酶水解法制備玉米抗性淀粉的工藝設計研究

于長偉

（菏澤出入境檢驗檢疫局，山東菏澤274000）

1982年Englyst 在研究中發現有一部分淀粉不能被胰腺淀粉酶和普魯蘭酶等淀粉酶水解，故稱之為抗酶解淀粉，簡稱抗性淀粉。抗性淀粉本身仍然是淀粉，從功能性來看一般被視為膳食纖維，但其化學結構又不同于纖維，化學性質又類似于溶解性纖維，對人體健康非常有益。1992年世界糧農組織根據專家的建議將抗性淀粉定義為：健康者小腸中不能吸收的淀粉及它們的降解產物。抗性淀粉是近十幾年碳水化合物與健康關系研究中一項重要的成果。但國內對抗性淀粉的研發還處于起步階段，科研項目立題、發表的文章申請專利不多，相當數量的食品研究人員未接觸甚至不了解這一領域。朱旻鵬等人對水分含量、壓熱溫度和壓熱時間進行了研究，將玉米淀粉在水分含量為75%，溫度120 ℃下處理30 min，抗性淀粉產率可達10.47%[1]。目前制備抗性淀粉的方法有壓熱法、酸變性法、和酶解法。壓熱法存在工藝條件苛刻、抗性淀粉得率低的缺點；而酸變性法容易使抗性淀粉被有毒有害物質污染。因此，本文對酶解法制備抗性淀粉進行研究，希望能夠尋求一種工藝條件溫和，產率高并且安全健康的方法。

1 材料儀器與方法

1.1 樣品

玉米淀粉：臨沂市東都經貿公司生產。

1.2 試劑

1）蒽酮試劑：取2 g 蒽酮溶于1 000 mL 體積分數為80%的硫酸中，當日配制使用；

2）標準葡萄糖溶液（0.1 mg/mL）：稱取100 mg 葡萄糖，溶于蒸餾水并稀釋至1 000 mL（可滴加幾滴甲苯作防腐劑）；

3）6 mol/L HCl 溶液：50 mL 鹽酸，加水至100 mL；

4）10%NaOH 溶液：稱取10 g NaOH 固體，溶于蒸餾水并稀釋至100 mL；

5）2 mol/L 的KOH 溶液：稱取11.2 gKOH，定容到100 mL；

6）中溫α—淀粉酶：湖南省津市新型發酵有限責任公司生產；

7）糖化酶：無錫市雪梅制劑科技有限責任公司酶制劑廠生產；

8）醋酸鈉、冰醋酸：北京化工生產。

1.3 儀器與設備

1）漏斗、燒杯（100 mL）、移液管（2 mL）、錐型瓶（100 mL）：四川蜀牛玻璃儀器有限責任公司生產；

2）試管架、吸耳球、量筒、膠頭滴管、試管+塞（15 mL）、容量瓶（100 mL）、研缽、濾紙、棕色試劑瓶、燒杯（150 mL）：上海京都儀器有限公司生產；

3）L800 離心機：上海躍進醫療器機械廠生產；

4）GZX—9140 MBE 數顯鼓風干燥箱：上海博訊實業有限公司醫療設備廠生產；

5）HH—S 數顯恒溫水浴鍋：常州市國立實驗設備研究所生產；

6）HZY—3000—C 電子天平：福州華志科學儀器有限公司生產；

7）PHS—3C pH 計：上海康儀儀器設備有限公司生產；

8）T6 可見光分光光度計：北京普析儀器設備有限責任公司生產；

9）DDL—ZX1Kw 電爐：金壇市榮化儀器制造有限公司生產；

10）抽濾機：上海預康科教儀器設備有限公司生產。

1.4 方法

目前對抗性淀粉的結構模型有兩種假設：一種是由直鏈淀粉折疊形成層狀晶體結構；另一種是由直鏈淀粉鏈上特殊區域相互靠攏而形成束狀晶體結構。這些結晶區可以阻止淀粉酶靠近結晶區域葡萄糖苷鍵，使淀粉酶活性基團中結合部位與淀粉分子無法結合，從而導致抗性淀粉產生抗酶解性[2]。因此，可以通過先將淀粉糊化破壞淀粉顆粒的分子序列，使直鏈淀粉從顆粒中溶出；然后將糊化后的淀粉老化使自由卷曲的直鏈淀粉分子相互靠近，通過分子間氫鍵形成雙螺旋，許多雙螺旋相互疊加形成許多微小的晶核，晶核不斷生長、成熟，成為更大的直鏈淀粉結晶的方法制備抗性淀粉。此外，在老化過程中更多的直鏈淀粉有利于高抗性結晶結構的形成。使用α-淀粉酶酶解淀粉使其產生鏈長度均勻且長度適中的淀粉分子，然后用糖化酶酶解來產生長度均一的脫支分子片斷，形成利于分子相互締合成高含量的抗酶解淀粉分子可提高抗性淀粉得率。此次試驗首先用α-淀粉酶在表1 所示的條件下將玉米淀粉酶解30 min，通過正交試驗獲得α-淀粉酶的最佳酶用量、酶解溫度、料液比。然后通過普魯蘭酶在表2 所示的條件下，通過，正交試驗獲得糖化酶的最佳酶用量、酶解時間、pH。糊化條件定為100 ℃，20 min；老化條件定為4 ℃，12 h。

表1 α-淀粉酶酶解條件正交試驗因素水平表Table 1 Level and factors form of α-amylase hydrolysis orthogona lconditions

表2 糖化酶酶解條件正交試驗因素水平表Table 2 Level and factors form of glucoamylase hydrolysis orthogonal conditions

1.5 抗性淀粉檢測方法

抗性淀粉可溶于2 mol/L 的氫氧化鉀溶液并失去抗性。可先用α-淀粉酶和糖化酶酶解，去除普通淀粉，離心后獲得抗性淀粉。然后利用氫氧化鈉溶液將其溶解、加入α-淀粉酶和糖化酶酶解。通過測定還原性糖含量來計算抗性淀粉得率。糖類與硫酸會形成糠醛類化合物，糠醛類化合物會與蒽酮反應顯色，顏色的深淺與糖類的濃度呈正比，通過比色可以得出糖類的含量。

2 結果與分析

2.1 α-淀粉酶酶解條件結果分析

α-淀粉酶酶解條件結果分析結果見表3、表4。

表3 α-淀粉酶酶解的正交試驗結果極差分析Table 3 Range analysis of α-amylase hydrolysis orthogonal

續表3 α-淀粉酶酶解的正交試驗結果極差分析Continue table 3 Range analysis of α-amylase hydrolysis orthogonal

表4 α-淀粉酶酶解的正交試驗方差分析結果Table 4 The result of variance analysis of α-amylase hydrolysis orthogonal

2.2 糖化酶酶解條件結果分析

通過方差分析，試驗中各因素均對實驗有影響，以上述分析方法分析可得出結果如表6 所示。

3 結論

通過對α-淀粉酶的極差分析可以看出各因素對實驗結果影響的顯著程度為酶用量＞料液比＞酶解溫度。其中，每克淀粉中最佳α-淀粉酶用量為0.002 5 g，最佳料液比（質量分數）25%，α-淀粉酶最佳酶解溫度為70 ℃。通過方差分析可以看出α-淀粉酶酶解用量對實驗結果影響比較顯著；料液比對結果影響不顯著；酶解溫度對實驗結果幾乎無影響，其變化所帶來的實驗結果變化是有實驗誤差引起。

表5 糖化酶酶解條件正交試驗極差結果分析Table 5 Range analysis of glucoamylase hydrolysis orthogonal

表6 糖化酶酶解條件正交試驗方差分析結果Table 6 The result of variance analysis of α-amylase hydrolysis orthogonal

通過分析可以看出，糖化酶酶用量對實驗結果影響最大，每克淀粉中最佳糖化酶用量是0.02 g；酶解時間對抗性淀粉的得率影響次之，最佳酶解時間是2.5 h；pH 對抗性淀粉的得率影響最小，最佳pH 為4.5。通過極差分析我們可以看出，酶用量對于實驗結果的影響比較顯著，pH 和酶解時間對結果的影響不大且pH的影響要大于酶解時間。

[1] 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,2005,21(5):80-82

[2] 程燕鋒,王娟,鮑金勇,等.抗性淀粉制備現狀與發展對策的探討[J].食品研究與開發,2007(6):154-155