微波—雙酶解法制備淮山抗性淀粉的研究

傅海慶 汪璇 汪臺灣 郭溪遠(yuǎn) 林艷

摘 要：抗性淀粉具有類似膳食纖維的作用，具有重要的生理功能和優(yōu)良的食品加工性能。為了增加淮山產(chǎn)品的利用價值，通過單因素試驗和均勻試驗，利用微波-雙酶解的方法來研究制備淮山抗性淀粉的工藝，得到其最佳制備工藝參數(shù)為：淮山淀粉乳濃度為15%，先用144W微波處理120s后，按6U/g干淀粉加入耐高溫淀粉酶酶解75min，再按2U/g干淀粉加入普魯蘭酶酶解3h;酶解液經(jīng)離心、老化、烘干、粉碎、過篩后即得淮山抗性淀粉樣品，其中抗性淀粉得率為14.32%。研究結(jié)果可為淮山抗性淀粉的生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：淮山;抗性淀粉;微波-雙酶解法;均勻試驗;工藝

中圖分類號 G642.0 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）03-0132-05

Abstract： Resistant Starch is similar to dietary fiber， and has important physiological functions and excellent food processing properties.In order to increase the use value of the Chinese yam products， by single factor experiments and uniform test， the method of using microwave-two enzyme solution to study the preparation of resistant starch technology of Chinese yam.The optimum preparation parameters were obtained as follows： Chinese yam starch milk concentration was 15%， with 144W microwave effect after 120s， first as 6U/g dry starch to join high temperature amylase enzyme 75min， then 2U/g dry starch to join pullulan enzyme digestion 3h; After centrifugation， aging， drying， crushing and sieving， Chinese yam resistant starch sample was obtained， in which the yield of resistant starch was 14.32%. This study is the application of microwave - two enzymatic hydrolysis method to prepare resistant starch in Chinese yam， which can provide some scientific basis for the production of resistant starch in Chinese yam.

Key words： Chinese yam; Resistant starch; Microwave - two enzymatic hydrolysis; Uniform test; Process

淮山（Dioscorea opposita Thunb.）為薯蕷科植物薯蕷的塊莖。薯蕷，又稱為山藥、淮山藥、懷山藥、淮山、薯藥、玉芋等，據(jù)不完全統(tǒng)計，山藥的各種名稱有350種左右[1]。山藥根莖肉質(zhì)潔白，營養(yǎng)豐富，兼食、藥為一體。山藥在我國大部分地區(qū)均有栽培，淮山藥為其在淮河中下游地區(qū)（江蘇、安徽2省北部）的傳統(tǒng)栽培品種[1];其他地區(qū)也有不同的品種栽培種植[2]?；瓷皆诟＝ㄊ“蚕h也有悠久的生產(chǎn)歷史，山格淮山是當(dāng)?shù)氐奶禺a(chǎn)，已獲得國家農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志登記保護。山格淮山的根莖粗大，長圓柱形，外皮黃褐色，肉質(zhì)乳白粘液多，不易褐變;口感綿滑、脆而不硬、酥而不軟、久煮不散。近年來，國內(nèi)外對淮山的生物活性成分，如糖蛋白、黏多糖、膽堿的加工利用研究較為深入，而對占山藥干物質(zhì)總量 20%～60%的淀粉加工利用的研究較少，制約了山藥加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[3]。因此，為了能全方位地研究開發(fā)淮山制品，就必須對其淀粉進行研究。而抗性淀粉是指在健康者小腸中不被消化和吸收的淀粉[4]，能不發(fā)生變化地直接通過小腸進入大腸，發(fā)酵成短鏈脂肪酸或其他產(chǎn)物，起著以下幾個主要功能：調(diào)節(jié)血糖、控制體重;影響維生素、礦物質(zhì)的吸收;降低血清中的膽固醇和甘油三酯含量;維持正常的腸道機能及降低結(jié)腸癌的發(fā)病率等[5]。若能將淮山的淀粉部分轉(zhuǎn)變?yōu)榭剐缘矸?，則能增加淮山的功用和附加值，為種植戶增收起到有力的促進作用。目前。制備淮山抗性淀粉的方法主要有壓熱法[3，5]、酶解脫支法、氧化處理法、擠壓膨化處理法[6]以及某2種方法的組合法[1，7]等。其中，微波—雙酶解法在小麥、玉米、馬鈴薯等原料上使用較多，其得率多數(shù)在13%～17%[8-12]。本研究以福建省安溪縣盛產(chǎn)的山格淮山為試驗材料，采用微波—雙酶解法來制備淮山抗性淀粉，以期尋求較好的工藝參數(shù)，獲得較高的抗性淀粉得率，為安溪淮山藥的精深加工及功能性食品的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及主要試劑 淮山淀粉原料為福建安溪的山格淮山，由泉州市名安農(nóng)業(yè)科技有限公司提供;耐高溫α-淀粉酶（酶活2000U/g）、普魯蘭酶（酶活2000U/g）、葡萄糖淀粉酶（酶活10萬單位/g）均購自上海麥克林生化科技有限公司;檸檬酸、磷酸氫二鉀、3-5二硝基水楊酸、葡萄糖等試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 主要儀器與設(shè)備 酸度計（0.01級），賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司;UVmini-1280紫外可見分光光度計，島津儀器（蘇州）有限公司;TGL-16M離心機，湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司;電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司;NSKY-200B恒溫培養(yǎng)振蕩器，上海蘇坤實業(yè)有限公司;HH-6數(shù)顯電子恒溫水浴鍋，常州國華電器有限公司;DHG-9005干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司;WD800SL23-3格蘭仕微波爐，順德市格蘭仕電器實業(yè)有限公司;旋渦混勻器，德國艾卡VORTEX;BCD-275WDCM家用冰箱，青島海爾股份有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 淮山抗性淀粉的基本制備工藝路線 參照徐佩琳等方法[7-10]，稱取適量的淮山淀粉放入50mL離心管中，加入蒸餾水配制成一定濃度的淀粉乳溶液，95℃水浴糊化或置于微波爐以一定的功率處理一定時間后取出，冷卻至室溫，并調(diào)節(jié)pH至5.5;加入一定量的耐高溫淀粉酶，于95℃恒溫水浴酶解一定時間，再冷卻至60℃后加入一定量的普魯蘭酶，于60℃恒溫酶解一定時間，冷卻至室溫，以4000r/min離心10min，去上清液后置4℃冰箱老化24h，80℃烘干16h后，粉碎過100目篩即得淮山抗性淀粉樣品。采用分段研究法，即先對微波處理階段的影響因素進行研究，后面再結(jié)合酶處理階段的影響因素進行研究，形成完整制備工藝。

1.3.2 淀粉乳濃度對淮山抗性淀粉得率的影響 參照何麗君等方法[13]，將淮山淀粉分別配制成質(zhì)量濃度為5%、15%、25%、35%、45%的乳液，經(jīng)95℃水浴糊化后，取出冷卻至室溫，4000r/min離心10min后去上清液，置4℃冰箱老化24h，80℃烘干16h，粉碎過100目篩得到樣品，測定其抗性淀粉得率。

1.3.3 微波處理功率對淮山抗性淀粉得率的影響 參照遲治平等方法[14-15]，將淮山淀粉配制成質(zhì)量濃度為15%的乳液，分別置于微波爐以144、286、464、648、800W的功率處理120s，取出冷卻至室溫，4000r/min離心10min后去上清液，置4℃冰箱老化24h，80℃烘干16h，粉碎過100目篩得到樣品，測定其抗性淀粉得率。

1.3.4 微波處理時間對淮山抗性淀粉得率的影響 將淮山淀粉配制成質(zhì)量濃度為15%的乳液，置于微波爐以144W的功率分別處理60、90、120、150、180s，取出冷卻至室溫，4000r/min離心10min后去上清液，置4℃冰箱老化24h，80℃烘干16h，粉碎過100目篩得到樣品，測定其抗性淀粉得率。

1.3.5 增加雙酶處理工序?qū)瓷娇剐缘矸鄣寐实挠绊?在前述試驗基礎(chǔ)上，將淮山淀粉配制成質(zhì)量濃度為15%的乳液，置于微波爐以144W的功率處理120s后取出，并調(diào)節(jié)pH至5.5;加入一定量的耐高溫淀粉酶，于95℃恒溫水浴酶解一定時間，再冷卻至60℃后加入一定量的普魯蘭酶，于60℃恒溫酶解一定時間，冷卻至室溫，以4000r/min離心10min，去上清液后置4℃冰箱老化24h，80℃烘干16h后，粉碎過100目篩即得淮山抗性淀粉樣品。其中，酶的用量和作用時間是影響淮山抗性淀粉得率的重要因素，故以耐高溫淀粉酶添加量、耐高溫淀粉酶酶解時間、普魯蘭酶添加量、普魯蘭酶酶解時間為重要影響因素，其因素水平在參考徐佩琳等研究的基礎(chǔ)上進行設(shè)置[7-11，16]，采用4因素5水平的均勻設(shè)計U10（10 8）進行試驗[17]（見表1）。

1.3.6 抗性淀粉得率的測定和計算 參照宋洪波等方法[3，18-19]，稱取一定量的淮山抗性淀粉樣品，加入檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖液，再加入過量的耐高溫淀粉酶于50mL離心管中，于90℃震蕩酶解2h，冷卻至室溫，調(diào)節(jié)pH至4.0～4.5，加入過量的葡萄糖淀粉酶，于60℃震蕩酶解1h，在4000r/min離心10min，棄上清液，用蒸餾水洗滌沉淀、離心，重復(fù)2次;在沉淀中加入5mL 2mol/L KOH，劇烈振蕩30min，使抗性淀粉充分溶解，再用1mol/L的醋酸溶液調(diào)節(jié)pH至4.0～4.5，加入過量葡萄糖淀粉酶，60℃震蕩酶解1h，在4000r/min下離心10min，收集上清液至100mL容量瓶中，用蒸餾水洗滌沉淀、離心，重復(fù)2次，合并上清液，定容;最后用DNS法測定其還原糖含量，并按下列公式計算出抗性淀粉得率：

抗性淀粉得率（%）=m1×0.9×100m2

式中：m1為還原糖質(zhì)量（g），m2為淮山藥抗性淀粉干基質(zhì)量（g）。

1.4 數(shù)據(jù)處理 采用Excel 2010及SPSS分析軟件進行數(shù)據(jù)處理[20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 淀粉乳濃度對抗性淀粉得率的影響 淀粉乳濃度對淮山抗性淀粉得率的影響結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，抗性淀粉得率先隨著淀粉乳濃度的增大而增大，當(dāng)?shù)矸廴闈舛葹?5%時，抗性淀粉得率達到最大值，淀粉乳濃度繼續(xù)增加時，淮山抗性淀粉得率逐漸減少，說明淀粉乳濃度在15%時得率最優(yōu)，為7.43%。這可能是由于在淀粉乳濃度過低時，淀粉含量過低，水分含量過高，淀粉之間的分子之間距離較遠(yuǎn)，彼此分離，直鏈淀粉分子無法有效接觸;而在淀粉乳濃度過高時，淀粉含量較高，淀粉乳黏性較大，直鏈淀粉分子也無法有效接觸，難以形成淮山抗性淀粉，因此得率變低[13]。

2.2 微波功率對抗性淀粉得率的影響 微波功率對抗性淀粉得率的影響結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，抗性淀粉的得率整體隨著微波功率的增加而減少，在較低微波功率144W時達到最大值，說明微波功率在144W時得率達到最優(yōu)值，淮山抗性淀粉得率為5.12%。該結(jié)果所顯示的趨勢與徐佩琳等[7]學(xué)者的研究結(jié)果一致，均為在較低微波功率時的抗性淀粉得率較高。這可能是由于繼續(xù)增加微波功率時，淮山淀粉易形成凝膠，從而不利于形成抗性淀粉[7]。而用馬鈴薯淀粉[8]、玉米淀粉[9，11]、小麥淀粉[12]等制備抗性淀粉時，得率隨著微波功率的增加也相應(yīng)增加，其中機理有待進一步探討。

2.3 微波時間對抗性淀粉得率的影響 微波時間對抗性淀粉得率的影響如圖3所示。由圖3可知，抗性淀粉的得率隨著微波時間的增加先減少后增加，在120s時達到最大值，說明微波作用時間在120s時淮山抗性淀粉的得率達到最優(yōu)值，淮山抗性淀粉得率為5.13%。這可能是由于微波作用時間過短時，淮山抗性淀粉糊化不充分，微波作用時間過長時，淮山抗性淀粉糊化后水分損失過多，抗性淀粉的形成受到影響[12]。

2.4 增加雙酶處理工序?qū)瓷娇剐缘矸鄣寐实挠绊?上述研究結(jié)果表明，微波處理階段最佳處理工藝參數(shù)為：淮山淀粉乳濃度為15%，微波處理功率為144W，微波作用時間120s，抗性淀粉得率在5%～8%。在前述試驗結(jié)果基礎(chǔ)上，選取了耐高溫淀粉酶用量、耐高溫淀粉酶酶解時間、普魯蘭酶用量，普魯蘭酶酶解時間4個因素各5個水平用U10（108）均勻設(shè)計方案進行試驗，經(jīng)測定各組淮山抗性淀粉得率結(jié)果如表2所示。由表2可知，抗性淀粉得率在5%～12%，出現(xiàn)了4組試驗結(jié)果高于前階段的得率，說明增加酶解處理有益于提高抗性淀粉得率;其中，第7號試驗的淮山抗性淀粉得率最高，達11.75%。為最優(yōu)水平和得率，經(jīng)Excel 2010和SPSS軟件進行逐步回歸分析，得到2種模型及其相關(guān)統(tǒng)計量，詳情見表3和表4。由表3可知，回歸分析所得模型1和2對樣本觀測數(shù)據(jù)的擬合效果均較好。由表4可知，模型1的P（Sig.）≈0<0.01，模型2的P（Sig.）=0.729>0.05，說明模型1的偏回歸系數(shù)具有極顯著統(tǒng)計學(xué)意義，而模型2的偏回歸系數(shù)不具有統(tǒng)計學(xué)意義;在模型1中，只有變量B（耐高溫淀粉酶酶解時間）對回歸方程的影響具有顯著性（P=0.019<0.05），其他變量均不具有顯著性，即為不重要的變量。由此可見，所得的逐步回歸方程Y=5.116+0.109 B是最優(yōu)的回歸模型。其偏回歸系數(shù)是正號，說明B（耐高溫淀粉酶酶解時間）的水平值越大，則抗性淀粉得率Y也越大，則其最佳水平的組合是：A2B5C1D2，即耐高溫淀粉酶用量6U/g干淀粉、耐高溫淀粉酶酶解時間45min、普魯蘭酶用量2U/g干淀粉、普魯蘭酶酶解時間3h。

由于回歸方程的偏回歸系數(shù)是正號，且耐高溫淀粉酶的酶解時間為各試驗組水平中的最大值，為保證工藝的先進性，在最佳水平的組合A2B5C1D2基礎(chǔ)上，需對耐高溫淀粉酶的酶解時間作進一步的優(yōu)化，將其水平值提高到60、75、90min進行單因素驗證試驗，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，抗性淀粉的得率隨著耐高溫淀粉酶酶解時間的增加而先增加后減少，在75min時達到最大值14.32%，說明此水平下為最優(yōu)值。這可能是由于淮山淀粉內(nèi)部的α-1，4糖苷鍵先被耐高溫淀粉酶水解，將淮山淀粉的分子鏈切開，淀粉乳的粘度降低，變?yōu)橐夯矸?，能加速重結(jié)晶過程的速度;當(dāng)耐高溫淀粉酶作用時間過短時，反應(yīng)程度不夠，直鏈淀粉分子釋放太少，不利于再結(jié)晶形成抗性淀粉;當(dāng)酶作用時間過長時，反應(yīng)程度過大，直鏈分子過短，分子劇烈運動，較難聚集以形成晶體[13]。

3 結(jié)論與討論

通過單因素試驗和均勻試驗，利用微波-雙酶解的方法研究制備淮山抗性淀粉的工藝，得到其最佳制備工藝為：將淮山干淀粉配制成濃度為15%的乳液，先用144W微波處理120s后，調(diào)節(jié)pH至5.5;隨后按6U/g干淀粉加入耐高溫淀粉酶在95℃下酶解75min，冷卻到60℃時再按2U/g干淀粉加入普魯蘭酶在60℃下酶解3h;以4000r/min離心酶解液10min，棄上清液后置4℃冰箱老化24h，80℃烘干16h;最后粉碎過100目篩即得淮山抗性淀粉樣品，其中抗性淀粉得率為14.32%。該制備方法是首次在山格淮山淀粉上的嘗試，其工藝條件及得率與在其他原料上的應(yīng)用水平基本持平[8-12]，有待進一步研究。

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（責(zé)編：徐世紅）

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