微波輔助酶法制備碎米抗性淀粉的工藝研究

吳紅引，王澤南*，張效榮，張秋子，李 瑩，劉 鵬

(合肥工業(yè)大學(xué)生物與食品工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

微波輔助酶法制備碎米抗性淀粉的工藝研究

吳紅引，王澤南*，張效榮，張秋子，李 瑩，劉 鵬

(合肥工業(yè)大學(xué)生物與食品工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

研究以碎米為原料微波輔助酶法制備抗性淀粉的工藝。通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)，獲取最佳工藝條件：淀粉漿添加量25g/mL、微波時(shí)間90s、普魯蘭酶添加量4.0U/g干淀粉、酶解時(shí)間2h、回生時(shí)間20h。在此條件下抗性淀粉得率為21.81%。本實(shí)驗(yàn)可為碎米抗性淀粉的制備提供一定參考。

碎米；抗性淀粉；普魯蘭酶；微波；工藝

Abstract：Ultrasonic treatment followed by pullulanase hydrolysis was employed to prepare resistant starch from broken rice in the present study. The preparation process was optimized using single factor and orthogonal array design methods, the results showed that the optimal conditions for resistant starch preparation were as follows:amount of added starch paste 25 g/mL;length of microwave treatment time 90 s; enzyme loading 4.0 U/g dry starch; hydrolysis duration 2 h; and aging duration 20 h and that the yield of resistant starch was 21.81% under these conditions.

Key words：broken rice；resistant starch；pullulanase；microwave；process

抗性淀粉(RS)為不被健康人體小腸吸收的淀粉及其分解物的總體，是一種功能特性類似膳食纖維的淀粉，其膨化性能、口感、色澤等加工性能優(yōu)于膳食纖維，因此抗性淀粉可作為膳食纖維的替代品用于食品加工業(yè)中[1]?？剐缘矸塾?類：物理包埋淀粉(RS1)、抗性淀粉顆粒(RS2)、回生淀粉(RS3)、化學(xué)改性淀粉(RS4)[2-4]。RS3型抗性淀粉是指淀粉糊化后在冷卻或儲(chǔ)存過(guò)程中結(jié)晶而成，由于RS1和 RS2對(duì)熱不穩(wěn)定，在加工過(guò)程中大部分損失，但RS3對(duì)熱穩(wěn)定[5]，有非常好的商業(yè)前景，是最具有研究?jī)r(jià)值的一類抗性淀粉。

我國(guó)是大米生產(chǎn)大國(guó)，大米加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生10%～15%的碎米[6]，因此，充分利用碎米資源，尋求碎米高效增值的深加工途徑具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。目前國(guó)內(nèi)制備抗性淀粉主要采用玉米淀粉為原料[7-10]，以大米為原料制備抗性淀粉也有少部分報(bào)道[11-12]。而利用碎米為原料微波輔助酶法制備抗性淀粉的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)以碎米為原料，對(duì)微波輔助酶法制備RS3型碎米抗性淀粉的工藝進(jìn)行研究。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

碎米(雜交稻碎米) 蕪湖市東源新農(nóng)村開(kāi)發(fā)股份有限公司；乙酸鈉、檸檬酸、無(wú)水亞硫酸鈉、酒石酸鉀鈉、磷酸氫二鈉、苯酚、氫氧化鈉、氫氧化鉀(均為分析純)；普魯蘭酶(1350U/mL) 諾維信(中國(guó))生物技術(shù)有限公司；胃蛋白酶(1:3000) 上海源聚生物科技有限公司；耐高溫α-淀粉酶(20000U/g) 山東棗莊市杰諾生物酶有限公司；淀粉葡萄糖苷酶(50000U/g) 無(wú)錫市雪梅酶制劑科技有限責(zé)任公司；3,5-二硝基水楊酸為化學(xué)純。

1.2 儀器與設(shè)備

高速中藥粉碎機(jī) 浙江省永康市溪岸五金藥具公司；CT15R型臺(tái)式高速冷凍離心機(jī) 上海天美生化儀器設(shè)備工程有限公司；BCD-200N型冰箱 合肥美菱股份有限公司；NJL07-3型微波爐 中國(guó)南京杰全微波設(shè)備有限公司；722E型可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海光譜儀器有限責(zé)任公司。

1.3 方法

1.3.1 抗性淀粉制備工藝流程

碎米→碎米淀粉[13]→淀粉調(diào)漿→微波處理(500W)→調(diào)pH(4.0～5.0)→脫支反應(yīng)(普魯蘭酶)→回生(4℃)→干燥→粉碎→抗性淀粉

1.3.2 抗性淀粉制備工藝優(yōu)化

以抗性淀粉得率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，選取微波時(shí)間、淀粉漿添加量、酶添加量、酶解時(shí)間、回生時(shí)間5個(gè)因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn)，獲取制備抗性淀粉的最佳工藝條件。單因素試驗(yàn)初始條件為酶添加量4.0U/g干淀粉、淀粉漿添加量25g/mL、酶解時(shí)間6h、回生時(shí)間24h。

1.3.3 抗性淀粉檢測(cè)方法

采用Goni的方法[14]，將抗性淀粉轉(zhuǎn)換為葡萄糖測(cè)定。用DNS法測(cè)定葡萄糖[15]，計(jì)算抗性淀粉得率。公式如下：

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 微波時(shí)間對(duì)抗性淀粉得率的影響

圖1 微波時(shí)間對(duì)抗性淀粉得率的影響Fig.1 Effect of length of microwave treatment time on resistant starch yield

由圖1可看出，隨著微波時(shí)間的增加，抗性淀粉得率先增后降，在90s時(shí)最高。這是因?yàn)樵谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)，微波能促進(jìn)抗性淀粉的形成，但若時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，熱量大量聚集于淀粉漿內(nèi)部，淀粉漿溫度快速上升，淀粉分子在高溫下過(guò)度降解，產(chǎn)生大量小分子或短鏈分子，對(duì)抗性淀粉的形成不利。因此，選擇微波90s左右為最佳時(shí)間，進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.1.2 淀粉漿添加量對(duì)抗性淀粉得率的影響

由圖2可看出，隨著淀粉漿添加量的增加，抗性淀粉得率呈先增后減趨勢(shì)，25g/mL時(shí)達(dá)到最高。由于淀粉漿添加量過(guò)低，脫支過(guò)度，形成鏈長(zhǎng)過(guò)短的淀粉分子，不利于直鏈淀粉的重結(jié)晶；而淀粉漿添加量過(guò)高，體系很黏稠，酶在淀粉漿內(nèi)的運(yùn)動(dòng)受限，不能與淀粉分子充分接觸，影響得率。因此選擇25g/mL左右為最佳淀粉漿添加量，進(jìn)行正交試驗(yàn)。

圖2 淀粉漿添加量對(duì)抗性淀粉得率的影響Fig.2 Effect of amount of added starch paste on resistant starch yield

2.1.3 酶添加量對(duì)抗性淀粉得率的影響

圖3 酶添加量對(duì)抗性淀粉得率的影響Fig.3 Effect of enzyme loading on resistant starch yield

由圖3可看出，隨著酶添加量的增加，抗性淀粉得率呈先增后減趨勢(shì)，酶添加量為4.0U/g干淀粉時(shí)得率最高。由于酶在水解支鏈淀粉支叉位置的α-1,6糖苷鍵的同時(shí)也能水解直鏈結(jié)構(gòu)中支叉位置的α-1,6糖苷鍵，酶添加量增大，使直鏈淀粉變短，不利于提高抗性淀粉得率。因此選擇4.0U/g干淀粉為最佳酶添加量，進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.1.4 酶解時(shí)間對(duì)抗性淀粉得率的影響

圖4 酶解時(shí)間對(duì)抗性淀粉得率的影響Fig.4 Effect of hydrolysis duration on resistant starch yield

由圖4可看出，隨著酶解時(shí)間的增加，抗性淀粉得率先增大后減小，酶解6h時(shí)得率最高。在一定時(shí)間內(nèi)，酶脫支反應(yīng)可以提高抗性淀粉得率。由于酶解時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，脫支過(guò)度不利于抗性淀粉的形成。綜合考慮，選擇酶解時(shí)間2、4、6h進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.1.5 回生時(shí)間對(duì)抗性淀粉得率的影響

圖5 回生時(shí)間對(duì)抗性淀粉得率的影響Fig.5 Effect of aging duration on resistant starch yield

由圖5可看出，回生時(shí)間不斷增加，抗性淀粉得率先增加后，在20h時(shí)得率最高，但總體變化不大。4℃雖然有利于晶核的形成，但淀粉在長(zhǎng)時(shí)間的低溫環(huán)境下，黏稠度也相應(yīng)的提高，這就使晶體的生長(zhǎng)受阻礙，不利于抗性淀粉的形成。因此，選擇20h為最佳回生時(shí)間。

2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用L9(34)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 微波輔助酶法制備碎米抗性淀粉正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 1 Orthogonal array design matrix and experimental results

由表1可知，影響抗性淀粉得率的因素主次順序?yàn)镈＞C＞A＞B；最優(yōu)條件為D1C3A2B2。表1顯示D1C3A2B2已出現(xiàn)，為第5組，而表1評(píng)價(jià)指標(biāo)也顯示最優(yōu)組合為第5組，抗性淀粉得率為21.81%。因此可確定D1C3A2B2即為最優(yōu)組合。

綜上，最佳工藝條件：淀粉漿添加量25g/mL、微波時(shí)間90s、普魯蘭酶添加量4.0U/g干淀粉、酶解時(shí)間2h、回生時(shí)間20h。在此條件下，碎米抗性淀粉得率為21.81%。

3 結(jié) 論

微波輔助酶法制備碎米抗性淀粉的最佳工藝條件為淀粉漿添加量25g/mL、微波時(shí)間(500W)90s、普魯蘭酶添加量4.0U/g干淀粉、酶解時(shí)間2h、回生時(shí)間20h。在此條件下，抗性淀粉得率為21.81%。

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Microwave-assisted Enzymatic Preparation of Broken Rice Resistant Starch

WU Hong-yin，WANG Ze-nan*，ZHANG Xiao-rong，ZHANG Qiu-zi，LI Ying，LIU Peng
(School of Biotechnongy and Food Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

TS210.9

A

1002-6630(2010)18-0203-03

2010-07-03

安徽省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目(Kj2010A276)

吳紅引(1984—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)樯镔Y源綜合利用。E-mail：yifei_2008@sina.com.cn

*通信作者：王澤南(1947—)，男，教授，本科，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏。E-mail：wznan@ah163.com