张 芸，李小定，郑政东，何芒芒，李 杰，曲智雅，朱少华，刘 蒙，曲 露，赵思明

(华中农业大学食品科技学院，湖北武汉430070)

抗性淀粉是“能到达人体大肠的淀粉及其降解产物的总称［1］”。作为新型膳食纤维，它具有比普通膳食纤维更优越的生理功能［2］。研究抗性淀粉制备工艺及其形成机理和理化性质，对淀粉加工工艺、增加食品中抗性淀粉的含量、提高食品的营养价值都具有重要意义。甘薯淀粉来源广泛，其直链淀粉含量较高，是制备抗性淀粉的重要来源。目前，国内关于研究甘薯抗性淀粉制备及其理化性质的报道较少。因此，立足我国现有资源制备甘薯抗性淀粉，为甘薯淀粉的深加工提供新途径;并对于提高甘薯淀粉的工业价值及甘薯淀粉制品的质量和档次都具有重要意义。抗性淀粉主要是由直链淀粉组成的［3］。因此，可采用淀粉酶对支链淀粉进行脱支，释放出直链淀粉，有利于在冷却过程中形成抗性淀粉。目前，国内一般采用普鲁兰酶［4］、普鲁兰酶结合物理化学方法［5］或者普鲁兰酶协同α－淀粉酶［6］、β－淀粉酶［7］制备抗性淀粉，利用异淀粉酶的还鲜有报道。本研究采用异淀粉酶对甘薯淀粉进行脱支，释放出直链淀粉，再用超声波处理［8］，形成长度适宜的直链淀粉分子链，再回生形成含量较高的抗性淀粉;并对所制备甘薯抗性淀粉的部分理化特性进行了研究，以期为甘薯抗性淀粉产品的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

甘薯淀粉 实验室自制，干燥后，过120目筛，置干燥器中保存备用;抗性淀粉检测试剂盒 爱尔兰Megazyme;异淀粉酶 西格马公司;其他试剂 均为国产分析纯试剂。

KQ2200DB型数控超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司;Diamond DSC TG－DTA 6300热重/差热综合热分析仪 珀金－埃尔默仪器公司;NEXU S红外光谱仪 美国NICDET公司;APA2000激光颗粒度分布仪 Malvern Instruments Ltd.;JDX－10P3A X射线衍射仪 JEOL Ltd.;JSM－6390LV扫描电子显微镜 JEOL Ltd.。

1.2 实验方法

1.2.1 甘薯抗性淀粉制备方法 取适量甘薯淀粉，用醋酸钠缓冲液(pH3.5，50mmol/L)配制成16%淀粉乳，85℃水浴中搅拌糊化0.5h，冷却至室温，加入异淀粉酶(5×103U/g淀粉)，置50℃水浴保温搅拌13.5h。沸水浴10min灭酶，冷却至室温后，置超声波中40℃超声40min，冷却至室温，加入90%乙醇沉淀抗性淀粉，室温下自然冷却，至4℃冰箱中回生24h，取出后用水洗，醇洗，离心，置烘箱45℃干燥24h，粉碎，过120目筛，置干燥器保存。

1.2.2 抗性淀粉含量测定 用抗性淀粉试剂盒，按照AOAC法2002.02测定抗性淀粉含量［9］。

1.2.3 颗粒粒径分布 干法进样器类型:Scirocco 2000A，通用模式;样品测量时间:8s;背景时间:10s;遮光度界限:上限6，下限0.5;遮光度筛选:12s;样品盘:General Purpose(200g);振动进样速度:60%，分散气压:1.5bar。

1.2.4 光学显微镜与扫描电镜分析

1.2.4.1 光学显微镜分析 将淀粉配成一定浓度悬浮液，取10μL滴于载玻片上，盖上盖玻片，立即用光学显微镜观察，在10倍镜下拍照。

1.2.4.2 扫描电镜分析 将双面胶带贴于扫描电镜的载物台上，用牙签取少许干燥的淀粉样品在双面胶上涂抹均匀并轻轻按压使淀粉黏在胶上。用洗耳球吹去多余的淀粉，然后将载物台置于镀金仪器中，用离子溅射镀膜仪将样品镀金膜，20min后将载物台取出放入扫描电镜中观察即可，电子枪加速电压为15kV，不同放大倍数下观察淀粉的颗粒形态。

1.2.5 红外光谱分析 称取150mg干燥溴化钾粉末于玛瑙研钵研磨5～10min，再加入2mg干燥过的样品，混匀，继续研磨5min。压片，于400～4000波数范围进行红外扫描。

1.2.6 X射线衍射分析 X衍射测定条件:特征射线为Cu靶;管压40kV;电流100mA;测量角度范围4～60°;步长 0.02°;扫描速度 4°/min。狭缝:DS，SS 1mm，RS 0.3mm。

1.2.7 差示扫描量热分析 用精密天平准确称取2.5mg淀粉样品于铝质样品盘中，加入7.5μL去离子水，密封后置室温下平衡1h，放入仪器内的样品座，用密封空的铝盒作参比物，扫描条件如下:扫描范围:30～150℃;扫描速率:10℃/min;气氛:高纯氮，流量:40mL/min。记录扫描并计算吸热曲线上的起始温度To、峰值温度Tp、终止温度Tc和极差温度Tr。

2 结果与分析

2.1 抗性淀粉含量

原甘薯淀粉(含淀粉94.54%，水分15.6%，蛋白质0.26%，粗脂肪 0.25%，灰分 0.44%，直链淀粉17.40%)中抗性淀粉干基含量为8.74%，由甘薯淀粉制备得到的抗性淀粉中RS含量为24.26%，制备效果较好。

2.2 颗粒粒径分布分析

由图1可知，原甘薯淀粉平均粒径为17.593μm。其体积分布表现为不明显的双峰曲线，范围分别为0.356～2.244μm 和 3.991～50.238μm，比例分别为1.8%和98.2%，峰值分别为1.1和15.9μm左右。甘薯抗性淀粉平均粒径为123.394μm，较原甘薯淀粉粒度范围增大，且粒径变大。其体积分布表现为不明显的双峰曲线，比例分别为2.37%和97.63%，峰值分别为15.9μm和112.5μm左右，且大颗粒淀粉比例较大。由此说明，与原淀粉相比，抗性淀粉的总体粒径变大了，部分原淀粉颗粒膨化或聚集成更大的颗粒。

图1 甘薯淀粉和甘薯抗性淀粉的颗粒粒径分布Fig.1 Particle size distribution of sweet potato starch and sweet potato resistant starch

2.3 光学显微镜与扫描电镜分析

图2、图3显示，大部分甘薯淀粉在水中呈球形，少数呈多面体形状;而抗性淀粉呈不规则形状。甘薯淀粉颗粒较完整，表面光滑，颗粒直径范围为2～50μm;经加热糊化、脱支、超声、冷却处理后，形成的抗性淀粉粒径显著增大(较大颗粒的粒径约为120μm)，且几乎看不出淀粉颗粒的形状，呈现极不规则的块状或叠加在一起的团状，颗粒表面十分粗糙且有褶皱和沟壑。在抗性淀粉的制备过程中，甘薯淀粉先发生糊化，颗粒结构被破坏，直链淀粉溶出并在后续老化过程中形成直链淀粉晶体，因此，在扫描电镜图中呈现出不规则颗粒结构及粗糙外观［10］;也表明淀粉经酶水解，仅留下结构坚硬而致密的直链淀粉结晶区和掺杂于结晶区中无定型区的抗性淀粉分子，从而能够抵抗酶消化［11］。

图2 甘薯淀粉和甘薯抗性淀粉的光学显微镜照片(×10)Fig.2 Optical micrographs of sweet potato starch(×10)and sweet potato resistant starch

2.4 红外光谱分析

由图 4 可知，3417、3432cm－1处为缔合羟基的O－H伸缩振动吸收峰;2926、2928cm－1处为饱和 C－H键的伸缩振动吸收峰(糖类的特征吸收峰的范围为2800～3000cm－1);1641、1642cm－1处为醛基C=O的伸缩振动吸收峰;1019、1021、1156、1157、1080cm－1为与伯、仲醇羟基相连的C－O的伸缩振动吸收峰和吡喃糖环的C－O伸缩振动吸收峰;930cm－1为D－吡喃葡萄糖的Ⅰ型吸收带(吡喃环的环非对称伸缩振动);857、858、861cm－1为吡喃葡萄糖的 α 型吸收带;762cm－1为D－吡喃葡萄糖的3型吸收带(吡喃环的环对称伸缩振动)，表明普通甘薯淀粉和抗性淀粉都含有伯、仲醇羟基和α－D－吡喃环结构特征［12］。抗性淀粉没有形成新的基团，即没有发生氧化、取代等其它化学反应，抗性淀粉是物理改性淀粉。

图3 甘薯淀粉和甘薯抗性淀粉扫描电镜照片Fig.3 Scanning electron microscopes of sweet potato starch and sweet potato resistant starch

图4 甘薯淀粉和抗性淀粉的红外光谱图谱Fig.4 Fourier transform infrared spectrum of sweet potato starch and sweet potato resistant starch

2.5 X－射线衍射分析

由图5和表1的数据可知，甘薯淀粉在17.3°左右有较强衍射峰，15.31°和23.26°处出现双肩峰，不同于马铃薯淀粉和玉米淀粉的衍射谱线，故甘薯淀粉的结晶结构为C型，即含A型、B型结晶的混合结构，但更接近 A 型。此结果与 Noda［14］和罗志刚［15］的报道几乎一致。甘薯抗性淀粉颗粒结晶结构表现为B型，在17°左右有一单峰，在20～23°处出现不明显小峰，这些结果与唐忠厚［16］、Gidley［17］的报道几乎一致。

2.6 差示扫描量热分析

图5 甘薯淀粉与甘薯抗性淀粉X－射线衍射图Fig.5 X－ray diffraction patterns of sweet potato starch and sweet potato resistant starch

直链淀粉可以与脂肪酸、单甘油酯、二甘油酯形成V型结晶复合物，此直链淀粉－脂质复合物结晶相大约在 100～120℃ 发生解离，形成熔融吸热峰［18］。To、Tp、Tc主要反映了淀粉的结晶度、结构和分子组成，这些参数的变化主要受周围无定形区的影响。淀粉经过脱支和重结晶后，Tp、Tc均比原淀粉高，这是因为处理后淀粉内部的直链淀粉分子与其它的分子(如直链淀粉分子或支链淀粉分子)发生交互作用、定向排列，使淀粉内部的结构变得紧密坚固，且形成一定数量的晶体。Tr的变化反映了淀粉内部结晶体的差异程度，如结晶体完善程度、晶体大小等，差异程度越大，则Tr越大［19］。甘薯淀粉和抗性淀粉的热性质由 DSC分析仪测定，见图6和表2。甘薯淀粉中也存在少量抗性淀粉，所以甘薯淀粉在86℃呈现明显吸热主峰，淀粉的吸热变化是在凝沉期间直链淀粉重结晶的结果［20－21］。与甘薯淀粉相比，抗性淀粉的糊化峰值温度和终止温度明显升高，显示出较宽的糊化峰，范围为58～110℃，在100.5℃出现单一峰，为抗性淀粉特有的熔融吸热峰，与唐忠厚［11］的报道较接近。说明经改性处理，抗性淀粉的热稳定性得到较大提高，更能耐受热加工处理。

表1 淀粉X－射线衍射特征线Table 1 X－ray diffraction characteristic curve of starch

3 结论

图6 甘薯淀粉和甘薯抗性淀粉的DSC曲线Fig.6 The thermograms of sweet potato starch and sweet potato resistant starch

采用酶法结合超声波处理制备甘薯抗性淀粉，抗性淀粉含量为24.26%，制备效果较好。与原淀粉相比，抗性淀粉的总体粒径变大了，部分淀粉膨化或聚集成更大的颗粒。甘薯淀粉颗粒较完整，呈球形或多面体形，表面光滑;SEM结果表明，经加热糊化、脱支、超声、冷却处理后，形成的抗性淀粉粒径大幅增大，淀粉颗粒形状几乎消失，呈现极不规则的块状或团状，颗粒表面十分粗糙。普通甘薯淀粉与抗性淀粉的红外光谱无明显区别，证明此甘薯抗性淀粉是物理改性淀粉。甘薯淀粉结晶结构表现为C型，甘薯抗性淀粉结晶结构表现为B型。DSC分析发现，抗性淀粉的峰值温度大幅增加，说明经改性处理得到的抗性淀粉的热稳定性明显增强。

表2 甘薯淀粉和甘薯抗性淀粉的热特性参数Table 2 Thermal parameters of sweet potato starch and sweet potato resistant starch

［1］Englyst H N，G J Hudson.The classification and measurement of dietary carbohydrates［J］.Food Chemistry，1996，57(1):15－21.

［2］Sharma A，B S Yadav，Ritika.Resistant starch:physiological roles and food applications［J］.Food Reviews International，2008，24(2):193－234.

［3］Perera A，V Meda，R Tyler.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):1959－1974.

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

［5］Zhao XH，Y Lin.The impact of coupled acid or pullulanase debranching on the formation of resistant starch from maize starch with autoclaving－cooling cycles［J］.European Food Research and Technology，2009，230(1):179－184.

［6］连喜军，王吰，刘旭.α－淀粉酶水解马铃薯淀粉制备抗性淀粉［J］.粮食与油脂，2009(2):11－14.

［7］连喜军，杨美静，郑绍达.多种酶法处理提高马铃薯回生抗性淀粉制备率［J］.粮食与油脂，2010(3):42－47.

［8］连喜军，罗庆丰，刘学燕，等.超声波对甘薯回生抗性淀粉生成的作用［J］.食品研究与开发，2011(1):61－64.

［9］Resistant starch assay procedure.http://secure.megazyme.com/downloads/en/data/K－RSTAR.pdf Accessed July 25，2009.

［10］王娟，刘泽翰，张凯，等.小麦抗性淀粉的理化性质研究［J］.现代食品科技，2012，28(4):374－377.

［11］唐忠厚，陆国权.甘薯抗性淀粉理化特性研究［J］.中国粮油学报，2010(1):37－42.

［12］付蕾，田纪春，汪浩.抗性淀粉理化特性研究［J］.中国粮油学报，2009(5):58－62.

［13］李季伦.微生物生理学［M］.北京:北京农业大学出版社，1993:304－306

［14］Noda T，Takahata Y，Sato T，et al.Combined effects of planting and harvesting dates on starch properties of sweet potato roots［J］.Carbohydrate Polymers，1997，33(2):169－176.

［15］罗志刚，高群玉，杨连生.甘薯淀粉性质的研究［J］.食品科技，2004(2):15－17.

［16］唐忠厚.甘薯抗性淀粉含量变异与理化特性研究［D］.杭州:浙江大学，2006.

［17］Gidley MJ，Cooke D，Darke AH，et al.Molecular order and structure in enzyme－resistant retrograded starch［J］.Carbohydrate Polymers，1995，28(1):23－31.

［18］Matveev YI，Van Soest J，Nieman C，et al.The relationship between thermodynamic and structural properties of low and high amylose maize starches［J］.Carbohydrate Polymers，2001，44(2):151－160.

［19］史苗苗.蜡质玉米、稻米抗性淀粉的酶法制备及性质研究［D］.广州:华南理工大学，2011.

［20］Eerlingen R，Jacobs H，Delcour J.Enzyme－resistant starch.5.Effect of retrogradation of waxy maize starch on enzyme susceptibility［J］.Cereal Chemistry，1994.71:351－355.

［21］Noda T，Isono N，Krivandin AV，et al.Origin of defects in assembled supramolecular structures of sweet potato starches with different amylopectin chain－length distribution ［J］.Carbohydrate Polymers，2009，76:400－409.