微波—双酶解法制备淮山抗性淀粉的研究

2022-03-10傅海庆汪璇汪台湾郭溪远林艳

安徽农学通报 2022年3期

傅海庆汪璇汪台湾郭溪远林艳

摘要：抗性淀粉具有类似膳食纤维的作用，具有重要的生理功能和优良的食品加工性能。为了增加淮山产品的利用价值，通过单因素试验和均匀试验，利用微波-双酶解的方法来研究制备淮山抗性淀粉的工艺，得到其最佳制备工艺参数为：淮山淀粉乳浓度为15%，先用144W微波处理120s后，按6U/g干淀粉加入耐高温淀粉酶酶解75min，再按2U/g干淀粉加入普鲁兰酶酶解3h;酶解液经离心、老化、烘干、粉碎、过筛后即得淮山抗性淀粉样品，其中抗性淀粉得率为14.32%。研究结果可为淮山抗性淀粉的生产提供科学依据。

关键词：淮山;抗性淀粉;微波-双酶解法;均匀试验;工艺

中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2022）03-0132-05

Abstract： Resistant Starch is similar to dietary fiber， and has important physiological functions and excellent food processing properties.In order to increase the use value of the Chinese yam products， by single factor experiments and uniform test， the method of using microwave-two enzyme solution to study the preparation of resistant starch technology of Chinese yam.The optimum preparation parameters were obtained as follows： Chinese yam starch milk concentration was 15%， with 144W microwave effect after 120s， first as 6U/g dry starch to join high temperature amylase enzyme 75min， then 2U/g dry starch to join pullulan enzyme digestion 3h; After centrifugation， aging， drying， crushing and sieving， Chinese yam resistant starch sample was obtained， in which the yield of resistant starch was 14.32%. This study is the application of microwave - two enzymatic hydrolysis method to prepare resistant starch in Chinese yam， which can provide some scientific basis for the production of resistant starch in Chinese yam.

Key words： Chinese yam; Resistant starch; Microwave - two enzymatic hydrolysis; Uniform test; Process

淮山（Dioscorea opposita Thunb.）為薯蓣科植物薯蓣的块茎。薯蓣，又称为山药、淮山药、怀山药、淮山、薯药、玉芋等，据不完全统计，山药的各种名称有350种左右[1]。山药根茎肉质洁白，营养丰富，兼食、药为一体。山药在我国大部分地区均有栽培，淮山药为其在淮河中下游地区（江苏、安徽2省北部）的传统栽培品种[1];其他地区也有不同的品种栽培种植[2]。淮山在福建省安溪县也有悠久的生产历史，山格淮山是当地的特产，已获得国家农产品地理标志登记保护。山格淮山的根茎粗大，长圆柱形，外皮黄褐色，肉质乳白粘液多，不易褐变;口感绵滑、脆而不硬、酥而不软、久煮不散。近年来，国内外对淮山的生物活性成分，如糖蛋白、黏多糖、胆碱的加工利用研究较为深入，而对占山药干物质总量 20%～60%的淀粉加工利用的研究较少，制约了山药加工产业的发展[3]。因此，为了能全方位地研究开发淮山制品，就必须对其淀粉进行研究。而抗性淀粉是指在健康者小肠中不被消化和吸收的淀粉[4]，能不发生变化地直接通过小肠进入大肠，发酵成短链脂肪酸或其他产物，起着以下几个主要功能：调节血糖、控制体重;影响维生素、矿物质的吸收;降低血清中的胆固醇和甘油三酯含量;维持正常的肠道机能及降低结肠癌的发病率等[5]。若能将淮山的淀粉部分转变为抗性淀粉，则能增加淮山的功用和附加值，为种植户增收起到有力的促进作用。目前。制备淮山抗性淀粉的方法主要有压热法[3，5]、酶解脱支法、氧化处理法、挤压膨化处理法[6]以及某2种方法的组合法[1，7]等。其中，微波—双酶解法在小麦、玉米、马铃薯等原料上使用较多，其得率多数在13%～17%[8-12]。本研究以福建省安溪县盛产的山格淮山为试验材料，采用微波—双酶解法来制备淮山抗性淀粉，以期寻求较好的工艺参数，获得较高的抗性淀粉得率，为安溪淮山药的精深加工及功能性食品的研发奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料及主要试剂淮山淀粉原料为福建安溪的山格淮山，由泉州市名安农业科技有限公司提供;耐高温α-淀粉酶（酶活2000U/g）、普鲁兰酶（酶活2000U/g）、葡萄糖淀粉酶（酶活10万单位/g）均购自上海麦克林生化科技有限公司;柠檬酸、磷酸氢二钾、3-5二硝基水杨酸、葡萄糖等试剂均为国产分析纯。

1.2 主要仪器与设备酸度计（0.01级），赛多利斯科学仪器（北京）有限公司;UVmini-1280紫外可见分光光度计，岛津仪器（苏州）有限公司;TGL-16M离心机，湖南湘仪实验室仪器开发有限公司;电子天平，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司;NSKY-200B恒温培养振荡器，上海苏坤实业有限公司;HH-6数显电子恒温水浴锅，常州国华电器有限公司;DHG-9005干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司;WD800SL23-3格兰仕微波炉，顺德市格兰仕电器实业有限公司;旋涡混匀器，德国艾卡VORTEX;BCD-275WDCM家用冰箱，青岛海尔股份有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 淮山抗性淀粉的基本制备工艺路线参照徐佩琳等方法[7-10]，称取适量的淮山淀粉放入50mL离心管中，加入蒸馏水配制成一定浓度的淀粉乳溶液，95℃水浴糊化或置于微波炉以一定的功率处理一定时间后取出，冷却至室温，并调节pH至5.5;加入一定量的耐高温淀粉酶，于95℃恒温水浴酶解一定时间，再冷却至60℃后加入一定量的普鲁兰酶，于60℃恒温酶解一定时间，冷却至室温，以4000r/min离心10min，去上清液后置4℃冰箱老化24h，80℃烘干16h后，粉碎过100目筛即得淮山抗性淀粉样品。采用分段研究法，即先对微波处理阶段的影响因素进行研究，后面再结合酶处理阶段的影响因素进行研究，形成完整制备工艺。

1.3.2 淀粉乳浓度对淮山抗性淀粉得率的影响参照何丽君等方法[13]，将淮山淀粉分别配制成质量浓度为5%、15%、25%、35%、45%的乳液，经95℃水浴糊化后，取出冷却至室温，4000r/min离心10min后去上清液，置4℃冰箱老化24h，80℃烘干16h，粉碎过100目筛得到样品，测定其抗性淀粉得率。

1.3.3 微波处理功率对淮山抗性淀粉得率的影响参照迟治平等方法[14-15]，将淮山淀粉配制成质量浓度为15%的乳液，分别置于微波炉以144、286、464、648、800W的功率处理120s，取出冷却至室温，4000r/min离心10min后去上清液，置4℃冰箱老化24h，80℃烘干16h，粉碎过100目筛得到样品，测定其抗性淀粉得率。

1.3.4 微波处理时间对淮山抗性淀粉得率的影响将淮山淀粉配制成质量浓度为15%的乳液，置于微波炉以144W的功率分别处理60、90、120、150、180s，取出冷却至室温，4000r/min离心10min后去上清液，置4℃冰箱老化24h，80℃烘干16h，粉碎过100目筛得到样品，测定其抗性淀粉得率。

1.3.5 增加双酶处理工序对淮山抗性淀粉得率的影响在前述试验基础上，将淮山淀粉配制成质量浓度为15%的乳液，置于微波炉以144W的功率处理120s后取出，并调节pH至5.5;加入一定量的耐高温淀粉酶，于95℃恒温水浴酶解一定时间，再冷却至60℃后加入一定量的普鲁兰酶，于60℃恒温酶解一定时间，冷却至室温，以4000r/min离心10min，去上清液后置4℃冰箱老化24h，80℃烘干16h后，粉碎过100目筛即得淮山抗性淀粉样品。其中，酶的用量和作用时间是影响淮山抗性淀粉得率的重要因素，故以耐高温淀粉酶添加量、耐高温淀粉酶酶解时间、普鲁兰酶添加量、普鲁兰酶酶解时间为重要影响因素，其因素水平在参考徐佩琳等研究的基础上进行设置[7-11，16]，采用4因素5水平的均匀设计U10（10 8）进行试验[17]（见表1）。

1.3.6 抗性淀粉得率的测定和计算参照宋洪波等方法[3，18-19]，称取一定量的淮山抗性淀粉样品，加入柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液，再加入过量的耐高温淀粉酶于50mL离心管中，于90℃震荡酶解2h，冷却至室温，调节pH至4.0～4.5，加入过量的葡萄糖淀粉酶，于60℃震荡酶解1h，在4000r/min离心10min，弃上清液，用蒸馏水洗涤沉淀、离心，重复2次;在沉淀中加入5mL 2mol/L KOH，剧烈振荡30min，使抗性淀粉充分溶解，再用1mol/L的醋酸溶液调节pH至4.0～4.5，加入过量葡萄糖淀粉酶，60℃震荡酶解1h，在4000r/min下离心10min，收集上清液至100mL容量瓶中，用蒸馏水洗涤沉淀、离心，重复2次，合并上清液，定容;最后用DNS法测定其还原糖含量，并按下列公式计算出抗性淀粉得率：

抗性淀粉得率（%）=m1×0.9×100m2

式中：m1为还原糖质量（g），m2为淮山药抗性淀粉干基质量（g）。

1.4 数据处理采用Excel 2010及SPSS分析软件进行数据处理[20]。

2 结果与分析

2.1 淀粉乳浓度对抗性淀粉得率的影响淀粉乳浓度对淮山抗性淀粉得率的影响结果如图1所示。由图1可知，抗性淀粉得率先随着淀粉乳浓度的增大而增大，当淀粉乳浓度为15%时，抗性淀粉得率达到最大值，淀粉乳浓度继续增加时，淮山抗性淀粉得率逐渐减少，说明淀粉乳浓度在15%时得率最优，为7.43%。这可能是由于在淀粉乳浓度过低时，淀粉含量过低，水分含量过高，淀粉之间的分子之间距离较远，彼此分离，直链淀粉分子无法有效接触;而在淀粉乳浓度过高时，淀粉含量较高，淀粉乳黏性较大，直鏈淀粉分子也无法有效接触，难以形成淮山抗性淀粉，因此得率变低[13]。

2.2 微波功率对抗性淀粉得率的影响微波功率对抗性淀粉得率的影响结果如图2所示。由图2可知，抗性淀粉的得率整体随着微波功率的增加而减少，在较低微波功率144W时达到最大值，说明微波功率在144W时得率达到最优值，淮山抗性淀粉得率为5.12%。该结果所显示的趋势与徐佩琳等[7]学者的研究结果一致，均为在较低微波功率时的抗性淀粉得率较高。这可能是由于继续增加微波功率时，淮山淀粉易形成凝胶，从而不利于形成抗性淀粉[7]。而用马铃薯淀粉[8]、玉米淀粉[9，11]、小麦淀粉[12]等制备抗性淀粉时，得率随着微波功率的增加也相应增加，其中机理有待进一步探讨。

2.3 微波时间对抗性淀粉得率的影响微波时间对抗性淀粉得率的影响如图3所示。由图3可知，抗性淀粉的得率随着微波时间的增加先减少后增加，在120s时达到最大值，说明微波作用时间在120s时淮山抗性淀粉的得率达到最优值，淮山抗性淀粉得率为5.13%。这可能是由于微波作用时间过短时，淮山抗性淀粉糊化不充分，微波作用时间过长时，淮山抗性淀粉糊化后水分损失过多，抗性淀粉的形成受到影响[12]。

2.4 增加双酶处理工序对淮山抗性淀粉得率的影响上述研究结果表明，微波处理阶段最佳处理工艺参数为：淮山淀粉乳浓度为15%，微波处理功率为144W，微波作用时间120s，抗性淀粉得率在5%～8%。在前述试验结果基础上，选取了耐高温淀粉酶用量、耐高温淀粉酶酶解时间、普鲁兰酶用量，普鲁兰酶酶解时间4个因素各5个水平用U10（108）均匀设计方案进行试验，经测定各组淮山抗性淀粉得率结果如表2所示。由表2可知，抗性淀粉得率在5%～12%，出现了4组试验结果高于前阶段的得率，说明增加酶解处理有益于提高抗性淀粉得率;其中，第7号试验的淮山抗性淀粉得率最高，达11.75%。为最优水平和得率，经Excel 2010和SPSS软件进行逐步回归分析，得到2种模型及其相关统计量，详情见表3和表4。由表3可知，回归分析所得模型1和2对样本观测数据的拟合效果均较好。由表4可知，模型1的P（Sig.）≈0<0.01，模型2的P（Sig.）=0.729>0.05，说明模型1的偏回归系数具有极显著统计学意义，而模型2的偏回归系数不具有统计学意义;在模型1中，只有变量B（耐高温淀粉酶酶解时间）对回归方程的影响具有显著性（P=0.019<0.05），其他变量均不具有显著性，即为不重要的变量。由此可见，所得的逐步回归方程Y=5.116+0.109 B是最优的回归模型。其偏回归系数是正号，说明B（耐高温淀粉酶酶解时间）的水平值越大，则抗性淀粉得率Y也越大，则其最佳水平的组合是：A2B5C1D2，即耐高温淀粉酶用量6U/g干淀粉、耐高温淀粉酶酶解时间45min、普鲁兰酶用量2U/g干淀粉、普鲁兰酶酶解时间3h。

由于回归方程的偏回归系数是正号，且耐高温淀粉酶的酶解时间为各试验组水平中的最大值，为保证工艺的先进性，在最佳水平的组合A2B5C1D2基础上，需对耐高温淀粉酶的酶解时间作进一步的优化，将其水平值提高到60、75、90min进行单因素验证试验，结果如图4所示。由图4可知，抗性淀粉的得率随着耐高温淀粉酶酶解时间的增加而先增加后减少，在75min时达到最大值14.32%，说明此水平下为最优值。这可能是由于淮山淀粉内部的α-1，4糖苷键先被耐高温淀粉酶水解，将淮山淀粉的分子链切开，淀粉乳的粘度降低，变为液化淀粉，能加速重结晶过程的速度;当耐高温淀粉酶作用时间过短时，反应程度不够，直链淀粉分子释放太少，不利于再结晶形成抗性淀粉;当酶作用时间过长时，反应程度过大，直链分子过短，分子剧烈运动，较难聚集以形成晶体[13]。

3 结论与讨论

通过单因素试验和均匀试验，利用微波-双酶解的方法研究制备淮山抗性淀粉的工艺，得到其最佳制备工艺为：将淮山干淀粉配制成浓度为15%的乳液，先用144W微波处理120s后，调节pH至5.5;随后按6U/g干淀粉加入耐高温淀粉酶在95℃下酶解75min，冷却到60℃时再按2U/g干淀粉加入普鲁兰酶在60℃下酶解3h;以4000r/min离心酶解液10min，弃上清液后置4℃冰箱老化24h，80℃烘干16h;最后粉碎过100目筛即得淮山抗性淀粉样品，其中抗性淀粉得率为14.32%。该制备方法是首次在山格淮山淀粉上的尝试，其工艺条件及得率与在其他原料上的应用水平基本持平[8-12]，有待进一步研究。

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