淮山藥粉-硬脂酸復(fù)合物制備及其理化性質(zhì)研究

（閩南科技學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院，福建泉州362332）

淮山藥（Dioscorea opposita），又稱淮山，為多年生藤本植物薯蕷（Dioscorea opposita Thunb.）的塊莖，在我國有兩千多年的種植歷史，是衛(wèi)生部公布的藥食兩用食物[1-3]，是福建省主要栽培經(jīng)濟(jì)作物之一[4]?；瓷剿幐缓矸?，淀粉是由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成的高分子化合物，是大多數(shù)谷物的主要成分[5]。根據(jù)淀粉在人體內(nèi)不同消化速度，淀粉可分為快消化淀粉（rapidly digestible starch，RDS）、 慢消化淀粉（slow digestible starch，SDS）和抗性淀粉（resistant starch，RS）[6]。根據(jù)不同制備方法RS可分為RS1型（物理包埋法）、RS2型（天然抗性淀粉顆粒）、RS3型（老化淀粉）、RS4型（化學(xué)改性淀粉）。近年來，一些學(xué)者將淀粉與脂肪酸復(fù)合物定義為RS5型抗性淀粉，具有抗消化特性，其消化速率主要受淀粉中直鏈含量、支鏈淀粉側(cè)鏈鏈長和食物中脂質(zhì)的影響[7]。根據(jù)其熔融解旋溫度，淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物分為I型復(fù)合物和II型復(fù)合物，I型復(fù)合物是在較低溫度下形成的[8]，II型復(fù)合物是在較高溫度下形成的[9]。目前，制備淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的方法主要有堿液分散法[10]、蒸煮噴射蒸煮法[11]、擠壓蒸煮法[12]等。

本文以淮山藥粉和硬脂酸為原料，在考察硬脂酸添加量、復(fù)合溫度、復(fù)合時(shí)間對淮山藥粉-硬脂酸復(fù)合物 （Chinese yam powder-stearic acid complex，CYPSAC）復(fù)合效果影響的基礎(chǔ)上，通過正交試驗(yàn)優(yōu)化其制備工藝；同時(shí)對比淮山藥粉與CYP-SAC的消化率、透明度及凝沉穩(wěn)定性等理化性質(zhì)，為將淮山藥粉-硬脂酸復(fù)合物作為低熱量、低糖量等食品的良好原料提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料與試劑

淮山藥粉：福建省山格農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)有限公司。其制備流程為：去皮、護(hù)色、切片、烘干、打磨成粉。

硬脂酸（C18H36O2）：西隴科學(xué)股份有限公司；胰α-淀粉酶（9 U/mg）、糖化酶（100 000 U/g）：上海源葉生物科技有限公司；碘、碘化鉀、鹽酸：蘭溪旭日化工有限公司；氫氧化鈉、磷酸氫二鈉、葡萄糖、五水硫酸銅、酒石酸鉀鈉、磷酸二氫鉀、氫氧化鉀：天津市福晨化學(xué)試劑廠；亞甲基藍(lán)、乙醇、亞鐵氰化鉀：西隴科學(xué)有限公司；以上均為分析純。

1.2 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

HH4數(shù)顯恒溫水浴鍋：國華電器有限公司；WFZ UV-2802SH型紫外可見光分光光度計(jì)：上海尤尼柯儀器有限公司；FA2004電子天平：上海衡平儀器儀表廠；101-1AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱：天津市泰斯特儀器有限公司；TDL-60C低速臺(tái)式離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 CYP-SAC的復(fù)合指數(shù)（composite index，CI值）測定

參考陳秉彥[9]上清液法測定CI值。

式中：CI為 CYP-SAC的復(fù)合指數(shù)，%；ABCcontrol為淮山藥粉的吸光度；ABCsample為CYP-SAC的吸光度。

1.3.2 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.2.1 硬脂酸添加量

以等量的淮山藥粉為底物配制料液比為1∶6（g/mL）的淮山藥粉溶液8份，以淮山藥粉質(zhì)量為基準(zhǔn)，分別加入硬脂酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%，置于60℃、100 r/min的恒溫振蕩器中糊化1 h。反應(yīng)產(chǎn)物室溫（25℃）冷卻，用50%的乙醇溶液洗滌（3 000 r/min，10 min）離心 2次，以除去未與淮山藥粉反應(yīng)的游離硬脂酸，然后涂抹在培養(yǎng)皿上，于40℃烘箱中烘干過夜，用研缽磨粉過60目標(biāo)準(zhǔn)樣篩，即得到CYP-SAC。取CYP-SAC 300 mg放在離心管中，加5 mL蒸餾水，混勻后置于沸水浴糊化20 min，冷卻離心（3 000 r/min，10 min），用移液槍取 25 μL 的上清液與3 mL稀碘液 [0.1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）碘單質(zhì)和2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）碘化鉀]于離心管中混合顯色后的溶液，采用紫外分光光度法測定結(jié)果，計(jì)算CI值。

1.3.2.2 復(fù)合溫度

以等量的淮山藥粉為底物配制料液比為1∶6（g/mL）的淮山藥粉溶液26份，分為兩組，一組不加硬脂酸作為對照組，一組加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的硬脂酸，置于100 r/min恒溫振蕩器中糊化1 h，反應(yīng)過程中溫度變量分別為 30、40、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100℃。反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至室溫（25℃）后，用50%的乙醇溶液洗滌離心（3 000 r/min，10 min）2次，以除去未與淮山藥粉反應(yīng)的游離脂肪酸，然后涂抹在培養(yǎng)皿上，于40℃烘箱中烘干過夜，用研缽磨粉過60目篩即得到CYP-SAC。取CYP-SAC 300 mg放在離心管中，加5 mL蒸餾水，混勻后置于沸水浴糊化20 min后，冷卻離心（3 000 r/min，10 min），用移液槍取 25 μL的上清液與3 mL稀碘液于離心管中混合顯色后的溶液，采用紫外分光光度法測定結(jié)果，通過公式計(jì)算CI值。

1.3.2.3 復(fù)合時(shí)間

以等量的淮山藥粉為底物配制料液比為1∶6（g/mL）的淮山藥粉溶液8份，分為兩組，一組不加硬脂酸作為對照組，一組加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的硬脂酸，置于100r/min恒溫振蕩器中糊化，溫度為55℃，反應(yīng)過程中時(shí)間變量分別為 0.5、1、1.5、2 h。反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至室溫（25℃）后，用50%的乙醇溶液洗滌離心（3 000 r/min，10 min）2次，以除去未與淮山藥粉反應(yīng)的游離脂肪酸，然后涂抹在培養(yǎng)皿上，于40℃烘箱中烘干過夜，用研缽磨粉過60目篩即得到CYP-SAC。取CYP-SAC 300 mg放在離心管中，加5 mL蒸餾水，混勻后置于沸水浴糊化20 min后，冷卻離心（3 000 r/min，10 min），用移液槍取25 μL的上清液與3 mL稀碘液于離心管中混合顯色后的溶液，采用紫外分光光度法測定結(jié)果，通過公式計(jì)算CI值。

1.3.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

基于單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)，以CI值為指標(biāo)，選取L9（43）正交表對A硬脂酸添加量（%）、B復(fù)合溫度（℃）、C復(fù)合時(shí)間（h）進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，探究CYP-SAC的最優(yōu)工藝參數(shù)，見表1。

表1 正交因素水平表Table 1 Orthogonal factor level tables

1.3.4 CYP-SAC平均消化率的測定

1.3.4.1 葡萄糖含量的測定

參考王啟軍[13]方法，采用直接滴定法測定食品中的還原糖含量。

式中：X為試樣中酶解葡萄糖的含量，g/g；A為堿性酒石酸銅溶液（甲、乙各5 mL）相當(dāng)于葡萄糖質(zhì)量，mg；m為樣品的質(zhì)量，g；V2為測定時(shí)平均消耗經(jīng)酶處理樣品溶液的體積，mL；V1為測定時(shí)平均消耗未經(jīng)酶處理樣品溶液的體積，mL。

1.3.4.2 平均消化率的測定

參考李濤等[14]、琚長霄[15]的方法，根據(jù)In-vitro消化模型模擬人體的內(nèi)環(huán)境，進(jìn)行適當(dāng)修改。在37℃恒溫水浴環(huán)境中模擬人體體溫環(huán)境，用胰α-淀粉酶以及糖化酶同時(shí)酶解CYP-SAC，兩種酶之間協(xié)同作用可抑制胰α-淀粉酶產(chǎn)物環(huán)糊精在模型中堆積導(dǎo)致酶活性的降低。再利用透析袋的半透膜特性使酶解的葡萄糖擴(kuò)散于整個(gè)模型體中，以模擬人體腸道功能。再用直接滴定法測定燒杯中緩沖液葡萄糖含量以此計(jì)算CYP-SAC的消化率。

式中：V(平均)為平均每 1 h 樣品消化量，%；I為未酶解的淮山藥粉中還原糖含量，g/g；X為在整個(gè)模型取出的樣品液中葡萄糖含量，g；P為模型中取出的樣品液體積，mL；W為所用淮山藥粉的質(zhì)量（干基），g；0.9為葡萄糖質(zhì)量與淀粉質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)。

1.3.5 CYP-SAC理化性質(zhì)的測定

透明度的測定：參考曾紹校等[16]的分光光度法測定最優(yōu)組的CYP-SAC和原淮山藥粉的透明度，以蒸餾水為空白組，在620 nm的波長下進(jìn)行測定并記錄讀數(shù)，即為透光率。

參考李宏升透明度測定方法[17]測定3次，取其平均數(shù)，以百分?jǐn)?shù)表示（%），即為CYP-SAC的透明度。按相同的方法測定淮山藥粉的透明度。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用DPS2.0數(shù)據(jù)處理軟件對正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 硬脂酸添加量對CYP-SAC的CI值影響

不同硬脂酸添加量對CYP-SAC復(fù)合指數(shù)的影響見圖1。

圖1 不同硬脂酸添加量對CYP-SAC復(fù)合指數(shù)的影響Fig.1 Effect of different stearic acid additions on the composite index of Chinese yam powder

如圖1所示，隨著硬脂酸添加量的增加，硬脂酸與淮山藥粉的復(fù)合指數(shù)呈先上升后下降的趨勢，且添加硬脂酸量為淮山藥粉質(zhì)量5%時(shí)，CI值最大為（74.57±2.46）%。參考劉靜娜等[18]研究可能是因?yàn)橛仓崽砑恿康脑龃?，提高了淮山藥粉與硬脂酸分子結(jié)合的概率，減少淮山藥粉結(jié)合碘的概率，從而使吸光度降低，CI值增加；在硬脂酸達(dá)到一定添加量時(shí)，淀粉分子內(nèi)部螺旋結(jié)構(gòu)與硬脂酸分子結(jié)合程度達(dá)到飽和；當(dāng)硬脂酸濃度過高時(shí)，硬脂酸自身產(chǎn)生聚集作用，阻礙了CYP-SAC的形成，且空間位阻過大也會(huì)抑制硬脂酸進(jìn)入淀粉的疏水性空腔，反而進(jìn)入到淀粉螺旋結(jié)構(gòu)的間隙，從而影響CYP-SAC的形成。

2.2 復(fù)合溫度對CYP-SAC的CI值影響

不同復(fù)合溫度對CYP-SAC復(fù)合指數(shù)的影響見圖2。

圖2 不同復(fù)合溫度對CYP-SAC復(fù)合指數(shù)的影響Fig.2 Effect of different compound temperature on the composite index of Chinese yam powder

如圖2所示，隨著復(fù)合溫度的升高，CI值總體呈先上升后下降再上升趨勢，當(dāng)溫度達(dá)到55℃時(shí)，CI值最大為（83.50±0.87）%。參考孟爽[19]研究可能是由于隨著反應(yīng)溫度的升高，大米淀粉的結(jié)晶區(qū)和無定型易形成多孔結(jié)構(gòu)，硬脂酸可與淮山藥粉形成復(fù)合物，在30℃～55℃條件下，CYP-SAC因晶核的快速形成，CI值呈急劇增大趨勢，直鏈淀粉的螺旋結(jié)構(gòu)被快速固定，且呈隨機(jī)分布，此反應(yīng)溫度下形成的復(fù)合物為I型；無定型復(fù)合物在80℃發(fā)生熔融現(xiàn)象，此時(shí)CYPSAC由I型無定型區(qū)向II型轉(zhuǎn)變過渡，引起包合物結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定造成CI值下降；在80℃～100℃條件下，形成的復(fù)合物為II型。

2.3 復(fù)合時(shí)間對CYP-SAC的CI值影響

不同復(fù)合時(shí)間對CYP-SAC復(fù)合指數(shù)的影響見圖3。

圖3 不同復(fù)合時(shí)間對CYP-SAC復(fù)合指數(shù)的影響Fig.3 Effect of different compounding time on the composite index of Chinese yam powder

如圖3所示，隨著復(fù)合時(shí)間的延長，CI值成增大后平穩(wěn)趨勢，復(fù)合時(shí)間1.5 h時(shí)，CI值達(dá)到最大為（86.12±0.62）%。參考曹世陽等[20]研究可能是由于當(dāng)0.5 h時(shí)，因振蕩時(shí)間過短、硬脂酸難溶于水，與淮山藥粉不能充分有效接觸，CI值較低；隨著復(fù)合時(shí)間的延長，淮山藥粉與硬脂酸能夠充分接觸，形成較多的CYP-SAC。

2.4 CYP-SAC制備工藝優(yōu)化

CYP-SAC復(fù)合指數(shù)正交試驗(yàn)及試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 CYP-SAC復(fù)合指數(shù)正交試驗(yàn)及試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Composite index orthogonal test and test results

從表2可知，影響CYP-SAC的CI值因素主次順序?yàn)锽＞C＞A，即復(fù)合溫度＞復(fù)合時(shí)間＞添加量，由極差分析得出優(yōu)選工藝條件為A1B1C3，即添加硬脂酸量為淮山藥粉質(zhì)量4%，復(fù)合溫度為55℃，復(fù)合時(shí)間為2 h。

CYP-SAC復(fù)合指數(shù)正交試驗(yàn)的方差分析結(jié)果見表3。

表3CYP-SAC復(fù)合指數(shù)方差分析Table 3 Analysis of variance of composite index of CYP-SAC

由表3方差分析可知，該CYP-SAC制備正交試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，其中?fù)合溫度因素（P＜0.01）在試驗(yàn)水平內(nèi)對CYP-SAC復(fù)合指數(shù)影響極顯著。

采用正交試驗(yàn)最優(yōu)工藝條件即添加硬脂酸量為淮山藥粉質(zhì)量4%、復(fù)合溫度為55℃、復(fù)合時(shí)間為2 h進(jìn)行驗(yàn)證，具體如下：以等量的淮山藥粉為底物配制料液比為1∶6（g/mL）的淮山藥粉溶液3份，以淮山藥粉質(zhì)量為基準(zhǔn)，分別加入硬脂酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%，置于55℃、100 r/min的恒溫振蕩器中糊化2 h。反應(yīng)產(chǎn)物室溫（25℃）冷卻，用50%的乙醇溶液洗滌（3 000 r/min，10 min）離心2次后涂抹在培養(yǎng)皿上，于40℃烘箱中烘干過夜，用研缽磨粉過60目標(biāo)準(zhǔn)樣篩，即得到CYPSAC，經(jīng)檢測得CYP-SAC的CI值為（86.81±1.40）%。

2.5 CYP-SAC理化性質(zhì)

2.5.1 消化率

淮山藥粉與CYP-SAC的平均消化率見表4。

表4 不同樣品的平均消化率Table 4 Average digestibility of different samples

如表4所示，CYP-SAC的平均消化率明顯低于原淮山藥粉。參考琚長霄[15]研究可能是因?yàn)橛仓崤c淮山藥粉分子結(jié)合，由于硬脂酸分子比較大，主要結(jié)合在淮山藥粉顆粒表面，淮山藥粉顆粒表面的硬脂酸分子會(huì)在一定程度上影響酶與淮山藥粉分子的結(jié)合位點(diǎn)；且這是最優(yōu)組的CYP-SAC，CI值最大，復(fù)合的硬脂酸最多，顆粒表面被硬脂酸包圍，淮山藥粉與硬脂酸相互作用形成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最為密集，酶與淮山藥粉結(jié)合的空間位阻最大，酶難于接近淮山藥粉的分子鏈，從而使酶速率減慢。

2.5.2 透明度

淮山藥粉與CYP-SAC的透明度見表5。

表5 不同樣品的透明度Table 5 Transparency of different samples

如表5所示，CYP-SAC的透明度明顯低于原淮山藥粉。參考尚佳萃等[21]研究可能是因?yàn)榛瓷剿幏墼谒惺軣崛苊洶l(fā)生糊化，直鏈淀粉和支鏈淀粉溶于水中，而CYP-SAC不溶于水，且加熱過程幾乎不發(fā)生糊化。

2.5.3 凝沉穩(wěn)定性

淮山藥粉與CYP-SAC的凝沉穩(wěn)定性見圖4。

圖4 不同樣品的凝沉穩(wěn)定性Fig.4 Condensation stability of different samples

由圖4可知，經(jīng)糊化處理的CYP-SAC經(jīng)過約2 h靜置后，析水率達(dá)65%左右后趨于穩(wěn)定不變。經(jīng)糊化處理的淮山藥粉，析水率達(dá)到73%左右后趨于穩(wěn)定不變。因此淮山藥粉比CYP-SAC的凝沉穩(wěn)定性差，CYPSAC的凝沉穩(wěn)定性有所提升。根據(jù)李宏升[17]研究表明這可能是由于淮山藥粉與硬脂酸形成的復(fù)合物組成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)阻止了水分子的析出。

3 結(jié)論

CYP-SAC最優(yōu)制備工藝條件為添加硬脂酸4%（淮山藥粉質(zhì)量計(jì)），復(fù)合溫度為55℃，復(fù)合時(shí)間為2 h，在此工藝條件下CYP-SAC的CI值為（86.81±1.40）%、平均消化率為（5.62±0.4）%、透明度為（28.1±0.8）%，CYP-SAC相對于淮山藥粉凝沉穩(wěn)定性有所提升。本研究結(jié)果可為進(jìn)一步提高淀粉在健康食品領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。