大米抗性淀粉壓熱處理制備工藝的研究

李翠蓮 方北曙 黃小玲

(湖南生物機電職業技術學院,長沙 410127)

大米抗性淀粉壓熱處理制備工藝的研究

李翠蓮 方北曙 黃小玲

(湖南生物機電職業技術學院,長沙 410127)

抗性淀粉以其顯著優點及特殊的生理功能,成為食品營養學的一個研究熱點。以大米淀粉為原料,制備大米抗性淀粉對大米的深加工具有重要的經濟意義。以抗性淀粉得率為評價指標,通過單因素及正交試驗研究了壓熱法制備抗性淀粉的最佳工藝參數。結果表明,對大米淀粉進行壓熱處理時,影響抗性淀粉得率的主次因素為:熱處理溫度 >熱處理時間 >淀粉乳質量分數,最佳工藝條件為:熱處理溫度 120℃,熱處理時間 70 min,淀粉乳質量分數 30%。采用此組合進行驗證性試驗得抗性淀粉產率為 9.54%。

大米淀粉 抗性淀粉 壓熱處理 制備

膳食中的淀粉有少部分因受一些因素或加工過程的影響,其結構發生改變,在小腸中產生抗消化現象。英國生理學家 Englyst于 1983年首先將其定義為抗性淀粉 (Resistant Starch,RS)[1]。1993年,世界糧農組織(FAO)根據 Englyst和歐洲抗性淀粉研究協作網(EURESTA)的建議,將抗性淀粉定義為:“健康者小腸中不吸收的淀粉及其降解產物”。近年的研究已初步證明,抗性淀粉不能在小腸消化吸收和提供葡萄糖,而是直接進入大腸,但在大腸中部分能被腸道微生物菌群發酵,產生多種短鏈脂肪酸如丁酸等,刺激有益菌群生長,同時丁酸能抑制癌細胞生長。因為抗性淀粉的相對分子質量小,持水性低,是食用纖維及加工食品的理想材料。世界糧農組織和世界衛生組織(WHO)1998年聯合出版的“人類營養中的碳水化合物”專家論壇一書中指出:“抗性淀粉的發現和研究進展,是近年來碳水化合物與健康關系的研究中的一項最重要的成果”,高度評價了 RS對人類健康的重要意義[2-5]。

大量研究表明 RS主要是由直鏈淀粉老化形成的,所以可在高溫濕熱的條件下破壞淀粉顆粒的結構,使淀粉充分糊化,然后采取能使淀粉最大程度老化(尤其是使直鏈淀粉老化)的措施來制備 RS。壓熱法就是根據此原理發展起來的,即將淀粉與水混合,經高溫高壓處理,制備 RS。朱旻鵬等[6]將普通玉米淀粉乳預糊化,經壓熱處理 (120℃30 min)制備抗性淀粉,產率為 10.47%;楊光等[7]以普通玉米淀粉為原料,用特制的壓熱反應器研究壓熱處理對抗性淀粉形成的影響時發現在 70%水分、150℃維持 60 min條件下,可得到較高的抗性淀粉含量;韓曉芳等[8]研究了壓熱法制備蕎麥抗性淀粉,產率為15.54%。

本試驗以自制的大米淀粉為原料,研究了熱處理溫度與時間、淀粉乳質量分數、冷卻速度等因素對大米抗性淀粉形成的影響,確定其最佳的工藝條件。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設備

大米淀粉:自制;α-淀粉酶:諾維信生物技術有限公司;胃蛋白酶:諾維信生物技術有限公司;葡萄糖淀粉酶:諾維信生物技術有限公司;糖化復合酶(糖化酶 +普魯蘭酶):廣州裕立寶生物科技有限公司;GOD -PAP試劑盒:四川省邁克科技有限責任公司。

YXQ-LS-18SI手提式高壓滅菌鍋:上海涵今儀器儀表有限公司;TG328B分析天平:長沙高新開發區湘儀天平儀器設備有限公司;PHS-3C型 pH計:上海精密科學儀器有限公司;HH-6數顯恒溫水浴鍋:金壇市精達儀器制造廠;SHA-B恒溫水浴振蕩器:金壇市金南儀器制造有限公司;DHG-9240電熱鼓風干燥箱:上海源長實驗儀器設備廠;TGL16臺式冷凍高速離心機:長沙英泰儀器有限公司;722型分光光度計:上海曉光儀器有限公司;美菱 BCD-209SCA電冰箱:合肥美菱股份有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 抗性淀粉的測定方法

采取 Goni法測定 RS含量[9]。

1.2.2 大米抗性淀粉的制備工藝流程

取 5 g大米淀粉,加入適量的水,攪拌均勻,封口后放入恒溫水浴鍋或高壓滅菌鍋,加熱到一定溫度,恒溫反應一定時間后取出,自然冷卻,4℃儲藏 24 h, 70℃烘干 18 h以上。粉碎,過 80目篩。按 1.2.1的方法定量測定RS。

1.3 單因素試驗

1.3.1 熱處理溫度對抗性淀粉產率的影響

配制質量分數 30%的淀粉乳,于不同溫度下進行熱處理,保溫 60 min,取出,自然冷卻,4℃下儲藏24 h,70℃干燥 18 h以上,粉碎,過篩 (80目)。測定各樣品RS含量。

1.3.2 淀粉乳質量分數對抗性淀粉產率的影響

配制不同質量分數的淀粉乳,120℃下進行壓熱處理,保溫 60 min,取出,自然冷卻,4℃下儲藏 24 h,其他條件和處理保持不變。

1.3.3 熱處理時間對抗性淀粉產率的影響

配制質量分數為 30%的淀粉乳,120℃下處理不同時間,取出,自然冷卻,于 4℃儲藏 24 h,其他條件和處理保持不變。

1.3.4 冷卻速度對抗性淀粉產率的影響

配制質量分數為 30%的淀粉乳,120℃下處理60 min,取出,分別采用自然冷卻和流水快速冷卻的方式,將淀粉乳降溫,4℃下儲藏 24 h,其他條件和處理保持不變。

1.3.5 正交試驗

根據單因素試驗結果,再進行三因素三水平正交試驗優化制備大米抗性淀粉的工藝參數,各因素及水平見表1。

表 1 正交試驗因素水平表

2 結果與分析

2.1 熱處理溫度對抗性淀粉產率的影響

用高壓滅菌鍋及恒溫水浴鍋作為加熱手段,最高可達 125℃。因此,在 70～125℃之間設置了溫度梯度。試驗結果見圖 1。從圖 1可以看出,熱處理溫度對 RS的產率有很大影響,高溫條件比低溫條件更有利于 RS的形成,RS的產率隨著熱處理溫度的升高而提高。這是因為首先必須有足夠高的、能使原淀粉完全糊化的溫度,使淀粉粒完全破壞,同時釋放出直鏈淀粉分子。但據資料顯示,溫度過高也會導致淀粉分子過度降解,使產生的淀粉聚合度太小,不利于 RS的形成[10]。此外,直鏈淀粉與脂類形成的直鏈淀粉 -脂復合物在 95℃左右才能解離,釋放出直鏈淀粉分子。因此,在溫度低于 90℃的條件下, RS的產率較低;當溫度在 90℃以上壓熱處理淀粉樣品時,RS產率有較明顯的升高;在 120℃以上,幾乎所有的淀粉分子均從破裂的淀粉粒中游離出來,呈無序狀態。由于溫度很高,淀粉糊的黏度與最初糊化時的黏度相比有較大幅度的降低,這使游離的直鏈淀粉分子更容易接近,在分子間形成氫鍵[7]。當溫度開始下降時,晶核形成,隨后晶體開始增長,形成了 RS。由于條件所限,試驗所用的設備最高溫度只能達到 125℃左右。

圖1 熱處理溫度對抗性淀粉產率的影響

2.2 淀粉乳質量分數對抗性淀粉產率的影響

淀粉乳質量分數對 RS產率的影響見圖 2。

圖 2 淀粉乳質量分數對抗性淀粉產率的影響

從圖 2中可以看出,在其他條件相同,而淀粉乳質量分數不同的情況下,所得 RS產率不同。當淀粉乳質量分數達 30%時,所得 RS產率最高。質量分數過高或過低都不利于 RS的形成。當水分含量較低時,即使在高溫作用后,淀粉糊的黏度依然很大,這就阻礙了直鏈淀粉分子相互接近和形成結晶;而當水分含量過高時,雖然整個體系的黏度很低,運動阻力減小了,但是由于淀粉質量分數太低,直鏈淀粉分子相互接近的概率減小,也不利于 RS的形成。

2.3 熱處理時間對抗性淀粉產率的影響

熱處理時間對 RS產率的影響結果如圖 3所示。

圖3 熱處理時間對抗性淀粉產率的影響

由圖 3可見,在溫度為 120℃,淀粉乳質量分數30%的條件下,隨著熱處理時間由 20 min逐漸延長至 60 min,RS得率不斷上升,在 60 min時得率最高,然后隨著時間的繼續延長,產率開始緩慢下降。這表明,在相同熱處理溫度下,處理時間過短,可能使淀粉糊的黏度并未達到最佳的狀態,使直鏈淀粉分子不利于接近,也可能是由于淀粉分子中的直鏈淀粉分子尚未完全游離出來;但繼續延長時間至 60 min以上時,RS產率又開始下降,這是由于熱處理時間過長造成淀粉分子發生過度降解,產生了一些相對分子質量較小的短直鏈淀粉,其分子運動比較強烈,擴散速度較大,較難聚集,不利于形成 RS,或形成的 RS的抗酶解性不強,從而影響了 RS產率的提高。

2.4 冷卻速度對抗性淀粉產率的影響

冷卻速度對抗性淀粉產率的影響結果見表 2。

表2 冷卻速度對 RS產率的影響

由表 2可知,淀粉乳降溫過程中,自然冷卻的樣品要比快速冷卻的樣品形成更多的 RS。由于淀粉乳分子中氫鍵很多,分子間締合很牢固,水溶性下降,如果冷卻速度很快,特別是較高濃度的淀粉糊,直鏈淀粉分子來不及重新排列成束狀結構,便形成凝膠。因此緩慢冷卻不僅可以提高 RS得率,而且有利于節約資源,故在后面的試驗中均采用自然冷卻的方式。

2.5 熱處理制備抗性淀粉的最佳工藝參數的確定

從單因素試驗可以看出,淀粉乳質量分數、熱處理溫度與時間對 RS的形成有很大影響;根據單因素試驗結果,選擇淀粉乳質量分數、熱處理溫度與時間3個因素,分別設立 3個水平,利用正交試驗設計 L9(33)優化熱處理制備 RS的最佳工藝參數。試驗結果見表3。

表 3 L9(33)試驗方案及結果分析表

由表 3可知,對大米淀粉進行壓熱處理時,影響RS得率的主次因素為:B(熱處理溫度)>C(熱處理時間)>A(淀粉乳質量分數),最優的因素水平組合為:A2B2C2,即淀粉乳質量分數為 30%,熱處理溫度為120℃,熱處理時間70 min。采用此組合進行驗證性試驗,得 RS產率為 9.54%,此結果比采用直接分析的最好條件 A1B2C2得到的 RS產率 (9.25%)要高,但差別不大。

3 結論

淀粉的熱處理條件影響 RS的得率。正交試驗優化熱處理制備大米 RS的工藝條件為:淀粉乳質量分數 30%、熱處理溫度 120℃,熱處理時間 70 min。采用此組合進行驗證性試驗,得 RS產率為 9.54%。

[1]Englyst H N,Andersen V,Cummings J H.Starch and nonstarch polysaccharides in some cereal foods[J].Journal theScience of Food and Agriculture,1983,34:1434-1440

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[6]朱旻鵬,李新華,劉愛華.玉米抗性淀粉的制備及其性質的研究[J].糧油加工與食品機械,2005,5:79-82

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[8]韓曉芳,李新華.壓熱法制備蕎麥抗性淀粉的研究[J].糧食與飼料工業,2008,12:25-27

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[10]高嘉安.淀粉與淀粉制品工藝學[M].北京:中國農業出版社,2001:24.

Preparation of Rice Resistant Starch by Pressure-Heating Treatment

(Hunan Biological and Electromechanical Polytechnic,Changsha 410127)
Li Cuilian Fang Beishu Huang Xiaoling

Resistant starch has become a hotspot of scientific study in food nutrition field due to its functional characteristics.Producing rice resistant starch from rice starch by pressure-heating treatmentwas studied.Taking the conversion rate of rice starch to resistant starch as evaluation index,the influencing factorswere investigated and the processing parameters were optimized.Results:Temperature of the heat treatment is the most important factor,fol2 lowed by heating ti me and rice starch concentration in substrate.The opti mum processing parameters are heating tem2 perature 120℃,heating time 70 min and rice starch concentration of substrate 30%.The conversion rate of rice starch to resistant starch is 9.54%.

rice starch,resistant starch,pressure-heating treatment,preparation

TS231 文獻標識碼:A 文章編號:1003-0174(2010)05-0030-04

湖南省農業科學技術計劃(2008-257)

2009-06-24

李翠蓮,女,1965年出生,教授,食品生物技術