高純度難消化糊精的制備工藝及其特性研究

張　穎，朱曉雯，錢　和，姚衛蓉

（江南大學食品學院，江蘇無錫214000）

高純度難消化糊精的制備工藝及其特性研究

張穎，朱曉雯，錢和，姚衛蓉*

（江南大學食品學院，江蘇無錫214000）

研究了高純度難消化糊精的制備工藝及其特性。以玉米淀粉為原料，經過高溫酸解得到焦糊精，再酶解、濃縮，采用酒精沉淀的方法得到難消化糊精后用酒精洗去葡萄糖，制備高純度難消化糊精。結果表明最佳工藝條件為：加酸量為12%，焦糊化溫度為180℃，焦糊化時間為0.5h，酒精洗滌次數為6次，此時高純度難消化糊精得率可達40.32%，純度可達95.30%。并測定了高純度難消化糊精的分子量分布和熱特性分析，重均分子量為8607u，熱穩定性高。本文為其在各類食品中的應用奠定了一定基礎。

難消化糊精，高純度，工藝，特性

膳食纖維具有改善人體腸道菌群，改善血糖和脂肪代謝，降低血清膽固醇，促進礦物質吸收等生理功能［1］。難消化糊精屬于低分子可溶性膳食纖維［2］。1989年在日本，松谷化學工業株式會社開發出了難消化糊精，因其具有多種生理功效而取得日本政府特定保健食品原料的認定［3］。在我國，難消化糊精的研究在二十世紀九十年代中后期才開始。2005年，江南大學的Oumar博士利用酵母菌發酵的方法制備純化難消化糊精，使得終產品的純度達到94%［4］。2007年，廣東省食品研究所申請了一種難消化糊精的制備方法的專利，這個專利利用普魯蘭酶代替傳統方法中的糖化酶制備難消化糊精［5］。2009年，江南大學的滕健碩士利用微波法制備難消化糊精，但純度不高［6］。2010年保齡寶生物股份有限公司申請了一種新型抗消化糊精的制備方法，該專利采用酶制劑直接轉化生產，使最終產品中有效成分含量達到90%以上［7］。

酒精沉淀已被用于提取葛仙米多糖［8］，從獼猴桃皮渣中提取果膠［9］，從海紅果皮渣中提取果膠［10］，從胡蘿卜渣中提取食用果膠［11］，生產硫酸軟骨素［12］等的多糖工藝研究中。在酶解過程中會產生游離葡萄糖，導致最終產品的純度很低。因此本文以玉米淀粉為原料，酸熱解得到焦糊精，酶解除去焦糊精中的淀粉及其他糊精，用酒精沉淀的方法得到難消化糊精。測定高純度難消化糊精的分子量分布和熱特性為其在各類食品中的應用做好鋪墊。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

玉米淀粉山東祥瑞藥業有限公司；濃鹽酸（AR） 國藥集團化學試劑有限公司；氫氧化鈉（AR）

國藥集團化學試劑有限公司；乙醇（AR） 國藥集團化學試劑有限公司；耐高溫α-淀粉酶無錫杰能科酶制劑公司（酶活：2萬u/mL）；葡萄糖淀粉酶無錫杰能科酶制劑公司（酶活：10萬u/g）；堿性蛋白酶（Alcalase2.4L）諾維信生物技術有限公司；磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、丙酮AR，國藥集團化學試劑有限公司。

SYH型捏合機南通范氏機械廠；JB90-D型強力電動攪拌機上海標本模型廠；THZ-82型水浴恒溫振蕩器國華企業；HHS型電熱恒溫水浴鍋上海醫療機械五廠；DGG-9123AD型電熱恒溫鼓風干燥箱上海森信實驗儀器有限公司；PHS-3C型酸度計上海埃依琪實業有限公司；R-501型旋轉蒸發器上海申順生物科技有限公司；SHB型循環水式多用真空泵鄭州長城科工貿有限公司；差示掃描量熱儀美國TA儀器有限公司；高效液相凝膠過濾色譜儀美國Waters公司。

1.2實驗方法

1.2.1難消化糊精制備工藝過程普通玉米淀粉→加酸攪拌→預干燥→焦糊化→液化→去蛋白→糖化→脫色→濃縮→酒精沉淀→酒精洗滌→干燥→高純度難消化糊精

將普通玉米淀粉加1%的鹽酸加熱攪拌，預干燥后，高溫熱解生成焦糊精。將焦糊精用耐高溫α-淀粉酶、糖化酶、堿性蛋白酶酶解，再經過活性炭脫色，濃縮之后用4倍酒精沉淀，再用酒精洗滌干燥之后制得高純度難消化糊精。

1.2.2高純度難消化糊精的制備工藝影響因素研究

1.2.2.1加酸量對難消化糊精得率的影響在500g普通玉米淀粉中加入1%的鹽酸，加酸量為6%、9%和12%。在捏合機內室溫攪拌1h，邊攪拌邊升溫到110℃控制水分小于5%，再次邊攪拌邊升溫到180℃，反應0.5h。加水調漿，用NaOH調pH至6.0，加入0.1%耐高溫α-淀粉酶在95℃反應2h。繼續用1mol/L NaOH調節pH至5.8，加入0.05%的堿性蛋白酶在60℃反應1h。再用1mol/L HCl調節pH至4.5，加入0.1%的糖化酶在60℃攪拌下反應36h。糖化液用4倍體積預熱至60℃的95%乙醇沉淀，放置到105℃的烘箱中干燥。計算難消化糊精得率。

1.2.2.2焦糊化溫度對難消化糊精得率的影響在500g普通玉米淀粉中加入1%的鹽酸，加酸量12%。在捏合機內室溫攪拌1h，邊攪拌邊升溫到110℃控制水分小于5%，再次邊攪拌邊升溫到140、160、180和200℃，反應0.5h。后續反應同1.2.2.1。計算難消化糊精得率。

1.2.2.3焦糊化時間對難消化糊精得率的影響在500g普通玉米淀粉中加入1%的鹽酸，加酸量12%。在捏合機內室溫攪拌1h，邊攪拌邊升溫到110℃控制水分小于5%，再次邊攪拌邊升溫到180℃，反應0.5、1、1.5、2和2.5h。后續反應同1.2.2.1。計算難消化糊精得率。

1.2.2.4酒精洗滌次數對難消化糊精得率和純度的影響糖化反應后的糖化液按4∶1的比例濃縮后，加入4倍體積預熱至60℃的95%乙醇沉淀。再加一倍體積的78%酒精加熱攪拌洗滌3、4、5、6次，放置到105℃的烘箱中干燥。計算難消化糊精得率和純度。

1.2.2.5玉米淀粉原料對難消化糊精得率和純度的影響在500g普通玉米淀粉、蠟質玉米淀粉、高直鏈玉米淀粉中各加入1%的鹽酸，加酸量12%。在捏合機內室溫攪拌1h，邊攪拌邊升溫到110℃控制水分小于5%，再次邊攪拌邊升溫到190℃，反應0.5h。糖化反應后的糖化液按4∶1的比例濃縮后，加入4倍體積預熱至60℃的95%乙醇沉淀。再加一倍體積的78%酒精加熱攪拌洗滌3、4、5、6次，放置到105℃的烘箱中干燥。計算難消化糊精得率和純度。

1.2.3難消化糊精得率和純度測定方法難消化糊精的純度測定參照國標GB/T22224-2008食品中膳食纖維的測定-酶重量法。

難消化糊精的得率（%）=干燥后的物質重量/反應前玉米淀粉的重量×100

1.2.4高純度難消化糊精的分子量分布測定方法色譜條件為：色譜柱：UltrahydrogelTMLinear 300mm× 7.8mm；流動相：0.1mol/L NaNO3；流速：0.9mL/min；柱溫：45℃；樣品制備：樣品溶解于流動相（20%CH3CN+ 80%H2O）中，用微孔過濾膜過濾后進樣。

1.2.5玉米淀粉和高純度難消化糊精的熱特性分析測定方法采用差示掃描量熱儀測定玉米淀粉和抗性麥芽糊精的熱特性。主要實驗步驟如下：準確稱取一定量的樣品（按干基計）于坩堝中，加入去離子水（絕干樣品∶水=1∶2，W/W），坩堝加蓋壓緊密封，在4℃冰箱內平衡24h，儀器通N2速率50mL/min，以空皿作為參比，然后以10℃/min的速率升溫，溫度從30℃到120℃。

圖1　加酸量對難消化糊精得率的影響Fig.1　Effect of the amount of acid added on indigestible dextrin yield

2　結果與討論

2.1加酸量對難消化糊精得率的影響

不同加酸量的難消化糊精得率見圖1。由圖1可以看出，隨著加酸量的增加，難消化糊精的得率也在增加。這是因為酸量的增加有利于淀粉大分子降解成小分子，這些小分子重新聚合，生成不能被α-淀粉酶和糖化酶降解的成分。顯然在加酸量為12%時，難消化糊精的得率最高。但在實驗中發現，當加酸量超過12%時，焦糊精的顏色很深不利于后續步驟的脫色。因此，難消化糊精生產過程加酸量為12%最合適。

2.2焦糊化溫度對難消化糊精得率的影響

不同焦糊化溫度的難消化糊精得率見圖2。由圖2可以看出，隨著溫度的升高，難消化糊精的得率也在增加。這種情況的出現主要是由于在酸和熱的作用下淀粉分子降解產生一些單糖、雙糖、低聚糖以及小分子糊精，而在高溫下這些小分子會重新聚合。重新聚合的葡萄糖分子間不再是α-1，4糖苷鍵和α-1，6糖苷鍵，而有可能生成α-1，2、α-1，3糖苷鍵，并在部分還原末端上有分子內脫水的縮葡聚糖和β-1，6的結構存在［13］。除直鏈部分外還有許多不規則結構。這些鍵不能或很難被α-淀粉酶和糖化酶降解，因此使難消化糊精的得率增加。但實驗中發現，在200℃以上熱處理時，焦糊精的顏色為棕褐色，不利于脫色，且味道呈焦苦味，不利于其在食品中應用。在制備難消化糊精時，選擇焦糊化溫度為180℃。

圖2　焦糊化溫度對難消化糊精得率的影響Fig.2　Effect of pyrolysis temperature on indigestible dextrin yield

2.3焦糊化時間對難消化糊精得率的影響

不同焦糊化時間的難消化糊精得率見圖3。由圖3可以看出，隨著反應時間的延長，難消化糊精的得率也在增加。但是反應時間1.5～2.5h的增加并不明顯。這是因為在熱處理的最初階段，發生的主要是淀粉分子在酸熱條件下的降解作用，而在高溫下，隨著這些小分子量的成分增加，又發生了小分子的重聚反應。但是反應時間過長，會影響最終產品的顏色?？紤]到生產效率和成本的問題，焦糊化時間為0.5h最合適。

圖3　焦糊化時間對難消化糊精得率的影響Fig.3　Effect of pyrolysis time on indigestible dextrin yield

2.4酒精洗滌次數對難消化糊精得率和純度的影響

不同洗滌次數的難消化糊精得率和純度見圖4。由圖4可以看出，隨著洗滌次數的增加，難消化糊精的得率逐漸降低，純度逐漸增加。這是因為78%酒精可以洗去酶解過程中產生的游離葡萄糖。洗滌次數越多，葡萄糖越少，純度越高。但是在洗滌過程中也會有不可避免的損失，導致得率逐漸降低。因此，確定酒精洗滌次數為6次時，此時難消化糊精的得率為40.32%，純度為95.30%。

圖4　酒精洗滌次數對難消化糊精得率和純度的影響Fig.4　Effect of alcohol washing times on yield and purity of indigestible dextrin

2.5玉米淀粉原料對難消化糊精得率和純度的影響

玉米淀粉原料對難消化糊精得率和純度的影響見表1。由表1可以看出，在同一處理條件下，以普通（祥瑞）玉米淀粉和蠟質玉米淀粉為原料制備的難消化糊精得率和純度相差不大。以高直鏈淀粉為原料制備的難消化糊精的得率比較高，但純度很低。這可能與高直鏈淀粉中的直鏈淀粉含量有關［14］。考慮到成本的問題，所以選用最普通的玉米淀粉作為反應原料。

表1　原料對難消化糊精得率和純度的影響Table 1　Effect of raw materials on yield and purity of indigestible dextrin

2.6高純度難消化糊精的分子量分布

高純度難消化糊精的分子量分布如圖5所示，玉米淀粉經過酸熱處理后的高純度難消化糊精只在保留時間為22.493min出現了一個明顯的主峰，說明其改性很徹底，純度很高，幾乎不存在小分子單糖。

從表2中可以看出，高純度難消化糊精的數均分子量為2921u，重均分子量為8607u，峰值分子量為3083u。已有文獻表明，采用GPC的方法得到的玉米淀粉的重均分子量為2.744×107u，數均分子量為1.040×107u［15］。

2.7玉米淀粉和高純度難消化糊精的熱特性分析

玉米淀粉的DSC如圖6所示，從圖6中可以看出，玉米淀粉的起始糊化溫度（T0）為67℃，峰值溫度（TP）為72℃，終了溫度（TC）為78℃。如圖7所示，以玉米淀粉為原料制備的高純度難消化糊精在72℃沒有出現相轉變峰，說明淀粉的結構已不復存在。說明淀粉經過酸熱處理后，破壞了玉米淀粉原有的結構。已有文獻表明其分子間可能形成α-1，2、α-1，3糖苷鍵，并在部分還原末端上有分子內脫水的縮葡聚糖和β-1，6的結構存在，其在常壓下不會出現相轉變。所以將高純度難消化糊精作為膳食纖維添加到食品中不會改變其結構，其抗性依然存在。

表2　高純度難消化糊精的分子量分布參數Table 2　Molecular weight distribution parameters of high purity indigestible dextrin

圖5　高純度難消化糊精的分子量分布Fig.5　Molecular weight distribution of high purity indigestible dextrin

圖6　玉米淀粉的DSC圖Fig.6　DSC-thermogram of corn starch

圖7　高純度難消化糊精的DSC圖Fig.7　DSC-thermogram of high purity indigestible dextrin

3　結論

用1%（w/w）鹽酸與玉米淀粉混合，加酸量為12%，預干燥后，在180℃下焦糊化反應0.5h后，加1.5倍體積水調漿再酶解，糖化液濃縮后用4倍體積的95%酒精沉淀制備難消化糊精。然后再用一倍體積的78%酒精反復攪拌洗滌6次，洗去葡萄糖，使難消化糊精的純度達到95.30%，得率達到40.32%。高純度難消化糊精的數均分子量為2921u，重均分子量為8607u，峰值分子量為3083u，熱穩定性高，玉米淀粉的結構已不復存在，其作為低分子可溶性膳食纖維可用于生產實踐。

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Study on preparation process and properties of high purity indigestible dextrin

ZHANG Ying，ZHU Xiao-wen，QIAN He，YAO Wei-rong*
（Department of Food，Jiangnan University，Wuxi 214000，China）

It was described the preparation and properties of high purity indigestible dextrin.The corn starch was acidhydrolyzed under 180℃for 0.5h by adding 12%（V/W）HCl solution（1%W/W）firstly，and then mixed with 10 folds water（V/W）and enzymolyzed by amylase and glucoamylase.The hydrolysis was concentrated under vacuum and then precipitated with ethanol to be purified，the precipitation for 6 times was the production of indigestible dextrin and the yield was 40.32%and the purity was 95.30%.Analysis of molecular weight distribution and DSC-thermogram of high purity indigestible dextrin were studied，the results showed the high thermal stability and the heavy molecular weight was 8607u，which provided some information for its application in all kinds of food.

indigestible dextrin；high purity；preparation process；properties

TS201.1

B

1002-0306（2015）10-0293-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.10.053

2014-08-29

張穎（1990-），女，碩士，研究方向：食品安全與質量控制。

姚衛蓉（1970-），女，博士，教授，研究方向：食品安全與質量控制。