抗性糊精的焙烤制備工藝技術(shù)研究

張新武，朱博博，黃繼紅，楊立新

（1.河南省食品工業(yè)科學(xué)研究所有限公司，鄭州市抗消化淀粉生產(chǎn)技術(shù)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南鄭州 450053；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河南鄭州 450002）

0 引言

抗性糊精是淀粉經(jīng)過糖基轉(zhuǎn)移反應(yīng)及部分降解得到的糖類混合物，不容易被酶類降解，有助于促進(jìn)腸道內(nèi)益生菌生長(zhǎng)繁殖、平衡腸道內(nèi)環(huán)境、穩(wěn)定血糖，是一種良好的膳食纖維。作為新型的低熱量葡聚糖，抗性糊精具備比原料淀粉更為復(fù)雜的分支結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)榈矸墼诒惶幚淼倪^程中，其分子內(nèi)的還原性葡萄糖端基發(fā)生分子內(nèi)脫水或是葡萄糖殘基解離并轉(zhuǎn)移到任意羥基[1]。因此，抗性糊精分子中具備α-1,3、α-1,2鍵相連的葡萄糖苷結(jié)構(gòu)，縮葡聚糖和β-1,6葡萄糖苷結(jié)構(gòu)[2]，這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)決定了其具有獨(dú)特的功能和良好的物性。抗性糊精的分子結(jié)構(gòu)中還含有多種親水基團(tuán)、活性基團(tuán)，特異的空間構(gòu)象使其具有很強(qiáng)的持水力、吸附能力與黏性等，并且不容易被酶類降解，可長(zhǎng)期停留在人體腸道內(nèi)，有利于腸道內(nèi)益生菌生長(zhǎng)繁殖、平衡腸道內(nèi)環(huán)境、改善消化道的功能、可有效預(yù)防多種腸道疾病，有助于穩(wěn)定血糖、調(diào)節(jié)血脂。目前，隨著生活水平的提升，人們更加重視食品安全問題，也更青睞于具有保健功能的食品。目前，抗性糊精以其低熱量、豐富的膳食纖維含量、有效預(yù)防多種疾病等優(yōu)點(diǎn)，引起了廣大科研工作者的關(guān)注[3]。就目前抗性糊精的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，已經(jīng)普及到調(diào)味品、各種飲品、食品添加劑、保健品、肉制品、面制品等的生產(chǎn)中，與人們的日常生活有了愈來(lái)愈密切的關(guān)系，使得抗性糊精有良好的市場(chǎng)和廣闊的發(fā)展前景[4-5]。

20世紀(jì)80年代末，日本科學(xué)家采用酸熱法制備抗性糊精[6]，即在120～200℃的條件下，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的鹽酸稀溶液來(lái)處理淀粉，這種方法處理淀粉后所得到的糊精產(chǎn)品的純度大約為60%[7-9]。20世紀(jì)90年代，我國(guó)開始研究抗性糊精的制備方法、良好物性的應(yīng)用等問題。運(yùn)用傳統(tǒng)工藝制取抗性糊精的方式大多以酸熱法為主：首先把淀粉原料浸泡在一定濃度的酸溶液中，并進(jìn)行攪拌使其均勻混合，將混勻的物料加熱一段時(shí)間，在酸熱條件下，使得淀粉先轉(zhuǎn)化分解形成焦糊精。將溶液過濾后再進(jìn)行預(yù)干燥、粉碎、高溫焙烤。上述一系列操作結(jié)束后，在處理過的淀粉原料中加入清水并調(diào)成乳狀，依次加入液化酶和糖化酶進(jìn)行酶解，酶解后水浴加熱滅酶，之后進(jìn)行脫色、離子交換等方法除去雜質(zhì)，離心并將上清液收集起來(lái)，進(jìn)行濃縮和噴霧干燥[10-12]?？剐院乃釤嶂苽涔に嚭臅r(shí)耗能，且在后期處理過程中造成環(huán)境污染和能源浪費(fèi)。且在國(guó)內(nèi)，使用傳統(tǒng)方法制得的產(chǎn)品中，總膳食纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大約為50%，剩余部分是容易被消化的葡萄糖、麥芽糖等，由于這些物質(zhì)的存在，很大程度上降低了抗性糊精的生理功能[13]。因此，如何能更高效地制備抗性糊精且最小程度引起環(huán)境問題是抗性糊精制備過程中亟待解決的問題。近年來(lái)，人們致力于研究能夠提高抗性糊精的轉(zhuǎn)化效率并減少能源消耗與環(huán)境污染的新方法。

以含水量為12%的玉米淀粉為原料，采用高溫焙烤法來(lái)制備抗性糊精。原料經(jīng)預(yù)干燥，至其含水量低于5%，高溫焙烤后，采用乙醇沉淀法初步檢測(cè)抗性糊精的生成，進(jìn)一步利用DNS比色法測(cè)定抗性糊精的含量，探究加熱時(shí)間、加熱溫度、物料層的厚度對(duì)抗性糊精轉(zhuǎn)化效率的影響。

1 材料試劑與儀器

1.1 材料

玉米淀粉，河南鑫源生物科技有限公司提供；α-淀粉酶（2 000 U/mL）、糖化酶（100 000 U/mL），河南仰韶生化工程有限公司提供。

1.2 主要試劑

3,5-二硝基水楊酸、氫氧化鈉、鹽酸、碘、碘化鉀、葡萄糖、乙醇、酚酞等均為分析純，上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供。

1.3 主要儀器

CK-15B型電烤箱，佛山市偉仕達(dá)電器實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)品；9070(A)型電熱鼓風(fēng)干燥箱，南京沃環(huán)科技實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)品；PHS-3E型雷磁pH計(jì)，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司產(chǎn)品；SHA-C型恒溫振蕩器，常州市中貝儀器有限公司產(chǎn)品；FA2004N型電子天平，上海菁海儀器有限公司產(chǎn)品；78-1型磁力加熱攪拌器，常州翔天實(shí)驗(yàn)儀器廠產(chǎn)品；723N型可見分光光度計(jì)，上海精密儀器儀表有限公司產(chǎn)品。

1.4 工藝流程

1.4.1 抗性糊精的轉(zhuǎn)化

（1）玉米淀粉置于烘箱中預(yù)干燥，使其含水量降至5%以下。

（2）設(shè)置烤箱加熱溫度、時(shí)間及方式，高溫焙烤。

（3） 稱取2 g冷卻后物料溶解于100 mL水中，利用磁力攪拌器攪拌并觀察其溶解度、溶液外觀，之后將物料收集于自封袋中，做好標(biāo)記，拍照記錄。

1.4.2 制備工藝的優(yōu)化

（1）物料層的厚度對(duì)抗性糊精含量的影響。分別稱取20，50，100 g干燥后的玉米淀粉于200℃條件下加熱2 h，采用DNS比色法檢測(cè)抗性糊精含量，以確定最適物料的量。

（2）溫度對(duì)抗性糊精含量的影響。稱取50 g干燥后的玉米淀粉，加熱溫度分別為190，200，210℃，加熱時(shí)間為2 h，采用DNS比色法檢測(cè)抗性糊精含量，以確定最佳加熱溫度。

（3）加熱時(shí)間對(duì)抗性糊精含量的影響。稱取50 g干燥后的玉米淀粉，加熱時(shí)間分別為0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 h，加熱溫度為200℃，采用DNS比色法檢測(cè)抗性糊精含量，以確定最佳加熱溫度。

（4）制備工藝的優(yōu)化研究?？剐院闹苽涫芏鄠€(gè)因素影響，為得到最優(yōu)工藝組合，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，按L9（34）設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)。

試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

1.5 分析方法

1.5.1 乙醇沉淀法初步檢測(cè)

待上述樣品溶解液靜置10 min，取10 mL樣品上清液加入4倍體積的無(wú)水乙醇，觀察絮狀沉淀的產(chǎn)生。

1.5.2 抗性糊精的DNS比色法含量檢測(cè)

（1）繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線。用分析天平精確稱取0.10 g干燥的葡萄糖置于錐形瓶中，在錐形瓶中加入蒸餾水溶解，玻璃棒引流將溶液轉(zhuǎn)移至規(guī)格為100 mL的容量瓶并定容至100 mL（多次清洗錐形瓶），制得質(zhì)量濃度為1.0 mg/mL葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液。取9支規(guī)格為15 mm×180 mm的試管，依照表2所示的量加入1.0 mg/mL的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液和蒸餾水。

葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制配比見表2。

加入試劑后，將試管中溶液充分混勻，在沸水中加熱5 min后取出置于冷水中冷卻至室溫，再向每個(gè)試管加入21.5 mL蒸餾水，振蕩搖勻。測(cè)定波長(zhǎng)為540 nm時(shí)的吸光度。

（2）抗性糊精含量的測(cè)定。將經(jīng)無(wú)水乙醇沉淀所得的樣品收集，置于烘箱中烘干。準(zhǔn)確稱取0.25 g經(jīng)烘箱烘干后的樣品，加入50 mL濃度為0.05 mol/L，pH值為6.0的磷酸鹽緩沖液，在錐形瓶中充分溶解，用移液槍加1.0 mL耐高溫α-淀粉酶（60 U/mL），渦旋振蕩使其充分混勻，然后于95℃恒溫振蕩器中振蕩30 min，冷卻至室溫，將pH值調(diào)為4.5，加1.0 mL糖化酶（100 U/mL），于60℃水浴加熱振蕩30 min，升溫至90℃滅酶并定容至250 mL。從容量瓶中移取1 mL溶液至規(guī)格為25 mL的試管中，加入1 mL蒸餾水、1.5 mL DNS溶液，沸水浴加熱5 min，冷卻至室溫后定容至25 mL，充分混勻，于波長(zhǎng)540 nm處測(cè)定吸光度。

抗性糊精含量（%）=100-還原糖的含量（%）×0.9

式中：Y——吸光度；

M——試樣質(zhì)量，g。

表2 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制配比

2 結(jié)果與分析

2.1 DNS法測(cè)定抗性糊精含量結(jié)果與分析

2.1.1 繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線

以葡萄糖含量（mg）為橫坐標(biāo)、測(cè)定的吸收光作為縱坐標(biāo)，繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線。

葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。

圖1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.1.2 物料質(zhì)量對(duì)抗性糊精含量的影響

分別取20，50，100 g玉米淀粉為原料，干燥處理后，設(shè)定加熱溫度200℃，加熱時(shí)間2 h，分析物料質(zhì)量的不同對(duì)抗性糊精的含量影響。

物料質(zhì)量對(duì)抗性糊精含量的影響見圖2，20 g（a），50 g（b） 和100 g（c） 玉米淀粉經(jīng)焙烤溶解后外觀見圖3。

由圖2和圖3可知，物料質(zhì)量越大，物料層越厚，物料不容易充分受熱，在加熱時(shí)間和溫度相同的條件下，物料質(zhì)量越大，抗性糊精的轉(zhuǎn)化效率越低，且受熱不均勻。但由于20 g焙烤后溶于水顏色過深，故采用物料質(zhì)量為50 g。

2.1.3 加熱溫度對(duì)抗性糊精含量的影響

將試驗(yàn)材料玉米淀粉置于烘箱中干燥至含水量降至標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確稱取50 g均勻平鋪在托盤上置于烤箱內(nèi)，保證其他試驗(yàn)條件不變，分別設(shè)置190，200，210℃3個(gè)溫度梯度，將烘干后的物料加熱2 h，溫度對(duì)抗性糊精含量的影響。

加熱溫度對(duì)抗性糊精含量的影響見圖4。

圖2 物料質(zhì)量對(duì)抗性糊精含量的影響

圖3 20 g（a），50 g（b） 和100 g（c） 玉米淀粉經(jīng)焙烤溶解后外觀

圖4 加熱溫度對(duì)抗性糊精含量的影響

由圖4可知，隨著加熱溫度的升高，抗性糊精的含量也逐漸升高。當(dāng)溫度為210℃時(shí)，抗性糊精含量較200℃提高了0.8%，但是此時(shí)產(chǎn)品顏色已略顯深黃，不宜于后期脫色處理且產(chǎn)品色澤不夠好，從試驗(yàn)效果與耗能等角度考慮，在此試驗(yàn)條件下，抗性糊精最適宜的轉(zhuǎn)化溫度為200℃。

2.1.4 加熱時(shí)間對(duì)抗性糊精含量的影響

取50 g玉米淀粉為原料，經(jīng)干燥處理后，設(shè)定加熱溫度為200℃，保持其他試驗(yàn)條件不變，分析處理時(shí)間不同對(duì)抗性糊精的含量影響。

加熱時(shí)間對(duì)抗性糊精含量的影響見圖5。

圖5 加熱時(shí)間對(duì)抗性糊精含量的影響

由圖5可知，在保持其他條件一致的情況下，隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，抗性糊精的含量也增加，在2.5 h時(shí)抗性糊精含量已達(dá)到84.8%。若再延長(zhǎng)加熱時(shí)間，不僅耗能高，也會(huì)破壞產(chǎn)品的色澤等外觀，所以加熱時(shí)間以2.5 h為宜。

2.2 最優(yōu)組合的選擇

以上單因素試驗(yàn)結(jié)果表明，物料質(zhì)量、加熱時(shí)間、加熱溫度對(duì)經(jīng)處理后的原料淀粉中抗性糊精的含量均有影響，以此設(shè)計(jì)三因素三水平正交試驗(yàn)（以抗性糊精含量為指標(biāo)，以物料的量、加熱時(shí)間、加熱溫度為因素）。

正交試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

極差分析結(jié)果表明，各因素對(duì)抗性糊精含量影響的主次順序?yàn)锳＞C＞B，優(yōu)化組合為A3B2C1。即加熱溫度210℃，加熱時(shí)間1.5 h，物料質(zhì)量20 g為焙烤法制備抗性糊精的最優(yōu)組合，所制備的產(chǎn)品中抗性糊精的含量可高達(dá)83.9%。

3 結(jié)論

作為新興的膳食纖維食品，抗性糊精不僅具有食品原材料可以直接用于食品加工生產(chǎn)中的特點(diǎn)[14]，還具有抗消化能力強(qiáng)、熱量低、耐酸耐熱的特點(diǎn)，能夠有效降低血糖血脂、促進(jìn)腸胃消化、促進(jìn)腸道內(nèi)益生菌的生長(zhǎng)繁殖，利于多種腸道疾病的預(yù)防[4，6]，是一種有益于人體的新型食品添加劑，豐富食品中的膳食纖維。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的難消化糊精主要作為原料用于生產(chǎn)制取高膳食纖維健康食品[13，15]，隨著收入的增加、生活品質(zhì)的提高，人們愈來(lái)愈關(guān)心健康飲食的問題，愈來(lái)愈重視食品保健功能，我國(guó)相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)也越來(lái)越重視抗性糊精的生產(chǎn)制備。試驗(yàn)結(jié)果顯示，物料質(zhì)量、加熱溫度、加熱時(shí)間對(duì)制備抗性糊精均有影響，通過三因素三水平正交試驗(yàn)，得到制備抗性糊精的最適條件是玉米淀粉20 g，加熱溫度210℃，加熱時(shí)間1.5 h，制備的產(chǎn)品中抗性糊精含量可高達(dá)83.9%，但外觀還需改善。隨著科技的高速發(fā)展，生產(chǎn)制備抗性糊精的方法在逐步優(yōu)化，抗性糊精良好物性的應(yīng)用也在不斷創(chuàng)新改進(jìn)；加之制取抗性糊精的原料淀粉來(lái)源廣、容易獲得且價(jià)格低廉，制備工藝可靠無(wú)害。因此，抗性糊精會(huì)在食品行業(yè)中發(fā)揮愈來(lái)愈重要的作用，發(fā)展前景極為廣闊。