壓熱-酶解法制備青芒果抗性淀粉

池明亮,岑 瑩,馮麗敏,聶紅梅,陳玲玲,廖夏云

(廣西中醫藥大學,廣西南寧 530299)

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壓熱-酶解法制備青芒果抗性淀粉

池明亮,岑 瑩,馮麗敏,聶紅梅,陳玲玲,廖夏云

(廣西中醫藥大學,廣西南寧 530299)

本研究采用壓熱-酶解法制備青芒果抗性淀粉,實驗以青芒果淀粉為原料,在壓熱條件和α-淀粉酶作用的基礎上,研究普魯蘭酶酶濃度、酶解溫度、酶處理pH和酶解時間對青芒果抗性淀粉含量的影響。正交實驗結果表明,壓熱-酶解法制備青芒果抗性淀粉的最佳條件為魯蘭酶添加量30 U/g、酶解pH5、酶解時間15 h、酶解溫度60 ℃,該條件下,青芒果抗性淀粉產率最高可達7.368%。

青芒果,抗性淀粉,普魯蘭酶

抗性淀粉(RS)是一種不被人體小腸所吸收的淀粉及其降解產物[1],能夠改善人體的腸道功能。抗性淀粉作為一類新型的膳食纖維,具有廣泛的研究和發展前景。

制備抗性淀粉的基本原理是改變淀粉的分子結構,降低部分淀粉鏈長度,使其結晶結構發生變化,從而達到抗消化的作用。常用的抗性淀粉制備方法有壓熱處理法、酶或酸水解法(脫支法)、擠壓法、超聲波法等[2]。

壓熱法是用水調配好一定濃度淀粉乳,預糊化后經過高溫高壓處理,再經冷卻使淀粉老化,最后干燥粉碎可制得RS3(回生或重結晶淀粉)。在壓熱過程中破壞了淀粉顆粒的結構,直鏈淀粉逐漸從淀粉顆粒中溶解出來,在冷卻和凝沉過程中淀粉分子鏈相互靠近及重排,出現淀粉凝沉的現象,逐漸形成有序的重結晶淀粉。在結晶區會出現阻止淀粉酶活性部分結合的部分,從而對酶產生抗性。孫冉等[3]采用淀粉乳濃度為30%,壓熱溫度為120 ℃處理60 min,制備的玉米抗性淀粉含量為11.37%。

芒果是仙人掌漆樹科芒果屬的多年生植物[4-5]。芒果原產于印度,唐代時被從印度引種至我國。目前我國已成為世界上第二大芒果生產國。現我國主要栽種品種有金煌芒、臺農1號、凱特芒、貴妃芒、桂熱芒82號、紫花芒等,不同地區主要栽種的品種不同,主產地有海南、廣東、廣西、云南、福建、臺灣等省區[6-7]。芒果營養豐富,外形美觀,香氣撩人,有“熱帶水果之王”和“希望之果”的美稱。其含有人體必需的碳水化合物、蛋白質和脂肪以及豐富的維生素A、B、C,其中維生素A的含量近4%,是果蔬之中含量最高的[8]。

青芒果的成熟度低于50%～70%,不宜鮮食。由于催熟復雜,大部分都作為廢物被丟棄,浪費嚴重[9]。本實驗對利用青芒果制備抗性淀粉的方法行了初步探究,以期利用廢棄物、提高得率,并為其在淀粉工業中的應用提供一定的參考,可為抗性淀粉的提取工藝提供一定的依據,拓寬抗性淀粉的應用范圍,對實現抗性淀粉商品化以及我國淀粉產業有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

青芒果 市售;耐高溫α-淀粉酶、普魯蘭酶 江蘇銳陽生物科技有限公司;胃蛋白酶 國藥集團化學試劑有限公司;葡萄糖淀粉酶 上海源葉生物科技有限公司。

759S紫外可見分光光度計 上海棱光技術有限公司;BA210數碼顯微鏡 麥克迪奧實業集團有限公司;YXQ-LS-50SII立式蒸汽壓力滅菌柜 上海博訊實業有限公司醫療設備廠;TDHG-9503A電熱恒溫鼓風干燥箱 上海柏欣儀器設備廠;HH-4數顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司;TGL-16G高速臺式離心機 上海安亭科學儀器廠;pHS-3CpH計 上海雷磁儀器廠;100目分樣篩 上虞市金鼎標準篩具廠。

1.2 制備與測定方法

1.2.1 青芒果淀粉的制備 取一定質量的青芒果,用清水清洗去皮,切成小塊,用打漿機按料液比1∶2勻漿、漿液調pH為7、浸提1.5 h、再離心,離心速度3000 r/min,離心10 min,取沉淀在鼓風干燥箱中40 ℃烘干,再用粉碎機粉碎,過100目篩,得到青芒果淀粉。

1.2.2 制備抗性淀粉 用蒸餾水配制25%的淀粉乳液,調節pH為6.0,加入5 U/gα-淀粉酶95 ℃水浴30 min后,121 ℃、100 kPa高溫高壓處理30 min,冷卻。加入普魯蘭酶(酶濃度、作用溫度、pH、作用時間為進行優化的因素)進行脫支,高溫滅菌后冷卻4 ℃放置24 h。80 ℃烘干,粉碎過100目篩后備用。

1.2.3 抗性淀粉含量測定 參考Goni法[10],并作適當改進,具體步驟為:稱取100 mg干燥樣品置于50 mL離心管中,加10 mL KCl-HCl緩沖液(pH1.5),再加0.2 mL胃蛋白酶(1 g胃蛋白酶溶解于10 mL KCl-HCl緩沖液),40 ℃恒溫震1 h。冷卻至室溫,加9 mL 0.1 mol/L馬來酸緩沖液,調pH為6.0后加1 mLα-淀粉酶2000 U/mL,95 ℃恒溫30 min,保持不斷振蕩。離心15 min(3000 r/min),倒出上清液,用蒸餾水洗滌之后,重復離心,所剩殘留物加3 mL水浸潤,再加3 mL 4 mol/L KOH,加入5.5 mL 2 mol/L HCl和3 mL 0.4 mol/L醋酸鈉緩沖溶液,調pH為4.75,葡萄糖淀粉酶溶液0.1 mL,60 ℃恒溫45 min,保持不斷振蕩。離心15 min(3000 r/min),沉淀用10 mL蒸餾水清洗兩次并收集,與上清液合并后定容至50 mL。

用DNS法測定還原糖,稱取100 mg葡萄糖,用蒸餾水溶解,定容至100 mL。選取6支25 mL具塞試管按表1所示混合,并分別加入1.5 mL DNS溶液,將各試管搖勻后沸水浴5 min,取出后迅速流水冷卻,以蒸餾水定容至25 mL,在540 nm下以1號管調零,測試2到6號管的吸光度,以吸光度為橫坐標,葡萄糖含量為縱坐標,繪制標準曲線。

表1 葡萄糖與蒸餾水的混合量Table 1 Mixture of glucose and distilled water

取1 mL上清液至25 mL試管中,加入1.5 mL DNS,搖勻后沸水浴5 min,取出后迅速流水冷卻,以蒸餾水定容至25 mL在540 nm下測定其吸光度,利用標準曲線計算出葡萄糖的含量。

1.2.4 抗性淀粉含量計算 根據葡萄糖的含量可計算得出抗性淀粉的含量

抗性淀粉含量(%)=待測液體積(mL)×葡萄糖含量(mg/mL)×0.9/分析樣本的質量(g)×100

1.3 單因素實驗設計

1.3.1 酶濃度 壓熱處理后,樣品調節pH為5.0,分別添加普魯蘭酶濃度為(10、20、30、40、50 U/g),在60 ℃水浴中反應12 h條件下處理,烘干后測定RS含量。

1.3.2 酶作用溫度 壓熱處理后,樣品調節pH為5.0,添加普魯蘭酶濃度為30 U/g,分別在(50、55、60、65、70 ℃)水浴中反應12 h條件下處理,烘干后測定RS含量。

1.3.3 酶處理pH 壓熱處理后,樣品調節pH分別為(3.0、4.0、5.0、6.0、7.0),添加普魯蘭酶濃度為30 U/g干物質,在60 ℃水浴中反應12 h條件下處理,烘干后測定RS含量。

1.3.4 酶作用時間 壓熱處理后,樣品調節pH為5.0,添加普魯蘭酶濃度為30 U/g,在60 ℃水浴中反應時間分別為(6、9、12、15、18 h)處理,烘干后測定RS含量。

1.4 正交實驗設計

在單因素實驗的基礎上,以抗性淀粉含量為指標,采用正交實驗對普魯蘭酶作用的條件和工藝進行優化。選擇酶濃度、酶作用pH、酶處理時間、酶處理溫度進行4因素3水平的正交實驗,利用正交表L9(34)進行實驗。

表2 正交實驗因素水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal experiment

2 結果與分析

2.1 酶濃度、溫度、pH和處理時間對抗性淀粉含量的影響

2.1.1 酶濃度 普魯蘭酶酶濃度對抗性淀粉得率的影響如圖1所示。由圖1可知,抗性淀粉的得率隨著普魯蘭酶酶濃度的增加呈現先增加后下降的趨勢,且當普魯蘭酶酶濃度為30 U/g時,含量最高達7.245%。這是因為添加30 U/g的酶量時,酶的作用飽和,淀粉脫支完全,繼續增加酶用量時,RS產量沒有升高,反而趨于下降。

圖1 酶濃度對RS含量的影響Fig.1 Effects of enzyme concentration on the yield of RS

2.1.2 酶作用溫度 普魯蘭酶酶解溫度對抗性淀粉含量的影響見圖2。由圖2可知,抗性淀粉的含量隨著酶處理溫度的增加呈現先增加后下降的趨勢,且當酶處理溫度為65 ℃時,得率最高達5.341%。這是由于普魯蘭酶的活性隨著溫度的升高而增強,其對淀粉的脫支作用增強,支鏈淀粉比例下降,直鏈淀粉含量上升,使得抗性淀粉含量增加;而當溫度高于65 ℃,導致酶活性逐漸減弱,所以得率不會持續上升,反而得率下降。

圖2 酶處理溫度對RS含量的影響Fig.2 Effects of enzyme hydrolysis temperature on the yield of RS

2.1.3 酶處理pH 普魯蘭酶作用pH對抗性淀粉含量的影響見圖3。由圖3可知,pH為5時,抗性淀粉含量最高達5.469%。這是由于普魯蘭酶的活性隨pH的升高而增強,其對淀粉的脫支作用增強,使得抗性淀粉含量增加;而當pH大于5時,導致酶的活性受到抑制,其對淀粉的脫支作用減弱。

圖3 酶處理pH對RS含量的影響Fig.3 Effects of enzyme pH value on the yield of RS

2.1.4 酶處理時間 普魯蘭酶作用時間對抗性淀粉含量的影響見圖4。由圖4可知,當酶解時間為12 h時,抗性淀粉含量最高達3.885%。這是由于普魯蘭酶能夠充分作用于直鏈淀粉,隨時間的增多而RS含量升高,其對淀粉的脫支作用增強,支鏈淀粉比例下降,直鏈淀粉含量上升,使得RS含量增加。

圖4 酶處理時間對RS含量的影響Fig.4 Effects of enzyme hydrolysis time on the yield of RS

2.2 正交實驗

由表3可知,本實驗所得RS含量最高可達到7.368%。由極差分析可得影響抗性淀粉產率的各因素主次為:A(酶濃度)>C(酶處理pH)>B(酶處理溫度)>D(酶處理時間),最優因素水平組合為A2B1C2D3,即添加酶濃度為30 U/g,處理溫度為60 ℃,酶處理pH為5,酶處理時間15 h,采用此工藝參數所制備的抗性淀粉產率為7.368%。

表3 正交實驗結果Table 3 Results of orthogonal experiment

3 結論

本文主要研究壓熱處理和酶解法結合對青芒果抗性淀粉形成的影響,考察了酶濃度、酶處理時間、酶處理pH、酶處理溫度對抗性淀粉得率的影響,研究結果表明,在單因素實驗基礎上進行正交實驗得出普魯蘭酶作用各因素對抗性淀粉得率影響的主次順序為:酶濃度>酶處理pH>酶處理溫度>酶處理時間。普魯蘭酶作用最優條件:添加酶濃度為30 U/g,處理溫度為60 ℃,酶處理pH為5,酶處理時間15 h,此條件下制備的青芒果抗性淀粉含量為7.368%,相比July C等人利用單螺桿擠出機生產芒果抗性淀粉[11]所采用的溫度較低。

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Preparation technology of green mango resistant starch by autoclaving-enzyme method

CHI Ming-liang,CEN Ying,FENG Li-min,NIE Hong-mei,CHEN Ling-ling,LIAO Xia-yun

(Guangxi University of Chinese Medicine,Nanning 530299,China)

In this study,green-mango-resistant starch was prepared by autoclaving-enzyme method,and green mango starch was used to produce the resistant starch. Under conditions of autoclaving and the enzymatic hydrolysis ofα-amylase,the effects of temperature,enzyme temperature,enzymatic temperature,enzyme activity and enzyme activity were studied. The results of orthogonal test showed that the optimum conditions for preparing green mango-resistant starch were 30 U/g,pH5,15 h and 60 ℃,respectively. The yield of resistant starch was up to 7.368%.

green mango;resistant starch;Pullulanase

2016-12-02

池明亮(1996-)，男，本科，研究方向：食品質量與安全，E-mail:13152644921@163.com。

廣西高校中藥制劑共性技術重點實驗室系統課題(ZJGX201403002)。

TS235.4

B

1002-0306(2017)11-0255-04

10.13386/j.issn1002-0306.2017.11.040