楊小玲，陳佑寧，趙 維，孟小華

（咸陽(yáng)師范學(xué)院 化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000）

超聲輔助酶解法制備玉米抗性淀粉*

楊小玲，陳佑寧，趙 維，孟小華

（咸陽(yáng)師范學(xué)院 化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000）

以玉米淀粉為原料，采用超聲輔助酶解法制備抗性淀粉（RS）。以超聲時(shí)間、淀粉乳濃度、酶用量、冷藏時(shí)間、添加劑的種類及用量為變量，考察這些因素對(duì)抗性淀粉得率的影響。結(jié)果表明：制備抗性淀粉的最佳工藝為，淀粉乳濃度20%，超聲處理10min，α-淀粉酶用量10U/g，冷藏時(shí)間為24h，并添加淀粉質(zhì)量2%的海藻酸鈉時(shí)，抗性淀粉得率達(dá)到最大值11.92%。

玉米抗性淀粉；超聲預(yù)處理；添加劑

前 言

抗性淀粉（Resistant Starch，RS）又稱抗酶解淀粉，具有降低膽固醇濃度、調(diào)節(jié)血糖、改善胰島素的敏感性、影響脂質(zhì)代謝、改善腸道菌群以及預(yù)防結(jié)腸癌和防止糖尿病、促進(jìn)維生素和礦物質(zhì)離子的吸收等對(duì)健康有益的生理功能，在國(guó)內(nèi)外受到廣泛關(guān)注[1～4]。抗性淀粉中的第三類RS3，即回生淀粉、老化淀粉[5]，由于其具有良好的熱穩(wěn)定性、抗酶解性和食用安全性，因此成為目前研究最多應(yīng)用最廣的一類RS。

制備RS3（以下簡(jiǎn)稱RS）的主要方法有:壓熱處理法、酶解法、螺桿擠壓法、微波輻射法、超聲波輔助法、酸解法、蒸汽加熱法等。超聲波法是淀粉改性的一種新型物理方法，具有作用時(shí)間短、操作簡(jiǎn)單、易控制、能耗低，降解后的淀粉相對(duì)分子質(zhì)量分布窄，分子大小更均勻等優(yōu)點(diǎn)[6,7]。酶解法具有反應(yīng)條件溫和、可控，不需要高壓、耐酸設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)。另外，目前采用超聲或酶解法制備RS過(guò)程中，鮮見(jiàn)關(guān)于添加劑對(duì)抗性淀粉形成的影響。本課題將兩種方法聯(lián)合使用制備玉米抗性淀粉，并探討各因素，特別是不同種類及用量的添加劑對(duì)制備抗性淀粉的影響。

1 材料和方法

1.1 材料

玉米淀粉（食品級(jí)）市售；中溫α-淀粉酶（10000 U/g），華邁科生物技術(shù)有限公司；糖化酶（1×105U/g），華邁科生物技術(shù)有限公司；胃蛋白酶（1:3000），依科生物有限公司；耐熱α-淀粉酶，上海金穗生物科技有限公司；酒石酸鉀鈉，廣東中成化工股份有限公司；3,5-二硝基水楊酸，廣東中成化工股份有限公司；苯酚，天津魯鑫化工科技有限公司；海藻酸鈉，青島明月海藻集團(tuán)有限公司；β-環(huán)糊精，上海山浦化工有限公司；丙酸鈣，上海山浦化工有限公司。

KQ5200DE型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司。

1.2 制備方法

稱取5.0g玉米淀粉，用pH=6.8的磷酸鹽緩沖液將淀粉調(diào)成一定濃度的淀粉乳，超聲處理一定時(shí)間，在85℃的恒溫水浴中糊化15min，自然冷卻至55℃，然后加入一定量添加劑，一定量α-淀粉酶，60℃的水浴鍋中攪拌10min，沸水中滅酶，冷卻，放入4℃冰箱中冷藏一定時(shí)間，冷凍干燥，研碎，待用。

1.3 采用Goni法測(cè)定抗性淀粉含量[8]

準(zhǔn)確稱取0.1g的樣品裝入25mL的試管中，向樣品加入 10mL的 KCl-HCl緩沖液（pH=1.5）和0.2mL的胃蛋白酶溶液（將1g的胃蛋白酶溶解于10mL的KCl-HCl緩沖液中）并將其混合均勻，在38℃的恒溫水浴鍋中放置60min后，自然冷卻，加入2mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié) pH 值（6.0～6.4），加入 300U耐熱α-淀粉酶，60℃恒溫振蕩30min，自然冷卻，調(diào)節(jié)pH值至4.5，再加入5000U糖化酶，在60℃下恒溫振蕩60min，取出，冷卻至室溫后放入3000r/min的離心機(jī)中離心15min，棄去上清液，沉淀再用80%乙醇、蒸餾水分別洗滌，去上清液，往沉淀中加入2mL 4mol/LKOH使其溶解，同時(shí)以1mol/LHCl溶液調(diào)節(jié)pH值至4.5，加入5000U糖化酶，在60℃的恒溫培養(yǎng)振蕩器中振蕩30min，降至室溫后，放入離心機(jī)中離心15min，收集上清液，水洗管中的沉淀，離心2次或3次，離心后的上清液也倒入容量瓶，并定容至100mL。用DNS法測(cè)定還原糖的含量:用DNS法進(jìn)行顯色，540nm處測(cè)其吸光度，根據(jù)葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線y=0.42x+0.0007（R2=0.9931）算出葡萄糖的含量，并據(jù)此計(jì)算抗性淀粉的含量。

抗性淀粉的含量=葡萄糖的含量×0.9

1.4 抗性淀粉的分離提純

準(zhǔn)確稱取3.0g樣品，向其中加入200mL KCl-HCl緩沖液（pH=1.5）和6mL胃蛋白酶溶液混合均勻，在38℃下水浴恒溫60min，自然冷卻至室溫，用2mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值為6.0～6.4，加入300U耐熱α-淀粉酶，60℃恒溫振蕩30min，自然冷卻至室溫，調(diào)節(jié)pH值至4.5（1mol/LHCl），再加入5000U糖化酶，再在60℃下恒溫振蕩60min，自然冷卻后，離心15min，棄上清液，沉淀用80%乙醇，蒸餾水分別洗滌，離心，干燥，得純RS。

2 結(jié)果及討論

2.1 超聲波預(yù)處理原淀粉

在超聲波處理淀粉乳時(shí)，超聲波促使水分子與淀粉分子的摩擦加劇，導(dǎo)致C-C鍵裂解，使淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)殚L(zhǎng)度適當(dāng)、純度高的分子鏈。文獻(xiàn)研究表明，較高強(qiáng)度的超聲波降解支鏈淀粉的作用增強(qiáng)，線性分子即直鏈淀粉數(shù)量增多[6]?？剐缘矸壑饕怯芍辨湹矸弁ㄟ^(guò)氫鍵形成雙螺旋結(jié)晶。本實(shí)驗(yàn)選擇超聲功率200W，改變超聲處理時(shí)間，考察RS的得率，結(jié)果如圖1。通過(guò)圖1可見(jiàn)，隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)RS得率先增大后減小，超聲10min時(shí)RS的得率最高。因此，本實(shí)驗(yàn)確定以下實(shí)驗(yàn)超聲處理淀粉乳的時(shí)間為10min。

圖1 超聲時(shí)間對(duì)RS得率的影響Fig.1 The effect of ultrasound time on the yield of RS

2.2 冷藏時(shí)間對(duì)抗性淀粉得率的影響

圖2 冷藏時(shí)間對(duì)RS得率的影響Fig.2 The effect of the cold storage time on the yield of RS

淀粉凝沉分為直鏈淀粉的短期凝沉和支鏈淀粉的長(zhǎng)期凝沉[9]。RS的形成主要是直鏈淀粉分子的重結(jié)晶過(guò)程，此結(jié)晶過(guò)程包括晶核形成及晶體生長(zhǎng)。冷藏陳化會(huì)加速晶核的形成和晶體生長(zhǎng)。理論上，隨著冷藏時(shí)間的延長(zhǎng)抗性淀粉的含量應(yīng)快速大量增加，但在低溫環(huán)境下，淀粉糊的黏度也不斷提高，這又抑制了晶體的生長(zhǎng)[10]。因此，隨著冷藏時(shí)間延長(zhǎng)到一定階段，晶體形成趨于穩(wěn)定，RS得率不再提高。

固定淀粉乳濃度10%，超聲時(shí)間10min，α-淀粉酶5U/g，改變冷藏時(shí)間，制備RS，RS得率結(jié)果如圖2。由圖2可知，RS的形成主要發(fā)生在最初的24h，24h內(nèi)RS得率迅速提高，超過(guò)24h后，RS含量的增幅較小。綜合考慮，以下實(shí)驗(yàn)取冷藏時(shí)間為24h。

2.3 淀粉乳濃度對(duì)抗性淀粉得率的影響

固定超聲時(shí)間8min，α-淀粉酶5U/g，冷藏時(shí)間24h，改變淀粉乳濃度，所得RS得率如圖3所示。

圖3 淀粉乳濃度對(duì)RS得率的影響Fig.3 The effect of starch concentration on the yield of RS

由圖3可知，隨著淀粉乳濃度的增大，抗性淀粉得率先增大后減小。當(dāng)?shù)矸廴闈舛葹?0%時(shí)，抗性淀粉得率最高。這是因?yàn)楫?dāng)?shù)矸廴闈舛忍髸r(shí)，體系黏度大流動(dòng)性差，分子鏈遷移困難，淀粉酶解反應(yīng)效率低，淀粉顆粒難以充分膨脹、糊化，產(chǎn)生的直鏈淀粉分子難以相互接近和有序重排，降低了抗性淀粉的形成效率；淀粉乳濃度太小時(shí)，體系中的直鏈淀粉分子濃度亦小，分子運(yùn)動(dòng)過(guò)快，分子之間有序聚合的機(jī)會(huì)減少，不利于抗性淀粉的形成。因此，只有當(dāng)?shù)矸廴闈舛冗m中時(shí)，直鏈淀粉的流動(dòng)性好，分子之間易相互靠攏，通過(guò)氫鍵進(jìn)行有序重排，抗性淀粉得率高。以下實(shí)驗(yàn)取淀粉乳濃度為20%。

2.4 α-淀粉酶的添加量對(duì)抗性淀粉得率的影響

固定超聲時(shí)間10min，淀粉乳濃度20%，冷藏時(shí)間24h，改變?chǔ)?淀粉酶用量，RS得率如圖4所示。

圖4 α-淀粉酶用量對(duì)RS得率的影響Fig.4 The effect of α-amylase amount on the yield of RS

由圖4可知，RS的得率隨著α-淀粉酶用量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)α-淀粉酶的添加量為10U/g時(shí)，抗性淀粉得率最高。因此，以下實(shí)驗(yàn)選取α-淀粉酶添加量為10U/g。

2.5 添加劑種類及用量對(duì)抗性淀粉得率的影響

固定超聲時(shí)間10min，淀粉乳濃度20%，冷藏時(shí)間24h，α-淀粉酶10U/g，分別加入不同種類、不同濃度的添加劑，RS得率如圖5所示。

由圖5可見(jiàn)，在添加量為淀粉用量的1%、2%、4%、6%時(shí)，制備的抗性淀粉得率與無(wú)添加劑時(shí)RS得率10.36%相比較，添加海藻酸鈉，抗性淀粉得率提高，添加β-環(huán)糊精或丙酸鈣，抗性淀粉得率均降低。當(dāng)海藻酸鈉添加量為淀粉量的2%時(shí)，RS得率最高，為11.92%。海藻酸鈉是一種有持水性的親水膠體，一定量的水分會(huì)提高直鏈淀粉的流動(dòng)性，促進(jìn)了直鏈淀粉與直鏈淀粉的有序集結(jié)加速老化。黃敏[11]研究了食品膠對(duì)稻米特性地影響，結(jié)果表明添加海藻酸鈉RS的得率提高；Viturawong等[12]的研究表明，添加黃原膠明顯增加了大米淀粉的回生值；但親水膠體一般作為穩(wěn)定劑應(yīng)用在食品中防老化?？梢?jiàn)，親水膠體的作用結(jié)果與其種類及濃度有關(guān)[13～15]，應(yīng)該進(jìn)一步詳細(xì)研究。

丙酸鈣在水中解離為Ca2+以及酸根離子，水溶液呈弱堿性，抑制淀粉老化，所以丙酸鈣的添加降低了RS得率[16]。β-環(huán)糊精的疏水端部分插入直鏈淀粉雙螺旋結(jié)構(gòu)中形成復(fù)合物，阻礙了直鏈淀粉的重排，抑制了老化，導(dǎo)致抗性淀粉得率降低[17～19]。

圖5 添加劑種類及用量對(duì)RS得率的影響Fig.5 The effect of kinds and amounts of additives on the yield of RS

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用超聲輔助酶解法制備的玉米抗性淀粉的最優(yōu)工藝為：淀粉乳濃度20%，α-淀粉酶的添加量10U/g，海藻酸鈉為淀粉質(zhì)量的2%，冷藏時(shí)間24h。在此條件下，制備的抗性淀粉得率最高，為11.92%。

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Synthesis of Resistant Starch from Maize Starch by Ultrasound Assisted Enzymolysis Method

YANG Xiao-ling,CHEN You-ning,ZHAO Wei and MENG Xiao-hua
（College of Chemistry and Chemical Engineering,Xianyang Normal University,Xianyang 712000,China）

The maize starch was selected as the raw material to prepare resistant starch （RS）by ultrasonic assisted enzymolysis method.The effects of ultrasound pretreatment time,starch concentration,enzyme amount,cold storage time,types and contents of the additives on the yields of resistant starch were analyzed.The results indicated the optimum parameters for resistant starch preparation which were showed as follows:the ultrasound time was 10minutes,the starch concentration was 20%,the alpha-amylase was 10U/g,the cold storage time was 24 hours and the adding amount of sodium alginate accounted for 2%of starch mass.And the yield of resistant starch reached the highest which was 11.92%.

Maize resistant starch;ultrasound pretreatment;additives

TS235.1

A

1001-0017（2017）05-0338-04

2017-03-27 *基金項(xiàng)目：陜西省教育廳專項(xiàng)科研計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：15JK1782）；咸陽(yáng)師范學(xué)院科研專項(xiàng)（編號(hào)：13XSYK024）

楊小玲（1976-），女，陜西西安人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：天然高分子改性。