燕麦糊精脂肪替代品的分离纯化及结构特性研究

董吉林 罗双群 申瑞玲

(郑州轻工业学院食品与生物工程学院，郑州 450002)

燕麦糊精脂肪替代品的分离纯化及结构特性研究

董吉林 罗双群 申瑞玲

(郑州轻工业学院食品与生物工程学院，郑州 450002)

以燕麦糊精为原料，采用柱层析法对其进行了分离纯化，研究了燕麦糊精脂肪替代品的结构特性。结果表明，燕麦糊精经DEAE Sepharose Fast Flow阴离子交换树脂和Sepharose CL－4B凝胶柱分离纯化后，不含蛋白质和核酸类物质，在192 nm处有明显的糖类物质吸收峰。扫描电镜图显示，随着燕麦糊精的DE值增加，颗粒粒度显著下降，具有较为明显的空洞，呈现海绵状的碎石结构，达到模拟脂肪口感的要求;X－粉末衍射图表明，燕麦糊精保留了燕麦淀粉的部分A型特征峰，说明水解主要发生在无定形区，结晶特性未发生变化。

燕麦糊精 柱层析 微观结构

过多摄入油脂会危害人体健康，增加癌症的发病率，容易引起肥胖病、心血管疾病、糖尿病和胆囊疾病等慢性疾病［1］。如何取代食品中的高热量油脂，减少脂肪的摄入，已成为热门的研究方向。目前，发达国家已广泛使用脂肪替代品替代食品配方中的部分脂肪。麦芽糊精是淀粉的一种轻度水解产物，其葡萄糖当量值(DE)＜ 20［2］，有研究表明，低DE值(DE 2～6)的麦芽糊精能形成柔软的、可伸展的、热可逆的凝胶，并且入口即溶，使产品产生类似脂肪的口感，因此低DE值的麦芽糊精内能够作为脂肪替代品［3］。

目前，虽然国内外有许多关于大米［4－5］、玉米淀粉［6］、小麦淀粉［7］以及马铃薯淀粉基［8］麦芽糊精性质的研究，但还没有关于燕麦糊精脂肪替代品的性质研究报道。本试验分别通过DEAE Sepharose Fast Flow阴离子交换树脂和Sepharose CL－4B凝胶色谱柱层析法将酶解所得燕麦糊精进行分离纯化，然后结合扫描电子显微镜和X－射线衍射仪等现代分析手段对燕麦糊精与燕麦淀粉的微观结构进行比较分析。

1 材料与方法

1.1 主要材料

耐高温α－淀粉酶:无锡杰能科生物工程公司;Sepharose CL －4B、DEAE Sepharose Fast Flow:Pharmacia公司;燕麦糊精:实验室自制;氯化钠、浓硫酸、重蒸酚、盐酸、氢氧化钠均为分析纯。

1.2 主要仪器

TDL－5A型台式离心机:上海菲恰尔分析仪器有限公司;RE－52AA型旋转蒸发器:上海亚荣生化仪器厂;BSZ－100型自动部份收集仪、HL－2型恒流泵、TH－500梯度混合器:上海沪西分析仪器厂有限公司;LYOVACGT2型真空冷冻干燥仪:德国SRKSYSTEM TECHNIK公司;UV－2102 PC型分光光度计:上海光谱仪器有限公司;D8Advance型X－射线衍射仪:德国(Bruker)布鲁克公司;JSM－6490LV型扫描电镜:日本电子株式会社。

1.3 试验方法

1.3.1 燕麦糊精的制备工艺流程［9］

燕麦粉→灭内源酶→干燥→碱提取除蛋白→过滤去除筛上物→离心(4 000 r/min，10 min)→沉淀→淀粉浆→耐高温α－淀粉酶酶解(碘试)→灭活→冷却→离心(4 000 r/min，10 min)→蒸馏→纯化→燕麦糊精→DE值的测定

DE值测定:斐林试剂热滴定法;总糖浓度的测定:苯酚－硫酸法。

1.3.2 燕麦糊精的分离纯化

1.3.2.1 DEAE Sepharose Fast Flow 阴离子交换柱层析(D 2.6 cm ×50 cm)

将冷冻干燥后的燕麦糊精透析3 d，经过DEAE Sepharose Fast Flow阴离子交换柱，分别采用纯水和0.1～1.5 mol/L的 NaCl作为洗脱剂分部收集，每管5 mL，流速为60 mL/h，采用苯酚－硫酸法隔管测定多糖，在280 nm检测蛋白质，合并多糖单一部分。

1.3.2.2 Sepharose CL －4B 凝胶色谱柱层析(D 1.6 cm×100 cm)

将阴离子交换柱收集到的燕麦糊精溶液进行浓缩，然后采用Sepharose CL－4B凝胶色谱柱层析。纯水洗脱，进样量5 mL，流速为12 mL/h，每管收集3 mL，苯酚－硫酸法隔管测定多糖，280 nm处检测蛋白质，合并多糖单一部分。

1.3.2.3 燕麦糊精的紫外光谱测定

将纯化后所得的燕麦糊精配成一定浓度的溶液，采用UV－2102 PC型紫外－可见分光光度计进行扫描，扫描波长为190～400 nm，观察在260 nm、280 nm处是否有吸收。

1.3.3 燕麦糊精的扫描电子显微镜观察

将样品分散在贴有双面胶的SEM的样品台上，用吸耳球轻吹使样品单层铺于样品台的表面，通过离子溅射在样品上喷金后，用扫描电子显微镜分别观察燕麦糊精和燕麦淀粉的形态结构。1.3.4 燕麦糊精的X－射线衍射分析

用D8Advance型X－射线衍射仪测定样品物相。试验条件:辐射源 CuKa，λ=1.541 78 nm，管压 10 kV，电流 30 mA，扫描范围为 5°～40°，扫描速度为3.7 °/min。

2 结果与分析

2.1 燕麦糊精脂肪替代品的分离纯化

离子交换柱层析是以具有离子交换功能的物质作固定相，利用它与流动相中的离子能进行可逆的交换性质来分离离子型化合物的一种方法。燕麦糊精粗提物中包含了中性多糖和酸性多糖，因此利用阴离子交换树脂可以分离中性多糖和酸性多糖，并用氯化钠梯度洗脱，分离出不同电荷量的酸性多糖。同时，DEAE－Sepharose Fast Flow具有良好的分子筛效应，利用DEAE－Sepharose Fast Flow分离纯化燕麦糊精，效果理想，洗脱曲线见图1。

由图1可知，粗提燕麦糊精中含有两种糖组分，分别记为糖A和糖B。糖A为纯水洗脱得到，说明糖A为中性多糖。由于糖B组分含量较少，未对其进行收集研究。另外，还有一个蛋白质峰，该峰不和糖A重叠，说明糖A不是糖蛋白。收集糖A，浓缩后用Sepharose CL－4B凝胶柱层析纯化见图2。

由图2可见，燕麦糊精经Sepharose CL－4B凝胶柱层析洗脱后得到一个糖组分，且蛋白质吸收峰不明显。对分离纯化后的燕麦糊精进行紫外扫描，结果见图3。

图3 燕麦糊精的紫外扫描图谱

从图3可以看出，该多糖组分在192 nm附近有明显吸收峰，表现为糖类物质的吸收峰，组分没有蛋白质的特征吸收峰(280 nm)及核酸的特征吸收峰(260 nm)，说明不含有蛋白质和核酸类物质。

2.2 燕麦糊精的颗粒扫描电镜观察结果

从图4可知，使用耐高温α－淀粉酶水解获得的燕麦糊精与原燕麦淀粉相比具有以下的特点:燕麦糊精经过酶的作用下发生链的断裂，随着作用时间增长，越来越多的淀粉颗粒产生裂缝和崩裂，淀粉颗粒逐渐被被粉碎成无数个不规则的小颗粒，产品经过干燥从电镜可观察到颗粒形态不一、淀粉颗粒造成一定度的侵蚀、表面有凹洞和损伤、象不规则的碎石块、表面出现了明显的空洞，形成多孔状类似海绵状结构，颗粒直径明显下降，这为燕麦糊精固定脂肪提供了大量空间［10］。DE值为5的燕麦糊精颗粒集中在4～10 μm，DE值为13的燕麦糊精主要集中在1～4 μm。

图4 原燕麦淀粉和燕麦糊精的SEM图

2.3 燕麦糊精的X－射线衍射法测定结果

图5a为原燕麦淀粉的X－射线衍射谱图，在2θ角为 15.6 °、17.5 °、17.9 °、20 °和 22.98 °处有较强的特征衍射峰，为A型淀粉。图5b、图5c分别为DE值为5和13燕麦糊精的XRD图，经过酶水解后所得燕麦糊精与原燕麦淀粉相比，峰强减弱了，且部分峰发生了融合，从图5还可以看出，DE值越高，XRD的峰融合性越强，但均保留了部分A型特征峰，结晶性残留下来。这表明水解反应主要发生在淀粉的无定形区。结晶性残留有利于淀粉凝胶的形成［11］。

图5 原燕麦淀粉和燕麦糊精的XRD图

3 结论

对经DEAE Sepharose Fast Flow阴离子交换树脂和Sepharose CL－4B凝胶柱层析分离纯化后的燕麦糊精，采用紫外扫描发现，该多糖组分在192 nm处有明显的糖类物质吸收峰，且不含有蛋白质和核酸类物质;其SEM图显示，DE值为5的燕麦糊精颗粒多呈圆饼状，且有明显的分层现象，而DE值为13的燕麦糊精颗粒形态不一、象不规则的碎石块，颗粒度显著下降，并集中在1～4 μm，且具有较为明显的空洞，达到模拟脂肪口感的要求;XRD图表明，燕麦糊精保留了部分A型特征峰，说明水解主要发生在无定形区，结晶特性未发生变化。

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Study on Purification and Properties on Oat Dextrin of Fat Substitute

Dong Jiling Luo Shuangqun Shen Ruiling
(College of Food ＆ Bioengineering，Zhengzhou Institute of Light Industry，Zhengzhou 450002)

The paper studied the structure characteristics of oat dextrin of fat substitute purified by column chromatography.The results showed that the oat dextrin had a significant absorption of carbohydrate，but had non － protein and nucleic acid substances after being purified by DEAE Sepharose Fast Flow ion－exchange and Sepharose CL－4B gel－ filtration column chromatography.But there was obvious absorption peak of sugar at 192 nm.The scanning electron microscope pattern showed that the particle became smaller with the higher DE value in relatively sponge like broken stone structure.And it achieved the mimic sense of fat.X － ray diffraction pattern of the oat dextrine retained the typical A －type pattern of oat starch，and it illustrated that the hydrolysis occurred mainly in the amorphous region and the crystallization characteristics had not unchanged.

oat dextrin，column chromatography，microstructure

TS209

A

1003－0174(2011)07－0031－04

河南省农业科技攻关项目(112102110036)

2010－09－14

董吉林，男，1968年出生，副教授，谷物综合加工利用