不同處理方式對(duì)紅香母芋抗性糊精性質(zhì)的影響

顧品品，張燕萍

（江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無錫214122）

抗性糊精與一般糊精不同，不能為人體消化吸收，是一種低分子水溶性膳食纖維?？剐院杂刑鹞叮瑹崃康停灰桌匣?，且耐冷凍冷藏[1]。抗性糊精具備膳食纖維的生理功能，有助于降低血糖血脂[2]、促進(jìn)消化道有益微生物生長(zhǎng)繁殖并強(qiáng)化腸道功能、防止肥胖[3]等?？剐院畛跤扇毡舅晒然瘜W(xué)工業(yè)株式會(huì)社開發(fā)并申請(qǐng)專利[4]，隨后國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者不斷深入研究。Ohkuma等[5]以玉米淀粉為原料，用酸熱處理法制備了低熱量糊精；YaJane等[6]以高直鏈玉米為原料，采用化學(xué)改性的方法制備了抗性糊精；林勤保等[7]以玉米淀粉為原料，經(jīng)過高溫酸解得到焦糊精，再經(jīng)α-淀粉酶、糖化酶酶解制備抗性糊精；寇秀穎等[8]以玉米淀粉為原料，研發(fā)了利用普魯蘭酶代替?zhèn)鹘y(tǒng)糖化酶制備抗性麥芽糊精的方法。

紅香芋是一種營(yíng)養(yǎng)豐富、集色香味于一體的經(jīng)濟(jì)作物，母芋占其總產(chǎn)量1/3，但因口感麻澀等原因無法供人直接食用，除少量用作飼料外，其余大部分被丟棄，造成資源嚴(yán)重浪費(fèi)。因此，將紅香母芋制成抗性糊精，有助于改善母芋資源浪費(fèi)現(xiàn)狀并提高其附加價(jià)值。本研究以紅香母芋淀粉為原料，以鹽酸為催化劑，采用超聲、微波、高溫多種方法制備抗性糊精，通過探究不同處理方式以及組合處理對(duì)其含量、白度及其它各種性質(zhì)的影響，為紅香母芋及抗性糊精的進(jìn)一步開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅香母芋淀粉（干基淀粉含量：86.67%）：江蘇省昌芋食品有限公司；耐高溫α-淀粉酶（20 000 U/mL）、葡萄糖淀粉酶（100 000 U/mL）：諾維信（中國(guó)）生物技術(shù)有限公司；鹽酸、硝酸、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、硫酸銅、次甲基藍(lán)、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、亞鐵氰化鉀（均為分析純）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

電子天平（ME204E/02型）：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；實(shí)驗(yàn)型微波爐（NJL07-3）：南京杰全微波設(shè)備有限公司；數(shù)控超聲波清洗器（KQ-250DB）：昆山市超聲儀器有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（GZX-GF-MRS-I-9053A）：上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠；電熱恒溫水浴鍋（DK-S24）：上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；捏合機(jī)（FISE-SYⅢ）：南通范氏機(jī)械有限公司；高精度分光測(cè)色儀（UltraScan Pro1166）：美國(guó)Hunterlab公司；流變儀（Discovery DHR）：美國(guó)TA公司；快速粘度分析儀（RVA 4500）：波通澳大利亞公司；示差掃描量熱儀（DSC 8500）：美國(guó)PERKIN ELMER公司。

1.3 方法

1.3.1 紅香母芋抗性糊精的制備

準(zhǔn)確稱取120 g紅香母芋淀粉，置于捏合機(jī)中邊攪拌邊加入1%鹽酸，添加量為15%，攪拌60 min混合均勻。將酸化后的母芋淀粉平均分成6份，分別進(jìn)行微波處理（600 W，10 min）、先超聲（200 W，30 min）后微波（600 W，10 min）處理、先微波（600 W，10 min）后超聲（200 W，30 min）處理、高溫處理（150℃，2 h），先超聲（200 W，30 min）后高溫（150℃，2 h）處理，先高溫（150℃，2 h）后超聲（200 W，30 min）處理，得到紅香母芋抗性糊精，分別標(biāo)記為樣品1～6，將未經(jīng)處理的紅香母芋淀粉標(biāo)記為樣品0。

1.3.2 抗性糊精含量的測(cè)定

抗性糊精含量測(cè)定方法參照滕健[9]的方法。紅香母芋抗性糊精含量按照公式（1）計(jì)算[10]：

1.3.3 白度的測(cè)定

使用高精度分光測(cè)色儀測(cè)定不同處理方式制備的紅香母芋抗性糊精的L、a、b值。每個(gè)樣品至少重復(fù)測(cè)定3次。按照公式（2）計(jì)算樣品白度[11]：

式中：L為亮度；a為有色物質(zhì)的紅綠偏向；b為有色物質(zhì)的黃藍(lán)偏向。

1.3.4 流變性的測(cè)定

流變性的測(cè)定參照殷嘉憶的方法[12]并加以改進(jìn)：將樣品加入蒸餾水配制成8%的懸浮液，在90℃水浴中糊化30 min，取出冷卻后放入流變儀的測(cè)試平臺(tái)中，選擇60 mm直徑的平板模具，設(shè)定間隙4.5 mm，溫度25℃，加樣并刮去多余的淀粉糊，啟動(dòng)流變儀，設(shè)定剪切速率從1 s-1～100 s-1增速，對(duì)樣品的剪切應(yīng)力與表觀黏度隨剪切速率的變化趨勢(shì)，進(jìn)行測(cè)定與分析。

1.3.5 糊化特性的測(cè)定

參照美國(guó)谷物化學(xué)師協(xié)會(huì)（American Association of Cereal Chemists，AACC）標(biāo)準(zhǔn) 76-21-01，使用 RVA 4500快速粘度分析儀進(jìn)行測(cè)定，用配套軟件進(jìn)行分析。準(zhǔn)確稱取樣品3.00 g，蒸餾水25.00 mL，混合于專用鋁盒內(nèi)，調(diào)成一定濃度的淀粉乳。測(cè)定過程中具體溫度變化如下：50℃下保持1 min，以12℃/min的速度上升到95℃（3.75 min）；95℃下保持2.5 min；再以 12℃/min的速度下降到50℃（3.75 min）；50℃下保持2 min。攪拌器在起始10 s內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)速度為960 r/min，之后保持在160 r/min。

1.3.6 熱力學(xué)特性的測(cè)定

參照Reddy等的方法[13]并加以修改，采用示差掃描量熱儀（differential scanning calorimetry，DSC）8500測(cè)定樣品的熱特性。準(zhǔn)確稱取樣品約2.00 mg，小心置于DSC專用鋁制坩堝中，向坩堝中心加入6 μL超純水。密封后水平放置于4℃冰箱中，平衡12 h。測(cè)試條件：用空坩堝作為參比，以10.0℃/min的升溫速度從30.0℃程序升溫至100.0℃。

1.3.7 溶解度的測(cè)定

測(cè)定方法參照汪蘭等[14]的方法并加以改進(jìn)：稱取一定質(zhì)量樣品，加入100 mL蒸餾水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%的淀粉懸浮液，在室溫25℃下攪拌30 min防止樣品沉淀，在3 000 r/min下離心15 min，取上清液在蒸汽浴上干燥，于105℃烘至恒重，稱重。按照公式（3）計(jì)算溶解度：

式中：A為上清液蒸干后質(zhì)量，g；W為絕干樣品質(zhì)量，g。

1.3.8 數(shù)據(jù)分析

本文試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。制圖采用Origin 9.1，數(shù)據(jù)相關(guān)性及顯著性分析采用IBM SPSS Statistic 21，當(dāng)p＜0.05時(shí)認(rèn)為具有顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理方式對(duì)紅香母芋抗性糊精含量的影響

不同處理方式對(duì)紅香母芋抗性糊精含量的影響如圖1所示。

圖1 不同處理方式對(duì)紅香母芋抗性糊精含量（干基）的影響Fig.1 Effect of different treatment methods on the content of red taro resistant dextrin（dry basis）

從圖1中可以看出，微波與傳統(tǒng)高溫加熱均可以使抗性糊精含量提高。未經(jīng)處理的紅香母芋淀粉中抗性糊精的含量（干基）為3.37%，經(jīng)過超聲-微波、超聲-高溫聯(lián)合處理后樣品中抗性糊精的含量（干基）可分別達(dá)27.87%和18.27%。超聲的輔助作用有利于抗性糊精含量的提高，這可能是因?yàn)槌曌饔么龠M(jìn)了鹽酸在樣品中擴(kuò)散，使反應(yīng)物接觸更為充分。鹽酸在此反應(yīng)中是一種催化劑，鹽酸的存在使得直鏈淀粉和支鏈淀粉更容易降解成小分子[15]，也有利于小分子的重聚反應(yīng)，從而促進(jìn)多抗性糊精的生成。與傳統(tǒng)高溫加熱相比，微波加熱時(shí)間短，熱能利用率高，制得的樣品中抗性糊精含量也較高。

2.2 不同處理方式對(duì)紅香母芋抗性糊精白度的影響

通過試驗(yàn)和理論研究可知，淀粉在酸熱條件下制備抗性糊精，隨著抗性糊精含量的增加，顏色會(huì)越來越深，氣味也會(huì)越來越大，但太深的顏色和太大的氣味不適合食品加工的要求。因此，需要增加一個(gè)相克制的指標(biāo)來進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，即選擇白度作為另一個(gè)參考指標(biāo)。不同處理方式對(duì)紅香母芋抗性糊精白度的影響如圖2所示。

圖2 不同處理方式對(duì)紅香母芋抗性糊精白度的影響Fig.2 Effect of different treatment methods on the whiteness of red taro resistant dextrin

從圖2中可以看出，微波與傳統(tǒng)高溫加熱均使樣品白度降低。未經(jīng)處理的紅香母芋淀粉的白度為89.88，經(jīng)超聲-高溫、超聲-微波聯(lián)合處理后白度分別下降至87.69和85.22，并產(chǎn)生一些難聞的焦苦味。與微波加熱相比，傳統(tǒng)高溫加熱方式可以較好的保留樣品本身的色澤和氣味。

2.3 不同處理方式對(duì)紅香母芋抗性糊精流變性的影響

紅香母芋淀粉及不同處理方式制備的抗性糊精的表觀黏度和剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化曲線如圖3和圖4所示。

圖3 紅香母芋淀粉及抗性糊精表觀黏度隨剪切速率的變化曲線Fig.3 Relationship between shearing rate and apparent viscosity of red taro starch and resistant dextrin

圖4 紅香母芋淀粉及抗性糊精剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化曲線Fig.4 Relationship between shearing rate and shearing force of red taro starch and resistant dextrin

由圖3可以看出，隨著剪切速率的增加，紅香母芋淀粉及抗性糊精的表觀黏度呈下降趨勢(shì)，說明兩者屬于剪切稀化的流體。剪切開始時(shí)，隨著剪切速率的增加，表觀黏度快速下降，當(dāng)表觀黏度下降到一定值時(shí)，隨剪切速率的增大，表觀黏度降低緩慢，趨于平緩。這主要是因?yàn)榧羟惺沟玫矸鄣姆肿渔湐嗔?、分子聚合度變小、流?dòng)阻力減小，導(dǎo)致表觀黏度下降[16]。將母芋淀粉經(jīng)過微波、超聲、高溫處理制成抗性糊精后，在相同的剪切速率下樣品的表觀黏度普遍上升，高溫-超聲聯(lián)用處理使得這種變化最明顯，微波-超聲聯(lián)用處理后樣品表觀黏度變化與母芋淀粉最為接近。由圖4可以看出，母芋淀粉及抗性糊精的流變曲線延長(zhǎng)線經(jīng)過原點(diǎn)，微凸向剪切應(yīng)力軸，可判斷為非牛頓流體。從圖4還可知，對(duì)母芋淀粉進(jìn)行微波、超聲、高溫處理制成抗性糊精后，在相同剪切速率下樣品的剪切應(yīng)力普遍增大，高溫-超聲聯(lián)用處理使樣品剪切應(yīng)力變化最大，微波-超聲聯(lián)用處理得到的樣品與母芋淀粉最為接近。

2.4 不同處理方式對(duì)紅香母芋抗性糊精糊化特性的影響

快速粘度儀（rapid visco analyzer，RVA）測(cè)定結(jié)果反映了淀粉在連續(xù)加熱和冷卻后黏度的變化。紅香母芋淀粉及不同處理方式制得的抗性糊精的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度等糊化特征值如表1所示。

表1 紅香母芋淀粉及抗性糊精的糊化特征值Table 1 Gelatinization characteristic values of red taro starch and resistant dextrin

由表1可知，微波與傳統(tǒng)高溫加熱制備的紅香母芋抗性糊精糊化特性存在顯著差異。與未處理的母芋淀粉相比，微波加熱制得的抗性糊精峰值黏度、谷值黏度、最終黏度值下降，傳統(tǒng)高溫加熱制得的抗性糊精峰值黏度、谷值黏度、最終黏度值卻有所上升。微波與傳統(tǒng)高溫加熱制得的抗性糊精樣品及未經(jīng)處理的母芋淀粉成糊溫度均在85℃～90℃之間，微波加熱使得樣品的成糊溫度升高，而傳統(tǒng)高溫加熱使得樣品成糊溫度降低。崩解黏度反映淀粉熱糊的穩(wěn)定性，即抗剪切和耐熱性能；回值黏度則表明淀粉在糊化后重新排列成有序結(jié)構(gòu)的能力，即淀粉冷糊的穩(wěn)定性和老化趨勢(shì)[17]。微波加熱制備的抗性糊精的崩解黏度和回值黏度低于傳統(tǒng)高溫加熱制得的樣品，說明微波加熱使得樣品的熱穩(wěn)定性更好，并且對(duì)其老化回生起到一定的抑制作用，而傳統(tǒng)高溫加熱也有利于提高樣品的熱穩(wěn)定性，但效果不如微波。

2.5 不同處理方式對(duì)紅香母芋抗性糊精熱力學(xué)特性的影響

紅香母芋淀粉及不同處理方式制得的抗性糊精的熱力學(xué)參數(shù)如表2所示。

表2 紅香母芋淀粉及抗性糊精的熱力學(xué)參數(shù)Table 2 Thermal parameters of red taro starch and resistant dextrin

由表2可知，未經(jīng)處理的母芋淀粉和經(jīng)由不同處理方式制得的抗性糊精都在75℃～85℃之間存在吸熱峰。母芋淀粉的相轉(zhuǎn)變溫度為76.96℃。微波加熱制成抗性糊精后相轉(zhuǎn)變溫度升高至80.25℃，微波-超聲聯(lián)用處理后樣品的相轉(zhuǎn)變溫度最高可升至82.87℃；而傳統(tǒng)高溫加熱制成抗性糊精后相轉(zhuǎn)變溫度升高至79.15℃，高溫-超聲聯(lián)用處理后樣品的相轉(zhuǎn)變溫度最高可升至81.85℃。由此說明母芋淀粉經(jīng)過酸化熱聚處理以后，形成了新的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性高于母芋淀粉，這與RVA結(jié)果一致。母芋淀粉的糊化焓為9.12J/g。微波加熱制成抗性糊精后糊化焓降至6.82 J/g，微波-超聲聯(lián)用處理后樣品的糊化焓最低降至4.71 J/g；而傳統(tǒng)高溫加熱制成抗性糊精后糊化焓降至7.47 J/g，高溫-超聲聯(lián)用處理后樣品的糊化焓最低降至6.60 J/g。這可能是因?yàn)槟赣蟮矸劢?jīng)酸熱處理形成抗性糊精的過程使得結(jié)晶區(qū)受到破壞，對(duì)熱量的吸收作用降低[18]，因此糊化溫度升高，糊化焓降低。

2.6 不同處理方式對(duì)紅香母芋抗性糊精溶解度的影響

不同處理方式對(duì)紅香母芋抗性糊精溶解度的影響如圖5所示。

圖5 不同處理方式對(duì)紅香母芋抗性糊精溶解度的影響Fig.5 Effects of different treatment methods on the solubility of red taro resistant dextrin

由圖5可知，未經(jīng)處理的母芋淀粉溶解度大約為3.51%，經(jīng)過超聲-微波聯(lián)合處理溶解度可達(dá)29.99%，經(jīng)超聲-高溫聯(lián)合處理后溶解度可達(dá)19.95%。這是因?yàn)樵谒岷透邷?微波的作用下，淀粉顆粒的無定形區(qū)、結(jié)晶區(qū)及空間結(jié)構(gòu)都被破壞，難溶于水的淀粉分解成很多具有可溶性的小分子物質(zhì)，隨后這些小分子重新聚合形成的抗性糊精也是可溶的。因此，隨著淀粉酸解反應(yīng)的發(fā)生及抗性糊精的形成，樣品的溶解度也隨之提高。

3 結(jié)論

本研究以紅香母芋淀粉為原料，以鹽酸為催化劑，采用超聲、微波、高溫3種處理方式制備抗性糊精，結(jié)果如下：超聲-微波聯(lián)合處理可使紅香母芋淀粉中抗性糊精含量（干基）達(dá)27.87%，傳統(tǒng)高溫-超聲聯(lián)用可使抗性糊精含量（干基）達(dá)18.27%；母芋淀粉經(jīng)過微波、超聲、高溫處理產(chǎn)生抗性糊精后，白度降低，并產(chǎn)生焦苦味；與未經(jīng)處理的母芋淀粉相比，經(jīng)過微波、超聲、高溫處理后產(chǎn)生的抗性糊精在相同的剪切速率下樣品的表觀黏度和剪切應(yīng)力普遍上升，仍表現(xiàn)為非牛頓流體。RVA結(jié)果顯示，微波加熱使得樣品的熱穩(wěn)定性更好，且有利于抑制其老化，傳統(tǒng)高溫加熱效果不如微波。母芋淀粉經(jīng)超聲、微波、高溫處理后相轉(zhuǎn)變溫度升高且糊化焓降低，由此表明產(chǎn)生的抗性糊精結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好。母芋淀粉經(jīng)超聲-微波聯(lián)合處理制得的抗性糊精溶解度可達(dá)29.99%，經(jīng)超聲-高溫聯(lián)合處理后溶解度可達(dá)19.95%。