微波法制備蓮子抗性淀粉工藝參數(shù)的優(yōu)化

林姍等

摘 要 以速凍鮮蓮為原料，用微波法制備 RS3型蓮子抗性淀粉；在單因素試驗的基礎(chǔ)上，運用正交試驗設(shè)計法優(yōu)化蓮子抗性淀粉工藝參數(shù)。試驗結(jié)果表明，影響蓮子抗性淀粉得率的主次因素順序為：淀粉乳濃度>微波時間>微波功率。經(jīng)優(yōu)化后的最佳制備工藝條件為蓮子淀粉乳液濃度 15%，微波時間 120 s，微波功率 640 W，在此工藝條件下蓮子抗性淀粉得率為 39.53%，其得率雖低于壓熱法和超聲波輔助壓熱法，但所需時間較短，操作簡單，適合用于抗性淀粉的工業(yè)化生產(chǎn)或大批量制備。

關(guān)鍵詞 蓮子 ；抗性淀粉 ；微波

分類號 S645.1 ；TS231

Microwave Preparation of Resistant Starch from Lotus Seeds

LIN Shan1，2） HUANG Cancan1） WU Xiaoting1） ZHANG Yi1，2）

（1 College of Food Science， Fujian Agriculture and Forestry University，

Fuzhou， Fujian 350002， China；

2 Fujian Provincial Key Laboratory of Quality Science and Processing Technology

in Special Starch，F(xiàn)uzhou， Fujian 350002， China）

Abstract Lotus seed native starch was applied to prepare lotus seed retrograded starch and used as raw material by microwave method. The process parameters of lotus seed resistant starch were optimized by using single factor and orthogonal optimization analysis. The results indicated that starch concentration had the greatest impact on the yield of lotus seed resistant starch， microwave treatment time and microwave power was followed.The best conditions for microwave preparation were starch concentration 15%， microwave treatment time 120 s， microwave power 640 W， the yield of resistant starch was 39.56% under these conditions， less than autoclaving and ultrasonic-autoclaving process. However，with microwaving process， lotus seed resistant starch was easy to acquire and needed shortest time，it can be used wildly in industrial applications or large quantities of preparation in the laboratory.

Keywords lotus seeds ； resistant starch ； microwave

回生淀粉RS3，是淀粉糊化后再冷卻回生形成的[1]。這類淀粉在回生過程中淀粉分子重新聚集成有序的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，阻礙酶作用于結(jié)晶區(qū)的葡萄糖苷鍵，從而具有抗酶解性[2]。RS3有益于人體健康，可促進腸道代謝，增加腸道內(nèi)容物含量，特別是短鏈脂肪酸含量[3]；可降低進食后血糖指數(shù)和胰島素分泌，控制II型糖尿病患者的血糖含量[4-5]；還可促進機體對鈣、鎂離子的吸收，防止脂肪堆積。同時在食品加工中，RS3由于熱穩(wěn)定性相較于其他類型的抗性淀粉強，常常作為食品添加劑使用，RS3 能夠改善油炸食品色澤[6]；同時使酸奶擁有較優(yōu)的感官品質(zhì)[7]；增加面包含水量，從而使面包更加松軟[8]。由于RS3擁有較高的商業(yè)價值，目前已成為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點。目前RS3的制備方法有壓熱法、化學(xué)酶解法、微波輻射、螺桿擠壓法以及超聲波輔助壓熱法等；已有學(xué)者采用微波法將玉米[9]、綠豆[10]、馬鈴薯[11]等原料制成抗性淀粉，郝征紅[10]等用超微粉粹-微波連用技術(shù)制備綠豆抗性淀粉，經(jīng)過工藝優(yōu)化將抗性淀粉得率提高到 32.80%；夏德東等[11]用微波-酶解復(fù)合法制備馬鈴薯抗性淀粉，制備出的抗性淀粉耐酸性較強，可廣泛應(yīng)用于酸性食品。

福建省建寧縣所產(chǎn)的蓮子營養(yǎng)豐富，藥用價值高，是傳統(tǒng)的藥食兩用食品之一。曾紹校[12]研究發(fā)現(xiàn)，蓮子中淀粉含量較高，超過蓮子干重 50%，且直鏈淀粉更是高達40%以上，接近綠豆淀粉含量；卓曉紅[13]對蓮子淀粉分子特性研究發(fā)現(xiàn)，蓮子淀粉具有主鏈長、支鏈短、分支度少的特點，導(dǎo)致蓮子淀粉易老化。因此，蓮子具有良好的抗性淀粉制備潛能。

筆者以建寧速凍鮮蓮為原料，通過濕磨法獲得蓮子淀粉，采用微波處理制備蓮子抗性淀粉，研究淀粉乳濃度、微波功率和微波時間3個單因素對蓮子抗性淀粉LRS3得率的影響。采用I. Go i等[14]的測定方法測定抗性淀粉得率，運用正交法優(yōu)化蓮子抗性淀粉工藝參數(shù)，為蓮子淀粉商業(yè)化應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

鮮蓮：購自綠田（福建）食品有限公司；α-淀粉酶（10 000 U/mL）：購自美國ANKOM公司；葡萄糖淀粉酶（ANKOM）：購自阿拉?。ㄉ虾＃┯邢薰?；檸檬酸、磷酸氫二鈉、醋酸、氫氧化鉀、3，5-二硝基水楊酸、苯酚，均購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司（分析純）。

MJ-60BM01A美的攪拌機（廣東美的集團有限公司）；RX-50全自動逆滲透純水機（泉州市水之源環(huán)?？萍加邢薰荆籑700美的微波爐（廣州市美的集團有限公司）；XCD-235H新飛臥式微凍冷凍箱（河南新飛電器有限公司）；101-0ES數(shù)顯電熱鼓風(fēng)干燥箱（濟南金光儀器設(shè)備制造有限公司）；Starter 300便攜式pH計（美國奧豪斯上海有限公司）；THZ-82A水浴恒溫振蕩器（江蘇榮華儀器制造有限公司）；L-530型臺式大容量低速離心機（湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司）；T6新世紀(jì)紫外可見分光光度計（北京普析通用儀器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 蓮子原淀粉提取工藝

一定質(zhì)量真空包裝的新鮮凍蓮解凍后，加入2倍質(zhì)量的去離子水置于攪拌機中攪碎成蓮子漿，漿液過100目篩紗布，加2倍去離子水稀釋攪拌后靜置沉淀8 h，在此過程中保持溫度20 ℃，以防止?jié){液發(fā)酸。待淀粉完全沉降后棄去上清液，用去離子水清洗沉淀表面，再次攪拌沉淀后在同樣的溫度下靜置，直至淀粉與水完全分層，棄去上清液。最后用去離子水清洗沉淀表面后置于45℃的烘箱烘干至淀粉含水率為11.8%[12]，取出密封保存。

1.2.2 微波法蓮子抗性粉制備工藝

烘干的蓮子淀粉加入適量去離子水配制成不同濃度的淀粉乳溶液，經(jīng)充分?jǐn)嚢韬螅⒓从谖⒉ㄔO(shè)備中以一定的功率處理一段時間。待回生之后取出淀粉糊冷卻至室溫，于4℃冰箱中冷藏12 h?；厣Y(jié)束后，50℃烘干。最后經(jīng)粉碎、過篩、純化后制得蓮子抗性淀粉[1]。

1.2.3 蓮子抗性淀粉得率測定

粗提的蓮子抗性淀粉樣品加一定量的去離子水配成乳液，調(diào)節(jié)pH 6.0～7.0，加過量的α-淀粉酶，90℃酶解 2 h；調(diào)節(jié)pH 4.0～4.5，加過量葡萄糖淀粉酶，60 ℃酶解 1 h。然后將樣品在4 000 r/min 下離心10 min，棄上清液，用去離子水洗滌沉淀，離心，重復(fù)2次。在沉淀中加入一定量2 mol/L KOH溶液，劇烈振蕩30 min，充分溶解抗性淀粉。再調(diào)節(jié)溶液pH至4.0～4.5，加入過量葡萄糖淀粉酶，60℃ 酶解1 h。樣品在4 000 r/min 下離心10 min，收集上清液至100 mL 容量瓶中，用蒸餾水洗滌沉淀，離心，重復(fù)2次，合并上清液，最后定容[1]。用DNS法測還原糖含量，抗性淀粉得率如公式（1）

Y（%）=×100%（1）

式中：Y-抗性淀粉得率，%；W1-還原糖的含量，g；W2-蓮子淀粉干基質(zhì)量，g。

1.2.4 單因素試驗設(shè)計

影響蓮子抗性淀粉生成的主要因素有：淀粉乳濃度、微波功率、微波時間。為確定各因素最佳范圍，以抗性淀粉得率為指標(biāo)，按表1進行單因素試驗。

1.2.5 正交優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，利用L9（34）正交試驗對微波法制備蓮子抗性淀粉的工藝參數(shù)進行優(yōu)化。其因素水平表見表2。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理方法

應(yīng)用Excel 2007 對數(shù)據(jù)進行處理，DPS 7.05對數(shù)據(jù)進行多重比較分析，p<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線

由吸光度對濃度進行線性回歸分析，求得葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液曲線Y=0.478 0X+0.004 4，相關(guān)系數(shù)R2=0.999 9。如圖1所示。圖中：Y為在490 nm波長處測定的吸光度值；X為葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液的質(zhì)量濃度（mg/mL）。

2.2 微波法制備蓮子抗性淀粉單因素試驗

2.2.1 不同淀粉乳濃度對微波法制備蓮子抗性淀粉得率的影響

以淀粉乳濃度為單因素試驗時，固定微波功率為400 W，微波時間為120 s。由圖2可知，在淀粉乳濃度低于15% 條件下，蓮子抗性淀粉的得率隨著淀粉乳濃度的提高而增加；而在淀粉乳濃度高于15% 條件下，蓮子抗性淀粉的得率卻隨著淀粉乳濃度的降低而減少。蓮子抗性淀粉得率在淀粉乳濃度為15% 時最高。試驗結(jié)果表明：淀粉乳濃度的不同影響著抗性淀粉含量的高低。當(dāng)?shù)矸廴闈舛冗^高時，淀粉鏈的運動受阻[15]；當(dāng)?shù)矸廴闈舛冗^低，直鏈淀粉分子相互接近的概率減小，兩者都不利于蓮子抗性淀粉的形成。

2.2.2 不同微波功率對微波法制備蓮子抗性淀粉得率的影響

以微波功率為單因素試驗時，固定淀粉乳濃度為25%，微波時間為120 s。由圖3可知，隨著微波功率的升高，抗性淀粉得率呈先上升后緩慢下降的趨勢，蓮子抗性淀粉得率在微波功率為400 W時最高。當(dāng)微波功率在80 W時，微波輻射的溫度較低，蓮子淀粉可能尚未糊化完全，不利于抗性淀粉的形成；在400 W時，幾乎所有的淀粉分子均從破裂的淀粉粒中游離出來，呈無序狀態(tài)[16]，此時蓮子淀粉充分糊化，抗性淀粉得率達到最高；而當(dāng)微波功率繼續(xù)升高時，可能會使直鏈淀粉過度降解，無法重新結(jié)合成抗性淀粉晶體，從而導(dǎo)致抗性淀粉含量下降。

2.2.3 不同微波時間對微波法制備蓮子抗性淀粉得率的影響

以微波時間為單因素試驗時，固定淀粉乳濃度為25%，微波時間為400 W。由圖4可知，隨著微波時間的增加，抗性淀粉得率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。蓮子抗性淀粉得率在微波時間為90 s時最高。試驗表明，在相同的微波功率和淀粉乳濃度下，微波時間太短或太長均不利于抗性淀粉的形成。當(dāng)微波時間過短，淀粉糊化不完全，不易形成抗酶解的雙螺旋結(jié)構(gòu)[17]，故此時抗性淀粉得率較低。當(dāng)糊化時間過長，淀粉分子過度降解，產(chǎn)生相對分子質(zhì)量較小的短直鏈淀粉，其分子擴散速度較大，較難聚集，影響抗性淀粉得率的提高[18]。

2.3 正交優(yōu)化微波法制備蓮子抗性淀粉工藝

由表3可知，各因素對微波法制備蓮子抗性淀粉得率的作用大小為：A（淀粉乳濃度）>C（微波時間）> B（微波功率），其最佳水平組合為A2B3C3，即當(dāng)?shù)矸廴闈舛葹?15%，微波功率為640 W，微波時間為120 s時，計算[19]得出蓮子抗性淀粉理論最高得率為Y=28.01+8.38+1.79+2.58=40.76%。

由表4可知，淀粉乳濃度（P=0.04）對蓮子抗性淀粉得率的影響顯著，而微波功率（P=0.70）和微波時間（P=0.61）對蓮子抗性淀粉得率的影響不顯著。

2.4 驗證性實驗

采用所得優(yōu)化條件進行驗證性實驗，實驗參數(shù)及得率見表5。結(jié)果顯示，該條件下蓮子抗性淀粉平均得率為（39.53%±0.5）%，與理論預(yù)測值40.76% 相差3.11%，因此通過正交優(yōu)化后所得的最優(yōu)工藝條件較為可靠。

2.5 不同制備方法抗性淀粉得率的對比

汪穎等[1]以壓熱法制備蓮子抗性淀粉，在淀粉乳濃度30%、壓熱溫度 111℃、壓熱時間10 min和淀粉乳 pH6～7的最優(yōu)條件下抗性淀粉得率為41.89%；吳小婷等[19]以超聲波輔助壓熱法制備蓮子抗性淀粉，在最優(yōu)工藝條件淀粉乳濃度 45%、超聲波功率 300 W、超聲波時間 55 min、壓熱溫度 115℃、壓熱時間 15 min 條件下，抗性淀粉得率為 56.12%；本文以微波法制備蓮子抗性淀粉，現(xiàn)3種制備方法制得蓮子抗性淀粉得率對比如圖 5 ，時間對比如表 6 所示。

由圖5可得，3種方法制備抗性淀粉得率差異顯著（p<0.05），效果最好的是超聲波輔助壓熱法，其次是壓熱法和微波法，超聲波輔助壓熱法得率是微波法的1.4倍；表6 可知，微波法制備抗性淀粉所需時間最短，然后是壓熱法和超聲波輔助壓熱法，其中超聲波輔助壓熱法用時是微波法的35倍。微波法制備抗性淀粉雖然得率最低，但所需時間短，適合用于抗性淀粉的工業(yè)化生產(chǎn)或?qū)嶒炇掖笈恐苽洹?/p>

3 結(jié)論與討論

本文通過微波法制備RS3型蓮子抗性淀粉，研究各影響因素的主次作用，可得主次因素依次為：淀粉乳濃度>微波時間>微波功率。驗證實驗得出，在淀粉乳濃度為15%，微波時間為120 s，微波功率為640 W條件下，蓮子抗性淀粉的實際得率最高，最終得率可達到39.53%。

微波技術(shù)具有加熱速度且均勻的特點，此技術(shù)在食品工業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣。運用微波法制備 RS3 型抗性淀粉主要包括以下過程：淀粉乳溶液中的水分由于迅速的升溫而蒸發(fā)汽化，淀粉顆粒體積膨脹，產(chǎn)生膨化效應(yīng)，同時淀粉分子間氫鍵斷裂，產(chǎn)生分子量較小的淀粉或糊精；冷卻回生階段，淀粉分子間的氫鍵又重新形成即回生淀粉的形成[20-21]。李周勇[11]等采用微波-酶解制備馬鈴薯抗性淀粉，在淀粉乳濃度15%、微波作用時間90 s、微波功率800 W 最優(yōu)條件下，抗性淀粉得率為 17.2%；張鐘[22]等將玉米淀粉經(jīng)過酸水解處理后，以微波法制備玉米抗性淀粉，在最佳工藝條件淀粉乳濃度 29.1%，酸濃度 1.5%，酸解時間 2.4 h，微波功率 785 W，作用時間 18 s下，抗性淀粉得率為 12.3%；朱木林[23]等用微波輔助加熱酶法制備甘薯抗性淀粉，確定其最佳工藝條件為：淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 11%，微波時間為 300 s，微波功率 800 W，普魯蘭酶添加量為 78 ASPU/g（淀粉干基），脫支處理時間為 24 h，在該實驗條件下，抗性淀粉得率最高值為 31.25%。以上學(xué)者均采用微波法制備抗性淀粉，但得率均低于本研究結(jié)論，原因可能是原料的初始淀粉含量、淀粉性質(zhì)與微波條件的差異所造成。

目前單一制備抗性淀粉的方法中，壓熱法是最傳統(tǒng)應(yīng)用較廣的方法，指的是含水量大于40%的淀粉溶液在一定溫度和壓力下進行處理，從而制備抗性淀粉[24]。，但是壓熱法制備所需時間長，使用時存在安全隱患[20]，而微波法無壓力要求，制備用時短，效率高，工藝安全。超聲波輔助壓熱法是超聲波與壓熱法相結(jié)合制備抗性淀粉的方法，除此之外還有，壓熱-酶法[25]、復(fù)合酶法[26]法等不同方法的結(jié)合，其中張煥[27]新用復(fù)合酶法制備抗性淀粉得率達到58.89%，是本文微波法得率的1.49倍，但采用此方法需要對抗性淀粉進一步純化，步驟繁瑣。雖然這些不同方法結(jié)合制備抗性淀粉的效果優(yōu)于單一微波法，但這些方法工藝復(fù)雜、成本較高，并不太適合商業(yè)化生產(chǎn)，采用微波法制備抗性淀粉更加高效和安全，應(yīng)用價值較大。

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