甘薯和玉米淀粉回生制备支链淀粉的再回生特性

郭俊杰，刘立增，孙海波，连喜军

(1．天津商业大学理学院化学系，天津300134;2．天津市农作物研究所，天津300384;3．天津商业大学天津市食品生物技术重点实验室生物技术与食品科学学院，天津300134)

甘薯和玉米中含有60%以上的支链淀粉［1-3］，现有文献研究了支链淀粉的碘吸附性、糊化、结晶和空间结构等方面的特性［4-9］，但单独研究支链淀粉回生特性的文献较少。据文献报道［10］，支链淀粉对回生抗性淀粉的形成没有作用，但作者课题组发现［11］，玉米回生淀粉中含有23．6%的支链淀粉。糯米淀粉中几乎没有直链淀粉，但糯米淀粉仍然会产生回生作用［12］，因此支链淀粉也有回生作用，只是支链淀粉的回生速度比较慢，要测定其回生抗性淀粉含量需要更长的时间［13］。支链淀粉的回生特性对深入了解含有直、支链淀粉的回生本质具有重要的意义，本文通过测定甘薯和玉米回生淀粉中支链淀粉的再次回生前后的可见和红外图谱，分析甘薯和玉米支链淀粉的回生特性。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

甘薯和玉米淀粉 市售，水分含量甘薯18．5%、玉米 19．4%(w∶w)，直链淀粉含量甘薯 19．2%、玉米26．8%;高温ɑ-淀粉酶 天津市诺奥科技发展有限公司提供;浓盐酸、氢氧化钠 均为分析纯。

YXQG02手提式电热压力蒸汽消毒器 山东安德医疗科技有限公司;电热恒温水浴锅、DH-101-3BS型电热恒温鼓风干燥箱 天津市中环实验电炉有限公司;BCD-229KB海尔冰箱 青岛海尔股份有限公司;LXJ-Ⅱ离心沉淀机 上海医用分析仪器厂;FA1104N电子天平、YD202N电子天平 上海精密科学仪器有限公司;UV-2501pc，UV-VIS recording spectrophotometer紫外可见扫描分光光度计 Shimadzu Japan;Bio-Rad FES135 infrared spectrometer红外分光光度计 美国Bio-Rad公司。

1.2 实验方法

1．2．1 支链淀粉制备及回生工艺 10g甘薯或玉米淀粉溶入100mL蒸馏水中，95℃糊化30min，放入高压锅中120℃高压40min，取出后于4℃下冷藏3d。将冷藏老化后的淀粉放入水浴锅加热，添加0．6mL高温淀粉酶(酶活力25000U/mL)酶解30min后离心，沉淀，沉淀溶于40mL 4．0mol/L KOH中，添加3倍体积正丁醇搅拌后离心，上清液中添加无水乙醇至酒精度为70%，搅拌离心得到沉淀，干燥后即为支链淀粉［14］。支链淀粉回生过程及其回生后支链淀粉制备与以上相同。

1．2．2 支链淀粉回生率测定方法 支链淀粉回生率测定方法参考文献［11］。淀粉回生率计算方法为:回生后淀粉经淀粉酶、蛋白酶水解后离心、水洗干燥得到回生淀粉质量为M(1)，原甘薯和玉米支链淀粉质量为M(0)。

回生率(%)=(M(1)/M(0))×100

1．2．3 淀粉紫外可见吸收测定 将5mg淀粉溶于5mL 4．0mol/L KOH中，再用浓盐酸调节pH到中性，加1滴碘液，静置30min后用紫外可见扫描分光光度计 UV-2501pc，UV-VIS recording spectrophotometer(Shimadzu Japan)测定最大吸收波长。

1．2．4 淀粉红外分析 将干燥淀粉与光谱纯KBr混合，用红外分光光度计 Bio-Rad FES135 infrared spectrometer测定淀粉红外吸收，测定温度为27℃。

1．2．5 数据统计 每个样品做5个重复，取平均值，每个样品数据与平均值相减后计算均差。

2 结果与分析

2.1 甘薯和玉米支链淀粉回生率

实验结果表明，甘薯和玉米支链淀粉的回生率分别为2．5%和1．6%，前期实验结果显示，在相同条件下甘薯和玉米淀粉的回生率分别为 8．5%和21．7%。根据文献［13］，浓度为 25% 的糯米支链淀粉冷冻7d，回生率达到了32．6%，说明只有时间足够长，支链淀粉才可以形成与直链淀粉一样高的回生度。回生过程直、支链淀粉相互作用对回生率的影响应该更大，文献中显微图显示［11］，含有直支链淀粉的甘薯回生淀粉结构更接近支链淀粉的树枝状，这可能是直链淀粉与支链淀粉的A链或B链形成双螺旋进而以氢键方式排列成规则形状导致，当淀粉液中无直链淀粉时，这种规则形状排列所需时间延长。

2.2 回生前后甘薯和玉米支链淀粉最大可见吸收变化

由图1可知，甘薯支链淀粉回生前后可见最大吸收分别为627．4、570．4nm;玉米支链淀粉回生前后可见最大吸收分别为569．8、568．8nm。甘薯支链淀粉回生后链长变化比较大，说明甘薯支链淀粉链长分布不均匀，比较长的链在回生过程与短链形成双螺旋，酶解过程长链被淀粉酶打断。玉米支链淀粉链长回生前后变化不大，说明玉米支链淀粉链长分布比较均匀，回生酶解没有打断太多长链支链淀粉。结合玉米支链淀粉回生率低，含相同直链淀粉条件下，可以推测支链淀粉链长分布越均匀，该淀粉的回生率越低。长链支链淀粉对于快速回生可能起到促进作用，具体作用机理有待进一步研究。

2.3 回生前后甘薯和玉米支链淀粉红外吸收变化

由文献［15-22］可知，3425cm-1和 1649cm-1表示有吸附水存在;2931、2760cm-1附近强吸收为6号碳原子上亚甲基的C-H伸缩振动;1321cm-1附近的峰为基团-CHOH-的C-H弯曲振动;1150～1155cm-1附近中等吸收峰为C-O-H的弯曲振动;1076cm-1附近吸收峰为糖苷键的 C-O-C伸缩振动;1018～1032cm-1为支链淀粉的C-C和 C-O伸缩振动，860cm-1为葡萄糖环上的C-O-C骨架振动;778cm-1附近中等吸收为CH2平面摇摆振动;由图2可以看出，甘薯和玉米回生淀粉中的支链淀粉的红外图形很相似，主要区别在于无定形区的C-C和C-O伸缩振动，甘薯支链淀粉为1032cm-1，玉米支链淀粉为1023cm-1。甘薯支链淀粉在此处化学位移大于玉米支链淀粉的，可能跟甘薯支链淀粉的分支度比较大有关。与文献中甘薯和玉米原淀粉红外图谱相比，支链淀粉中亚甲基的C-H伸缩振动(2930cm-1附近)强度降低，1321cm-1附近的弯曲振动增强(转为强峰)，说明支链淀粉中各碳原子连接的氢原子间相互作用增强了，大分子间相互作用空间结构发生扭转。图2a和c中无998cm-1和930cm-1处吸收，与文献［16］推测998cm-1为直链淀粉的 C-C和C-O伸缩振动和930cm-1附近吸收为α-1，4-糖苷键的对称伸缩振动的观点是一致的。图中1884cm-1处峰应该是脂肪的吸收峰，与脂肪相关的吸收峰还有3420、1645和1414cm-1附近的吸收峰。由图2b和d可知，这些峰在回生后支链淀粉中消失，说明回生过程含脂肪的支链淀粉没有参与回生。当没有蛋白和脂肪时，淀粉中水的O-H伸缩振动应该在1605cm-1附近。纯支链淀粉应该无亚甲基吸收。图中无文献所述［15-22］回生淀粉在 1047、995cm-1处的红外吸收，可见回生淀粉中这些峰的形成与直链淀粉有关，与支链淀粉无关。回生后支链淀粉出现881和660cm-1两个明显的新峰，881cm-1处的峰可能是支链淀粉C-H的弯曲振动，该振动是回生支链淀粉超分子相互作用时大分子平面发生扭曲导致。而660cm-1处的峰可能是支链淀粉C-C-CO基团面内弯曲振动引起，这主要与还原端1号碳原子的半缩醛结构有关。可用这两个峰与1020cm-1附近吸收峰强度比值代替淀粉中1047/1022cm-1表示回生淀粉中结晶区与无定形区的比例。

图1 甘薯和玉米支链淀粉及其回生淀粉最大可见吸收Fig．1 The maximum absorbance wavelength of sweet potato and maize amylopectin before and after retrogradation

3 结论

图2 甘薯和玉米支链淀粉及其回生淀粉红外吸收图Fig．2 The IR spectra of sweet potato and maize amylopectin before and after retrogradation

甘薯和玉米支链淀粉回生所得回生支链淀粉双螺旋结构长度基本相同。反映支链淀粉回生结晶的红外吸收峰随淀粉种类发生变化，说明不同淀粉结晶结构差异主要由支链淀粉差异引起。同时单独回生支链淀粉红外图与直、支链淀粉同时存在的原淀粉回生后红外图有明显区别，说明回生过程直、支链淀粉的相互作用对回生晶体晶型的产生有一定的作用。

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