超聲波—酸解法制備腳板薯抗性淀粉的工藝條件

葉文峰 周秀玲

摘要：以新鮮腳板薯為主要原料，采用超聲波及酸處理粗淀粉制備抗性淀粉，以抗性淀粉得率為評價指標，對影響得率的淀粉乳濃度、鹽酸用量、超聲溫度、超聲時間4個主要因素進行正交試驗，得出制備抗性淀粉的最佳工藝條件：配制濃度為15%的淀粉乳，加入2 mol/L鹽酸，用量為1.5%，在超聲溫度為80 ℃、超聲時間為40 min條件下進行酸水解，然后用40 g/L NaOH溶液調節溶液pH值至中性，停止酸解，再在120 ℃下糊化20 min，冷卻至3～4 ℃冷藏 20 h，離心，干燥，粉碎過篩。在此工藝條件下，制備的抗性淀粉得率為25.3%。

關鍵詞：腳板薯；超聲波；酸解法；工藝條件

中圖分類號： TS235.2 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）07-0281-03

腳板薯（Dioscorea alata Lirm.sp）別稱參薯，屬薯蕷屬[1]。薯蕷屬植物大多具有根狀莖或地下塊莖，腳板薯鮮紅發亮，根莖發達，形如腳掌，故而得名。腳板薯營養豐富且具有藥膳功能，不僅含有豐富的淀粉，還含有大量的蛋白質、維生素、黏性多糖、微量元素、皂苷等活性物質[2]。研究發現，腳板薯淀粉含量為73%，其中直鏈淀粉含量為27.18%，支鏈淀粉含量為72.82%[3]，具有極大的開發價值。抗性淀粉（RS）是不能被健康人體小腸消化吸收的淀粉及降解物的總稱[4]。近幾年，學者們對玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、淮山藥淀粉、苦蕎米淀粉、甘薯淀粉、蠶豆淀粉、銀杏淀粉、大米淀粉等進行了研究[5-12]，但關于應用腳板薯淀粉制備抗性淀粉研究在國內尚未見報道。因此，本研究采用超聲波-酸解法制備腳板薯抗性淀粉，以抗性淀粉得率作為評價指標，優化腳板薯抗性淀粉工藝條件，旨在為開發利用腳板薯資源提供依據。

1 材料與設備

1.1 材料

腳板薯、氫氧化鈉（分析純）、氫氧化鉀（分析純）、乙酸鈉（分析純）、磷酸氫二鈉（分析純）、檸檬酸（分析純）、蒽酮（分析純）、濃硫酸（分析純）、冰醋酸（分析純）。10 000 U/g胃蛋白酶、4 000 U/g淀粉酶、100 000 U/g葡萄糖淀粉酶均購自上海源葉生物科技有限公司、1.000 g/L葡萄糖標準溶液、檸檬酸（食用級）。

1.2 設備

中草藥粉碎機FY177（天津市泰斯特儀器有限公司）、 TED-雙列六孔型恒溫水浴鍋、L-500低速自動平衡離心機、 BS-223S電子天平（北京賽多利亞儀器系統有限公司）、 DHG-9140A型電熱恒溫鼓風干燥箱、 UV-2000紫外分光光度計、 SK-1快速勻漿機（江蘇中大儀器）。

1.3 方法

1.3.1 腳板薯抗性淀粉制備工藝流程 新鮮腳板薯→削皮切片→烘干→粉碎→95%乙醇浸提→蒸餾水沉降→離心除雜質→烘干→粉碎→腳板薯淀粉→配制一定濃度的淀粉糊→加入一定量的2 mol/L HCl→一定溫度下，超聲波作用酸水解一定時間→用40 g/L NaOH溶液調節pH值至中性，停止酸解→120 ℃糊化20 min→冷卻至3～4 ℃冷藏20 h→離心→干燥→粉碎過篩→成品。

1.3.2 腳板薯中抗性淀粉和總淀粉含量的測定[13-14]

1.3.2.1 腳板薯中總淀粉含量的測定 稱取50 mg 腳板薯淀粉放入50 mL離心管中，加入適量4 mol/L KOH，室溫下用快速勻漿機勻漿10 min以分散淀粉，加入pH值為4.8的0.4 mol/L 乙酸鈉緩沖液，再用2 mol/L HCl調節pH值至45，不斷振蕩，加入過量100 000 U/g葡萄糖淀粉酶，60 ℃水解45 min；4 000 r/min離心12 min，用蒸餾水清洗殘渣；過濾并收集上層清液，定容至100 mL，用蒽酮比色法測定葡萄糖的量。腳板薯總淀粉含量計算公式如下：

腳板薯總淀粉含量=葡萄糖質量×0.9/樣品質量×100%。（1）

1.3.2.2 抗性淀粉含量測定[6] 稱取2 g粗腳板薯抗性淀粉放入三角瓶中，加入20 mL pH值為2.2的緩沖液（檸檬酸-磷酸氫二鈉），均質；38 ℃水浴，加入3 mL胃蛋白酶并加熱振蕩60 min；冷卻至室溫，用磷酸氫二鈉緩沖液調節pH值至5.7，加入3 mL高溫α-淀粉酶，75 ℃恒溫水浴中振蕩加熱 60 min；冷卻至室溫，用酸調節pH值至4.6，加入過量的葡萄糖淀粉酶，58 ℃恒溫水浴中消化20 h，冷卻至室溫，3 500 r/min 離心15 min，至少水洗4次，最后用無水乙醇洗滌，80 ℃烘干48 h，稱質量，得到純抗性淀粉。腳板薯抗性淀粉得率計算公式如下：

腳板薯抗性淀粉得率=純抗性淀粉樣品質量/（樣品質量×總淀粉含量）×100%。（2）

1.3.2.3 腳板薯抗性淀粉制備單因素試驗 在腳板薯抗性淀粉制備工藝的酸水解中，選擇影響抗性淀粉得率的4個主要因素：超聲時間、超聲溫度、淀粉乳濃度、淀粉乳用酸量。

1.3.2.4 腳板薯抗性淀粉制備工藝條件正交試驗 在單因素試驗結果的基礎上，每個因素篩選3個水平，進行正交試驗，以確定最佳的工藝條件。

2 結果與分析

2.1 腳板薯抗性淀粉制備單因素試驗

2.1.1 淀粉乳濃度對抗性淀粉得率的影響 為了探索淀粉乳濃度對抗性淀粉得率的影響，將淀粉與水按不同比例混合得到不同濃度的淀粉乳，在超聲時間為40 min、超聲波溫度為70 ℃、2 mol/L鹽酸用量為1.5%條件下進行抗性淀粉制備試驗（圖1）。

從圖1可知，當淀粉乳濃度小于15%時，增大淀粉乳濃度可使抗性淀粉得率增大，超過這個比例時抗性淀粉得率下降，主要是因為淀粉能充分糊化，淀粉乳濃度小于15%時淀粉顆粒破裂，溶出較多的支鏈淀粉、直鏈淀粉。淀粉乳濃度超過15%時，淀粉乳溶液隨濃度的增加得率反而減少，主要是因為淀粉不能充分糊化，淀粉顆粒破裂率降低，直鏈淀粉與支鏈淀粉溶出減少。

2.1.2 鹽酸用量對抗性淀粉得率的影響 淀粉糊濃度為15%時，在超聲時間為40 min、溫度為70 ℃條件下，采用不同鹽酸用量進行抗性淀粉制備試驗（圖2）。

從圖2可知，當鹽酸用量小于1.5%時，隨著鹽酸用量的增加，抗性淀粉得率逐漸增加。當鹽酸用量大于2%時，隨著鹽酸用量的增加，抗性淀粉得率隨之降低，說明隨著鹽酸用量的增加，水解作用加強，分散的淀粉鏈難以形成有序排列，導致抗性淀粉得率下降。

2.1.3 超聲溫度對抗性淀粉得率的影響 在超聲波時間為40 min、淀粉乳濃度為15%、2 mol/L鹽酸用量為1.5%的條件下，采用不同超聲溫度進行抗性淀粉制備試驗。

從圖3可知，隨著超聲溫度升高，抗性淀粉得率也隨之升高，這是因為超聲波的空化效應所產生的高溫高壓環境導致淀粉鏈斷裂，當超聲波溫度達到70 ℃時，抗性淀粉得率達到最大，溫度繼續升高，抗性淀粉得率增加不明顯。

2.1.4 超聲時間對抗性淀粉得率的影響 設置不同超聲時間，在超聲溫度為70 ℃、淀粉乳濃度為15%、鹽酸用量為1.5%條件下進行抗性淀粉制備試驗。

圖4表明，隨著超聲波時間增加，抗性淀粉得率也隨之升高，因為超聲波加劇了淀粉分子與溶劑分子間的摩擦，溶出的直鏈淀粉、支鏈淀粉越多，抗性淀粉得率也越高；但時間超過

40 min時，隨著時間的進一步延長，粉分子結構被嚴重破壞，分子量徹底降解，大部分淀粉分子降解成糊精，不利于抗性淀粉的形成，抗性淀粉產率逐漸降低[12]。

2.2 腳板薯抗性淀制備的最佳工藝確定

為了探索腳板薯抗性淀制備的最佳工藝，在單因素試驗基礎上，選擇淀粉乳濃度、鹽酸用量、超聲時間及超聲溫度等4個因素并各設計3個水平（表1），通過正交試驗確定最優工藝條件。

由表2可知，腳板薯抗性淀粉得率的影響因素從大到小依次為B>A>D>C。從表3可知，鹽酸用量對腳板薯抗性淀粉得率的影響最大，具有顯著性，淀粉乳濃度影響次之，超聲溫度對淀粉得率的影響最小。最優工藝組合為A2B2C3D3，即淀粉乳濃度為15%，鹽酸用量為1.5%，超聲溫度為80 ℃，超聲時間為40 min。在此最佳酸水解條件下，抗性淀粉得率為25.3%。

3 結論

本研究結果表明，鹽酸用量對抗性淀粉的形成影響很大，腳板薯抗性淀粉最佳制備工藝條件為：配制濃度為15%的淀粉乳，加入2 mol/L鹽酸，用量為1.5%，在超聲溫度為80 ℃、超聲時間為40 min條件下進行酸水解，然后用40 g/L NaOH溶液調節pH值至中性，停止酸解，再在120 ℃糊化20 min，冷卻至3～4 ℃冷藏20 h，離心，干燥，粉碎過篩。在此工藝條件下，制備的抗性淀粉得率為25.3%。

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