不同方法制備的馬鈴薯抗性淀粉物化特性研究

鄭 妍，曹 玨，方澤棟，李相禹，韋青海，彭佳麗

（武漢設(shè)計工程學(xué)院食品與生物科技學(xué)院，湖北武漢 430205）

抗性淀粉是不能被人體小腸吸收的一種淀粉，但能被結(jié)腸中腸道菌群發(fā)酵，生成對人體健康有益的丁酸等短鏈脂肪酸，具有促進(jìn)腸道有益菌群增殖、降低腸道炎癥、增強(qiáng)機(jī)體免疫能力等生理功效[1]。同時，抗性淀粉也具有良好的擠壓特性、高糊化溫度、低持水能力和高水結(jié)合能力，可廣泛用于酸奶、冰激凌、餅干、面包、面條等食品加工中，是一種優(yōu)良的膳食纖維強(qiáng)化劑[2-3]。以馬鈴薯淀粉為原料，采用壓熱、輻照、微波3種方法制備抗性淀粉，并比較了其物化特性，為馬鈴薯高抗性淀粉制備及應(yīng)用提供一定的試驗支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

馬鈴薯，購于當(dāng)?shù)爻校豢剐缘矸蹤z測試劑盒，愛爾蘭Megazyme公司提供；鹽酸、氯化鈉、乙醇、氫氧化鈉、無水乙醚、碘、乙酸、氫氧化鉀等，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供。

UV-3802型分光光度計，上海尤尼科儀器有限公司產(chǎn)品；BS-210型分析天平，德國Sartorius公司產(chǎn)品；FG2型便攜式pH計，梅特勒-托利多儀器有限公司產(chǎn)品；LXU-118型離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠產(chǎn)品；Nexus470型傅里葉變換紅外光譜儀，美國Nicolet公司產(chǎn)品；YM型蒸汽滅菌鍋，上海三申醫(yī)療器械有限公司產(chǎn)品；MKX-G1C1B型微波實驗爐，青島邁可威微波創(chuàng)新科技有限公司產(chǎn)品；60Co輻照源，湖北省農(nóng)科院輻照中心產(chǎn)品。

1.2 試驗方法

1.2.1 馬鈴薯淀粉的制備

采用水磨法制備馬鈴薯淀粉[4]，鮮薯洗凈去皮切塊，用組織搗碎機(jī)加水研磨后過篩，淀粉沉降留在水中，用蒸餾水反復(fù)漂洗5～7次，除去上清液和褐粉層，于40℃下干燥36 h后，粉碎過100目，分樣篩得到馬鈴薯淀粉。

1.2.2 抗性淀粉的制備

（1）壓熱法。取馬鈴薯淀粉，加入蒸餾水配置成15%（W/V）淀粉乳溶液，混勻后沸水浴預(yù)糊化15 min；將糊化后的淀粉在0.1 MPa，121℃的條件下壓熱處理15 min；取出壓熱后的淀粉冷卻至室溫，并于4℃冰箱中冷藏24 h；然后在30℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，重復(fù)循環(huán)3次；最后經(jīng)凍干、粉碎、過篩后制得馬鈴薯抗性淀粉。

（2）輻照法。取馬鈴薯淀粉，加入蒸餾水配置成15%（W/V）淀粉乳溶液，混勻后于沸水浴中預(yù)糊化15 min；將糊化后的淀粉用60Co進(jìn)行輻照處理，放射源活度為60萬居里，在靜態(tài)常溫條件下輻照，總劑量為10 kGy，劑量率為5 Gy/min；取出輻照后的淀粉于4℃冰箱中冷藏24 h，然后在30℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，重復(fù)循環(huán)3次；最后經(jīng)凍干、粉碎、過篩后制得馬鈴薯抗性淀粉。

（3）微波法。取馬鈴薯淀粉，加入蒸餾水配置成15%（W/V）的淀粉乳溶液，混勻后于沸水浴中預(yù)糊化15 min；將糊化后的淀粉在700 W的微波功率下處理3 min；取出微波后的淀粉冷卻至室溫，并于4℃冰箱中冷藏24 h，然后在30℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，重復(fù)循環(huán)3次；最后經(jīng)凍干、粉碎、過篩后制得馬鈴薯抗性淀粉。

1.2.3 抗性淀粉的測定

樣品在37℃下用胰淀粉酶和淀粉葡糖苷酶在搖動水浴中孵育16 h，在該時間段內(nèi)，經(jīng)由2種酶的聯(lián)合作用，將非抗性淀粉溶解并水解成D-葡萄糖。通過加入等體積的乙醇終止反應(yīng)，離心回收沉淀中的抗性淀粉。通過在乙醇水溶液（50%V/V）中洗滌2次，然后離心除去上清液。將沉淀中的抗性淀粉溶解在濃度為2 mol/L KOH溶液中，在冰水浴中通過磁力攪拌器劇烈攪拌。將該溶液用乙酸鹽緩沖液中和，并用葡萄糖氧化酶/過氧化物酶試劑（GOPOD）測量葡萄糖含量，通過系數(shù)轉(zhuǎn)換得到抗性淀粉含量。

1.2.4 抗性淀粉的溶解度、膨脹度

分別取干燥恒質(zhì)量4種淀粉樣品2.0 g于具塞試管中，然后加入20 mL蒸餾水充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠓謩e在55，75，95℃的水浴條件下加熱處理40 min，加熱過程中，每5 min用漩渦攪拌器攪拌一次，保證樣品受熱一致。加熱結(jié)束后，流水冷卻至室溫，離心10 min，分別收集上清液和下層沉淀至恒質(zhì)量的稱量瓶中，于105℃下干燥4 h至恒質(zhì)量，用下式計算溶解度S和膨脹度SP[5]。

式中：W——稱取的樣品質(zhì)量，g；

A——烘干至恒質(zhì)量的上清液質(zhì)量，g；

P——烘干至恒質(zhì)量的下層沉淀質(zhì)量，g。

1.2.5 抗性淀粉的透明度

稱取淀粉（0.05 g，干基），加5 mL蒸餾水，置于95℃下水浴30 min，每隔5 min振蕩一次，冷卻至室溫，以蒸餾水為空白，于650 nm處測透光率[6]。

1.2.6 抗性淀粉的鏈構(gòu)象

采用KBr壓片法測定淀粉的紅外光譜，表征鏈構(gòu)象。KBr于105℃下干燥8 h，按照1∶100的比例與淀粉充分混合，研磨均勻后進(jìn)行壓片，然后放置于紅外光譜儀的樣品室中，對樣品進(jìn)行全波段掃描。以不含淀粉樣品的KBr壓片為空白掃背景，波數(shù)掃描范圍為4 000～400 cm-1，分辨率為4 cm-1，掃描累加64次，得到淀粉樣品的紅外光譜圖。利用FT-IR附帶的軟件對淀粉的紅外波譜進(jìn)行分析。

1.2.7 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS16.0數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，所有結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，通過一元方差分析（One-Way ANOVA） 進(jìn)行多個組間平均數(shù)的比較，如果組間存在顯著性差異（p<0.05），則采用Duncan檢驗進(jìn)行組間多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同方式處理下的馬鈴薯抗性淀粉含量

不同方式處理下的馬鈴薯抗性淀粉含量見表1。

表1 不同方式處理下的馬鈴薯抗性淀粉含量/%

由表1可知，經(jīng)過不同方式處理過的馬鈴薯抗性淀粉含量顯著高于馬鈴薯原淀粉（p<0.05）。其中，輻照處理后的馬鈴薯抗性淀粉含量最高，為原淀粉的2.78倍，壓熱與微波處理下的馬鈴薯抗性淀粉含量也分別達(dá)到了原淀粉的2.37，2.23倍。由此得知，壓熱、輻照、微波這3種處理方法中，輻照處理的效果最好，而壓熱處理與微波處理效果次之，且二者無顯著性差異（p>0.05）。

2.2 不同方式處理及不同溫度下的馬鈴薯抗性淀粉的溶解度與膨脹度

不同方式處理及不同溫度下馬鈴薯抗性淀粉的溶解度見表2。

表2 不同方式處理及不同溫度下馬鈴薯抗性淀粉的溶解度

由表2可知，除微波處理外，原淀粉、壓熱和輻照處理抗性淀粉的溶解度均隨著溫度的升高而逐漸增大，且各溫度條件下，輻照處理抗性淀粉的溶解度顯著高于其他各組（p<0.05）。隨著溫度升高，4種樣品的溶解度呈現(xiàn)一定的上升趨勢，這可能是由于抗性淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)會在加熱的過程中被破壞，使直鏈淀粉從結(jié)晶結(jié)構(gòu)中解離并且擴(kuò)散至水中，溫度越高，解離作用越強(qiáng)，促使溶解度升高，而輻照處理促使直鏈淀粉解離的效果更顯著。

不同方式處理及不同溫度下馬鈴薯抗性淀粉的膨脹度見表3。

表3 不同方式處理及不同溫度下馬鈴薯抗性淀粉的膨脹度

由表3可知，隨著溫度的升高原淀粉和輻照處理抗性淀粉的膨脹度均呈逐漸增大的趨勢，而壓熱和微波處理抗性淀粉的膨脹度在75℃下最大，在95℃下，樣品膨脹度大小為壓熱>微波>原淀粉>輻照（p<0.05）。淀粉的膨脹度表明無定形區(qū)與結(jié)晶區(qū)淀粉鏈之間的結(jié)合程度，反應(yīng)的是支鏈淀粉的糊化能力，故隨著溫度的升高，4種樣品的膨脹度呈現(xiàn)一定的上升趨勢。

2.3 不同方式處理下及不同溫度下馬鈴薯抗性淀粉的透明度

不同方式處理下及不同溫度下馬鈴薯抗性淀粉的透明度見表4。

表4 不同方式處理下及不同溫度下馬鈴薯抗性淀粉的透明度

由表4可知，馬鈴薯原淀粉經(jīng)壓熱、輻照、微波處理制得抗性淀粉的透明度顯著下降（p<0.05），且不同處理之間無顯著性差異（p>0.05）。隨著放置時間的延長，馬鈴薯原淀粉的透明度呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，3～5 d后透明度顯著小于前2d（p<0.05）。微波處理的抗性淀粉透明度隨放置時間延長，透明度無明顯變化，僅放置5d后透明度明顯小于放置1 d（p<0.05），而壓熱和輻照處理的抗性淀粉透明度放置5 d，透明度無顯著性變化（p>0.05）。由此表明，經(jīng)壓熱、輻照、微波處理制得抗性淀粉的透明度雖然降低，但透明度穩(wěn)定性明顯優(yōu)于馬鈴薯原淀粉。

2.4 不同方式處理下的馬鈴薯抗性淀粉的紅外光譜掃描

不同方式處理下的馬鈴薯抗性淀粉的紅外光譜掃描見圖1。

圖1 不同方式處理下的馬鈴薯抗性淀粉的紅外光譜掃描

傅里葉紅外光譜儀可以研究淀粉顆粒的短程有序結(jié)構(gòu)，尤其是鏈構(gòu)象和雙螺旋結(jié)構(gòu)的差異。由圖1可知，4種樣品的振動吸收峰大致相似，說明不同的制備方法對馬鈴薯抗性淀粉基團(tuán)的影響沒有差別，壓熱、輻照、微波并沒有使淀粉產(chǎn)生新的化學(xué)基團(tuán)和化學(xué)鍵。

995，1 022，1 047 cm-2是表征淀粉構(gòu)象的特性譜帶，1 022 cm-2是無定型區(qū)的特征譜帶，995和1 047 cm-2則分別表示雙螺旋和有序結(jié)構(gòu)的振動吸收，可用A1047/1022和A995/1022表示有序結(jié)構(gòu)和雙螺旋結(jié)構(gòu)程度。

不同方式處理下的馬鈴薯抗性淀粉的紅外光譜掃描見表5。

表5 不同方式處理下的馬鈴薯抗性淀粉的紅外光譜掃描

由表5可知，馬鈴薯原淀粉淀粉經(jīng)壓熱、輻照、微波處理制得抗性淀粉有序結(jié)構(gòu)程度均減小，且微波處理抗性淀粉與原淀粉存在顯著差異（p<0.05）。相比于馬鈴薯原淀粉，壓熱、輻照、微波3種處理制得抗性淀粉雙螺旋結(jié)構(gòu)程度均顯著減?。╬<0.05），且微波處理減小程度顯著高于壓熱和輻照處理（p<0.05）。這可能是由于壓熱、輻照、微波制備抗性淀粉過程使得淀粉分子鏈過度降解而使生成的有序結(jié)構(gòu)和雙螺旋結(jié)構(gòu)較少，而微波處理改變程度更顯著。

3 結(jié)論

通過試驗得到如下結(jié)論：壓熱、微波、輻照這3種處理方法均顯著提高了抗性淀粉含量（p<0.05），且輻照處理后的馬鈴薯抗性淀粉含量最高；原淀粉及壓熱、輻照和微波處理制備的馬鈴薯抗性淀粉溶解度和膨脹度均隨溫度的升高呈現(xiàn)一定的上升趨勢，且各溫度條件下，輻照處理抗性淀粉的溶解度顯著高于其他各組（p<0.05）；經(jīng)壓熱、輻照、微波處理制得抗性淀粉的透明度顯著降低（p<0.05），但透明度穩(wěn)定性明顯優(yōu)于馬鈴薯原淀粉；相比于馬鈴薯原淀粉，壓熱、輻照、微波處理制得抗性淀粉有序結(jié)構(gòu)和雙螺旋結(jié)構(gòu)程度均減小，且微波處理改變程度均顯著（p<0.05）。