（制糖工程专业论文）微波法抗性麦芽糊精的制备及其性质和应用的研究.pdf

摘要 学科、专业：工学、制糖工程 硕士研究生姓名：滕健 指导教师：张燕萍副教授 摘要 入学时间：2 0 0 7 年9 月1 日 答辩时间：2 0 0 9 年7 月1 6 日 授予学位时间： 水溶性膳食纤维可作为具有一定生理功能的配料添加到食品中。本论文以淀粉为原 料，采用微波法制备一种水溶性膳食纤维抗性麦芽糊精，着重研究微波法制备抗性 麦芽糊精的工艺，并比较玉米淀粉和蜡质玉米淀粉两种原料制备的抗性麦芽糊精的品 质，探索了抗性麦芽糊精在饮料中的应用。 首先比较相同条件下盐酸和硝酸对抗性麦芽糊精品质的影响，确定了抗性麦芽糊精 的酸性催化剂为盐酸。然后研究了不同的淀粉原料对抗性麦芽糊精品质的影响，在单因 素的基础上，选取微波功率、微波时间和加酸量3 个因素进行b o x b e n h n k e n 中心组合 设计，再通过响应面分析法对实验条件进行优化，玉米淀粉制备抗性麦芽糊精的结果显 示：微波功率6 3 0 w 、微波处理时间1 0 1 2 m i n 和加酸量6 4 3 ，得到的抗性麦芽糊精的 含量4 3 3 0 和白度是7 6 9 ：通过同样的方法确定了蜡质玉米淀粉最佳工艺为：微波功 率6 4 5 w 、微波时间9 4 0 m i n 和加酸量6 1 6 。得到的抗性麦芽糊精的含量为4 7 8 4 ， 白度是7 9 8 8 。通过最优条件和各实验点的整体比较，选择蜡质玉米淀粉作为制各抗 性麦芽糊精的原料。 其次对抗性麦芽糊精的性质进行研究，抗性麦芽糊精的粘度低且稳定性好、溶解度 高、冻融稳定性好、透明度高和热稳定性好，这些性质适合于饮料生产，为进一步的应 用试验奠定了充分的基础，同时利用高效液相色谱分析了其结构成分的变化。 最后用q 淀粉酶和糖化酶水解蜡质玉米淀粉制备的抗性麦芽糊精，得到抗性麦芽糊 精糖浆液，通过单因素实验确定了a 淀粉酶添加量为o 2 ，糖化酶的添加量为0 4 ， 活性炭的添加量是3 ，以3 m l m i n 的通过离子交换树脂。再将水解得到的含有抗性麦 芽糊精糖浆液添加到饮料中，通过正交试验，以感官评定为指标确定了一种运动型饮料 的主配方为：柠檬酸0 1 5 ，果糖0 5 ，抗性麦芽糊精糖浆液1 5 。 关键字：抗性麦芽糊精；微波；膳食纤维；性质；应用 a b s t r a c t a b s t r a c t s u b j e c t ，s p e c i a l t y ：s u g e rm a n u f a c t u r i n ge n g i n e e r i n g t i m eo fe n r o l l m e n t ：0 9 2 0 0 7 m a s t e rg r a d u a t es t u d e n t ：j i a nt e n g t i m eo fo r a ld e f e n s e ：1 6 0 7 2 0 0 9 f a c u l t ya d v i s e r ：y a n p i n gz h a n gproftime o f c o n f e r r i n gd e g r e e ： r e s i s t a n tm a l t o d e x t r i ni so fc e r t a i np h y s i o l o g i c a lf u n c t i o n sa san e w t y p eo fs o l u b l ed i e t a r y f i b e r i nt h i st h e s i s ，w es t u d i e dt h ep r o d u c i n go ft h er e s i s t a n tm a l t o d e x t r i nb ym i c r o w a v ef r o m s t a r c h f i r s t l y ，t h er e s i s t a n tm a l t o d e x t r i nw a sp r e p a r e dw i t hc a t a l y z e ro f n i t r i ca c i da n dh y d r o c h l o r i c a c i dr e s p e c t i v e l y ，a n dh y d r o c h l o r i ca c i dw a sc h o s e nt ob et h ec a t a l y z e ro fr e s i s t a n tm a l t o d e x t r i n p r e p a r a t i o nb yc o m p a r a t i o n n ee f f e c t so fn o r m a lc o r ns t a r c ha n dw a x yc o r ns t a r c ho nr e s i s t a n t m a l t o d e x t r i nw e r es t u d i e d o nt h eb a s i so f s i n g l e f a c t o re x p e r i m e n t s t l l ee f f e c t so fd i f f e r e n ta c i d w e i g h tp e r c e n t ，m i c r o w a v ep o w e ra n dt r e a t i n gt i m eb ym i c r o w a v eo nt h er e s i s t a n tm a l t o d e x t r i n y i e l da n dw h i t e n e s sf r o mr e s i s t a n tm a l t o d e x t r i nw e r ei n v e s t i g a t e dw i t hat h r e e f a c t o r b o x - b e h n k e nc e n t e r - u n i t e dd e s i g n ，n l ep a r a m e t e r sw e r eo p t i m i z e dw i t l lr e s p o n s es u r f a c e m e t h o d o l o g y t h er e s u l to fn o r r n a lc o r ns t a r c hi n d i c a t e dt h a tt h e c o n d i t i o n so f6 4 3 a c i d ，6 3 0w a n d10 12 m i no fm i c r o w a v ew e r eo p t i m u m ，a n dt h ey i e l do fr e s i s t a n tm a l t o d e x t r i nc o u l db e 4 3 3 0 a n d7 6 9 o nw h i t e n e s s 1 1 1 er e s u l to fw a x yc o r ns t a r c hi n d i c a t e dt h a tt h ec o n d i t i o n so f 6 16 a c i d ，6 4 5 wa n d9 4 0 m i no fm i c r o w a v ew e r eo p t i m u m ，a n dt h ey i e l do fr e s i s t a n t m a l t o d e x t r i nc o u l db e4 7 8 4 a n d7 9 8 8 o nw h i t e n e s s w a x yc o ms t a r c hw a sd e c i d e dt ob et h e m a t e r i a lo fr e s i s t a n tm a l t o d e x t r i nb a s e do nt e s t s e c o n d l y , t h ec h a r a c t e r i s t i c so fr e s i s t a n tm a l t o d e x t r i nw e r ea n a l y z e d t h er e s u l t ss h o w e d t h a tt h ei n t r i n s i cv i s c o s i t y , s t a b i l i t y , s o l u b i l i t y , f r e e z i n ga n dt h a w i n g ，t r a n s p a r e n c ya n dt h e r m a l s t a b i l i t yw e r ea l lg o o da n ds u i t a b l ef o rb e v e r a g e t h er e s u l t so fh p l cr e v e a l e dt h a tt h es t r u c t u r e o fr e s i s t a n tm a l t o d e x t r i nw a sc o m p l e x f i n a l l y , s y r u pc o n t a i n i n gr e s i s t a n tm a l t o d e x t r i nw a sp r e p a r e db ye n z y m e b a s e do nt h e s i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t s ，t h eo p t i m u mc o n d i t i o n so fe n z y m ea d d i n gw e r e ：0 2 a - a m y l a s e ， 0 4 g l u c o a m y l a s e ，3 a c t i v ec a r b o na n d3 m l m i nc l e a n s i n gs o l u t i o nv e l o c i t y ，n l eo p t i m u m c o n d i t i o n so ft h et e c h n o l o g yt op r e p a r es p o r t s “n l 【w e r eg o tb ys e n s o r ys c o r ei nt h eo r t h o g o n a l e x p e r i m e n t s ：0 15 c i t r i ca c i d ，0 5 f r u c t o s ea n d15 r e s i s t a n tm a l t o d e x t r i ns y r u p k e y w o r d s ：r e s i s t a n tm a l t o d e x t r i n , m i c r o w a v e ，d i e t a r yf i b e r , p r o p e r t i e s ，a p p l i c a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名： 醯壁日期：迸丑l 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：醯键导师挑趣差聋 l 前言 1 1 淀粉的概述 1 前言 淀粉在自然界中分布非常广，在很多食物原料中含量丰富，同时淀粉是仅次于纤维 素具有丰富来源的可再生资源。淀粉资源的重要来源是禾谷类和薯类，其中玉米淀粉占 世界淀粉产量的8 0 ，中国作为农业大国，约占世界玉米产量的2 0 【1 1 。这些作物一方 面直接作为食品食用；另一方面，通过化学法和发酵法加工成为食品及食品原材料。现 在淀粉及其深加工工业是国民经济中重要的产业之一，其广泛应用于食品、饲料、医药、 胶黏剂、造纸、医药、建筑材料、石油开采、铸造等众多工业中【2 】。因此了解淀粉深加 工产业结构及其发展方向，对于淀粉资源的充分开发、淀粉转化技术研究方向的掌握、 对于拉动现代工业、农业技术进步和国民经济的发展，满足最广大人民群众生活日益增 长的需要，具有非常重要的经济效益和社会效益。俨然更好地开发利用淀粉资源是当今 世界研究的热点之一【3 】。玉米是少数几个用于淀粉商业化生产的作物，其中玉米淀粉占 全世界商业淀粉产量的9 0 以上，因此，玉米淀粉产量很大，在世界变性行业中占有举 足轻重的地位。从目前的情况来看，我国玉米淀粉的消费潜力还有一定的空间，玉米淀 粉对国民经济的发展具有重要贡献【4 j 。蜡质玉米淀粉又被称为糯玉米，是普通玉米的变 异品种，起源于我国。后来由我国传入世界各地，经过美国科学家杂交育种，得到了糯 玉米的优良抗性和特殊品质，并且在美国得到了推广，到9 0 年代已发展到了4 0 万k m 2 ， 使美国成为了蜡质玉米种植面积最大和产量最多的国家【5 】。我国蜡质玉米研究利用起步 晚，发展较慢，直到“八五”期间，国家成立特别攻关组，才研究出了不同品种的蜡质玉 米，并且培育成了具有高产和抗病的蜡质玉米【6 1 。蜡质玉米淀粉与普通淀粉相比，它几 乎全部由支链淀粉分子组成，具备很好的膨胀度和很高的透明度，糊液稳定性好，不易 老化，粘度高，成膜性能好，蒸煮容易且蒸煮稳定性好，其口感也非常不错，因此蜡质 玉米淀粉具有广泛的用途和较好的食用价值【5 ，7 1 。 1 2 微波的概述 1 2 1 微波的反应机理 微波是指波长在l m m l m ( 频率为3 0 0 m h z - - 3 0 g h z ) 之间的具有很强穿透力的电磁 波，其大小和方向随时问作周期性变化【引。微波加热方式具有自己独特的优点。微波加 热是对物体进行“整体”加热，依靠微波透入物料内，使物料内各部分在同一时间获得热 量而升温。自然界中的所有物质都是由大量一端带正电，另一端带负电的分子( 或偶极 子) 组成，介质内的偶极子在自然状态下做杂乱无章的运动和排列。当介质处于特定电 场之中时，其内部的偶极子就重新进行排列，即带正电的一端趋向于负极，带负电的一 端趋向于正极，这时就使毫无规则排列和杂乱运动着的偶极子，变成了具有一定取向的、 垩堕奎兰堡主兰垡丝苎 有规则排列的极化分子，同时，外加电场给予了偶极子“位能”。介质的极化现象越明显， 材料中储存的能量也就越多。多 i - a n 电场越强，极化作用就越强，外加电场变化越快，极 化的也快，分子的热运动和相邻分子之间的摩擦作用也就越剧烈，电磁能便完成了向热 量的转变。当物料放在微波场中时，其极性分子会随微波频率以1 0 8 高频数量级来回摩 擦和摆动，在短时间内产生很大的热量把物体加热【9 j 。 1 2 2 微波在食品中的应用 1 2 2 i 微波干燥 微波干燥方法与其他干燥方法相比具有一系列的优点：物料干燥速度快、干燥时间 短，由于微波能够深入到物料内部而不是依靠物料本身的热传导进行加热；产品质量高， 由于微波加热时间短，可以保持食品固有的色、香、昧，其营养素的损失也较少；反应 灵敏、易控制，利用微波加热只需调整微波输出功率，物料的加热情况可以瞬间改变， 从而便于实现自动化控制，实现连续生产；加热均匀，微波加热是在物料的各个部位同 时进行，因此加热均匀，加热过程具有自动平衡能力，由此可以保证物质原有的特性； 热效率高、设备占地小，因为微波设备本身不耗热，热能绝大部分都作用在物料上，热 效率很高，微波加热设备的体积比传统方法所用设备也小得岁8 1 0 】。利用微波法制备抗 性麦芽糊精就是利用微波的加热与干燥的功能。 1 2 2 2 微波焙烤 微波焙烤是指被加热物料本身作为发热体，微波焙烤的热量能瞬时深入到物料内 部，使焙烤物料内外同时受热，不需要热传导的过程，所以升温加热时间极短；焙烤内 外温差小，微波焙烤时，物料各部位都能均匀渗透电磁波，产生的热量均匀，没有传导 加热中较大的温差，因此，焙烤均匀性的改善对提高某些产品的质量是很有利的；节能 高效，微波加热能瞬时且仅作用于物料，大大节约了能量。另外，由于金属的反射作用， 微波利用率高，所以热效率高；控制简单，热惯性极小，微波机电控制相结合，非常适 宜于要求严格的焙烤过程和加工工艺规范的自动化控制；微波焙烤一般都在特定的密闭 容器中，不易被外界环境污染，也不污染环境，清洁卫型1 1 , 1 2 l 。 1 2 2 3 微波的其他应用 微波还应用于杀菌、灭酶、杀虫及解冻。一般认为微波杀菌是热作用的结果，即所 谓热效应的结果，生物细胞是一种凝聚态介质，该介质在强微波场的作用下温度升高， 介质中的复杂化合物的空间结构发生变化或破坏，蛋白质会受热变性，因而失去生物活 性。微波除热效应外，还有非热效应，也可以说是生物学效应，即微波能破坏微生物的 机体，使活体组织变性，最终导致微生物死亡。微波能影响细胞膜附近的电荷分布，使 膜的屏障作用受到伤害，导致膜功能障碍，破坏或干扰细胞的正常新陈代谢功能，促使 细菌生长抑制、停止或死亡。同时微波对细胞中的核糖核酸和脱氧核糖核酸产生影响， 改变它们的生物活性，延缓或中断细胞的稳定增殖和遗传【1 3 ，1 4 1 。微波灭酶和微波杀虫， 微波加热具有温度和电磁场双重效应，其合作用能加强被加热物料的蛋白质变性作用， 2 i 前言 从而有效灭酶和杀虫【1 5 , 1 6 】。微波解冻是指将制品的温度由冻藏温度提高到一个较高的温 度但仍然会低于冰点，不再是冻结的固体，此时冻品无滴水，适合用刀切n 加- r 8 1 。 1 3 膳食纤维的概述 1 3 1 膳食纤维的定义和分类 膳食纤维是指不被人体小肠消化吸收，在大肠内完全或部分发酵的植物可食用部分 或类似的碳水化合物。膳食纤维包括多聚糖、低聚糖、木质素、碳水化合物类似物及相 关的植物成分。膳食纤维促进有益的生理效果包括促进排便，降低胆固醇，降低血糖。 膳食纤维按照溶解性，可分为水溶性和水不溶性两大类。水不溶性纤维包括纤维素、 木质素、某些半纤维素和壳聚糖等，他们是细胞壁的组成成分；而果胶、瓜尔胶、藻酸 钠、葡聚糖和真菌多糖等则为水溶性膳食纤维1 1 7 】。 1 3 2 膳食纤维的生理功能 ( 1 ) 调节血糖值 膳食纤维跟糖尿病关系密切，膳食纤维摄入量低跟糖尿病发病率高有很大的联系。 膳食纤维对降血糖的可能原因有以下说法：膳食纤维进入人体消化道以后，吸水膨胀形 成凝胶过滤系统，限制了营养成分与消化酶类的相互接触，使多种消化酶的表现活性降 低，消化过程减慢，同时食物增加了粘滞性，导致胃排空延缓，缩短了食物在胃肠道内 转运时间，限制营养物质向胃肠道粘膜表面弥散，延迟或阻止葡萄糖在肠道的吸收； 膳食纤维可改善末梢组织对胰岛素感受性，降低机体对胰岛素要求，从而降低糖尿病患 者血糖水平，也能够刺激残存p 细胞分泌胰岛素和抑制外源性葡萄糖引起的血糖升高， 抑制了肾上腺素所促进的糖原分解作用，明显降低空腹血糖水平，同时膳食纤维可以恢 复受损的胰岛结构和功能，抑制了血糖的迅速上升【1 9 。2 1 1 ；膳食纤维具有特有的增容作用、 持水、持油的作用，在胃肠内吸水后，能够使胃、肠扩张，产生饱腹感，减少进食量， 特别有利于糖尿病和肥胖病患者控制食欲，将助于治疗糖尿病肥胖者【1 9 ，2 2 】；膳食纤维可 通过改变肠道内消化酶活性调节机体代谢活动，通过离体实验表明膳食纤维具有抑制弘 淀粉酶对淀粉的作用，酶作用于淀粉的时间被延长了，减缓了葡萄糖的释放时间。燕麦 麸皮中的膳食纤维能够降低人类小肠内糜蛋白酶、酯酶和淀粉酶活性调节代谢【2 3 彩】。 ( 2 ) 调节血脂 膳食纤维对不同成分的脂质影响不同，不同品种的膳食纤维的作用效果也有很大区 别。膳食纤维的降脂作用与其结构有关【2 6 1 。膳食纤维能显著降低血胆固醇，它能使动脉 粥样硬化的风险降低，在降低血胆固醇的时候，还会使肝脏、主动脉及其它组织的胆固 醇含量降低，具有抗脂肪肝、抗动脉粥样硬化的作用【2 7 1 。目前膳食纤维降血脂的机制存 在如下几种说法：摄入的脂肪减少和能量的降低，膳食纤维减少了脂质代谢物向胃肠吸 附黏膜表面扩散而进入机体的机会，吸附肠腔内的胆汁酸，减少了重吸收量，增加了粪 便排泄，阻止了胆汁酸肠肝循环【2 8 】；胆固醇的吸收量减少，有些膳食纤维能够结合或 吸附胆固醇和胆汁酸，增加了其排出的量减少了肠道重吸收的量，阻碍了胆固醇的肠肝 3 江南大学硕士学位论文 循环，降低了肝脏中胆汁酸水平【3 0 , 3 1 】，又因胆固醇代谢需要胆汁酸，所以进一步降低了 肝脏胆固醇水平，同时膳食纤维加速了肠道运转，缩短了食物在肠道的停留期 3 2 , 3 3 1 ；影 响肝脏脂质代谢，在结肠内，膳食纤维发酵产物短链脂肪酸影响了肝脏脂质合成，从而 减少了脂肪酸的合成，降低了胰岛素对胆固醇合成的刺激 3 4 1 ；清除血浆胆固醇，膳食纤 维能延缓脂肪的消化和吸收，延长了肠源性富含甘油三酯的脂蛋白在血浆内的存在时 间，胆固醇就能更多的转运到富含甘油三酯的脂蛋白中i ”j ：影响胆固醇代谢的关键酶， 卵磷脂胆固醇脂酰基转移酶是胆固醇酯化和转运的重要酶，当血浆胆固醇降低的同时会 伴有卵磷脂胆固醇脂酰基转移酶活力的显著升高，膳食纤维能使胆固醇关键酶的合成受 到了抑制，将使胆固醇合成量减少，降解增加，机体内的胆固醇含量降低 3 6 , 3 7 j 。 ( 3 ) 整肠作用 膳食纤维在人体内可以吸水膨胀，增加粪便重量，增加排便次数，减少粪便通过时 间，稀释结肠内容物，促进人体肠胃蠕动，消除便秘，预防痔疮；来自小肠的未被消化 吸收的膳食纤维进入大肠后，对其中微生物菌群的数量和种类产生重要影响，水溶性膳 食纤维由于易被肠道菌群作用，对肠道菌群效果的影响更为明显，膳食纤维被结肠内某 些细菌酵解，产生h 2 、c 0 2 、c h 4 和短链脂肪酸，使结肠内p h 值下降，改变能量代谢， 吸收有机物和无机物，减少胆汁酸脱羟作用，促进肠道有益菌生长和繁殖p 引。 但是膳食纤维过量摄入并不是越多越好，有关研究表明，过量摄入会对人体钙、镁、 磷、铁等营养物质吸收造成影响。因此在摄入膳食应该要适量p 。 1 4 抗性麦芽糊精的国内外的研究进展 抗性麦芽糊精又叫难消化糊精，2 0 0 2 年，a o a c 杂志在描述难消化糊精f i b e r s o n 2 时，为了区分传统可食性的麦芽糊精，增加“抗性”这个术语来定义这种混合物。此后， 难消化糊精又有一个新名字叫抗性麦芽糊精【4 2 1 ，它是由日本科学家二十世纪八十年代末 发明的，在日本国内抗性麦芽糊精在1 9 8 9 年申请了专利，该发明是以玉米淀粉为原料 经酸热转化生成焦糊精，再利用生物酶制剂m 淀粉酶和糖化酶进行水解，水解后的产物 用活性炭脱色和离子交换树脂脱盐，最后经喷雾干燥得到抗性麦芽糊槲4 引。从那以后， 日本科学家相继在欧洲和美国申请了抗性麦芽糊精的专利。在我国，抗性麦芽糊精的研 究在二十世纪九十年代中后期才开始有人研究，华南理工大学有人根据国外的专利做了 一些相关的研究【荆。1 。2 0 0 7 年，广东省食品研究所申请了一种抗性麦芽糊精的制备方法 的专利，这个专利利用普鲁兰酶代替传统方法中的糖化酶制备抗性麦芽糊精【4 引。同年， 日本松谷化学工业株式会社申请了含有异构化糖的抗性麦芽糊精的制造方法的专利，这 个发明添加了异构化酶对葡萄糖进行了异构化i 删j 。目前的制备方法主要是双螺旋挤压机 法及高温法，耗时耗能，热能利用率低。微波法制备抗性麦芽糊精的方法还没有报道。 抗性麦芽糊精是水溶性膳食纤维的一种，因此，它具有水溶性膳食纤维的普通功能。 抗性麦芽糊精具有溶解性高、粘度低、甜度低及不产生异味的特点，添加到食品中也不 会影响原有的口感，在调节人体的生理功能方面能发挥非常重要的作用，它能调节人体 4 l 前言 的血糖浓度，血清脂质代谢及肠道内的益生菌，与人体的健康息息相关，因此可以作为 营养强化剂广泛应用【5 m ”】。低粘性、低甜味和耐酸耐高温，非常适用于饮料。在日本， 抗性麦芽糊精的产量在各类食物纤维产量中位居第二，仅次于聚合葡萄糖，已用于清凉 饮料、果汁饮料、调味料、果子酱的生产1 5 4 , 5 5 】。抗性麦芽糊精的主要产品有日本松谷化 学工业株式会社生产的国际商标f i b e r s 0 1 2 和f i b e r s 0 1 2 b 。在中国目前还没有看到相关 的国标，也没有看到相关产品，因此，发展前景很被看好。 1 5 本文研究的立题依据和主要目的 抗性麦芽糊精主要是由于在酸和热的作用下，淀粉分子首先降解产生一些单糖、双 糖、低聚糖以及小分子糊精，而在高温下，这些小分子会重新聚合，重新聚合的葡萄糖 分子之间不一定再是a 1 ，4 糖苷键和a 1 ，6 ，而有可能生成q 、b 1 ，2 和a 、b 1 , 3 以及左 旋葡聚糖等，这些键不能或很难被a 淀粉酶和糖化酶降解，因此，就不能被人体消化吸 收，形成抗性麦芽糊精，但能被肠道微生物分解利用，具备膳食纤维的功能。 本文的主要目的是利用食品中新技术微波法制备抗性麦芽糊精，微波技术在食品中 发展时间比较短，但是微波技术在食品中的应用前景很被看好，微波技术应用于合成食 品化工类产品时可提高反应速率5 4 0 0 倍，微波不但是加热时间快，热能利用率高， 而且微波本身也具备辐射功能，提高产品的含量【8 】。目前还没有报道用微波法制备抗性 麦芽糊精，本研究就是采用微波的方法制备抗性麦芽糊精，再将精制的抗性麦芽糊精糖 浆液直接应用于饮料中。 1 6 本文研究的主要内容 ( 1 ) 酸的种类及酸的用量对微波法制备抗性麦芽糊精的影响 用盐酸和硝酸分别制备抗性麦芽糊精，在不同的盐酸添加量下，比较它们制备的抗 性麦芽糊精的含量，并选择一种酸作为制备抗性麦芽糊精的酸性催化剂。 ( 2 ) 不同淀粉原料微波法制备抗性麦芽糊精工艺条件的优化 以玉米淀粉和蜡质玉米淀粉为原料制备抗性麦芽糊精，通过响应面优化结果，并比 较它们制备的抗性麦芽糊精的品质，选择一种原料作为制备抗性麦芽糊精的最终原料。 ( 3 ) 抗性麦芽糊精粗品的精制工艺的研究 通过单因素实验，确定了c t 淀粉酶，糖化酶和活性炭的用量以及离子交换的条件。 ( 4 ) 抗性麦芽糊精的性质研究 对所制备的抗性麦芽糊精的性质如溶解度、透明度、冻融稳定性、粘度特性以及热 特性等性质进行研究，为抗性麦芽糊精的应用奠定了基础。 ( 5 ) 抗性麦芽糊精糖浆的应用研究 将经酸热处理的粗品通过酶水解以后，得到含有抗性麦芽糊精的葡萄糖溶液，直接 添加到饮料中，通过饮料配方的优化制备一种膳食纤维的运动饮料，同时对其贮藏稳定 性进行研究。 江南大学硕士学位论文 2 1 实验材料及主要仪器 2 材料与方法 2 1 1 实验材料及试剂 玉米淀粉 蜡质玉米淀粉 磷酸氢二钠 a r 磷酸二氢钠 a r 糖化酶( 酶活2 0 0 0 0 u m l ) a 淀粉酶( 酶活3 0 0 0 0 u m l ) 氢氧化钠 a r 盐酸 a r 硝酸 a r 硫酸铜 a r 次甲基蓝 a r 酒石酸钾钠 a r 亚铁氢化钾 a r 葡萄糖 a r 氯化钠 a r 氯化镁 a r 柠檬酸钠 a r 柠檬酸 a r 香精 维生素c 维生素b l 果糖 山东诸城兴贸玉米开发有限公司 无锡金陵塔淀粉有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 肇东市日成酶制剂有限公司 肇东市日成酶制剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 南京远东香精香料公司 国药集团化学试剂有限公司 武汉富驰生物有限公司 厦门星隆达公司 2 1 2 主要实验仪器 n 儿0 7 - - 3 型实验专用微波炉 电子天平m p 2 0 0 a 型 强力电动搅拌机 j b 9 0 d 型 水浴恒温振荡器 s h a b a 捏合机s y h 型 电热恒温水浴锅h h s 型 电热恒温鼓风干燥箱 g z x g f m b s l 型 6 南京杰全微波设备有限公司出品 上海精科天平 上海标本模型厂 南通范氏机械厂 上海医疗器械五厂 上海跃进医疗机械厂 2 材料与方法 分光光度计 酸度计 l g j 1 g 冷冻干燥机 离心沉淀机 循环水式多用真空泵 数显电导率仪 微型高速粉碎机 数显白度仪 阳离子树脂 阴离子树脂 h p l c d s c 7 2 1 型上海精密科学仪器有限公司 p h s 3 c 型上海埃依琪实业有限公司 上海医用分析仪器厂 l x j 一型上海医用分析仪器厂 s h b i v 双a 型郑州长城科工贸有限公司 d d s 3 0 7 型上海天达仪器有限公司 x a 1 型江苏江堰市实验仪器厂 d s b d 1 型温州鹿东仪器厂 0 0 1河北省贝尔特 2 0 1河北省贝尔特 w a t e r s6 0 0 ( 配2 4 1 0 折光检测器和m 工作站) p y r i x 1 型美国p e r k i n e l m e r 公司 2 2 实验方法 2 2 1 微波法抗性麦芽糊精的制备 工艺流程： 玉米淀粉一混合_ 微波处理一抗性麦芽糊精粗品 2 2 1 1 微波反应条件对抗性麦芽糊精制备的影响 准确称取3 0 0 9 淀粉，放在捏合机中搅拌，一边搅拌，一边加入一定量的稀盐酸或 者稀硝酸，盖上捏合机，搅拌一个小时。称取一定量的酸化淀粉在一定的微波功率和微 波时间下反应。得到了含有抗性麦芽糊精的粗品。实验的单因素条件如下： ( 1 ) 酸的种类及加酸量对微波法制备抗性麦芽糊精含量的影响 分别加入1 ( 质量分数，下同) 的盐酸溶液和相同摩尔质量的稀硝酸溶液于玉米 淀粉，加酸量分别为l ，4 ，7 ，1 0 ，1 3 ，在捏合机中搅拌混合均匀，取5 0 9 酸 化淀粉于小玻璃杯中，在6 0 0 w 的功率下工作1 0 m i n 。得到的样品，分别检测它的抗性 麦芽糊精的含量和白度。 ( 2 ) 微波功率对微波法制备抗性麦芽糊精含量的影响 加酸量为7 ，在捏合机中混匀，微波功率分别为3 0 0 w ，4 0 0 w ，5 0 0 w ，6 0 0 w ，7 0 0 w ， 其他条件与2 2 1 1 ( 1 ) 相同。得到的样品，分别检测它的抗性麦芽糊精的含量和白度。 ( 3 ) 微波时间对微波法制备抗性麦芽糊精含量的影响 加酸量为7 ，在捏合机中混匀，微波时间分别是6 m i n ，8 m i n ，1 0 m i n ，1 2 m i n ，1 4 m i n ， 其他条件与2 2 1 1 ( 1 ) 相同，得到的样品，分别检测它的抗性麦芽糊精的含量和白度。 ( 4 ) 水分含量对微波法制备抗性麦芽糊精含量的影响 加酸量为7 ，酸化淀粉分别在8 0 预干燥，使其水分含量大约在1 8 ，1 4 ，1 0 ， 7 江南大学硕士学位论文 6 ，2 左右，其他条件与2 2 1 1 ( 1 ) 相同。得到的样品，分别检测它的抗性麦芽糊精 的含量和白度。 ( 5 ) 淀粉量对微波法制备抗性麦芽糊精含量的影响 加酸量为7 ，在捏合机中混匀，称取2 0 9 ，3 5 9 ，5 0 9 ，6 5 9 ，8 0 9 的酸化淀粉于小 玻璃杯中，其他条件与2 2 1 1 ( 1 ) 相同。得到的样品，分别检测它的抗性麦芽糊精的 含量和白度。 2 2 1 2 微波法制备抗性麦芽糊精工艺条件的优化及原料的选择 在单因素实验的基础上，通过响应面实验方案以及抗性麦芽糊精的含量和白度的关 系，来确定微波法制备抗性麦芽糊精的工艺，同时比较玉米淀粉和蜡质玉米淀粉制备出 来的抗性麦芽糊精含量和白度，选择一种更好的淀粉原料作为最终产品应用。选择微波 功率，微波处理时间，加酸量3 个因素进行b o x b e n h n k e n 中心组合设计，因素和水平 设计表如表l 所示。 袁1 因素和水平设计表 因素 实验因子1 岩! 2 2 1 3 抗性麦芽糊精含量的检测 准确称量1 0 0 0 0 9 样品，向样品中加入5 0m l0 0 5 m o l l 磷酸缓冲溶液( p h 值6 o ) ， 然后加入o 1 m l 的耐高温g t 淀粉酶在9 5 反应o 5 h ，混合物被冷却到室温，调节p h 值 4 5 ，加入0 1 m l 糖化酶在6 0 * ( 2 反应o 5 h , 升温到9 0 灭酶。混合物用水稀释到1 0 0 0 m l ， 用国标法测定产生的葡萄糖数量【5 6 1 。抗性麦芽糊精含量按照下面的公式( 1 ) 计算【4 3 】： 抗性麦芽糊精= 1 0 0 - 磊五万磊赢l o o o 9 ( 1 ) 式( 1 ) 中：a 碱性酒石酸铜溶液( 甲、乙液各半) 相当于葡萄糖的质量，m g ； m - 式样质量，g ； v - 一测定时平均消耗试样溶液体积，m l 。 2 2 1 4 白度的检测 使用d s b d 1 型数显白度仪，根据g b l 2 0 9 7 - - 8 9 进行测定。开启白度仪的电源进 行预热1 5 m i n 后，按下测量按钮，把1 号参比白板放在试样座上，轻轻地将滑筒上升至 测量口，调整面板上校准旋钮，使仪器与参比白板标定的值一致；取下l 号白板，将黑 筒放在试样座上，将滑筒上升至测量口，调整面板上调零钮，使仪器显示值为 “q “- 0 0 0 ；依次重复上面的步骤，直至不需调整“校准”旋钮与“调零”旋钮，仪器即能 相应显示参比白板标定值与 - 4 - 0 0 0 ”，此时预调整完毕。再将样品装在此实验专用的盒 子里，磨平，放到试样座上，轻轻地将滑筒上升至测量口，此时显示的数据即为样品的 8 2 材料与万法 白度值。 2 2 2 抗性麦芽糊精粗品的精制 工艺流程： 抗性麦芽糊精粗品 溶液j 畦隧道盟骘酶解液适骂脱色 蛊王鹳脱盐_ 抗性麦芽糊精糖浆液 将2 2 1 2 优化得到的含有抗性麦芽糊精的样品溶于水制成4 0 的溶液，用氢氧化 钠溶液调节p h 值到6 0 ，升温到9 5 。c ，加入一定质量分数的u 淀粉酶，反应1h ，冷却， 待温度降到室温后调整p h 值到4 5 ，再升温到6 0 。c ，再加入一定质量分数的糖化酶反 应2h ，溶液经过滤后，向清液中加入一定质量分数的活性炭，混匀，在5 5 。c 下3 0 m i n ， 然后除去活性炭获得澄清溶液，再以一定的速度通过装有强酸性苯乙烯阳离子交换树脂 和阴离子交换树脂各4 0 m l 的1 6 x 5 0 c m 层析柱，得到精制的抗性麦芽糊精糖浆液。 2 2 3 性质及结构分析 2 2 3 1 淀粉水分含量的测定 水分含量的测定参照g b t5 4 9 7 8 5 测定【5 7 】。 2 2 3 2 透明度测定 将2 2 2 得到的抗性麦芽糊精溶液，配制成抗性麦芽糊精质量分数为1 ，5 ，1 0 ， 2 0 和3 0 ，在室温下静置一段时间，在不同的p h 条件下，以蒸馏水作参照，用l e m 比色皿在6 2 0 n m 波长处测定其透光率，以透光率表示样品溶液的透明度，透光率越高， 糊的透明度也越高【5 8 】。 2 2 3 3 溶解度的测定 在室温下配制2 的抗性麦芽糊精粗品溶液和精制溶液，置于3 0 的水浴摇床中 3 0 m i n 以防止沉淀，以3 0 0 0 r m i n 离心3 0 m i n ，吸取2 5 9 上层清液于表面皿中置于9 0 的水浴中蒸干，然后在1 0 5 c 的烘箱中烘干3 h 至恒重，称重，按公式( 2 ) 计算1 5 8 】： s ：一a 1 0 0 ( 2 ) w 式( 2 ) 中：卜溶解度，g l o o g ； a e 清液蒸干后的质量，、g ； w 一绝干样品质量，g 。 2 2 3 4 冻融稳定性 将2 2 2 得到的抗性麦芽糊精溶液，放入1 8 。c 冰箱内，冷冻一昼夜后取出自然解冻， 在7 2 0 n m 波长下测定它的透光率，连续五次。透光率越高，透明度越高，浑浊度越低， 比较前后五次的浑浊度，差值越小，冻融稳定性越好【4 3 1 。 9 江南大学硕士学位论文 2 2 3 5 抗性麦芽糊精的流变性分析 将2 2 2 得到的抗性麦芽糊精溶液，在如下的一定条件下，使用n d j 1 型旋转式粘度 仪测定其粘度。 ( 1 ) 温度对抗性麦芽糊精粘度的影响 将2 2 2 得到的抗性麦芽糊精溶液，配制成抗性麦芽糊精糖浆液质量分数为1 ，5 ， 1 0 ，2 0 和3 0 ，调p h 值为6 ，分别在2 0 。c ，3 5 ( 2 ，5 0 c ，6 5 ( 2 ，8 0 。c 的条件下，用 n d j 1 型旋转式粘度仪测定其粘度，并记录比较，每次测定值之间的差值越小，热稳定 越高【鲫j 。 ( 2 ) 剪切速率对抗性麦芽糊精粘度的影响 将2 2 2 得到的抗性麦芽糊精溶液，配制成抗性麦芽糊精糖浆液质量分数为l ，5 ， 1 0 ，2 0 和3 0 ，调p h 值为6 ，用6 、1 2 、3 0 、6 0 r m i n 的速度测其粘度。比较前后的粘 度差值越小，抗剪切性能越好【5 9 1 。 ( 3 ) p h 对抗性麦芽糊精粘度的影响 将2 2 2 得到的抗性麦芽糊精溶液，配制成抗性麦芽糊精糖浆液质量分数为1 ，5 ， 1 0 ，2 0 和3 0 ，分别调节p h 值2 ，3 ，4 ，5 ，6 ，搅拌5 m i n ，再分别测其粘度，比较不 同p h 下的黏度差值，差值越小，抗酸性越列5 9 1 。 2 2 3 6 热特性分析 采用差示扫描量热仪测定蜡质玉米淀粉和抗性麦芽糊精的热特性。主要实验步骤如 下：准确称取一定量的样品( 按干基计) 于坩埚中，加入去离子水( 绝干样品：水= 1 ： 2 ，w w ) ，坩埚加盖压紧密封，在4 冰箱内平衡2 4 h ，仪器通n 2 速率5 0 m l m i n ，以空 皿作为参比，然后以1 0 m i n 的速率升温，温度从3 0 到1 2 0 。 2 2 3 7 成分的比较 精确称取绝干抗性麦芽糊精粗品和原淀粉各1 0 0 0 0 9 ，向样品中分别加入5 0m l o 0 5 m o l l 磷酸缓冲溶液( p h 6 0 ) ，然后加入0 1 m l 的耐高温a 淀粉酶在9 5 反应0 5 h ， 混合物被冷却到室温，调节p h 值4 5 ，加入o 1 m l 淀粉葡萄糖苷酶在6 0 反应0 5 h , 升 温到9 0 灭酶。向清液中加入0 0 3 9 的活性炭，混匀，在5 5 下3 0 m i n ，然后去除活性 炭获得澄清溶液，再通过强酸性苯乙烯离子交换树脂和阴离子交换树脂，定容到1 0 0 m l ， 得到含有抗性麦芽糊精和葡萄糖溶液，采用w a t e r s 6 0 0 ( 配2 4 1 0 示差折光检测器和 e m p o w e r 工作站) 高效液相色谱分析。色谱条件为：色谱柱：s u g a r p a k l6 5 m m i d * 3 0 0 m m ； 流动相：超纯水；柱温：8 5 ；流速：0 4 m l m i n ：进样体积：l o i t l 。 2 2 3 8 分子量分布测定 采用体积排阻高效液相法测定分子量分布。样品的处理条件及仪器同2 2 3 7 ，色谱 条件为：色谱柱：u l t r a h y d r o g e l2 5 0 + u l t r a h y d r o g e l2 0 0 0 ，3 0 0 m m x 7 8 t u m i d ：流动相： 0 1 m n a n 0 3 ；流速：0 9 m l m i n ：柱温：4 5 ；样品制备：样品溶解于流动相中，用微 孔过滤膜过滤后供进样。分子量校正曲线所用标准品：m w 2 0 0 0 0 0 0 ，m w l 3 3 8 0 0 ， 1 0 2 材料与方法 m w 4 1 1 0 0 ，m w 2 1 4 0 0 ，m w 4 6 0 0 ，m w 2 5 0 0 。 2 2 2 9d e 值的测定 取2 2 1 1 ( 3 ) 中的五个样品，准确称取样品1 0 0 0 0 9 ( 干基) 于锥形瓶中，加5 0 m l 的去离子水进行糊化，待冷却后定容至1 0 0 m l 的容量瓶中，测定葡萄糖的含量m 【5 6 1 。 d 蘸丝1 0 0 式( 4 ) 瑶y 。卜葡萄糖值，； w 一样品质量，g 5 ( 4 ) m 一葡萄糖质量，g 。 2 2 4 抗性麦芽糊精在饮料中的应用 2 241 抗性麦芽糊精在运动型饮料中配方的确定 运动饮料是指营养素及其含量能适应运动或体力