25％w/ w）至180℃，并在不同的温度下结晶：A和B，4℃; C和D，25℃; E和F，50℃形成的短链直链淀粉球晶的扫描电镜图像。

图4显示出了通过加热脱支蜡质玉米淀粉（25％w/ w）至180℃，并在不同的温度下结晶形成的短链直链淀粉球晶的广角X-ray 衍射图。

图5显示出了通过加热脱支蜡质玉米淀粉（25％w/ w）至180℃，并在不同的温度下结晶形成的短链直链淀粉球晶的由差示扫描量热法测定的热力学性质。

图 6（A）通过加热脱支蜡质玉米淀粉（25％w/ w）至180℃，并在不同的温度下结晶形成的短链直链淀粉球晶及（B）其消化残留物的体外消化曲线。

图7显示出了通过加热脱支蜡质玉米淀粉（25％w/ w）至180℃，并在不同的温度下A和B，4℃；C和D，25℃; E和F，50℃; 结晶形成的短链直链淀粉球晶的消化残留物的显微电镜。

图8显示了通过加热脱支蜡质玉米淀粉（25％w/ w）至180℃，并在不同的温度下A和B，4℃；C和D，25℃; E和F，50℃; 结晶形成的短链直链淀粉球晶的消化残留物的扫描电镜。

图9是从脱支蜡质玉米淀粉形成的短直链分子到球晶生成的过程示意图。

具体实施方式

在本发明的某些实施方案中，α-1，4-连接的葡聚糖（例如，短链直链淀粉（SCA））是由脱支淀粉材料产生的，特别是含支淀粉的淀粉材料（例如,蜡质玉米淀粉），并直接转换成球晶。在这里，术语“球晶”指的是小的球状的辐射多糖晶体。产生的球晶一般具有很高的结晶度，通常不溶于水，具有相当高的熔融温度，并且抗消化。通常，根据本发明在低温下（例如，25℃或以下）形成的球晶具有相对较大的颗粒尺寸（例如，5-10μm），B型淀粉的X射线衍射图案，较低的熔点温度（例如，70-110℃），和更高的可消化性。根据本发明在50℃下形成的球晶具有相对较小的颗粒尺寸（例如，1-5μm），A型衍射图案，更高的熔化温度（例如，100-140℃），以及较低的消化率。

本发明的某些实施方案能够使用的天然淀粉的来源可以从任何淀粉来源中获得，如小麦，玉米，马铃薯，木薯，大米，高粱，大豆，鹰嘴豆等中获得。原淀粉来源可以来自于高直链淀粉的淀粉（大于40%的链淀粉含量）。在具体实施方案中，所述的淀粉来源含有重量大于50％，大于60％，大于75％，或大于90％的支链淀粉含量。在这些实施方案中，所述淀粉的来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链淀粉分子外还包含轻微分叉的淀粉分子。然而，产生淀粉球晶最好主要是由短链分子组成。所以, 原淀粉可以通过酶促脱支过程来形成所需的短直链分子。在某些实施方案中，脱支过程会导致完全直链分子的形成。在本发明的一种实施方案，淀粉是由异淀粉酶,普如兰酶或其它脱支酶处理来产生脱支的线性分子。在某些实施方案中，所述淀粉是在pH值为约2至约7，约3至约6，或约4至5的缓冲水溶液（例如，乙酸盐缓冲液）中调浆的。在某些实施方案中，淀粉浆料的固体含量是在约1％至约50％（重量）之间，或约5％至约40％（重量）之间，或介于约15％至约30％（重量）之间。该浆液随后加热至介于约80℃至约150℃的温度之间，约100℃至约140℃之间，或约110℃至约130℃温度之间，并保持5分钟至约2小时，约10分钟至约1小时，或约15分钟至约45分钟之间的时间。

加热后，将淀粉浆液冷却至介于约35℃至75℃的温度下，约40℃至65℃之间，或在约45℃至约55℃之间的温度。一种或多种淀粉脱支酶被加入到淀粉浆料中,加的量为约0.1％至约5％之间，约0.25％至约5％或约0.5％至约2％的基于浆料中的淀粉干重。脱支操作接着在升高的温度条件下，持续足够长的时间，以实现期望的脱支量。在某些实施方案中，脱支操作被允许持续进行约1小时至约2天，约10小时至约36小时或约18小时至约30小时。在具体实施方案中，所述的酶脱支步骤产生的淀粉混合物,具有大于50％，大于90％，或大于99％的直链淀粉含量 (基于混合物中的淀粉含量).在其他实施方案中，脱支后的淀粉混合物可能仍包括一些支链淀粉; 然而，通常直链淀粉的含量会比支链淀粉的含量大得多。脱支后的淀粉混合物被加热至温度高于淀粉熔点的温度。在某些实施方案中，加热的淀粉浆液包含小于10％（重量）的醇（例如，乙醇，甲醇或异丙醇），低于5％，低于1％（重量）的醇，或浆料基本上不含醇。在具体的实施方案中，加热步骤包括加热所述含SCA混合物至约140℃至约210℃的温度下，约160℃至约200℃之间，或约170℃至约190℃之间. 在某些实施方案中，该加热步骤是在不存在醇的淀粉溶液中进行的。在本发明的进一步实施例中，加热步骤可以直接在脱支淀粉浆料上进行而无需进行洗涤或淀粉回收步骤（例如，蒸发，过滤，或类似的操作）。因此，这不但能节省时间和能源，而且可以让球晶的产率最大化,这是因为淀粉避免了由于洗涤或分离步骤造成的损失。

在此加热步骤之后，将淀粉混合物冷却，从而形成球晶。在某些实施方案中，淀粉混合物冷却至介于约0℃至约75℃的温度下，约15℃至约60℃之间，或在约25℃至约50℃之间。如下面的实施例中，结晶的温度似乎会影响球晶的热稳定性和其它物理特性。球晶一旦形成，就可从淀粉混合物中回收，例如通过过滤后进行干燥，或者是其他任何本领域技术人员所熟知的方式。

根据本发明的某些实施方案中，球晶的一般特征是颗粒尺寸相对较小。在具体实施方案中，球晶具有约1至约25μm之间的平均粒径，约3至约20μm之间，或约5至约15μm之间的粒径。

在本发明的某些实施方案中，球晶包括大于50％重量的α-1，4-连接的葡聚糖，大于90％重量的α-1，4-连接的葡聚糖，或大于99％重量的α-1，4-连接的葡聚糖。

在本发明的某些实施方案中, 含有直链淀粉的球晶可能具有不同的链长。在具体实施方案中，球晶包含的直链淀粉具有一定的聚合度, 约10至约100之间，约15至约70，或约20至约60之间。另外，聚合度对直链淀粉分子的分子量有影响。在某些实施方案中，组成球晶的直链淀粉分子，具有平均分子量小于200,000，约2,000至约20,000，或约3,000至约10,000。

如前面所指出的，在何种条件下由α-1，4-连接的葡聚糖结晶形成的球晶对所产生的球晶的某些热力学稳定性和物理特性有影响。由于组成球晶的单个晶体不一定是均一的.球晶的各种热力学性质，如熔融温度，可能会是在一个温度范围内，而不是单一的特定温度点。起始点（T₀）被普遍认为是熔体的“正式”开始熔化点, 首次以液体分离相共存在晶体当中。熔融峰温度（Tp）代表在熔化过程的最大吸热点。结束或结晶温度（Tc）为该晶体熔化完成时的温度，或在晶体重新结晶的温度。在某些实施方案中，所述球晶的T ₀是在约65℃至约120℃之间，或在约70℃至约110℃之间，或在约95℃至约105℃。在某些实施方案中，所述球晶的T p是在约70℃至约130℃之间，或在约80℃至约125℃之间，或在约90℃至约120℃之间。在某些实施方案中，所述球晶的T_C为约80℃至约160℃，约90℃至约150℃之间，或约100℃至约140℃之间。很好理解，任何上述的温度都可被用于本发明的球晶的熔点范围.

根据本发明制成的球晶通过X射线衍射测定可包含A型或B型的晶型，或它们的组合，通常情况下，A型淀粉晶体结晶成单斜晶格，而B型淀粉晶体结晶成六边形格子。在本发明的某些实施方案中，球晶可主要包括A型晶型。在具体实施方案中，球晶可基本上包括所有的A型晶型。

本发明的一个实施方案包括淀粉球晶，其中所述球晶比天然（未处理）的淀粉的消化性低。在本发明的一个实施例中消化率是可控制的, 也就是说消化率表明淀粉是可持续水解的。抗性淀粉（RS）-已被分类成五种不同的类型：I型是指淀粉在物理上无法接近到α-淀粉酶（例如淀粉嵌入在蛋白质或纤维基质，如存在于全谷物中）; II型是完整的天然淀粉颗粒，作为未煮过的淀粉具有抗酶消化的物理结构，但在烹饪糊化后是可消化的; III型是淀粉已被蒸煮糊化后，或天然结构已被破坏，淀粉分子在加工过程中重新自我连接，使淀粉在蒸煮后具有α-淀粉酶抗性; IV型是通过淀粉化学改性起到干扰α-淀粉酶消化的作用; V型是淀粉-脂质复合物或直链淀粉-脂质复合物。在本发明的某些实施方案中，球晶是III型淀粉并具有抗酶消化性.在37℃下暴露于含α-淀粉酶的溶液3小时后，表现出小于30％的消化率，小于20％的消化率，或小于15％的消化率。在具体实施方案中，完整的连同小片段的球晶在经α-淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶消化后被观察到，表明消化过程不均匀，消化优先发生在弱的球晶上面。未消化的淀粉物在第二次消化后显示了与母球晶类似的消化模式，这表明该球晶在20分钟到3小时的酶水解过程中基本上是以恒定的消化速率在进行。

本发明的球晶所具备的抗消化性可用于各种产品配方中。在一个实施方案中，淀粉球晶可以用作食品中的成分。本发明的一个实施方案提供了一种食品产品包含了本发明的球晶。相比于含有非改性淀粉的食品，包含球晶的食品产品一般具有降低的酶消化率。

在其它实施方案中，淀粉球晶可用在制药或辅食行业中作为粘合剂用于片剂或丸剂。本发明的一个实施例提供一种药片或药丸，其中药丸或片剂的涂层包含如上所述的淀粉球晶。在一个具体的实施方案中，片剂或丸剂中的活性成分比无涂层的药片或药丸中被释放的更慢。在其他实施方案中，所述淀粉球晶可以在缓释制剂中使用。例如，该球晶可作为混合物或是基质中的一个成分，用于控制化学物质，蛋白质，肽的释放或者类似的混合物或基质。

在本发明的某些实施方案中，淀粉球晶是基本上不溶于水（在25℃），并且在10％的水溶液固体浓度条件下不会形成凝胶（在15-30℃的温度下）。

实施例

下面的实施例描述了各种球晶，尤其是SCA球晶以及根据本发明的某些实施例相同的的球晶的制备方法。然而应该理解的是，这些实施例是用来说明和阐述的一种方式，不应该对本发明的总体范围进行限制。

材料和方法

蜡质玉米淀粉是从国民淀粉公司（新泽西州Bridgewater，USA）获得，异淀粉酶（EC 3.2.1.68）是从Hayashibara Biochemical Laboratories, Inc. (日本冈山）获得。异淀粉酶的酶活性为1.41*10⁶。异淀粉酶活性单位（IAU）/克是通过将酶与可溶性蜡质玉米淀粉在碘的存在下进行30分钟的反应测定的（pH值= 3.5，40.0 ±0.1℃）。一个IAU单位被定义为异淀粉酶在30分钟内升高反应混合物的吸光量0.008。所有的化学品是试剂级。

淀粉的脱支和球晶的形成

蜡质玉米淀粉（25克，干重）与醋酸缓冲液（75毫升，0.01M，pH值4.0）混合在一个压力瓶（Ace Glass Incorporated, Vineland,新泽西州，美国）中。将浆液在沸腾水浴中连续搅拌30分钟，然后在120℃烘箱中保持30分钟。之后将混合物冷却到50℃。加入1%淀粉重量的异淀粉酶，并将该混合物在50℃下搅拌24小时。所述脱支淀粉分子被证实是线性的。将三份（每份15毫升）混合物密封在压力管中（Ace Glass Incorporated, Vineland,新泽西州，美国），随后在烘箱中加热，在180℃下进行20分钟。三个压力管分别保存在4，25，或50℃下24小时。将管中的沉淀物过滤，用水洗涤，在40℃的烘箱中干燥过夜，通过研钵和杵轻轻地研磨制粉。为了确定形成球晶所需要的最佳加热温度，将该混合物的其它两份混合物（各15毫升）密封进入压力管，并加热至170和190℃进行20分钟，分别在4℃下再结晶24小时。

为了确定球晶的收率，将含有球晶的混合物离心（X13226克）处理10分钟，并将上层清液中取出试样（1.0mL）用便携式折射计（Fisher Scientific Inc.,匹兹堡，PA，USA）测定其中的可溶性碳水化合物。空白读数是对含有进行相同操作的未煮过的淀粉浆体和异淀粉酶来确定的。碳水化合物的沉淀水平通过测定样品和空白折射率之间的差异来确定。每个测试重复两次。

凝胶渗透色谱（ GPC ）

所述球晶的分子链大小分布由Cai等人所述的GPC凝胶渗透色谱来测定，Structure and digestibility of crystalline short-chain amylose from debranched waxy wheat, waxy maize and waxy potato starches, Carbohydr. Polym. 2010, 79, 1117-1123, and Cai et al, Debranching and crystallization of waxy maize starch in relation to enzyme digestibility, Carbohydr. Polym. 2010, 81, 385-393,，这两篇文章都作为文献并入本发明。淀粉样品（4毫克）与二甲亚砜（DMSO）（4mL）相混在沸水浴中搅拌24小时，然后通过2μm过滤器滤，并注射到PL-GPC 220系统自动取样器（Polymer Laboratories Inc., Amherst,，MA，USA）。该系统具有有三个Phenogel色谱柱（00H-0642-K0; 00H-0644-K0; 00H-0646- K0，Phenomenex Inc., Torrance, CA, USA），一个保护柱（03B-0290 -K0， Phenomenex Inc., Torrance, CA, USA），和示差折光率检测器。所述洗脱溶剂是含0.5mM的NaN0₃的 DMSO，流速为0.8毫升/分钟。色谱柱烘箱温度控制在80℃。分子大小是相对于葡聚糖标准来计算（American Polymer Standards Co., Mentor, OH, USA）。

光学显微镜

将一滴样品悬浮液（1％浓度的水溶液）滴在在显微镜载玻片上，并盖上盖玻片。样品在Olympus BX51TF显微镜（Olympus Optical Co. Ltd., Shinjuku-ku, Tokyo, Japan）下进行观察。在正常光线和偏振光背景用一个SPOT 18.2彩色马赛克相机（Diagnostic Instruments Inc., Sterling Heights, MI, USA）获取图像。

扫描电子显微镜（ SEM ）

球晶样品用镀膜机涂覆镀金（Denton Vacuum, LLC, Moorestown, NJ）,并在1000X和4000X放大倍率下的扫描电子显微镜（S-3500N, Hitachi Science Systems, Ltd., Japan）进行观看，操作加速电压为20千伏。

广角 X 射线衍射

球晶的晶体结构由广角X射线衍射进行测定。实验是在一个Philips X射线衍射仪器上进行测定。该仪器包括在35千伏和20毫安条件下的Cu-Kα发射器，一个theta补偿狭缝和一个衍射光束单色器。样品的水分在25℃下通过存储在密封干燥器里的水调节至约15％的含量。记录2至35°（2Θ）之间的衍射图。

同步加速器小角 X 射线散射（ SAXS ）

SAXS实验是在布鲁克海文国家实验室（Upton, NY）国家同步辐射光源先进聚合物光束线（X27C）上进行。所使用的波长为0.1371 nm。样品到检测器距离为1782.97毫米。二维MAR-CCD（Mayonix, LLC, formerly MAR USA, Inc., Evanston, IL）X射线探测器被用于数据收集。两种样品“自然状态”和水分含量约50%被用于实验。加水的样品是用等重量的水混合并在25℃下平衡。

球晶悬浮水溶液（25％固体）被密封在DSC盘中，并用DSC仪器(TA Q200 instrument, New Castle, DE, USA)进行分析。每个样品以10℃/分钟速度从10℃加热到160℃。空盘用作参照。起始（To），峰值（Tp），和结束（Tc）温度和焓（ΔΗ）从DSC软件计算获得。

体外消化实验

球晶的体外消化实验是用改进的Englyst方法进行的。见（Englyst et al., Classification and measurement of nutritionally important starch fractions, Eur. J. Clin. Nutr. 1992, 46 (Suppl. 2), 33-50, and Sang et al, Resistant starches from amylose mutants of maize by simultaneous heat-moisture treatment and phosphorylation, Carbohydr. Polym. 2006, 63, 167-175,），这两份文章都以引用文并入本发明。球晶样品（0.6克）与含有瓜耳胶（50毫克）和胃蛋白酶（50mg）的0.05M的盐酸（10毫升）进行混合。然后，乙酸钠溶液（0.25摩尔，10毫升）和30粒玻璃珠（8.4克）加入到混合液。含瓜尔胶（50mg）的0.1M乙酸钠缓冲液（pH 5.2，20毫升）和葡萄糖标准溶液（20毫升）用作空白和标准样。酶（猪胰酶和淀粉葡糖苷酶）溶液（5毫升）加入混合液后，将混合物放在37℃和90转/分钟摇动的水浴中（Models 25 and 50, Precision, Winchester, VA）进行水解。在20分钟的间隔，取250微升的混合物加入到66.6％的乙醇溶液（10mL）中。离心后，取上清液100微升，其葡萄糖含量通过用Megazyme葡萄糖试剂盒（Megazyme International Ireland Ltd, Wicklow, Ireland）进行测定。在37℃下消化3小时后，加入200毫升乙醇到混合液停止反应。将固体通过过滤回收，并在40℃烘箱中干燥过夜。对回收的固体再重复体外消化试验一次。

结果

分子量分布和得率

图1显示出了用GPC和葡聚糖标准物测定的构成球晶的SCA分子链分布。球晶有两个峰，大分子峰和小分子峰。基于脱支蜡质玉米淀粉的数据，这个结果是可以预见的。在不同温度下形成的球晶具有几乎相同的分子链分布。然而，相对于在25℃和50℃下制备的球晶，在4℃下得到的球晶具有较高比例的低分子量组分。这一观察表明，短直链分子在低温下更易相互缠绕。从25％的SCA溶液中回收SCA球晶，随着结晶温度从50℃降低至4℃，其回收率从50％提高到88％（见表1）。因为其高产量和可用常规方法回收,大规模生产球晶是可行的。

表1通过加热脱支蜡质玉米淀粉（w / w）25%到180°C和在不同的温度下结晶产生短链多糖球晶的得率。

结晶温度（°C）	4	25	50
				得率（%）	87.6 ±2.1	72±1.4	50±1.6

平均值±标准偏差值报告。

颗粒形态

SCA球晶的正常（左）和偏振光下显微图像（右）显示于图2。在4℃（图2A和B）和25℃（图2C和D）下结晶的材料，在偏振光下可以观察到双折射和马耳他十字，表明球晶的形成。该球晶的大小为5至10μm。当结晶温度升至50℃（图2E和F），球晶的粒径减少（约1至5μm），并且不完美，显示出弱双折射和马尔他十字图案。一些小球晶似乎是粘合在一起，但在光学显微镜实验中，可以看到这些小球晶在运动。球晶的聚集表明了球晶表面之间存在附着力，特别是当水分蒸发了后更加明显。

为了研究形成球晶的最佳加热温度，SCA的溶液分别加热至170和190℃下20分钟，并在4℃下结晶24小时。在170和190℃两种加热温度下，球晶并没有得到很好的发展。在170℃下得到的球晶，其颗粒尺寸小长约1-5μm，具有弱的双折射。而在190℃下得到较大的颗粒(〜10μm)，并形成了双折射，但没有马耳他十字图案。因此，制备25％固体的SCA球晶的最适宜的温度是180℃。图3显示了在不同结晶温度下产生的SCA球晶的SEM图像。在4℃（图3A和B）和25℃（图3C和D）下形成的球晶有类似的形态和尺寸（约5-10μm），而在50℃下（图3E和F）形成的球晶具有较小的尺寸（约1-5μm）。

晶体结构的表征

球晶的广角X射线衍射图案在图4显示.在4和25℃下形成的球晶显示出B型结晶，而在50℃下形成的球晶具有A型。该现象遵循了SCA球晶在高温下有利于A型晶体形成的一般规律，而相反的情况会导致B型结晶。

淀粉的A-型晶体结构是热力学的产物，而B型晶体结构是动力学结果。见 Gidley, M. J. Factors affecting the crystalline type (AC) of native starches and model compounds- A rationalization of observed effects in terms of polymorphic structures. Carbohydr. Res. 1987, 161, 301-304.。SCA球晶的熔化温度在很大程度上依赖于晶体的形成和含水量。在三个不同的结晶温度下形成的球晶的热力学性质在图5和表2显示。在4和25°C下形成的球晶拥有一个大于90°C的吸热峰，而50°C下形成的球晶，其峰熔化温度更高，为120°C，表明结晶温度的差异会导致不同的熔化温度。在这个例子中，在50°C 形成的A -型结构热稳定性更好，熔点比在4和25°C获得的B-型结构高30°C。

表2：通过差示扫描量热法测定的由加热脱支蜡质玉米淀粉（25%w / w）到180°C，并在不同温度下结晶的短链葡聚糖球晶的热学性能

结晶温度（ºC）	To （ºC）	Tp （ºC）	Tc （ºC）	ΔH（J/g）
					4	64.8±1.2	91.4±2.3	108.5±0.7	20.9±0.1
25	73.5±0.32	91.8±1.9	109.1±0.9	21.0±0.4
					50	99.9±1.1	117.5±1.9	139.1±0.5	20.5±0.5

蜡质玉米淀粉（25%固体）脱支并加热到180ºC然后冷却到不同的结晶温度。

在三个不同的结晶温度下获得的球晶有相似的焓值。尽管这些球晶有不同的热力学稳定性如上所述的熔化温度。焓值则反映了淀粉的结晶度，在这项研究中，这些球晶有着相对相似的结晶度（估计90到94%）。

在所有低含水率（约5%）的球晶样品的小角度X射线图中没有观察到片状的峰。在含水量为50%的含水球晶样本中，4°C形成的球晶有一个弱的和宽的峰，而这个峰基本上是在25和50°C形成的球晶样品上面看不到的.这说明在SCA中球晶中没有规则的相互交替的结晶和不定形区，尤其是在两个较高的结晶温度的样品中。这些结果表明，尽管在这项研究中得到的球晶具有双折射和Maltese cross，但其结构和天然淀粉分子中的组织结构是不同的。含水的天然淀粉颗粒，通过小角度X衍射可以观察到一个9 nm的峰，这是归因于一个无定形区和结晶区域的交替重复出现。可能是因为SCA的分子链太短，没办法形成交替的重复出现的无定形区和结晶区。因此，通过小角度X射线散射并没有观察到像原淀粉一样的9 nm的峰。然而，在4°C的低结晶温度下，样品被观察到一个从0.3到1.2 nm-1的微弱的峰，表明一些SCA分子在低密度区域形成了一些双螺旋结构。

值得一提的是在这项研究中的球晶与之前的酸水解淀粉的球晶的小角X射线的对比。见 Jenkins, P.; Donand, M.A., The effect of acid hydrolysis on native starch granule structure. Starch/Starke 1997, 49, 262-267; and Wang, S.; Blazek, J.; Gilbert, E.; Copeland, L., New insights on the mechanism of acid degradation of pea starch. Carbohydr. Polym. 2012, 87, 1941-1949. 当淀粉中的无定形区域被酸去除，小角度X射线散射的峰严重的减少。小角度X射线散射峰的减少似乎与这项研究中的小角度X射线散射的结果一致。当蜡质玉米淀粉被煮熟和脱支后，其结晶区和无定形的区域不再重复。相反，再结晶化过程中短链线性分子可以重新形成双螺旋结构和牢固的的微晶。

体外消化结果（图 6 ）

在不同温度下形成的三种球晶中（图6）,在50°C形成的球晶，有一个A-型x射线衍射图案（图4）并显示最低的消化率，虽然其具有最小的粒度（Figs. 2 and 3）。3h后，只有15.4%的球晶被消化。而4和25°C下形成的球晶具有一个B-型x射线图案（图4），并具有一个较大的颗粒尺寸，3h后分别消化了20.4%和21.9%。在4°C下形成的球晶的消化特征曲线其消化速率在消化时间20min和3 h间基本上是线性的（图6）。对未消化的固体再重复一次消化试验。未消化固体的消化曲线图显示了类似的模式（Fig. 6B），表明球晶基本上在20min和3h之间以恒定的速率消化。50°C形成的球晶的消化残物比4和25°C形成的球晶的消化残物具有更强的酶抗性。与原始物相比（图6），第一次消化残留物在第二次消化3h后有一个增高的消化率（图6 b），这可能是因为第一次消化后，残留物的形态或结构发生了改变。

为了进一步理解球晶的消化机制，光学显微镜被用来检查球晶在第二次消化后的残留物（图7）。Figs. 7A and B代表在4°C形成的球晶；Figs. 7C and D代表在25°形成的球晶； Figs. 7E and F 代表50°C形成的球晶。部分球晶带有清晰的Maltese cross，而部分球晶则支离破碎。这些结果表明，酶水解不是均匀的。一些球晶完全水解而一些球晶则保持双折射。

一般来说，粒径在消化后变的更小，特别是对B型球晶。扫描电镜（图8）的数据显示，球晶消化残留物表面结构很粗糙，表明在淀粉消化的过程中是表面侵蚀而不是内在腐蚀的。 Figs. 8A and B代表在4°C形成的球晶；Figs. 8C and D代表在25°形成的球晶； Figs. 8E and F 代表50°C形成的球晶。众所周知，天然淀粉颗粒的酶水解是不均匀的。酶首先进入颗粒表面的孔，然后经过颗粒里面的通道，进入颗粒种脐附近的无定形区。相比之下，本发明的球在α-淀粉酶和葡糖糖化酶消化研究中并没有观测到洞或孔。

酶水解率和淀粉的消化曲线依赖于酶的活性。线性的消化率结果（图6）表明，酶水解球晶，是以“单一球晶攻击”而不是“多粒球晶攻击”的模式进行的。微观数据表明（Figs. 2 and 7），酶水解不是均匀的。

讨论

从SCA形成球晶

从SCA球晶的构造来看，直链淀粉是淀粉形成球晶的有效成分。在这项发明中，从脱支的蜡质玉米淀粉中获得的线性短链分子被用于制备球晶。图9是一个从淀粉颗粒到SCA球晶的转换示意图。天然淀粉颗粒被认为含有一个无定形区，该无定形区被一个重复的交替的结晶和无定形层分割。在较高的水温下煮后，淀粉颗粒的晶体结构被破坏，通过异淀粉酶作用切除支点，就产生了完全线性的短链分子。

在50°C条件下，用异淀粉酶脱支蜡质玉米淀粉,产生的液态混合物呈现不透明状。然而，当混合物加热到140°C时，就成为了一个清晰的溶液。当溶液从这个温度（或温度范围140 - 180°C）冷却，就能形成不规则形状的颗粒物。这些颗粒物具有双折射和一个尖锐的广角x射线衍射模式，表明了双螺旋结构和晶体结构的形成。但是，在偏振光下并没有观察到Maltese cross，这表明双螺结构并没有呈现放射状排列。有趣的是，当SCA溶液被加热到180°C并冷却，产生了一个微弱的层状结构，这可以由含水的球晶在小角X射线衍射实验所观察到的小峰来证明。

用直链淀粉水溶液来生产球晶，取决于相分离和结晶的速率。只有当相分离产生了，球晶才能成核并形成结晶。在180°C的温度，SCA溶液分子构象从螺旋状态变成了线圈状态。在140 - 180°C条件下，溶液被分离在聚合物贫瘠和聚合物富集两个相。进一步冷却，在聚合物富集区形成的双螺旋结构，形成了晶体，并变成球晶从液体中沉淀出来。因此，从SCA形成球晶涉及到构象从线圈到双螺旋结构的过渡，双螺旋结构成束，并呈辐射状态形成球晶（图9）。球晶可以通过其纤维密度来划分。本发明得到的SCA结构紧凑，在微晶之间不包含空隙。可以推断出来的是，SCA的球晶是从成核点开始放射成长的，并从中间向四周发展。

A-型和B-型球晶的消化性

本研究的结果表明，产生比B-型球晶更具抗酶消化性的A -型球晶是有可能的（见图6）。在目前的研究中，A-型和B-型球晶都是由线性链分子组成，并且具有相似的分子链分布（见图1）。A-型和B-型球晶显示了分子的放射状排列（双折射和 Maltese cross）, 以及类似的表面平滑度（Figs. 2 and 3）.虽然在A-型球晶中, Maltese cross由于颗粒太小并没有能够很好的被观察到。在这项研究中，球晶的大小与酶消化率并不相关。A -型球晶比其他两个B-型球晶具有较小的粒径（较大的表面积）（见图3）但A-型球晶更抗酶的消化（见图6）。此外，A-型球晶熔点最高（见表2和图5），表明晶体结构牢固，即双螺旋结构更紧凑。B-型球晶比A-型球晶更容易受α-淀粉酶/淀粉转葡糖苷酶水解（图6）。这一观察是与之前的研究结果相反的.之前带有B-型x射线图案的天然淀粉颗粒比那些带有A-型x射线图案的淀粉具有更强的抗酶消化能力。A-型球晶的结构比较紧密,有可能抑制酶对淀粉分子的消化，并导致其比B-型球晶有更低的消化率。

Claims

1.一种由线性α-1，4-连接的葡聚糖所组成的淀粉球晶的生产方法，所述方法包括：

用一种或多种酶对一种淀粉材料进行处理,从而引起所述淀粉原料的脱支,产生含有大于50％的基于总淀粉重量的α-1，4-连接的葡聚糖的混合物;加热所述淀粉混合物到高于其熔点的温度上面; 冷却所述淀粉混合物至大概0℃到大概75℃，从而形成所述的球晶。

2.根据权利要求1的方法，其中所述球晶具有约1到25μm的平均粒径。

3.根据权利要求1的方法，其中所述加热步骤包括加热所述淀粉混合物至约140℃到约210℃的温度。

4.根据权利要求1的方法，其中所述酶处理步骤产生的所述淀粉混合物具有大于90％的基于总淀粉重量的α-1，4-连接的葡聚糖含量。

5.根据权利要求1的方法，其中所述一种或多种酶包括异淀粉酶和普鲁兰酶。

6.根据权利要求1的方法，其中所述球晶具有约80℃到160℃的熔点。

7.根据权利要求1的方法，其中所述球晶主要包括A型结晶形态。

8.根据权利要求1的方法，其中所述冷却步骤包括冷却所述淀粉混合物至约15℃到60℃的温度。

9.根据权利要求1的方法，其中所述球晶是耐酶消化的，当在37℃下暴露在淀粉酶溶液3小时后,只显示出小于30％的消化率。

10.根据权利要求1的方法，其中所述淀粉具有大于90％重量比的支链淀粉含量。

11.根据权利要求1的方法，其中所说的淀粉混合物包含短链直链淀粉（SCA）。

12.抗性淀粉球晶,包含按重量计大于50％的线性α-1，4-连接的葡聚糖。

13.根据权利要求12的球晶，其中所述球晶具有约1到25μm的平均球晶粒径。

14.根据权利要求12的球晶，其中所述球晶具有约80℃到约160℃的熔点。

15.根据权利要求12的球晶，其中所述球晶包含具有小于200,000平均分子量的直链淀粉分子。

16.根据权利要求12的球晶，其中所述球晶包括具有聚合度约10至约100的直链淀粉分子。

17.根据权利要求12的球晶，其中所述球晶是耐酶消化的，在37℃暴露于含有α-淀粉酶的溶液3小时下,显示出小于30％的消化率。

18.根据权利要求12的球晶，其中所述球晶主要包括A型晶型。

19.根据权利要求12的球晶，其中所述球晶包括短链直链淀粉(SCA)。

20.根据权利要求12的球晶，其中所述球晶含有超过90%重量的直链α-1,4-连接的葡聚糖。

21.一种食物产品包含了根据权利要求12-20所述的球晶。

22.一种药物或营养品包含了根据权利要求12-20中所述的球晶。

23.一种控释配方包含了根据权利要求12-20中所述的球晶。