秈米多孔淀粉制備及微藻油DHA微膠囊化的研究

張 忠，胡居吾，熊 華，杜研學(xué)，白春清，蔣 研，李 婕

（南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌330047）

秈米多孔淀粉制備及微藻油DHA微膠囊化的研究

張 忠，胡居吾，熊 華*，杜研學(xué)，白春清，蔣 研，李 婕

（南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌330047）

采用α-淀粉酶和糖化酶水解秈米淀粉制備多孔淀粉，為優(yōu)化制備條件，以吸油率為指標(biāo)，對(duì)水解溫度、pH、反應(yīng)時(shí)間、酶配比等參數(shù)進(jìn)行了研究，并將多孔淀粉吸附微藻油DHA作為芯材，以包埋率為指標(biāo)，考察不同含量的多孔淀粉對(duì)包埋率的影響，并測(cè)定水分含量。結(jié)果表明：以酶配比8∶1，pH4.5，溫度45℃，水解12h，多孔淀粉吸油率最高為104.12%，用于微藻油DHA微膠囊化，包埋率達(dá)到92.08%，水分含量為3.78%，基本符合添加于奶粉的要求。

多孔淀粉，DHA，微膠囊，包埋率

多孔淀粉是由天然淀粉經(jīng)酶或酸等處理后形成的一種具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的新型變性淀粉。因其表面具有多個(gè)向中心延伸的微孔，使其與原淀粉相比，具有較強(qiáng)的吸附能力，可以吸附除膏狀物質(zhì)以外的任何形態(tài)的物質(zhì)[1-4]。目前，多將其作為微膠囊芯材、吸附劑及功能物質(zhì)的吸附緩釋載體廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、日用化工等行業(yè)。江西是我國(guó)重要的稻谷主產(chǎn)區(qū)之一，生產(chǎn)的大米主要為秈米，以其為原料制備多孔淀粉，勢(shì)必會(huì)提高其附加值，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。DHA，二十二碳六烯酸，俗稱(chēng)腦黃金，是一種對(duì)人體非常重要的多不飽和脂肪酸[5-6]。目前添加于食品和直接用做營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑的DHA主要來(lái)源于魚(yú)油和微藻油，富含DHA的微藻油因有異味[7]，且對(duì)光、熱氧敏感，極易氧化，使?fàn)I養(yǎng)保健和生理活性功能喪失，甚至還會(huì)對(duì)人體造成危害，極大地限制了其在食品加工中的應(yīng)用，目前多采用微膠囊技術(shù)對(duì)其進(jìn)行包埋處理[8-9]。用多孔淀粉吸附微藻油，用微膠囊技術(shù)進(jìn)行包埋，可有效提高微藻油中多不飽和脂肪酸的穩(wěn)定性，防止它們的氧化變質(zhì)，并可使得到的微膠囊粉末顆粒大小分布均勻，提高微膠囊化效率[10-11]。本研究采用α-淀粉酶和糖化酶協(xié)同水解秈米淀粉制備多孔淀粉，并采用正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化制備工藝，以制備出吸油率高的產(chǎn)品。通過(guò)吸附微藻油DHA作為芯材制備微膠囊實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證多孔淀粉的吸附性能，為其作為吸附劑在粉末油脂加工中的進(jìn)一步應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大米淀粉 江蘇寶寶集團(tuán)公司；α-淀粉酶，糖化酶 山東龍科特生物工程有限公司；微藻油 武漢百奧科技發(fā)展有限公司；酪蛋白 河南曙光生物科技有限公司；吐溫-80 上海申宇醫(yī)藥化工有限公司；乳化劑 江西維爾寶食品有限公司；以上試劑及分析所用化學(xué)試劑 均為分析純。

QZR-8型噴霧干燥機(jī) 無(wú)錫市林洲干燥機(jī)廠；GY50-6S均質(zhì)機(jī) 上海東華高壓均質(zhì)機(jī)廠；JB-3型定時(shí)恒溫磁力攪拌器 上海雷磁新涇儀器有限公司；梅特勒-托利多HR83型水分測(cè)定儀 東莞市吉之壟電子儀器有限公司；R205旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海申生科技儀器廠；755B紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司；THZ-82恒溫振蕩器 常州國(guó)華電器有限公司；FA1004電子分析天平 上海上平儀器公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 淀粉酶活力的測(cè)定 2.5g/mL秈米淀粉懸浮液2.0mL加入到50mL三角瓶，加pH4.6的0.2mol/L HAc-NaAc緩沖液2.0mL。40℃預(yù)熱10min，加入1.0mL適當(dāng)稀釋的酶液，在40℃恒溫下振蕩反應(yīng)30min后，加0.5mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%的NaOH溶液終止反應(yīng)。反應(yīng)液用3000r/min離心3min，上層清液用DNS法測(cè)還原糖含量[12-13]。酶活定義：在以上分析條件下，以1h釋放1mg葡萄糖的酶量定義為一個(gè)酶活力單位。

1.2.2 多孔淀粉的制備 稱(chēng)取10g大米淀粉，加入一定pH的HAc-NaAc緩沖液配成懸浮液，在40℃預(yù)熱10min，精確加入適量的α-淀粉酶和糖化酶，恒溫?cái)嚢瑁磻?yīng)一段時(shí)間后，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%的NaOH中止反應(yīng)，以3000r/min的速度離心20min，分離上清液，用于測(cè)定水解率，沉淀物用蒸餾水充分洗滌，在40℃下真空干燥，高速粉碎機(jī)粉碎，過(guò)篩，即可制得多孔淀粉。

1.2.3 多孔淀粉的表面形態(tài)觀察 用電子掃描顯微鏡（SEM）觀察秈米多孔淀粉表面形態(tài)。先在樣品臺(tái)上貼上一層導(dǎo)電膠，將粉末輕輕撒在上面并吹去多余的粉末，然后在樣品上噴金（厚度100μm）供SEM觀察，加速電壓為1kV，觀察時(shí)間應(yīng)盡可能短些，以免電子束長(zhǎng)時(shí)間照射引起人工損傷。

1.2.4 秈米多孔淀粉吸油率測(cè)定 稱(chēng)取1.0g秈米多孔淀粉m1，恒溫下與5mL大豆色拉油混合攪拌30min，置于已知重量的砂芯坩堝中m2，抽濾至沒(méi)有油滴滴下，稱(chēng)重為m3。計(jì)算砂芯坩堝前后的重量差，計(jì)算吸油率。

1.2.5 淀粉水解率測(cè)定 取反應(yīng)完離心的上清液稀釋到一定濃度，用DNS法測(cè)還原糖含量，計(jì)算水解的淀粉含量，除以總的淀粉量計(jì)算水解率。

1.2.6 多孔淀粉吸附DHA微膠囊的制備 稱(chēng)取一定比例的多孔淀粉，乳化劑用量4%、酪蛋白用量3.5%、芯材含量30%，溶解在65～70℃的水中，恒溫?cái)嚢瑁瑢⑽⒃逵图訜岬?0℃，加入到上述水相中混合均勻，用高壓均質(zhì)機(jī)均質(zhì)處理，得均一的穩(wěn)定乳液，乳液在進(jìn)風(fēng)溫度185℃、出風(fēng)溫度85℃條件下，噴霧干燥即可得到以多孔淀粉吸附DHA為芯材的微藻油微膠囊產(chǎn)品。

1.2.7 微膠囊包埋率的測(cè)定 稱(chēng)取2g左右的微膠囊粉末（m）至恒質(zhì)量的三角瓶（m1）中，加入30mL沸程為30～60℃的石油醚，振蕩提取10min。用已知質(zhì)量的濾紙（m2）過(guò)濾上述樣品，并用10mL石油醚洗滌三角瓶和濾渣。將三角瓶和帶濾渣的濾紙轉(zhuǎn)移到60℃烘箱中，20min后取出，冷卻稱(chēng)量（m3）[14]。包埋率平行測(cè)定3次。n為配料中芯材的含量（%）。

1.2.8 水分含量的測(cè)定 用梅特勒-托利多HR83型水分測(cè)定儀測(cè)定微膠囊產(chǎn)品中的水分含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 酶活力測(cè)定

將糖化酶和α-淀粉酶分別稀釋一定的倍數(shù)，在pH4.6，溫度40℃的條件下進(jìn)行測(cè)定，平行測(cè)定三次。結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 酶活力測(cè)定Table 1 Determination of enzymatic activity

2.2 加酶量對(duì)多孔淀粉吸油率的影響

以反應(yīng)溫度40℃、酶配比6∶1、pH4.5、反應(yīng)時(shí)間12h為實(shí)驗(yàn)條件，根據(jù)2.1測(cè)定的酶活力，考察加入不同量淀粉酶對(duì)吸油率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 加酶量對(duì)吸油率的影響Fig.1 Effect of enzyme amount on the oil absorption rate

由圖1可以看出，當(dāng)加酶量小于理論酶解淀粉的40%時(shí)，吸油率隨著加酶量的增加而增大；當(dāng)加酶量超過(guò)40%時(shí)，繼續(xù)添加酶，更多的淀粉顆粒會(huì)被酶水解為更小的顆粒和葡萄糖，導(dǎo)致淀粉顆粒的瓦解和孔結(jié)構(gòu)的破壞，從而使得吸油率反而下降。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，后續(xù)實(shí)驗(yàn)加酶量，都以12h理論酶解40%的淀粉為加酶量。

2.3 酶解正交實(shí)驗(yàn)

在形成多孔的過(guò)程中，是兩種酶的協(xié)同作用，糖化酶是外切型淀粉酶，反應(yīng)初期在淀粉顆粒表面酶解，形成一個(gè)個(gè)很小的孔。隨著水解的進(jìn)行，孔洞慢慢變大，淀粉顆粒吸水溶脹，α-淀粉酶接近顆粒內(nèi)部，α-淀粉酶隨機(jī)內(nèi)切作用，為糖化酶提供新的接觸位點(diǎn)，兩種酶復(fù)合協(xié)同作用不僅提高水解速率，也促使水解從更多點(diǎn)逐步向淀粉分子內(nèi)部推進(jìn)；與此同時(shí)，小孔的孔徑逐漸擴(kuò)大，最后在中心附近相互貫通，形成一個(gè)中空且仍保持基本顆粒形狀的結(jié)構(gòu)[15]。

前期的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，影響酶水解的因素主要有反應(yīng)溫度、酶配比、pH、反應(yīng)時(shí)間等。根據(jù)所選用的糖化酶和α-淀粉酶的最適pH和最適溫度，以吸油率和水解率為指標(biāo)，以反應(yīng)溫度、酶配比、pH、反應(yīng)時(shí)間等為考察因素，設(shè)計(jì)四因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)，制備多孔淀粉最佳反應(yīng)條件。正交實(shí)驗(yàn)因素水平見(jiàn)表2，結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 2 Factors and levels in the orthogonal array design

表3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of the orthogonal array design

圖2 秈米多孔淀粉的SEM圖Fig.2 SEM photo of rice porous starch

由表3可知，對(duì)水解率來(lái)說(shuō)，各因素影響程度大小為：時(shí)間＞溫度＞pH＞酶配比。對(duì)吸油率來(lái)說(shuō)，各因素主次順序?yàn)椋簆H＞時(shí)間＞溫度＞酶配比。水解率表示酶水解淀粉的高低程度，開(kāi)始時(shí)水解率提高，吸油率也會(huì)不斷升高。當(dāng)水解率超過(guò)一定程度時(shí)，水解作用不僅能對(duì)淀粉顆粒起到成孔作用，還會(huì)完全水解部分淀粉，造成吸油率下降，就不能完全反映吸油率的高低。吸油率才是反映多孔淀粉成孔好壞的主要指標(biāo)，多孔淀粉能將油吸附于微孔之中，相比原淀粉，吸油率提高了30%～40%，成孔情況越好，吸油率越高。根據(jù)吸油率，得到最佳工藝條件為酶配比8∶1，溫度45℃，12h，pH4.5。按照優(yōu)化的最優(yōu)工藝條件，重復(fù)三次，所得多孔淀粉的平均吸油率為105.17%，水解率為49.67%。

2.4 多孔淀粉的表面形態(tài)

用掃描電鏡觀察制備的秈米多孔淀粉，觀察多孔淀粉的表面形態(tài)，多孔淀粉的吸油率與其顆粒結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，顆粒產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)，同時(shí)保持顆粒結(jié)構(gòu)，能有較好的吸油效果。

圖2為秈米多孔淀粉顆粒放大11000倍的表面結(jié)構(gòu)電鏡圖，多孔淀粉粒徑大約為6μm左右，顆粒表面產(chǎn)生了許多小孔，淀粉顆粒比較完整，保持了淀粉顆粒的骨架結(jié)構(gòu)，相比原淀粉，大大提高了淀粉的比表面積，可以用于吸附油脂。

2.5 多孔淀粉吸附DHA實(shí)驗(yàn)

以?xún)?yōu)化后的工藝條件制備多孔淀粉，吸附微藻油作為微膠囊的芯材。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室配方，添加酪蛋白、乳清粉等壁材，考察不同含量的多孔淀粉，使得制備的DHA微膠囊具有最大的包埋率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 多孔淀粉用量對(duì)包埋率的影響Fig.3 Effect of porous starch amount on the encapsulation efficiency

多孔淀粉的中空多孔結(jié)構(gòu)，具有較大的比表面積，可以有效吸附包埋微藻油DHA，掩蓋它的不良風(fēng)味，從圖3中可以看出，適當(dāng)?shù)靥岣叨嗫椎矸鄣谋壤梢杂行岣呶⒛z囊的包埋率，但多孔淀粉沒(méi)有乳化性，如果含量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致料液的乳化性不足，從而影響成膜性，使微膠囊包埋率降低。從圖3中可以看出，多孔淀粉的用量在10%左右具有最佳的包埋率92.08%，達(dá)到微膠囊壁材的指標(biāo)要求。

2.6 微膠囊水分含量的測(cè)定

多孔淀粉吸附微藻油微膠囊的水分含量為3.78%，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中奶粉的水分含量要低于5%，符合含水率指標(biāo)要求。

3 結(jié)論

采用正交實(shí)驗(yàn)法，優(yōu)化了酶法制備多孔淀粉的工藝條件，得到的多孔淀粉吸油率最高為105.17%，相比原淀粉，提高了30%～40%。用于吸附微藻油DHA作為芯材，制備微膠囊，得到在多孔淀粉添加量為10%時(shí)，包埋率達(dá)到92.08%，同時(shí)得到的微膠囊，顆粒分布比較均勻，色澤潔白，流動(dòng)性和溶解性較好，基本符合添加于奶粉中的要求。

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Study on porous starch preparation and adsorption micro-algae oil DHA microcapsules

ZHANG Zhong，HU Ju-wu，XIONG Hua*，DU Yan-xue，BAI Chun-qing，JIANG Yan，LI Jie
（State Key Laboratory of Food Science and Technology，Nanchang University，Nanchang 330047，China）

In order to optimize preparation conditions of rice porous starch，the effect of hydrolysis temperature，pH，reaction time，enzyme ratio of glucoamylase and α-amylase were investigated by setting micro-algae oil DHA adsorption ratio as an index.Results indicated that the optimum conditions were enzyme ratio 8∶1，pH4.5，temperature 45℃，hydrolyzed 12 hours.Using the porous starch absorbed micro-algal oil as core materials，the spray-dried microcapsules had an encapsulation efficiency of 92.08%，a moisture content of 3.78%，and the two values were both according with basic requirements of milk powder.

porous starch；docosahexaenoic acid（DHA）；microcapsules；encapsulation efficiency

TS210.1

B

1002-0306（2012）01-0211-04

2011－01－24 *通訊聯(lián)系人

張忠（1987-），男，碩士研究生，研究方向：多孔淀粉與分子印跡。

國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目（2008AA10Z332）；江西省研究生創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)資金。