大米抗性淀粉压热处理制备工艺的研究

李翠莲 方北曙 黄小玲

(湖南生物机电职业技术学院,长沙 410127)

大米抗性淀粉压热处理制备工艺的研究

李翠莲 方北曙 黄小玲

(湖南生物机电职业技术学院,长沙 410127)

抗性淀粉以其显著优点及特殊的生理功能,成为食品营养学的一个研究热点。以大米淀粉为原料,制备大米抗性淀粉对大米的深加工具有重要的经济意义。以抗性淀粉得率为评价指标,通过单因素及正交试验研究了压热法制备抗性淀粉的最佳工艺参数。结果表明,对大米淀粉进行压热处理时,影响抗性淀粉得率的主次因素为:热处理温度 >热处理时间 >淀粉乳质量分数,最佳工艺条件为:热处理温度 120℃,热处理时间 70 min,淀粉乳质量分数 30%。采用此组合进行验证性试验得抗性淀粉产率为 9.54%。

大米淀粉 抗性淀粉 压热处理 制备

膳食中的淀粉有少部分因受一些因素或加工过程的影响,其结构发生改变,在小肠中产生抗消化现象。英国生理学家 Englyst于 1983年首先将其定义为抗性淀粉 (Resistant Starch,RS)[1]。1993年,世界粮农组织(FAO)根据 Englyst和欧洲抗性淀粉研究协作网(EURESTA)的建议,将抗性淀粉定义为:“健康者小肠中不吸收的淀粉及其降解产物”。近年的研究已初步证明,抗性淀粉不能在小肠消化吸收和提供葡萄糖,而是直接进入大肠,但在大肠中部分能被肠道微生物菌群发酵,产生多种短链脂肪酸如丁酸等,刺激有益菌群生长,同时丁酸能抑制癌细胞生长。因为抗性淀粉的相对分子质量小,持水性低,是食用纤维及加工食品的理想材料。世界粮农组织和世界卫生组织(WHO)1998年联合出版的“人类营养中的碳水化合物”专家论坛一书中指出:“抗性淀粉的发现和研究进展,是近年来碳水化合物与健康关系的研究中的一项最重要的成果”,高度评价了 RS对人类健康的重要意义[2-5]。

大量研究表明 RS主要是由直链淀粉老化形成的,所以可在高温湿热的条件下破坏淀粉颗粒的结构,使淀粉充分糊化,然后采取能使淀粉最大程度老化(尤其是使直链淀粉老化)的措施来制备 RS。压热法就是根据此原理发展起来的,即将淀粉与水混合,经高温高压处理,制备 RS。朱旻鹏等[6]将普通玉米淀粉乳预糊化,经压热处理 (120℃30 min)制备抗性淀粉,产率为 10.47%;杨光等[7]以普通玉米淀粉为原料,用特制的压热反应器研究压热处理对抗性淀粉形成的影响时发现在 70%水分、150℃维持 60 min条件下,可得到较高的抗性淀粉含量;韩晓芳等[8]研究了压热法制备荞麦抗性淀粉,产率为15.54%。

本试验以自制的大米淀粉为原料,研究了热处理温度与时间、淀粉乳质量分数、冷却速度等因素对大米抗性淀粉形成的影响,确定其最佳的工艺条件。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设备

大米淀粉:自制;α-淀粉酶:诺维信生物技术有限公司;胃蛋白酶:诺维信生物技术有限公司;葡萄糖淀粉酶:诺维信生物技术有限公司;糖化复合酶(糖化酶 +普鲁兰酶):广州裕立宝生物科技有限公司;GOD -PAP试剂盒:四川省迈克科技有限责任公司。

YXQ-LS-18SI手提式高压灭菌锅:上海涵今仪器仪表有限公司;TG328B分析天平:长沙高新开发区湘仪天平仪器设备有限公司;PHS-3C型 pH计:上海精密科学仪器有限公司;HH-6数显恒温水浴锅:金坛市精达仪器制造厂;SHA-B恒温水浴振荡器:金坛市金南仪器制造有限公司;DHG-9240电热鼓风干燥箱:上海源长实验仪器设备厂;TGL16台式冷冻高速离心机:长沙英泰仪器有限公司;722型分光光度计:上海晓光仪器有限公司;美菱 BCD-209SCA电冰箱:合肥美菱股份有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 抗性淀粉的测定方法

采取 Goni法测定 RS含量[9]。

1.2.2 大米抗性淀粉的制备工艺流程

取 5 g大米淀粉,加入适量的水,搅拌均匀,封口后放入恒温水浴锅或高压灭菌锅,加热到一定温度,恒温反应一定时间后取出,自然冷却,4℃储藏 24 h, 70℃烘干 18 h以上。粉碎,过 80目筛。按 1.2.1的方法定量测定RS。

1.3 单因素试验

1.3.1 热处理温度对抗性淀粉产率的影响

配制质量分数 30%的淀粉乳,于不同温度下进行热处理,保温 60 min,取出,自然冷却,4℃下储藏24 h,70℃干燥 18 h以上,粉碎,过筛 (80目)。测定各样品RS含量。

1.3.2 淀粉乳质量分数对抗性淀粉产率的影响

配制不同质量分数的淀粉乳,120℃下进行压热处理,保温 60 min,取出,自然冷却,4℃下储藏 24 h,其他条件和处理保持不变。

1.3.3 热处理时间对抗性淀粉产率的影响

配制质量分数为 30%的淀粉乳,120℃下处理不同时间,取出,自然冷却,于 4℃储藏 24 h,其他条件和处理保持不变。

1.3.4 冷却速度对抗性淀粉产率的影响

配制质量分数为 30%的淀粉乳,120℃下处理60 min,取出,分别采用自然冷却和流水快速冷却的方式,将淀粉乳降温,4℃下储藏 24 h,其他条件和处理保持不变。

1.3.5 正交试验

根据单因素试验结果,再进行三因素三水平正交试验优化制备大米抗性淀粉的工艺参数,各因素及水平见表1。

表 1 正交试验因素水平表

2 结果与分析

2.1 热处理温度对抗性淀粉产率的影响

用高压灭菌锅及恒温水浴锅作为加热手段,最高可达 125℃。因此,在 70～125℃之间设置了温度梯度。试验结果见图 1。从图 1可以看出,热处理温度对 RS的产率有很大影响,高温条件比低温条件更有利于 RS的形成,RS的产率随着热处理温度的升高而提高。这是因为首先必须有足够高的、能使原淀粉完全糊化的温度,使淀粉粒完全破坏,同时释放出直链淀粉分子。但据资料显示,温度过高也会导致淀粉分子过度降解,使产生的淀粉聚合度太小,不利于 RS的形成[10]。此外,直链淀粉与脂类形成的直链淀粉 -脂复合物在 95℃左右才能解离,释放出直链淀粉分子。因此,在温度低于 90℃的条件下, RS的产率较低;当温度在 90℃以上压热处理淀粉样品时,RS产率有较明显的升高;在 120℃以上,几乎所有的淀粉分子均从破裂的淀粉粒中游离出来,呈无序状态。由于温度很高,淀粉糊的黏度与最初糊化时的黏度相比有较大幅度的降低,这使游离的直链淀粉分子更容易接近,在分子间形成氢键[7]。当温度开始下降时,晶核形成,随后晶体开始增长,形成了 RS。由于条件所限,试验所用的设备最高温度只能达到 125℃左右。

图1 热处理温度对抗性淀粉产率的影响

2.2 淀粉乳质量分数对抗性淀粉产率的影响

淀粉乳质量分数对 RS产率的影响见图 2。

图 2 淀粉乳质量分数对抗性淀粉产率的影响

从图 2中可以看出,在其他条件相同,而淀粉乳质量分数不同的情况下,所得 RS产率不同。当淀粉乳质量分数达 30%时,所得 RS产率最高。质量分数过高或过低都不利于 RS的形成。当水分含量较低时,即使在高温作用后,淀粉糊的黏度依然很大,这就阻碍了直链淀粉分子相互接近和形成结晶;而当水分含量过高时,虽然整个体系的黏度很低,运动阻力减小了,但是由于淀粉质量分数太低,直链淀粉分子相互接近的概率减小,也不利于 RS的形成。

2.3 热处理时间对抗性淀粉产率的影响

热处理时间对 RS产率的影响结果如图 3所示。

图3 热处理时间对抗性淀粉产率的影响

由图 3可见,在温度为 120℃,淀粉乳质量分数30%的条件下,随着热处理时间由 20 min逐渐延长至 60 min,RS得率不断上升,在 60 min时得率最高,然后随着时间的继续延长,产率开始缓慢下降。这表明,在相同热处理温度下,处理时间过短,可能使淀粉糊的黏度并未达到最佳的状态,使直链淀粉分子不利于接近,也可能是由于淀粉分子中的直链淀粉分子尚未完全游离出来;但继续延长时间至 60 min以上时,RS产率又开始下降,这是由于热处理时间过长造成淀粉分子发生过度降解,产生了一些相对分子质量较小的短直链淀粉,其分子运动比较强烈,扩散速度较大,较难聚集,不利于形成 RS,或形成的 RS的抗酶解性不强,从而影响了 RS产率的提高。

2.4 冷却速度对抗性淀粉产率的影响

冷却速度对抗性淀粉产率的影响结果见表 2。

表2 冷却速度对 RS产率的影响

由表 2可知,淀粉乳降温过程中,自然冷却的样品要比快速冷却的样品形成更多的 RS。由于淀粉乳分子中氢键很多,分子间缔合很牢固,水溶性下降,如果冷却速度很快,特别是较高浓度的淀粉糊,直链淀粉分子来不及重新排列成束状结构,便形成凝胶。因此缓慢冷却不仅可以提高 RS得率,而且有利于节约资源,故在后面的试验中均采用自然冷却的方式。

2.5 热处理制备抗性淀粉的最佳工艺参数的确定

从单因素试验可以看出,淀粉乳质量分数、热处理温度与时间对 RS的形成有很大影响;根据单因素试验结果,选择淀粉乳质量分数、热处理温度与时间3个因素,分别设立 3个水平,利用正交试验设计 L9(33)优化热处理制备 RS的最佳工艺参数。试验结果见表3。

表 3 L9(33)试验方案及结果分析表

由表 3可知,对大米淀粉进行压热处理时,影响RS得率的主次因素为:B(热处理温度)>C(热处理时间)>A(淀粉乳质量分数),最优的因素水平组合为:A2B2C2,即淀粉乳质量分数为 30%,热处理温度为120℃,热处理时间70 min。采用此组合进行验证性试验,得 RS产率为 9.54%,此结果比采用直接分析的最好条件 A1B2C2得到的 RS产率 (9.25%)要高,但差别不大。

3 结论

淀粉的热处理条件影响 RS的得率。正交试验优化热处理制备大米 RS的工艺条件为:淀粉乳质量分数 30%、热处理温度 120℃,热处理时间 70 min。采用此组合进行验证性试验,得 RS产率为 9.54%。

[1]Englyst H N,Andersen V,Cummings J H.Starch and nonstarch polysaccharides in some cereal foods[J].Journal theScience of Food and Agriculture,1983,34:1434-1440

[2]Baghurst P A,Baghurst K J,Reeord S J.Dietary fiber,nonstarch polysaccharides and resistant starch-a review[J]. Food Austrialia,1996,48(3):S3-S35

[3]Cairn S P,Sun L,Morris V J,et al.Physicochemical studies using amylose as an in vitro model for resistant starch[J]. Journal of Cereal Science,1995,21:37-47

[4]Ranhotra G S,Gelroth J A,Glaser B K.Effect of resistant starch on blood and liver lipids In hamsters[J].CerealChe2 mistry,1996,73(2):176-178

[5]Ranhotra G S,Gelroth J A,GlaserB K.Energery valu of resist2 ant starch[J].Journal of Food Science,1996,61(2):453-455

[6]朱旻鹏,李新华,刘爱华.玉米抗性淀粉的制备及其性质的研究[J].粮油加工与食品机械,2005,5:79-82

[7]杨光,丁霄霖.压热处理对抗性淀粉形成的影响[J].中国粮油学报,2001,16(3):45-47

[8]韩晓芳,李新华.压热法制备荞麦抗性淀粉的研究[J].粮食与饲料工业,2008,12:25-27

[9]李爱萍,唐书泽,张志森,等.大米抗性淀粉定量测定方法比较研究[J].食品工业科技,2006,27(1):195-197

[10]高嘉安.淀粉与淀粉制品工艺学[M].北京:中国农业出版社,2001:24.

Preparation of Rice Resistant Starch by Pressure-Heating Treatment

(Hunan Biological and Electromechanical Polytechnic,Changsha 410127)
Li Cuilian Fang Beishu Huang Xiaoling

Resistant starch has become a hotspot of scientific study in food nutrition field due to its functional characteristics.Producing rice resistant starch from rice starch by pressure-heating treatmentwas studied.Taking the conversion rate of rice starch to resistant starch as evaluation index,the influencing factorswere investigated and the processing parameters were optimized.Results:Temperature of the heat treatment is the most important factor,fol2 lowed by heating ti me and rice starch concentration in substrate.The opti mum processing parameters are heating tem2 perature 120℃,heating time 70 min and rice starch concentration of substrate 30%.The conversion rate of rice starch to resistant starch is 9.54%.

rice starch,resistant starch,pressure-heating treatment,preparation

TS231 文献标识码:A 文章编号:1003-0174(2010)05-0030-04

湖南省农业科学技术计划(2008-257)

2009-06-24

李翠莲,女,1965年出生,教授,食品生物技术