壓熱法制備紫山藥抗性淀粉

阮思蓮　馬歲祥　吳梟锜等

摘要[目的] 研究壓熱法制備紫山藥抗性淀粉的工藝。[方法] 以紫山藥淀粉為原料，采用壓熱法制備紫山藥抗性淀粉。以抗性淀粉得率作為評價指標，在單因素試驗基礎上，通過正交試驗和方差分析明確因素影響的重要性并優化工藝條件。[結果]試驗表明，影響抗性淀粉得率的因素主次順序為：淀粉乳濃度>溫度>pH>時間，最佳工藝條件為：淀粉乳濃度為30%，溫度為120 ℃，pH為7，時間為60 min，在此條件下抗性淀粉得率為12.92%。[結論] 研究可為開發紫山藥抗性淀粉產品提供理論依據。

關鍵詞紫山藥淀粉；抗性淀粉；壓熱處理

中圖分類號S509.9；TS234文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）07-293-03

Preparation of Purple Dioscorea alata L. Resistant Starch by Pressure-heating Treatment

RUAN Si-lian， MA Sui-xiang， WU Xiao-qi， SONG Hong-bo* et al

（College of Food Science， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002）

Abstract[Objective] To study technique for preparing Purple Dioscorea alata L. resistant starch by pressure-heating treatment. [Method] With Purple Dioscorea alata L. starch as raw material， pressure-heating treatment was conducted to prepare resistant starch. Taking yield as evaluation indicator， on the basis of single factor experiment， orthogonal test and variance analysis were adopted to determine importance of influencing factors and optimize technical conditions. [Result] The experiment showed that the order of influencing factors is starch concentration > temperature > pH > time. The optimized processes were： starch concentration 30%， temperature 120 ℃， pH 7， time 60 min. Under the conditions， the productivity of resistant starch was 12.92%. [Conclusion] The study can provide theoretical basis for development of Purple Dioscorea alata L. resistant starch.

Key wordsPurple Dioscorea alata L.starch； Resistant starch； Pressure-heating treatment

抗性淀粉是指一類在正常人體的小腸中不被消化吸收，而被大腸菌群用以發酵的淀粉及其降解物[1-2]。有生理學家們根據其抗消化性的程度不同把抗性淀粉分為：RS1、RS2、RS3、RS4[3]。其中RS3為回生淀粉，作為抗性淀粉的最主要來源，有著非常顯著的生理功能，例如對便秘癥狀有著預防、緩解和改善的作用，對于類脂、膽固醇等代謝有增強作用[4]，對于礦物質消化吸收起到促進作用[5]，同時，它還具備降低血糖、血脂等功效[6]。開發抗性淀粉產品，具備極大的商業價值[7-8]。

紫山藥（Purple Dioscorea alata L.）又名紫蒔藥、紫淮山藥、紫腳板薯等[9]，在我國南方多個省份普遍種植，目前對于其利用大多停留在煮食方面[10]，對其產后加工以及潛在價值的開發利用仍處在較低水平。鄧子龍等采用發酵法制備紫山藥淀粉，并探討了其部分的理化性質[9]，陶華蕾就紫山藥淀粉的提取工藝和加工利用做了初步研究，研制出紫山藥果凍等產品[10]。筆者主要以紫山藥淀粉為原料，研究壓熱法制備抗性淀粉工藝，可為開發紫山藥抗性淀粉產品提供理論依據。

1材料與方法

1.1材料

供試原料：紫山藥，品種為紫玉淮山，購于福建明溪縣王橋淮山基地。新鮮、無破損、無發霉。

主要試劑：檸檬酸、氯化鈉、氫氧化鉀、3，5-二硝基水楊酸，均為國產分析純；α-淀粉酶（1 000 U/g）、葡萄糖淀粉酶（10萬U/g），美國sigma公司。

主要儀器與設備：UV-1100型紫外可見分光光度計，上海美譜達儀器有限公司；TDL-5-A型低速離心機，上海安亭科學儀器廠；YXQ-LS-18SI型自動手提式滅菌鍋，上海博訊實業有限公司醫療設備廠；THZ-82型水浴恒溫振蕩器，金壇市精達儀器制造有限公司；Sartorius pH計，合肥橋斯儀器設備有限公司；ACS-30電子天平，上海然浩電子有限公司；AR1140電子天平，上海梅特勒托利多儀器有限公司；DHG-9000電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏試驗設備有限公司；JJ-2組織搗碎勻漿機，江蘇天由有限公司。

1.2方法

1.2.1樣品的制備。

紫山藥淀粉：挑選新鮮紫山藥，以清水洗凈，削皮去表面，切分為1～3 mm薄片，用質量分數0.05%檸檬酸、0.10%氯化鈣、0.35%異抗壞血酸鈉的復配護色劑常溫護色15 min后，加入7倍的蒸餾水，用組織搗碎勻漿機進行破碎和勻漿，在超聲波提取器中提取，以4 000 r/min轉速離心10 min進行漿渣分離，收集下層漿液，100目絹布過濾，濾液靜沉6 h，將所得下層沉淀用蒸餾水反復清洗，每次清洗室溫下靜置4 h，棄去上清液，直到上清液澄清為止，置于離心機中以4 000 r/min轉速離心15 min，刮去上層雜質，反復離心除雜。取出沉淀物置于烘箱中45 ℃烘至水分含量為11.8%即可[11]，粉碎，過100目篩，得到紫山藥淀粉樣品。

紫山藥抗性淀粉：稱取一定量的紫山藥淀粉加入蒸餾水配制一定濃度的淀粉乳，調節pH，在沸水浴鍋中先預糊化5 min，再把淀粉乳放置高壓滅菌鍋中，調節蒸汽壓力，在不同溫度下加熱一定時間，使之完全糊化；取出，放置室溫環境中自然冷卻，再將其放置于4 ℃的冰箱中冷藏24 h；樣品以80 ℃烘干18 h，粉碎，過100目篩，得到紫山藥抗性淀粉。

1.2.2抗性淀粉測定方法。

參照Goni等的方法，稍作改進[12]。稱取5 g紫山藥抗性淀粉樣品，加入檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖液，再加入過量的耐高溫α-淀粉酶到50 ml 離心管中，在90 ℃振蕩1 h，冷卻至室溫，調節pH至4.0～4.5，加入過量的葡萄糖淀粉酶，在60 ℃振蕩1 h。以4 000 r/min 離心15 min，棄上清液，重復水洗離心3次。往沉淀中加入2 mol/L的KOH，室溫振蕩0.5 h，使紫山藥抗性淀粉充分溶解于KOH 溶液中。調節pH 為4.0～4.5，加入過量葡萄糖淀粉酶，在60 ℃恒溫水浴振蕩1 h。自然冷卻后，以4 000 r/min離心15 min，收集上清液，用水重復洗滌沉淀3 次，離心，合并上清液，用蒸餾水定容至100 ml，搖勻，備用。用DNS 法測定還原糖含量。抗性淀粉得率按下式計算：

抗性淀粉得率（%）=（m1×0.9×100）/m2

式中，m1為還原糖質量（g）；m2為紫山藥抗性淀粉干基質量（g）；0.9為葡萄糖與脫水葡萄糖基之間的換算系數。

2結果與分析

2.1單因素試驗

2.1.1pH對抗性淀粉得率的影響。

由圖1可知，抗性淀粉得率隨著pH的增大，呈現先增加后減小的趨勢；在pH為7時，抗性淀粉得率達到最大值。淀粉分子的分子間氫鍵受到pH影響顯著，在強酸強堿的環境下，直鏈淀粉分子大量被分解成短鏈分子，短鏈分子移動劇烈，難以接近，不利于抗性淀粉的形成[13]。

圖1pH對抗性淀粉得率的影響

2.1.2時間對抗性淀粉得率的影響。

由圖2可知，在40～60 min范圍內，隨著壓熱處理時間的延長，抗性淀粉得率不斷增加，在60 min時得率達到最大；隨著壓熱時間繼續延長，得率開始下降。可能一方面由于短時間內淀粉糊的黏度并未達到最佳狀態，直鏈淀粉分子不易接近[14]，也可能是由于直鏈淀粉分子并未完全被釋放出來，形成的抗性淀粉少[15]，因此得率偏低。壓熱時間過長時，易導致淀粉分子降解過度，短直鏈淀粉多，難以聚集結晶，影響抗性淀粉的形成[16]。

圖2時間對抗性淀粉得率的影響

2.1.3淀粉乳濃度對抗性淀粉得率的影響。

由圖3可知，在其他條件相同的情況下，淀粉乳濃度在15%～25%范圍內，隨著淀粉乳濃度的增大，得率明顯增加。淀粉糊的黏度情況直接影響到淀粉鏈的伸展空間，即直鏈淀粉分子之間相互接近和形成結晶，在濃度低的情況下，直鏈淀粉分子之間相互接近的幾率減少，不利于抗性淀粉形成[17]。在淀粉乳濃度為25%時，得率達到最大，這是因為在水含量達到一個適當的量，直鏈淀粉分子締合更容易，促進了抗性淀粉的形成[18]。隨著濃度的進一步增大，得率反而降低，是因為在濃度較高的情況下，淀粉在糊化時所需的水含量不夠，也可能因為糊化后，整個體系黏度太大，直鏈淀粉分子之間難以進行有序地排列，因此得率低[19]。

圖3淀粉乳濃度對抗性淀粉得率的影響

2.1.4溫度對抗性淀粉得率的影響。

由圖4可知，壓熱處理的溫度對于抗性淀粉形成具有很大影響，抗性淀粉在高溫下更易形成，原因是只有達到令淀粉粒完全被破壞的溫度，淀粉分子的氫鍵被破壞，直鏈淀粉分子才能被釋放，重新聚合而結晶，隨著溫度升高，被釋放的直鏈淀粉分子越多，游離的淀粉分子接近的概率增大，形成的抗性淀粉自然就越多，因此得率升高[20]。在120 ℃時，抗性淀粉得率最大，高溫可以促進被破碎的淀粉粒幾乎完全釋放出淀粉分子，更易形成抗性淀粉[21-23]。但溫度過高，不僅使淀粉分子降解過度，且淀粉聚合度過小，不利于抗性淀粉的形成，因此得率降低[24]。

圖4溫度對抗性淀粉得率的影響

2.2正交試驗結果分析

在上述pH、壓熱處理時間、淀粉乳濃度和溫度對抗性淀粉得率影響的單因素試驗基礎上，采用L9（34）正交試驗，優化提取工藝。各因素及水平見表1，正交試驗結果見表2。

方差分析顯示，FA=15.028 4，FC=175.489 4，FD=22.836 9，F0.05（2，2）=19.00，F0.01（2，2）=99.00。

由此可以看出，淀粉乳濃度對抗性淀粉得率的影響達到高度顯著，壓熱溫度的影響達到顯著水平，pH和壓熱時間的影響不顯著。影響抗性淀粉得率的各因素主次順序為：C>D>A>B，即：淀粉乳濃度>溫度>pH>時間；制備抗性淀粉的最佳工藝為A2B2C3D2，即：淀粉乳濃度為30%，溫度為120 ℃，pH為7，時間為60 min。

表1正交試驗因素水平

水平因素pH（A）時間（B）∥min淀粉乳濃度（C）∥%溫度（D）∥℃

165020115

276025120

387030125

表2正交試驗結果

試驗號因素pH（A）時間（B）淀粉乳濃度（C）溫度（D）得率%

1111110.21

2122212.12

3133312.31

4212312.19

5223112.51

6231211.24

7313212.60

8321310.61

9332111.28

K134.6435.0032.0634.00

K235.9435.2435.5935.96

K334.4934.8337.4235.11

極差0.480.141.790.65

因素主→次C>D>A>B

最優組合A2B2C3D2

將優化條件驗證試驗號設置為10號，并與正交試驗中抗性淀粉得率最高的試驗7號作對照，如表3所示。

表3優化工藝驗證試驗

試驗號pH時間∥min淀粉乳濃度∥%溫度∥℃得率∥%

78503012012.60

107603012012.92

由表3可知，優化條件（10號）驗證試驗結果較正交試驗中7號試驗所得抗性淀粉得率更高，表明正交試驗優化條件合理。

3結論

通過單因素試驗可知，適宜的pH、時間、淀粉乳濃度和溫度，都能促進淀粉分子的溶出，使直鏈淀粉分子充分釋放，大大促進了抗性淀粉的形成。

淀粉乳的pH設定在中性范圍以及壓熱時間對抗性淀粉的得率影響并不顯著，淀粉乳濃度對于其得率影響達到高度顯著，溫度的影響達到顯著。影響該抗性淀粉得率的各因素主次順序為：淀粉乳濃度>溫度>pH>時間。優化的抗性淀粉的最佳制備工藝參數為：淀粉乳濃度30%，溫度120 ℃，pH為7，時間為60 min，在此條件紫山藥抗性淀粉得率為12.92%。

43卷7期

阮思蓮等壓熱法制備紫山藥抗性淀粉

參考文獻

[1] 劉亞偉，張杰.抗性淀粉制備工藝研究[J].食品與機械，2003（1）：19-20.

[2] MUIR J G，ODEA K.Measurement of resistant starch：factors affecting the amount of starch escaping digestion in vitro.[J].The American Journal of Clinical Nutrition，1992，56：123-127.

[3] 熊春紅，謝明勇，陳鋼.抗性淀粉研究綜述[J].天然產物研究與開發，2007（4）：708-717，661.

[4] ZHANG H X，JIN Z Y.Preparation of resistant starch by hydrolysis of maize starch with pullulanase[J].Carbohydrate Polymers，2011，83（2）：865-867.

[5] 張文青，張月明，楊月欣.抗性淀粉——功能性食物成分[J].國外醫學（衛生學分冊），2005（4）：232-235.

[6] 鄭琳，張元元，齊明.壓熱法制備白扁豆抗性淀粉的研究[J].現代食品科技，2011（6）：647-650，657.

[7] 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.

[8] PERERA A，MEDA V，TYLER R T.Resistant starch：A review of analytical protocols for determining resistant starch and of factors affecting the resistant starch content of foods[J].Food Research International，2010，43（8）：1959.

[9] 鄧子龍，付桂明.腳板薯淀粉的發酵法制備及其淀粉糊流變特性研究[J].食品工業科技，2010（1）：122-125.

[10] 陶華蕾.紫腳板薯淀粉的提取工藝及綜合利用研究[D].南昌：江西農業大學，2011.

[11] 曾紹校.蓮子淀粉品質特性的研究與應用[D].福州：福建農林大學，2007.

[12] GOI I，GARCA-DIZ L，MAAS E，et al.Analysis of resistant starch：a method for foods and food products[J].Food Chemistry，1996，56：445-449.

[13] 鄭琳，張元元，齊明.壓熱法制備白扁豆抗性淀粉的研究[J].現代食品科技，2011（6）：647-650，657.

[14] 李新華，崔靜濤，鐘彥，等.玉米抗性淀粉制備工藝的優化研究[J].食品科學，2008（6）：186-189.

[15] 宋洪波，張麗芳，安鳳平，等.壓熱法制備淮山藥抗性淀粉及其消化性[J].中國食品學報，2014（7）：59-65.

[16] 吳紅引，王澤南，張秋子，等.壓熱-酶法制備碎米抗性淀粉的工藝及其結構特性研究[J].現代食品科技，2011（2）：166-169，165.

[17] 關楊，王可興，陸文彬，等.壓熱法制備蕎麥抗性淀粉工藝優化[J].食品科學，2007（8）：219-223.

[18] 李新華，孫歡龍，王雪，等.壓熱法制備燕麥抗性淀粉的工藝研究[J].食品工業科技，2009（5）：229-231.

[19] 聶凌鴻.馬鈴薯抗性淀粉壓熱制備條件的研究[J].安徽農業科學，2008（1）：314-315.

[20] 袁臘梅，張海德.參薯抗性淀粉的壓熱法制備工藝[J].食品研究與開發，2012（8）：101-106.

[21] 李翠蓮，方北曙，黃小玲.大米抗性淀粉壓熱處理制備工藝的研究[J].中國糧油學報，2010（5）：30-33.

[22] EERLINGEN R C，CROMBEZ M，DELCOUR J A.Enzyme resistant starch quantitative and qualitative influence of incubation time and temperature of autoclaved starch on resistant starch formation[J].Cereal Chemistry，1993，70（3）：345-350.

[23] AYSE NESLIHAN DUNDAR，DUYGU GOCMEN.Effects of autoclaving temperature and storing time on resistant starch formation and its functional and physicochemical properties[J].Carbohydrate Polymers，2013，97（2）：764.

[24] 劉以娟，楊曉惠，王芳兵，等.壓熱法制備綠豆抗性淀粉工藝的優化[J].食品與發酵工業，2011（4）：139-144.