壓熱-酶解法制備青芒果抗性淀粉

池明亮,岑 瑩,馮麗敏,聶紅梅,陳玲玲,廖夏云

(廣西中醫(yī)藥大學(xué),廣西南寧 530299)

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壓熱-酶解法制備青芒果抗性淀粉

池明亮,岑 瑩,馮麗敏,聶紅梅,陳玲玲,廖夏云

(廣西中醫(yī)藥大學(xué),廣西南寧 530299)

本研究采用壓熱-酶解法制備青芒果抗性淀粉,實(shí)驗(yàn)以青芒果淀粉為原料,在壓熱條件和α-淀粉酶作用的基礎(chǔ)上,研究普魯蘭酶酶濃度、酶解溫度、酶處理pH和酶解時(shí)間對(duì)青芒果抗性淀粉含量的影響。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,壓熱-酶解法制備青芒果抗性淀粉的最佳條件為魯蘭酶添加量30 U/g、酶解pH5、酶解時(shí)間15 h、酶解溫度60 ℃,該條件下,青芒果抗性淀粉產(chǎn)率最高可達(dá)7.368%。

青芒果,抗性淀粉,普魯蘭酶

抗性淀粉(RS)是一種不被人體小腸所吸收的淀粉及其降解產(chǎn)物[1],能夠改善人體的腸道功能?？剐缘矸圩鳛橐活愋滦偷纳攀忱w維,具有廣泛的研究和發(fā)展前景。

制備抗性淀粉的基本原理是改變淀粉的分子結(jié)構(gòu),降低部分淀粉鏈長(zhǎng)度,使其結(jié)晶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而達(dá)到抗消化的作用。常用的抗性淀粉制備方法有壓熱處理法、酶或酸水解法(脫支法)、擠壓法、超聲波法等[2]。

壓熱法是用水調(diào)配好一定濃度淀粉乳,預(yù)糊化后經(jīng)過高溫高壓處理,再經(jīng)冷卻使淀粉老化,最后干燥粉碎可制得RS3(回生或重結(jié)晶淀粉)。在壓熱過程中破壞了淀粉顆粒的結(jié)構(gòu),直鏈淀粉逐漸從淀粉顆粒中溶解出來,在冷卻和凝沉過程中淀粉分子鏈相互靠近及重排,出現(xiàn)淀粉凝沉的現(xiàn)象,逐漸形成有序的重結(jié)晶淀粉。在結(jié)晶區(qū)會(huì)出現(xiàn)阻止淀粉酶活性部分結(jié)合的部分,從而對(duì)酶產(chǎn)生抗性。孫冉等[3]采用淀粉乳濃度為30%,壓熱溫度為120 ℃處理60 min,制備的玉米抗性淀粉含量為11.37%。

芒果是仙人掌漆樹科芒果屬的多年生植物[4-5]。芒果原產(chǎn)于印度,唐代時(shí)被從印度引種至我國(guó)。目前我國(guó)已成為世界上第二大芒果生產(chǎn)國(guó)。現(xiàn)我國(guó)主要栽種品種有金煌芒、臺(tái)農(nóng)1號(hào)、凱特芒、貴妃芒、桂熱芒82號(hào)、紫花芒等,不同地區(qū)主要栽種的品種不同,主產(chǎn)地有海南、廣東、廣西、云南、福建、臺(tái)灣等省區(qū)[6-7]。芒果營(yíng)養(yǎng)豐富,外形美觀,香氣撩人,有“熱帶水果之王”和“希望之果”的美稱。其含有人體必需的碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪以及豐富的維生素A、B、C,其中維生素A的含量近4%,是果蔬之中含量最高的[8]。

青芒果的成熟度低于50%～70%,不宜鮮食。由于催熟復(fù)雜,大部分都作為廢物被丟棄,浪費(fèi)嚴(yán)重[9]。本實(shí)驗(yàn)對(duì)利用青芒果制備抗性淀粉的方法行了初步探究,以期利用廢棄物、提高得率,并為其在淀粉工業(yè)中的應(yīng)用提供一定的參考,可為抗性淀粉的提取工藝提供一定的依據(jù),拓寬抗性淀粉的應(yīng)用范圍,對(duì)實(shí)現(xiàn)抗性淀粉商品化以及我國(guó)淀粉產(chǎn)業(yè)有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

青芒果 市售;耐高溫α-淀粉酶、普魯蘭酶 江蘇銳陽生物科技有限公司;胃蛋白酶 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;葡萄糖淀粉酶 上海源葉生物科技有限公司。

759S紫外可見分光光度計(jì) 上海棱光技術(shù)有限公司;BA210數(shù)碼顯微鏡 麥克迪奧實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司;YXQ-LS-50SII立式蒸汽壓力滅菌柜 上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;TDHG-9503A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海柏欣儀器設(shè)備廠;HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋 國(guó)華電器有限公司;TGL-16G高速臺(tái)式離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠;pHS-3CpH計(jì) 上海雷磁儀器廠;100目分樣篩 上虞市金鼎標(biāo)準(zhǔn)篩具廠。

1.2 制備與測(cè)定方法

1.2.1 青芒果淀粉的制備 取一定質(zhì)量的青芒果,用清水清洗去皮,切成小塊,用打漿機(jī)按料液比1∶2勻漿、漿液調(diào)pH為7、浸提1.5 h、再離心,離心速度3000 r/min,離心10 min,取沉淀在鼓風(fēng)干燥箱中40 ℃烘干,再用粉碎機(jī)粉碎,過100目篩,得到青芒果淀粉。

1.2.2 制備抗性淀粉 用蒸餾水配制25%的淀粉乳液,調(diào)節(jié)pH為6.0,加入5 U/gα-淀粉酶95 ℃水浴30 min后,121 ℃、100 kPa高溫高壓處理30 min,冷卻。加入普魯蘭酶(酶濃度、作用溫度、pH、作用時(shí)間為進(jìn)行優(yōu)化的因素)進(jìn)行脫支,高溫滅菌后冷卻4 ℃放置24 h。80 ℃烘干,粉碎過100目篩后備用。

1.2.3 抗性淀粉含量測(cè)定 參考Goni法[10],并作適當(dāng)改進(jìn),具體步驟為:稱取100 mg干燥樣品置于50 mL離心管中,加10 mL KCl-HCl緩沖液(pH1.5),再加0.2 mL胃蛋白酶(1 g胃蛋白酶溶解于10 mL KCl-HCl緩沖液),40 ℃恒溫震1 h。冷卻至室溫,加9 mL 0.1 mol/L馬來酸緩沖液,調(diào)pH為6.0后加1 mLα-淀粉酶2000 U/mL,95 ℃恒溫30 min,保持不斷振蕩。離心15 min(3000 r/min),倒出上清液,用蒸餾水洗滌之后,重復(fù)離心,所剩殘留物加3 mL水浸潤(rùn),再加3 mL 4 mol/L KOH,加入5.5 mL 2 mol/L HCl和3 mL 0.4 mol/L醋酸鈉緩沖溶液,調(diào)pH為4.75,葡萄糖淀粉酶溶液0.1 mL,60 ℃恒溫45 min,保持不斷振蕩。離心15 min(3000 r/min),沉淀用10 mL蒸餾水清洗兩次并收集,與上清液合并后定容至50 mL。

用DNS法測(cè)定還原糖,稱取100 mg葡萄糖,用蒸餾水溶解,定容至100 mL。選取6支25 mL具塞試管按表1所示混合,并分別加入1.5 mL DNS溶液,將各試管搖勻后沸水浴5 min,取出后迅速流水冷卻,以蒸餾水定容至25 mL,在540 nm下以1號(hào)管調(diào)零,測(cè)試2到6號(hào)管的吸光度,以吸光度為橫坐標(biāo),葡萄糖含量為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

表1 葡萄糖與蒸餾水的混合量Table 1 Mixture of glucose and distilled water

取1 mL上清液至25 mL試管中,加入1.5 mL DNS,搖勻后沸水浴5 min,取出后迅速流水冷卻,以蒸餾水定容至25 mL在540 nm下測(cè)定其吸光度,利用標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出葡萄糖的含量。

1.2.4 抗性淀粉含量計(jì)算 根據(jù)葡萄糖的含量可計(jì)算得出抗性淀粉的含量

抗性淀粉含量(%)=待測(cè)液體積(mL)×葡萄糖含量(mg/mL)×0.9/分析樣本的質(zhì)量(g)×100

1.3 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 酶濃度 壓熱處理后,樣品調(diào)節(jié)pH為5.0,分別添加普魯蘭酶濃度為(10、20、30、40、50 U/g),在60 ℃水浴中反應(yīng)12 h條件下處理,烘干后測(cè)定RS含量。

1.3.2 酶作用溫度 壓熱處理后,樣品調(diào)節(jié)pH為5.0,添加普魯蘭酶濃度為30 U/g,分別在(50、55、60、65、70 ℃)水浴中反應(yīng)12 h條件下處理,烘干后測(cè)定RS含量。

1.3.3 酶處理pH 壓熱處理后,樣品調(diào)節(jié)pH分別為(3.0、4.0、5.0、6.0、7.0),添加普魯蘭酶濃度為30 U/g干物質(zhì),在60 ℃水浴中反應(yīng)12 h條件下處理,烘干后測(cè)定RS含量。

1.3.4 酶作用時(shí)間 壓熱處理后,樣品調(diào)節(jié)pH為5.0,添加普魯蘭酶濃度為30 U/g,在60 ℃水浴中反應(yīng)時(shí)間分別為(6、9、12、15、18 h)處理,烘干后測(cè)定RS含量。

1.4 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,以抗性淀粉含量為指標(biāo),采用正交實(shí)驗(yàn)對(duì)普魯蘭酶作用的條件和工藝進(jìn)行優(yōu)化。選擇酶濃度、酶作用pH、酶處理時(shí)間、酶處理溫度進(jìn)行4因素3水平的正交實(shí)驗(yàn),利用正交表L9(34)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

表2 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal experiment

2 結(jié)果與分析

2.1 酶濃度、溫度、pH和處理時(shí)間對(duì)抗性淀粉含量的影響

2.1.1 酶濃度 普魯蘭酶酶濃度對(duì)抗性淀粉得率的影響如圖1所示。由圖1可知,抗性淀粉的得率隨著普魯蘭酶酶濃度的增加呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì),且當(dāng)普魯蘭酶酶濃度為30 U/g時(shí),含量最高達(dá)7.245%。這是因?yàn)樘砑?0 U/g的酶量時(shí),酶的作用飽和,淀粉脫支完全,繼續(xù)增加酶用量時(shí),RS產(chǎn)量沒有升高,反而趨于下降。

圖1 酶濃度對(duì)RS含量的影響Fig.1 Effects of enzyme concentration on the yield of RS

2.1.2 酶作用溫度 普魯蘭酶酶解溫度對(duì)抗性淀粉含量的影響見圖2。由圖2可知,抗性淀粉的含量隨著酶處理溫度的增加呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì),且當(dāng)酶處理溫度為65 ℃時(shí),得率最高達(dá)5.341%。這是由于普魯蘭酶的活性隨著溫度的升高而增強(qiáng),其對(duì)淀粉的脫支作用增強(qiáng),支鏈淀粉比例下降,直鏈淀粉含量上升,使得抗性淀粉含量增加;而當(dāng)溫度高于65 ℃,導(dǎo)致酶活性逐漸減弱,所以得率不會(huì)持續(xù)上升,反而得率下降。

圖2 酶處理溫度對(duì)RS含量的影響Fig.2 Effects of enzyme hydrolysis temperature on the yield of RS

2.1.3 酶處理pH 普魯蘭酶作用pH對(duì)抗性淀粉含量的影響見圖3。由圖3可知,pH為5時(shí),抗性淀粉含量最高達(dá)5.469%。這是由于普魯蘭酶的活性隨pH的升高而增強(qiáng),其對(duì)淀粉的脫支作用增強(qiáng),使得抗性淀粉含量增加;而當(dāng)pH大于5時(shí),導(dǎo)致酶的活性受到抑制,其對(duì)淀粉的脫支作用減弱。

圖3 酶處理pH對(duì)RS含量的影響Fig.3 Effects of enzyme pH value on the yield of RS

2.1.4 酶處理時(shí)間 普魯蘭酶作用時(shí)間對(duì)抗性淀粉含量的影響見圖4。由圖4可知,當(dāng)酶解時(shí)間為12 h時(shí),抗性淀粉含量最高達(dá)3.885%。這是由于普魯蘭酶能夠充分作用于直鏈淀粉,隨時(shí)間的增多而RS含量升高,其對(duì)淀粉的脫支作用增強(qiáng),支鏈淀粉比例下降,直鏈淀粉含量上升,使得RS含量增加。

圖4 酶處理時(shí)間對(duì)RS含量的影響Fig.4 Effects of enzyme hydrolysis time on the yield of RS

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

由表3可知,本實(shí)驗(yàn)所得RS含量最高可達(dá)到7.368%。由極差分析可得影響抗性淀粉產(chǎn)率的各因素主次為:A(酶濃度)>C(酶處理pH)>B(酶處理溫度)>D(酶處理時(shí)間),最優(yōu)因素水平組合為A2B1C2D3,即添加酶濃度為30 U/g,處理溫度為60 ℃,酶處理pH為5,酶處理時(shí)間15 h,采用此工藝參數(shù)所制備的抗性淀粉產(chǎn)率為7.368%。

表3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of orthogonal experiment

3 結(jié)論

本文主要研究壓熱處理和酶解法結(jié)合對(duì)青芒果抗性淀粉形成的影響,考察了酶濃度、酶處理時(shí)間、酶處理pH、酶處理溫度對(duì)抗性淀粉得率的影響,研究結(jié)果表明,在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)得出普魯蘭酶作用各因素對(duì)抗性淀粉得率影響的主次順序?yàn)?酶濃度>酶處理pH>酶處理溫度>酶處理時(shí)間。普魯蘭酶作用最優(yōu)條件:添加酶濃度為30 U/g,處理溫度為60 ℃,酶處理pH為5,酶處理時(shí)間15 h,此條件下制備的青芒果抗性淀粉含量為7.368%,相比July C等人利用單螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)芒果抗性淀粉[11]所采用的溫度較低。

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Preparation technology of green mango resistant starch by autoclaving-enzyme method

CHI Ming-liang,CEN Ying,FENG Li-min,NIE Hong-mei,CHEN Ling-ling,LIAO Xia-yun

(Guangxi University of Chinese Medicine,Nanning 530299,China)

In this study,green-mango-resistant starch was prepared by autoclaving-enzyme method,and green mango starch was used to produce the resistant starch. Under conditions of autoclaving and the enzymatic hydrolysis ofα-amylase,the effects of temperature,enzyme temperature,enzymatic temperature,enzyme activity and enzyme activity were studied. The results of orthogonal test showed that the optimum conditions for preparing green mango-resistant starch were 30 U/g,pH5,15 h and 60 ℃,respectively. The yield of resistant starch was up to 7.368%.

green mango;resistant starch;Pullulanase

2016-12-02

池明亮(1996-)，男，本科，研究方向：食品質(zhì)量與安全，E-mail:13152644921@163.com。

廣西高校中藥制劑共性技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)課題(ZJGX201403002)。

TS235.4

B

1002-0306(2017)11-0255-04

10.13386/j.issn1002-0306.2017.11.040