馬鈴薯微孔淀粉對高VC刺梨濃汁的吸附保藏研究

王金華，周 毅，秦禮康,*

(1.貴陽學(xué)院生物與環(huán)境工程系，貴州 貴陽 550003；2.貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

馬鈴薯微孔淀粉對高VC刺梨濃汁的吸附保藏研究

王金華1，周 毅2，秦禮康2,*

(1.貴陽學(xué)院生物與環(huán)境工程系，貴州 貴陽 550003；2.貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

采用響應(yīng)面分析法研究馬鈴薯微孔淀粉對刺梨濃汁吸附保藏效果。結(jié)果表明微孔淀粉吸附刺梨濃汁最佳工藝參數(shù)為：吸附時間40.2min，微孔淀粉與刺梨濃汁的比1:3.6，吸附溫度39.5℃，此條件下反復(fù)吸附3次可達飽和吸附，VC的飽和吸附量為69.1mg/g。飽和吸附刺梨濃汁的馬鈴薯微孔淀粉，最佳干燥方式為采用真空冷凍干燥，VC保存率達81.2%；最佳保藏方法為壓片-真空法，除前9d微孔淀粉顆粒表面吸附的VC損失較大(43.70%)外，其后降解緩慢，至30d時VC含量38.8mg/g，損失率僅0.43%。

馬鈴薯微孔淀粉；刺梨濃汁；吸附保藏

微孔淀粉是指原淀粉在不經(jīng)糊化的前提下，利用淀粉酶水解，將其制成表面布滿孔洞的淀粉顆粒[1-2]。由于其多孔結(jié)構(gòu)，比表面積急劇增大，吸附性能得到不同程度的提高。微孔淀粉對物質(zhì)的吸附與原淀粉在本質(zhì)上有很大區(qū)別[3]。原淀粉是靠團粒表面原子(或原子團)的化合價剩余力產(chǎn)生吸附力，這種吸附力是相當(dāng)微弱的，當(dāng)被吸附物質(zhì)受到來自空間的更大吸引力時，吸附就會發(fā)生解體。而微孔淀粉由于具備眾多的微孔，孔隙內(nèi)部所產(chǎn)生的吸引力較為集中，物質(zhì)被吸附于孔的內(nèi)壁，外界的吸引力很難達到，因此這種吸附更加牢固。但是，由于淀粉特有的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵構(gòu)成，對不同物質(zhì)的吸附能力也不盡相同，與吸附物質(zhì)的組成結(jié)構(gòu)、極性、吸附劑的相容性等密切相關(guān)[4]。微孔淀粉可作為不穩(wěn)定物質(zhì)的包埋載體，起到防止被包埋物質(zhì)氧化、光解、揮發(fā)等作用，并且該物質(zhì)安全性高，可放心應(yīng)用于食品中[5-6]。

刺梨(Rosa roχburghii tratt)，屬薔薇科薔薇屬落葉灌木。大量資料表明，刺梨果實還富含超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、多種維生素(如VP)、蛋白質(zhì)、脂肪及硒、鈣、磷、鐵、鋅等營養(yǎng)成分，具有非常高的營養(yǎng)價值[7]。現(xiàn)代研究還證實，刺梨對提高免疫功能[8]、延緩衰老[9]、抗氧化抗動脈粥樣硬化[10-11]、抗癌防癌[12]、降血脂[13]等方面有明顯的作用。刺梨是不可多得的“營養(yǎng)庫”，可用于營養(yǎng)食品、風(fēng)味食品、保健食品和植物藥。刺梨的研究開發(fā)因而受到國內(nèi)外的關(guān)注，目前我國刺梨的應(yīng)用基礎(chǔ)研究及資源發(fā)展工作開展較多，開發(fā)利用技術(shù)研究則較為薄弱。目前已開發(fā)的刺梨產(chǎn)品很單調(diào)，主要有刺梨原汁、刺梨酒、刺梨蜜餞等產(chǎn)品，生產(chǎn)技術(shù)也很簡單原始，停留在常規(guī)的壓榨、濃縮等生產(chǎn)技術(shù)階段，缺少高新技術(shù)支撐，如膜技術(shù)、真空冷凍技術(shù)、分離重組技術(shù)的應(yīng)用等，刺梨生物活性物質(zhì)大量失活或根本得不到利用[14]。

本實驗以實驗室自制的馬鈴薯微孔淀粉為載體吸附刺梨濃汁，使其固態(tài)化，利用微孔淀粉的包埋特性很好地保存了刺梨汁功能活性成分，為刺梨的保藏提供了一種有效的科學(xué)方法，同時為天然VC片的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)提供一些科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯微孔淀粉(吸油率113.8%) 實驗室自制；刺梨濃汁 貴州炎黃圣果丸榮生物工程有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-7502PC 紫外可見分光光度計 上海欣茂儀器有限公司；電子天平 上海精密科學(xué)儀器有限公司；DragonMed 手動單道可調(diào)式移液器 芬蘭Biotec公司；TGL-16B 高速離心機 上海安亭科學(xué)儀器廠；數(shù)顯水浴鍋 上海錦屏儀器儀表有限公司。

1.3 方法

1.3.1 VC含量測定

采用GB/T 6195—1986《水果、蔬菜維生素C含量測定法：2,6-二氯靛酚滴定法》。

1.3.2 黃酮測定[15-17]

精密稱取蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品50mg(120℃干燥至質(zhì)量恒定)至50mL容量瓶，加無水乙醇使其溶解，用30%乙醇稀釋到指定刻度。準(zhǔn)確量取蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00、0.10、0.20、 0.30、0.40、0.50mL分別置于10mL容量瓶中，定容。在510nm處測定其吸光度，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，其方程為：y＝1.0025χ＋0.0017(R2＝0.998)。

將待測樣品置碾缽中碾碎，精密稱量樣品粉末1.000g(100目)置入三角瓶中，加入15倍樣品量的75%乙醇，在85℃水浴中浸提2h，離心，收集上清液，再加溶劑于殘渣，繼續(xù)提取，重復(fù)4次，最后混合上清液，用溶劑定溶于100mL容量瓶，再量取提取液5mL置于50mL容量瓶中，用溶劑稀釋至刻度。取稀釋液、蒸餾水各1mL于10mL刻度試管，加入蒸餾水4mL，然后加5%亞硝酸鈉溶液0.3mL，振蕩搖勻，放置10min。加入10%硝酸鋁溶液0.3mL，搖勻，再放置10min。加4%氫氧化鈉4mL，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，放置15min。取澄清的溶液于510nm處測定OD值，以未加樣品的試劑為空白對照，其計算公式如下：

式中：m為查曲線所得黃酮含量/mg；M為待測樣品干基的質(zhì)量/g；n為樣品提取液測定時稀釋的倍數(shù)(20倍)。

1.3.3 馬鈴薯微孔淀粉對刺梨濃汁的吸附研究

精確稱取1g馬鈴薯微孔淀粉置入燒杯，加入10mL的刺梨汁搖勻，放入攪拌器中攪拌30min后，3000r/min離心20min，除去上清液后，所得的固形物是吸附了刺梨汁的微孔淀粉。分別以VC和黃酮的吸附量為指標(biāo)，研究吸附時間、微孔淀粉與刺梨濃汁的比例(料汁比)、攪拌速度、吸附溫度對微孔淀粉吸附量的影響。

1.3.3.1 單因素試驗設(shè)計

在其他條件一致的前提下，分別研究了吸附時間、料汁比、攪拌速度和吸附溫度對吸附效果的影響(表1)。

1.3.3.2 響應(yīng)面分析優(yōu)化馬鈴薯微孔淀粉吸附刺梨濃汁工藝研究

因黃酮穩(wěn)定性優(yōu)于VC，從實驗成本考慮，選擇VC吸附量為參考指標(biāo)。根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選擇吸附時間、料汁比和吸附溫度3個因素，進行Box-Benhnken中心組合試驗設(shè)計，設(shè)計情況如表2，對以上3個因素進行優(yōu)化設(shè)計，建立二次多項式回歸模型。

表 1 單因素試驗因素水平表Table 1 Factors and levels in one-factor-at-a-time design

表 2 響應(yīng)面試驗因素水平編碼表Table 2 Factors and levels in response surface analysis

1.3.4 馬鈴薯微孔淀粉飽和吸附量的研究

以VC含量為指標(biāo)，在單次吸附刺梨濃汁的最佳條件下反復(fù)吸附刺梨濃汁，確定微孔淀粉對刺梨濃汁的飽和吸附量。

1.3.5 飽和吸附的馬鈴薯微孔淀粉干燥方式比較研究

將飽和吸附的馬鈴薯微孔淀粉分別以自然干燥、鼓風(fēng)加熱和真空冷凍三種方式進行干燥，以微孔淀粉中VC含量變化為指標(biāo)來選擇最佳干燥方式。

1.3.6 飽和吸附的馬鈴薯微孔淀粉保藏方式比較研究

以V C含量為指標(biāo)，分別研究低溫、真空、壓片、真空-低溫、壓片-真空、壓片-低溫、壓片-真空-低溫等7種保藏方式對馬鈴薯微孔淀粉中刺梨濃汁的影響。

壓片處理：吸附了刺梨濃汁的馬鈴薯微孔淀粉→干燥至質(zhì)量恒定后→粉碎過200目篩→壓片。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 吸附時間對VC和黃酮吸附量的影響

由圖1可知，馬鈴薯微孔淀粉對VC和黃酮的吸附量隨著吸附時間的延長不斷增加，40min時對VC吸附量達到42.1mg/g，對黃酮吸附量在30min時達到18.9mg/g，說明吸附時間是吸附量的一個重要影響因素。

圖1 吸附時間對VC和黃酮吸附量的影響Fig.1 Effect of adsorption time on VC and flavonoid adsorption capacity of potato microporous starch

2.1.2 料汁比對VC和黃酮吸附量的影響

由圖2可知，隨著料汁比的增大馬鈴薯微孔淀粉對VC和黃酮的吸附量不斷增加，當(dāng)料汁比為1:2時對黃酮的吸附量達到19.7mg/g時，當(dāng)料汁比為1:3時對VC的吸附量達到43.3mg/g，說明料汁比是吸附量的一個重要影響因素。

圖2 微孔淀粉與刺梨濃汁的比對VC和黃酮吸附量的影響Fig.2 Effects of microporous starch/pear gravy ratio on VC and flavonoid adsorption capacity of potato microporous starch

2.1.3 攪拌速度對VC和黃酮吸附量的影響

由圖3可知，當(dāng)攪拌速度為1500r/min時，馬鈴薯微孔淀粉對VC和黃酮的吸附量分別為26.6mg/g和17.4mg/g，此后隨著攪拌速度的不斷增加，對兩者的吸附量沒有顯著增加。這說明攪拌速度在1500r/min之上時，攪拌速度對吸附量的影響不顯著。

圖3 攪拌速度對VC和黃酮吸附量的影響Fig.3 Effects of stirring speed on VC and flavonoid adsorption capacity of potato microporous starch

2.1.4 吸附溫度對VC和黃酮吸附量的影響

圖4 吸附溫度對VC和黃酮吸附量的影響Fig.4 Effects of adsorption temperature on VCand flavonoidadsorption capacity of potato microporous starch

由圖4可知，在25～40℃之間，馬鈴薯微孔淀粉對VC吸附量隨溫度的增加而增加， 40℃時達到最大44.5mg/g，當(dāng)溫度繼續(xù)增加時VC含量反而下降。這可能是由于VC是熱敏性物質(zhì)，隨著溫度的增加，會導(dǎo)致VC的部分降解。而馬鈴薯微孔淀粉對黃酮的吸附量是隨溫度的增加而不斷增加，這是由于黃酮的熱穩(wěn)定性較好，在25～45℃不易分解。綜上可知，溫度也是吸附量的一個重要影響因素。

2.2 響應(yīng)面分析優(yōu)化馬鈴薯微孔淀粉吸附刺梨濃汁工藝研究[18]

2.2.1 吸附工藝參數(shù)優(yōu)化的STATISTIC 分析

表3 響應(yīng)面試驗設(shè)計及數(shù)據(jù)處理Table 3 Experimental design and results for response surface analysis

圖5 各因素交互作用對VC吸附量的影響Fig.5 Response surface and contour plots showing the effects of adsorption time and microporous starch/pear gravy ratio and the effects of adsorption time and temperature on VC adsorption quantity

根據(jù)Box-Benhnken的中心組合試驗設(shè)計原理，以A、B和C為自變量，以馬鈴薯微孔淀粉對VC的吸附量為響應(yīng)值，試驗方案及結(jié)果見表3，1～15是析因試驗，16～20是中心試驗。試驗結(jié)果通過STATISTIC6.0 軟件分析，以VC吸附量為指標(biāo)，將兩個因素固定在零水平，然后用吸附量與其他兩個不同因素作等值線圖(圖5)。

2.2.2 馬鈴薯微孔淀粉吸附刺梨濃汁工藝的模型建立及優(yōu)化

表4 VC吸附工藝回歸分析結(jié)果Table 4 Variance analysis of the regression model for saturated adsorption quantity of VC

對VC吸附量的試驗數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，得到回歸分析結(jié)果見表4。

采用DesignExpert程序?qū)憫?yīng)值與各因素進行回歸擬合后，得到回歸方程：Y＝52.31＋2.55A＋0.46B-0.16C-5.48A2-2.13B2-2.33C2＋0.99AB-1.91AC-1.56BC。

回歸方程中各變量對指標(biāo)(響應(yīng)值)影響的顯著性，由F檢驗來判定，概率P值越小，則相應(yīng)變量的顯著程度越高。由表4可知，馬鈴薯微孔淀粉吸附VC的影響因素中一次項A是高度顯著的，AC為顯著，其余均不顯著。由此可見，各具體試驗因素對響應(yīng)值的影響不是簡單的線性關(guān)系?；貧w方程也是高度顯著的，回歸方程復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.8989。復(fù)相關(guān)系數(shù)越接近于1，說明回歸方程差異顯著，擬合度好，可以較好地描述各因素與響應(yīng)值之間的真實關(guān)系，可以利用該回歸方程確定最佳提取工藝條件。對回歸方程取一階偏導(dǎo)數(shù)，解得結(jié)果代入方程。得馬鈴薯微孔淀粉吸刺梨濃汁附刺梨濃汁的最佳工藝條件為吸附時間40.2min、微孔淀粉與刺梨濃汁的比1:3.6、吸附溫度39.5℃。

2.3 馬鈴薯微孔淀粉飽和吸附量的研究

表5 不同吸附次數(shù)對VC吸附量的影響Table 5 Effect of number of repeated adsorptions on VC adsorption capacity of potato microporous starch

表5結(jié)果顯示，馬鈴薯微孔淀粉對刺梨汁吸附3次時對VC吸附量達到69.1mg/g，此后，隨后隨著吸附次數(shù)的增多，吸附量變化不大，考慮成本與能耗節(jié)約本實驗確定采用3次吸附。

2.4 飽和吸附的馬鈴薯微孔淀粉干燥方式比較研究

表6 不同干燥方式對VC含量的影響Table 6 Effect of drying methods on VC-holding capacity of potato microporous starch

由表6可知，在這3種干燥方式中真空冷凍干燥的VC損失量最小，保存率為81.2%，且干燥速度最快，是較理想的干燥方式。

2.5 飽和吸附的馬鈴薯微孔淀粉保藏方式比較研究

由圖6可以看出，在不同的保藏方法下，VC在保藏初期(9d)均有明顯的衰減，此后，隨著保藏時間的延長，VC含量趨于穩(wěn)定。主要原因可能是因為馬鈴薯微孔淀粉表層吸附的刺梨汁得不到保護，VC降解較快，而進入到微孔淀粉孔隙內(nèi)部的成分由于形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)則可以被很好的保藏?？疾爝M入微孔淀粉孔隙內(nèi)部成分的變化才是有意義的，所以對保藏方式的選擇以第9天時VC含量為起始含量。

圖6 不同保藏方式對VC保存量的影響Fig.6 Effect of storage methods on VC-holding capacity of potato microporous starch

表7 不同保藏方式對VC保存量衰減率的影響Table 7 Effect of storage methods on VC loss rate

表7結(jié)果表明，不同保藏方法對馬鈴薯微孔淀粉中刺梨濃汁成分的保藏效果有明顯的差異：其中保藏效果最好的方法是真空-低溫保藏法，第9天VC損失率42.54%，第30天時VC含量為39.5mg/g，損失率僅為0.72%；其次是壓片-真空保藏法，第9天VC損失率43.70%，第30天時VC含量為38mg/g，降解率僅為0.43%。但是壓片-真空保藏法的成本遠遠低于壓片-真空-低溫保藏法，從生產(chǎn)實際出發(fā)應(yīng)選擇壓片-真空保藏法。

李永平等[19]使用玉米微孔淀粉進行VC的吸附及保存實驗，對VC的飽和吸附量是30mg/g，在室溫條件下存放18d時，VC損失率為7.4%，結(jié)果與本實驗結(jié)論接近。

3 結(jié) 論

3.1 微孔淀粉對刺梨濃汁的吸附最佳工藝為：吸附時間40.2min，微孔淀粉與刺梨濃汁的比1:3.6，吸附溫度39.5℃；以最佳吸附工藝進行反復(fù)吸附3次，能夠使微孔淀粉的吸附量達到飽和，對VC的飽和吸附量為69.1mg/g。

3.2 飽和吸附的馬鈴薯微孔淀粉的最佳干燥方式為真空冷凍干燥，干燥后VC保存率為81.2%。

3.3 飽和吸附的馬鈴薯微孔淀粉的最佳保藏方法為壓片-真空法，除前9d微孔淀粉顆粒表面吸附的VC損失較大(43.70%)外，其后降解緩慢，至30d時VC含量38.8mg/g，損失率僅0.43%。

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Adsorption and Preservation of High VC Cili Pear Gravy by Potato Microporous Starch

WANG Jin-hua1，ZHOU Yi2，QIN Li-kang2,*
(1. Department of Biology and Environment Engineering, Guiyang University, Guiyang 550003, China；2. College of Life Science, Guizhou University, Guiyang 550025, China)

The adsorption and preservative effects of potato microporous starch on high VC Cili pear gravy were investigated by using response surface methodology. The optimal process parameters for the adsorption of Cili pear gravy by potato microporous starch determined in terms of saturated adsorption quantity of VC were triple repeated adsorptions at 39.5 ℃ and a microporous starch/pear gravy ratio of 1:3.6 for 40.2 min each time. Under the optimal conditions, the saturated adsorption quantity of VC was 69.1 mg/g. The optimal drying method for potato microporous starch saturated with adsorbed Cili pear gravy was vacuum freeze drying, and the optimal preservation method vacuum storage in the form of tablets. VC loss (43.70%) on the surface of microporous starch granules was large in the first 9 days, and then VC degradation became slow. The content of VC was 38.8 mg/g after 30 days, exhibiting a loss rate of only 0.43%.

potato microporous starch；Cili pear gravy；adsorption and preservation

TS205.9

：A

1002-6630(2011)20-0312-06

2011-01-07

貴州省科技重大專項(黔科合重大專項[2008]6009號)；六盤水市科技局項目(52020-07-008)

王金華(1980—)，女，講師，碩士，研究方向為食品營養(yǎng)與安全。E-mail：wanwan_0578@163.com

*通信作者：秦禮康(1965—)，男，教授，博士，研究方向為食品加工與安全。E-mail：likangqin@126.com