酶法生产抗性淀粉

1、酶法生产抗性淀粉,万丽花 2011.12.02,内容：,碳水化合物 功能性碳水化合物 酶法生产抗性淀粉,碳水化合物,定义与来源：碳水化合物是多羟基的醛类和多羟基酮类化合物及其缩合物和某些衍生物的总称。碳水化合物广泛存在于各种生物有机体内，是绿色植物经过光合作用形成的产物，一般占植物体干重的80%左右。动物没有能力制造碳水化合物，因此人类膳食的能源物质碳水化合物主要是由植物性食品提供的。,碳水化合物的分类,单糖,寡糖,多糖,均多糖、杂多糖（组成）,纯粹多糖、复合多糖（非糖基团）,构成多糖、功能多糖（功能）,功能性碳水化合物,传统功能： 1、提供能量； 2、构成细胞和组织； 3、节省蛋白质； 4、

2、维持细胞的正常功能等；,随着营养学研究的深入，人们发现某些碳水化合物在增强免疫力、降低血脂、调节肠道菌群等方面的生理功效，这些统称为碳水化合物，主要有活性多糖（抗性淀粉）、功能性甜味剂、黄酮、皂苷等。,淀粉是构成食品的重要成分，作为生物可贮存的碳水化合物，广泛分布在各种植物组织中，是人类食物中最重要的碳水化合物和能量物质来源。 抗性淀粉被定义为不被健康人体小肠消化吸收的淀粉及其分解物的总称。抗性淀粉属于多糖类，类似于膳食纤维，比传统膳食纤维具有更优良加工特性，可作为功能性成分添加到食品中。,抗性淀粉（RS）可分为以下4 种： RS1(物理包埋淀粉) RS2（抗性淀粉颗粒） RS3（老化淀粉）

3、RS（化学改性淀粉）,酶法生产抗性淀粉,酶法生产抗性淀粉,淀粉改性主要有物理方法、化学改性和酶法改性3种，物理变性和酶法变性产品相对安全。,异相脱支,均相脱支,必须在高温下糊化淀粉，然后降温酶法处理,淀粉不经过糊化，在低于糊化温度下对淀粉进行部分脱支处理,产生了更多的直链淀粉，能耗和成本低，促进抗性淀粉的形成。,特点,湿热处理是利用物理方法对淀粉进行变性处理的一种方法。对环境无污染，可用于制备颗粒态抗性淀粉。,酶法生产抗性淀粉,实验思路：以抗性淀粉含量为指标，探索湿热处理和酶法异相脱支处理对颗粒型抗性淀粉形成的影响，在此基础上致力于研究酶法协同湿热处理制备抗性淀粉的可行性，以期提高抗性淀粉含量

4、。,实验方法：采用爱尔兰Megazyme 公司生产的抗性淀粉检测试剂盒，根据标准方法AOAC2002.02 测定抗性淀粉含量，该法结果重现性好，可信度高。此外，利用现代仪器对抗性淀粉样品的理化性质进行全面分析，为抗性淀粉的生产和应用提供参考。,实验步骤：,一、抗性淀粉的制备 1.1 湿热处理对抗性淀粉含量的影响：称取一定量的淀粉，调节含水率，将淀粉放入不锈钢湿热反应罐中，密闭，室温平衡24 h，放入气流循环湿热反应器中，高温下湿热处理一定时间。在室温下自然冷却，取出样品，烘干，研磨过70 目筛为湿热处理样品。重点考察不同含水率、不同湿热处理温度、不同湿热处理时间对抗性淀粉形成的影响。（淀粉含量

5、采用AOAC 2002.02 标准方法）,1.2 酶法处理对抗性淀粉含量的影响：称取一定量的淀粉，用pH 值4.6 的磷酸盐缓冲液配成30%的淀粉乳，在水浴温度中充分搅拌，加入50 U/g 的普鲁兰酶异相脱支作用，灭酶，抽滤、洗涤、烘干，所得样品为酶解样品。考察不同酶解温度、不同酶解时间对抗性淀粉形成的影响。,1.3 酶法协同湿热处理的技术研究：以不同普鲁兰酶加入量为重点考察因素，参照上述1.2的最适条件对淀粉进行酶法处理，然后再按照1.1 的最适条件湿热处理制得抗性淀粉样品。,1.4 结果分析-湿热处理,食品中的水分充当增塑剂的作用，可以改变淀粉的活性。适量的水分湿热处理有利于淀粉原有结构的

6、破坏和分子链的迁移，增加淀粉无定型区域内的直链淀粉与直链淀粉、支链淀粉之间的相互作用，形成更加稳定的分子，有利于抗性淀粉的形成，但是水分过多会容易出现部分糊化现象。,由图a 可知，当含水率低于25%时，随着淀粉含水率的增加，抗性淀粉的含量有所提高；当淀粉水份含量为25%时，抗性淀粉含量最高，达到48.5%，但当淀粉含水率超过30%时，抗性淀粉含量随着含水率的升高而下降。因此湿热处理时含水率控制在25%。,1.4 结果分析-湿热处理,由图b 可知，随着温度的升高，抗性淀粉含量增加；当反应温度为110时，抗性淀粉含量达到49.3%；但温度继续升高，抗性淀粉的含量反而下降。所以选择最佳处理温度为11

7、0。 高温给湿热反应提供了大量的能量，高温有利于淀粉的迁移，冷却后淀粉分子形成新的聚合体，但过高的温度反而降低分子链之间的交互作用，影响抗性淀粉的形成。,1.4 结果分析-湿热处理,由图c 可知，随着湿热处理反应时间的延长，抗性淀粉的含量增加；当反应时间为10 h 时，抗性淀粉含量高达51.5%；而反应时间超过10 h 后，随着时间的继续延长，抗性淀粉的含量变化不稳定，到14 h 后，抗性淀粉的含量基本保持不变。严格控制湿热处理时间有利于抗性淀粉的形成和降低能耗。,1.4 结果分析酶法处理,由图a 可知，酶解温度为55时，抗性淀粉含量达到最高，普鲁兰酶在低于或高于最适温度会影响酶的反应效率，从

8、而不利于抗性淀粉的形成；由图b 可知，在55酶解温度进行脱支处理，在脱支处理24 h 内，抗性淀粉含量随时间增加而增加，当脱支时间24 h 时，抗性淀粉含量达到42.5%，但随着脱支时间的延长，抗性淀粉含量开始下降。酶法处理的作用温度和时间与脱支度也有一定的关系，过度脱支不利于抗性淀粉的形成。,1.4 结果分析酶法协同湿热处理,随着加酶量的增加，抗性淀粉含量缓慢增加，抗性淀粉含量在30 U/g 时最低；但当普鲁兰酶加入量50 U/g 时，抗性淀粉含量达到55.1%，比单一湿 热处理最适条件下抗性淀粉含量提高了约4%；当加酶量继续增加时，抗性淀粉含量却降低，说明了脱支过度也不利于抗性含量的提高。

9、,实验步骤：,二、样品的性质测定 2.1 偏光显微观察：选择不同抗性淀粉样品，用甘油和水混合液（体积 比为11）配成5%的淀粉乳，加一滴于载玻片上，盖上盖玻片，放入显微镜载物台上，选择适当的放大倍数和光亮度，在偏振光下观察，并拍摄淀粉颗粒形貌，与原淀粉进行比较，考察各种淀粉偏光十字的变化情况。,2.2 扫描电镜观察：将一定量的待测样品充分分散于无水乙醇中，取适量于玻璃片上，晾干后用导电双面胶将附有样品的玻片固定在载物台上，在真空条件下进行镀金处理，然后将处理好的样品台放入扫描电子显微镜中观察，并拍摄具有代表性的样品颗粒形貌。,2.3 直链淀粉含量的测定,2.4 X-射线衍射测定：测定淀粉颗粒内

10、晶体的晶面间距和衍射角。,2.5 热力学分析（DSC）和数据统计分析,2.6 结果分析偏光显微观察,偏光十字一般为正“十”字交叉，交叉点位于淀粉颗粒的中心，反映在圆形的颗粒上；另一些偏光十字为任斜“十”字交叉，反映在形状不规则的少数淀粉颗粒上（图a）。,淀粉经过湿热处理后，偏光十字基本和原淀粉的相同，呈正“十”字和斜“十”字交叉，颗粒形貌也没有发生明显变化（图b）。,2.6 结果分析偏光显微观察,经过普鲁兰酶作用的酶法样品也出现了类似的情况（图c）。,酶法协同湿热处理的样品在偏光十字的两种形状在分布上发生了一些变化。相比起原淀粉，斜“十”字交叉在圆形颗粒上出现较多（图d）。,2.6 结果分析扫

11、描电镜观察,原淀粉颗粒呈椭圆形或不规则形，表面光滑。淀粉经过3 种不同处理，淀粉颗粒形状没有变化，只是在一些淀粉颗粒的脐点处出现了裂痕或凹坑。脐点处一般是由直链淀粉构成的无定形结构分子间排列杂乱，没有规律性，该区的结构相对脆弱，容易受到外界的影响。,2.6 结果分析抗性淀粉含量与直链淀粉含量关系,淀粉经过不同条件的湿热处理后，其直链淀粉的含量有略微降低或升高，但变化不明显；酶法处理的淀粉样品，普鲁兰酶用量50 U/g 的样品比普鲁兰酶用量40 U/g 的样品有显著提高，这由于普鲁兰酶使淀粉发生部分脱支，使淀粉分子中的支链淀粉发生一些降解。而酶法协同湿热处理样品的直链淀粉含量与其他样品的直链淀粉

12、之间存在显著性差异。,2.6 结果分析X-射线衍射图谱及结晶度,湿热处理或酶法处理可能使淀粉的支链淀粉分子侧链簇的连接发生变化。淀粉相对结晶度和RS 含量之间并不呈现一定的规律性。相对结晶度高，抗性淀粉含量并不一定高，但经过处理的淀粉样品相对结晶度均比原淀粉的低，这说明了3 种不同处理改变了淀粉的结晶程度。,2.6 结果分析DSC 分析,湿热处理、酶解处理、酶解协同湿热处理提高了淀粉的相转变起始温度、峰值温度、终止温度以及焓值。其中，酶法协同湿热处理的淀粉相转变温度起始温度、峰值温度、终止温度以及焓值最大。,结论,1）含水率、湿热处理温度和时间对抗性淀粉含量影响明显。 2）在55酶法处理淀粉时，当普鲁兰酶的用量50 U/g，酶解时间24 h，抗 性淀粉含量达到42.5%。 3）酶法协同湿热处理可明显提高抗性淀粉含量。淀粉先进行酶法处理，普鲁兰酶用量50 U/g，酶解温度55，酶解时间24 h；然后进行湿热处理，含水率25%，反应温度110，反应时间10 h，抗性淀粉含量达到55.09%。 4）经过3 种不同处理，淀粉仍保持颗粒形状、明显的偏光十字结构和“B”型晶体结构，结晶度有所