甘薯和玉米淀粉回生制備支鏈淀粉的再回生特性

郭俊杰，劉立增，孫海波，連喜軍

(1．天津商業(yè)大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系，天津300134;2．天津市農(nóng)作物研究所，天津300384;3．天津商業(yè)大學(xué)天津市食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津300134)

甘薯和玉米中含有60%以上的支鏈淀粉［1-3］，現(xiàn)有文獻(xiàn)研究了支鏈淀粉的碘吸附性、糊化、結(jié)晶和空間結(jié)構(gòu)等方面的特性［4-9］，但單獨(dú)研究支鏈淀粉回生特性的文獻(xiàn)較少。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道［10］，支鏈淀粉對(duì)回生抗性淀粉的形成沒有作用，但作者課題組發(fā)現(xiàn)［11］，玉米回生淀粉中含有23．6%的支鏈淀粉。糯米淀粉中幾乎沒有直鏈淀粉，但糯米淀粉仍然會(huì)產(chǎn)生回生作用［12］，因此支鏈淀粉也有回生作用，只是支鏈淀粉的回生速度比較慢，要測(cè)定其回生抗性淀粉含量需要更長(zhǎng)的時(shí)間［13］。支鏈淀粉的回生特性對(duì)深入了解含有直、支鏈淀粉的回生本質(zhì)具有重要的意義，本文通過測(cè)定甘薯和玉米回生淀粉中支鏈淀粉的再次回生前后的可見和紅外圖譜，分析甘薯和玉米支鏈淀粉的回生特性。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

甘薯和玉米淀粉 市售，水分含量甘薯18．5%、玉米 19．4%(w∶w)，直鏈淀粉含量甘薯 19．2%、玉米26．8%;高溫ɑ-淀粉酶 天津市諾奧科技發(fā)展有限公司提供;濃鹽酸、氫氧化鈉 均為分析純。

YXQG02手提式電熱壓力蒸汽消毒器 山東安德醫(yī)療科技有限公司;電熱恒溫水浴鍋、DH-101-3BS型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 天津市中環(huán)實(shí)驗(yàn)電爐有限公司;BCD-229KB海爾冰箱 青島海爾股份有限公司;LXJ-Ⅱ離心沉淀機(jī) 上海醫(yī)用分析儀器廠;FA1104N電子天平、YD202N電子天平 上海精密科學(xué)儀器有限公司;UV-2501pc，UV-VIS recording spectrophotometer紫外可見掃描分光光度計(jì) Shimadzu Japan;Bio-Rad FES135 infrared spectrometer紅外分光光度計(jì) 美國(guó)Bio-Rad公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1．2．1 支鏈淀粉制備及回生工藝 10g甘薯或玉米淀粉溶入100mL蒸餾水中，95℃糊化30min，放入高壓鍋中120℃高壓40min，取出后于4℃下冷藏3d。將冷藏老化后的淀粉放入水浴鍋加熱，添加0．6mL高溫淀粉酶(酶活力25000U/mL)酶解30min后離心，沉淀，沉淀溶于40mL 4．0mol/L KOH中，添加3倍體積正丁醇攪拌后離心，上清液中添加無水乙醇至酒精度為70%，攪拌離心得到沉淀，干燥后即為支鏈淀粉［14］。支鏈淀粉回生過程及其回生后支鏈淀粉制備與以上相同。

1．2．2 支鏈淀粉回生率測(cè)定方法 支鏈淀粉回生率測(cè)定方法參考文獻(xiàn)［11］。淀粉回生率計(jì)算方法為:回生后淀粉經(jīng)淀粉酶、蛋白酶水解后離心、水洗干燥得到回生淀粉質(zhì)量為M(1)，原甘薯和玉米支鏈淀粉質(zhì)量為M(0)。

回生率(%)=(M(1)/M(0))×100

1．2．3 淀粉紫外可見吸收測(cè)定 將5mg淀粉溶于5mL 4．0mol/L KOH中，再用濃鹽酸調(diào)節(jié)pH到中性，加1滴碘液，靜置30min后用紫外可見掃描分光光度計(jì) UV-2501pc，UV-VIS recording spectrophotometer(Shimadzu Japan)測(cè)定最大吸收波長(zhǎng)。

1．2．4 淀粉紅外分析 將干燥淀粉與光譜純KBr混合，用紅外分光光度計(jì) Bio-Rad FES135 infrared spectrometer測(cè)定淀粉紅外吸收，測(cè)定溫度為27℃。

1．2．5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 每個(gè)樣品做5個(gè)重復(fù)，取平均值，每個(gè)樣品數(shù)據(jù)與平均值相減后計(jì)算均差。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘薯和玉米支鏈淀粉回生率

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，甘薯和玉米支鏈淀粉的回生率分別為2．5%和1．6%，前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在相同條件下甘薯和玉米淀粉的回生率分別為 8．5%和21．7%。根據(jù)文獻(xiàn)［13］，濃度為 25% 的糯米支鏈淀粉冷凍7d，回生率達(dá)到了32．6%，說明只有時(shí)間足夠長(zhǎng)，支鏈淀粉才可以形成與直鏈淀粉一樣高的回生度。回生過程直、支鏈淀粉相互作用對(duì)回生率的影響應(yīng)該更大，文獻(xiàn)中顯微圖顯示［11］，含有直支鏈淀粉的甘薯回生淀粉結(jié)構(gòu)更接近支鏈淀粉的樹枝狀，這可能是直鏈淀粉與支鏈淀粉的A鏈或B鏈形成雙螺旋進(jìn)而以氫鍵方式排列成規(guī)則形狀導(dǎo)致，當(dāng)?shù)矸垡褐袩o直鏈淀粉時(shí)，這種規(guī)則形狀排列所需時(shí)間延長(zhǎng)。

2.2 回生前后甘薯和玉米支鏈淀粉最大可見吸收變化

由圖1可知，甘薯支鏈淀粉回生前后可見最大吸收分別為627．4、570．4nm;玉米支鏈淀粉回生前后可見最大吸收分別為569．8、568．8nm。甘薯支鏈淀粉回生后鏈長(zhǎng)變化比較大，說明甘薯支鏈淀粉鏈長(zhǎng)分布不均勻，比較長(zhǎng)的鏈在回生過程與短鏈形成雙螺旋，酶解過程長(zhǎng)鏈被淀粉酶打斷。玉米支鏈淀粉鏈長(zhǎng)回生前后變化不大，說明玉米支鏈淀粉鏈長(zhǎng)分布比較均勻，回生酶解沒有打斷太多長(zhǎng)鏈支鏈淀粉。結(jié)合玉米支鏈淀粉回生率低，含相同直鏈淀粉條件下，可以推測(cè)支鏈淀粉鏈長(zhǎng)分布越均勻，該淀粉的回生率越低。長(zhǎng)鏈支鏈淀粉對(duì)于快速回生可能起到促進(jìn)作用，具體作用機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

2.3 回生前后甘薯和玉米支鏈淀粉紅外吸收變化

由文獻(xiàn)［15-22］可知，3425cm-1和 1649cm-1表示有吸附水存在;2931、2760cm-1附近強(qiáng)吸收為6號(hào)碳原子上亞甲基的C-H伸縮振動(dòng);1321cm-1附近的峰為基團(tuán)-CHOH-的C-H彎曲振動(dòng);1150～1155cm-1附近中等吸收峰為C-O-H的彎曲振動(dòng);1076cm-1附近吸收峰為糖苷鍵的 C-O-C伸縮振動(dòng);1018～1032cm-1為支鏈淀粉的C-C和 C-O伸縮振動(dòng)，860cm-1為葡萄糖環(huán)上的C-O-C骨架振動(dòng);778cm-1附近中等吸收為CH2平面搖擺振動(dòng);由圖2可以看出，甘薯和玉米回生淀粉中的支鏈淀粉的紅外圖形很相似，主要區(qū)別在于無定形區(qū)的C-C和C-O伸縮振動(dòng)，甘薯支鏈淀粉為1032cm-1，玉米支鏈淀粉為1023cm-1。甘薯支鏈淀粉在此處化學(xué)位移大于玉米支鏈淀粉的，可能跟甘薯支鏈淀粉的分支度比較大有關(guān)。與文獻(xiàn)中甘薯和玉米原淀粉紅外圖譜相比，支鏈淀粉中亞甲基的C-H伸縮振動(dòng)(2930cm-1附近)強(qiáng)度降低，1321cm-1附近的彎曲振動(dòng)增強(qiáng)(轉(zhuǎn)為強(qiáng)峰)，說明支鏈淀粉中各碳原子連接的氫原子間相互作用增強(qiáng)了，大分子間相互作用空間結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)。圖2a和c中無998cm-1和930cm-1處吸收，與文獻(xiàn)［16］推測(cè)998cm-1為直鏈淀粉的 C-C和C-O伸縮振動(dòng)和930cm-1附近吸收為α-1，4-糖苷鍵的對(duì)稱伸縮振動(dòng)的觀點(diǎn)是一致的。圖中1884cm-1處峰應(yīng)該是脂肪的吸收峰，與脂肪相關(guān)的吸收峰還有3420、1645和1414cm-1附近的吸收峰。由圖2b和d可知，這些峰在回生后支鏈淀粉中消失，說明回生過程含脂肪的支鏈淀粉沒有參與回生。當(dāng)沒有蛋白和脂肪時(shí)，淀粉中水的O-H伸縮振動(dòng)應(yīng)該在1605cm-1附近。純支鏈淀粉應(yīng)該無亞甲基吸收。圖中無文獻(xiàn)所述［15-22］回生淀粉在 1047、995cm-1處的紅外吸收，可見回生淀粉中這些峰的形成與直鏈淀粉有關(guān)，與支鏈淀粉無關(guān)?；厣笾ф湹矸鄢霈F(xiàn)881和660cm-1兩個(gè)明顯的新峰，881cm-1處的峰可能是支鏈淀粉C-H的彎曲振動(dòng)，該振動(dòng)是回生支鏈淀粉超分子相互作用時(shí)大分子平面發(fā)生扭曲導(dǎo)致。而660cm-1處的峰可能是支鏈淀粉C-C-CO基團(tuán)面內(nèi)彎曲振動(dòng)引起，這主要與還原端1號(hào)碳原子的半縮醛結(jié)構(gòu)有關(guān)?？捎眠@兩個(gè)峰與1020cm-1附近吸收峰強(qiáng)度比值代替淀粉中1047/1022cm-1表示回生淀粉中結(jié)晶區(qū)與無定形區(qū)的比例。

圖1 甘薯和玉米支鏈淀粉及其回生淀粉最大可見吸收Fig．1 The maximum absorbance wavelength of sweet potato and maize amylopectin before and after retrogradation

3 結(jié)論

圖2 甘薯和玉米支鏈淀粉及其回生淀粉紅外吸收?qǐng)DFig．2 The IR spectra of sweet potato and maize amylopectin before and after retrogradation

甘薯和玉米支鏈淀粉回生所得回生支鏈淀粉雙螺旋結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度基本相同。反映支鏈淀粉回生結(jié)晶的紅外吸收峰隨淀粉種類發(fā)生變化，說明不同淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)差異主要由支鏈淀粉差異引起。同時(shí)單獨(dú)回生支鏈淀粉紅外圖與直、支鏈淀粉同時(shí)存在的原淀粉回生后紅外圖有明顯區(qū)別，說明回生過程直、支鏈淀粉的相互作用對(duì)回生晶體晶型的產(chǎn)生有一定的作用。

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