不同壓熱條件對木薯抗性淀粉制備的影響*

楊曉惠，潘元風(fēng)，劉以娟，唐書澤

(暨南大學(xué)食品科學(xué)與工程系，廣東廣州，510632)

不同壓熱條件對木薯抗性淀粉制備的影響*

楊曉惠，潘元風(fēng)，劉以娟，唐書澤

(暨南大學(xué)食品科學(xué)與工程系，廣東廣州，510632)

以木薯淀粉為原料，利用壓熱法制備木薯抗性淀粉，研究了不同壓熱及回生條件對木薯抗性淀粉得率的影響。通過正交試驗確定木薯抗性淀粉制備的最佳工藝條件:淀粉乳濃度10%、121℃壓熱處理45 min、17℃下回生24 h，抗性淀粉得率為13.26%，與抗性淀粉含量為0.94%的木薯原淀粉相比，抗性淀粉含量增加12.32%。

木薯淀粉，抗性淀粉，壓熱處理

抗性淀粉(resistant starch，RS)是指在健康人的小腸中不能被消化吸收的淀粉及其分解物的總稱［1］。RS具有類似膳食纖維的生理功能［2］，如預(yù)防便秘、痔瘡、結(jié)腸癌等，同時還保持淀粉特有的感官品質(zhì)如細膩、無色、無味等［3］，克服了傳統(tǒng)膳食纖維顏色深、口感粗、風(fēng)味差等缺陷，已成為一種新型的功能性膳食纖維原料。普通淀粉中的RS含量一般較低，如玉米淀粉及木薯淀粉中的RS均小于1%［3］，研究提高低值淀粉中RS含量的制備方法，對于充分利用廉價淀粉資源、提供高附加值的功能食品原料，增加農(nóng)民收入具有重要意義。

RS 有 4 種類型，即 RS1、RS2、RS3和RS4［4］，其中RS3是經(jīng)淀粉糊化后老化形成的，是再生的RS(本文中所談及的RS均指RS3)。利用RS的再生性，可以人工制備RS，從而提高淀粉中RS的含量。目前，RS制備的常用方法有壓熱法、酶解法和酸解法［5－7］。本文以原料豐富、價格低廉的木薯淀粉為對象，采用壓熱法，研究RS制備的工藝條件，期望提高木薯淀粉中RS的產(chǎn)率。

1 材料、儀器與方法

1.1 材料

木薯淀粉(Q/NKC1-2008):廣州市燕恒貿(mào)易有限公司;α-淀粉酶(120 L)、葡萄糖淀粉酶:丹麥Novozyme生物加工有限公司;胃蛋白酶(P7 000):Sigma公司;葡萄糖、KOH、KCl、乙酸、乙酸鈉、NaH2PO4、Na2HPO4:均為分析純，廣州化學(xué)試劑廠;NaOH:分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠;HCl:分析純，北京化工廠。

1.2 儀器

YXQ.SG41.280手提式壓力蒸汽滅菌器，上海華線醫(yī)用核子儀器有限公司;KDC-1042低速離心機，科大創(chuàng)新股份有限公司中佳分公司;SHA-B水浴恒溫振蕩器，江蘇省金壇市宏華儀器廠;UV-9600紫外-可見分光光度計，廣州廣一科學(xué)儀器有限公司;PHS-3C數(shù)字式pH計，上海精密科學(xué)儀器有限公司;EL104電子天平，梅特勒－托利多儀器(上海)有限公司;DHG-9145A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司;微量移液槍(20～80μL、0.1～1mL)，德國 BRAND公司;冰箱(BCD－192型)，杭州新康家科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 抗性淀粉的制備

配制質(zhì)量分數(shù)為30%的木薯淀粉乳，攪拌均勻，密封放入高壓鍋內(nèi)，經(jīng)高溫高壓120℃，0.1 MPa處理0.5 h后，取出，直接4℃靜置12 h，80℃烘干，粉碎，過 100 目篩，密閉保存［9］。

1.3.1.1 淀粉乳濃度選取

分別選取質(zhì)量分數(shù)5%、10%、20%、30%、40%、50%6個不同的淀粉乳濃度。

1.3.1.2 壓熱時間選取

分別選取5、15、30、45、60 min 5 個不同的壓熱時間。

1.3.1.3 壓熱溫度選取

分別選取108、115、118、121、126℃ 5個不同的壓熱溫度。

1.3.1.4 回生時間選取

分別選取0、4、8、12、24、36 h 6個不同的回生時間。

1.3.1.5 回生溫度選取

分別選取0、4、15、30、50 ℃ 5個不同的回生溫度。

1.3.1.6 室溫冷卻與直接冷藏對照

分別選取2份質(zhì)量分數(shù)為30%淀粉乳，均在120℃壓熱處理0.5 h后，一份室溫冷卻后4℃放置12 h;另一份不經(jīng)冷卻直接4℃放置12 h，烘干，粉碎，過篩，保存。

1.3.2 抗性淀粉含量測定

參照Champ的測定方法［10］。稱取一定量的待測樣品，加入HCl-KCl緩沖溶液及胃蛋白酶溶液，37℃恒溫水浴振蕩30 min，取出，冷卻，調(diào)節(jié)pH值為中性，加入耐高溫 α-淀粉酶，95℃恒溫水浴振蕩30 min，取出，冷卻，離心(15 min，3 000 g)，棄去上清液，反復(fù)3次。用適量4mol/L的氫氧化鉀溶液完全溶解沉淀，再用鹽酸中和，調(diào)節(jié)pH值為中性，加入葡萄糖淀粉酶，60℃恒溫水浴振蕩60 min，冷卻，離心(15 min，3 000 g)，收集上清液，反復(fù)3次，合并上清液于容量瓶中，蒸餾水定容，用3，5-二硝基水楊酸法測定還原糖的含量。

1.3.3 正交試驗設(shè)計

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，確定淀粉乳濃度(A)、壓熱溫度(B)、壓熱時間(C)以及回生溫度(D)為影響制備木薯RS的主要因素(由于回生時間對RS形成沒有明顯影響，故選擇回生時間為24 h)。采用L9(34)正交表進行四因素三水平正交試驗設(shè)計，以期獲得最優(yōu)組合。試驗因素與水平見表1。

表1 正交試驗因素水平表

2 結(jié)果與分析

2.1 木薯原淀粉中抗性淀粉的含量

按照1.3.2的方法對木薯原淀粉中RS的含量進行測定，測得RS含量為0.94%，與已報道的RS含量 0.44%［18］相似。

2.2 木薯抗性淀粉制備條件單因素試驗

2.2.1 淀粉乳濃度對抗性淀粉得率的影響

如圖1所示，當(dāng)?shù)矸廴闈舛龋?0%時，RS得率較低;在10%左右時，RS得率最高，為5.96%;之后RS得率隨著淀粉乳濃度的增大而逐漸減小;當(dāng)?shù)矸廴闈舛却笥?0%時，RS得率又有所回升。這可能是因為當(dāng)水分含量太高時，因淀粉糊化釋放的直鏈淀粉分子過于松散，在冷卻回生過程中難以有效的形成雙螺旋結(jié)構(gòu);而當(dāng)?shù)矸廴闈舛仍谝欢ǚ秶鷥?nèi)(10%～40%)逐漸增大時，由于淀粉糊化不完全，不能將淀粉分子間的氫鍵完全破壞，淀粉糊黏度很大，回生時淀粉分子難以相互接近形成結(jié)晶，從而導(dǎo)致RS產(chǎn)率降低［11］;如淀粉乳濃度過高，則由于體系中水分太少，溫度過高，淀粉結(jié)晶區(qū)可能發(fā)生部分熔融［12］，導(dǎo)致分子降解更為劇烈，回生時更易生成RS。

圖1 淀粉乳濃度對RS得率的影響

2.2.2 壓熱時間對抗性淀粉得率的影響

圖2 壓熱時間對RS得率的影響

如圖2所示，當(dāng)壓熱時間＜30 min時，RS得率隨著時間的延長而逐漸增加;在30 min左右，RS得率達到最大5.48%;隨著時間的繼續(xù)延長，RS得率迅速下降。分析其原因可能是因為:壓熱時間過短，直鏈淀粉分子不易接近或淀粉分子中的直鏈淀粉分子沒有完全游離出來。壓熱時間過長，使得淀粉分子發(fā)生過度的降解，斷裂生成小分子或短鏈分子，它們的分子運動比較強烈，擴散速度較大，因此較難聚集，不利于形成RS或形成的RS抗酶解性不強，使其含量下降［13］。

2.2.3 壓熱溫度對抗性淀粉得率的影響

如圖3所示，當(dāng)壓熱溫度在108～115℃時，RS得率較高;隨著溫度的繼續(xù)升高，RS得率明顯下降。分析原因可能是因為:木薯淀粉分子的結(jié)合鍵很弱［8］，其糊化溫度很低(49～73 ℃)［14］，所以木薯淀粉在108℃下很快就糊化完全;當(dāng)溫度＞115℃時，由于溫度過高，淀粉分子發(fā)生過度的降解，和在過長壓熱時間下處理木薯淀粉的原理相似。

圖3 壓熱溫度對RS得率的影響

2.2.4 回生時間對抗性淀粉得率的影響

如圖4所示，在12 h前，RS得率隨著回生時間的延長而逐漸增大;之后上升比較緩慢;24 h后增加不再明顯。分析原因可能是因為:抗性淀粉的形成是直鏈淀粉分子的重新結(jié)晶過程，在回生初期，對淀粉老化結(jié)晶起主要作用的是直鏈淀粉，其老化速度快，隨后起主要作用的是支鏈淀粉，在24 h時，絕大部分的支鏈淀粉已經(jīng)完成了結(jié)晶過程;根據(jù)結(jié)晶理論［15］，晶核增長到一定時間后會變得異常緩慢，開始的12 h內(nèi)是最快的，接近總晶核形成量的一半，因此與結(jié)晶理論相符?？紤]到延長回生時間會延長生產(chǎn)周期，增加經(jīng)濟成本，故選擇24 h為宜。

圖4 回生時間對RS得率的影響

2.2.5 回生溫度對抗性淀粉得率的影響

如圖5所示，當(dāng)回生溫度低于4℃時，RS得率較低;4℃左右時得率較高;之后隨著回生溫度的升高，得率逐漸下降。根據(jù)晶體形成理論［16］，結(jié)晶總速度是由成核速度、晶體生長速度共同決定的?？剐缘矸蹟?shù)量的增加依賴于直鏈淀粉結(jié)晶的總速度。直鏈淀粉的結(jié)晶，其晶核的出現(xiàn)是一個均相成核過程，只有在稍低的溫度下才能發(fā)生。因為溫度過高，分子的熱運動過于劇烈，晶核不易形成或者生成的晶核不穩(wěn)定，易被分子熱運動所破壞。隨著溫度的降低，均相成核的速度逐漸增大;在4℃時，直鏈淀粉晶體的成核速率最高，因此RS的得率迅速增加。

圖5 回生溫度對RS得率的影響

2.2.6 室溫冷卻和直接冷藏對RS得率的影響

如圖6所示，經(jīng)室溫冷卻后再冷藏回生，比直接冷藏產(chǎn)生的RS多。這可能是由于淀粉乳分子中氫鍵很多，分子間締合很牢固，水溶解性下降，如果淀粉糊的冷卻速度很快，直鏈淀粉分子來不及重新排列成束狀結(jié)構(gòu)，便形成凝膠體。故緩慢冷卻可以提高RS的得率。因此，應(yīng)室溫冷卻后再冷藏回生。

圖6 冷藏方式對RS得率的影響

2.3 正交試驗結(jié)果分析

木薯RS制備條件正交試驗結(jié)果與統(tǒng)計分析見表2。

由表2可以看出，本試驗所得木薯RS得率最高為13.26。由極差分析可知，影響木薯RS得率的各因素主次為 D(淀粉乳濃度)＞A(壓熱時間)＞C(回生溫度)＞B(壓熱溫度)，最好的因素水平組合為A3B3C2D1，即淀粉乳質(zhì)量分數(shù)10%，壓熱時間45 min，壓熱溫度121℃，回生溫度17℃。

表2 正交試驗結(jié)果與統(tǒng)計分析

韋秋玉［17］采用酶解法制備木薯RS(淀粉乳濃度20%、酶用量4 U/g、55℃作用8 h)，木薯RS最高得率為13.36%。與本實驗所得結(jié)果基本相同，但考慮到酶解法酶解時間較長、成本較高，因此選擇壓熱法制備RS更加經(jīng)濟、合理。Onyango等［18］采用酸水解-壓熱法制備木薯RS(10 mmol/L乳酸，121℃壓熱45 min，60℃放置48 h)，木薯RS最高得率為9.97%，低于本實驗結(jié)果。韓曉芳等［19］采用壓熱法制備蕎麥RS(淀粉乳質(zhì)量分數(shù)20%，pH值7.0，120℃壓熱處理90 min，4℃放置24 h)，蕎麥RS最高得率為15.54%。徐紅華等采用壓熱法制備玉米RS(淀粉乳濃度20%，pH值7.0，120℃壓熱處理90 min，4℃ 放置24 h)，玉米RS最高得率為10.73% 。由此可見，采用不同方法或不同淀粉原料制備RS，RS最佳制備條件及最高得率均不一致。

3 結(jié)論

通過單因素和多因素正交試驗，確定壓熱法制備木薯抗性淀粉的最佳工藝條件為:淀粉乳質(zhì)量分數(shù)10%，壓熱溫度121℃，壓熱時間45 min，回生溫度17℃。在此工藝條件下，木薯抗性淀粉得率為13.26%，比木薯原淀粉中抗性淀粉含量增加12.32%。表明，壓熱法可以顯著提高木薯淀粉中抗性淀粉的含量，適合木薯抗性淀粉的制備。

［1］Niba L L.Resistant starch:A potential functional food ingredient［J］.Nutrition and Food Science，2002，32，62－67.

［2］Haralampu S G.Resistant starch-a review of the physical properties and biological impact of RS3［J］.Carbohydrate Polymers，2000，41(3)，285－292.

［3］國民淀粉化學(xué)有限公司.特殊變性淀粉的應(yīng)用新領(lǐng)域［J］.中國食品工業(yè)，1998(7):23－24.

［4］Englyst H N，Kingman S M，Cumming J H.Classification and measurement of nutritionally important starch fractions［J］.European Journal of Clinical Nutrition，1992，46(12):33－50.

［5］Han J A，Bemiller J N.Preparation and slowly digesting modified food starches［J］.Carbohydrate Polymers，2006，25(7):1－9.

［6］Shamai K，Bianco-Peled H，Shimoni E.Polymorphism of resistant starch type Ⅲ［J］.Carbohydrate Polymers，2003，54(11):363－369.

［7］Sajilata M G，Singhal R S，Kulkarni P R.Resistant starch-A review［J］.Food Science and Food Safety，2006，7(5):1－17.

［8］Eliasson A C.食品淀粉的結(jié)構(gòu)、功能及應(yīng)用［M］.北京:中國輕工業(yè)出版社，2009:202－207.

［9］Escarpa A，Gonzalez M C，Manas E.Resistant starch formation:standardization of a high-pressure-autoclave［J］.Joumal of Agriculture and Food Chemistry，1996，44(4):924－928.

［10］Champ M.Determination of resistant starch in foods and food products:inter laboratory study［J］.European Journal of Clinical Nutrition，1992，46(32):51－621.

［11］聶凌鴻.馬鈴薯抗性淀粉壓熱制備條件的研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008(1):314－315.

［12］Donowan J.Phase transitions of the starch water system.Biopolymers，1979，18:263－275.

［13］Grazyna L，Jozef F，Aleksander W.Effect of microwave radiation on physico－chemical properties and structure of potato and tapioca starches［J］.Carbohydrate Polymers，1997，34:213－220.

［14］Rickard J E，Asaoka，M，Blanshard J M V.The physicochemical properties of cassava starch［J］.Tropical Agricultural Science and Technology，1991，31:189－207.

［15］Woo K S，Seib P A.Cross－linked resistant starch:preparation and properties［J］.Cereal Chemistry，2002，79(6):819－825.

［16］Vodovote V P.Glass rubbery transition and recrystallization during aging of wheat starch gels［J］.Journal of Agriculture and Food Chemistry，1998，46(2):446－453.

［17］韋秋玉.木薯抗性淀粉的酶法制備和機理研究［D］.廣西:廣西大學(xué)，1992:14－26.

［18］Onyango C，Bley T，Jacob A，et al.Influence of incuba tion temperature and time on resistant starch type III formation from autoclaved and acid-hydrolysed cassava starch［J］.Carbohydrate Polymers，2006，66:494－499.

［19］關(guān)楊，王可興，陸文彬，等.壓熱法制備蕎麥抗性淀粉工藝優(yōu)化［J］.食品科學(xué)，2007，28(8):219－223.

Effect of Autoclaving and Steaming Processing on the Formation of Cassava Resistant

Yang Xiao-hui，Pan Yuan-feng，Liu Yi-Juan，Tang Shu-ze
(Department of Engineering Food Science.and Engineering，Jinan University，Guangzhou 510632，China)

Cassava starch was treated by autoclave，and the effects of autoclaving and retrogradation conditions on yields of resistant starch were analyzed.The optimal conditions were determined:starch slurry concentration 10%，autoclave at 121℃ for 45 min and retrogradation at 17℃ for 24 h.Under the above condition，the yield was increased 12.32%.

cassava starch，resistant starch，autoclaving processing

碩士研究生(唐書澤為通訊作者)。

*廣州市重點科技公關(guān)項目(2006Z2－E0201)

2010－05－06，改回日期:2010－09－03