超聲波法制備玉米抗性淀粉的工藝條件

牛春艷+劉陽陽

摘要：以玉米淀粉為原料，采用超聲波法制備抗性淀粉，考察不同淀粉乳含量、超聲時間、超聲功率、超聲溫度及回生時間對玉米抗性淀粉形成的影響。結果表明，玉米抗性淀粉最佳提取工藝為淀粉乳含量25%，超聲時間10 min，超聲功率600 W，超聲溫度45 ℃，回生時間24 h，在此條件下，抗性淀粉得率為25.06%。研究結果可為玉米抗性淀粉在酸奶中的應用提供試驗基礎。

關鍵詞：玉米；抗性淀粉；超聲波；工藝條件

中圖分類號： TS234 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）01-0181-02

玉米中所含的抗性淀粉有助于控制體質量、預防糖尿病等，對便秘、盲腸炎、痔瘡等也有一定的預防作用；此外，玉米中的抗性淀粉還可以改善普通膳食纖維在應用中的口感。因此，對抗性淀粉進行開發(fā)具有重要意義[1-4]。吉林省作為玉米種植大省，對玉米抗性淀粉的制備及它在食品中的應用進行研究，既可以增加玉米本身的經(jīng)濟效益，又能使消費者在享受食品原有美味的同時得到健康和營養(yǎng)[5-7]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米淀粉、α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、草酸、氫氧化鈉、乙酸鈉緩沖液、碘、碘化鉀、硫代硫酸鈉、淀粉指示劑、鹽酸等材料與試劑，均為分析純。

1.2 試驗設備

SCQ-7201C超聲波儀，昆山市超聲儀器有限公司；TGL-205離心機，鄭州沃邦儀器設備有限公司；MS400攪拌機，杭州匯爾儀器設備有限公司；HH-6恒溫水浴鍋，蘇州威爾實驗用品有限公司；FA-2104電子天平，上海舜宇恒平科學儀器有限公司；DGG-9240A電熱恒溫干燥箱，北京鴻達天矩試驗設備有限公司；BCD-235YH冰箱，青島海爾股份有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗原理 本試驗以玉米淀粉為原料，采用超聲波法制備玉米抗性淀粉，先進行單因素試驗：（1）在超聲時間為 15 min、超聲功率為500 W、超聲溫度為40 ℃、回生時間為 24 h 的條件下，研究淀粉乳含量（15%、20%、25%、30%、35%）對抗性淀粉得率的影響；（2）在淀粉乳含量為25%、超聲功率為500 W、超聲溫度為40 ℃、回生時間為24 h的條件下，研究超聲時間（5、10、15、20、25 min）對抗性淀粉得率的影響；（3）在淀粉乳含量為25%、超聲時間為15 min、超聲溫度為40 ℃、回生時間為24 h的條件下，研究超聲功率（300、400、500、600、700 W）對抗性淀粉得率的影響；（4）在淀粉乳含量為25%、超聲時間為15 min、超聲功率為500 W、回生時間為24 h的條件下，研究超聲溫度（30、35、40、45、50 ℃）對抗性淀粉得率的影響；（5）在淀粉乳含量為25%、超聲時間為15 min、超聲功率為500 W、超聲溫度為40 ℃的條件下，研究回生時間（20、22、24、26、28 h）對抗性淀粉得率的影響。在確定各單因素試驗的適宜范圍后，在此基礎上通過正交試驗優(yōu)化制備玉米抗性淀粉的工藝條件。

1.3.2 工藝流程 主要工藝流程：調淀粉乳→加熱預糊化→超聲波處理→冷卻→4 ℃放置得到淀粉凝膠→攪拌剪切→調節(jié)pH值為7.0→加入耐高溫α-淀粉酶（90 ℃水浴30 min，不斷攪拌）→冷卻→調節(jié)pH值至4.5→加入葡萄糖淀粉酶（60 ℃，24 h）→冷卻→反復離心（3 000 r/min，20 min）→棄上清液→放入100 ℃鼓風干燥箱中干燥→研磨→過篩→成品。

1.3.3 抗性淀粉得率計算 總淀粉含量、抗性淀粉得率的計算公式分別如下：總淀粉含量=（葡萄糖的量×0.9）/樣品質量×100%；抗性淀粉得率=抗性淀粉樣品質量/（樣品質量×總淀粉含量）×100%。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗及結果分析

2.1.1 玉米淀粉乳含量對玉米抗性淀粉得率的影響 參照“1.3.2”節(jié)的工藝流程，對淀粉含量進行單因素試驗，在試驗過程中保證其他條件一致。由圖1可知，淀粉乳含量為15%～25%時，抗性淀粉得率隨著淀粉乳含量的增大而提高；淀粉乳含量為25%～35%時，抗性淀粉得率隨著淀粉乳含量增大而降低，在淀粉乳含量為25%時，抗性淀粉的得率達到最大值24.77%。由此可見，淀粉乳含量太高或者太低都不利于抗性淀粉的形成。主要是因為淀粉乳含量過高，淀粉粒就難以充分吸水膨脹，而且淀粉糊的黏度也會隨之增大，不利于淀粉分子相互形成結晶。如果淀粉乳的濃度過低，淀粉分子間形成的結晶密度過大，也不利于抗性淀粉的形成。因此認為，制備抗性淀粉的淀粉乳含量應控制在25%較適宜。

2.1.2 超聲時間對玉米抗性淀粉得率的影響 參照“1.3.2” 節(jié)的工藝流程對超聲時間進行單因素試驗，在試驗過程中保證其他條件一致。由圖2可知，抗性淀粉得率隨著超聲時間的延長先提高后降低，當超聲時間為5 min時抗性淀粉得率較低，主要是因為超聲時間過短，淀粉分子不能完全游離出來；當超聲時間達到15 min時，抗性淀粉的得率達到最大值；超聲時間超過15 min，抗性淀粉得率呈下降趨勢，主要是因為超聲時間過長，部分淀粉分子發(fā)生了分解。因此認為，超聲時間控制在15 min較適宜。

2.1.3 超聲功率對玉米抗性淀粉得率的影響 參照 “1.3.2” 節(jié)的工藝流程，對超聲功率進行單因素試驗，在試驗過程中保證其他條件一致。由圖3可知，抗性淀粉得率隨超聲功率的增大先提高后緩慢降低，主要是因為隨著超聲功率增大，其溫度增高，從而導致淀粉分子降解，淀粉分子質量變小，此外抗性淀粉的形成主要與直鏈淀粉的結晶有關，超聲輻射處理也嚴重影響著直鏈淀粉分子的結晶行為，從而導致抗性淀粉得率下降；當超聲處理功率為600 W時，玉米抗性淀粉得率最高。

2.1.4 超聲溫度對玉米抗性淀粉得率的影響 參照 “1.3.2” 節(jié)的工藝流程，對超聲溫度進行單因素試驗，在試驗過程中保證其他條件一致。由圖4可知，當超聲溫度在30～40 ℃時，抗性淀粉得率隨著超聲溫度的升高而提高，在40 ℃時達到最大值；當溫度繼續(xù)上升時，抗性淀粉得率呈下降趨勢。主要是因為超聲溫度過高時，直鏈淀粉、支鏈淀粉發(fā)生分解，從而導致淀粉分子的分子質量變小，同時淀粉的數(shù)量隨之減少，因此抗性淀粉得率下降。此外，部分淀粉分子中存在由范德華力、氫鍵等作用形成的穩(wěn)定雙螺旋結構，在低溫條件下，淀粉分子不能完全釋放出來，從而不利于抗性淀粉的生成。因此認為，超聲溫度應控制在40 ℃較適宜。

2.1.5 回生時間對玉米抗性淀粉得率的影響 參照 “1.3.2” 節(jié)的工藝流程，對回生時間進行單因素試驗，在試驗過程中保證其他條件一致。由圖5可知，回生時間對抗性淀粉得率有一定影響，但總體沒有特別大的變化，當回生時間為24 h時，抗性淀粉得率最高。因此認為，制備抗性淀粉時控制回生時間為24 h較適宜。

2.2 正交試驗及結果分析

2.2.1 正交試驗設計 通過單因素試驗可知，回生時間對抗性淀粉得率的影響很小，因此，固定回生時間，以玉米抗性淀粉得率為指標，以淀粉乳含量、超聲時間、超聲功率和超聲溫度為因素，進行L9（34）正交試驗，研究制備玉米抗性淀粉的最佳工藝條件。試驗因素水平設計見表1。

2.2.2 正交試驗結果 從表2可見，淀粉乳含量是影響玉米抗性淀粉得率的主要因素，其次是超聲功率、超聲溫度、超聲時間；制備玉米抗性淀粉的最佳工藝條件為A2B1C2D3，即淀粉乳含量25%，超生時間10 min，超聲功率600 W，超聲溫度45 ℃。在此條件下，玉米抗性淀粉的得率為25.06%。

3 結論

本研究主要采用超聲波法制備玉米抗性淀粉，對制備工藝條件中的淀粉乳含量、超聲時間、超聲功率、超聲溫度、回生時間5個因素進行了考察，通過試驗得到了制備玉米抗性淀粉的最佳工藝。試驗結果表明：在制備玉米抗性淀粉時，影響抗性淀粉得率的主要因素是淀粉乳含量，其次是超聲功率、超聲溫度和超聲時間， 影響最小的是回生時間。制備玉米抗性淀粉的最佳工藝條件是淀粉乳含量25%，超聲時間10 min，超聲功率600 W，超聲溫度45 ℃，回生時間24 h，此時抗性淀粉得率為25.06%。

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