甘薯和玉米淀粉回生制備支鏈淀粉的再回生特性

郭俊杰，劉立增，孫海波，連喜軍

(1．天津商業大學理學院化學系，天津300134;2．天津市農作物研究所，天津300384;3．天津商業大學天津市食品生物技術重點實驗室生物技術與食品科學學院，天津300134)

甘薯和玉米中含有60%以上的支鏈淀粉［1-3］，現有文獻研究了支鏈淀粉的碘吸附性、糊化、結晶和空間結構等方面的特性［4-9］，但單獨研究支鏈淀粉回生特性的文獻較少。據文獻報道［10］，支鏈淀粉對回生抗性淀粉的形成沒有作用，但作者課題組發現［11］，玉米回生淀粉中含有23．6%的支鏈淀粉。糯米淀粉中幾乎沒有直鏈淀粉，但糯米淀粉仍然會產生回生作用［12］，因此支鏈淀粉也有回生作用，只是支鏈淀粉的回生速度比較慢，要測定其回生抗性淀粉含量需要更長的時間［13］。支鏈淀粉的回生特性對深入了解含有直、支鏈淀粉的回生本質具有重要的意義，本文通過測定甘薯和玉米回生淀粉中支鏈淀粉的再次回生前后的可見和紅外圖譜，分析甘薯和玉米支鏈淀粉的回生特性。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

甘薯和玉米淀粉 市售，水分含量甘薯18．5%、玉米 19．4%(w∶w)，直鏈淀粉含量甘薯 19．2%、玉米26．8%;高溫ɑ-淀粉酶 天津市諾奧科技發展有限公司提供;濃鹽酸、氫氧化鈉 均為分析純。

YXQG02手提式電熱壓力蒸汽消毒器 山東安德醫療科技有限公司;電熱恒溫水浴鍋、DH-101-3BS型電熱恒溫鼓風干燥箱 天津市中環實驗電爐有限公司;BCD-229KB海爾冰箱 青島海爾股份有限公司;LXJ-Ⅱ離心沉淀機 上海醫用分析儀器廠;FA1104N電子天平、YD202N電子天平 上海精密科學儀器有限公司;UV-2501pc，UV-VIS recording spectrophotometer紫外可見掃描分光光度計 Shimadzu Japan;Bio-Rad FES135 infrared spectrometer紅外分光光度計 美國Bio-Rad公司。

1.2 實驗方法

1．2．1 支鏈淀粉制備及回生工藝 10g甘薯或玉米淀粉溶入100mL蒸餾水中，95℃糊化30min，放入高壓鍋中120℃高壓40min，取出后于4℃下冷藏3d。將冷藏老化后的淀粉放入水浴鍋加熱，添加0．6mL高溫淀粉酶(酶活力25000U/mL)酶解30min后離心，沉淀，沉淀溶于40mL 4．0mol/L KOH中，添加3倍體積正丁醇攪拌后離心，上清液中添加無水乙醇至酒精度為70%，攪拌離心得到沉淀，干燥后即為支鏈淀粉［14］。支鏈淀粉回生過程及其回生后支鏈淀粉制備與以上相同。

1．2．2 支鏈淀粉回生率測定方法 支鏈淀粉回生率測定方法參考文獻［11］。淀粉回生率計算方法為:回生后淀粉經淀粉酶、蛋白酶水解后離心、水洗干燥得到回生淀粉質量為M(1)，原甘薯和玉米支鏈淀粉質量為M(0)。

回生率(%)=(M(1)/M(0))×100

1．2．3 淀粉紫外可見吸收測定 將5mg淀粉溶于5mL 4．0mol/L KOH中，再用濃鹽酸調節pH到中性，加1滴碘液，靜置30min后用紫外可見掃描分光光度計 UV-2501pc，UV-VIS recording spectrophotometer(Shimadzu Japan)測定最大吸收波長。

1．2．4 淀粉紅外分析 將干燥淀粉與光譜純KBr混合，用紅外分光光度計 Bio-Rad FES135 infrared spectrometer測定淀粉紅外吸收，測定溫度為27℃。

1．2．5 數據統計 每個樣品做5個重復，取平均值，每個樣品數據與平均值相減后計算均差。

2 結果與分析

2.1 甘薯和玉米支鏈淀粉回生率

實驗結果表明，甘薯和玉米支鏈淀粉的回生率分別為2．5%和1．6%，前期實驗結果顯示，在相同條件下甘薯和玉米淀粉的回生率分別為 8．5%和21．7%。根據文獻［13］，濃度為 25% 的糯米支鏈淀粉冷凍7d，回生率達到了32．6%，說明只有時間足夠長，支鏈淀粉才可以形成與直鏈淀粉一樣高的回生度。回生過程直、支鏈淀粉相互作用對回生率的影響應該更大，文獻中顯微圖顯示［11］，含有直支鏈淀粉的甘薯回生淀粉結構更接近支鏈淀粉的樹枝狀，這可能是直鏈淀粉與支鏈淀粉的A鏈或B鏈形成雙螺旋進而以氫鍵方式排列成規則形狀導致，當淀粉液中無直鏈淀粉時，這種規則形狀排列所需時間延長。

2.2 回生前后甘薯和玉米支鏈淀粉最大可見吸收變化

由圖1可知，甘薯支鏈淀粉回生前后可見最大吸收分別為627．4、570．4nm;玉米支鏈淀粉回生前后可見最大吸收分別為569．8、568．8nm。甘薯支鏈淀粉回生后鏈長變化比較大，說明甘薯支鏈淀粉鏈長分布不均勻，比較長的鏈在回生過程與短鏈形成雙螺旋，酶解過程長鏈被淀粉酶打斷。玉米支鏈淀粉鏈長回生前后變化不大，說明玉米支鏈淀粉鏈長分布比較均勻，回生酶解沒有打斷太多長鏈支鏈淀粉。結合玉米支鏈淀粉回生率低，含相同直鏈淀粉條件下，可以推測支鏈淀粉鏈長分布越均勻，該淀粉的回生率越低。長鏈支鏈淀粉對于快速回生可能起到促進作用，具體作用機理有待進一步研究。

2.3 回生前后甘薯和玉米支鏈淀粉紅外吸收變化

由文獻［15-22］可知，3425cm-1和 1649cm-1表示有吸附水存在;2931、2760cm-1附近強吸收為6號碳原子上亞甲基的C-H伸縮振動;1321cm-1附近的峰為基團-CHOH-的C-H彎曲振動;1150～1155cm-1附近中等吸收峰為C-O-H的彎曲振動;1076cm-1附近吸收峰為糖苷鍵的 C-O-C伸縮振動;1018～1032cm-1為支鏈淀粉的C-C和 C-O伸縮振動，860cm-1為葡萄糖環上的C-O-C骨架振動;778cm-1附近中等吸收為CH2平面搖擺振動;由圖2可以看出，甘薯和玉米回生淀粉中的支鏈淀粉的紅外圖形很相似，主要區別在于無定形區的C-C和C-O伸縮振動，甘薯支鏈淀粉為1032cm-1，玉米支鏈淀粉為1023cm-1。甘薯支鏈淀粉在此處化學位移大于玉米支鏈淀粉的，可能跟甘薯支鏈淀粉的分支度比較大有關。與文獻中甘薯和玉米原淀粉紅外圖譜相比，支鏈淀粉中亞甲基的C-H伸縮振動(2930cm-1附近)強度降低，1321cm-1附近的彎曲振動增強(轉為強峰)，說明支鏈淀粉中各碳原子連接的氫原子間相互作用增強了，大分子間相互作用空間結構發生扭轉。圖2a和c中無998cm-1和930cm-1處吸收，與文獻［16］推測998cm-1為直鏈淀粉的 C-C和C-O伸縮振動和930cm-1附近吸收為α-1，4-糖苷鍵的對稱伸縮振動的觀點是一致的。圖中1884cm-1處峰應該是脂肪的吸收峰，與脂肪相關的吸收峰還有3420、1645和1414cm-1附近的吸收峰。由圖2b和d可知，這些峰在回生后支鏈淀粉中消失，說明回生過程含脂肪的支鏈淀粉沒有參與回生。當沒有蛋白和脂肪時，淀粉中水的O-H伸縮振動應該在1605cm-1附近。純支鏈淀粉應該無亞甲基吸收。圖中無文獻所述［15-22］回生淀粉在 1047、995cm-1處的紅外吸收，可見回生淀粉中這些峰的形成與直鏈淀粉有關，與支鏈淀粉無關。回生后支鏈淀粉出現881和660cm-1兩個明顯的新峰，881cm-1處的峰可能是支鏈淀粉C-H的彎曲振動，該振動是回生支鏈淀粉超分子相互作用時大分子平面發生扭曲導致。而660cm-1處的峰可能是支鏈淀粉C-C-CO基團面內彎曲振動引起，這主要與還原端1號碳原子的半縮醛結構有關。可用這兩個峰與1020cm-1附近吸收峰強度比值代替淀粉中1047/1022cm-1表示回生淀粉中結晶區與無定形區的比例。

圖1 甘薯和玉米支鏈淀粉及其回生淀粉最大可見吸收Fig．1 The maximum absorbance wavelength of sweet potato and maize amylopectin before and after retrogradation

3 結論

圖2 甘薯和玉米支鏈淀粉及其回生淀粉紅外吸收圖Fig．2 The IR spectra of sweet potato and maize amylopectin before and after retrogradation

甘薯和玉米支鏈淀粉回生所得回生支鏈淀粉雙螺旋結構長度基本相同。反映支鏈淀粉回生結晶的紅外吸收峰隨淀粉種類發生變化，說明不同淀粉結晶結構差異主要由支鏈淀粉差異引起。同時單獨回生支鏈淀粉紅外圖與直、支鏈淀粉同時存在的原淀粉回生后紅外圖有明顯區別，說明回生過程直、支鏈淀粉的相互作用對回生晶體晶型的產生有一定的作用。

［1］Abegunde O K，Mu T，Chen J，et al．Physicochemical characterization of sweet potato starches popularly used in Chinese starch industry［J］．Food Hydrocolloids，2013，33(2)：169-177．

［2］周瓊．雙波長分光光度法測定玉米微孔淀粉的直鏈淀粉、支鏈淀粉含量［J］．光譜實驗室，2013，30(4)：1569-1572．

［3］黃光文，沈玉平，李常健．甘薯淀粉含量測定的新方法［J］．湖南農業科學，2010，17：109-111．

［4］洪雁，顧正彪，劉曉欣．直鏈淀粉和支鏈淀粉純品的提取及其鑒定［J］．食品工業科技，2004，24(4)：86-88．

［5］熊善柏，趙思明，張聲華．稻米淀粉的理化特性研究Ⅱ稻米直鏈淀粉和支鏈淀粉的理化特性［J］．中國糧油學報，2003，18(2)：5-8，20．

［6］程飛，余志敏，李少華，等．支鏈淀粉含量對玉米淀粉漿料糊化和結晶性能的影響［J］．作物學報，2011，32(11)：69-72．

［7］韓文芳，孔進喜，吳越，等．大米支鏈淀粉在二甲亞砜溶液中的分子構象［J］．食品科學，2012，33(13)：108-111．

［8］蔡一霞，王維，朱智偉，等．不同類型水稻支鏈淀粉理化特性及其與米粉糊化特征的關系［J］．中國農業科學，2006，39(6)：1122-1129．

［9］賀曉鵬，朱昌蘭，劉玲瓏，等．不同水稻品種支鏈淀粉結構的差異及其與淀粉理化特性的關系［J］．作物學報，2010，36(2)：276-284．

［10］楊光，楊波，丁霄霖．直鏈淀粉和支鏈淀粉對抗性淀粉形成的影響［J］．食品工業科技，2008，29(6)：165-167．

［11］Lian X，Zhao S，Liu Q，et al．A photographic approach to the possible mechanism of retrogradation of sweet potato starch［J］．International Journal of Biological Macromolecules，2011，48(1)：125-128．

［12］孫玲玲，熊柳，李凡飛，等．響應面法優化β-淀粉酶抑制糯米支鏈淀粉回生工藝的研究［J］．食品科技，2009，3：154-158．

［13］張坤生，寧仲娟，連喜軍，等．冷凍對糯米淀粉回生的影響［J］．食品工業科技，2013，34(21)：49-51．

［14］Lian X，Zhang K，Liu Q，et al．A possible structure of retrograded maize starch speculated by UV and IR spectra of it and its components ［J］ ．InternalJournalofBiological．Macromolecules，2012，50(1)：119-124．

［15］Lian X，Zhu W，Wen Y，et al．Effects of soy protein hydrolysates on maize starch retrogradation studied by IR spectra and ESI-MS analysis［J］．International Journal of Biological Macromolecules，2013，59：143-150．

［16］Flores-Morales A，Jiménez-Estrada M，Mora-Escobedo R．Determination of the structural changes by FT-IR，Raman，and CP/MAS 13C NMR spectroscopy on retrograded starch of maize tortillas［J］．Carbohydrate Polymers，2012，87(1)：61-68．

［18］Van Soest J J G，de Wit T H，Vliegenthart J F G．Retrogradation of potato starch as studied by Fourier transform infrared spectroscopy［J］．Starch/Starke，1994，46(12)：453-457．

［19］Tester R F，Karkalas J，Qi X．Starch-composition，fine structure and architecture［J］．Journal of Cereal Science，2004，39(2)：151-165．

［20］Sevenou O，Hill S E，Farhat I A，et al．Organisation of the external region of the starch granule as determined by infrared spectroscopy［J］ ．International Journal of Biological Macromolecules，2002，31(1-3)：79-85．

［21］Smits A L M，Frank C R，Johannes F G，et al．Ageing of starch based systems as observed with FT-IR and solid state NMR spectroscopy［J］．Starch/St?rke，1998，50(11-12)：478-483．

［22］García-Rosas M，Bello-Pérez L A，Yee-Madeira H，et al．Resistant starch content and structural changes in maize(Zea mays)tortillas during storage［J］．Starch/St?rke，2009，61(7)：414-421．