微波辅助酶法制备碎米抗性淀粉的工艺研究

吴红引，王泽南*，张效荣，张秋子，李 莹，刘 鹏

(合肥工业大学生物与食品工程学院，安徽 合肥 230009)

微波辅助酶法制备碎米抗性淀粉的工艺研究

吴红引，王泽南*，张效荣，张秋子，李 莹，刘 鹏

(合肥工业大学生物与食品工程学院，安徽 合肥 230009)

研究以碎米为原料微波辅助酶法制备抗性淀粉的工艺。通过单因素和正交试验，获取最佳工艺条件：淀粉浆添加量25g/mL、微波时间90s、普鲁兰酶添加量4.0U/g干淀粉、酶解时间2h、回生时间20h。在此条件下抗性淀粉得率为21.81%。本实验可为碎米抗性淀粉的制备提供一定参考。

碎米；抗性淀粉；普鲁兰酶；微波；工艺

Abstract：Ultrasonic treatment followed by pullulanase hydrolysis was employed to prepare resistant starch from broken rice in the present study. The preparation process was optimized using single factor and orthogonal array design methods, the results showed that the optimal conditions for resistant starch preparation were as follows:amount of added starch paste 25 g/mL;length of microwave treatment time 90 s; enzyme loading 4.0 U/g dry starch; hydrolysis duration 2 h; and aging duration 20 h and that the yield of resistant starch was 21.81% under these conditions.

Key words：broken rice；resistant starch；pullulanase；microwave；process

抗性淀粉(RS)为不被健康人体小肠吸收的淀粉及其分解物的总体，是一种功能特性类似膳食纤维的淀粉，其膨化性能、口感、色泽等加工性能优于膳食纤维，因此抗性淀粉可作为膳食纤维的替代品用于食品加工业中[1]。抗性淀粉有4类：物理包埋淀粉(RS1)、抗性淀粉颗粒(RS2)、回生淀粉(RS3)、化学改性淀粉(RS4)[2-4]。RS3型抗性淀粉是指淀粉糊化后在冷却或储存过程中结晶而成，由于RS1和 RS2对热不稳定，在加工过程中大部分损失，但RS3对热稳定[5]，有非常好的商业前景，是最具有研究价值的一类抗性淀粉。

我国是大米生产大国，大米加工过程中会产生10%～15%的碎米[6]，因此，充分利用碎米资源，寻求碎米高效增值的深加工途径具有良好的经济效益。目前国内制备抗性淀粉主要采用玉米淀粉为原料[7-10]，以大米为原料制备抗性淀粉也有少部分报道[11-12]。而利用碎米为原料微波辅助酶法制备抗性淀粉的研究尚未见报道。本实验以碎米为原料，对微波辅助酶法制备RS3型碎米抗性淀粉的工艺进行研究。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

碎米(杂交稻碎米) 芜湖市东源新农村开发股份有限公司；乙酸钠、柠檬酸、无水亚硫酸钠、酒石酸钾钠、磷酸氢二钠、苯酚、氢氧化钠、氢氧化钾(均为分析纯)；普鲁兰酶(1350U/mL) 诺维信(中国)生物技术有限公司；胃蛋白酶(1:3000) 上海源聚生物科技有限公司；耐高温α-淀粉酶(20000U/g) 山东枣庄市杰诺生物酶有限公司；淀粉葡萄糖苷酶(50000U/g) 无锡市雪梅酶制剂科技有限责任公司；3,5-二硝基水杨酸为化学纯。

1.2 仪器与设备

高速中药粉碎机 浙江省永康市溪岸五金药具公司；CT15R型台式高速冷冻离心机 上海天美生化仪器设备工程有限公司；BCD-200N型冰箱 合肥美菱股份有限公司；NJL07-3型微波炉 中国南京杰全微波设备有限公司；722E型可见分光光度计 上海光谱仪器有限责任公司。

1.3 方法

1.3.1 抗性淀粉制备工艺流程

碎米→碎米淀粉[13]→淀粉调浆→微波处理(500W)→调pH(4.0～5.0)→脱支反应(普鲁兰酶)→回生(4℃)→干燥→粉碎→抗性淀粉

1.3.2 抗性淀粉制备工艺优化

以抗性淀粉得率为评价指标，选取微波时间、淀粉浆添加量、酶添加量、酶解时间、回生时间5个因素进行单因素试验，在此基础上进行正交试验，获取制备抗性淀粉的最佳工艺条件。单因素试验初始条件为酶添加量4.0U/g干淀粉、淀粉浆添加量25g/mL、酶解时间6h、回生时间24h。

1.3.3 抗性淀粉检测方法

采用Goni的方法[14]，将抗性淀粉转换为葡萄糖测定。用DNS法测定葡萄糖[15]，计算抗性淀粉得率。公式如下：

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 微波时间对抗性淀粉得率的影响

图1 微波时间对抗性淀粉得率的影响Fig.1 Effect of length of microwave treatment time on resistant starch yield

由图1可看出，随着微波时间的增加，抗性淀粉得率先增后降，在90s时最高。这是因为在一定的范围内，微波能促进抗性淀粉的形成，但若时间过长，热量大量聚集于淀粉浆内部，淀粉浆温度快速上升，淀粉分子在高温下过度降解，产生大量小分子或短链分子，对抗性淀粉的形成不利。因此，选择微波90s左右为最佳时间，进行正交试验。

2.1.2 淀粉浆添加量对抗性淀粉得率的影响

由图2可看出，随着淀粉浆添加量的增加，抗性淀粉得率呈先增后减趋势，25g/mL时达到最高。由于淀粉浆添加量过低，脱支过度，形成链长过短的淀粉分子，不利于直链淀粉的重结晶；而淀粉浆添加量过高，体系很黏稠，酶在淀粉浆内的运动受限，不能与淀粉分子充分接触，影响得率。因此选择25g/mL左右为最佳淀粉浆添加量，进行正交试验。

图2 淀粉浆添加量对抗性淀粉得率的影响Fig.2 Effect of amount of added starch paste on resistant starch yield

2.1.3 酶添加量对抗性淀粉得率的影响

图3 酶添加量对抗性淀粉得率的影响Fig.3 Effect of enzyme loading on resistant starch yield

由图3可看出，随着酶添加量的增加，抗性淀粉得率呈先增后减趋势，酶添加量为4.0U/g干淀粉时得率最高。由于酶在水解支链淀粉支叉位置的α-1,6糖苷键的同时也能水解直链结构中支叉位置的α-1,6糖苷键，酶添加量增大，使直链淀粉变短，不利于提高抗性淀粉得率。因此选择4.0U/g干淀粉为最佳酶添加量，进行正交试验。

2.1.4 酶解时间对抗性淀粉得率的影响

图4 酶解时间对抗性淀粉得率的影响Fig.4 Effect of hydrolysis duration on resistant starch yield

由图4可看出，随着酶解时间的增加，抗性淀粉得率先增大后减小，酶解6h时得率最高。在一定时间内，酶脱支反应可以提高抗性淀粉得率。由于酶解时间过长，脱支过度不利于抗性淀粉的形成。综合考虑，选择酶解时间2、4、6h进行正交试验。

2.1.5 回生时间对抗性淀粉得率的影响

图5 回生时间对抗性淀粉得率的影响Fig.5 Effect of aging duration on resistant starch yield

由图5可看出，回生时间不断增加，抗性淀粉得率先增加后，在20h时得率最高，但总体变化不大。4℃虽然有利于晶核的形成，但淀粉在长时间的低温环境下，黏稠度也相应的提高，这就使晶体的生长受阻碍，不利于抗性淀粉的形成。因此，选择20h为最佳回生时间。

2.2 正交试验设计与结果

在单因素试验的基础上，采用L9(34)正交表进行正交试验。试验设计及结果见表1。

表1 微波辅助酶法制备碎米抗性淀粉正交试验设计及结果Table 1 Orthogonal array design matrix and experimental results

由表1可知，影响抗性淀粉得率的因素主次顺序为D＞C＞A＞B；最优条件为D1C3A2B2。表1显示D1C3A2B2已出现，为第5组，而表1评价指标也显示最优组合为第5组，抗性淀粉得率为21.81%。因此可确定D1C3A2B2即为最优组合。

综上，最佳工艺条件：淀粉浆添加量25g/mL、微波时间90s、普鲁兰酶添加量4.0U/g干淀粉、酶解时间2h、回生时间20h。在此条件下，碎米抗性淀粉得率为21.81%。

3 结 论

微波辅助酶法制备碎米抗性淀粉的最佳工艺条件为淀粉浆添加量25g/mL、微波时间(500W)90s、普鲁兰酶添加量4.0U/g干淀粉、酶解时间2h、回生时间20h。在此条件下，抗性淀粉得率为21.81%。

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Microwave-assisted Enzymatic Preparation of Broken Rice Resistant Starch

WU Hong-yin，WANG Ze-nan*，ZHANG Xiao-rong，ZHANG Qiu-zi，LI Ying，LIU Peng
(School of Biotechnongy and Food Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

TS210.9

A

1002-6630(2010)18-0203-03

2010-07-03

安徽省教育厅重点项目(Kj2010A276)

吴红引(1984—)，女，硕士研究生，研究方向为生物资源综合利用。E-mail：yifei_2008@sina.com.cn

*通信作者：王泽南(1947—)，男，教授，本科，研究方向为农产品加工与贮藏。E-mail：wznan@ah163.com