大米抗性辛烯基琥珀酸淀粉酯的制備及特性分析

楊 雪，王姝雯，劉慶慶，楊 浩，李汶玥，包清彬

（西華大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，四川成都 610039）

大米淀粉是從稻谷的胚乳中提取得到，具有粒徑小、致敏性低、質(zhì)構(gòu)柔滑等特點(diǎn)，但天然大米淀粉由于其性能上的單一性，存在剪應(yīng)力低、溶解度低和凍融穩(wěn)定性差等缺陷[1?2]，限制了其在食品工業(yè)中的應(yīng)用。將大米淀粉進(jìn)行酯化改性，對拓展大米特別是碎米的加工用途有積極的意義。

辛烯基琥珀酸淀粉酯（Octenyl succiniate anhydrate starch，OSA 淀粉）是淀粉經(jīng)辛烯基琥珀酸酐（Octenyl succinic anhydride，OSA）脂化改性而成的改性淀粉，具有優(yōu)良的乳化性、流動性、穩(wěn)定性并具有一定的抗消化性能，廣泛用于乳化劑、增稠劑、微膠囊壁材等[3?4]?？剐缘矸郏≧esistant sarch，RS）是一種兼具可溶性纖維與不可溶性膳食纖維特性的淀粉，其在人體小腸無法被消化，且相對普通膳食纖維具有更高的生理活性[5]，可通過物理、化學(xué)、生物等方法對淀粉改性或直接對食品原料進(jìn)行改性提高RS 含量，是目前食品加工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。但RS 的制取率還普遍較低，市場上利用抗性淀粉開發(fā)的食品品種和數(shù)量也相對較少。優(yōu)化RS 的加工工藝并且提高RS 在食品中的利用率是未來研究的重點(diǎn)。

本研究以大米淀粉為原料，制備大米OSA 淀粉，再對其進(jìn)行濕熱處理，進(jìn)一步提高其抗性淀粉含量，制備抗性辛烯基琥珀酸淀粉酯（抗性O(shè)SA 淀粉），其兼?zhèn)銸SA 淀粉和抗性淀粉的特性，按不同的需求，可將其用作增稠劑、乳化劑、可食用膜、微膠囊壁材和特殊包裝物[6?7]等使用，有極大的應(yīng)用前景。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大米淀粉（秈米） 廣州市海希生物科技有限公司；異丙醇 分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠；氫氧化鈉、無水乙醇、3、5-二硝基水楊酸 均為分析純，成都科隆化學(xué)品公司；葡萄糖 分析純，成都迪維樂化學(xué)品公司；辛烯基琥珀酸酐、胰α-蛋白酶（300 U/mg）、淀粉葡萄糖甘酶（100 U/mg）、Tris-maleata 溶液、胃蛋白酶 西格瑪奧德里奇貿(mào)易有限公司。

Vortex genius3、VORTEX 3 漩渦混勻器 艾卡儀器設(shè)備有限公司；HWCL-3 集熱式恒溫磁力攪拌器 長城科工貿(mào)易公司；UV2600 紫外可見光分光光度計 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；5424 高速離心機(jī) 德國艾本德儀器公司；TD-5M 低速離心機(jī) 四川蜀科儀器公司；TGA/DSC 3+同步熱分析儀（TG-DSC） 梅特勒-托利多精密儀器公司；PHS-3C pH 計 成都世紀(jì)方舟有限公司；MCR302 流變儀奧地利Anton Paar 儀器公司；JA2003 千分之一分析天平 上海精密科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 OSA 淀粉的制備 采用水相法制備大米OSA淀粉，參考JAIN 等[8]的方法并稍作修改，稱取定量大米淀粉懸浮在蒸餾水中制成一定濃度（w/w）淀粉漿料，用1 mol/L NaOH 溶液調(diào)漿液pH。取質(zhì)量為淀粉質(zhì)量3%的OSA，用異丙醇稀釋5 倍，緩慢加入到淀粉漿料，整個反應(yīng)過程保持溫度和pH 穩(wěn)定（用1 mol/L NaOH 溶液調(diào)pH）。反應(yīng)結(jié)束后，用1 mol/L HCl 將淀粉漿液的pH 調(diào)至6.0，將淀粉漿料離心（1500 g、10 min），下層淀粉蒸餾水洗滌2 次，70%乙醇洗滌3 次，得到的OSA 淀粉在45 ℃烘箱中干燥，粉碎后過200 目篩，收集于干燥器中保存。

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn) 以取代度（Degree of substitution，DS）為主要考評指標(biāo)，反應(yīng)效率（Reaction efficiency,RE）為參考考評指標(biāo)，參考相關(guān)研究[3?4]，結(jié)合預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，依次考察反應(yīng)溫度、反應(yīng)pH、酸酐滴加時間、淀粉漿液濃度對DS 的影響。固定反應(yīng)溫度40 ℃、淀粉漿液濃度35%（w/w）、反應(yīng)pH8.5、酸酐滴加時間2 h 中三個因素水平值，對第四個因素進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)因素條件為反應(yīng)溫度（30、35、40、45、50 ℃），反應(yīng)pH（7.5、8.0、8.5、9.0、9.5），酸酐滴加時間（2、3、4、5、6 h）,淀粉漿液濃度（20%、25%、30%、35%、40%）。

1.2.3 正交試驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，選取反應(yīng)溫度（A）、反應(yīng)pH（B）和酸酐滴加時間（C）三個因素，設(shè)計正交試驗(yàn)，因素水平見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and level of orthogonal test

1.2.4 酯化取代度DS 與反應(yīng)效率RE 的測定 取代度反映了添加的OSA 全部與淀粉反應(yīng)生成OSA淀粉的情況，采用滴定法[9]測定，參照李天貴[10]的方法。稱取2.000 g（d.b.）大米OSA 淀粉，分散于150 mL 2.5 mol/L 的鹽酸異丙醇溶液中，攪拌30 min，加入150 mL 90%異丙醇水溶液繼續(xù)攪拌10 min。將淀粉液離心（2000 g、10 min），沉淀用90%異丙醇反復(fù)洗滌離心，直至洗出液無Cl?被檢出。將所得沉淀分散于100 mL 去離子水中，沸水浴20 min 至溶解。用酚酞作指示劑，迅速用0.1 mol/L NaOH 溶液滴定至粉紅色。取代度計算公式如下：

式中：0.162 是單個葡萄糖殘基的摩爾質(zhì)量（kg/mol）；0.209 是OSA 的摩爾質(zhì)量（kg/mol）；A 是NaOH 標(biāo)準(zhǔn)溶液的滴定體積（mL）；M 是NaOH 標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（mol/L）；W 是淀粉干基的質(zhì)量（g）。

反應(yīng)效率的計算公式如下：

1.2.5 抗性O(shè)SA 淀粉的制備 以濕熱處理法[11]（Heat and moist treat，HMT）制備抗性淀粉，稱取OSA 淀粉30.0 g（干基）于帶蓋鋁盒中，用噴壺將蒸餾水噴灑到淀粉上，調(diào)整水分含量30%，密封后在120 ℃的條件下濕熱處理4、8、12、18、24 h，冷卻后45 ℃烘箱烘干、粉碎后過120 目篩，得到抗性O(shè)SA 淀粉樣品，按處理時間將樣品分別標(biāo)記為HMT4、HMT8、HMT12、HMT18、HMT24。

1.2.6 指標(biāo)測定

1.2.6.1 抗性淀粉含量測定 RS 測定參考GO?I 等[12]的方法并稍作調(diào)整：準(zhǔn)確稱取淀粉樣品0.500 g，分散于50 mL HCl-KCl 緩沖液，加入2 mL 胃蛋白液（3000 U/mg 的胃蛋白酶10 g 溶解于200 mL HCl-KCl 緩沖液（pH1.5）中），37 ℃下恒溫振蕩60 min，用0.1 mol/LTris-maleata 溶液調(diào)節(jié)pH 至6.9，加入10 mL 胰α-淀粉酶溶液，37 ℃水浴振蕩42 h；取出離心（3000×g，10 min），沉淀用蒸餾水洗滌3 次后，分散于15 mL 4 mol/L 的KOH 溶液中，室溫振蕩至沉淀充分溶解。然后用2 mol/L 的HCl 溶液調(diào)節(jié)pH至4.5~4.8，加10 mL 淀粉葡萄糖甘酶溶液，在58 ℃下恒溫水浴振蕩60 min 后冷卻至室溫，取出離心（3000×g，10 min），收集上清液；用蒸餾水洗滌沉淀3 次，離心后收集合并上清液，定容至500 mL。

參照DNS 法[13?14]測定上述溶液中的還原糖含量:按照薛慧等[13]的方法以540 nm 處的吸光度為縱坐標(biāo)，葡萄糖濃度為橫坐標(biāo)制作葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線，其回歸方程為：y=13.719x?0.0174，R2=0.9977。取1 mL的上清液于25 mL 的試管中，加入1 mL 蒸餾水和5 mL DNS[14]試劑，將各試管搖勻，在沸水浴中加熱5 min 后，用流水迅速冷卻，再用蒸餾水定容至25 mL測量各溶液的吸光度，利用標(biāo)準(zhǔn)曲線計算出葡萄糖的含量。再根據(jù)以下公式計算抗性淀粉含量：

式中：M 為葡萄糖含量（g/mL，由葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線求得）；W 為分析樣本的干質(zhì)量=質(zhì)量×（100?含水量）/100 （g）；V 為待測液的體積（mL）。

1.2.6.2 溶解性測定 將待測樣品配制成質(zhì)量濃度1%的懸浮液，置于250 mL 帶蓋三角錐中，于25 ℃恒溫水浴振蕩60 min，將溶液離心（1500×g，15 min）。取上層清液在105 ℃下烘干至恒重，稱量得到已溶解的淀粉質(zhì)量A。溶解度按以下公式計算：

式中，A 為上清液中溶出物質(zhì)量（g）；W 為樣品干重（g）。

1.2.6.3 凝沉性測定 凝沉性測定參考尹沾合等[15]的方法，在帶有回流攪拌裝置的三口燒瓶中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉乳95 ℃保溫30 min 水浴加熱糊化，冷至室溫得糊化液。取25 mL 糊化液加入具塞刻度試管中室溫靜置，每經(jīng)24 h（1 d）記錄具塞試管中上層清液體積數(shù)，該數(shù)即為凝沉性。

1.2.6.4 膨脹度測定 將待測樣品配制成質(zhì)量濃度1%的懸浮液，置于250 mL 帶蓋三角錐中，置于50~90 ℃的不同溫度水浴鍋恒溫振蕩30 min，冷卻后將溶液離心（1500×g，15 min）取上層清液在105 ℃下烘干至恒重，稱量記為A，離心管內(nèi)的濕淀粉質(zhì)量記為P。按以下公式膨脹度：

式中：W 為樣品干重（g）；P 為離心管中沉淀物質(zhì)量（g）。

1.2.6.5 糊化特性測定 使用MCR3 流變儀測定淀粉的糊化特性。稱取1.77 g 淀粉樣品置于儀器配套的圓心筒系統(tǒng)中，加16 mL 蒸餾水配置成淀粉漿料進(jìn)行測定，使用圓心筒轉(zhuǎn)子，前10 s 轉(zhuǎn)速960 r/min，使淀粉分散。參數(shù)設(shè)定參考白婷等[16]的方法。

1.2.7 淀粉體外消化試驗(yàn)

1.2.7.1 模擬消化液的配制 人工模擬胃液的制備：用4 mol/L 鹽酸溶液調(diào)節(jié)0.2%（w/v）NaCl 溶液的pH至2.0，加入一定量的胃蛋白酶，調(diào)節(jié)濃度為3 mg/mL。人工模擬腸液的制備：將復(fù)合胰酶和膽鹽均勻分散于磷酸緩沖液（0.1 mol/L，NaH2PO4-Na2HPO4，pH7.0）中，復(fù)合胰酶和膽鹽濃度分別為2 mg/mL 和4.5 mg/mL，再添加淀粉葡萄糖苷酶（100 U/mg）使?jié)舛葹?00 U/mL，用1 mol/L 的NaOH 溶液調(diào)pH 至7.4。

1.2.7.2 淀粉的體外消化 兩段式體外消化參考俞安珍[17]和LOPEZ 等[18]的方法并稍作修改。準(zhǔn)確稱取0.100 g 樣品13 份置于離心管中，編號1~13，加入2 mL 蒸餾水，于95 ℃水浴振蕩30 min 后自然冷卻。

胃段消化：樣品用0.2 mol/L HCl 溶液調(diào)節(jié)pH至2.0。加入2 mL 模擬胃液，混均后在37 ℃下恒溫水浴振蕩30 min。在5、15、30 min 時依次取出1~3 號管，加入3 mL 95%乙醇滅酶后，離心（4000 r/min，15 min）后取上清液1 mL，參照薛慧等[13]的方法測定還原糖含量，計算消化水解率。

小腸段消化：其余樣品迅速加入適量的0.01 mol/L NaOH 溶液將混合液pH 調(diào)至7.4 左右。加入4 mL 模擬腸液，混勻后置于37 ℃恒溫水浴振蕩150 min。在消化過程中第10、20、30、40、50、60、90、120、150 及180min 時依次取出4~13 號管，加入3 mL 95%乙醇滅酶后，離心（4000 r/min，15 min）后取上清液1 mL，同上，計算消化水解率。

在小腸中20 min 內(nèi)被消化吸收的淀粉為快速消化淀粉（Rapidly digestible starch，RDS），20~120 min內(nèi)被消化吸收的淀粉為慢消化淀粉（Slowly digestible starch，SDS），120 min 內(nèi)不能被小腸消化吸收的淀粉稱為RS。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次，數(shù)據(jù)表示為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差”，采用SPSS 22 對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用最小顯著差數(shù)法在顯著性水平為P＜0.05 的條件下進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，用Origin2019 繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 酯化條件對DS 和RE 的影響

反應(yīng)溫度、反應(yīng)pH、酸酐滴加時間、淀粉漿液濃度對DS 和RE 的影響見圖1。

圖1 酯化條件對取代度（DS）和反應(yīng)效率（RE）的影響Fig.1 Effect of esterification conditions on degree of substitution and reaction efficiency注：不同小寫字母表示同一指標(biāo)差異顯著（P＜0.05）；A、B、C、D 分別表示溫度、pH、酸酐滴加時間及淀粉漿液濃度對DS 和RE 的影響。

圖1A 為溫度的影響，當(dāng)溫度較低時，DS 和RE 均隨著溫度升高顯著增加（P＜0.05），在40 ℃達(dá)到最大，DS 為1.3407，RE 為73.5%。當(dāng)溫度超過40 ℃時，DS 和RE 降低。升高溫度可促進(jìn)體系中淀粉的溶解和膨脹以及OSA 在體系中擴(kuò)散，與淀粉分子接觸增加，從而提高了酯化反應(yīng)的效率[4]，同時在高溫條件下，淀粉發(fā)生糊化、酸酐水解加速并且與堿試劑反應(yīng)[4,19]，使得OSA 淀粉的DS 和RE 降低。圖1B 為pH 的影響，當(dāng)體系pH9.0 時，OSA 淀粉的DS 和RE 最高，分別為1.2588 和75.1%。酯化反應(yīng)過程中，淀粉分子的羥基需要在堿性條件下活化，當(dāng)pH 較低接近中性時，羥基活化不完全，pH 升高，DS 和RE 相應(yīng)升高。當(dāng)pH 達(dá)到9.5 時，酸酐先與堿發(fā)生反應(yīng)，與淀粉分子的接觸進(jìn)一步降低，并且酯在堿性的條件下，容易發(fā)生水解，溶液堿性過強(qiáng)也會使部分淀粉糊化，使淀粉漿液粘度上升降低OSA 與淀粉分子接觸[20?21]。圖1C 為酸酐滴加時間的影響，DS 和RE 隨著酸酐滴加時間的延長逐漸升高，DS 在滴加時間4 h 達(dá)到最大值。酸酐開始滴入反應(yīng)體系時，可以充分和淀粉分子接觸反應(yīng)，持續(xù)滴加酸酐可以促進(jìn)反應(yīng)正向進(jìn)行；反應(yīng)到后期，淀粉酯的水解反應(yīng)也在同時進(jìn)行，導(dǎo)致DS 下降。滴加時間為5 h時，產(chǎn)品取代度開始下降。由于酸酐滴加完成后，還會繼續(xù)反應(yīng)一段時間，考慮到實(shí)驗(yàn)持續(xù)的時間，因此正交因素水平以3 h 為中心。由圖1D 可看出，DS 隨淀粉漿液濃度先升高后降低，淀粉漿液濃度在25%~35%時DS 變化不顯著（P>0.05），DS 值在1.19 至1.27 之間小幅變化。RE 在濃度為35%時達(dá)到最大77.1%，當(dāng)?shù)矸廴橘|(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到一定程度，反應(yīng)體系中水分含量相對減少，淀粉顆粒會出現(xiàn)收縮，這不利于OSA 進(jìn)入到淀粉顆粒的無定形區(qū)[21]。故選擇30%的淀粉乳濃度用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

2.2 大米辛烯基琥珀酸制備工藝優(yōu)化

在單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，淀粉乳濃度為30%，選取反應(yīng)溫度（A）、反應(yīng)pH（B）和酸酐滴加時間（C）三個因素，設(shè)計L9（34）正交優(yōu)化試驗(yàn)，正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of orthogonal test

對表2 結(jié)果進(jìn)行極差分析可知，三個因素對取代度DS 影響大小的順序?yàn)榉磻?yīng)溫度>反應(yīng)pH>酸酐滴加時間。以取代度為指標(biāo)確定酯化反應(yīng)的最佳水平為A2B3C2，即反應(yīng)溫度40 ℃、反應(yīng)pH9.0、酸酐滴加時間3 h。由于此最優(yōu)工藝組合并未出現(xiàn)在正交方案里，因此需要按照此條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)果表明按照A2B3C2工藝條件制得的OSA 淀粉取代度DS 為1.3915±0.045，平均反應(yīng)效率RE 為78.2%，高于正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的最大值1.3875，對應(yīng)水平組合為A2B3C1。將此條件制備的OSA 淀粉樣品標(biāo)記為DS-1.39。

2.3 酯化及濕熱處理后抗性淀粉含量的變化

大米淀粉（Rice starch）、OSA 淀粉（DS-1.39）及不同濕熱處理時間抗性淀粉含量見圖2。

圖2 濕熱時間對抗性淀粉含量的影響Fig.2 Influence of heat-moisture treatment time on resistant starch content注：不同小寫字母表示差異顯著（P＜0.05），圖3 同。

原大米淀粉的抗性淀粉含量為12.7%，從圖2中可以看出，酯化反應(yīng)獲得的OSA 淀粉其抗性淀粉含量增加到25.2%，這是因?yàn)榈矸埘セ笠隣SA基團(tuán)，在α-淀粉酶與葡萄糖單元的糖苷鍵之間形成空間位阻，兩者結(jié)合能力下降，淀粉的可消化性下降，使OSA 淀粉抗性增加[22]，這與HEACOCK 等[23]提出的OSA 酯化反應(yīng)可以用來制備抗性淀粉的結(jié)論相似。

將含水量30%的OSA 淀粉在120 ℃條件下濕熱處理4 h 后，淀粉樣品中的抗性淀粉含量顯著升高至34.2%（P＜0.05），并且隨著濕熱時間的增加，抗性淀粉的含量也逐步增加，處理18 h 后基本平緩，達(dá)到42.2%。這是因?yàn)樵诟咚趾透邿岬墓餐饔孟?，大米淀粉團(tuán)粒內(nèi)無定形區(qū)中淀粉鏈之間的相互作用發(fā)生改變[24]，使淀粉直鏈淀粉含量增加。另一方面，濕熱處理使體系自由能變大，淀粉分子鏈形成新的微晶和單螺旋結(jié)構(gòu)，增加淀粉分子的穩(wěn)定性，提高淀粉的抗酶解能力[5]。HUNG[25]對紅米進(jìn)行濕熱處理，發(fā)現(xiàn)紅米RS 含量同濕熱處理的含水量與加熱溫度呈正相關(guān)。

2.4 酯化及濕熱處理對淀粉溶解性和凝沉性的影響

大米淀粉、OSA 淀粉及不同濕熱處理時間淀粉的溶解性和凝沉性見圖3。

圖3 濕熱處理時間對淀粉溶解性和凝沉性的影響Fig.3 The effect of moisture heat treatment time on starch solubility and retrogradation注：a：淀粉的溶解性；b：淀粉的凝沉性。

由圖3 可知，與原大米淀粉相比，酯化反應(yīng)后，OSA 淀粉的溶解性和凝沉性都顯著升高（P＜0.05），而濕熱處理對OSA 淀粉的凝沉性沒有顯著影響（P>0.05）。由于酯化反應(yīng)引入了親水基團(tuán)，淀粉溶解性由13%升高到17%。隨著濕熱處理時間增加，溶解性進(jìn)一步增加，可能是濕熱處理過程中，淀粉的氫鍵結(jié)構(gòu)遭到破壞，分子鏈的自由度增大，特別是非晶區(qū)的分子鏈，而辛烯基琥珀酸淀粉酯的親水基團(tuán)多接枝于非晶區(qū)分子鏈上[24?26]，從而使親水基團(tuán)伸展，與水分子的結(jié)合增強(qiáng)。有研究表明，酯化反應(yīng)主要發(fā)生在淀粉非結(jié)晶區(qū)分子間聚集程度較低的位置，溶解性的上升可能歸因于非晶區(qū)直鏈淀粉的溶解[27]。

大米淀粉酯化后凝沉性從74.6%提高到98.1%，即OSA 淀粉糊室溫存放24 h 后基本無水分析出。酯化后，大米淀粉分子接上的OSA 基團(tuán)具有較強(qiáng)的疏水性，阻止了淀粉分子間氫鍵的形成，促進(jìn)淀粉分子間相互排斥[28]，有效地阻礙了淀粉糊的凝沉現(xiàn)象。

2.5 酯化及濕熱處理對淀粉膨脹度的影響

淀粉的膨脹度反映了淀粉的溶脹能力，大米淀粉、OSA 淀粉及不同濕熱處理時間抗性淀粉的膨脹度見表3。

從表3 可以看出，大米淀粉酯化反應(yīng)后，膨脹度顯著增加（P＜0.05）。這是由于酯化反應(yīng)引入親水基團(tuán)，弱化了淀粉分子之間的作用力，使水分子更易穿過被酯化的直鏈淀粉所在的非結(jié)晶區(qū)，從而滲透到顆粒內(nèi)部，使淀粉顆粒發(fā)生膨脹[29?30]。而濕熱處理后，膨脹度隨著處理時間的增加逐漸降低，這可能是因?yàn)樵诟邷馗邼穸鹊臈l件下，淀粉的支鏈淀粉發(fā)生斷裂，形成較短的直鏈淀粉，淀粉內(nèi)的分子鏈相互交織程度加大，鍵能增加，淀粉的雙螺旋結(jié)構(gòu)更加緊密，不利于淀粉糊化后從顆粒中溶出，從而降低了淀粉的膨脹度[31]。此外在濕熱處理處理之后，淀粉中的脂質(zhì)復(fù)合物增多，抑制淀粉顆粒的膨脹[31?32]。

表3 濕熱處理時間對淀粉膨脹度的影響Table 3 The influence of heat-moisture treatment time on starch swelling force

2.6 酯化及濕熱處理對淀粉糊化特性的影響

如表4 所示，大米淀粉脂化處理及濕熱處理后，糊化特性均出現(xiàn)較大改變。

表4 濕熱處理對糊化特性的影響Table 4 The influence of heat-moisture treatment on gelatinization characteristics

與原大米淀粉相比，DS-1.39 的峰值黏度和最終黏度顯著增加（P＜0.05），峰值黏度反映淀粉的持水性，最終黏度反映淀粉形成凝膠的強(qiáng)度，表明OSA淀粉持水性明顯增加，凝膠強(qiáng)度增強(qiáng)[33]；崩解值和回升值上升表明OSA 淀粉熱穩(wěn)定性降低，熱糊的抗剪切力下降；OSA 淀粉的糊化溫度有所下降，可能是因?yàn)镺SA 基團(tuán)接入后，部分淀粉分子因帶有同種負(fù)電荷而相互排斥，結(jié)構(gòu)變松散，水分子更易滲入，加熱使顆粒裂解，在較低的溫度下熔融糊化，且DS 值越大，OSA 基團(tuán)越多，糊化溫度越低[1]。宋曉燕等[34]發(fā)現(xiàn)不同取代度的糯玉米淀粉酯的糊化溫度隨著取代度的升高而降低。

OSA 淀粉濕熱處理4 h 后，峰值黏度、最終黏度和回升值顯著升高（P＜0.05），但隨著濕熱處理時間延長，其值又逐漸降低。研究表明，濕熱處理后淀粉的糊化性質(zhì)的變化不僅與淀粉分子鏈的結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的形態(tài)密切相關(guān)[34?35]。長時間濕熱處理使OSA 淀粉糊化溫度升高，峰值黏度、最終黏度以及崩解值下降，表明濕熱處理后，淀粉糊的穩(wěn)定性增強(qiáng)。

2.7 抗性O(shè)SA 淀粉體外消化試驗(yàn)

大米淀粉、OSA 淀粉及不同濕熱處理時間的抗性O(shè)SA 淀粉體外消化實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4 所示。前30 min 為模擬胃液消化，30~180 min 為模擬腸液消化。從圖中可以看出，大米淀粉在經(jīng)過OSA 酯化和后續(xù)濕熱處理后，在胃腸道的消化總趨勢基本相同，淀粉在胃中消化較低（前30 min），進(jìn)入腸道后消化水解率快速上升，在腸道120 min 后各樣品的消化水解率趨于平衡。

圖4 淀粉樣品在模擬胃腸液中的消化情況Fig.4 Digestion of starch samples in simulated gastrointestinal juice

通過樣品的水解率計算得出各淀粉樣品的RDS、SDS、RS 含量如表5 所示，原大米淀粉在胃腸道的最終水解率為87.57%，在模擬腸液中，前20 min內(nèi)水解的快消化淀粉含量為47.15%，120 min 后仍未消化的淀粉含量為18.76%，與測定的抗性淀粉含量12.7%相符。經(jīng)過酯化后，DS-1.39 的抗消化性顯著增強(qiáng)，OSA 淀粉的抗消化性來源于OSA 基團(tuán)的疏水性和空間位阻，減緩了α-淀粉酶與淀粉分子的接觸[19,36]，因此前期消化速率大大降低，隨著淀粉的水解，淀粉的結(jié)構(gòu)被破壞后消化速率逐漸加快，最終未消化的淀粉含量為24.57%，所以酯化主要是降低了快消化淀粉的含量。

表5 淀粉樣品的RDS、SDS、RS 含量Table 5 RDS, SDS, RS content of starch samples

OSA 淀粉經(jīng)過濕熱18 h 后，在腸液前20 min的消化水解率從28.52%降低至22.34%，證明濕熱處理也可以減少部分快消化淀粉，而在模擬腸液中120 min 之后，該樣品消化水解率從73.1%降低到56.11%，因此濕熱處理減少的主要為慢消化淀粉[23]，濕熱處理的OSA 淀粉的最終消化率為58.8%，可得到抗性淀粉為41.2%的OSA 淀粉，與直接測定抗性淀粉的結(jié)果42.2%接近?？剐設(shè)SA 淀粉的抗消化性提高使其在益生菌微膠囊包埋應(yīng)用中具備了良好的抗消化穩(wěn)定性[6,37]，還可以擴(kuò)大其在保健食品上的應(yīng)用途徑。

3 結(jié)論

制備大米OSA 淀粉的最佳工藝條件為溫度40 ℃、反應(yīng)pH 為9.0、酸酐滴加時間為4 h、淀粉乳濃度30%。此工藝條件下制得的OSA 淀粉的DS為1.3915、RE 為78.2%。對OSA 淀粉進(jìn)行濕熱處理18 h 后，OSA 淀粉的抗性淀粉含量從25.2%增加至42.2%。

酯化后OSA 淀粉的溶解性、凝沉性和膨脹度均顯著優(yōu)于原大米淀粉，抗性O(shè)SA 淀粉溶解性進(jìn)一步增加，膨脹度降低；糊化特性測試結(jié)果表明，OSA 淀粉經(jīng)濕熱處理后，糊化溫度升高，峰值黏度、最終黏度，回升值隨濕熱處理時間的增加先升高后逐漸降低，但仍顯著優(yōu)于原大米淀粉。消化實(shí)驗(yàn)表明抗性O(shè)SA 淀粉在胃腸道的消化水解率大幅下降，經(jīng)過模擬胃腸液消化180 min 后水解率為58.8%。本研究采用OSA 酯化和濕熱處理相結(jié)合的方式對大米淀粉進(jìn)行改性處理制備抗性O(shè)SA 淀粉，淀粉的各種理化性質(zhì)得到顯著改善，對OSA 淀粉和抗性淀粉的制備及利用提供了參考，也為大米加工利用提供了一種新思路。