大米抗性淀粉壓熱處理制備工藝的研究

李翠蓮 方北曙 黃小玲

(湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,長(zhǎng)沙 410127)

大米抗性淀粉壓熱處理制備工藝的研究

李翠蓮 方北曙 黃小玲

(湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,長(zhǎng)沙 410127)

抗性淀粉以其顯著優(yōu)點(diǎn)及特殊的生理功能,成為食品營(yíng)養(yǎng)學(xué)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。以大米淀粉為原料,制備大米抗性淀粉對(duì)大米的深加工具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。以抗性淀粉得率為評(píng)價(jià)指標(biāo),通過(guò)單因素及正交試驗(yàn)研究了壓熱法制備抗性淀粉的最佳工藝參數(shù)。結(jié)果表明,對(duì)大米淀粉進(jìn)行壓熱處理時(shí),影響抗性淀粉得率的主次因素為:熱處理溫度 >熱處理時(shí)間 >淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù),最佳工藝條件為:熱處理溫度 120℃,熱處理時(shí)間 70 min,淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù) 30%。采用此組合進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)得抗性淀粉產(chǎn)率為 9.54%。

大米淀粉 抗性淀粉 壓熱處理 制備

膳食中的淀粉有少部分因受一些因素或加工過(guò)程的影響,其結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,在小腸中產(chǎn)生抗消化現(xiàn)象。英國(guó)生理學(xué)家 Englyst于 1983年首先將其定義為抗性淀粉 (Resistant Starch,RS)[1]。1993年,世界糧農(nóng)組織(FAO)根據(jù) Englyst和歐洲抗性淀粉研究協(xié)作網(wǎng)(EURESTA)的建議,將抗性淀粉定義為:“健康者小腸中不吸收的淀粉及其降解產(chǎn)物”。近年的研究已初步證明,抗性淀粉不能在小腸消化吸收和提供葡萄糖,而是直接進(jìn)入大腸,但在大腸中部分能被腸道微生物菌群發(fā)酵,產(chǎn)生多種短鏈脂肪酸如丁酸等,刺激有益菌群生長(zhǎng),同時(shí)丁酸能抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)。因?yàn)榭剐缘矸鄣南鄬?duì)分子質(zhì)量小,持水性低,是食用纖維及加工食品的理想材料。世界糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織(WHO)1998年聯(lián)合出版的“人類營(yíng)養(yǎng)中的碳水化合物”專家論壇一書(shū)中指出:“抗性淀粉的發(fā)現(xiàn)和研究進(jìn)展,是近年來(lái)碳水化合物與健康關(guān)系的研究中的一項(xiàng)最重要的成果”,高度評(píng)價(jià)了 RS對(duì)人類健康的重要意義[2-5]。

大量研究表明 RS主要是由直鏈淀粉老化形成的,所以可在高溫濕熱的條件下破壞淀粉顆粒的結(jié)構(gòu),使淀粉充分糊化,然后采取能使淀粉最大程度老化(尤其是使直鏈淀粉老化)的措施來(lái)制備 RS。壓熱法就是根據(jù)此原理發(fā)展起來(lái)的,即將淀粉與水混合,經(jīng)高溫高壓處理,制備 RS。朱旻鵬等[6]將普通玉米淀粉乳預(yù)糊化,經(jīng)壓熱處理 (120℃30 min)制備抗性淀粉,產(chǎn)率為 10.47%;楊光等[7]以普通玉米淀粉為原料,用特制的壓熱反應(yīng)器研究壓熱處理對(duì)抗性淀粉形成的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)在 70%水分、150℃維持 60 min條件下,可得到較高的抗性淀粉含量;韓曉芳等[8]研究了壓熱法制備蕎麥抗性淀粉,產(chǎn)率為15.54%。

本試驗(yàn)以自制的大米淀粉為原料,研究了熱處理溫度與時(shí)間、淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、冷卻速度等因素對(duì)大米抗性淀粉形成的影響,確定其最佳的工藝條件。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

大米淀粉:自制;α-淀粉酶:諾維信生物技術(shù)有限公司;胃蛋白酶:諾維信生物技術(shù)有限公司;葡萄糖淀粉酶:諾維信生物技術(shù)有限公司;糖化復(fù)合酶(糖化酶 +普魯蘭酶):廣州裕立寶生物科技有限公司;GOD -PAP試劑盒:四川省邁克科技有限責(zé)任公司。

YXQ-LS-18SI手提式高壓滅菌鍋:上海涵今儀器儀表有限公司;TG328B分析天平:長(zhǎng)沙高新開(kāi)發(fā)區(qū)湘儀天平儀器設(shè)備有限公司;PHS-3C型 pH計(jì):上海精密科學(xué)儀器有限公司;HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋:金壇市精達(dá)儀器制造廠;SHA-B恒溫水浴振蕩器:金壇市金南儀器制造有限公司;DHG-9240電熱鼓風(fēng)干燥箱:上海源長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備廠;TGL16臺(tái)式冷凍高速離心機(jī):長(zhǎng)沙英泰儀器有限公司;722型分光光度計(jì):上海曉光儀器有限公司;美菱 BCD-209SCA電冰箱:合肥美菱股份有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 抗性淀粉的測(cè)定方法

采取 Goni法測(cè)定 RS含量[9]。

1.2.2 大米抗性淀粉的制備工藝流程

取 5 g大米淀粉,加入適量的水,攪拌均勻,封口后放入恒溫水浴鍋或高壓滅菌鍋,加熱到一定溫度,恒溫反應(yīng)一定時(shí)間后取出,自然冷卻,4℃儲(chǔ)藏 24 h, 70℃烘干 18 h以上。粉碎,過(guò) 80目篩。按 1.2.1的方法定量測(cè)定RS。

1.3 單因素試驗(yàn)

1.3.1 熱處理溫度對(duì)抗性淀粉產(chǎn)率的影響

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù) 30%的淀粉乳,于不同溫度下進(jìn)行熱處理,保溫 60 min,取出,自然冷卻,4℃下儲(chǔ)藏24 h,70℃干燥 18 h以上,粉碎,過(guò)篩 (80目)。測(cè)定各樣品RS含量。

1.3.2 淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)抗性淀粉產(chǎn)率的影響

配制不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的淀粉乳,120℃下進(jìn)行壓熱處理,保溫 60 min,取出,自然冷卻,4℃下儲(chǔ)藏 24 h,其他條件和處理保持不變。

1.3.3 熱處理時(shí)間對(duì)抗性淀粉產(chǎn)率的影響

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 30%的淀粉乳,120℃下處理不同時(shí)間,取出,自然冷卻,于 4℃儲(chǔ)藏 24 h,其他條件和處理保持不變。

1.3.4 冷卻速度對(duì)抗性淀粉產(chǎn)率的影響

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 30%的淀粉乳,120℃下處理60 min,取出,分別采用自然冷卻和流水快速冷卻的方式,將淀粉乳降溫,4℃下儲(chǔ)藏 24 h,其他條件和處理保持不變。

1.3.5 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,再進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn)優(yōu)化制備大米抗性淀粉的工藝參數(shù),各因素及水平見(jiàn)表1。

表 1 正交試驗(yàn)因素水平表

2 結(jié)果與分析

2.1 熱處理溫度對(duì)抗性淀粉產(chǎn)率的影響

用高壓滅菌鍋及恒溫水浴鍋?zhàn)鳛榧訜崾侄?最高可達(dá) 125℃。因此,在 70～125℃之間設(shè)置了溫度梯度。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖 1。從圖 1可以看出,熱處理溫度對(duì) RS的產(chǎn)率有很大影響,高溫條件比低溫條件更有利于 RS的形成,RS的產(chǎn)率隨著熱處理溫度的升高而提高。這是因?yàn)槭紫缺仨氂凶銐蚋叩?、能使原淀粉完全糊化的溫?使淀粉粒完全破壞,同時(shí)釋放出直鏈淀粉分子。但據(jù)資料顯示,溫度過(guò)高也會(huì)導(dǎo)致淀粉分子過(guò)度降解,使產(chǎn)生的淀粉聚合度太小,不利于 RS的形成[10]。此外,直鏈淀粉與脂類形成的直鏈淀粉 -脂復(fù)合物在 95℃左右才能解離,釋放出直鏈淀粉分子。因此,在溫度低于 90℃的條件下, RS的產(chǎn)率較低;當(dāng)溫度在 90℃以上壓熱處理淀粉樣品時(shí),RS產(chǎn)率有較明顯的升高;在 120℃以上,幾乎所有的淀粉分子均從破裂的淀粉粒中游離出來(lái),呈無(wú)序狀態(tài)。由于溫度很高,淀粉糊的黏度與最初糊化時(shí)的黏度相比有較大幅度的降低,這使游離的直鏈淀粉分子更容易接近,在分子間形成氫鍵[7]。當(dāng)溫度開(kāi)始下降時(shí),晶核形成,隨后晶體開(kāi)始增長(zhǎng),形成了 RS。由于條件所限,試驗(yàn)所用的設(shè)備最高溫度只能達(dá)到 125℃左右。

圖1 熱處理溫度對(duì)抗性淀粉產(chǎn)率的影響

2.2 淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)抗性淀粉產(chǎn)率的影響

淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì) RS產(chǎn)率的影響見(jiàn)圖 2。

圖 2 淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)抗性淀粉產(chǎn)率的影響

從圖 2中可以看出,在其他條件相同,而淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的情況下,所得 RS產(chǎn)率不同。當(dāng)?shù)矸廴橘|(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá) 30%時(shí),所得 RS產(chǎn)率最高。質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高或過(guò)低都不利于 RS的形成。當(dāng)水分含量較低時(shí),即使在高溫作用后,淀粉糊的黏度依然很大,這就阻礙了直鏈淀粉分子相互接近和形成結(jié)晶;而當(dāng)水分含量過(guò)高時(shí),雖然整個(gè)體系的黏度很低,運(yùn)動(dòng)阻力減小了,但是由于淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)太低,直鏈淀粉分子相互接近的概率減小,也不利于 RS的形成。

2.3 熱處理時(shí)間對(duì)抗性淀粉產(chǎn)率的影響

熱處理時(shí)間對(duì) RS產(chǎn)率的影響結(jié)果如圖 3所示。

圖3 熱處理時(shí)間對(duì)抗性淀粉產(chǎn)率的影響

由圖 3可見(jiàn),在溫度為 120℃,淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的條件下,隨著熱處理時(shí)間由 20 min逐漸延長(zhǎng)至 60 min,RS得率不斷上升,在 60 min時(shí)得率最高,然后隨著時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng),產(chǎn)率開(kāi)始緩慢下降。這表明,在相同熱處理溫度下,處理時(shí)間過(guò)短,可能使淀粉糊的黏度并未達(dá)到最佳的狀態(tài),使直鏈淀粉分子不利于接近,也可能是由于淀粉分子中的直鏈淀粉分子尚未完全游離出來(lái);但繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間至 60 min以上時(shí),RS產(chǎn)率又開(kāi)始下降,這是由于熱處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成淀粉分子發(fā)生過(guò)度降解,產(chǎn)生了一些相對(duì)分子質(zhì)量較小的短直鏈淀粉,其分子運(yùn)動(dòng)比較強(qiáng)烈,擴(kuò)散速度較大,較難聚集,不利于形成 RS,或形成的 RS的抗酶解性不強(qiáng),從而影響了 RS產(chǎn)率的提高。

2.4 冷卻速度對(duì)抗性淀粉產(chǎn)率的影響

冷卻速度對(duì)抗性淀粉產(chǎn)率的影響結(jié)果見(jiàn)表 2。

表2 冷卻速度對(duì) RS產(chǎn)率的影響

由表 2可知,淀粉乳降溫過(guò)程中,自然冷卻的樣品要比快速冷卻的樣品形成更多的 RS。由于淀粉乳分子中氫鍵很多,分子間締合很牢固,水溶性下降,如果冷卻速度很快,特別是較高濃度的淀粉糊,直鏈淀粉分子來(lái)不及重新排列成束狀結(jié)構(gòu),便形成凝膠。因此緩慢冷卻不僅可以提高 RS得率,而且有利于節(jié)約資源,故在后面的試驗(yàn)中均采用自然冷卻的方式。

2.5 熱處理制備抗性淀粉的最佳工藝參數(shù)的確定

從單因素試驗(yàn)可以看出,淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、熱處理溫度與時(shí)間對(duì) RS的形成有很大影響;根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,選擇淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、熱處理溫度與時(shí)間3個(gè)因素,分別設(shè)立 3個(gè)水平,利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) L9(33)優(yōu)化熱處理制備 RS的最佳工藝參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表 3 L9(33)試驗(yàn)方案及結(jié)果分析表

由表 3可知,對(duì)大米淀粉進(jìn)行壓熱處理時(shí),影響RS得率的主次因素為:B(熱處理溫度)>C(熱處理時(shí)間)>A(淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)),最優(yōu)的因素水平組合為:A2B2C2,即淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 30%,熱處理溫度為120℃,熱處理時(shí)間70 min。采用此組合進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn),得 RS產(chǎn)率為 9.54%,此結(jié)果比采用直接分析的最好條件 A1B2C2得到的 RS產(chǎn)率 (9.25%)要高,但差別不大。

3 結(jié)論

淀粉的熱處理?xiàng)l件影響 RS的得率。正交試驗(yàn)優(yōu)化熱處理制備大米 RS的工藝條件為:淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù) 30%、熱處理溫度 120℃,熱處理時(shí)間 70 min。采用此組合進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn),得 RS產(chǎn)率為 9.54%。

[1]Englyst H N,Andersen V,Cummings J H.Starch and nonstarch polysaccharides in some cereal foods[J].Journal theScience of Food and Agriculture,1983,34:1434-1440

[2]Baghurst P A,Baghurst K J,Reeord S J.Dietary fiber,nonstarch polysaccharides and resistant starch-a review[J]. Food Austrialia,1996,48(3):S3-S35

[3]Cairn S P,Sun L,Morris V J,et al.Physicochemical studies using amylose as an in vitro model for resistant starch[J]. Journal of Cereal Science,1995,21:37-47

[4]Ranhotra G S,Gelroth J A,Glaser B K.Effect of resistant starch on blood and liver lipids In hamsters[J].CerealChe2 mistry,1996,73(2):176-178

[5]Ranhotra G S,Gelroth J A,GlaserB K.Energery valu of resist2 ant starch[J].Journal of Food Science,1996,61(2):453-455

[6]朱旻鵬,李新華,劉愛(ài)華.玉米抗性淀粉的制備及其性質(zhì)的研究[J].糧油加工與食品機(jī)械,2005,5:79-82

[7]楊光,丁霄霖.壓熱處理對(duì)抗性淀粉形成的影響[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào),2001,16(3):45-47

[8]韓曉芳,李新華.壓熱法制備蕎麥抗性淀粉的研究[J].糧食與飼料工業(yè),2008,12:25-27

[9]李愛(ài)萍,唐書(shū)澤,張志森,等.大米抗性淀粉定量測(cè)定方法比較研究[J].食品工業(yè)科技,2006,27(1):195-197

[10]高嘉安.淀粉與淀粉制品工藝學(xué)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2001:24.

Preparation of Rice Resistant Starch by Pressure-Heating Treatment

(Hunan Biological and Electromechanical Polytechnic,Changsha 410127)
Li Cuilian Fang Beishu Huang Xiaoling

Resistant starch has become a hotspot of scientific study in food nutrition field due to its functional characteristics.Producing rice resistant starch from rice starch by pressure-heating treatmentwas studied.Taking the conversion rate of rice starch to resistant starch as evaluation index,the influencing factorswere investigated and the processing parameters were optimized.Results:Temperature of the heat treatment is the most important factor,fol2 lowed by heating ti me and rice starch concentration in substrate.The opti mum processing parameters are heating tem2 perature 120℃,heating time 70 min and rice starch concentration of substrate 30%.The conversion rate of rice starch to resistant starch is 9.54%.

rice starch,resistant starch,pressure-heating treatment,preparation

TS231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-0174(2010)05-0030-04

湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)計(jì)劃(2008-257)

2009-06-24

李翠蓮,女,1965年出生,教授,食品生物技術(shù)