壓熱酸解法優化木薯抗性淀粉的制備工藝

姜志杰，潘飛燕，蘇立杰，陳櫻萌，鐘永怡，邱振陽，陳驍熠

壓熱酸解法優化木薯抗性淀粉的制備工藝

姜志杰，潘飛燕，蘇立杰，陳櫻萌，鐘永怡，邱振陽，*陳驍熠

（廣州醫科大學公共衛生學院食品質量與安全系，廣東廣州511436）

以木薯淀粉為原料、木薯抗性淀粉得率為質量控制指標，采用正交試驗確定制備木薯抗性淀粉的最佳工藝條件，使用壓熱酸解法研究淀粉乳質量分數、壓熱溫度、壓熱時間、磷酸添加量、糊化時間等因素對木薯抗性淀粉得率的影響。結果表明，制備木薯抗性淀粉的最佳工藝條件為淀粉乳質量分數30%，壓熱溫度120℃，壓熱時間30min，磷酸添加量2.0%，糊化時間30min。在此條件下，木薯抗性淀粉得率為25.95%，與抗性淀粉含量為1.2%的木薯原淀粉相比，其抗性淀粉含量增加24.75%。

木薯；抗性淀粉；壓熱酸解法；優化

抗性淀粉（RS）是膳食纖維的一種，是人類小腸內不能吸收、在腸內被發酵的淀粉及其分解產物，主要分為RS1，RS2，RS3，RS4四類。研究表明，抗性淀粉既能降低糖尿病患者餐后的血糖值，還可以降低血液中膽固醇與甘油三酯的含量，從而有助于預防控制糖尿病及由高血脂引起的一些慢性疾病。此外，抗性淀粉在人體腸道微生物的作用下可產生短鏈脂肪酸，降低結腸pH值，具有預防腸道性疾病的特殊功效[1-3]。但是，存在于各類谷物、豆類等膳食中的原生態抗性淀粉遠不能滿足人們的需求。因此，如何提高抗性淀粉的制備產率已成為目前國內外研究的熱點[4]。

木薯是淀粉含量最高的作物之一，是“十二五”重點發展產業，原產于南美亞馬遜河流域，在我國華南地區，尤其在廣東和廣西種植廣泛[5-6]。目前，木薯抗性淀粉的制備方法主要有壓熱法、酶解或酸解脫支法、超聲波處理法、微波輻射法等[7-8]，其中壓熱法是通過破壞淀粉顆粒分子序列，使直鏈分子從淀粉顆粒中釋放出來，重排后形成直鏈淀粉結晶，減少直鏈淀粉被淀粉酶酶解；而酸解法則通過酸的降解效應水解淀粉溶液中支鏈淀粉的α-1,6糖苷鍵，提高直鏈淀粉含量來增加抗性淀粉產率。將壓熱法與酸解法相結合制備木薯抗性淀粉的方法不僅能夠減少直鏈淀粉被淀粉酶酶解的程度，而且還能促進支鏈淀粉向直鏈淀粉的轉化，從而有效地增加了木薯抗性淀粉得率，并提高了木薯的利用率。目前，采用聯合法制備木薯抗性淀粉的研究尚未見報道，試驗以抗性淀粉得率為品質控制指標，探究淀粉乳質量分數、壓熱溫度、壓熱時間、磷酸添加量、糊化時間等因素對木薯抗性淀粉得率的影響，為木薯抗性淀粉的深加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

木薯淀粉，無錫市天之源食品有限公司提供；耐高溫α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶，廣州瑞千生物科技有限公司提供；胃蛋白酶，北京奧博星生物技術有限公司提供；無水葡萄糖、磷酸、3,5-二硝基水楊酸、酒石酸鉀鈉、硫酸氫鈉、重蒸酚，以及HCl，KCl，NaOH，KOH，均為分析純。

JM-A12001型電子天平，余姚紀銘稱重校驗設備有限公司產品；ME204E/02型電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司產品；DX-8D型三孔電熱恒溫水槽、DZF-6050型真空干燥箱，上海一恒科技有限公司產品；SYQ-DSX-280B型高壓滅菌鍋，上海申安醫療器械廠產品；F203A0177型磁力攪拌水浴鍋，金壇市科杰儀器廠產品；Allergra X-22R型離心機；粉碎機。

1.2 試驗方法

1.2.1 木薯抗性淀粉制備工藝流程

木薯淀粉調乳→壓熱處理→老化→酸化處理→糊化→老化→干燥→粉碎→過篩→木薯抗性淀粉測定。

精確稱取適量的木薯淀粉，調制成一定質量分數的木薯淀粉乳，攪拌均勻后倒入三角瓶中封口，在一定溫度下壓熱一段時間，冷卻至室溫，于4℃條件下老化24 h。添加一定量的磷酸，在沸水浴中糊化一段時間，冷卻至室溫，于4℃條件下老化24 h，再于60℃條件下烘干，粉碎后過80目篩，密封保存。

1.2.2 木薯抗性淀粉制備單因素試驗

分別探究淀粉乳質量分數為5%，10%，20%，30%，40%；壓熱溫度為110，115，120，123，125℃；壓熱時間為10，20，30，40，50 min；磷酸添加量為1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，3.0%；糊化時間為10，15，20，25，30 min時對木薯抗性淀粉得率的影響，選擇最優的制備工藝。

1.2.3 木薯抗性淀粉制備正交試驗

根據單因素試驗結果，選擇影響抗性淀粉得率較大的因素各設3個水平設計正交試驗，以抗性淀粉得率為品質控制指標，確定抗性淀粉得率最高的提取工藝。

1.2.4 抗性淀粉測定方法

（1）還原糖標準曲線繪制[9]。取7支25 m L試管編號，按不同添加量加入各種試劑，沸水浴5 min后，冰水浴冷卻至室溫，用蒸餾水定容至25mL，加塞混勻，在紫外分光光度計下比色。調節波長540 nm，以0號管為對照，測定各管的吸光度。以葡萄糖質量為橫坐標、吸光度為縱坐標，繪制標準曲線并解出直線方程。

還原糖標準曲線見表1。

表1 還原糖標準曲線

（2）抗性淀粉含量的測定。①準確稱取抗性淀粉樣品5.00 g于100 mL燒杯中，加HCl-KCl緩沖溶液（pH值1.5）25mL，再加1 mL胃蛋白酶液（10 g胃蛋白酶，用HCl-KCl緩沖液定容至200mL），40℃恒溫振蕩1 h，自然冷卻至室溫。②用2 mol/L的HCl和0.5 mol/L的NaOH調節pH值至5.8~6.5，加入1.88 g耐高溫α-淀粉酶溶液，置于95℃恒溫水浴中振蕩30 min，自然冷卻至室溫。③調節溶液pH值至4.0~4.5，加入0.188 g葡萄糖淀粉酶溶液，置于70℃恒溫水浴中振蕩1 h，水解可消化淀粉為葡萄糖。冷卻至室溫后以轉速4 000 r/min離心15min，棄去上清液并重復3次，洗掉其中的葡萄糖。④加入5mol/L的KOH 3mL，水浴加熱，攪拌使抗性淀粉溶解。用5mL 3mol/L的HCl中和KOH，調節pH值至4.0~4.5，加入0.188 g葡萄糖淀粉酶溶液，置于60℃恒溫水浴中振蕩1 h，水解溶出的淀粉成葡萄糖。冷卻至室溫后以轉速4 000 r/min離心15 min，收集上清液，蒸餾水洗滌沉淀并離心，重復3次，合并上清液并用蒸餾水定容至100 m L。⑤采用3,5-二硝基水楊酸（DNS）法測還原糖，并用下列公式計算抗性淀粉的含量。

式中：C——葡萄糖標準曲線求得的還原糖質量，mg；

V——樣品提取液的體積，mL；

a——顯色用樣品液體積，mL；

W——樣品質量，g。

2 結果分析

2.1 還原糖標準曲線

回歸方程為：

還原糖標準曲線見圖1。

2.2 木薯原淀粉中抗性淀粉的含量

按照1.2.4的方法對木薯原淀粉中抗性淀粉的含量進行測定，測得抗性淀粉含量為1.2%，與已報道的抗性淀粉含量0.94%[9]相似。

2.3 壓熱酸解法優化制備木薯抗性淀粉的單因素試驗

2.3.1 淀粉乳質量分數對木薯抗性淀粉含量的影響

圖1 還原糖標準曲線

淀粉乳質量分數對木薯抗性淀粉含量的影響見圖2。

圖2 淀粉乳質量分數對木薯抗性淀粉含量的影響

由圖2可知，抗性淀粉含量隨著淀粉乳質量分數增大呈現先緩慢上升后急劇下降的趨勢，在淀粉乳質量分數為30%時出現最大值。這是因為淀粉乳質量分數較低時，淀粉糊化產生的直鏈淀粉分子較松散，難以形成穩定的雙螺旋結構；淀粉乳質量分數較高時，體系水分過少，溫度較高，淀粉結晶區可能發生熔融，導致分子發生降解。因此，在正交試驗時，采用的淀粉乳質量分數分別為20%，30%，40%。

2.3.2 壓熱溫度對木薯抗性淀粉含量的影響

壓熱溫度對木薯抗性淀粉含量的影響見圖3。

圖3 壓熱溫度對木薯抗性淀粉含量的影響

由圖3可知，當壓熱溫度小于115℃時，抗性淀粉含量呈上升趨勢；當壓熱溫度大于115℃時，抗性淀粉含量呈下降趨勢；在壓熱溫度為115℃時，抗性淀粉含量出現最大值。可能是由于在一定的壓熱溫度范圍內，壓熱溫度的上升有利于破壞淀粉晶體結構，釋放直鏈淀粉，但當壓熱溫度高于115℃時，淀粉分子會發生過度降解。因此，在正交試驗時采用的壓熱溫度分別為110，115，120℃。

2.3.3 壓熱時間對木薯抗性淀粉含量的影響

壓熱時間對木薯抗性淀粉含量的影響見圖4。

圖4 壓熱時間對木薯抗性淀粉含量的影響

由圖4可知，隨著壓熱時間的增長，抗性淀粉含量呈先增加后微微減少并趨向平穩的狀態，但總體上的變化波動不大，因此進行正交試驗時不納入此因素。

2.3.4 磷酸添加量對木薯抗性淀粉含量的影響

磷酸添加量對木薯抗性淀粉含量的影響見圖5。

圖5 磷酸添加量對木薯抗性淀粉含量的影響

由圖5可知，當磷酸添加量小于2.0%時，抗性淀粉含量隨著磷酸添加量增加而增加；當磷酸添加量為2.0%左右時，抗性淀粉含量達到最高；繼續增加磷酸添加量，抗性淀粉含量呈現下降的趨勢。這是因為酸可以水解破壞淀粉鏈的結構，產生更多的直鏈淀粉段。酸度低時，主要是水解無定形區的支鏈淀粉。初步的水解能適當增加分子間距離，有利于結晶，使抗性淀粉得率增加。隨著水解程度的加深，無定形區的支鏈淀粉水解完畢，緊密區的直鏈淀粉和支鏈淀粉開始水解，淀粉小分子片段增多，不利于聚合和重結晶，使抗性淀粉得率降低[10]。因此，在正交試驗時，采用的磷酸添加量分別為1.5%，2.0%，2.5%。

2.3.5 糊化時間對木薯抗性淀粉含量的影響

糊化時間對木薯抗性淀粉含量的影響見圖6。

圖6 糊化時間對木薯抗性淀粉含量的影響

由圖6可知，當糊化時間少于25 min時，抗性淀粉含量隨著糊化時間的推移而緩慢增多；當糊化時間為25 min左右時，抗性淀粉含量達到最高；當糊化時間超過25 min時，抗性淀粉含量隨著糊化時間的推移而下降。這是因為淀粉糊化一定時間后，其顆粒均已充分與水混合，內部的直鏈淀粉分子也已完全游離出來，有利于抗性淀粉的形成，但當糊化時間過長時，淀粉鏈有可能被降解而不利于抗性淀粉的形成。因此，在正交試驗時，采用的糊化時間分別為20，25，30 min。

2.4 壓熱酸解法優化制備木薯抗性淀粉的正交試驗

在單因素試驗的基礎上，確定壓熱溫度（A）、糊化時間（B）、磷酸添加量（C）、淀粉乳質量分數（D）為影響制備木薯抗性淀粉的主要因素。采用L9（34）正交表設計正交試驗，探究制備木薯抗性淀粉最優工藝條件。

正交試驗因素與水平設計見表2，正交試驗結果見表3。

表2 正交試驗因素與水平設計

表3 正交試驗結果

由表3可知，壓熱溫度、糊化時間、磷酸添加量和淀粉乳質量分數對木薯抗性淀粉含量均有不同程度的影響，4個因素對木薯抗性淀粉含量的影響程度依次為B>D>C>A。壓熱酸解法優化制備木薯抗性淀粉的最佳工藝組合為A3B3C2D2，即壓熱溫度120℃，糊化時間30min，磷酸添加量2.0%，淀粉乳質量分數30%。

經驗證試驗得知，在A3B3C2D2工藝條件下，測得的木薯抗性淀粉含量為25.95%，高于正交試驗中得分最高的組合A2B3C1D2（試驗6）所測得的木薯抗性淀粉含量（25.77%）。因此，壓熱酸解法制備木薯抗性淀粉的最佳工藝條件為A3B3C2D2，比楊曉惠等人[11]采用壓熱法設計正交試驗制備木薯抗性淀粉，以及尹秀華等人[12]分別用檸檬酸、乳酸和磷酸制備RS3型抗性淀粉得率均高。

3 結論

壓熱酸解法制備木薯抗性淀粉最佳工藝條件為淀粉乳質量分數30%，壓熱溫度120℃，壓熱時間30 min，磷酸添加量2.0%，糊化時間30 min。在此工藝條件下，木薯抗性淀粉含量為25.95%，比木薯原淀粉中抗性淀粉含量增加了24.75%。壓熱酸解法結合使用可以顯著提高木薯淀粉中抗性淀粉的含量，為木薯淀粉的深加工研究提供參考。

[1]Birt D F，Boylston T，Hendrich S，et al.Resistant starch：promise for improving human health[J].Advances in Nutrition：An International Review Journal，2013（4）：587-601.

[2]Bindels L B，Walter J，Ramer-Tait A E.Resistant starches for themanagementofmetabolic diseases[J].CurrentOpinion in Clinical Nutrition&Metabolic Care，2015，18（6）：559-565.

[3]Keenan M J，Zhou J，Hegsted M，et al.Role of resistant starch in improving gut health，adiposity，and insulin resistance[J].Advances in Nutrition：An International Review Journal，2015（2）：198-205.

[4]梁任繁，李文佳，黎炎，等.木薯生理生化及其分子遺傳學研究進展[J].亞熱帶農業研究，2009（1）：5-8.

[5]王惠君，王文泉.木薯應用及發展對策的思考[J].西南農業學報，2006，19（增刊）：380-383.

[6]周世成，劉國琴，李琳.抗性淀粉的制備與應用研究進展[J].糧油食品科技，2009，17（2）：51－56.

[7]潘元風，唐書澤，戴遠威.微波輻射制備蠶豆抗性淀粉研究[J].食品研究與開發，2008，29（5）：15－18.

[8]Kim JH，Tanhehco E J，Ng P K W.Effect of extrusion conditions on resistant starch formation from pastry wheat flour[J].Food Chemistry，2006，99（4）：718－723.

[9]楊俊慧，鄭嵐，馬耀宏，等.馬鈴薯中還原糖不同測定方法的比較[J].食品研究與開發，2011，32（6）：104-108.

[10]李昕，于國萍.酸解壓熱法制備玉米抗性淀粉[J].糧油食品科技，2007（6）：46-52.

[11]楊曉惠，潘元風，劉以娟，等.不同壓熱條件對木薯抗性淀粉制備的影響[J].食品與發酵工業，2010，36（11）：58－62.

[12]尹秀華，譚瑤瑤，吳亨，等.不同酸法制備木薯抗性淀粉的比較[J].食品工業科技，2013，34（21）：107－114.◇

The Optimal Preparation of Cassava Resistant Starch Combined with the Autoclaving Processing and Acid Hydrolysis Method

JIANG Zhijie，PAN Feiyan，SU Lijie，CHEN Yingmeng，ZHONG Yongyi，QIU Zhenyang，*CHEN Xiaoyi
（Departmentof Food Quality and Safety，School of Public Health，Guangzhou Medical University，Guangzhou，Guangdong 511436，China）

With cassava starch as raw materials，output of cassava resistant starch as quality control index，the optimal preparation of cassava resistant starch is explored by orthogonal experiment and the factors influencing the preparation of cassava resistant starch such as concentration of starch slurry，autoclaved temperature，autoclaved time，content of phosphoric acid and gelatinization time.The results show that 30%of starch slurry concentration is autoclaved at 120℃for 30 m in，added 2.0%of phosphoric acid and 30 min of gelatinization.Under this condition，the yield of cassava resistant starch is 25.95%，resistant starch content increased by 24.75%compared 1.2%resistant starch contentof cassava.

cassava；resistant starch；autoclaving processing and acid hydrolysis；optimize

TS234

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.04.009

1671-9646（2017）04a-0026-04

2017-02-15

姜志杰（1990—），男，碩士，研究方向為營養與食品衛生。

*通訊作者：陳驍熠（1965—），女，博士，教授，研究方向為營養與食品衛生。