抗性淀粉的制取与检测

抗性淀粉的制取与检测 内容提要 选题背景研究内容及方法结果分析结论与成果 选题背景 目前为止 碳水化物仍然是人类的主要能源物质 70 左右 碳水化物包括淀粉和抗性淀粉 非淀粉多糖 膳食纤维的主要成分 低聚寡糖和糖 其化学结构相似但生理效应不同 但人类对碳水化物特别是对抗性淀粉的认识还远不如其他营养素那么清楚 各国的科学家均把提高碳水化物的摄入量 减少脂肪的摄入量作为各国的膳食指南 但如何提高碳水化物的摄入量仍然是一个科学上悬而未决的问题 抗性淀粉的发现和研究将为碳水化物的深入研究开创一个良好开端 淀粉 植物的多糖储备物 在植物中分布 谷物和豆类种子 根部 块茎化学结构分类 由葡萄糖聚合的直链淀粉和支链淀粉两类 抗性淀粉 ResistantStarch RS 抗性淀粉是不为人体小肠所吸收 但可被结肠菌群分解为乙酸 丙酸和丁酸等短链脂肪酸及其降解产物的淀粉 抗性淀粉对人体健康产生广泛的有益作用 是近年来发展起来的一个新概念 抗性淀粉分为 物理包埋淀粉 PhysicallyTrappedStarch RS1 抗性淀粉颗粒 ResistantStarchGranules RS2 老化淀粉 RetrogradedStarchRS3 化学改性淀粉 ChemicallyModifedStarch RS4 表1以抗消化性为依据的淀粉分类 表2抗性淀粉在食物中的含量 食品中抗性淀粉的生理功能 控制膳食后血糖 防治糖尿病防治肠道疾病 如 盲肠炎 结肠炎等 降低血脂 预防脂肪肝降低 控制体重 减少脂肪生成 且本身能量远低于淀粉 促进矿物质吸收 如Mg Ca 增加营养 发酵生成短链脂肪酸等 抗性淀粉的应用 抗性淀粉应用于食品加工 不仅可提高纤维含量 还可改进食品的品质 克服传统膳食纤维的某些缺点 使消费者能够在享受食品原有美味的条件下得到健康和营养 抗性淀粉作为低热 高膳食纤维含量的功能性食品成分具有重要的工业应用价值 研究内容及方法 本课题研究工作的目的及意义本课题以新鲜马铃薯块茎为原料制备抗性淀粉 研究制备工艺方法包括酸解处理 水浴处理 高压高热处理 低温变性 脱水干燥 同时对抗性淀粉的得率进行初步检测 研究了马铃薯淀粉乳不同的淀粉浓度 不同的高压高热处理时间 温度 不同冷藏温度和时间等条件下抗性淀粉得率的变化情况 希望找到一条比较实用的用马铃薯制备抗性淀粉的工艺生产技术 选择以马铃薯作为制取原料 马铃薯同时具有谷类和蔬菜的特征 既可作为主食 又可作为副食食用 是重要的食品工业原料马铃薯资源丰富 价格低廉马铃薯块茎含有大量的淀粉 其中直链淀粉比率较高 约21 左右 适合用着制备RS3抗性淀粉 易老化 表3马铃薯 干马铃薯与其它食物成分 每100g可食部分 抗性淀粉的制备原理 抗性淀粉主要制备非颗粒性的RS3 抗性淀粉主要为直链马铃薯淀粉形成的结晶老化马铃薯淀粉 这类抗性淀粉是由于淀粉分子在凝沉过程中分子重新聚集成有序的结晶结构的缘故 结晶区的出现阻止淀粉酶靠近结晶区域的葡萄糖苷键 并阻止淀粉酶活性基团中的结合部位与淀粉分子结合 因而就不能完全被淀粉酶作用 从而产生抗酶解性 制备工艺流程 抗性淀粉含量检测方法 抗性淀粉含量测定的代表性方法是Englyst方法及其修改方法 按照Englyst方法 将待分析其抗性淀粉含量的2g 干重 粉状产品用一定浓度的 淀粉酶 200U 37 保温酶解120min 使可消化淀粉转化成葡萄糖 通过降低pH 温度到20 中止酶的活性 然后 添加4倍体积量的80 V V 乙醇溶液 室温下放置1h 离心沉淀 2500 g 10min 弃去上清液 用80 V V 的乙醇洗涤残留物3次 用无水乙醇洗涤1次 然后离心 将残留物冻干并称重 测定水分含量并得出残留物的干重 按照下式计算抗性淀粉含量 RS 残留物的重量 干重 初始重量 干重 100以下实验中抗性淀粉检测都以此方法测定 结果分析 马铃薯淀粉乳浓度及高热高压处理时间与抗性淀粉产率关系的研究 调整马铃薯淀粉乳浓度 25 45 固定稀盐酸用量为马铃薯淀粉重量的3 酸解30min 恒温水浴锅中沸水浴1h 高压灭菌锅进行高压高热处理 处理温度120 调整高热高压处理时间 10 60min 之后取出放在 18 冷冻室贮藏30h 最后60 烘干 抗性淀粉的得率见表 结果分析 1 马铃薯淀粉乳浓度对抗性淀粉产率的影响 在10min 20min这样一段很短的时间内 低马铃薯淀粉浓度样品中 伸展的马铃薯淀粉分子相互接触频率高 抗性淀粉的得率高 可以看出 35 马铃薯淀粉乳在30min高热高压时间下 抗性淀粉产率最高 为27 7 40min时情况类似于30min 从50min 60min可以看到 过了产率高峰后 又回到了类似于10min 20min的情况 马铃薯淀粉含水量不同 抗性淀粉的得率变化明显 水与马铃薯淀粉的比例 影响着马铃薯淀粉链是否可充分伸展的空间作用 马铃薯淀粉浓度过高 其黏度相对地也较大 马铃薯淀粉糊化后分子链相互影响 难于形成有序排列 形成结晶 马铃薯淀粉浓度太低 伸展的马铃薯淀粉分子难于相互接触 也不易形成有序排列 分子之间不易缔合 则老化速度很慢 可见 水分过高或过低都不利于抗性淀粉的形成 适度含水量的马铃薯淀粉乳液经充分糊化后 可使分子的缔合容易 抗性淀粉得率增多 2 高热高压处理时间对抗性淀粉产率的影响 35 马铃薯淀粉乳浓度条件下 高热高压处理时间影响着马铃薯淀粉链充分伸展的程度 随着高热高压处理时间的延长 抗性马铃薯淀粉的得率上升 但是高热高压时间过长 同样会产生降解马铃薯淀粉链的作用 马铃薯淀粉链过短不利于抗性马铃薯淀粉的形成 高温对抗性淀粉产率的影响 确定 马铃薯淀粉乳浓度35 稀盐酸用量为马铃薯淀粉重量的3 酸解30min 沸水浴1h 高温处理时间30min 18 贮藏30h 60 烘干 高温处理时间不变 温度在100 120 之间变化与抗性淀粉产率的关系研究 结果分析 由线性上升趋势可见 高温使淀粉分子更充分伸展 相互接触更容易 最终结晶率提高 抗性马铃薯淀粉的产率随着高热高压温度的升高而提高 马铃薯淀粉乳浓度35 4 冷藏时间对抗性淀粉产率的影响 确定 马铃薯淀粉乳浓度35 稀盐酸用量为马铃薯淀粉重量的3 酸解30min 沸水浴1h 温度120 处理时间30min 4 贮藏 60 烘干 在4 冷藏 时间在10 60min之间变化与抗性淀粉产率的关系研究 结果分析 冷藏的时间越长 抗性淀粉的得率越多 但是在冷藏48h之后 抗性淀粉得率增加并不明显 这主要是回为糊化后的马铃薯淀粉结晶分为两个阶段 晶核生成及晶体生长 首先是直链马铃薯淀粉分子构象发生变化 晶核形成 然后当冷却到一定温度支链马铃薯淀粉分子开始缓慢结晶 所以 无论是直链马铃薯淀粉还是支链马铃薯淀粉 其老化都需要经历分子自动取向 相互靠拢 才逐步形成晶体 这需要一个过程 而过长的冷藏时间抗性淀粉并没有更多增加 18 冷冻时间对抗性淀粉产率的影响 确定 马铃薯淀粉乳浓度35 稀盐酸用量为马铃薯淀粉重量的3 酸解30m 沸水浴1h 温度120 处理时间30min 18 贮藏 60 烘干 在 18 冷冻 时间在10 60min之间变化与抗性淀粉产率的关系研究 结果分析 18 冷冻条件与4 冷藏条件相比 抗性淀粉的转化更快 在30h处抗性淀粉得率即达到较高值 这可能是因为在零下 18 低温环境 淀粉糊中的水分子形成小冰晶从淀粉糊中析出 从而缩短了直链分子之间的距离 使之容易形成氢键 增加了抗性淀粉的含量 同时 可以看出 与冷藏相似 延长冷冻时间对抗性淀粉的生成影响也较小 干燥温度对抗性淀粉产率的影响 确定 马铃薯淀粉乳浓度35 稀盐酸用量为马铃薯淀粉重量的3 酸解30min 沸水浴1h 高温处理温度120 时间30min 18 冷冻室贮藏30h 采用40 50 60 70 80 几种温度条件进行干燥与抗性淀粉产率的关系研究 结果分析 从图中可以看出 在较低温度干燥的条件下 有利于抗性淀粉的形成 其中在60 的干燥条件下 抗性淀粉的得率最高 这样的结果对工业化生产是有利的 可以降低能耗 从而降低生产成本 稀盐酸的用量对抗性淀粉产率的影响 确定 马铃薯淀粉乳浓度为35 酸解30min 沸水浴1h 高温120 时间30min 18 贮藏30h 最后60 烘干 调整盐酸用量在1 7 之间变化与抗性淀粉产率的关系研究 结果分析 盐酸用量决定了对淀粉水解程度 RS得率随着盐酸用量增加最初升高 3 盐酸用量达到峰值 然后降低 水解过于强烈 淀粉不易形成有序排列 不利于形成抗性淀粉 8 酸解时间对抗性淀粉产率的影响 确定 马铃薯淀粉乳浓度为35 稀盐酸用量为马铃薯淀粉重量的3 沸水浴1h 高温120 处理时间30min 18 贮藏30h 60 烘干 酸解时间在10 60min之间变化与抗性淀粉产率的关系研究 结果分析 随着酸解时间的延长 RS得率在30min出现最大值 然后逐步下降 一定的酸解时间有助于充分水解无定型淀粉 但如酸解的时间较长 淀粉分子链被水解的较少 井不容易引起分子重新排列 酸的用量和酸解时间共同影响着淀粉水解的程度 水解程度过大 水解的淀粉链过短 淀粉糊化后在溶液中运动较为活泼 不易形成有序排列 也就不易形成抗性淀粉 如果水解度过低 淀粉链过长 也不易形成有序排列 影响抗性淀粉的形成 4 结论与成果 1 在马铃薯抗性淀粉提取过程中 淀粉的最佳水分含量为35 质量分数 最佳高热高压处理温度为120 时间为30min 2 冷冻和冷藏条件下 有利于抗性淀粉的形成 时间以30h左右为宜 继续延长时间对得率提高影响不大 3 较低的干