高純度難消化糊精的制備工藝及其特性研究

張　穎，朱曉雯，錢　和，姚衛(wèi)蓉

（江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無錫214000）

高純度難消化糊精的制備工藝及其特性研究

張穎，朱曉雯，錢和，姚衛(wèi)蓉*

（江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無錫214000）

研究了高純度難消化糊精的制備工藝及其特性。以玉米淀粉為原料，經(jīng)過高溫酸解得到焦糊精，再酶解、濃縮，采用酒精沉淀的方法得到難消化糊精后用酒精洗去葡萄糖，制備高純度難消化糊精。結(jié)果表明最佳工藝條件為：加酸量為12%，焦糊化溫度為180℃，焦糊化時(shí)間為0.5h，酒精洗滌次數(shù)為6次，此時(shí)高純度難消化糊精得率可達(dá)40.32%，純度可達(dá)95.30%。并測定了高純度難消化糊精的分子量分布和熱特性分析，重均分子量為8607u，熱穩(wěn)定性高。本文為其在各類食品中的應(yīng)用奠定了一定基礎(chǔ)。

難消化糊精，高純度，工藝，特性

膳食纖維具有改善人體腸道菌群，改善血糖和脂肪代謝，降低血清膽固醇，促進(jìn)礦物質(zhì)吸收等生理功能［1］。難消化糊精屬于低分子可溶性膳食纖維［2］。1989年在日本，松谷化學(xué)工業(yè)株式會社開發(fā)出了難消化糊精，因其具有多種生理功效而取得日本政府特定保健食品原料的認(rèn)定［3］。在我國，難消化糊精的研究在二十世紀(jì)九十年代中后期才開始。2005年，江南大學(xué)的Oumar博士利用酵母菌發(fā)酵的方法制備純化難消化糊精，使得終產(chǎn)品的純度達(dá)到94%［4］。2007年，廣東省食品研究所申請了一種難消化糊精的制備方法的專利，這個(gè)專利利用普魯蘭酶代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法中的糖化酶制備難消化糊精［5］。2009年，江南大學(xué)的滕健碩士利用微波法制備難消化糊精，但純度不高［6］。2010年保齡寶生物股份有限公司申請了一種新型抗消化糊精的制備方法，該專利采用酶制劑直接轉(zhuǎn)化生產(chǎn)，使最終產(chǎn)品中有效成分含量達(dá)到90%以上［7］。

酒精沉淀已被用于提取葛仙米多糖［8］，從獼猴桃皮渣中提取果膠［9］，從海紅果皮渣中提取果膠［10］，從胡蘿卜渣中提取食用果膠［11］，生產(chǎn)硫酸軟骨素［12］等的多糖工藝研究中。在酶解過程中會產(chǎn)生游離葡萄糖，導(dǎo)致最終產(chǎn)品的純度很低。因此本文以玉米淀粉為原料，酸熱解得到焦糊精，酶解除去焦糊精中的淀粉及其他糊精，用酒精沉淀的方法得到難消化糊精。測定高純度難消化糊精的分子量分布和熱特性為其在各類食品中的應(yīng)用做好鋪墊。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

玉米淀粉山東祥瑞藥業(yè)有限公司；濃鹽酸（AR） 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鈉（AR）

國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；乙醇（AR） 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；耐高溫α-淀粉酶無錫杰能科酶制劑公司（酶活：2萬u/mL）；葡萄糖淀粉酶無錫杰能科酶制劑公司（酶活：10萬u/g）；堿性蛋白酶（Alcalase2.4L）諾維信生物技術(shù)有限公司；磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、丙酮AR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

SYH型捏合機(jī)南通范氏機(jī)械廠；JB90-D型強(qiáng)力電動攪拌機(jī)上海標(biāo)本模型廠；THZ-82型水浴恒溫振蕩器國華企業(yè)；HHS型電熱恒溫水浴鍋上海醫(yī)療機(jī)械五廠；DGG-9123AD型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；PHS-3C型酸度計(jì)上海埃依琪實(shí)業(yè)有限公司；R-501型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上海申順生物科技有限公司；SHB型循環(huán)水式多用真空泵鄭州長城科工貿(mào)有限公司；差示掃描量熱儀美國TA儀器有限公司；高效液相凝膠過濾色譜儀美國Waters公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1難消化糊精制備工藝過程普通玉米淀粉→加酸攪拌→預(yù)干燥→焦糊化→液化→去蛋白→糖化→脫色→濃縮→酒精沉淀→酒精洗滌→干燥→高純度難消化糊精

將普通玉米淀粉加1%的鹽酸加熱攪拌，預(yù)干燥后，高溫?zé)峤馍山购⒔购媚透邷卅?淀粉酶、糖化酶、堿性蛋白酶酶解，再經(jīng)過活性炭脫色，濃縮之后用4倍酒精沉淀，再用酒精洗滌干燥之后制得高純度難消化糊精。

1.2.2高純度難消化糊精的制備工藝影響因素研究

1.2.2.1加酸量對難消化糊精得率的影響在500g普通玉米淀粉中加入1%的鹽酸，加酸量為6%、9%和12%。在捏合機(jī)內(nèi)室溫?cái)嚢?h，邊攪拌邊升溫到110℃控制水分小于5%，再次邊攪拌邊升溫到180℃，反應(yīng)0.5h。加水調(diào)漿，用NaOH調(diào)pH至6.0，加入0.1%耐高溫α-淀粉酶在95℃反應(yīng)2h。繼續(xù)用1mol/L NaOH調(diào)節(jié)pH至5.8，加入0.05%的堿性蛋白酶在60℃反應(yīng)1h。再用1mol/L HCl調(diào)節(jié)pH至4.5，加入0.1%的糖化酶在60℃攪拌下反應(yīng)36h。糖化液用4倍體積預(yù)熱至60℃的95%乙醇沉淀，放置到105℃的烘箱中干燥。計(jì)算難消化糊精得率。

1.2.2.2焦糊化溫度對難消化糊精得率的影響在500g普通玉米淀粉中加入1%的鹽酸，加酸量12%。在捏合機(jī)內(nèi)室溫?cái)嚢?h，邊攪拌邊升溫到110℃控制水分小于5%，再次邊攪拌邊升溫到140、160、180和200℃，反應(yīng)0.5h。后續(xù)反應(yīng)同1.2.2.1。計(jì)算難消化糊精得率。

1.2.2.3焦糊化時(shí)間對難消化糊精得率的影響在500g普通玉米淀粉中加入1%的鹽酸，加酸量12%。在捏合機(jī)內(nèi)室溫?cái)嚢?h，邊攪拌邊升溫到110℃控制水分小于5%，再次邊攪拌邊升溫到180℃，反應(yīng)0.5、1、1.5、2和2.5h。后續(xù)反應(yīng)同1.2.2.1。計(jì)算難消化糊精得率。

1.2.2.4酒精洗滌次數(shù)對難消化糊精得率和純度的影響糖化反應(yīng)后的糖化液按4∶1的比例濃縮后，加入4倍體積預(yù)熱至60℃的95%乙醇沉淀。再加一倍體積的78%酒精加熱攪拌洗滌3、4、5、6次，放置到105℃的烘箱中干燥。計(jì)算難消化糊精得率和純度。

1.2.2.5玉米淀粉原料對難消化糊精得率和純度的影響在500g普通玉米淀粉、蠟質(zhì)玉米淀粉、高直鏈玉米淀粉中各加入1%的鹽酸，加酸量12%。在捏合機(jī)內(nèi)室溫?cái)嚢?h，邊攪拌邊升溫到110℃控制水分小于5%，再次邊攪拌邊升溫到190℃，反應(yīng)0.5h。糖化反應(yīng)后的糖化液按4∶1的比例濃縮后，加入4倍體積預(yù)熱至60℃的95%乙醇沉淀。再加一倍體積的78%酒精加熱攪拌洗滌3、4、5、6次，放置到105℃的烘箱中干燥。計(jì)算難消化糊精得率和純度。

1.2.3難消化糊精得率和純度測定方法難消化糊精的純度測定參照國標(biāo)GB/T22224-2008食品中膳食纖維的測定-酶重量法。

難消化糊精的得率（%）=干燥后的物質(zhì)重量/反應(yīng)前玉米淀粉的重量×100

1.2.4高純度難消化糊精的分子量分布測定方法色譜條件為：色譜柱：UltrahydrogelTMLinear 300mm× 7.8mm；流動相：0.1mol/L NaNO3；流速：0.9mL/min；柱溫：45℃；樣品制備：樣品溶解于流動相（20%CH3CN+ 80%H2O）中，用微孔過濾膜過濾后進(jìn)樣。

1.2.5玉米淀粉和高純度難消化糊精的熱特性分析測定方法采用差示掃描量熱儀測定玉米淀粉和抗性麥芽糊精的熱特性。主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：準(zhǔn)確稱取一定量的樣品（按干基計(jì)）于坩堝中，加入去離子水（絕干樣品∶水=1∶2，W/W），坩堝加蓋壓緊密封，在4℃冰箱內(nèi)平衡24h，儀器通N2速率50mL/min，以空皿作為參比，然后以10℃/min的速率升溫，溫度從30℃到120℃。

圖1　加酸量對難消化糊精得率的影響Fig.1　Effect of the amount of acid added on indigestible dextrin yield

2　結(jié)果與討論

2.1加酸量對難消化糊精得率的影響

不同加酸量的難消化糊精得率見圖1。由圖1可以看出，隨著加酸量的增加，難消化糊精的得率也在增加。這是因?yàn)樗崃康脑黾佑欣诘矸鄞蠓肿咏到獬尚》肿?，這些小分子重新聚合，生成不能被α-淀粉酶和糖化酶降解的成分。顯然在加酸量為12%時(shí)，難消化糊精的得率最高。但在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加酸量超過12%時(shí)，焦糊精的顏色很深不利于后續(xù)步驟的脫色。因此，難消化糊精生產(chǎn)過程加酸量為12%最合適。

2.2焦糊化溫度對難消化糊精得率的影響

不同焦糊化溫度的難消化糊精得率見圖2。由圖2可以看出，隨著溫度的升高，難消化糊精的得率也在增加。這種情況的出現(xiàn)主要是由于在酸和熱的作用下淀粉分子降解產(chǎn)生一些單糖、雙糖、低聚糖以及小分子糊精，而在高溫下這些小分子會重新聚合。重新聚合的葡萄糖分子間不再是α-1，4糖苷鍵和α-1，6糖苷鍵，而有可能生成α-1，2、α-1，3糖苷鍵，并在部分還原末端上有分子內(nèi)脫水的縮葡聚糖和β-1，6的結(jié)構(gòu)存在［13］。除直鏈部分外還有許多不規(guī)則結(jié)構(gòu)。這些鍵不能或很難被α-淀粉酶和糖化酶降解，因此使難消化糊精的得率增加。但實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在200℃以上熱處理時(shí)，焦糊精的顏色為棕褐色，不利于脫色，且味道呈焦苦味，不利于其在食品中應(yīng)用。在制備難消化糊精時(shí)，選擇焦糊化溫度為180℃。

圖2　焦糊化溫度對難消化糊精得率的影響Fig.2　Effect of pyrolysis temperature on indigestible dextrin yield

2.3焦糊化時(shí)間對難消化糊精得率的影響

不同焦糊化時(shí)間的難消化糊精得率見圖3。由圖3可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，難消化糊精的得率也在增加。但是反應(yīng)時(shí)間1.5～2.5h的增加并不明顯。這是因?yàn)樵跓崽幚淼淖畛蹼A段，發(fā)生的主要是淀粉分子在酸熱條件下的降解作用，而在高溫下，隨著這些小分子量的成分增加，又發(fā)生了小分子的重聚反應(yīng)。但是反應(yīng)時(shí)間過長，會影響最終產(chǎn)品的顏色?？紤]到生產(chǎn)效率和成本的問題，焦糊化時(shí)間為0.5h最合適。

圖3　焦糊化時(shí)間對難消化糊精得率的影響Fig.3　Effect of pyrolysis time on indigestible dextrin yield

2.4酒精洗滌次數(shù)對難消化糊精得率和純度的影響

不同洗滌次數(shù)的難消化糊精得率和純度見圖4。由圖4可以看出，隨著洗滌次數(shù)的增加，難消化糊精的得率逐漸降低，純度逐漸增加。這是因?yàn)?8%酒精可以洗去酶解過程中產(chǎn)生的游離葡萄糖。洗滌次數(shù)越多，葡萄糖越少，純度越高。但是在洗滌過程中也會有不可避免的損失，導(dǎo)致得率逐漸降低。因此，確定酒精洗滌次數(shù)為6次時(shí)，此時(shí)難消化糊精的得率為40.32%，純度為95.30%。

圖4　酒精洗滌次數(shù)對難消化糊精得率和純度的影響Fig.4　Effect of alcohol washing times on yield and purity of indigestible dextrin

2.5玉米淀粉原料對難消化糊精得率和純度的影響

玉米淀粉原料對難消化糊精得率和純度的影響見表1。由表1可以看出，在同一處理?xiàng)l件下，以普通（祥瑞）玉米淀粉和蠟質(zhì)玉米淀粉為原料制備的難消化糊精得率和純度相差不大。以高直鏈淀粉為原料制備的難消化糊精的得率比較高，但純度很低。這可能與高直鏈淀粉中的直鏈淀粉含量有關(guān)［14］?？紤]到成本的問題，所以選用最普通的玉米淀粉作為反應(yīng)原料。

表1　原料對難消化糊精得率和純度的影響Table 1　Effect of raw materials on yield and purity of indigestible dextrin

2.6高純度難消化糊精的分子量分布

高純度難消化糊精的分子量分布如圖5所示，玉米淀粉經(jīng)過酸熱處理后的高純度難消化糊精只在保留時(shí)間為22.493min出現(xiàn)了一個(gè)明顯的主峰，說明其改性很徹底，純度很高，幾乎不存在小分子單糖。

從表2中可以看出，高純度難消化糊精的數(shù)均分子量為2921u，重均分子量為8607u，峰值分子量為3083u。已有文獻(xiàn)表明，采用GPC的方法得到的玉米淀粉的重均分子量為2.744×107u，數(shù)均分子量為1.040×107u［15］。

2.7玉米淀粉和高純度難消化糊精的熱特性分析

玉米淀粉的DSC如圖6所示，從圖6中可以看出，玉米淀粉的起始糊化溫度（T0）為67℃，峰值溫度（TP）為72℃，終了溫度（TC）為78℃。如圖7所示，以玉米淀粉為原料制備的高純度難消化糊精在72℃沒有出現(xiàn)相轉(zhuǎn)變峰，說明淀粉的結(jié)構(gòu)已不復(fù)存在。說明淀粉經(jīng)過酸熱處理后，破壞了玉米淀粉原有的結(jié)構(gòu)。已有文獻(xiàn)表明其分子間可能形成α-1，2、α-1，3糖苷鍵，并在部分還原末端上有分子內(nèi)脫水的縮葡聚糖和β-1，6的結(jié)構(gòu)存在，其在常壓下不會出現(xiàn)相轉(zhuǎn)變。所以將高純度難消化糊精作為膳食纖維添加到食品中不會改變其結(jié)構(gòu)，其抗性依然存在。

表2　高純度難消化糊精的分子量分布參數(shù)Table 2　Molecular weight distribution parameters of high purity indigestible dextrin

圖5　高純度難消化糊精的分子量分布Fig.5　Molecular weight distribution of high purity indigestible dextrin

圖6　玉米淀粉的DSC圖Fig.6　DSC-thermogram of corn starch

圖7　高純度難消化糊精的DSC圖Fig.7　DSC-thermogram of high purity indigestible dextrin

3　結(jié)論

用1%（w/w）鹽酸與玉米淀粉混合，加酸量為12%，預(yù)干燥后，在180℃下焦糊化反應(yīng)0.5h后，加1.5倍體積水調(diào)漿再酶解，糖化液濃縮后用4倍體積的95%酒精沉淀制備難消化糊精。然后再用一倍體積的78%酒精反復(fù)攪拌洗滌6次，洗去葡萄糖，使難消化糊精的純度達(dá)到95.30%，得率達(dá)到40.32%。高純度難消化糊精的數(shù)均分子量為2921u，重均分子量為8607u，峰值分子量為3083u，熱穩(wěn)定性高，玉米淀粉的結(jié)構(gòu)已不復(fù)存在，其作為低分子可溶性膳食纖維可用于生產(chǎn)實(shí)踐。

［1］寇秀穎，黃冬冬，王三永，等.難消化糊精及其制備工藝［J］.食品科技，2007，32（9）：50-52.

［2］Brouns F，Arrigoni E，Langkilde A M.Physiological and Metabolic Properties of aDigestion-Resistant Maltodextrin，Classified as Type 3 Retrograded Resistant Starch［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2007，55（4）：1574-1581.

［3］大隈一裕，西端豐秀.水溶性膳食纖維Fibersol-2［J］.中國食品添加劑，2003（5）：11-16.

［4］BANGOURA A O.Fibersol-2的制備及其生理功能的研究［D］.無錫：江南大學(xué)，2005.

［5］黃冬冬，寇秀穎，李春榮，等.一種抗性麥芽糊精的制備工藝：中國，CN1908017A［P］.2006.

［6］滕健.微波法抗性麥芽糊精的制備及其性質(zhì)和應(yīng)用的研究［D］.無錫：江南大學(xué)，2009.

［7］周煥霞.抗性糊精的特性、功能及市場前景［J］.發(fā)酵科技通訊，2011，40（4）：54-56.

［8］莫開菊，謝筆均，汪興平，等.葛仙米多糖的提取、分離與純化技術(shù)研究［J］.食品科學(xué)，2004，25（10）：103-108.

［9］王滿力，吳英華，吳惠芳.從獼猴桃皮渣中提取果膠的工藝研究［J］.食品科技，2003（3）：85-86.

［10］劉步明，曹艷萍.從海紅果皮渣中提取果膠的工藝研究［J］.食品科學(xué)，2005，26（8）：191-193.

［11］陳改榮.胡蘿卜果膠最佳萃取工藝條件的研究［J］.河南化工，1996（8）：18-20.

［12］高華，劉坤，于茲東，等.硫酸軟骨素生產(chǎn)新工藝研究［J］.青島大學(xué)學(xué)報(bào)（工程技術(shù)版），2003，18（4）：55-58.

［13］大隈一裕，劉凌.難消化糊精Fibersol-2的保健功效［J］.中國食物與營養(yǎng)，2002（1）：50-52.

［14］Wang YJ，Delgado GA，Kozlowski R.Enzyme resistant dextrins from high amylose corn mutant starches［J］.STARCH-STARKE，2001，53（1）：21-26.

［15］張攀峰，陳玲，李琳，等.不同直鏈/支鏈比的玉米淀粉分子質(zhì)量及其構(gòu)象［J］.食品科學(xué)，2010，31（19）：157-160.

Study on preparation process and properties of high purity indigestible dextrin

ZHANG Ying，ZHU Xiao-wen，QIAN He，YAO Wei-rong*
（Department of Food，Jiangnan University，Wuxi 214000，China）

It was described the preparation and properties of high purity indigestible dextrin.The corn starch was acidhydrolyzed under 180℃for 0.5h by adding 12%（V/W）HCl solution（1%W/W）firstly，and then mixed with 10 folds water（V/W）and enzymolyzed by amylase and glucoamylase.The hydrolysis was concentrated under vacuum and then precipitated with ethanol to be purified，the precipitation for 6 times was the production of indigestible dextrin and the yield was 40.32%and the purity was 95.30%.Analysis of molecular weight distribution and DSC-thermogram of high purity indigestible dextrin were studied，the results showed the high thermal stability and the heavy molecular weight was 8607u，which provided some information for its application in all kinds of food.

indigestible dextrin；high purity；preparation process；properties

TS201.1

B

1002-0306（2015）10-0293-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.10.053

2014-08-29

張穎（1990-），女，碩士，研究方向：食品安全與質(zhì)量控制。

姚衛(wèi)蓉（1970-），女，博士，教授，研究方向：食品安全與質(zhì)量控制。