壓熱及酶解脫支處理對蓮藕淀粉品質(zhì)的影響

關(guān)鍵詞：蓮藕淀粉；壓熱法：酶解脫支處理：理化性質(zhì)

中圖分類號：S645.1：TS254.58 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2024）06-0120-08

近年來山東省蓮藕種植發(fā)展較快，種植面積不斷擴大。山東省蓮藕種植主要集中在東營、濟寧、棗莊等市的沿黃河、濱湖地區(qū)和低洼地，栽種品種繁多，各主產(chǎn)區(qū)由于不同的自然資源條件，形成了具有不同特色且符合當?shù)匕l(fā)展情況的蓮藕產(chǎn)業(yè)。黃河三角洲地域遼闊，東營市是黃河三角洲蓮藕主產(chǎn)區(qū)，主要分布在引黃灌區(qū)和大中型水庫分布區(qū)，分為深水藕和稻田藕。蓮藕種植季節(jié)性強，上市時間相對集中，大部分以新鮮原料形式銷售，但新鮮原料銷售模式易受市場供需波動的影響，而且蓮藕在儲藏、銷售等過程中存在褐變和腐爛問題，導致?lián)p失較為嚴重，因此開展蓮藕深加工是保障黃河三角洲蓮藕產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的必要途徑。

蓮藕淀粉（lotus root starch，LRS）是將蓮藕經(jīng)清洗、去皮、粉碎、勻漿、過濾、沉淀、干燥等步驟加工成的淀粉類產(chǎn)品，加工成藕粉是蓮藕開發(fā)最為有效的途徑?？剐缘矸塾址Q難消化淀粉、抗酶解淀粉，在胃和小腸中不能被消化吸收，進人大腸后被微生物發(fā)酵利用，具有類似膳食纖維的生理功能。將蓮藕淀粉制備成抗性淀粉，既可以根據(jù)其特性廣泛用于不同功能性食品的加工原料，也可以通過產(chǎn)品精深加工提高其經(jīng)濟和社會效益。

抗性淀粉的形成基于淀粉自身的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及加工方式。壓熱法是一種物理改性手段，即將淀粉進行高溫高壓處理，改變淀粉原有的結(jié)構(gòu)，提高抗性淀粉的產(chǎn)量。酶解改性具有專一性、高效性和溫和性等優(yōu)勢，如采用普魯蘭酶對淀粉分子進行脫支、切鏈處理，進而改變淀粉的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)。相關(guān)報道顯示，利用壓熱和酶解法對淀粉進行處理，可以提高抗性淀粉的得率。該研究以黃河三角洲的蓮藕（鄂蓮三號）為原料，提取淀粉后利用壓熱法和酶解脫支法進行處理，并對處理前后的蓮藕淀粉品質(zhì)進行分析，為其開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1儀器與設(shè)備

破壁機，九陽股份有限公司產(chǎn)品：GL-21CM高速冷凍離心機，深圳市星科儀器有限公司產(chǎn)品；BSA223S電子天平，北京賽多利斯科學儀器有限公司產(chǎn)品；DELTA 320 pH測量儀，上海梅特勒-托利多儀器有限公司產(chǎn)品；Cary 300 Bio紫外-可見分光光度儀，美國Varian公司產(chǎn)品；DK-98-ⅡA恒溫水浴鍋，天津市泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品；Lab-1A-50E真空冷凍干燥機，北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司產(chǎn)品：TESCAN MIRA掃描電鏡，捷克TESCAN產(chǎn)品；DSC250差示掃描量熱儀，美國TA儀器公司產(chǎn)品；TA.XT plus質(zhì)構(gòu)儀，英國Sta-ble Micro Systems公司產(chǎn)品。

1.2試驗材料與試劑

1.2.1蓮藕主要成分測定及淀粉提取 蓮藕原料由東營森特瑞食品科技有限公司提供，按照國標GB5009.9—2016、GB5009.5—2016、GB5009.88—2016分別對其總淀粉、粗蛋白、總膳食纖維含量進行檢測，得知蓮藕中淀粉為主要成分，含量為722.80mg/g，蛋白質(zhì)含量為102.48 mg/g，總膳食纖維4.70 mg/g。

蓮藕淀粉提取流程：新鮮蓮藕去皮切塊，按照蓮藕與水質(zhì)量比為1：1的比例混合，加入蓮藕質(zhì)量2%的維生素C，用破壁機進行破壁粉碎處理，用勻漿機勻漿后反復加水過濾，去掉濾渣，濾液靜置后傾去上清液，沉淀反復水洗后，冷凍干燥即獲得蓮藕粗淀粉。粗淀粉用石油醚進行脫脂，然后用0.01 mol/L NaOH進行脫蛋白處理，水洗三次后冷凍干燥獲得蓮藕淀粉。

1.2.2試驗試劑 普魯蘭酶（E2412），Sigma公司產(chǎn)品；DMSO、無水乙醇、冰乙酸、鹽酸、氫氧化鉀、碘、碘化鉀等均為分析純，均購于國藥集團化學試劑有限公司。

1.3試驗方法

1.3.1抗性淀粉制備 （1）壓熱法處理蓮藕淀粉（high temperature and high pressure treatment of lo-tus root starch，HLRS）：用蒸餾水將蓮藕淀粉配制成質(zhì)量分數(shù)為6%的淀粉溶液，90℃水浴糊化30min，冷卻至室溫，121℃高溫高壓處理20 min。

（2）普魯蘭酶脫支處理蓮藕淀粉（pullulanase treatment of lotus root starch，ELRS）：用蒸餾水將蓮藕淀粉配制成質(zhì)量分數(shù)為6%的淀粉溶液，90℃水浴糊化30 min，冷卻后用冰乙酸調(diào)節(jié)pH值至5.5，放入淀粉質(zhì)量2%的普魯蘭酶，45℃酶解24 h，轉(zhuǎn)至95℃水浴鍋滅酶5 min，冷凍干燥備用。

（3）壓熱后普魯蘭酶脫支處理蓮藕淀粉（treatment of lotus root starch with pullulanase after high temperature and high pressure，HELRS）：用蒸餾水將蓮藕淀粉配制成質(zhì)量分數(shù)為6%的淀粉溶液，90℃水浴糊化30 min，冷卻至室溫，121℃高溫高壓處理20 min，冷卻后用冰乙酸調(diào)節(jié)淀粉溶液pH值至5.5，放入淀粉質(zhì)量2%的普魯蘭酶，45℃酶解24 h，轉(zhuǎn)至95℃水浴滅酶5 min，冷凍干燥備用。

1.3.2淀粉顆粒形貌觀測 取微量淀粉直接粘到導電膠上，并使用Quorum SC7620濺射鍍膜儀噴金45s，噴金電流為10 mA;隨后用掃描電鏡對樣品形貌進行觀測，形貌拍攝時加速電壓為3kV，探測器為SE2二次電子探測器。

1.3.3淀粉碘結(jié)合力測定 采用吸光光度法測定。稱取100 mg淀粉樣品溶于10 mL DMSO（二甲基亞砜）中，然后用蒸餾水稀釋至50 mL；取5mL，加入1 mL碘試劑（0.2%I₂+2.0% KI），用蒸餾水定容至50 mL。渦旋混勻后靜置15 min，進行從400 nm到800 nm的全波段掃描。

1.3.4淀粉水合特性和持油性測定 （1）淀粉的持水性和持油性：將1.00 g淀粉（Wl）分別與10mL的蒸餾水、大豆油在離心管中充分混合，室溫保存24 h，10000r/min離心5 min，倒去上清液，稱取沉淀質(zhì)量（ W2），按W2/Wl計算淀粉的持水性或持油性。

（2）淀粉的水合特性：用蒸餾水將樣品配制成質(zhì)量分數(shù)為2%的淀粉液，于90℃水浴鍋中加熱30 min，冷卻至室溫，10000 r/min離心5 min。將上清液倒出并進行冷凍干燥處理，用以測定可溶性淀粉質(zhì)量，同時稱離心后下層淀粉質(zhì)量，計算淀粉溶解度、膨脹度和吸水能力。

（3）不同溫度下淀粉的溶解度與膨脹度測定：將50 mL淀粉液（用蒸餾水配制，質(zhì)量分數(shù)為2%）分別在30、40、50、60、70、80、90℃的水浴中加熱攪拌30 min，3000 r/min離心20 min，將上清液倒人烘干至恒重的鋁盒中，90℃水浴蒸干，在105℃干燥箱內(nèi)烘干稱重，得到被溶解的淀粉質(zhì)量，同時稱取離心管中沉淀物的質(zhì)量。計算淀粉的溶解度與膨脹度。

1.3.5淀粉液透明度、糊化度和析水率 （1）淀粉液的透明度：稱取一定量的淀粉樣品，加適量蒸餾水配制成質(zhì)量分數(shù)為1%的淀粉液，在沸水浴中糊化30 min，冷卻至室溫，用紫外可見分光光度計在620 nm波長下，以純凈水為空白對照，測定淀粉液的透光率，同時以高直鏈玉米淀粉和馬鈴薯淀粉作對比。

（2）淀粉液的糊化度：取0.2 g淀粉溶于98mL蒸餾水中，加入2 mol/L氫氧化鉀溶液2 mL，攪拌5min，5000r/min離心5 min，取1mL上清液，加入0.5 mol/L鹽酸0.4 mL，加蒸餾水至10mL，最后加入0.1 mL碘液（1g碘和4g碘化鉀溶于100 mL蒸餾水中），混合均勻，于600 nm處測量吸光度A₁。將蒸餾水和氫氧化鉀溶液體積替換為95 mL和5 mL，鹽酸體積替換為1mL，其余步驟相同，測量吸光度A₂。A₁與A₂的比值乘以100即為淀粉液的糊化度。

（3）淀粉液的析水率：稱取一定量的淀粉樣品，用蒸餾水配制成質(zhì)量分數(shù)6%的淀粉液，置于100 mL離心管中，在沸水浴中加熱糊化30 min后冷卻至室溫，離心管加蓋后放置于-18℃冰箱中冷藏24 h后，室溫下自然解凍3h，3500 r/min離心20 min，棄去上清液，稱取沉淀物的質(zhì)量，計算析水率。

1.3.6淀粉的熱力學性質(zhì)分析 淀粉的熱力學性質(zhì)用差示掃描量熱儀測定并分析。準確稱取淀粉樣品2 mg（以干基計）于專用液體盤中，按照淀粉：去離子水=1：3的質(zhì)量比加入去離子水，將液體盤密封后于室溫下平衡24 h，采用空液體盤作為對照。按照如下程序測定蓮藕淀粉糊化過程中的熱力學指標：25℃保持1 min，然后以10℃/min的速率連續(xù)升溫至95℃，記錄淀粉的起始溫度T₀、峰值溫度T_p終止溫度T_c、糊化溫度ΔT和熱焓值ΔH。

1.3.7淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性分析 將淀粉配制成質(zhì)量分數(shù)為6%的淀粉液，90℃水浴30min，冷卻后造模，放入4℃冰箱中冷藏24 h后取出，切成相等體積的淀粉凝膠塊，利用質(zhì)構(gòu)儀進行質(zhì)構(gòu)測定。測試條件：選擇二次壓縮（TPA）模式，探頭為P/0.5，下壓距離為3 mm，測前、測中及測后速度均為1mm/s，每個樣品均測試3次取平均值。

2結(jié)果與分析

2.1電鏡掃描結(jié)果

掃描電子顯微鏡既能觀察淀粉顆粒的形態(tài)，也可以描述破碎顆粒的內(nèi)部堆積情況。如圖1所示，未經(jīng)處理的蓮藕淀粉顆粒完整，呈橢圓球形，表面光滑且無裂痕；處理后的淀粉顆粒整體被破壞，HLRS呈不規(guī)則片狀，表面較為光滑，而ELRS、HELRS呈不規(guī)則形狀，表面粗糙，孔隙較多，且HELRS顆粒的破壞程度最大。相同電鏡倍數(shù)對比下，處理后的蓮藕淀粉粒徑均有不同程度地下降，粒徑排序表現(xiàn)為HELRS

2.2不同處理蓮藕淀粉的碘結(jié)合力

有研究表明，直鏈淀粉-碘復合物的形成是碘進入到直鏈淀粉雙螺旋鏈的內(nèi)部，由于聚合度高，形成的復合物顯藍色，直鏈淀粉與碘結(jié)合后在540～660 nm表現(xiàn)出明顯的吸收峰。利用紫外可見分光光度儀于400～800 nm范圍內(nèi)對樣品進行吸收光譜掃描，圖譜顯示的最大吸收波長及相應(yīng)峰形，是表征淀粉與碘結(jié)合能力強弱的重要指標，吸光光度值反映直鏈淀粉的相對濃度。采用分光光度儀在400～800nm范圍進行光譜全掃描圖，可獲得淀粉與碘結(jié)合物的最大吸光光度值，因此可選擇直鏈淀粉全掃描光譜的最大吸收波長作為測定波長。

從圖2可以看出，不同處理方式會影響淀粉與碘結(jié)合后光譜的最大吸收波長，四種淀粉的最大吸收波長都集中在585～600 nm之間。經(jīng)過處理后的蓮藕淀粉碘結(jié)合力要高于未處理的蓮藕淀粉，其中ELRS的碘結(jié)合力最強。碘藍值（BV）是表示635 nm處淀粉結(jié)合碘能力的一個重要指標，能比較直觀反映直鏈淀粉含量和鏈長的變化，與未處理LRS的碘藍值（0.615）相比，處理淀粉的碘藍值均有所上升，酶解處理組淀粉的碘藍值明顯上升，其中ELRS的碘藍值（0.882）最高。

2.3不同處理蓮藕淀粉的水合特性和持油性

2.3.1淀粉的持水性和持油性 由圖3可見，處理后的蓮藕淀粉持水性和持油性均明顯增加。三種改性方法處理的蓮藕淀粉持水性相差不大。改性前蓮藕淀粉的持油性好于持水性，改性后則相反。HLRS的持水性和持油性均最好。

2.3.2淀粉的水合特性 與未經(jīng)處理的蓮藕淀粉相比，處理后蓮藕淀粉的水合特性發(fā)生顯著變化（表1）。HLRS的吸水能力（2.847g/g）和膨脹度（21.766%）均最高，這與淀粉持水性的檢測結(jié)果一致；HELRS的溶解度（63.555%）顯著高于其他組別。

2.3.3不同溫度下淀粉的溶解度和膨脹度 從圖4可以看出，不同處理淀粉的溶解度基本都呈現(xiàn)出隨溫度升高而增加的趨勢，60℃之前增加緩慢，排序為HELRSgt;ELRSgt;HLRSgt;LRS;之后增加較快，超過700C后溶解度迅速增加，且HELRS明顯高于其他3種淀粉。

由圖5可知，在60℃之前，不同處理淀粉的膨脹度隨著溫度升高緩慢增加，HLRS的最高，LRS的最低：60℃后膨脹度迅速增加，表現(xiàn)為HLRSgt;LRSgt;ELRSgt;HELRS。其中，HLRS的膨脹度一直最高；HELRS的膨脹度增加最為緩慢，這與其溶解度較大有關(guān)。

2.4不同處理蓮藕淀粉液的透明度、糊化度和析水率

淀粉液的透明度越高越不易老化，是食品加工中的一個重要影響因素。如表2所示，與LRS相比，壓熱處理降低了淀粉液透明度（4.667%），酶解處理反而提高了透明度（11.867%），壓熱處理后再酶解的蓮藕淀粉液透明度最低（0.717%）。不同改性處理均能顯著提高淀粉液糊化度，HLRS的糊化度最高（71.733%），其次是HELRS（71.473%），兩者間差異不顯著，但均顯著高于ELRS（55.176%）。

HLRS的析水率最低（14.300%），說明其凍融性好于處理前的LRS（16.827%）；酶解處理的ELRS（24.496%）和HELRS（22.016%）析水率均上升，說明其凍融性不如LRS。

2.5不同處理蓮藕淀粉的熱力學性質(zhì)分析

由表3可知，LRS的糊化起始溫度T₀、糊化溫度ΔT（T_c-T₀）最高，表明未處理蓮藕的淀粉具有最穩(wěn)定和最均勻的結(jié)晶區(qū)。改性處理蓮藕淀粉的結(jié)晶區(qū)受到不同程度破壞，T₀、ΔT及熱焓值A(chǔ)H顯著降低，尤以ELRS和HELRS的ΔH更低，說明熔化這兩種淀粉顆粒所需的能量較少。

2.6不同處理蓮藕淀粉的凝膠質(zhì)構(gòu)特性

從表4可以看出，改性處理淀粉的硬度、彈性、內(nèi)聚性、粘性和回彈性均有所下降，ELRS的硬度較HLRS和HELRS高，HLRS的彈性、內(nèi)聚性、粘性和回彈性均高于ELRS和HELRS。

3討論與結(jié)論

改性處理后，蓮藕淀粉的理化性質(zhì)均有所改變。其中HLRS電鏡結(jié)果顯示其成呈不規(guī)則片狀。支鏈淀粉中的雙螺旋結(jié)構(gòu)含量與膨脹度呈正相關(guān)，HLRS的膨脹度較高，表明其吸水能力最強，這和其持水性、水合特性和糊化度等數(shù)值較高的結(jié)果一致。HLRS淀粉液的析水率最低，表明其凍融穩(wěn)定性較好，有利于其在冷凍食品中的應(yīng)用。同時，HLRS淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)特性高于其他兩種處理淀粉的。

ELRS的顆粒呈不規(guī)則狀，表面粗糙，孔隙較多，與其他兩種改性方法的相比，顆粒度相對較大。ELRS的碘復合物光譜顯示其吸收波長最高，碘藍值最大，表明其直鏈淀粉含量最高。同時，ELRS淀粉液的透明度最高。

壓熱后酶解處理淀粉（HELRS）的顆粒度最小，表明其被破壞的程度最高。溶解度體現(xiàn)了淀粉的水溶性，溶解度越高，其應(yīng)用于食品中的外在感官越好。同時，HELRS的熱力學性能顯示，其AH相對較小，表明溶化其淀粉顆粒所需能量較少，即淀粉的溶解性高，這與溶解度的結(jié)果呈正相關(guān)關(guān)系。高溶解度的淀粉可以制備成可溶性淀粉，可溶性淀粉可以作為一種對人體無潛在危害的乳化劑應(yīng)用在食品中，在后續(xù)研究中，我們將根據(jù)溶解度對HELRS進行分級制備，進一步獲得可溶性淀粉，并對其乳化性能進行研究。

淀粉是蓮藕的主要成分，淀粉的理化和功能特性對蓮藕食品的品質(zhì)起著決定性作用。利用蓮藕淀粉改性產(chǎn)生的差異特性可以生產(chǎn)不同特色的食品，并根據(jù)產(chǎn)品的特征要求選擇適宜的淀粉原料，實現(xiàn)蓮藕淀粉品質(zhì)的有效控制，該結(jié)論對蓮藕淀粉的食品工業(yè)化發(fā)展具有重要意義。