玉米抗性淀粉酶解法制备工艺的研究[1]

1、2007年 9月 第 22卷第 5期中国粮油学报Journal o f the Ch i n ese C erea ls and O ils A ssoc i a ti o nVo. l 22, N o . 5 Sep. 2007玉米抗性淀粉酶解法制备工艺的研究张守文 1孟庆虹 2 杨春华 1赵 凯 1(哈尔滨商业大学食品工程学院 1, 哈尔滨 150076(黑龙江省农科院 2, 哈尔滨 150080摘 要 以抗性淀粉得率为评价指标 , 采用酶解法制备玉米抗性淀粉 , 通过正交试验确定了酶解法制备 的最佳工艺条件 : -淀粉酶酶解条件为淀粉乳浓度 20%, -淀粉酶用量 15u /g, 酶解温

2、度 70 ; 普鲁兰酶脱 支条件为普鲁兰酶用量 4u /g, 脱支时间 10h , pH 值 4. 5; 糊化条件为糊化时间 20m i n , 糊化温度 120 。关键词 玉米抗性淀粉 -淀粉酶 普鲁兰酶 制备1981年 Anderson 等首次发现食物中的淀粉经过 小肠而不完全被消化。通过测定作为大肠发酵指示 的呼出的氢气 , 他们发现白面包中大约有 20%的淀 粉进入大肠 1。最初 , 研究者称淀粉进入大肠的现 象为淀粉的不良吸收 , 但是随着对淀粉在人体内代 谢过程的深入研究 , 发现进入大肠的淀粉能被大肠 里的微生物发酵 , 作为能 源利用。研究者们将这种 不被健康人 体小肠所 吸收

3、的 淀粉称 之为抗 性淀粉 (Resistant Starch, 简称 RS 。淀粉分子有两种结构形式 , 即直 链淀粉和支链 淀粉。由于抗性淀粉主要是由直链淀粉的结晶形成 的 , 因此脱去 支链淀粉的支链对制备抗性淀粉是有 利的 2。普鲁兰酶能够专一催化 支链淀粉 -1, 6糖苷键的水解 , 从而使支链淀粉的分支链脱离主链 形成一系列长短不一的直链淀粉。已在市场上销售 的抗性淀粉 产品 Crysta Lean 就是应 用酶解 法生产 的 1, 它的制备过程是 :将淀 粉充分糊化 , 用普鲁兰 酶对支链淀粉进行脱支 , 得到一种低 DE 值 (葡萄糖 当量值 的麦芽糊精混合物 , 然后再经过热

4、处理以提 高回生程度 , 它的抗性淀粉含量为 10%。本文以直 链淀粉的老化是产生 抗性淀粉的主要原因为依据 , 设计了先利用 -淀粉酶的酶解作用对淀粉分子链 进行适度修剪 3, 再采用普鲁兰酶对其进行脱支 , 使 支链淀粉脱掉分支部分变成 直链淀粉 , 从而提高抗 性淀粉的得率 , 并通过正交试验确定了酶解法制备基金项目 :国家自然科学基金资助项 目 (30271117; 教育部 重点 资助项目 (204042收稿日期 :2006-07-26:, , 1956, 教授 , 玉米抗性淀粉的最佳工艺条件。1 材料与方法1. 1 试验材料普通玉米淀粉 :市售 ; 中温 -淀粉酶 :北京双旋 微生物

5、培养基制品厂 ; 普鲁兰酶 :诺维信生物技术有 限公司。1. 2 仪器设备TH Z-82(A 型数显水浴恒 温振荡器 ; TGL -16B 型高速搅拌机 ; GSA 型高压反应釜 ; A 1-808型 人工智能工业调节器。1. 3 试验方法1. 3. 1 酶解法最佳工艺条件的确定1. 3. 1. 1 玉米抗性淀粉的制备技术路线原玉米淀粉 -淀粉酶 处理 普鲁兰酶脱 支 糊化 4 冷藏 干燥 粉碎 玉米抗性 淀粉1. 3. 1. 2 -淀粉酶酶解条件的确定固定普鲁兰酶脱支条件 (酶用量 2u /g, 脱支时间 8h , p H 4. 5, 温 度 50 及 糊 化 条 件 (糊 化 时 间 20

6、m in , 糊化温度 120 , 通过初步筛选 , 将淀粉乳浓 度 , 酶用量及酶解温度作为三个因素 , 每个因素确定 三个水平 , 选用 L 9(34 表进行 -淀粉酶酶解正交 实验。1. 3. 1. 3 普鲁兰酶脱支条件的确定固定 -淀粉酶酶解条件 (1 2. 1. 2正交试验确 定的 最 佳 条 件 及 糊 化 条 件 (时 间 20m i n , 温 度 120 , 通过初步筛选 , 将普鲁兰酶用量、 脱支时间 pH , ,中国粮油学报 2007年第 5期用 L 9(34 表进行普鲁兰酶脱支正交试验。1. 3. 1. 4 糊化条件的确定固定 -淀粉酶酶解条件及普鲁兰酶脱支条件(由 1

7、 2. 1. 2及 1 2. 1. 3正交 试 验确 定 的最 佳条件 , 通过初步筛选 , 将糊化时间及糊化温度作为两个因素 , 每个因素确定两个水平 , 选用 L 4(23 表进行糊化正交试验。1. 3. 2 玉米抗性淀粉的测定抗性淀粉测定步骤如下 4-5:(1 取 1g 样品溶于 20mL p H 6. 0的磷酸缓冲溶液中 , 加入 1mL 耐热 -淀粉酶 (200u /mL, 置于沸水浴中振荡 30m i n , 通过耐热 -淀粉酶分解其中的可消化淀粉。然后用柠檬酸调整其 p H 值至 44. 5,再加入 1mL (1000u /mL 的糖化 酶 , 60 水 浴振荡60m i n ,

8、 将可消化淀粉完全转化为葡萄糖。(2 离心 (3000r /min, 除去上清液 , 水洗离心(重复两次 , 洗去其中的葡萄糖 , 抗性淀粉就全部在沉淀中。 向 沉淀 中 加 入 4m ol/L的 氢 氧 化 钾 溶液5mL, 置于沸水浴中 5m i n , 使抗性淀粉全部溶解。(3 加 2m o l/L盐酸 10mL 中和氢氧化钾 , 用缓冲液调节 p H 值至 44. 5, 再加 1mL 糖化酶 , 60 水浴振荡 60m in , 将抗性淀粉完全转化为葡萄糖。(4 将样品全部转移至 100mL 容量瓶 , 用蒸馏水定容 , 摇匀。样品采用 So m ogy i-N elson 法测定还原

9、糖。(5 抗性淀粉的计算 :抗性淀粉得率 (% = C ! 1000! 0. 001W! 162 180 !100式中 :C 0. 1mL 样品的葡萄糖含量 , 由葡萄糖标准 曲线求得 ;1000 100mL 溶液中取 0. 1m L ;0. 001 微克数换算成毫克数 ;W 样品的毫克数 ;162/180 自由葡萄糖换算成脱水葡萄糖基的换算系 数。2 结果与分析2. 1 -淀粉酶的酶解条件-淀粉酶是一种内切型淀粉酶 , 它作用于淀粉 时是从淀粉分子的内部任意切开 -1, 4糖苷键 , 使 淀粉分子降解。采用正交试验 L 9(34 来确定 -淀 粉酶酶解的最佳条件 , -淀粉酶酶解的正交试验结

10、由表 1可知 , 最佳因素水平组合为 A 2B 2C 2, 即淀 粉乳浓 度 20%, -淀 粉酶 用 量 15u /g, 酶 解温 度 70 的酶解条 件所得的抗性淀粉得率最高 , 在这一 最佳作用条件下 , 淀粉分子被酶解的程度适中 , 有利 于普鲁兰酶的继续作用。极差直观反映出各因素对 结果影响大小的顺序为 B >A >C , 即 -淀粉酶用 量对抗性淀粉得率的影响最大 , 淀粉乳浓度次之 , 酶 解温度则影响最小。由表 2进行方差分析可 知 , 三 因素中 -淀粉酶用量对抗性淀粉得率的影响非常 显著 , 淀粉乳浓度和酶解 温度对抗性淀粉得率的影 响显著。所以在酶解法制备抗性

11、淀粉的过程 中 , 要 注意控制好 -淀粉酶的用量及酶的作用条件。 表 1 -淀粉酶酶解的正交试验结果试验号 因素A 淀粉乳浓度/%B 酶用量/u/gC 酶解温度/抗性淀 粉得率 /% 11(15 1(10 1(60 3. 65 212(15 2(70 5. 52 313(20 3(80 4. 46 42(20 125. 12 52235. 84 62314. 90 73(25 133. 98 83215. 15 93325. 09 K 113. 62912. 75013. 701K 215. 86116. 50915. 729T=43. 71 K 314. 22014. 45114. 280

12、k 14. 5434. 2504. 567k 25. 2875. 5035. 243 x =4. 857 k 34. 7404. 8174. 760R 0. 7441. 2530. 676优水平 A 2B 2C 2表 2 -淀粉酶酶解正交试验方差分析表方差来源平方和 Q自由度 f均方和VF 值 临界值 F 显著性A 0. 89020. 44549. 4440. 05*B 2. 36321. 182131. 278F 0. 01(2, 2 =99. 000*C 0. 72920. 36540. 500* e 0. 02020. 0101. 000T 4. 00282. 2 普鲁兰酶的脱支条件对经

13、 -淀粉酶酶解的淀粉样品进行脱支 , 试验 选用普鲁兰酶对淀粉脱支 , 它是一种内切酶 , 能水解 支链淀粉、 糖元和糊精中的 -1, 6糖苷键 , 生成直 链淀粉。通过正交试验 L 9(34 来确定普鲁兰酶脱支 的最佳条件 , 普鲁兰酶脱支的正交试验结果见表 3, 方差分析见表 4。由表 3得到普鲁兰酶脱支条件的优水平为 A 2B 2 1, , 10h, 554第 22卷第 5期 张守文等 玉米抗性淀粉酶解法制备工艺的研究时抗性淀粉得率最高。各因素对结果影响大小的顺序为 B>A >C , 即脱支时间对抗性淀粉得率的影响最大 , 普 鲁兰酶用量次 之 , p H 值 影响最小。由表

14、 4的方差分析可知 , 普鲁兰酶用量与脱支时间对抗性淀粉的得率有显著影响 , p H 值的影响不显著 , 这与正交试验的分析结果一致。结果表明 :普鲁兰酶的脱支程度对抗性淀粉得率有 很大的影响 , 若淀粉分子脱支过度 , 形成短的直链淀粉链及低聚糖 , 则无法形成抗性淀粉 ; 若淀粉分子脱支不完全 , 支链淀粉的支叉结构阻碍直链淀粉互相 接近 , 同样会降低抗性淀粉的得率。表 3 普鲁兰酶脱支的正交试验结果试验号 因素A 普鲁兰酶 用量 /u/g B 脱支时间/hCpH 值抗性淀 粉得率 /%11(2 1(8 1(4. 5 5. 37 212(10 2(5. 0 5. 68 313(12 3(

15、5. 5 4. 72 42(4 125. 99 52236. 24 62315. 73 73(6 135. 15 83216. 09 93324. 69 K 115. 77116. 50917. 190K 217. 96118. 00916. 359T=49. 66 K 315. 93015. 14116. 110k 15. 2575. 5035. 730k 25. 9876. 0035. 453 x =5. 518 k 35. 3105. 0475. 370R 0. 7300. 9560. 360优水平 A2B 2C 1表 4 普鲁兰酶脱支正交试验方差分析表方差 来源 平方和 Q自由度 f均

16、方和VF 值 临界值 F 显著性A 0. 99420. 49723. 667F 0. 05(2, 2 =19. 000*B 1. 37420. 68732. 714F 0. 01(2, 2 =99. 000*C 0. 21320. 1075. 071 e 0. 04020. 0201. 000T 2. 62182. 3 糊化条件抗性淀粉也称老化淀粉 , 所以要 得到抗性淀粉 必须让淀粉经历糊化 -老化的过程。通过正交试验 L 4(23 来确定糊化的最佳 条件 , 糊化的正交试验结 果见表 5, 方差分析见表 6。由表 5得到糊化条件的优水平为 A 1B 1, 即糊化 时间 20m i n ,

17、糊化 温度 120 时抗性淀 粉得率最高。 二者对试验结果影响大小的顺序为 A >B , 即糊化时 , 由表 6的方差分析可知 , 糊化时间和糊化温度对抗 性淀粉的得率均有显著影响。糊化温度达到 120 时有较高得率 , 因为直链淀粉在 120 时溶出 , 低于 此温度时 , 溶出的直链淀粉少 , 抗性淀粉得率就低 ; 温度过高 , 淀粉分子水解过度 , 得率下降。所 以 , 糊 化温度在 120 为宜。糊化时间在 20m i n 时抗性淀 粉得率较高 , 糊化时间短 , 直链淀粉分子没有完全溶 出 , 会降低抗性淀粉得率。表 5 糊化的正交试验结果试验号 因素A 糊化时间/m i nB

18、 糊化温度/抗性淀粉得率 /%11(20 1(120 6. 72212(130 6. 2832(30 16. 194225. 80K 119. 50019. 365T =24. 99 K 217. 98518. 120k 16. 5006. 455 x =6. 248 k 25. 9956. 040R 0. 5050. 415优水平 A1B1表 6 糊化正交试验方差分析表方差来源平方和 Q自由度 f均方和VF 值 临界值 F 显著性A 0. 25510. 128255. 000F 0. 05(1, 1 =161. 448*B 0. 17210. 086172. 000* e 0. 00010.

19、 0001. 000T 0. 42733 结论酶解法制备玉米抗性淀粉的最佳工艺条件为 : -淀粉酶酶解条件为淀粉乳浓度 20%, -淀粉酶用 量 15u /g, 酶解温度 70 ; 普鲁兰酶脱支条件为普鲁 兰酶用量 4u /g, 脱支时 间 10h , pH 值 4. 5; 糊化条件 为糊化时间 20m in , 糊化温度 120 。参 考 文 献1 S . G. H arala m pu . R es i stant starch -a rev i ew of the physica l properties and bio l og i ca l i m pact of R S3J.Car

20、bohy dra te Po ly m ers , 2000, 41:285-2922 Yong Cheng Sh, i T err i Capitan, i T rzas ko , et a. l M o lecular structure of a lo w -a m ylopecti n starch and other h i gh-a m ylose ma ize starches J.Journal of Cerea l Science , 1998, 27:289-2993 v and i v f 55中国粮油学报 2007年第 5期u m e starchs by -amy l

21、ase and resistant starch for m ation in legu m es-a rev ie w J.C arbohydrate Po l ym ers , 2003, 54:401-4174 I . G on, i L. G arcia -D iz . Ana l y si s of resistant sta rch :am et hod o f foods and food produc tsJ.F ood Che m istry , 1996, 56(4:445-4495 M uir J . G. , B irkettA. , Brow n L. , et a.

22、 l A dvance o f resi atant starchJ.C li n Nutr . 1995, 61:82-89Enzy mol ysis Technology for Preparati on ofCorn Resistant StarchZhang Shou wen 1M eng Q i nghong 2Y ang Chunhua 1Zhao K ai 1(Depart m ent o f Food Eng ineeri n g , H arbin Un iversity of Co mm erce 1, H arb i n 150076(Heilong jiang A ca

23、de m y o fAgricu lture Sciences 2, H arbin 150080Abst ract The corn resistant starch w as prepared by usi n g the enzy m olysism ethod w ith the resistant starch y ield as eva l u ation i n dex . The conditi o ns of the enzy m o l y sis m ethod w ere opti m ized by an orthogonal experi m en. t The ob tained conditi o ns for the -a m ylase enzy m o l y sis are starch m ilk concentrati o n 20%, -a m y lase dosage 15u /g, and enzy m o lysis te m pera