壓熱法制備紫山藥抗性淀粉

阮思蓮　馬歲祥　吳梟锜等

摘要[目的] 研究壓熱法制備紫山藥抗性淀粉的工藝。[方法] 以紫山藥淀粉為原料，采用壓熱法制備紫山藥抗性淀粉。以抗性淀粉得率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)正交試驗(yàn)和方差分析明確因素影響的重要性并優(yōu)化工藝條件。[結(jié)果]試驗(yàn)表明，影響抗性淀粉得率的因素主次順序?yàn)椋旱矸廴闈舛?溫度>pH>時(shí)間，最佳工藝條件為：淀粉乳濃度為30%，溫度為120 ℃，pH為7，時(shí)間為60 min，在此條件下抗性淀粉得率為12.92%。[結(jié)論] 研究可為開(kāi)發(fā)紫山藥抗性淀粉產(chǎn)品提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞紫山藥淀粉；抗性淀粉；壓熱處理

中圖分類號(hào)S509.9；TS234文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2015）07-293-03

Preparation of Purple Dioscorea alata L. Resistant Starch by Pressure-heating Treatment

RUAN Si-lian， MA Sui-xiang， WU Xiao-qi， SONG Hong-bo* et al

（College of Food Science， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002）

Abstract[Objective] To study technique for preparing Purple Dioscorea alata L. resistant starch by pressure-heating treatment. [Method] With Purple Dioscorea alata L. starch as raw material， pressure-heating treatment was conducted to prepare resistant starch. Taking yield as evaluation indicator， on the basis of single factor experiment， orthogonal test and variance analysis were adopted to determine importance of influencing factors and optimize technical conditions. [Result] The experiment showed that the order of influencing factors is starch concentration > temperature > pH > time. The optimized processes were： starch concentration 30%， temperature 120 ℃， pH 7， time 60 min. Under the conditions， the productivity of resistant starch was 12.92%. [Conclusion] The study can provide theoretical basis for development of Purple Dioscorea alata L. resistant starch.

Key wordsPurple Dioscorea alata L.starch； Resistant starch； Pressure-heating treatment

抗性淀粉是指一類在正常人體的小腸中不被消化吸收，而被大腸菌群用以發(fā)酵的淀粉及其降解物[1-2]。有生理學(xué)家們根據(jù)其抗消化性的程度不同把抗性淀粉分為：RS1、RS2、RS3、RS4[3]。其中RS3為回生淀粉，作為抗性淀粉的最主要來(lái)源，有著非常顯著的生理功能，例如對(duì)便秘癥狀有著預(yù)防、緩解和改善的作用，對(duì)于類脂、膽固醇等代謝有增強(qiáng)作用[4]，對(duì)于礦物質(zhì)消化吸收起到促進(jìn)作用[5]，同時(shí)，它還具備降低血糖、血脂等功效[6]。開(kāi)發(fā)抗性淀粉產(chǎn)品，具備極大的商業(yè)價(jià)值[7-8]。

紫山藥（Purple Dioscorea alata L.）又名紫蒔藥、紫淮山藥、紫腳板薯等[9]，在我國(guó)南方多個(gè)省份普遍種植，目前對(duì)于其利用大多停留在煮食方面[10]，對(duì)其產(chǎn)后加工以及潛在價(jià)值的開(kāi)發(fā)利用仍處在較低水平。鄧子龍等采用發(fā)酵法制備紫山藥淀粉，并探討了其部分的理化性質(zhì)[9]，陶華蕾就紫山藥淀粉的提取工藝和加工利用做了初步研究，研制出紫山藥果凍等產(chǎn)品[10]。筆者主要以紫山藥淀粉為原料，研究壓熱法制備抗性淀粉工藝，可為開(kāi)發(fā)紫山藥抗性淀粉產(chǎn)品提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

供試原料：紫山藥，品種為紫玉淮山，購(gòu)于福建明溪縣王橋淮山基地。新鮮、無(wú)破損、無(wú)發(fā)霉。

主要試劑：檸檬酸、氯化鈉、氫氧化鉀、3，5-二硝基水楊酸，均為國(guó)產(chǎn)分析純；α-淀粉酶（1 000 U/g）、葡萄糖淀粉酶（10萬(wàn)U/g），美國(guó)sigma公司。

主要儀器與設(shè)備：UV-1100型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海美譜達(dá)儀器有限公司；TDL-5-A型低速離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；YXQ-LS-18SI型自動(dòng)手提式滅菌鍋，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；THZ-82型水浴恒溫振蕩器，金壇市精達(dá)儀器制造有限公司；Sartorius pH計(jì)，合肥橋斯儀器設(shè)備有限公司；ACS-30電子天平，上海然浩電子有限公司；AR1140電子天平，上海梅特勒托利多儀器有限公司；DHG-9000電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏試驗(yàn)設(shè)備有限公司；JJ-2組織搗碎勻漿機(jī)，江蘇天由有限公司。

1.2方法

1.2.1樣品的制備。

紫山藥淀粉：挑選新鮮紫山藥，以清水洗凈，削皮去表面，切分為1～3 mm薄片，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05%檸檬酸、0.10%氯化鈣、0.35%異抗壞血酸鈉的復(fù)配護(hù)色劑常溫護(hù)色15 min后，加入7倍的蒸餾水，用組織搗碎勻漿機(jī)進(jìn)行破碎和勻漿，在超聲波提取器中提取，以4 000 r/min轉(zhuǎn)速離心10 min進(jìn)行漿渣分離，收集下層漿液，100目絹布過(guò)濾，濾液靜沉6 h，將所得下層沉淀用蒸餾水反復(fù)清洗，每次清洗室溫下靜置4 h，棄去上清液，直到上清液澄清為止，置于離心機(jī)中以4 000 r/min轉(zhuǎn)速離心15 min，刮去上層雜質(zhì)，反復(fù)離心除雜。取出沉淀物置于烘箱中45 ℃烘至水分含量為11.8%即可[11]，粉碎，過(guò)100目篩，得到紫山藥淀粉樣品。

紫山藥抗性淀粉：稱取一定量的紫山藥淀粉加入蒸餾水配制一定濃度的淀粉乳，調(diào)節(jié)pH，在沸水浴鍋中先預(yù)糊化5 min，再把淀粉乳放置高壓滅菌鍋中，調(diào)節(jié)蒸汽壓力，在不同溫度下加熱一定時(shí)間，使之完全糊化；取出，放置室溫環(huán)境中自然冷卻，再將其放置于4 ℃的冰箱中冷藏24 h；樣品以80 ℃烘干18 h，粉碎，過(guò)100目篩，得到紫山藥抗性淀粉。

1.2.2抗性淀粉測(cè)定方法。

參照Goni等的方法，稍作改進(jìn)[12]。稱取5 g紫山藥抗性淀粉樣品，加入檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖液，再加入過(guò)量的耐高溫α-淀粉酶到50 ml 離心管中，在90 ℃振蕩1 h，冷卻至室溫，調(diào)節(jié)pH至4.0～4.5，加入過(guò)量的葡萄糖淀粉酶，在60 ℃振蕩1 h。以4 000 r/min 離心15 min，棄上清液，重復(fù)水洗離心3次。往沉淀中加入2 mol/L的KOH，室溫振蕩0.5 h，使紫山藥抗性淀粉充分溶解于KOH 溶液中。調(diào)節(jié)pH 為4.0～4.5，加入過(guò)量葡萄糖淀粉酶，在60 ℃恒溫水浴振蕩1 h。自然冷卻后，以4 000 r/min離心15 min，收集上清液，用水重復(fù)洗滌沉淀3 次，離心，合并上清液，用蒸餾水定容至100 ml，搖勻，備用。用DNS 法測(cè)定還原糖含量?？剐缘矸鄣寐拾聪率接?jì)算：

抗性淀粉得率（%）=（m1×0.9×100）/m2

式中，m1為還原糖質(zhì)量（g）；m2為紫山藥抗性淀粉干基質(zhì)量（g）；0.9為葡萄糖與脫水葡萄糖基之間的換算系數(shù)。

2結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)

2.1.1pH對(duì)抗性淀粉得率的影響。

由圖1可知，抗性淀粉得率隨著pH的增大，呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)；在pH為7時(shí)，抗性淀粉得率達(dá)到最大值。淀粉分子的分子間氫鍵受到pH影響顯著，在強(qiáng)酸強(qiáng)堿的環(huán)境下，直鏈淀粉分子大量被分解成短鏈分子，短鏈分子移動(dòng)劇烈，難以接近，不利于抗性淀粉的形成[13]。

圖1pH對(duì)抗性淀粉得率的影響

2.1.2時(shí)間對(duì)抗性淀粉得率的影響。

由圖2可知，在40～60 min范圍內(nèi)，隨著壓熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)，抗性淀粉得率不斷增加，在60 min時(shí)得率達(dá)到最大；隨著壓熱時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，得率開(kāi)始下降。可能一方面由于短時(shí)間內(nèi)淀粉糊的黏度并未達(dá)到最佳狀態(tài)，直鏈淀粉分子不易接近[14]，也可能是由于直鏈淀粉分子并未完全被釋放出來(lái)，形成的抗性淀粉少[15]，因此得率偏低。壓熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，易導(dǎo)致淀粉分子降解過(guò)度，短直鏈淀粉多，難以聚集結(jié)晶，影響抗性淀粉的形成[16]。

圖2時(shí)間對(duì)抗性淀粉得率的影響

2.1.3淀粉乳濃度對(duì)抗性淀粉得率的影響。

由圖3可知，在其他條件相同的情況下，淀粉乳濃度在15%～25%范圍內(nèi)，隨著淀粉乳濃度的增大，得率明顯增加。淀粉糊的黏度情況直接影響到淀粉鏈的伸展空間，即直鏈淀粉分子之間相互接近和形成結(jié)晶，在濃度低的情況下，直鏈淀粉分子之間相互接近的幾率減少，不利于抗性淀粉形成[17]。在淀粉乳濃度為25%時(shí)，得率達(dá)到最大，這是因?yàn)樵谒窟_(dá)到一個(gè)適當(dāng)?shù)牧?，直鏈淀粉分子締合更容易，促進(jìn)了抗性淀粉的形成[18]。隨著濃度的進(jìn)一步增大，得率反而降低，是因?yàn)樵跐舛容^高的情況下，淀粉在糊化時(shí)所需的水含量不夠，也可能因?yàn)楹?，整個(gè)體系黏度太大，直鏈淀粉分子之間難以進(jìn)行有序地排列，因此得率低[19]。

圖3淀粉乳濃度對(duì)抗性淀粉得率的影響

2.1.4溫度對(duì)抗性淀粉得率的影響。

由圖4可知，壓熱處理的溫度對(duì)于抗性淀粉形成具有很大影響，抗性淀粉在高溫下更易形成，原因是只有達(dá)到令淀粉粒完全被破壞的溫度，淀粉分子的氫鍵被破壞，直鏈淀粉分子才能被釋放，重新聚合而結(jié)晶，隨著溫度升高，被釋放的直鏈淀粉分子越多，游離的淀粉分子接近的概率增大，形成的抗性淀粉自然就越多，因此得率升高[20]。在120 ℃時(shí)，抗性淀粉得率最大，高溫可以促進(jìn)被破碎的淀粉粒幾乎完全釋放出淀粉分子，更易形成抗性淀粉[21-23]。但溫度過(guò)高，不僅使淀粉分子降解過(guò)度，且淀粉聚合度過(guò)小，不利于抗性淀粉的形成，因此得率降低[24]。

圖4溫度對(duì)抗性淀粉得率的影響

2.2正交試驗(yàn)結(jié)果分析

在上述pH、壓熱處理時(shí)間、淀粉乳濃度和溫度對(duì)抗性淀粉得率影響的單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用L9（34）正交試驗(yàn)，優(yōu)化提取工藝。各因素及水平見(jiàn)表1，正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

方差分析顯示，F(xiàn)A=15.028 4，F(xiàn)C=175.489 4，F(xiàn)D=22.836 9，F(xiàn)0.05（2，2）=19.00，F(xiàn)0.01（2，2）=99.00。

由此可以看出，淀粉乳濃度對(duì)抗性淀粉得率的影響達(dá)到高度顯著，壓熱溫度的影響達(dá)到顯著水平，pH和壓熱時(shí)間的影響不顯著。影響抗性淀粉得率的各因素主次順序?yàn)椋篊>D>A>B，即：淀粉乳濃度>溫度>pH>時(shí)間；制備抗性淀粉的最佳工藝為A2B2C3D2，即：淀粉乳濃度為30%，溫度為120 ℃，pH為7，時(shí)間為60 min。

表1正交試驗(yàn)因素水平

水平因素pH（A）時(shí)間（B）∥min淀粉乳濃度（C）∥%溫度（D）∥℃

165020115

276025120

387030125

表2正交試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)號(hào)因素pH（A）時(shí)間（B）淀粉乳濃度（C）溫度（D）得率%

1111110.21

2122212.12

3133312.31

4212312.19

5223112.51

6231211.24

7313212.60

8321310.61

9332111.28

K134.6435.0032.0634.00

K235.9435.2435.5935.96

K334.4934.8337.4235.11

極差0.480.141.790.65

因素主→次C>D>A>B

最優(yōu)組合A2B2C3D2

將優(yōu)化條件驗(yàn)證試驗(yàn)號(hào)設(shè)置為10號(hào)，并與正交試驗(yàn)中抗性淀粉得率最高的試驗(yàn)7號(hào)作對(duì)照，如表3所示。

表3優(yōu)化工藝驗(yàn)證試驗(yàn)

試驗(yàn)號(hào)pH時(shí)間∥min淀粉乳濃度∥%溫度∥℃得率∥%

78503012012.60

107603012012.92

由表3可知，優(yōu)化條件（10號(hào)）驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果較正交試驗(yàn)中7號(hào)試驗(yàn)所得抗性淀粉得率更高，表明正交試驗(yàn)優(yōu)化條件合理。

3結(jié)論

通過(guò)單因素試驗(yàn)可知，適宜的pH、時(shí)間、淀粉乳濃度和溫度，都能促進(jìn)淀粉分子的溶出，使直鏈淀粉分子充分釋放，大大促進(jìn)了抗性淀粉的形成。

淀粉乳的pH設(shè)定在中性范圍以及壓熱時(shí)間對(duì)抗性淀粉的得率影響并不顯著，淀粉乳濃度對(duì)于其得率影響達(dá)到高度顯著，溫度的影響達(dá)到顯著。影響該抗性淀粉得率的各因素主次順序?yàn)椋旱矸廴闈舛?溫度>pH>時(shí)間。優(yōu)化的抗性淀粉的最佳制備工藝參數(shù)為：淀粉乳濃度30%，溫度120 ℃，pH為7，時(shí)間為60 min，在此條件紫山藥抗性淀粉得率為12.92%。

43卷7期

阮思蓮等壓熱法制備紫山藥抗性淀粉

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