玉米抗性淀粉的制備及其對肌原纖維蛋白凝膠特性的影響

胡方洋，張坤生，陳金玉，馬葆菁，祁亞男，李蕓，唐莉果，鄧金香，宋健臣

（天津市食品生物技術重點實驗室，天津商業大學生物技術與食品科學學院，天津300134）

近年來，隨著人民生活水平提高，高血糖、高血脂、高血壓等“富貴病”患病率呈上升趨勢。《2016 年全球營養報告》指出，“三高”屬于營養不良，此類“患者”大約占全球1/3 人口。改善和解決這個問題最有效方法就是改善居民膳食營養結構，增加膳食纖維的攝入[1]，因此開發具有營養和保健功能的食品非常重要。淀粉因其廉價且易獲得而成為日常飲食最普遍的碳水化合物，也是人體主要能源供給物[2]。

抗性淀粉作為淀粉的加工優化產品，因在食品加工中穩定性良好，具有生物活性而成為現代營養學和食品科學領域研究熱點。抗性淀粉熱量低，類似膳食纖維[3-4]，具有降低血清膽固醇、調節血糖、預防結腸癌[5-7]、穩定腸道菌群以及調節腸道健康等生理功能[8]。抗性淀粉應用于肉及其制品的加工生產，還可改善肉制品的質構、持水性等品質特性[9]。

肌原纖維蛋白是肌肉中主要蛋白質，是形成凝膠的重要組成成分。蛋白質與淀粉多糖之間相互作用可形成混合凝膠，改善蛋白的凝膠質構特性，與肉制品的硬度、彈性和出品率密切相關[10]。目前，大多是單一研究抗性淀粉的制備工藝及理化性質[2]，關于抗性淀粉對肌原纖維蛋白凝膠特性影響的機理并不清楚。故研究不同方法制備抗性淀粉及抗性淀粉對肌原纖維蛋白凝膠特性的影響十分必要。

本試驗以玉米淀粉為原料，分別利用濕熱超聲法、濕熱酶法、微波濕熱法、二次循環濕熱法制備抗性淀粉，以得率為主要指標，確定玉米抗性淀粉的制備方法，對其理化特性進行測定。并將玉米抗性淀粉以不同添加量添加至肌原纖維蛋白中，研究其對蛋白凝膠特性的影響。以期為抗性淀粉的制備提供參考并為其在低脂、功能肉制品中的應用提供基礎的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

玉米淀粉：梁山菱花生物科技有限公司；雞胸肉：市售；普魯蘭脫支酶（BR，1 U/mg）：河南果晨生物科技有限公司；耐高溫淀粉酶（BR，4 000 U/g）：源葉生物有限公司；葡萄糖糖苷酶（BR，100 000 U/g）：河南吉乾生物科技有限公司；檸檬酸、檸檬酸鈉（分析純）：天津市大茂化學試劑廠；丙三醇、乙醇（分析純）：天津市富宇精細化工有限公司；無水葡萄糖（分析純）：江蘇泰楚化工有限公司；3，5-二硝基水楊酸試劑、NaCl、NaOH（分析純）：天津市風船化學試劑科技有限公司。

SMSTA TA.XT plus 質構儀：英國Stable Micro Systems 公司；RISE-2008 激光粒度分析儀：濟南潤芝科技有限公司；WF J7200 可見分光光度計：尤尼柯（上海）儀器有限公司；HW-S24 電熱恒溫水浴鍋：上海一恒科學儀器有限公司；FA2004A 電子天平：上海精天儀器有限公司；H185 臺式高速冷凍離心機、H1650-W 臺式高速離心機：長沙湘儀離心機儀器有限公司；IKA T10高速組織勻漿機：德國IKA 公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 抗性淀粉的制備

1.2.1.1 濕熱超聲法

淀粉調乳[玉米淀粉∶去離子水=1∶4（g/g）]，濕熱處理（水浴95 ℃，30 min），超聲處理（40 ℃，30 min），老化處理（-4 ℃，24 h），25 ℃放置，干燥（60 ℃，36 h），磨粉，過80 目篩。

1.2.1.2 濕熱酶法

淀粉調乳[玉米淀粉∶去離子水=1∶4（g/g）]，濕熱處理（水浴95 ℃，30 min），普魯蘭脫支酶（1 U/mg，160 μL，12 h），老化處理（-4 ℃，24 h），25 ℃放置，干燥（60 ℃，36 h），磨粉，過80 目篩。

1.2.1.3 微波濕熱法

淀粉調乳[玉米淀粉∶去離子水=1∶4（g/g）]，微波處理（90 ℃，240 s，750 W），濕熱處理（水浴95 ℃，30 min），老化處理（-4 ℃，24 h），25 ℃放置，干燥（60 ℃，36 h），磨粉，過80 目篩。

1.2.1.4 二次循環濕熱法

淀粉調乳[玉米淀粉∶去離子水=1∶4（g/g）]，濕熱處理（水浴95 ℃，30 min），老化處理（-4 ℃，24 h），濕熱處理，老化處理，25 ℃放置，干燥（60 ℃，36 h），磨粉，過80 目篩。

1.2.2 還原糖含量的測定

利用二硝基水楊酸法（dinitrosalicylic acid,DNS）測還原糖的含量[11]。準確稱取0.1 g 無水葡萄糖（預先在105 ℃干燥至恒重）至小燒杯，用少量蒸餾水溶解后，轉移到10 mL 容量瓶中，定容，搖勻后即得到濃度為1 mg/mL 葡萄糖標準液，取7 支25 mL 的試管，分別加入0、0.2、0.4、0.6.、0.8、1.0、1.2 mL 葡萄糖標準液，再分別加入2.0、1.8、1.6、1.4、1.2、1.0、0.8 mL 蒸餾水，然后依次加入3，5-二硝基水楊酸試劑1.5 mL。溶液混合均勻，沸水浴5 min，取出后迅速用冷水冷卻至25 ℃，加蒸餾水定容到25 mL，搖勻。以0 mL 葡萄糖管為空白對照，于540 nm 波長處測定吸光值。以葡萄糖濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制標準曲線。

1.2.3 抗性淀粉得率的測定

采用Goni 法并做適當改進，將抗性淀粉轉換為葡萄糖計算。DNS 法測定上清液中還原糖的含量，并根據下列公式計算抗性淀粉的得率[12]。

式中：C 為葡萄糖濃度，mol/L；V 為樣品提取液體積，mL；W 為樣品質量，mg；α 為顯色用樣品液體積，mL。

1.2.4 溶解度和膨脹度的測定

參照何君的方法[13]，稱取1 g 樣品，加入20 mL 蒸餾水，置于離心管中，分別在65、75、85 ℃溫度下振蕩水浴加熱30 min。冷卻至25 ℃，3 000 r/min 下離心15 min，取上清液烘干后稱其質量，上清液為溶解淀粉部分，沉淀物為膨脹淀粉部分，按下式計算溶解度S 和膨脹度P。

式中：A 為上清液蒸干后的質量，g；W 為樣品質量，g；D 為離心后沉淀的質量，g。

1.2.5 抗性淀粉持水性的測定

稱取5 g 樣品，加入100 mL 蒸餾水，置于離心管中，分別在45、55、65、75 ℃和85 ℃溫度下振蕩水浴加熱15 min 后。在3 000 r/min 下離心15 min，棄去上清液，沉淀物稱重，按下式計算持水性（water holding capacity，WHC）。

式中：m0淀粉的質量，g；m1離心管的質量，g；m2去除水分后淀粉與離心管的質量，g。

1.2.6 粒度測定

使用激光粒度分析儀分別測定了普通玉米淀粉與抗性淀粉的粒度。測定參數為：分析時間60 s，泵速25.5 mL/h，溫度21 ℃。

1.2.7 肌原纖維蛋白提取及含量測定

根據童今柱等[14]的方法并加以修改提取肌原纖維蛋白。以新鮮雞肉為原料，將雞肉剁碎后，加入4 倍體積的肌原纖維蛋白提取液，用均質機高速勻漿60 s，在4 ℃、5 000 r/min 條件下離心15 min，取沉淀，重復這一操作2 次后；向所得沉淀中加入4 倍體積的0.1 μmol/L NaCl 溶液，高速勻漿，與上述相同條件離心，重復3次；棄上清液，即獲得肌原纖維蛋白。以牛血清蛋白為標準品，采用雙縮脲法測定蛋白含量。

1.2.8 肌原纖維蛋白凝膠的制備

用0.6 mol/L NaCl 溶液配制40 mg/mL 的肌原纖維蛋白溶液。分別添加0%、10%、20%、30%的玉米抗性淀粉，均質。從25 ℃水浴加熱升至75℃后，恒溫10 min，取出冷卻，放入4 ℃冰箱一夜即得。

1.2.9 凝膠質構的測定

1.2.10 凝膠強度的測定

參考PANG 等[15]測定凝膠強度的方法并略作修改。測定參數：探頭P/0.5，測試前速1 mm/s，測試速度1 mm/s，測試后速度1 mm/s，壓縮比為40%，觸發類型為自動，觸發力5 g。每個樣品平行測定3 次。

1.2.11 凝膠持水性的測定

參考岳鑒穎等[16]的方法并稍作改進。以離心后凝膠質量占原質量的百分比計為持水性，公式為式（6）。

式中：m0離心管質量，g；m1離心前離心管和蛋白凝膠總質量，g；m2離心后離心管和蛋白凝膠總質量，g。

1.3 數據處理

采用Excel2010、Origin8.5 對試驗數據進行統計分析與作圖。

2 結果與分析

2.1 標準曲線方程

圖1 和圖2 分別為葡萄糖標準曲線和肌原纖維蛋白標準曲線。

圖1 還原糖含量標準曲線Fig.1 Standards of reducing sugar content

圖2 肌原纖維蛋白標準曲線Fig.2 Standards of myofibrillar protein

從圖1 可看出，試驗所得葡萄糖標準曲線方程為y=0.214 1x-0.001 6，R2=0.999 7，x 為葡萄糖濃度（mol/L），y 為吸光度。從圖2 可知，肌原纖維蛋白標準曲線方程為y=0.145x+0.001 2，R2=0.999 7，x 為肌原纖維蛋白含量（mg/mL），y 為吸光度。通過計算，得到所提取的肌原纖維蛋白的含量為22.26 mg/mL。

2.2 抗性淀粉的性質

2.2.1 抗性淀粉得率

工作環節分布分別是裝卸手術刀片時5例次(10.20%)，手術刀片、縫針傳遞時15例次(30.62%)，穿針時7例次(14.29%)，手術過程中器械劃傷3例次(6.12%)，術中噴濺4例次(8.16%)，掰安瓿時2例次(4.08%)，給患者輸液時4例次(8.16%)，采血時1例次(2.04%)，整理醫療廢物時6例次(12.25%)，檢驗人員更換試劑時1例次(2.04%)，醫技人員維修病床時劃傷1例次(2.04%)。

不同方法制備抗性淀粉的得率見圖3。

圖3 抗性淀粉得率Fig.3 Yield of resistant starch

由圖3 可知，4 種不同的處理方法均能提高抗性淀粉的得率，其中微波濕熱法和二次循環濕熱法制備的抗性淀粉得率相近，分別為9.1%、9.4%，濕熱酶法和濕熱超聲法得率相近，分別為10.7%、10.4%。濕熱酶法和濕熱超聲法所得的抗性淀粉得率相較于微波濕熱法和二次循環濕熱法的得率較高。其原因可能與不同處理方法的作用方式有關。酶處理使淀粉中的支鏈糖苷鍵水解或溶出，使其淀粉鏈破裂；超聲波在溶液中主要是空穴效應，加速了溶質與溶劑之間的相互運動，摩擦和作用力增強，從而切斷淀粉分子鏈形成較短的C-C 鏈，更有利于氫鍵作用，在老化過程中重新形成雙螺旋結構，從而得到抗性淀粉。微波濕熱法和二次循環濕熱法也是通過改變淀粉中氫鍵的斷裂與締合程度而制得抗性淀粉[17]，都是先經過預糊化的方式制備抗性淀粉，不如酶、超聲波處理得率高。

2.2.2 抗性淀粉溶解度與膨脹度

圖4 為抗性淀粉在不同溫度下的溶解度和膨脹度的測定結果。

圖4 溶解度與膨脹度Fig.4 Solubility and swelling power of resistant starch

由圖4 可知，在65 ℃～85 ℃的溫度范圍內，隨著溫度的升高，抗性淀粉的溶解度降低，溫度越高溶解度降低的的幅度越大；而膨脹度逐漸增大，且隨溫度的升高增大幅度較大；在85 ℃時，與原淀粉相比，抗性淀粉溶解度較低。淀粉的溶解度可表示淀粉顆粒中的微小分子滲入到水相中的程度，也可表示淀粉的結構穩定程度及其耐熱性[18]。溶解度隨溫度的升高而降低，說明抗性淀粉的結構穩定且耐熱性好。淀粉的膨脹度表示結晶區與無定形區內的直鏈與支鏈淀粉的結合程度，受直鏈與支鏈淀粉的比例、聚合度及分子量等因素的影響[19]。淀粉膨脹度與吸水能力密切相關，淀粉膨脹度的增大降低了淀粉的結晶度，提高了淀粉的水化能力，增強了淀粉的持水性。

2.2.3 抗性淀粉持水性

不同溫度下玉米原淀粉與其抗性淀粉的持水性變化趨勢見圖5。

由圖5 可知，玉米淀粉的持水性受溫度影響，隨著溫度從45 ℃升高至85 ℃，原淀粉與抗性淀粉持水性均呈增大趨勢，且玉米抗性淀粉持水性大于原淀粉。隨著溫度的升高，淀粉分子內部逐漸糊化斷裂，生成更多的氫鍵與水結合，致使淀粉的持水性逐漸增大[20]。這與2.2.2 中膨脹度結果一致。

圖5 抗性淀粉持水性Fig.5 Water holding capacity of resistant starch

2.2.4 抗性淀粉粒度

抗性玉米淀粉和玉米原淀粉的粒徑圖見圖6。

圖6 抗性玉米淀粉和普通玉米淀粉的粒徑分布Fig.6 Particle size of resistant corn starch and common corn starch

淀粉顆粒的大小與淀粉性質密切相關，直接影響其膨脹能力、水結合能力、糊化、凝膠化能力。由圖6可以看出，玉米原淀粉的粒徑主要集中在12 μm～50 μm，而抗性淀粉粒徑90%以上大于150 μm，抗性淀粉的粒徑明顯大于玉米原淀粉。淀粉顆粒粒徑越大，其膨脹度就越大，越易吸水膨脹，持水性越好，透明度越高[21]。這與2.2.2 和2.2.3 中抗性淀粉膨脹度、持水性結果一致，即抗性淀粉的吸水性與膨脹度優于玉米原淀粉。

2.3 抗性淀粉對肌原纖維蛋白凝膠特性的影響

2.3.1 凝膠質構

質構是食品的四大要素之一。食品組分以及彼此之間的相互作用決定著食品質構。在肌原纖維蛋白中添加不同質量的玉米抗性淀粉，對其蛋白凝膠的質構測定結果如圖7、圖8 所示。

由圖7 可知，添加抗性淀粉后，蛋白凝膠的回復性、彈性、黏聚性均降低。這與添加抗性淀粉的粒徑有關，抗性淀粉粒徑越大，其填充至蛋白凝膠三維網絡結構中吸水膨脹，持水性增加，彈性降低。這與艾志錄等[22]在不同來源淀粉特性對水晶皮質構品質的影響結果一致。但隨抗性淀粉添加量繼續增加，彈性有所增大。

由圖8 可知，添加抗性淀粉后蛋白凝膠的硬度有所降低，咀嚼度差異不大，可在肉制品中添加適量抗性淀粉以降低其硬度，改善感官品質。

圖7 蛋白凝膠質構Fig.7 The texture of protein gel

圖8 蛋白凝膠質構Fig.8 The texture of protein gel

2.3.2 凝膠強度

凝膠強度是蛋白凝膠的一個重要品質特性。凝膠強度越高，則說明凝膠結構越緊密，形成的凝膠越牢固穩定，且好的凝膠特性不僅可以提高蛋白類食品的品質，還可以提高其產品的得率。

圖9 是不同添加量的玉米抗性淀粉對肌原纖維蛋白凝膠強度的影響。

圖9 樣品蛋白凝膠強度Fig.9 Gel strength of sample protein

由圖9 可知，添加抗性淀粉可明顯增強蛋白凝膠強度，隨抗性淀粉添加量的增加，肌原纖維蛋白凝膠強度增大，在添加量為20%時達到最高，繼續添加抗性淀粉，蛋白凝膠強度有小幅度的降低。表明抗性淀粉的添加影響蛋白凝膠強度，玉米抗性淀粉添加量為20%的蛋白凝膠結構相對緊密，形成的凝膠也相對牢固穩定[23]。在實際加工過程中，可根據實際情況挑選合適的添加量，以制備結構緊密，品質穩定的凝膠產品。

2.3.3 凝膠持水性

凝膠持水性與蛋白凝膠制品的嫩度和營養成分緊密相關。持水性可以表征蛋白分子之間形成的網狀結構，持水性越高則蛋白質結構穩定性好。此外，持水性也決定著蛋白凝膠制品的最終感官質量[24]。

圖10 是不同添加量的玉米抗性淀粉對肌原纖維蛋白凝膠持水性的影響。

圖10 蛋白凝膠持水性Fig.10 Water holding capacity of protein gel

由圖10 可以看出，抗性淀粉添加量與蛋白凝膠持水性呈正相關，隨著玉米抗性淀粉添加量的增加，持水性也相應的增大。由此可知，在肌原纖維蛋白中添加20%的玉米抗性淀粉時，抗性淀粉與蛋白分子之間形成的網狀結構較為緊密、勻稱，整體蛋白凝膠的結構穩定性較好。這與凝膠強度結果一致。

3 結論

以抗性淀粉得率為指標，利用濕熱超聲法、濕熱酶法、微波濕熱法、二次循環濕熱法4 種方法制備玉米抗性淀粉。結果表明，4 種處理方式均能提高玉米抗性淀粉得率，其中濕熱超聲法與濕熱酶法的抗性淀粉得率較高，分別為10.4%和10.7%。因超聲方法方便簡單且成本低，故選取濕熱超聲法制備抗性淀粉。對其性質進行研究發現，在65 ℃～85 ℃范圍內，溫度對抗性淀粉的溶解度、膨脹度有影響；持水性隨溫度（45 ℃～85 ℃）的升高而增大；與普通玉米淀粉相比，抗性淀粉的顆粒度大。超聲處理玉米淀粉可形成粒度大，結構緊密且持水力好的抗性淀粉。

此外，將玉米抗性淀粉添加至雞胸肉肌原纖維蛋白中發現，抗性淀粉的添加量影響肌原纖維蛋白凝膠特性。添加抗性淀粉后，肌原纖維蛋白凝膠的硬度、彈性、凝聚性以及回復性均降低，彈性隨抗性淀粉添加量的增加而增大，咀嚼度無明顯變化。與肌原纖維蛋白凝膠相比，添加玉米抗性淀粉的蛋白凝膠強度和持水性也呈增大趨勢。抗性淀粉可明顯改善肌原纖維蛋白凝膠特性，改善凝膠品質。可為抗性淀粉在肉制品中的應用，以及開發新型肉制品提供相應的理論基礎和經驗。