酶法及壓熱-酶法制備大米抗性淀粉的理化性質(zhì)比較

張 倩 肖華西 楊 帆 林親錄

(中南林業(yè)科技大學食品科學與工程學院，長沙 410004)

大米RS3型抗性淀粉是大米淀粉在糊化后由淀粉回生產(chǎn)生[1]。它既有抗性淀粉良好的生理功能[2，3]，如可以平衡能量與體重，控制餐后血糖的快速升高，防止糖尿??；促進鋅、鈣、鎂離子的吸收；減少血清中膽固醇和甘油三酯，預(yù)防脂肪肝，保護腸道等，也具有顆粒細小、顏色白膩、風味淡、持水力溫和等特點。因此，在低熱食品、冷凍甜點、焙烤食品、低脂人造奶油等方面均有較為廣泛的應(yīng)用前景。凝膠是膠體質(zhì)點或高聚物分子交織的體型聚合物網(wǎng)絡(luò)中包含溶劑或者單體、低聚物時的一種膠體狀態(tài)[4]。在食品中，常見的有蛋白質(zhì)類凝膠和多糖類凝膠。其中，淀粉作為一種重要的多糖類物質(zhì)，在食品加工過程中形成的凝膠態(tài)具有多種應(yīng)用形式。淀粉經(jīng)過糊化后會形成具有一定彈性和強度的透明或半透明的凝膠[5]，而不同方法制備的抗性淀粉和淀粉凝膠其直鏈淀粉的含量、直鏈淀粉和支鏈淀粉的分子大小以及支鏈淀粉的分支化度等都是各不相同的[6,7]，而這些因素直接影響凝膠中分子之間的距離、分子之間作用力的大小和作用方式等，從而影響凝膠的黏性、強度等特性。姚映西等[8]報道的大米淀粉經(jīng)濕熱改性處理后，其支鏈淀粉含量明顯增加，凝膠黏性明顯降低。劉一洋[9]提出酸酶復合法制備大米抗性淀粉，支鏈淀粉在酸酶復合作用下進行脫支化反應(yīng)，形成大量直鏈淀粉，因此糊化溫度有一定的上升，將得到的抗性淀粉添加到蛋糕中，隨著添加量的增加，蛋糕的硬度，彈性、回復性逐漸下降。淀粉凝膠的這些特性直接影響到淀粉基食品的加工性能和產(chǎn)品的品質(zhì)[10,11]。

因此，本實驗采用酶法和壓熱-酶法兩種方法制備大米RS3型抗性淀粉和淀粉凝膠，研究其理化性質(zhì)，旨在為大米RS3型抗性淀粉、淀粉凝膠的綜合應(yīng)用提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

大米，無水乙醇(分析純)、氫氧化鈉(分析純)、糖化酶(分析純)；耐高溫α-淀粉酶(食品級)；抗性淀粉檢測試劑盒。

1.2 主要儀器與設(shè)備

101C-2AB型電熱恒溫鼓風干燥箱；400T多功能粉碎機；RVA Super4 型RVA快速黏度分析儀；L530型臺式低速離心機；Multizoom AZ100/AZ100M 多功能顯微鏡；TA XT Plus 質(zhì)構(gòu)儀。

1.3 方法

1.3.1 大米淀粉的制備[6]

將30 g大米粉碎，過80目篩，與1∶6(g/mL)堿液均勻混合，反應(yīng)24小時，在4 000 r/min轉(zhuǎn)速下離心15 min，棄去上清液，水洗沉淀多次，脫水后的淀粉置于熱風干燥箱中，以50 ℃干燥至恒重，得到大米淀粉備用，測得淀粉質(zhì)量分數(shù)為81.2%。

1.3.2 酶法制備抗性淀粉

粗抗性淀粉的制備：分別配制質(zhì)量分數(shù)為30%的大米淀粉乳溶液，調(diào)節(jié)pH為6，在沸水浴中放置30 min后，冷卻至室溫后，再放置于4℃的冰箱中冷凍24 h。將樣品置于80 ℃的烘箱中烘48 h，粉碎，過100目篩，即得粗抗性淀粉[12]。

粗大米抗性淀粉的純化：用已經(jīng)制得的粗大米抗性淀粉配制25%的淀粉乳，調(diào)節(jié)pH為5.5，以4 U/g的量加入耐高溫α-淀粉酶，在70 ℃的恒溫水浴鍋中水解1 h，以4 U/g的量加入糖化酶，在50 ℃的水浴鍋中水解2 h，以3 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心處理30 min。水洗離心3次，最后用95%的乙醇清洗，放入80 ℃烘箱干燥，粉碎機粉碎，過200目篩即得純抗性淀粉[13]。

1.3.3 壓熱-酶法制備抗性淀粉

粗抗性淀粉的制備：分別配制質(zhì)量分數(shù)為30%的大米淀粉乳溶液，調(diào)節(jié)pH為6，在沸水浴中放置30 min后，放入高壓滅菌鍋中121 ℃高溫高壓處理40 min。再放置于4 ℃的冰箱中冷凍24 h。重復上述兩次高溫高壓凍卻步驟，將樣品置于80 ℃的烘箱中烘48 h，粉碎，過100目篩即得粗抗性淀粉[14]。

粗大米抗性淀粉的純化： 參照步驟1.3.2。

1.3.4 大米淀粉凝膠的制備[15]

已知質(zhì)量分數(shù)為12%的米淀粉不能正常形成凝膠，所以選擇這個濃度的米淀粉乳液來研究回生大米抗性淀粉對米粉凝膠能力的影響。用去離子水配制12%(質(zhì)量分數(shù)，干基)的淀粉漿，分別加入10%(質(zhì)量分數(shù)，淀粉基)兩種方式處理的大米抗性淀粉，沸水浴處理30 min后，冷卻至室溫，再置于4 ℃冰箱下24 h，得到淀粉凝膠。對淀粉凝膠進行干燥、粉碎處理便于測樣。

1.3.5 大米抗性淀粉及米淀粉凝膠的理化性質(zhì)測定

1.3.5.1 含水量測定

取適量樣品于洗凈干燥的稱量瓶中，將其置于恒溫干燥箱(105 ℃)中加熱1.0 h，蓋好取出，置干燥器內(nèi)冷卻0.5 h至室溫，稱量，并重復上述加熱冷卻步驟直至前后兩次質(zhì)量差不超過 2 mg，即為恒重。

試樣中的含水量，按公式進行計算[16]:

含水量=(m1-m2)/(m1-m0)×100%

式中：m1為稱量瓶(加海砂)和試樣的質(zhì)量/g;m2為稱量瓶(加海砂)和試樣干燥后的質(zhì)量/g;m0為稱量瓶(加海砂)的質(zhì)量/g。

1.3.5.2 溶解度和膨潤力的測定[17]

稱取樣品置于洗凈干燥的離心管中，加入蒸餾水配制成質(zhì)量分數(shù)為2%的淀粉乳溶液，搖勻，分別在不同溫度梯度下的水浴中加熱30 min(溫度梯度為50、60、70、80、90 ℃)，每5 min 振蕩一次，然后迅速將離心管取出并冷卻至室溫，再將其置于4 000r/min的離心機中進行離心15 min。將上清液與沉淀分離，并置于烘箱(130 ℃)中干燥直至恒重，得到被溶解淀粉質(zhì)量以及沉淀部分淀粉質(zhì)量，沉淀部分即為膨脹淀粉。

溶解度=水溶淀粉質(zhì)量/[淀粉樣品質(zhì)量(干)]×100%

膨潤力(g/g)=膨脹淀粉質(zhì)量/(淀粉樣品質(zhì)量(干)-水溶淀粉質(zhì)量)

1.3.5.3 糊化性質(zhì)測定[18]

測定按GB/T 22427.7—2008規(guī)程要求，將含水基設(shè)定為14%，樣品質(zhì)量設(shè)定為3.0 g，用水量設(shè)定為25 mL，測定過程中，溫度從50 ℃加熱至95 ℃(升溫速度為5 ℃/min)，溫度升至95 ℃時保溫2.7 min，然后從95 ℃冷卻至50 ℃(降溫速度為5 ℃/min)，溫度降至50 ℃時保溫2 min。參數(shù)設(shè)置后加入鋁罐中進行測定，參數(shù)設(shè)置由hermocline for windows軟件控制。

1.3.5.4 形態(tài)和偏光十字觀測[19]

將少量淀粉置于50 mL離心管中加水搖勻，靜置片刻吸取適量澄清液液滴在載玻片上，輕輕將蓋玻片蓋上，將氣泡趕出。通過多功能顯微鏡，選擇合適的物鏡及放大倍數(shù)對抗性淀粉和原淀粉進行偏光十字和形態(tài)進行觀察。

1.3.5.5 淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)特性測定[20]

將3.0 g大米淀粉凝膠(干基)稱置于鋁盒中(直徑=34 mm)，加入6.0 mL蒸餾水，放置10 min后在沸水蒸汽條件下蒸煮20 min，保溫10 min，冷卻至室溫后取出凝膠，使用質(zhì)構(gòu)儀探頭對其進行測試。參數(shù)設(shè)置為：TPA模式，P/6探頭，測試前速度5 mm/s，測試中速度1 mm/s，測試后速度5 mm/s，穿刺距離5 mm。凝膠質(zhì)構(gòu)的評價參數(shù)：硬度、彈性、凝聚性、膠黏性。使用質(zhì)構(gòu)儀輸出軟件采集實驗數(shù)據(jù)，實驗至少重復3次，取平均值。

1.3.6 數(shù)據(jù)分析

使用Excel、Origin和 SPSS22.0等軟件對試驗數(shù)據(jù)進行了相關(guān)性分析和逐步回歸分析，所有數(shù)據(jù)均為3次測試的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗性淀粉得率及含水量

經(jīng)抗性淀粉檢測試劑盒檢測，酶法制備的大米抗性淀粉得率為16.23%，而壓熱-酶法制備的大米抗性淀粉得率可達18.16%。與原料大米比較，酶法及壓熱-酶法制備的大米抗性淀粉含水量從11.88%分別下降到4.05%和3.98%，下降幅度無顯著性差異；而酶法制備和壓熱-酶法制備的淀粉凝膠的含水量下降幅度分別是52.6%和75.9%，有明顯的下降，其中壓熱-酶法制備淀粉凝膠含水量大幅度降低，這是因為壓熱處理的高溫高壓破壞了淀粉結(jié)構(gòu)，去除了淀粉中結(jié)合的水分子，致使含水量降低。而且兩種方法處理的抗性淀粉和淀粉凝膠的含水量無顯著性差異，說明凝膠化過程中水分是沒有變化的。

注： A為原大米淀粉；B1為酶法制備的抗性淀粉；B2為酶法制備的淀粉凝膠干粉；C1為壓熱-酶法制備的抗性淀粉；C2為壓熱-酶法制備的淀粉凝膠干粉。*為P<0.05。圖1 大米抗性淀粉及淀粉凝膠含水量

2.2 溶解度和膨潤力

溶解度反映了淀粉遇水溶解的能力，其值高說明淀粉溶解度好，反之則差。由圖2可見，在50～90 ℃溫度范圍內(nèi)，大米淀粉與抗性淀粉的溶解度都隨著溫度的升高而增大；且酶法和壓熱-酶法制備的抗性淀粉溶解度存在差異性，由圖2可知，壓熱-酶法制備的抗性淀粉溶解度在50～90 ℃范圍內(nèi)大于酶法，這有可能是因為在高壓高溫環(huán)境下，淀粉顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，使得水分易破壞其結(jié)構(gòu)并發(fā)生反應(yīng)。另一方面，酶法和壓熱-酶法制備的淀粉凝膠在50～70 ℃范圍內(nèi)，淀粉凝膠的溶解度隨溫度呈現(xiàn)緩慢下降趨勢，在90 ℃左右，幾乎不再變化。由于糊化后的淀粉凝膠結(jié)構(gòu)大部分處于無定型狀態(tài)，在低溫時較容易吸水溶解，且溶解度比同種方法制備的抗性淀粉還要高一些；但隨著溫度升高，在凝膠化淀粉中，由于重結(jié)晶的淀粉分子之間的存在氫鍵而難以斷裂，導致淀粉凝膠的溶解度大大降低，且遠低于原抗性淀粉。

注：*為P<0.05。下同。圖2 大米抗性淀粉及淀粉凝膠溶解度

圖3 大米抗性淀粉及淀粉凝膠膨潤力

淀粉吸水膨脹的能力受膨潤力的影響，膨潤力的大小由淀粉顆粒結(jié)構(gòu)、形態(tài)，粒徑大小、分子特性及組成等決定[21,22]。由圖3可知，在50～90 ℃范圍內(nèi)，酶法和壓熱-酶法制備的大米抗性淀粉膨潤力隨溫度緩慢增加，且兩種方法之間無顯著性差異。另一方面，酶法和壓熱-酶法制備的淀粉凝膠在50～90 ℃范圍內(nèi)，其膨潤力明顯大于原抗性淀粉，但是增長的幅度不如原抗性淀粉大，因為淀粉在糊化后，會有更多的羥基暴露出來，能夠與更多的水以氫鍵結(jié)合，使淀粉凝膠的膨潤力大于原抗性淀粉，但溫度升高，膨潤力增加的幅度并不大。

2.3 糊化性質(zhì)

利用RVA快速黏度分析儀測定不同方法制備的抗性淀粉及淀粉凝膠糊化特性各種指標參數(shù)見表1。經(jīng)分析，兩種方法制備的抗性淀粉與原料大米淀粉的糊化特性參數(shù)值存在顯著性差異(P<0.05)，峰值黏度反映的是淀粉糊化升溫過程中淀粉顆粒的膨脹程度[23]。由表1可知，酶法制備的抗性淀粉的糊化黏度最大，壓熱-酶法制備的抗性淀粉的糊化黏度最小。回生值反映了淀粉冷糊的穩(wěn)定性和老化趨勢，一定程度的回生使淀粉凝膠的硬度增加，有利于韌性的形成[24]，表1結(jié)果顯示酶法制備的抗性淀粉的回生值最高，而壓熱-酶法制備的抗性淀粉的回生值很低，這可能與直鏈淀粉聚合度和支鏈淀粉的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。聚合度高的直鏈淀粉以及外鏈長的支鏈淀粉容易老化，且冷糊穩(wěn)定性也差[25]。淀粉熱糊的穩(wěn)定性與衰減值的大小有關(guān)[26]，表1結(jié)果顯示壓熱-酶法制備的抗性淀粉的衰減值較小，表明淀粉顆粒膨脹過程中強度比較大，不易破裂，熱糊的穩(wěn)定好。而兩種方法制備的淀粉凝膠峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、衰減值、回生值都明顯降低，是因為淀粉分子的鏈長變小，支鏈淀粉部分降解形成直鏈淀粉，直鏈淀粉增多，而在淀粉凝膠內(nèi)，直鏈淀粉和支鏈淀粉分子之間又會通過氫鍵等作用力發(fā)生聚集，形成非均相的混合體系，形成耐熱成分，使得黏度降低。

表1 大米抗性淀粉及淀粉凝膠RVA特征值

2.4 淀粉形態(tài)和偏光十字觀測

大米淀粉是高結(jié)晶性淀粉，在偏振光下觀察時具有雙折射現(xiàn)象。由圖4可知，原淀粉顆粒比較分散，很容易觀察到偏光十字，呈均勻的X型。原淀粉經(jīng)過兩種不同方法制備成抗性大米淀粉后，淀粉顆粒都出現(xiàn)聚集現(xiàn)象，不容易觀察到偏光十字?？赡苁且驗榈矸垲w粒是從臍點開始生長，臍點容易受到熱水汽的侵蝕破壞，在使用壓熱-酶法制備抗性淀粉的過程中，由于高溫高壓使得淀粉顆粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞，同時淀粉顆粒發(fā)生聚集。經(jīng)過壓熱-酶法和酶法處理過后的淀粉凝膠均不易觀察到偏光十字，且聚集度也有所提高，可能是因為在制備凝膠的時候，由于煮沸過程中使得淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)進一步被破壞，淀粉的偏光十字消失，使得聚集程度略有增加。

圖4 大米抗性淀粉及淀粉凝膠的形態(tài)及偏光十字圖

2.5 淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)特性

淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)主要是指凝膠的硬度、膠黏性、彈性和凝聚性。通過質(zhì)構(gòu)儀(TPA)的壓縮模式來測定，并得到質(zhì)構(gòu)曲線及特性參數(shù)[27]。通過這4個參數(shù)值，模擬人體口腔的咀嚼運動，以便更好的拓展淀粉凝膠的應(yīng)用形式。由表2可知，兩種方法制備的淀粉凝膠與原淀粉相比，凝膠的硬度和彈性均顯著增加，這說明制備方法對淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)是有影響的，由于制備方法不同，淀粉內(nèi)部分子斷裂情況不同，經(jīng)壓熱-酶法處理的淀粉凝膠硬度和彈性略大于酶法，但膠黏性較小。這可能是由于壓熱過程中壓力超過淀粉分子結(jié)構(gòu)的承受力時，淀粉分子長鏈就會斷裂，從而影響淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)。

表2 大米淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)特征

3 結(jié)論

對酶法及壓熱-酶法制備的大米抗性淀粉和淀粉凝膠的理化性質(zhì)進行比較。結(jié)果表明： 不同方法處理得到的大米抗性淀粉及淀粉凝膠含水量都有所下降，壓熱-酶法制備的大米抗性淀粉及淀粉凝膠含水量最少。抗性淀粉的溶解度都隨溫度的升高而增大，且壓熱-酶法制備的抗性淀粉溶解度>酶法。而兩種方法得到的大米淀粉凝膠的溶解度隨溫度呈現(xiàn)緩慢下降趨勢，大米抗性淀粉和淀粉凝膠膨潤力都隨溫度的增加而增加，其淀粉凝膠膨潤力>原抗性淀粉，但是淀粉凝膠膨潤力隨溫度增長緩慢。兩種方法制備的淀粉凝膠峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、衰減值、回生值均明顯降低。酶法制備的抗性淀粉的糊化黏度和回生值比壓熱-酶法制備的抗性淀粉大，且壓熱-酶法制備的抗性淀粉的衰減值最小，壓熱-酶法制備的大米抗性淀粉和淀粉凝膠更不容易觀察到偏光十字。兩種方法制備的淀粉凝膠與原淀粉相比，凝膠的硬度和彈性均顯著增加，并且壓熱-酶法的硬度和彈性最大，但膠黏性較小。