玉米抗性淀粉的制備及其對(duì)肌原纖維蛋白凝膠特性的影響

胡方洋，張坤生，陳金玉，馬葆菁，祁亞男，李蕓，唐莉果，鄧金香，宋健臣

（天津市食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津300134）

近年來，隨著人民生活水平提高，高血糖、高血脂、高血壓等“富貴病”患病率呈上升趨勢(shì)?！?016 年全球營(yíng)養(yǎng)報(bào)告》指出，“三高”屬于營(yíng)養(yǎng)不良，此類“患者”大約占全球1/3 人口。改善和解決這個(gè)問題最有效方法就是改善居民膳食營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，增加膳食纖維的攝入[1]，因此開發(fā)具有營(yíng)養(yǎng)和保健功能的食品非常重要。淀粉因其廉價(jià)且易獲得而成為日常飲食最普遍的碳水化合物，也是人體主要能源供給物[2]。

抗性淀粉作為淀粉的加工優(yōu)化產(chǎn)品，因在食品加工中穩(wěn)定性良好，具有生物活性而成為現(xiàn)代營(yíng)養(yǎng)學(xué)和食品科學(xué)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)?？剐缘矸蹮崃康停愃粕攀忱w維[3-4]，具有降低血清膽固醇、調(diào)節(jié)血糖、預(yù)防結(jié)腸癌[5-7]、穩(wěn)定腸道菌群以及調(diào)節(jié)腸道健康等生理功能[8]。抗性淀粉應(yīng)用于肉及其制品的加工生產(chǎn)，還可改善肉制品的質(zhì)構(gòu)、持水性等品質(zhì)特性[9]。

肌原纖維蛋白是肌肉中主要蛋白質(zhì)，是形成凝膠的重要組成成分。蛋白質(zhì)與淀粉多糖之間相互作用可形成混合凝膠，改善蛋白的凝膠質(zhì)構(gòu)特性，與肉制品的硬度、彈性和出品率密切相關(guān)[10]。目前，大多是單一研究抗性淀粉的制備工藝及理化性質(zhì)[2]，關(guān)于抗性淀粉對(duì)肌原纖維蛋白凝膠特性影響的機(jī)理并不清楚。故研究不同方法制備抗性淀粉及抗性淀粉對(duì)肌原纖維蛋白凝膠特性的影響十分必要。

本試驗(yàn)以玉米淀粉為原料，分別利用濕熱超聲法、濕熱酶法、微波濕熱法、二次循環(huán)濕熱法制備抗性淀粉，以得率為主要指標(biāo)，確定玉米抗性淀粉的制備方法，對(duì)其理化特性進(jìn)行測(cè)定。并將玉米抗性淀粉以不同添加量添加至肌原纖維蛋白中，研究其對(duì)蛋白凝膠特性的影響。以期為抗性淀粉的制備提供參考并為其在低脂、功能肉制品中的應(yīng)用提供基礎(chǔ)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

玉米淀粉：梁山菱花生物科技有限公司；雞胸肉：市售；普魯蘭脫支酶（BR，1 U/mg）：河南果晨生物科技有限公司；耐高溫淀粉酶（BR，4 000 U/g）：源葉生物有限公司；葡萄糖糖苷酶（BR，100 000 U/g）：河南吉乾生物科技有限公司；檸檬酸、檸檬酸鈉（分析純）：天津市大茂化學(xué)試劑廠；丙三醇、乙醇（分析純）：天津市富宇精細(xì)化工有限公司；無水葡萄糖（分析純）：江蘇泰楚化工有限公司；3，5-二硝基水楊酸試劑、NaCl、NaOH（分析純）：天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司。

SMSTA TA.XT plus 質(zhì)構(gòu)儀：英國Stable Micro Systems 公司；RISE-2008 激光粒度分析儀：濟(jì)南潤(rùn)芝科技有限公司；WF J7200 可見分光光度計(jì)：尤尼柯（上海）儀器有限公司；HW-S24 電熱恒溫水浴鍋：上海一恒科學(xué)儀器有限公司；FA2004A 電子天平：上海精天儀器有限公司；H185 臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)、H1650-W 臺(tái)式高速離心機(jī)：長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司；IKA T10高速組織勻漿機(jī)：德國IKA 公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 抗性淀粉的制備

1.2.1.1 濕熱超聲法

淀粉調(diào)乳[玉米淀粉∶去離子水=1∶4（g/g）]，濕熱處理（水浴95 ℃，30 min），超聲處理（40 ℃，30 min），老化處理（-4 ℃，24 h），25 ℃放置，干燥（60 ℃，36 h），磨粉，過80 目篩。

1.2.1.2 濕熱酶法

淀粉調(diào)乳[玉米淀粉∶去離子水=1∶4（g/g）]，濕熱處理（水浴95 ℃，30 min），普魯蘭脫支酶（1 U/mg，160 μL，12 h），老化處理（-4 ℃，24 h），25 ℃放置，干燥（60 ℃，36 h），磨粉，過80 目篩。

1.2.1.3 微波濕熱法

淀粉調(diào)乳[玉米淀粉∶去離子水=1∶4（g/g）]，微波處理（90 ℃，240 s，750 W），濕熱處理（水浴95 ℃，30 min），老化處理（-4 ℃，24 h），25 ℃放置，干燥（60 ℃，36 h），磨粉，過80 目篩。

1.2.1.4 二次循環(huán)濕熱法

淀粉調(diào)乳[玉米淀粉∶去離子水=1∶4（g/g）]，濕熱處理（水浴95 ℃，30 min），老化處理（-4 ℃，24 h），濕熱處理，老化處理，25 ℃放置，干燥（60 ℃，36 h），磨粉，過80 目篩。

1.2.2 還原糖含量的測(cè)定

利用二硝基水楊酸法（dinitrosalicylic acid,DNS）測(cè)還原糖的含量[11]。準(zhǔn)確稱取0.1 g 無水葡萄糖（預(yù)先在105 ℃干燥至恒重）至小燒杯，用少量蒸餾水溶解后，轉(zhuǎn)移到10 mL 容量瓶中，定容，搖勻后即得到濃度為1 mg/mL 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液，取7 支25 mL 的試管，分別加入0、0.2、0.4、0.6.、0.8、1.0、1.2 mL 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液，再分別加入2.0、1.8、1.6、1.4、1.2、1.0、0.8 mL 蒸餾水，然后依次加入3，5-二硝基水楊酸試劑1.5 mL。溶液混合均勻，沸水浴5 min，取出后迅速用冷水冷卻至25 ℃，加蒸餾水定容到25 mL，搖勻。以0 mL 葡萄糖管為空白對(duì)照，于540 nm 波長(zhǎng)處測(cè)定吸光值。以葡萄糖濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.3 抗性淀粉得率的測(cè)定

采用Goni 法并做適當(dāng)改進(jìn)，將抗性淀粉轉(zhuǎn)換為葡萄糖計(jì)算。DNS 法測(cè)定上清液中還原糖的含量，并根據(jù)下列公式計(jì)算抗性淀粉的得率[12]。

式中：C 為葡萄糖濃度，mol/L；V 為樣品提取液體積，mL；W 為樣品質(zhì)量，mg；α 為顯色用樣品液體積，mL。

1.2.4 溶解度和膨脹度的測(cè)定

參照何君的方法[13]，稱取1 g 樣品，加入20 mL 蒸餾水，置于離心管中，分別在65、75、85 ℃溫度下振蕩水浴加熱30 min。冷卻至25 ℃，3 000 r/min 下離心15 min，取上清液烘干后稱其質(zhì)量，上清液為溶解淀粉部分，沉淀物為膨脹淀粉部分，按下式計(jì)算溶解度S 和膨脹度P。

式中：A 為上清液蒸干后的質(zhì)量，g；W 為樣品質(zhì)量，g；D 為離心后沉淀的質(zhì)量，g。

1.2.5 抗性淀粉持水性的測(cè)定

稱取5 g 樣品，加入100 mL 蒸餾水，置于離心管中，分別在45、55、65、75 ℃和85 ℃溫度下振蕩水浴加熱15 min 后。在3 000 r/min 下離心15 min，棄去上清液，沉淀物稱重，按下式計(jì)算持水性（water holding capacity，WHC）。

式中：m0淀粉的質(zhì)量，g；m1離心管的質(zhì)量，g；m2去除水分后淀粉與離心管的質(zhì)量，g。

1.2.6 粒度測(cè)定

使用激光粒度分析儀分別測(cè)定了普通玉米淀粉與抗性淀粉的粒度。測(cè)定參數(shù)為：分析時(shí)間60 s，泵速25.5 mL/h，溫度21 ℃。

1.2.7 肌原纖維蛋白提取及含量測(cè)定

根據(jù)童今柱等[14]的方法并加以修改提取肌原纖維蛋白。以新鮮雞肉為原料，將雞肉剁碎后，加入4 倍體積的肌原纖維蛋白提取液，用均質(zhì)機(jī)高速勻漿60 s，在4 ℃、5 000 r/min 條件下離心15 min，取沉淀，重復(fù)這一操作2 次后；向所得沉淀中加入4 倍體積的0.1 μmol/L NaCl 溶液，高速勻漿，與上述相同條件離心，重復(fù)3次；棄上清液，即獲得肌原纖維蛋白。以牛血清蛋白為標(biāo)準(zhǔn)品，采用雙縮脲法測(cè)定蛋白含量。

1.2.8 肌原纖維蛋白凝膠的制備

用0.6 mol/L NaCl 溶液配制40 mg/mL 的肌原纖維蛋白溶液。分別添加0%、10%、20%、30%的玉米抗性淀粉，均質(zhì)。從25 ℃水浴加熱升至75℃后，恒溫10 min，取出冷卻，放入4 ℃冰箱一夜即得。

1.2.9 凝膠質(zhì)構(gòu)的測(cè)定

1.2.10 凝膠強(qiáng)度的測(cè)定

參考PANG 等[15]測(cè)定凝膠強(qiáng)度的方法并略作修改。測(cè)定參數(shù)：探頭P/0.5，測(cè)試前速1 mm/s，測(cè)試速度1 mm/s，測(cè)試后速度1 mm/s，壓縮比為40%，觸發(fā)類型為自動(dòng)，觸發(fā)力5 g。每個(gè)樣品平行測(cè)定3 次。

1.2.11 凝膠持水性的測(cè)定

參考岳鑒穎等[16]的方法并稍作改進(jìn)。以離心后凝膠質(zhì)量占原質(zhì)量的百分比計(jì)為持水性，公式為式（6）。

式中：m0離心管質(zhì)量，g；m1離心前離心管和蛋白凝膠總質(zhì)量，g；m2離心后離心管和蛋白凝膠總質(zhì)量，g。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2010、Origin8.5 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線方程

圖1 和圖2 分別為葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線和肌原纖維蛋白標(biāo)準(zhǔn)曲線。

圖1 還原糖含量標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standards of reducing sugar content

圖2 肌原纖維蛋白標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.2 Standards of myofibrillar protein

從圖1 可看出，試驗(yàn)所得葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=0.214 1x-0.001 6，R2=0.999 7，x 為葡萄糖濃度（mol/L），y 為吸光度。從圖2 可知，肌原纖維蛋白標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=0.145x+0.001 2，R2=0.999 7，x 為肌原纖維蛋白含量（mg/mL），y 為吸光度。通過計(jì)算，得到所提取的肌原纖維蛋白的含量為22.26 mg/mL。

2.2 抗性淀粉的性質(zhì)

2.2.1 抗性淀粉得率

工作環(huán)節(jié)分布分別是裝卸手術(shù)刀片時(shí)5例次(10.20%)，手術(shù)刀片、縫針傳遞時(shí)15例次(30.62%)，穿針時(shí)7例次(14.29%)，手術(shù)過程中器械劃傷3例次(6.12%)，術(shù)中噴濺4例次(8.16%)，掰安瓿時(shí)2例次(4.08%)，給患者輸液時(shí)4例次(8.16%)，采血時(shí)1例次(2.04%)，整理醫(yī)療廢物時(shí)6例次(12.25%)，檢驗(yàn)人員更換試劑時(shí)1例次(2.04%)，醫(yī)技人員維修病床時(shí)劃傷1例次(2.04%)。

不同方法制備抗性淀粉的得率見圖3。

圖3 抗性淀粉得率Fig.3 Yield of resistant starch

由圖3 可知，4 種不同的處理方法均能提高抗性淀粉的得率，其中微波濕熱法和二次循環(huán)濕熱法制備的抗性淀粉得率相近，分別為9.1%、9.4%，濕熱酶法和濕熱超聲法得率相近，分別為10.7%、10.4%。濕熱酶法和濕熱超聲法所得的抗性淀粉得率相較于微波濕熱法和二次循環(huán)濕熱法的得率較高。其原因可能與不同處理方法的作用方式有關(guān)。酶處理使淀粉中的支鏈糖苷鍵水解或溶出，使其淀粉鏈破裂；超聲波在溶液中主要是空穴效應(yīng)，加速了溶質(zhì)與溶劑之間的相互運(yùn)動(dòng)，摩擦和作用力增強(qiáng)，從而切斷淀粉分子鏈形成較短的C-C 鏈，更有利于氫鍵作用，在老化過程中重新形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，從而得到抗性淀粉。微波濕熱法和二次循環(huán)濕熱法也是通過改變淀粉中氫鍵的斷裂與締合程度而制得抗性淀粉[17]，都是先經(jīng)過預(yù)糊化的方式制備抗性淀粉，不如酶、超聲波處理得率高。

2.2.2 抗性淀粉溶解度與膨脹度

圖4 為抗性淀粉在不同溫度下的溶解度和膨脹度的測(cè)定結(jié)果。

圖4 溶解度與膨脹度Fig.4 Solubility and swelling power of resistant starch

由圖4 可知，在65 ℃～85 ℃的溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，抗性淀粉的溶解度降低，溫度越高溶解度降低的的幅度越大；而膨脹度逐漸增大，且隨溫度的升高增大幅度較大；在85 ℃時(shí)，與原淀粉相比，抗性淀粉溶解度較低。淀粉的溶解度可表示淀粉顆粒中的微小分子滲入到水相中的程度，也可表示淀粉的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定程度及其耐熱性[18]。溶解度隨溫度的升高而降低，說明抗性淀粉的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且耐熱性好。淀粉的膨脹度表示結(jié)晶區(qū)與無定形區(qū)內(nèi)的直鏈與支鏈淀粉的結(jié)合程度，受直鏈與支鏈淀粉的比例、聚合度及分子量等因素的影響[19]。淀粉膨脹度與吸水能力密切相關(guān)，淀粉膨脹度的增大降低了淀粉的結(jié)晶度，提高了淀粉的水化能力，增強(qiáng)了淀粉的持水性。

2.2.3 抗性淀粉持水性

不同溫度下玉米原淀粉與其抗性淀粉的持水性變化趨勢(shì)見圖5。

由圖5 可知，玉米淀粉的持水性受溫度影響，隨著溫度從45 ℃升高至85 ℃，原淀粉與抗性淀粉持水性均呈增大趨勢(shì)，且玉米抗性淀粉持水性大于原淀粉。隨著溫度的升高，淀粉分子內(nèi)部逐漸糊化斷裂，生成更多的氫鍵與水結(jié)合，致使淀粉的持水性逐漸增大[20]。這與2.2.2 中膨脹度結(jié)果一致。

圖5 抗性淀粉持水性Fig.5 Water holding capacity of resistant starch

2.2.4 抗性淀粉粒度

抗性玉米淀粉和玉米原淀粉的粒徑圖見圖6。

圖6 抗性玉米淀粉和普通玉米淀粉的粒徑分布Fig.6 Particle size of resistant corn starch and common corn starch

淀粉顆粒的大小與淀粉性質(zhì)密切相關(guān)，直接影響其膨脹能力、水結(jié)合能力、糊化、凝膠化能力。由圖6可以看出，玉米原淀粉的粒徑主要集中在12 μm～50 μm，而抗性淀粉粒徑90%以上大于150 μm，抗性淀粉的粒徑明顯大于玉米原淀粉。淀粉顆粒粒徑越大，其膨脹度就越大，越易吸水膨脹，持水性越好，透明度越高[21]。這與2.2.2 和2.2.3 中抗性淀粉膨脹度、持水性結(jié)果一致，即抗性淀粉的吸水性與膨脹度優(yōu)于玉米原淀粉。

2.3 抗性淀粉對(duì)肌原纖維蛋白凝膠特性的影響

2.3.1 凝膠質(zhì)構(gòu)

質(zhì)構(gòu)是食品的四大要素之一。食品組分以及彼此之間的相互作用決定著食品質(zhì)構(gòu)。在肌原纖維蛋白中添加不同質(zhì)量的玉米抗性淀粉，對(duì)其蛋白凝膠的質(zhì)構(gòu)測(cè)定結(jié)果如圖7、圖8 所示。

由圖7 可知，添加抗性淀粉后，蛋白凝膠的回復(fù)性、彈性、黏聚性均降低。這與添加抗性淀粉的粒徑有關(guān)，抗性淀粉粒徑越大，其填充至蛋白凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中吸水膨脹，持水性增加，彈性降低。這與艾志錄等[22]在不同來源淀粉特性對(duì)水晶皮質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的影響結(jié)果一致。但隨抗性淀粉添加量繼續(xù)增加，彈性有所增大。

由圖8 可知，添加抗性淀粉后蛋白凝膠的硬度有所降低，咀嚼度差異不大，可在肉制品中添加適量抗性淀粉以降低其硬度，改善感官品質(zhì)。

圖7 蛋白凝膠質(zhì)構(gòu)Fig.7 The texture of protein gel

圖8 蛋白凝膠質(zhì)構(gòu)Fig.8 The texture of protein gel

2.3.2 凝膠強(qiáng)度

凝膠強(qiáng)度是蛋白凝膠的一個(gè)重要品質(zhì)特性。凝膠強(qiáng)度越高，則說明凝膠結(jié)構(gòu)越緊密，形成的凝膠越牢固穩(wěn)定，且好的凝膠特性不僅可以提高蛋白類食品的品質(zhì)，還可以提高其產(chǎn)品的得率。

圖9 是不同添加量的玉米抗性淀粉對(duì)肌原纖維蛋白凝膠強(qiáng)度的影響。

圖9 樣品蛋白凝膠強(qiáng)度Fig.9 Gel strength of sample protein

由圖9 可知，添加抗性淀粉可明顯增強(qiáng)蛋白凝膠強(qiáng)度，隨抗性淀粉添加量的增加，肌原纖維蛋白凝膠強(qiáng)度增大，在添加量為20%時(shí)達(dá)到最高，繼續(xù)添加抗性淀粉，蛋白凝膠強(qiáng)度有小幅度的降低。表明抗性淀粉的添加影響蛋白凝膠強(qiáng)度，玉米抗性淀粉添加量為20%的蛋白凝膠結(jié)構(gòu)相對(duì)緊密，形成的凝膠也相對(duì)牢固穩(wěn)定[23]。在實(shí)際加工過程中，可根據(jù)實(shí)際情況挑選合適的添加量，以制備結(jié)構(gòu)緊密，品質(zhì)穩(wěn)定的凝膠產(chǎn)品。

2.3.3 凝膠持水性

凝膠持水性與蛋白凝膠制品的嫩度和營(yíng)養(yǎng)成分緊密相關(guān)。持水性可以表征蛋白分子之間形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，持水性越高則蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好。此外，持水性也決定著蛋白凝膠制品的最終感官質(zhì)量[24]。

圖10 是不同添加量的玉米抗性淀粉對(duì)肌原纖維蛋白凝膠持水性的影響。

圖10 蛋白凝膠持水性Fig.10 Water holding capacity of protein gel

由圖10 可以看出，抗性淀粉添加量與蛋白凝膠持水性呈正相關(guān)，隨著玉米抗性淀粉添加量的增加，持水性也相應(yīng)的增大。由此可知，在肌原纖維蛋白中添加20%的玉米抗性淀粉時(shí)，抗性淀粉與蛋白分子之間形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)較為緊密、勻稱，整體蛋白凝膠的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好。這與凝膠強(qiáng)度結(jié)果一致。

3 結(jié)論

以抗性淀粉得率為指標(biāo)，利用濕熱超聲法、濕熱酶法、微波濕熱法、二次循環(huán)濕熱法4 種方法制備玉米抗性淀粉。結(jié)果表明，4 種處理方式均能提高玉米抗性淀粉得率，其中濕熱超聲法與濕熱酶法的抗性淀粉得率較高，分別為10.4%和10.7%。因超聲方法方便簡(jiǎn)單且成本低，故選取濕熱超聲法制備抗性淀粉。對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在65 ℃～85 ℃范圍內(nèi)，溫度對(duì)抗性淀粉的溶解度、膨脹度有影響；持水性隨溫度（45 ℃～85 ℃）的升高而增大；與普通玉米淀粉相比，抗性淀粉的顆粒度大。超聲處理玉米淀粉可形成粒度大，結(jié)構(gòu)緊密且持水力好的抗性淀粉。

此外，將玉米抗性淀粉添加至雞胸肉肌原纖維蛋白中發(fā)現(xiàn)，抗性淀粉的添加量影響肌原纖維蛋白凝膠特性。添加抗性淀粉后，肌原纖維蛋白凝膠的硬度、彈性、凝聚性以及回復(fù)性均降低，彈性隨抗性淀粉添加量的增加而增大，咀嚼度無明顯變化。與肌原纖維蛋白凝膠相比，添加玉米抗性淀粉的蛋白凝膠強(qiáng)度和持水性也呈增大趨勢(shì)?？剐缘矸劭擅黠@改善肌原纖維蛋白凝膠特性，改善凝膠品質(zhì)?？蔀榭剐缘矸墼谌庵破分械膽?yīng)用，以及開發(fā)新型肉制品提供相應(yīng)的理論基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)。