淮山藥粉-硬脂酸復合物制備及其理化性質研究

（閩南科技學院生命科學與化學學院，福建泉州362332）

淮山藥（Dioscorea opposita），又稱淮山，為多年生藤本植物薯蕷（Dioscorea opposita Thunb.）的塊莖，在我國有兩千多年的種植歷史，是衛生部公布的藥食兩用食物[1-3]，是福建省主要栽培經濟作物之一[4]。淮山藥富含淀粉，淀粉是由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成的高分子化合物，是大多數谷物的主要成分[5]。根據淀粉在人體內不同消化速度，淀粉可分為快消化淀粉（rapidly digestible starch，RDS）、 慢消化淀粉（slow digestible starch，SDS）和抗性淀粉（resistant starch，RS）[6]。根據不同制備方法RS可分為RS1型（物理包埋法）、RS2型（天然抗性淀粉顆粒）、RS3型（老化淀粉）、RS4型（化學改性淀粉）。近年來，一些學者將淀粉與脂肪酸復合物定義為RS5型抗性淀粉，具有抗消化特性，其消化速率主要受淀粉中直鏈含量、支鏈淀粉側鏈鏈長和食物中脂質的影響[7]。根據其熔融解旋溫度，淀粉-脂質復合物分為I型復合物和II型復合物，I型復合物是在較低溫度下形成的[8]，II型復合物是在較高溫度下形成的[9]。目前，制備淀粉-脂質復合物的方法主要有堿液分散法[10]、蒸煮噴射蒸煮法[11]、擠壓蒸煮法[12]等。

本文以淮山藥粉和硬脂酸為原料，在考察硬脂酸添加量、復合溫度、復合時間對淮山藥粉-硬脂酸復合物 （Chinese yam powder-stearic acid complex，CYPSAC）復合效果影響的基礎上，通過正交試驗優化其制備工藝；同時對比淮山藥粉與CYP-SAC的消化率、透明度及凝沉穩定性等理化性質，為將淮山藥粉-硬脂酸復合物作為低熱量、低糖量等食品的良好原料提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗原料與試劑

淮山藥粉：福建省山格農業綜合開發有限公司。其制備流程為：去皮、護色、切片、烘干、打磨成粉。

硬脂酸（C18H36O2）：西隴科學股份有限公司；胰α-淀粉酶（9 U/mg）、糖化酶（100 000 U/g）：上海源葉生物科技有限公司；碘、碘化鉀、鹽酸：蘭溪旭日化工有限公司；氫氧化鈉、磷酸氫二鈉、葡萄糖、五水硫酸銅、酒石酸鉀鈉、磷酸二氫鉀、氫氧化鉀：天津市福晨化學試劑廠；亞甲基藍、乙醇、亞鐵氰化鉀：西隴科學有限公司；以上均為分析純。

1.2 試驗儀器與設備

HH4數顯恒溫水浴鍋：國華電器有限公司；WFZ UV-2802SH型紫外可見光分光光度計：上海尤尼柯儀器有限公司；FA2004電子天平：上海衡平儀器儀表廠；101-1AB型電熱鼓風干燥箱：天津市泰斯特儀器有限公司；TDL-60C低速臺式離心機：上海安亭科學儀器廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 CYP-SAC的復合指數（composite index，CI值）測定

參考陳秉彥[9]上清液法測定CI值。

式中：CI為 CYP-SAC的復合指數，%；ABCcontrol為淮山藥粉的吸光度；ABCsample為CYP-SAC的吸光度。

1.3.2 單因素試驗設計

1.3.2.1 硬脂酸添加量

以等量的淮山藥粉為底物配制料液比為1∶6（g/mL）的淮山藥粉溶液8份，以淮山藥粉質量為基準，分別加入硬脂酸的質量分數分別為0%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%，置于60℃、100 r/min的恒溫振蕩器中糊化1 h。反應產物室溫（25℃）冷卻，用50%的乙醇溶液洗滌（3 000 r/min，10 min）離心 2次，以除去未與淮山藥粉反應的游離硬脂酸，然后涂抹在培養皿上，于40℃烘箱中烘干過夜，用研缽磨粉過60目標準樣篩，即得到CYP-SAC。取CYP-SAC 300 mg放在離心管中，加5 mL蒸餾水，混勻后置于沸水浴糊化20 min，冷卻離心（3 000 r/min，10 min），用移液槍取 25 μL 的上清液與3 mL稀碘液 [0.1%（質量分數）碘單質和2%（質量分數）碘化鉀]于離心管中混合顯色后的溶液，采用紫外分光光度法測定結果，計算CI值。

1.3.2.2 復合溫度

以等量的淮山藥粉為底物配制料液比為1∶6（g/mL）的淮山藥粉溶液26份，分為兩組，一組不加硬脂酸作為對照組，一組加入質量分數5%的硬脂酸，置于100 r/min恒溫振蕩器中糊化1 h，反應過程中溫度變量分別為 30、40、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100℃。反應產物冷卻至室溫（25℃）后，用50%的乙醇溶液洗滌離心（3 000 r/min，10 min）2次，以除去未與淮山藥粉反應的游離脂肪酸，然后涂抹在培養皿上，于40℃烘箱中烘干過夜，用研缽磨粉過60目篩即得到CYP-SAC。取CYP-SAC 300 mg放在離心管中，加5 mL蒸餾水，混勻后置于沸水浴糊化20 min后，冷卻離心（3 000 r/min，10 min），用移液槍取 25 μL的上清液與3 mL稀碘液于離心管中混合顯色后的溶液，采用紫外分光光度法測定結果，通過公式計算CI值。

1.3.2.3 復合時間

以等量的淮山藥粉為底物配制料液比為1∶6（g/mL）的淮山藥粉溶液8份，分為兩組，一組不加硬脂酸作為對照組，一組加入質量分數5%的硬脂酸，置于100r/min恒溫振蕩器中糊化，溫度為55℃，反應過程中時間變量分別為 0.5、1、1.5、2 h。反應產物冷卻至室溫（25℃）后，用50%的乙醇溶液洗滌離心（3 000 r/min，10 min）2次，以除去未與淮山藥粉反應的游離脂肪酸，然后涂抹在培養皿上，于40℃烘箱中烘干過夜，用研缽磨粉過60目篩即得到CYP-SAC。取CYP-SAC 300 mg放在離心管中，加5 mL蒸餾水，混勻后置于沸水浴糊化20 min后，冷卻離心（3 000 r/min，10 min），用移液槍取25 μL的上清液與3 mL稀碘液于離心管中混合顯色后的溶液，采用紫外分光光度法測定結果，通過公式計算CI值。

1.3.3 正交試驗設計

基于單因素試驗基礎，以CI值為指標，選取L9（43）正交表對A硬脂酸添加量（%）、B復合溫度（℃）、C復合時間（h）進行優化試驗，探究CYP-SAC的最優工藝參數，見表1。

表1 正交因素水平表Table 1 Orthogonal factor level tables

1.3.4 CYP-SAC平均消化率的測定

1.3.4.1 葡萄糖含量的測定

參考王啟軍[13]方法，采用直接滴定法測定食品中的還原糖含量。

式中：X為試樣中酶解葡萄糖的含量，g/g；A為堿性酒石酸銅溶液（甲、乙各5 mL）相當于葡萄糖質量，mg；m為樣品的質量，g；V2為測定時平均消耗經酶處理樣品溶液的體積，mL；V1為測定時平均消耗未經酶處理樣品溶液的體積，mL。

1.3.4.2 平均消化率的測定

參考李濤等[14]、琚長霄[15]的方法，根據In-vitro消化模型模擬人體的內環境，進行適當修改。在37℃恒溫水浴環境中模擬人體體溫環境，用胰α-淀粉酶以及糖化酶同時酶解CYP-SAC，兩種酶之間協同作用可抑制胰α-淀粉酶產物環糊精在模型中堆積導致酶活性的降低。再利用透析袋的半透膜特性使酶解的葡萄糖擴散于整個模型體中，以模擬人體腸道功能。再用直接滴定法測定燒杯中緩沖液葡萄糖含量以此計算CYP-SAC的消化率。

式中：V(平均)為平均每 1 h 樣品消化量，%；I為未酶解的淮山藥粉中還原糖含量，g/g；X為在整個模型取出的樣品液中葡萄糖含量，g；P為模型中取出的樣品液體積，mL；W為所用淮山藥粉的質量（干基），g；0.9為葡萄糖質量與淀粉質量轉換系數。

1.3.5 CYP-SAC理化性質的測定

透明度的測定：參考曾紹校等[16]的分光光度法測定最優組的CYP-SAC和原淮山藥粉的透明度，以蒸餾水為空白組，在620 nm的波長下進行測定并記錄讀數，即為透光率。

參考李宏升透明度測定方法[17]測定3次，取其平均數，以百分數表示（%），即為CYP-SAC的透明度。按相同的方法測定淮山藥粉的透明度。

1.4 數據分析

采用DPS2.0數據處理軟件對正交試驗結果進行極差分析和方差分析。

2 結果與分析

2.1 硬脂酸添加量對CYP-SAC的CI值影響

不同硬脂酸添加量對CYP-SAC復合指數的影響見圖1。

圖1 不同硬脂酸添加量對CYP-SAC復合指數的影響Fig.1 Effect of different stearic acid additions on the composite index of Chinese yam powder

如圖1所示，隨著硬脂酸添加量的增加，硬脂酸與淮山藥粉的復合指數呈先上升后下降的趨勢，且添加硬脂酸量為淮山藥粉質量5%時，CI值最大為（74.57±2.46）%。參考劉靜娜等[18]研究可能是因為硬脂酸添加量的增大，提高了淮山藥粉與硬脂酸分子結合的概率，減少淮山藥粉結合碘的概率，從而使吸光度降低，CI值增加；在硬脂酸達到一定添加量時，淀粉分子內部螺旋結構與硬脂酸分子結合程度達到飽和；當硬脂酸濃度過高時，硬脂酸自身產生聚集作用，阻礙了CYP-SAC的形成，且空間位阻過大也會抑制硬脂酸進入淀粉的疏水性空腔，反而進入到淀粉螺旋結構的間隙，從而影響CYP-SAC的形成。

2.2 復合溫度對CYP-SAC的CI值影響

不同復合溫度對CYP-SAC復合指數的影響見圖2。

圖2 不同復合溫度對CYP-SAC復合指數的影響Fig.2 Effect of different compound temperature on the composite index of Chinese yam powder

如圖2所示，隨著復合溫度的升高，CI值總體呈先上升后下降再上升趨勢，當溫度達到55℃時，CI值最大為（83.50±0.87）%。參考孟爽[19]研究可能是由于隨著反應溫度的升高，大米淀粉的結晶區和無定型易形成多孔結構，硬脂酸可與淮山藥粉形成復合物，在30℃～55℃條件下，CYP-SAC因晶核的快速形成，CI值呈急劇增大趨勢，直鏈淀粉的螺旋結構被快速固定，且呈隨機分布，此反應溫度下形成的復合物為I型；無定型復合物在80℃發生熔融現象，此時CYPSAC由I型無定型區向II型轉變過渡，引起包合物結構不穩定造成CI值下降；在80℃～100℃條件下，形成的復合物為II型。

2.3 復合時間對CYP-SAC的CI值影響

不同復合時間對CYP-SAC復合指數的影響見圖3。

圖3 不同復合時間對CYP-SAC復合指數的影響Fig.3 Effect of different compounding time on the composite index of Chinese yam powder

如圖3所示，隨著復合時間的延長，CI值成增大后平穩趨勢，復合時間1.5 h時，CI值達到最大為（86.12±0.62）%。參考曹世陽等[20]研究可能是由于當0.5 h時，因振蕩時間過短、硬脂酸難溶于水，與淮山藥粉不能充分有效接觸，CI值較低；隨著復合時間的延長，淮山藥粉與硬脂酸能夠充分接觸，形成較多的CYP-SAC。

2.4 CYP-SAC制備工藝優化

CYP-SAC復合指數正交試驗及試驗結果見表2。

表2 CYP-SAC復合指數正交試驗及試驗結果Table 2 Composite index orthogonal test and test results

從表2可知，影響CYP-SAC的CI值因素主次順序為B＞C＞A，即復合溫度＞復合時間＞添加量，由極差分析得出優選工藝條件為A1B1C3，即添加硬脂酸量為淮山藥粉質量4%，復合溫度為55℃，復合時間為2 h。

CYP-SAC復合指數正交試驗的方差分析結果見表3。

表3CYP-SAC復合指數方差分析Table 3 Analysis of variance of composite index of CYP-SAC

由表3方差分析可知，該CYP-SAC制備正交試驗模型，其中復合溫度因素（P＜0.01）在試驗水平內對CYP-SAC復合指數影響極顯著。

采用正交試驗最優工藝條件即添加硬脂酸量為淮山藥粉質量4%、復合溫度為55℃、復合時間為2 h進行驗證，具體如下：以等量的淮山藥粉為底物配制料液比為1∶6（g/mL）的淮山藥粉溶液3份，以淮山藥粉質量為基準，分別加入硬脂酸的質量分數4%，置于55℃、100 r/min的恒溫振蕩器中糊化2 h。反應產物室溫（25℃）冷卻，用50%的乙醇溶液洗滌（3 000 r/min，10 min）離心2次后涂抹在培養皿上，于40℃烘箱中烘干過夜，用研缽磨粉過60目標準樣篩，即得到CYPSAC，經檢測得CYP-SAC的CI值為（86.81±1.40）%。

2.5 CYP-SAC理化性質

2.5.1 消化率

淮山藥粉與CYP-SAC的平均消化率見表4。

表4 不同樣品的平均消化率Table 4 Average digestibility of different samples

如表4所示，CYP-SAC的平均消化率明顯低于原淮山藥粉。參考琚長霄[15]研究可能是因為硬脂酸與淮山藥粉分子結合，由于硬脂酸分子比較大，主要結合在淮山藥粉顆粒表面，淮山藥粉顆粒表面的硬脂酸分子會在一定程度上影響酶與淮山藥粉分子的結合位點；且這是最優組的CYP-SAC，CI值最大，復合的硬脂酸最多，顆粒表面被硬脂酸包圍，淮山藥粉與硬脂酸相互作用形成的空間網絡結構最為密集，酶與淮山藥粉結合的空間位阻最大，酶難于接近淮山藥粉的分子鏈，從而使酶速率減慢。

2.5.2 透明度

淮山藥粉與CYP-SAC的透明度見表5。

表5 不同樣品的透明度Table 5 Transparency of different samples

如表5所示，CYP-SAC的透明度明顯低于原淮山藥粉。參考尚佳萃等[21]研究可能是因為淮山藥粉在水中受熱溶脹發生糊化，直鏈淀粉和支鏈淀粉溶于水中，而CYP-SAC不溶于水，且加熱過程幾乎不發生糊化。

2.5.3 凝沉穩定性

淮山藥粉與CYP-SAC的凝沉穩定性見圖4。

圖4 不同樣品的凝沉穩定性Fig.4 Condensation stability of different samples

由圖4可知，經糊化處理的CYP-SAC經過約2 h靜置后，析水率達65%左右后趨于穩定不變。經糊化處理的淮山藥粉，析水率達到73%左右后趨于穩定不變。因此淮山藥粉比CYP-SAC的凝沉穩定性差，CYPSAC的凝沉穩定性有所提升。根據李宏升[17]研究表明這可能是由于淮山藥粉與硬脂酸形成的復合物組成的空間網狀結構阻止了水分子的析出。

3 結論

CYP-SAC最優制備工藝條件為添加硬脂酸4%（淮山藥粉質量計），復合溫度為55℃，復合時間為2 h，在此工藝條件下CYP-SAC的CI值為（86.81±1.40）%、平均消化率為（5.62±0.4）%、透明度為（28.1±0.8）%，CYP-SAC相對于淮山藥粉凝沉穩定性有所提升。本研究結果可為進一步提高淀粉在健康食品領域的應用提供參考。