微波糊化酶解制備玉米抗性淀粉實(shí)驗(yàn)研究*

張守花

(鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鶴壁 458030)

抗性淀粉在正常健康人體內(nèi)基本不被吸收和降解，但其獨(dú)具的抑制糖尿病、提高人體免疫能力、促進(jìn)無(wú)機(jī)鹽吸收等功效，以及比膳食纖維更優(yōu)良的加工性能[1-2]，得到食品加工研究者的青睞，作為功能性食品添加劑添加到傳統(tǒng)食品中，加工制作品種多樣的功能性食品。抗性淀粉制備過(guò)程中糊化-老化處理是關(guān)鍵步驟之一，微波加熱具有速度快，時(shí)間短且產(chǎn)生膨化效應(yīng)，可加速淀粉的糊化反應(yīng)[3-4]。本研究將微波技術(shù)應(yīng)用于玉米抗性淀粉的制備過(guò)程中，利用微波加熱淀粉糊化后產(chǎn)生的膨化效應(yīng)促進(jìn)酶解作用，提高抗性淀粉的收率，通過(guò)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，最終確定玉米抗性淀粉最佳微波實(shí)驗(yàn)條件。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與試劑

玉米淀粉，普通市售；葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品，南京森貝伽生物科技有限公司；耐高溫α-淀粉酶,南京添嘉生物科技有限公司。葡萄糖淀粉酶,西安拉維亞生物科技有限公司；胃蛋白酶，河南吉乾生物科技有限公司；酒石酸鉀鈉、氯化鉀、重蒸酚、亞硫酸氫鈉、醋酸鈉、3,5-二硝基水楊酸、氫氧化鈉、鹽酸，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

3,5-二硝基水楊酸試劑(DNS)：取10%氫氧化鈉溶液15.2 mL，加入6.9 g 重蒸酚溶解，用蒸餾水稀釋至69 mL，向稀釋后的溶液中加入6.9 g亞硫酸氫鈉固體溶解混勻。另取10%氫氧化鈉溶液300 mL，加入酒石酸鉀鈉255 g溶解后，加入1%的3,5-二硝基水楊酸溶液880 mL混勻。將上述所得兩種溶液混勻后置于棕色試劑瓶中，室溫放置7天后使用。

1 mg/mL葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確稱取10 mg葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品，加入少量蒸餾水溶解，轉(zhuǎn)移至10 mL容量瓶中定容。

1.2 主要儀器與設(shè)備

恒溫水浴鍋，北京中興偉業(yè)儀器有限公司；離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海美譜達(dá)儀器有限公司；格蘭仕微波爐，廣東格蘭仕電器廠。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 微波糊化酶解制備玉米抗性淀粉工藝流程

稱取一定量的玉米淀粉溶于蒸餾水中調(diào)成乳狀置于微波爐中，調(diào)節(jié)微波功率，加熱使淀粉乳糊化一定時(shí)間，酶化反應(yīng)后冷卻到室溫。4 ℃老化24 h，離心分離。80 ℃干燥16 h，粉碎過(guò)篩，得到抗性淀粉。

1.3.2 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

利用DNS法測(cè)定葡萄糖，分別移取0、0.2 mL、0.4 mL、0.6 mL、0.8 mL、1.0 mL、1.2 mL、1.4 mL葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液于25 mL具塞刻度試管中，加入蒸餾水至2 mL，分別加入2 mL DNS試劑，將試管置于沸水浴中加熱6 min，用冷水迅速冷卻后轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，加入蒸餾水定容，用分光光度計(jì)在520 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度。以吸光度為縱坐標(biāo)，葡萄糖含量為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.3 抗性淀粉含量的測(cè)定

稱取1 g待測(cè)抗性淀粉置于50 mL離心管中，加入10 mL pH為1.5的鹽酸-氯化鉀緩沖液混勻，向混合液中加入0.2 mL胃蛋白酶溶液，在40℃恒溫條件下振蕩1小時(shí)；冷卻至室溫，用氫氧化鈉溶液和鹽酸調(diào)節(jié)pH至6.2左右，加入1 mL耐高溫α-淀粉酶溶液，在37 ℃恒溫水浴條件下振蕩15 h；冷卻至室溫，離心洗滌，所得殘余物加入少量蒸餾水、4 mol/L氫氧化鉀溶液3 mL振蕩混勻，利用鹽酸和醋酸鈉溶液調(diào)節(jié)PH至4.5，加入葡萄糖淀粉酶液，在60 ℃恒溫水浴條件下繼續(xù)振蕩40 min。冷卻、離心、收集上清液、水洗，合并上清液，轉(zhuǎn)移至100 mL的容量瓶中，加入蒸餾水定容，在波長(zhǎng)為520 nm處測(cè)定溶液吸光度，用葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算葡萄糖含量，用下列公式求得抗性淀粉收率[5-7]：

抗性淀粉=葡萄糖(%)×0.9×100%

2 結(jié)果與討論

2.1 淀粉乳濃度對(duì)抗性淀粉收率的影響

配制淀粉乳濃度分別為5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%。調(diào)節(jié)微波爐功率600 W，微波時(shí)間90 s，固定酶化條件，測(cè)定抗性淀粉收率，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 淀粉乳濃度對(duì)抗性淀粉收率的影響Fig.1 Effect of Starch Milk Concentration on the Yield of Resistant Starch

從圖1中可知，當(dāng)?shù)矸廴闈舛葹?5%時(shí)，抗性淀粉收率最高。這是由于淀粉乳濃度過(guò)低，溶液中的反應(yīng)物量不足，使得抗性淀粉收率較小。當(dāng)?shù)矸廴闈舛容^大時(shí)，反應(yīng)溶液黏度較大，微波過(guò)程中糊化程度也較高，影響抗性淀粉的結(jié)晶[8]，使得抗性淀粉收率較低。

2.2 微波功率對(duì)抗性淀粉收率的影響

配制淀粉乳濃度為25%，調(diào)節(jié)微波功率500 W、550 W、600 W、650 W、700 W、750 W、800 W、850 W、900 W(實(shí)驗(yàn)用微波爐最大功率)，微波時(shí)間90 s，固定酶化條件，測(cè)定抗性淀粉收率，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 微波功率對(duì)抗性淀粉收率的影響Fig.2 Effect of microwave power on yield of resistant starch

從圖2中可知，隨著微波功率的增大，抗性淀粉的收率逐漸增大，但當(dāng)功率超過(guò)800 W后，抗性淀粉收率增加變緩，由于實(shí)驗(yàn)條件限制，最大微波功率只能達(dá)到900 W，更高的功率實(shí)驗(yàn)過(guò)程中未進(jìn)行研究。

2.3 微波時(shí)間對(duì)抗性淀粉收率的影響

配制淀粉乳濃度為25%，調(diào)節(jié)微波功率800 W，微波時(shí)間分別設(shè)置為10 s、30 s、50 s、70 s、90 s、110 s、130 s、150 s、170 s、190 s，測(cè)定抗性淀粉收率，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 微波作用時(shí)間對(duì)抗性淀粉收率的影響Fig.3 Effect of microwave treatment time on yield of resistant starch

從圖3中可知，隨微波時(shí)間的延長(zhǎng)，抗性淀粉的收率先增加，收率達(dá)到一定值后，隨時(shí)間增加收率開(kāi)始下降。當(dāng)微波作用時(shí)間為110 s時(shí)，抗性淀粉收率最高。出現(xiàn)這種情況的原因與微波加熱方式有很大的關(guān)系，在微波加熱時(shí)，如果加熱時(shí)間較短，配制的淀粉乳糊化效果較差，糊化過(guò)程不夠充分。同樣如果微波加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的情況下，淀粉乳糊化過(guò)程中損失水分較大，將會(huì)影響后續(xù)酶解反應(yīng)的進(jìn)行。因此無(wú)論時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短，抗性淀粉的形成均受到影響。

2.4 正交實(shí)驗(yàn)

表1 微波糊化酶解制備玉米抗性淀粉L9(34)正交因素水平表

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用L9(34)正交表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)和正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

表2 微波糊化酶解制備玉米抗性淀粉正交試驗(yàn)結(jié)果

由表2極差可以看出，影響抗性淀粉形成的主次依次為：微波時(shí)間、微波功率、淀粉乳濃度，實(shí)驗(yàn)的最佳因素組合為A3B1C2，即微波時(shí)間110 s、微波功率800 W、淀粉乳濃度30%。對(duì)此最優(yōu)組合進(jìn)行驗(yàn)證，玉米抗性淀粉收率達(dá)到13.17%。

3 結(jié) 論

采用微波糊化酶解制備玉米抗性淀粉，通過(guò)單因素研究和正交實(shí)驗(yàn)確定玉米抗性淀粉最佳微波實(shí)驗(yàn)條件為微波時(shí)間110 s、微波功率800 W、淀粉乳濃度30%。通過(guò)最優(yōu)工藝條件驗(yàn)證，微波糊化酶解制備玉米抗性淀粉收率可達(dá)13.17%。