參薯抗性淀粉的壓熱法制備工藝

袁臘梅，張海德

（海南大學(xué)食品學(xué)院，海南 ?？?570228）

參薯抗性淀粉的壓熱法制備工藝

袁臘梅，張海德*

（海南大學(xué)食品學(xué)院，海南 ?？?570228）

為提高參薯淀粉轉(zhuǎn)化為抗性淀粉的產(chǎn)率，對(duì)參薯淀粉的壓熱法制備抗性淀粉進(jìn)行了研究。以參薯淀粉為原料，通過單因素試驗(yàn)分析各種因素對(duì)抗性淀粉產(chǎn)率的影響；經(jīng)過三因素二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)結(jié)合響應(yīng)面分析，得出淀粉乳濃度、pH、壓熱時(shí)間對(duì)抗性淀粉含量的影響大小次序：淀粉乳濃度＞pH＞壓熱時(shí)間；最佳工藝條件為淀粉乳質(zhì)量濃度33.00%，pH 7.6，121℃壓熱處理36 min，4℃下老化處理24 h，80℃烘干18 h，得到的抗性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.92%。

參薯淀粉；抗性淀粉；制備工藝

抗性淀粉（resistant starch）又稱抗酶解淀粉、難消化淀粉，是指“食物中不被健康者小腸消化吸收的淀粉或其降解產(chǎn)物”[1]?？剐缘矸劬哂信c膳食纖維類似的作用，在結(jié)腸中被腸道菌發(fā)酵利用，產(chǎn)生短褳脂肪酸和氣體，防止結(jié)腸癌；促進(jìn)腸道蠕動(dòng)，預(yù)防便秘，保護(hù)腸道健康[2]；抗性淀粉能明顯地降低血糖，能有效地控制糖尿病病情[3]；抗性淀粉能降低血清和肝中膽固醇含量，預(yù)防膽結(jié)石[4]；抗性淀粉能增加食物中脂質(zhì)的排泄，同時(shí)它作為低熱量添加劑，能有效控制體重[5]。

抗性淀粉有4種類型：物理包埋淀粉RS1、抗性淀粉顆粒RS2、老化淀粉RS3、化學(xué)改性淀粉RS4。其中RS3最具有開發(fā)應(yīng)用價(jià)值，且是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。RS3是由糊化后的淀粉分子在凝沉過程中重新聚集形成有序的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，此結(jié)晶區(qū)能阻止淀粉酶靠近該區(qū)域內(nèi)的葡萄糖苷鍵，并阻止淀粉酶活性基團(tuán)中的結(jié)合部位與淀粉分子結(jié)合，造成淀粉分子不能完全被淀粉酶作用，從而產(chǎn)生抗酶解性[6]。

我國(guó)參薯種植面積廣，產(chǎn)量高，但基本上沒有進(jìn)行深加工利用，本文以海南高產(chǎn)的參薯為原料，采用壓熱制備的方法，研究了影響抗性淀粉生產(chǎn)過程中的各種因素，為壓熱法制備參薯抗性淀粉提供了可靠的理論參考和開發(fā)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

參薯淀粉（海南大學(xué)食品學(xué)院研究生實(shí)驗(yàn)室自制）：以海南參薯為原料（海南大學(xué)農(nóng)學(xué)院提供），經(jīng)清洗、去皮、粉碎、干燥、過篩制得備用；胃蛋白酶、葡萄糖淀粉酶、耐熱ɑ-淀粉酶：北京縈萊寶科技有限公司；其他所用化學(xué)試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純，水為去離子水。

1.2 儀器與設(shè)備

PL303電子天平：梅特勒—托利多儀器（上海）有限公司；LS-B50L立式蒸汽壓力滅菌器：上海醫(yī)用核子儀器廠；A11分析研磨機(jī)：德國(guó)IKA；PHS-25酸度計(jì)：上海虹益儀器儀表有限公司；DHG-9203A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：寧波江南儀器廠；BCD-191FDM美的冰箱：美的集團(tuán)電冰箱制造（合肥）有限公司；HH-8恒溫水浴鍋：金壇市宏華儀器廠；TU-1901雙光束紫外可見分光光度計(jì)：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；LD4-2A低速離心機(jī)：北京醫(yī)用離心廠。

1.3 方法

1.3.1 抗性淀粉的制備

采用單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)的方法，稱取一定量的參薯淀粉，與水以一定比例混合，調(diào)節(jié)pH，經(jīng)高溫高壓處理一定時(shí)間，取出后自然冷卻至室溫，采用不同方式老化處理一定時(shí)間，然后于不同溫度烘干一定時(shí)間，粉碎，過80目篩。

1.3.1.1 淀粉乳質(zhì)量濃度對(duì)抗性淀粉含量的影響

將參薯淀粉配制成不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的淀粉乳：10%、20%、30%、40%、50%，調(diào)節(jié)pH至6.0，121℃壓熱處理30 min，4℃老化24 h，80℃烘干18 h，粉碎過 80目篩。測(cè)定各樣品中抗性淀粉的含量，單因素試驗(yàn)重復(fù)3次，抗性淀粉的含量取測(cè)定的平均值，下同。

1.3.1.2 淀粉乳pH對(duì)抗性淀粉含量的影響

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的參薯淀粉乳，分別調(diào)成不同 pH：5.0、6.0、7.0、8.0、9.0，121 ℃壓熱處理 30 min，4℃老化24 h，80℃烘干18 h，粉碎過80目篩。測(cè)定各樣品中抗性淀粉的含量。

1.3.1.3 壓熱溫度對(duì)抗性淀粉含量的影響

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的參薯淀粉乳，調(diào)節(jié)pH至6.0，在不同溫度下壓熱處理 30 min：101、111、121、131、141℃，4℃老化24 h，80℃烘干 18 h，粉碎過 80目篩。測(cè)定各樣品中抗性淀粉的含量。

1.3.1.4 壓熱時(shí)間對(duì)抗性淀粉含量的影響

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的參薯淀粉乳，調(diào)節(jié)pH至6.0，121 ℃壓熱處理不同時(shí)間：10、20、30、40、50 min，4℃老化24 h，80℃烘干18 h，粉碎過80目篩。測(cè)定各樣品中抗性淀粉的含量。

1.3.1.5 老化溫度對(duì)抗性淀粉含量的影響

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的參薯淀粉乳，調(diào)節(jié)pH至6.0，121℃壓熱處理30 min，分別置于-20℃、4℃老化24 h，80℃烘干18 h，粉碎過80目篩。測(cè)定各樣品中抗性淀粉的含量。

1.3.1.6 老化時(shí)間對(duì)抗性淀粉含量的影響

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的參薯淀粉乳，調(diào)節(jié)pH至6.0，121℃壓熱處理30 min，4℃老化處理不同時(shí)間：10、20、30、40、50 min，80 ℃烘干 18 h，粉碎過 80 目篩。測(cè)定各樣品中抗性淀粉的含量。

1.3.1.7 干燥溫度對(duì)抗性淀粉的影響

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的參薯淀粉乳，調(diào)節(jié)pH至6.0，121℃壓熱處理 30 min，4℃老化處理 24 h，置于不同干燥溫度下：60、80、100 ℃，烘干 18 h，粉碎過 80 目篩。測(cè)定各樣品中抗性淀粉的含量。

1.3.2 抗性淀粉的含量測(cè)定

參考Goni[7]法，并作出一些改進(jìn)：稱取1.000 g壓熱處理后的參薯抗性淀粉溶于20 mL pH 2.2的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖液中，調(diào)節(jié)pH至2.2，加入胃蛋白酶，置于40℃恒溫水浴60 min，取出后冷卻至室溫；加入20 mL pH 6.0的磷酸鈉緩沖液，調(diào)節(jié)pH至6.0，加入耐熱ɑ-淀粉酶，置于80℃恒溫水浴30 min，取出后冷卻至室溫；再調(diào)節(jié)pH至4.2，加入葡萄糖淀粉酶，置于60℃恒溫水浴60 min，冷卻后離心（3000 r/min，20 min），棄去上清液，水洗離心，反復(fù)3次。將得到的沉淀物完全溶解于2 mol/L KOH溶液中，再調(diào)節(jié)pH至4.2，加入過量葡萄糖淀粉酶，置于60℃恒溫水浴60min，冷卻后離心，收集上清液，反復(fù)3次，合并上清液，用蒸餾水定容至100 mL。用3，5-二硝基水楊酸法測(cè)定還原糖的含量，乘以0.9，即為參薯抗性淀粉的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 壓熱條件對(duì)抗性淀粉含量的影響

2.1.1 淀粉乳質(zhì)量濃度對(duì)抗性淀粉含量的影響

淀粉乳質(zhì)量濃度對(duì)抗性淀粉含量的影響，見圖1。

圖1 淀粉乳質(zhì)量濃度對(duì)抗性淀粉含量的影響Fig.1 Effect of mass concentration of starch solution on content of resistant starch

根據(jù)圖1可知，在其他條件相同的情況下，參薯淀粉乳質(zhì)量濃度不同，抗性淀粉的含量也不同。淀粉乳質(zhì)量濃度從10%～50%，抗性淀粉的含量呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，在30%時(shí)，達(dá)到最大值。這說明了抗性淀粉的形成要有合適的糊度，水分過多或過少都不利于其形成。當(dāng)?shù)矸廴橘|(zhì)量濃度較低、水分過多時(shí)，在加熱糊化過程中，淀粉分子相互接近的概率減少，不利于抗性淀粉的形成；當(dāng)?shù)矸廴橘|(zhì)量濃度過高、水分過少時(shí)，在加熱糊化過程中，由于淀粉糊黏度較大，淀粉粒不能充分糊化，嚴(yán)重影響直鏈淀粉分子相互接近，不利于抗性淀粉的形成。

2.1.2 淀粉乳pH對(duì)抗性淀粉含量的影響

淀粉乳pH對(duì)抗性淀粉含量的影響，見圖2。

圖2 淀粉乳pH對(duì)抗生淀粉含量的影響Fig.2 Effect of starch solution pH on content of resistant starch

根據(jù)圖2可知，在其他條件相同的情況下，淀粉乳pH偏酸或偏堿均不利于抗性淀粉的形成，在pH7.0下，有最大值。這說明了強(qiáng)酸強(qiáng)堿破壞了淀粉的分子結(jié)構(gòu)，促使其分解為短鏈分子，在加熱糊化時(shí)，不利于形成結(jié)晶，降低抗性淀粉的形成量。

2.1.3 壓熱溫度對(duì)抗性淀粉含量的影響

壓熱溫度對(duì)抗性淀粉含量的影響，見圖3。

圖3 壓熱溫度對(duì)抗性淀粉含量的影響Fig.3 Effect of autoclaving temperature on content of resistant starch

由圖3可以看出，在101℃～131℃這個(gè)區(qū)間，抗性淀粉的含量隨著壓熱溫度的升高而增加，此后溫度再升高，抗性淀粉的含量反而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)?？傮w而言，高溫比低溫更有利于抗性淀粉的形成，這是因?yàn)樵诟邷貤l件下，淀粉糊黏度降低，有利于直鏈淀粉分子間的氫鍵被破壞，釋放出直鏈淀粉分子，這些直鏈淀粉重新聚合成結(jié)構(gòu)更緊密的晶體，從而增加抗性淀粉的含量。

2.1.4 壓熱時(shí)間對(duì)抗性淀粉含量的影響

壓熱時(shí)間對(duì)抗性淀粉含量的影響，見圖4。

圖4 壓熱時(shí)間對(duì)抗性淀粉含量的影響Fig.4 Effect of autoclaving time on content of resistant starch

由圖4可以看出，參薯抗性淀粉的含量隨著壓熱時(shí)間的增加而逐漸上升，在30 min時(shí)達(dá)到最大值，此后隨著時(shí)間的增加其含量反而下降。這說明在其它條件相同的情況下，壓熱時(shí)間過短時(shí)，直鏈淀粉分子還未被完全釋放或還未充分接近；而壓熱時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，淀粉分子會(huì)過度降解，形成短直鏈淀粉，這些短直鏈淀粉分子運(yùn)動(dòng)激烈，難以聚合形成晶體。

2.1.5 老化溫度對(duì)抗性淀粉含量的影響

老化溫度對(duì)抗性淀粉含量的影響，見圖5。

圖5 老化溫度對(duì)抗性淀含量的影響Fig.5 Effect of storage temperature on content of resistant starch

根據(jù)圖5可知，老化溫度對(duì)抗性淀粉的含量并無(wú)明顯的影響，可能是糊化后的淀粉分子重結(jié)晶時(shí)，只要環(huán)境溫度較低，無(wú)論是冷藏或是冷凍，均不影響重結(jié)晶的總量。

2.1.6 老化時(shí)間對(duì)抗性淀粉含量的影響

老化時(shí)間對(duì)抗性淀粉含量的影響，見圖6。

圖6 老化時(shí)間對(duì)抗性淀粉含量的影響Fig.6 Effect of storage time on content of resistant starch

根據(jù)圖6可知，抗性淀粉的含量隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，在最初30 h內(nèi)，增加幅度明顯，而后，抗性淀粉的含量增加緩慢。因?yàn)楹蟮矸鄯肿又亟Y(jié)晶要經(jīng)歷分子自動(dòng)取向、相互靠攏、結(jié)晶這一系列過程，是需要一段時(shí)間的。隨著老化時(shí)間的增加，結(jié)晶的分子不斷增多，抗性淀粉含量增加，而在后期，絕大部分淀粉分子完成了重結(jié)晶，僅少量的支鏈淀粉還處于游離狀態(tài)，故即使再延長(zhǎng)老化時(shí)間，對(duì)抗性淀粉的含量影響也很小。

2.1.7 干燥溫度對(duì)抗性淀粉含量的影響

干燥溫度對(duì)抗性淀粉含量的影響，見圖7。

圖7 干燥溫度對(duì)抗性淀粉含量的影響Fig.7 Effect of drying temperature on content of resistant starch

根據(jù)圖7可知，干燥溫度對(duì)參薯抗性淀粉含量的影響并不十分明顯，總體來(lái)說，相對(duì)較低的干燥溫度比相對(duì)較高的溫度更有利于抗性淀粉的形成。

2.2 旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)

2.2.1 三因素二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)

試驗(yàn)因素水平選擇見表1，正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Level of factor of orthogonality

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Test result of orthogonality

續(xù)表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Continue table 2 Test result of orthogonality

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選用淀粉乳質(zhì)量濃度、pH、壓熱時(shí)間為因素，選出最優(yōu)水平作為零水平，采用旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)該三因素進(jìn)行配比，確定最佳的工藝條件。

2.2.2 影響抗性淀粉含量的因素分析

對(duì)表2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到該3個(gè)因素與抗性淀粉含量之間的三元二次回歸方程式：Y=12.21+0.75X1+0.49X2+0.40X3+0.24X1X2+0.18X1X3+0.15X2X3-0.099X12-0.12X22-0.28X32；該方程的回歸系數(shù)R2=0.9511。

對(duì)二次回歸方程與模型進(jìn)行檢驗(yàn)，F(xiàn)回歸=28.11＞F0.01（9，13），F(xiàn)失擬=1.47＜F0.05（5，8），所以通過回歸正交旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)所得的回歸方程與實(shí)際情況擬合得較好，該模型合適。

對(duì)每一回歸系數(shù)分別進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，P＞0.0500為不顯著項(xiàng)，P＜0.0500為顯著項(xiàng)，P＜0.0100為極顯著項(xiàng)。根據(jù)表3的結(jié)果表示，剔除原回歸方程式中的不顯著項(xiàng)，簡(jiǎn)化方程式如下：Y=12.21+0.75X1+0.49X2+0.40X3+0.24X1X2-0.28X32。

對(duì)正交試驗(yàn)的結(jié)果方差分析，見表3。

表3 試驗(yàn)結(jié)果方差分析表Table 3 Variance analysis of test result

根據(jù)表3可知，淀粉乳質(zhì)量濃度、pH、壓熱時(shí)間對(duì)抗性淀粉的含量均有極顯著影響，淀粉乳質(zhì)量濃度和pH的交互作用對(duì)抗性淀粉的含量有顯著影響。3個(gè)因素對(duì)抗性淀粉含量的影響大小順序?yàn)椋旱矸廴橘|(zhì)量濃度＞pH＞壓熱時(shí)間。

圖8分別為淀粉乳質(zhì)量濃度（%）和pH、淀粉乳質(zhì)量濃度和壓熱時(shí)間（min）、pH和壓熱時(shí)間（min）對(duì)抗性淀粉含量影響的響應(yīng)面圖。

圖8 三因素交互作用對(duì)抗性淀粉含量的影響Fig.8 Effect of three factors interaction on content of resistant starch

通過響應(yīng)面分析，得出壓熱法制備參薯抗性淀粉的最佳工藝條件為：淀粉乳質(zhì)量濃度33.00%，pH 7.6，121℃壓熱處理36 min，4℃下老化處理24 h，80℃烘干18 h，粉碎過80目篩，得到的抗性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.92%。

3 結(jié)論

1.單因素試驗(yàn)結(jié)果表明：抗性淀粉的含量隨著淀粉乳質(zhì)量濃度的上升而增加，當(dāng)乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí)達(dá)到最大，隨后，抗性淀粉的含量隨著淀粉乳質(zhì)量濃度再增加反而減少；相對(duì)而言，中性條件更有利于抗性淀粉的生成，過酸或過堿的環(huán)境均不利于抗性淀粉的含量；壓熱溫度小于121℃時(shí)，抗性淀粉含量隨著溫度的升高而增加，壓熱溫度大于121℃時(shí)，溫度升高反而不利于抗性淀粉的生成，一般實(shí)驗(yàn)中取121℃為壓熱溫度；壓熱時(shí)間對(duì)抗性淀粉含量的影響趨勢(shì)線先上升后下降，壓熱30 min時(shí)抗性淀粉的生成量達(dá)到最大值；老化溫度對(duì)抗性淀粉的生成量無(wú)明顯的影響；老化時(shí)間24 h～30 h內(nèi)，抗性淀粉含量增加趨于緩慢，30 h后，抗性淀含量幾乎無(wú)明顯的增加，考慮到生產(chǎn)成本，一般老化24 h；強(qiáng)高溫干燥不利于抗性淀粉的生成。

2.三因素二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)結(jié)果響應(yīng)面分析表明：淀粉乳質(zhì)量濃度、pH、壓熱時(shí)間均對(duì)參薯抗性淀粉的含量有極顯著性影響，影響次序?yàn)榈矸廴橘|(zhì)量濃度＞pH＞壓熱時(shí)間。通過壓熱法制備抗性淀粉的最佳工藝條件為：淀粉乳質(zhì)量濃度33.00%，pH 7.6，121℃壓熱處理36 min，4℃下老化處理24 h，80℃烘干18 h，粉碎過80目篩，得到的抗性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.92%。

壓熱法制備抗性淀粉是可行的，抗性淀粉的得率與原料及制備工藝有關(guān)。連喜軍等[8]以馬鈴薯淀粉為原料，經(jīng)過ɑ-淀粉酶水解馬鈴薯淀粉后，采用壓熱法制備抗性淀粉，產(chǎn)率為1.126%；聶凌鴻[9]以淮山藥淀粉為原料，采用酸變性和沸水浴的方法，制備抗性淀粉產(chǎn)率為12.25%；秦陽(yáng)等[10]以馬鈴薯淀粉為原料，通過壓熱回生法制備抗性淀粉，得率（10.28±0.065）%。本文采用淀粉含量較高的參薯為原料，通過壓熱法制備抗性淀粉，不僅產(chǎn)率較高，而且工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本較低，具有一定的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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Preparation of Resistant Starch from Dioscorea Alata Linn by Autoclaving Method

YUAN La-mei,ZHANG Hai-de*
（College of Food,Hainan University,Haikou 570228,Hainan,China）

The technology of resistant starch,which takes the dioscorea alata linn as raw material,is prepared by autoclaving method for improving percent conversion.This study analysed some effects of various factors of resistant starch production rate through a single factor experiment,designd the orthogonal rotational combination trial of the three factors,quadratic,and combines the response surface methodology.The results showed that the mass fraction of starch solution＞pH＞autoclaving time.The optimum process conditions were:the mass fraction of starch solution33.00%,pH 7.6，autoclaving temperature and time 121 ℃,36 min,storage temperature and time 4℃,24 h,and drying time 18 h at 80℃,the yield of resistant starch from dioscorea alata linn was 13.92%.

Dioscorea alata Linn starch;resistant starch;preparation technology

袁臘梅（1987—），女（漢），碩士研究生，研究方向：熱帶果蔬深加工。

*通信作者：張海德（1970—），男（漢），教授，博士，主要從事熱帶農(nóng)產(chǎn)品加工研究。

2011-12-13