压热酸解法优化木薯抗性淀粉的制备工艺

姜志杰，潘飞燕，苏立杰，陈樱萌，钟永怡，邱振阳，陈骁熠

压热酸解法优化木薯抗性淀粉的制备工艺

姜志杰，潘飞燕，苏立杰，陈樱萌，钟永怡，邱振阳，*陈骁熠

（广州医科大学公共卫生学院食品质量与安全系，广东广州511436）

以木薯淀粉为原料、木薯抗性淀粉得率为质量控制指标，采用正交试验确定制备木薯抗性淀粉的最佳工艺条件，使用压热酸解法研究淀粉乳质量分数、压热温度、压热时间、磷酸添加量、糊化时间等因素对木薯抗性淀粉得率的影响。结果表明，制备木薯抗性淀粉的最佳工艺条件为淀粉乳质量分数30%，压热温度120℃，压热时间30min，磷酸添加量2.0%，糊化时间30min。在此条件下，木薯抗性淀粉得率为25.95%，与抗性淀粉含量为1.2%的木薯原淀粉相比，其抗性淀粉含量增加24.75%。

木薯；抗性淀粉；压热酸解法；优化

抗性淀粉（RS）是膳食纤维的一种，是人类小肠内不能吸收、在肠内被发酵的淀粉及其分解产物，主要分为RS1，RS2，RS3，RS4四类。研究表明，抗性淀粉既能降低糖尿病患者餐后的血糖值，还可以降低血液中胆固醇与甘油三酯的含量，从而有助于预防控制糖尿病及由高血脂引起的一些慢性疾病。此外，抗性淀粉在人体肠道微生物的作用下可产生短链脂肪酸，降低结肠pH值，具有预防肠道性疾病的特殊功效[1-3]。但是，存在于各类谷物、豆类等膳食中的原生态抗性淀粉远不能满足人们的需求。因此，如何提高抗性淀粉的制备产率已成为目前国内外研究的热点[4]。

木薯是淀粉含量最高的作物之一，是“十二五”重点发展产业，原产于南美亚马逊河流域，在我国华南地区，尤其在广东和广西种植广泛[5-6]。目前，木薯抗性淀粉的制备方法主要有压热法、酶解或酸解脱支法、超声波处理法、微波辐射法等[7-8]，其中压热法是通过破坏淀粉颗粒分子序列，使直链分子从淀粉颗粒中释放出来，重排后形成直链淀粉结晶，减少直链淀粉被淀粉酶酶解；而酸解法则通过酸的降解效应水解淀粉溶液中支链淀粉的α-1,6糖苷键，提高直链淀粉含量来增加抗性淀粉产率。将压热法与酸解法相结合制备木薯抗性淀粉的方法不仅能够减少直链淀粉被淀粉酶酶解的程度，而且还能促进支链淀粉向直链淀粉的转化，从而有效地增加了木薯抗性淀粉得率，并提高了木薯的利用率。目前，采用联合法制备木薯抗性淀粉的研究尚未见报道，试验以抗性淀粉得率为品质控制指标，探究淀粉乳质量分数、压热温度、压热时间、磷酸添加量、糊化时间等因素对木薯抗性淀粉得率的影响，为木薯抗性淀粉的深加工提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

木薯淀粉，无锡市天之源食品有限公司提供；耐高温α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶，广州瑞千生物科技有限公司提供；胃蛋白酶，北京奥博星生物技术有限公司提供；无水葡萄糖、磷酸、3,5-二硝基水杨酸、酒石酸钾钠、硫酸氢钠、重蒸酚，以及HCl，KCl，NaOH，KOH，均为分析纯。

JM-A12001型电子天平，余姚纪铭称重校验设备有限公司产品；ME204E/02型电子天平，梅特勒-托利多仪器有限公司产品；DX-8D型三孔电热恒温水槽、DZF-6050型真空干燥箱，上海一恒科技有限公司产品；SYQ-DSX-280B型高压灭菌锅，上海申安医疗器械厂产品；F203A0177型磁力搅拌水浴锅，金坛市科杰仪器厂产品；Allergra X-22R型离心机；粉碎机。

1.2 试验方法

1.2.1 木薯抗性淀粉制备工艺流程

木薯淀粉调乳→压热处理→老化→酸化处理→糊化→老化→干燥→粉碎→过筛→木薯抗性淀粉测定。

精确称取适量的木薯淀粉，调制成一定质量分数的木薯淀粉乳，搅拌均匀后倒入三角瓶中封口，在一定温度下压热一段时间，冷却至室温，于4℃条件下老化24 h。添加一定量的磷酸，在沸水浴中糊化一段时间，冷却至室温，于4℃条件下老化24 h，再于60℃条件下烘干，粉碎后过80目筛，密封保存。

1.2.2 木薯抗性淀粉制备单因素试验

分别探究淀粉乳质量分数为5%，10%，20%，30%，40%；压热温度为110，115，120，123，125℃；压热时间为10，20，30，40，50 min；磷酸添加量为1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，3.0%；糊化时间为10，15，20，25，30 min时对木薯抗性淀粉得率的影响，选择最优的制备工艺。

1.2.3 木薯抗性淀粉制备正交试验

根据单因素试验结果，选择影响抗性淀粉得率较大的因素各设3个水平设计正交试验，以抗性淀粉得率为品质控制指标，确定抗性淀粉得率最高的提取工艺。

1.2.4 抗性淀粉测定方法

（1）还原糖标准曲线绘制[9]。取7支25 m L试管编号，按不同添加量加入各种试剂，沸水浴5 min后，冰水浴冷却至室温，用蒸馏水定容至25mL，加塞混匀，在紫外分光光度计下比色。调节波长540 nm，以0号管为对照，测定各管的吸光度。以葡萄糖质量为横坐标、吸光度为纵坐标，绘制标准曲线并解出直线方程。

还原糖标准曲线见表1。

表1 还原糖标准曲线

（2）抗性淀粉含量的测定。①准确称取抗性淀粉样品5.00 g于100 mL烧杯中，加HCl-KCl缓冲溶液（pH值1.5）25mL，再加1 mL胃蛋白酶液（10 g胃蛋白酶，用HCl-KCl缓冲液定容至200mL），40℃恒温振荡1 h，自然冷却至室温。②用2 mol/L的HCl和0.5 mol/L的NaOH调节pH值至5.8~6.5，加入1.88 g耐高温α-淀粉酶溶液，置于95℃恒温水浴中振荡30 min，自然冷却至室温。③调节溶液pH值至4.0~4.5，加入0.188 g葡萄糖淀粉酶溶液，置于70℃恒温水浴中振荡1 h，水解可消化淀粉为葡萄糖。冷却至室温后以转速4 000 r/min离心15min，弃去上清液并重复3次，洗掉其中的葡萄糖。④加入5mol/L的KOH 3mL，水浴加热，搅拌使抗性淀粉溶解。用5mL 3mol/L的HCl中和KOH，调节pH值至4.0~4.5，加入0.188 g葡萄糖淀粉酶溶液，置于60℃恒温水浴中振荡1 h，水解溶出的淀粉成葡萄糖。冷却至室温后以转速4 000 r/min离心15 min，收集上清液，蒸馏水洗涤沉淀并离心，重复3次，合并上清液并用蒸馏水定容至100 m L。⑤采用3,5-二硝基水杨酸（DNS）法测还原糖，并用下列公式计算抗性淀粉的含量。

式中：C——葡萄糖标准曲线求得的还原糖质量，mg；

V——样品提取液的体积，mL；

a——显色用样品液体积，mL；

W——样品质量，g。

2 结果分析

2.1 还原糖标准曲线

回归方程为：

还原糖标准曲线见图1。

2.2 木薯原淀粉中抗性淀粉的含量

按照1.2.4的方法对木薯原淀粉中抗性淀粉的含量进行测定，测得抗性淀粉含量为1.2%，与已报道的抗性淀粉含量0.94%[9]相似。

2.3 压热酸解法优化制备木薯抗性淀粉的单因素试验

2.3.1 淀粉乳质量分数对木薯抗性淀粉含量的影响

图1 还原糖标准曲线

淀粉乳质量分数对木薯抗性淀粉含量的影响见图2。

图2 淀粉乳质量分数对木薯抗性淀粉含量的影响

由图2可知，抗性淀粉含量随着淀粉乳质量分数增大呈现先缓慢上升后急剧下降的趋势，在淀粉乳质量分数为30%时出现最大值。这是因为淀粉乳质量分数较低时，淀粉糊化产生的直链淀粉分子较松散，难以形成稳定的双螺旋结构；淀粉乳质量分数较高时，体系水分过少，温度较高，淀粉结晶区可能发生熔融，导致分子发生降解。因此，在正交试验时，采用的淀粉乳质量分数分别为20%，30%，40%。

2.3.2 压热温度对木薯抗性淀粉含量的影响

压热温度对木薯抗性淀粉含量的影响见图3。

图3 压热温度对木薯抗性淀粉含量的影响

由图3可知，当压热温度小于115℃时，抗性淀粉含量呈上升趋势；当压热温度大于115℃时，抗性淀粉含量呈下降趋势；在压热温度为115℃时，抗性淀粉含量出现最大值。可能是由于在一定的压热温度范围内，压热温度的上升有利于破坏淀粉晶体结构，释放直链淀粉，但当压热温度高于115℃时，淀粉分子会发生过度降解。因此，在正交试验时采用的压热温度分别为110，115，120℃。

2.3.3 压热时间对木薯抗性淀粉含量的影响

压热时间对木薯抗性淀粉含量的影响见图4。

图4 压热时间对木薯抗性淀粉含量的影响

由图4可知，随着压热时间的增长，抗性淀粉含量呈先增加后微微减少并趋向平稳的状态，但总体上的变化波动不大，因此进行正交试验时不纳入此因素。

2.3.4 磷酸添加量对木薯抗性淀粉含量的影响

磷酸添加量对木薯抗性淀粉含量的影响见图5。

图5 磷酸添加量对木薯抗性淀粉含量的影响

由图5可知，当磷酸添加量小于2.0%时，抗性淀粉含量随着磷酸添加量增加而增加；当磷酸添加量为2.0%左右时，抗性淀粉含量达到最高；继续增加磷酸添加量，抗性淀粉含量呈现下降的趋势。这是因为酸可以水解破坏淀粉链的结构，产生更多的直链淀粉段。酸度低时，主要是水解无定形区的支链淀粉。初步的水解能适当增加分子间距离，有利于结晶，使抗性淀粉得率增加。随着水解程度的加深，无定形区的支链淀粉水解完毕，紧密区的直链淀粉和支链淀粉开始水解，淀粉小分子片段增多，不利于聚合和重结晶，使抗性淀粉得率降低[10]。因此，在正交试验时，采用的磷酸添加量分别为1.5%，2.0%，2.5%。

2.3.5 糊化时间对木薯抗性淀粉含量的影响

糊化时间对木薯抗性淀粉含量的影响见图6。

图6 糊化时间对木薯抗性淀粉含量的影响

由图6可知，当糊化时间少于25 min时，抗性淀粉含量随着糊化时间的推移而缓慢增多；当糊化时间为25 min左右时，抗性淀粉含量达到最高；当糊化时间超过25 min时，抗性淀粉含量随着糊化时间的推移而下降。这是因为淀粉糊化一定时间后，其颗粒均已充分与水混合，内部的直链淀粉分子也已完全游离出来，有利于抗性淀粉的形成，但当糊化时间过长时，淀粉链有可能被降解而不利于抗性淀粉的形成。因此，在正交试验时，采用的糊化时间分别为20，25，30 min。

2.4 压热酸解法优化制备木薯抗性淀粉的正交试验

在单因素试验的基础上，确定压热温度（A）、糊化时间（B）、磷酸添加量（C）、淀粉乳质量分数（D）为影响制备木薯抗性淀粉的主要因素。采用L9（34）正交表设计正交试验，探究制备木薯抗性淀粉最优工艺条件。

正交试验因素与水平设计见表2，正交试验结果见表3。

表2 正交试验因素与水平设计

表3 正交试验结果

由表3可知，压热温度、糊化时间、磷酸添加量和淀粉乳质量分数对木薯抗性淀粉含量均有不同程度的影响，4个因素对木薯抗性淀粉含量的影响程度依次为B>D>C>A。压热酸解法优化制备木薯抗性淀粉的最佳工艺组合为A3B3C2D2，即压热温度120℃，糊化时间30min，磷酸添加量2.0%，淀粉乳质量分数30%。

经验证试验得知，在A3B3C2D2工艺条件下，测得的木薯抗性淀粉含量为25.95%，高于正交试验中得分最高的组合A2B3C1D2（试验6）所测得的木薯抗性淀粉含量（25.77%）。因此，压热酸解法制备木薯抗性淀粉的最佳工艺条件为A3B3C2D2，比杨晓惠等人[11]采用压热法设计正交试验制备木薯抗性淀粉，以及尹秀华等人[12]分别用柠檬酸、乳酸和磷酸制备RS3型抗性淀粉得率均高。

3 结论

压热酸解法制备木薯抗性淀粉最佳工艺条件为淀粉乳质量分数30%，压热温度120℃，压热时间30 min，磷酸添加量2.0%，糊化时间30 min。在此工艺条件下，木薯抗性淀粉含量为25.95%，比木薯原淀粉中抗性淀粉含量增加了24.75%。压热酸解法结合使用可以显著提高木薯淀粉中抗性淀粉的含量，为木薯淀粉的深加工研究提供参考。

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[12]尹秀华，谭瑶瑶，吴亨，等.不同酸法制备木薯抗性淀粉的比较[J].食品工业科技，2013，34（21）：107－114.◇

The Optimal Preparation of Cassava Resistant Starch Combined with the Autoclaving Processing and Acid Hydrolysis Method

JIANG Zhijie，PAN Feiyan，SU Lijie，CHEN Yingmeng，ZHONG Yongyi，QIU Zhenyang，*CHEN Xiaoyi
（Departmentof Food Quality and Safety，School of Public Health，Guangzhou Medical University，Guangzhou，Guangdong 511436，China）

With cassava starch as raw materials，output of cassava resistant starch as quality control index，the optimal preparation of cassava resistant starch is explored by orthogonal experiment and the factors influencing the preparation of cassava resistant starch such as concentration of starch slurry，autoclaved temperature，autoclaved time，content of phosphoric acid and gelatinization time.The results show that 30%of starch slurry concentration is autoclaved at 120℃for 30 m in，added 2.0%of phosphoric acid and 30 min of gelatinization.Under this condition，the yield of cassava resistant starch is 25.95%，resistant starch content increased by 24.75%compared 1.2%resistant starch contentof cassava.

cassava；resistant starch；autoclaving processing and acid hydrolysis；optimize

TS234

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.04.009

1671-9646（2017）04a-0026-04

2017-02-15

姜志杰（1990—），男，硕士，研究方向为营养与食品卫生。

*通讯作者：陈骁熠（1965—），女，博士，教授，研究方向为营养与食品卫生。