環氧氯丙烷交聯淀粉的制備及其體外消化性能的研究

閔玉濤，宋彥顯，馬鳳青，馬慶一，*

(1.中州大學，河南鄭州450044;2.鄭州輕工業學院，河南鄭州 450002)

環氧氯丙烷交聯淀粉的制備及其體外消化性能的研究

閔玉濤1，宋彥顯1，馬鳳青2，馬慶一2，*

(1.中州大學，河南鄭州450044;2.鄭州輕工業學院，河南鄭州 450002)

以環氧氯丙烷為交聯劑，制備土豆交聯淀粉。用正交實驗考察環氧氯丙烷用量、氫氧化鈉用量、反應溫度和反應時間四個因素對交聯度的影響，確定最佳工藝條件，并對體外消化條件進行優化，對不同交聯度淀粉的消化速度進行研究。體外淀粉消化條件的優化實驗顯示，消化產物測定的最佳條件為:波長485nm，顯色溫度100℃，顯色時間30min，葡萄糖濃度范圍0～80μg/mL，其回歸方程為y=0.0044x－0.005，R2=0.9988，且樣品溶液在2h內顯色穩定。各因素對交聯淀粉制備影響的重要性依次為環氧氯丙烷用量、氫氧化鈉用量、溫度及反應時間;最佳工藝條件為:以50g土豆淀粉計，環氧氯丙烷用量為1.00mL，氫氧化鈉用量為0.75g，溫度50℃，時間6h，土豆交聯淀粉和交聯前相比，消化性降低了13.7%～34.5%，且與交聯度呈負相關。

環氧氯丙烷，交聯淀粉，體外消化

糖尿病是一種由遺傳和環境因素相互作用而引起的，以高血糖為主要標志的臨床綜合癥。近年來糖尿病發病率呈逐年上升趨勢，根據糖尿病對胰島素的依賴與否，可分為Ⅰ型(胰島素依賴型)和Ⅱ型(非胰島素依賴型)，糖尿病患者中約90%左右為Ⅱ型，其主要癥狀為餐后高血糖。體內淀粉等碳水化合物在α－淀粉酶催化作用下轉化為糊精和麥芽糖。后者進一步水解為葡萄糖，經小腸吸收進入血液，可導致餐后血糖上升。餐后高血糖引起的并發癥是糖尿病患者死亡的重要原因之一。抗性淀粉(RS)是一種新型的低熱量功能性食品基料，它不能被小腸中的淀粉酶類水解，因而可延緩餐后血糖升高，其物理特性與普通淀粉基本相同，不影響食品的質構及口感［1］。同時，抗性淀粉是一種雙歧桿菌增殖因子，并有減肥等其他生理功能。美國專利(US2006025381A1)宣稱它可以調節和控制餐后血糖［2］。目前國內外對于RS4(化學改性淀粉)的相關研究主要集中在通過變性來提高淀粉的加工使用特性(如增強粘度、抗剪切力等)方面，在糖尿病治療方面的應用研究鮮有報道。本文以環氧氯丙烷為交聯劑制備土豆交聯淀粉，通過體外消化模型研究其降糖活性，為新型降糖因子的研究與開發提供了實驗依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

土豆淀粉 鄭州毛莊農產品批發市場;MD31(500)即用型透析袋 上海基星生物科技有限公司;豬胰α－淀粉酶 實驗室自制;其他所用試劑 均為化學分析純。

721紫外可見分光光度計 上海第三分析儀器廠;HH－4數顯恒溫水浴鍋 蘇州威爾實驗用品有限公司;800B臺式離心機 長沙英泰儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 體外淀粉消化條件的優化

1.2.1.1 供試樣品溶液的制備 1%的淀粉糊，煮10m in，冷卻至35℃左右，取1m L放入透析袋中，加入0.5m L的α－淀粉酶，置pH6.9的PBS緩沖液中，37℃透析3h，取滲析液，稀釋至適當濃度，即為樣品溶液。

1.2.1.2 檢測波長的選擇 取5%的樣品溶液0.5m L，放入25m L比色管中，加苯酚液1m L，搖勻，并迅速垂直加入5m L濃硫酸，再次搖勻，室溫放置30m in，分光光度計進行波長掃描。

1.2.1.3 苯酚及硫酸用量的選擇 取0.5m L樣品液5份，分別加入苯酚液 0.5、0.6、0.8、1.0、1.2m L，加水至等體積，分別加入5m L濃硫酸，室溫放置30min后，在485nm波長下測吸光度值。另取樣品液0.5m L(5份)，分別加苯酚液1.0m L，再分別滴加濃硫酸2、3、4、5、6m L，并加水至等體積，以上述方法測吸光值。

1.2.1.4 檢測波長的確定 在最佳的反應條件下進行二次掃描，確定最終檢測波長［2］。

1.2.1.5 反應溫度的選擇 取0.5m L同一濃度的樣品液9份，分別加入1.2.1.3所確定的苯酚及硫酸用量，置室溫(25℃)、70、100℃各3份，保溫 30m in后冷卻5m in，485nm測吸光度值。

1.2.1.6 反應時間的選擇 取樣品液0.5m L，在優化反應條件下反應，每隔一定時間于485nm處測吸光度值，以達到吸光度值穩定的最短時間為最佳反應時間。

1.2.1.7 顯色穩定性實驗 在最佳反應條件下每間隔一定時間檢測一次受試樣品吸光度值，考察受試樣品顯色后的穩定性。

1.2.1.8 線性關系的考察及標準曲線的繪制 將系列濃度(0.5、1、5、8、10、30、40、50、60、80、100、200、300、400、500mg/m L)的葡萄糖溶液，各取 0.5m L，以蒸餾水為空白對照，按上述方法顯色檢測，以糖濃度為橫坐標，吸光度值為縱坐標繪制曲線，再以直線部分做出標準曲線，并求出線性回歸方程及相關系數。

1.2.2 土豆交聯淀粉的制備

1.2.2.1 交聯淀粉的制備 取一定量土豆淀粉，溶于堿液中，置于恒溫水浴鍋中，機械攪拌加熱3～5m in后，將含有一定量的環氧氯丙烷的堿液滴加到淀粉乳中，中途不斷攪拌，反應至規定時間。用稀鹽酸調節pH至7.0，靜置30m in后，3000 r/m in離心10m in，共4次，去除上清液，將底部沉積物轉移到搪瓷盤中，置干燥箱中55℃干燥，研磨，即為交聯淀粉。

1.2.2.2 沉降積的測定 稱取0.500g交聯淀粉，放入100m L的燒杯中，加蒸餾水稀釋至2%，將燒杯置于82～85℃水浴加熱，稍加攪拌，保溫2m in，取出冷卻至室溫。取10m L糊液置于帶刻度的離心管中，4000 r/m in離心2m in，將上清液轉入10m L量筒中，讀值，計算沉降體積。沉降積計算公式為:S=10－V，式中:S為沉降積(m L)，V為上清液體積(m L)。

1.2.2.3 正交實驗法篩選最佳工藝條件 取50g土豆淀粉，選用正交實驗法，對環氧氯丙烷、氫氧化鈉用量、反應溫度、反應時間4個因素的3個水平進行篩選，以交聯淀粉的沉降積作為主要考核指標。

表1 正交實驗因素水平表

1.2.3 淀粉消化性能的研究 取0.5%淀粉溶液(已沸騰5m in)1m L于透析袋中，再加入0.5m L稀釋好的α－淀粉酶，系口，放入37℃的緩沖溶液中透析3h。每30m in取透析液一次，每次0.5m L，分別置于6支試管中，以緩沖液為空白樣。以上述1.2.1的方法測吸光度值。

2 結果與討論

2.1 淀粉體外消化產物測定條件

2.1.1 檢測波長的選擇 由圖1可看出，最大吸收峰在485nm處。

圖1 樣品掃描色譜

2.1.2 苯酚及硫酸用量選擇 由表2、表3可知，苯酚及硫酸用量分別選擇0.6、4m L為宜。

表2 苯酚用量選擇

2.1.3 檢測波長的確定 苯酚及硫酸用量選擇后的色譜與圖1相比，發現最大吸收波長并沒改變，仍為485nm，所以最終確認最大吸收波長為485nm，由于在最大波長處信噪比最大，靈敏度最高，所以選擇檢測波長在最大吸收波長。

2.1.4 反應溫度及時間的選擇 由表4可知，100℃下吸光度值最大，由表5可知，反應30m in后吸光度值基本穩定，因此反應溫度選擇100℃，反應時間定為30m in。

表4 不同反應溫度下的吸光度

表5 不同反應時間下的吸光度

2.1.5 顯色穩定性實驗 由表6可知，2h內顯色基本穩定。2.1.6 線性關系的考察及標準曲線的繪制 由圖2和圖3可看出，糖濃度在0～80μg/m L范圍內線性關系良好，其回歸方程為 y=0.0044x－0.005，R2=0.9988。

表6 不同時間的吸光度值

圖2 濃度與吸光度之間的關系

圖3 標準曲線

2.2 交聯淀粉正交實驗結果

2.2.1 正交實驗的設計

2.2.1.1 環氧氯丙烷用量的選擇 隨著環氧氯丙烷用量增加，產品交聯度增加。因此，選環氧氯丙烷用量0.25、0.65、1.00m L分別為正交實驗的3個水平。

2.2.1.2 氫氧化鈉用量的選擇 氫氧化鈉在交聯反應中起到催化作用，其加入量關系到交聯反應的好壞。如果氫氧化鈉在反應中過量，乳液中會出現局部凝膠或糊化現象，既影響產品的質量又影響產率，致使反應不均勻［3］，過濾、洗滌也發生困難，最重要的是影響產品質量并且降低產率;若氫氧化鈉用量不足，交聯反應中所產生的鹽酸會逐漸積累，后者會使環上的氧質子化，從而使對氧原子上親核進攻引發的交聯反應速度減慢，達不到所需的交聯度。

2.2.1.3 反應溫度和時間 選擇適宜的反應溫度和時間，是控制反應速度、確定生產周期的主要因素。較高的溫度有利于交聯反應的進行，但溫度超過70℃，淀粉乳液會糊化［4］;一定條件下適當延長反應時間可提高產率，但時間過長不利于工業化生產;因此選擇的反應溫度和時間范圍分別為25～70℃、2～10h。

2.2.1.4 氯化鈉的作用 在交聯反應中，淀粉乳在攪拌情況下，淀粉顆粒吸著堿極易膨脹，不易制出交聯度較高的產品，在反應中加入一定量的中性無機鹽，如無水氯化鈉、硫酸鈉，可抑制淀粉顆粒的膨脹，提高交聯淀粉在使用過程中的穩定性［5］。

2.2.2 正交實驗結果分析 對正交實驗結果作極差分析，結果見表7。

表7 正交實驗結果

從表7結果直觀分析可知，由于沉降積越小，交聯度越高，5號交聯淀粉的交聯度最高，其次是3、7號。

根據極差分析可知，在設定的水平范圍內交聯反應條件最佳組合為:A2B2C2D3，即以50g土豆淀粉計，氫氧化鈉用量為 0.75g，環氧氯丙烷用量為1.00m L，反應時間為6h，反應溫度為50℃。各因素對實驗指標影響的重要性依次為環氧氯丙烷用量、氫氧化鈉用量、反應溫度及時間。按此工藝重復3次實驗，測得的沉降積平均值為1.31m L，不僅與直接觀察確定的5號實驗沉降積同處一個水平，并且反應時間短。

2.3 淀粉消化性能的測定

根據線性回歸方程 y=0.0044x－0.005，R2=0.9988，在體外模型系統中測定它們在不同消化時間的消化產物，計算得結果如圖4所示。

圖4 淀粉體外消化性能圖

圖4表明，土豆交聯淀粉顆粒消化性能的變化趨勢與原淀粉糊基本相同，隨著消化時間的不斷增加，消化產物量不斷增大，平均消化速度不斷減小，但其數值遠遠小于原淀粉糊的數值;高交聯度的土豆淀粉的消化速度要明顯慢于低交聯度及原土豆淀粉，隨交聯度的增大，消化速度不斷降低。隨著消化時間的延長，土豆淀粉及微細化樣品的消化產物不斷增加，平均消化速度則不斷減慢。這是因為α－淀粉酶是內切酶，能無規則地水解淀粉分子中的α－1，4葡萄糖甙鍵。在水解初期，淀粉糊中龐大的結構松散的分子很容易被切斷成較小的分子，水解速度較快［6］。但隨著淀粉鏈變短，酶作用底物的結合點也相應減少，且α－淀粉酶不能水解淀粉的α－1，6葡萄糖甙鍵，使水解速度迅速減慢［7］。

影響體外消化系統中淀粉顆粒消化速度的因素主要來自兩方面:一是唾液α－淀粉酶與淀粉顆粒的酶促反應速度;另一原因是消化產物在滲析袋中的擴散和滲析速度。唾液α－淀粉酶與淀粉顆粒作用為固液兩相反應，酶分子首先由液相擴散到淀粉顆粒表面，使酶活性中心與淀粉分子鏈的特定區域結合并定位;然后酶分子的催化部位再進行催化淀粉水解的作用。顯然，由于變性處理而導致的淀粉分子結構和組成的變化會不可避免地影響酶促反應各步的進行，從而影響淀粉顆粒對淀粉酶作用的敏感性。當較低交聯度時，交聯鍵的分布極其稀疏即交聯密度很小［8］。唾液α－淀粉酶是分子內切酶，它以無規則的方式深入淀粉分子鏈的內部對淀粉分子進行水解，所以較低交聯度并不會阻礙唾液α－淀粉酶對淀粉分子的攻擊。隨著交聯度的增加，交聯的空間位阻逐漸體現出來，因而消化速度逐漸降低。此外這些淀粉樣品的消化速度均隨消化時間延長而降低，是因為可與唾液α－淀粉酶作用的合適分子鏈大小的淀粉分子不斷減少的緣故。

3 結論

3.1 消化性能最佳測定條件:波長485nm，顯色溫度100℃，顯色時間30m in，且其樣品液在2h內顯色穩定。

3.2 以葡萄糖作標準品，糖濃度在0～80μg/m L范圍內線性關系良好，其回歸方程為y=0.0044x－0.005，R2=0.9988。

3.3 交聯反應最佳工藝為:以50g土豆淀粉計，氫氧化鈉用量為0.75g，環氧氯丙烷用量為1.00m L，反應時間為6h，反應溫度為50℃。各因素對實驗指標影響的重要性依次為環氧氯丙烷用量、氫氧化鈉用量、溫度及反應時間。

3.4 原土豆淀粉經交聯后其消化性降低13.7%～34.5%，且交聯度與消化性呈負相關性，即交聯度越高(沉降積越小)，消化性能越低。

［1］許安邦.食品分析［M］.北京:中國輕工業出版社，1994:371－372.

［2］郭勇，鄭穗平.酶學［M］.上海:華南理工大學出版社，2003:45－47.

［3］李雪華，尤盛京.食品專用變性淀粉［J］.廣西科學，2000(1):54－56.

［4］余促建.現代有機分析［M］.天津:天津科學技術出版社，1986:132－137.

［5］劉利民.交聯－氧化復合變性淀粉的研制［J］.淀粉與淀粉糖，1996(2):14－16.

［6］張力田.變性淀粉［M］.廣州:華南理工大學出版社，1991:97－99.

［7］張鐘，華平，王立權.羧甲基淀粉作酸奶穩定劑的應用效果研究［J］.飲料工業，2004(4):39.

［8］王顯倫，文向前，張文.淀粉及變性淀粉對面條品質影響研究［J］.鄭州糧食學院學報，2000(9):44－46.

［9］Whistler R L，Bemiller J N，Paschall E F.Starch chemistry and technology［M］.2nd edition，New York:Academic Press，1984:402－406.

Study on preparation and digestibility in vitro of crosslinked starch by epichlorohydrin

MIN Yu－tao1，SONG Yan－xian1，MA Feng－qing2，MA Qing－yi2，*

(1.Zhongzhou University，Zhengzhou 450044，China;
2.Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou 450002，China)

With epichlorohydrin as crosslinking agent，potato crosslinked starch was prepared.Influences of epichlorohydrin dosage，sodium hydroxide dosage，reaction temperature and reaction time were researched using orthogonal test，and optimum technological condition was determined.The digestibility was also studied.The results showed that the optimum determination condition of crosslinked starch was as follows:wavelength 485nm，temperature 100℃，time 30m in，glucose concentration 0～80μg/m L，regression equation was y=0.0044x－0.005，R2=0.9988，and the sample color was stable within 2h.The factors influencing order was epichlorohydrin dosage，sodium hydroxide dosage，reaction temperature and reaction time.The optimal preparation condition was as follows:50g potato starch as material，epichlorohydrin dosage 1.00m L，sodium hydroxide dosage 0.75g，temperature 50℃，time 6h.under the condition above，the digestibility of crosslinked starch decreased by 13.7%～34.5%than raw starch，negative correlation with crosslinking degree.

eplchlorhydrin;crosslinked starch;digestibility in vitro

TS236.9

B

1002－0306(2011)08－0261－04

2010－05－21 *通訊聯系人

閔玉濤(1978－)，碩士，助教，研究方向:食品生物技術。