微波法制备莲子抗性淀粉工艺参数的优化

林姗等

摘 要 以速冻鲜莲为原料，用微波法制备 RS3型莲子抗性淀粉；在单因素试验的基础上，运用正交试验设计法优化莲子抗性淀粉工艺参数。试验结果表明，影响莲子抗性淀粉得率的主次因素顺序为：淀粉乳浓度>微波时间>微波功率。经优化后的最佳制备工艺条件为莲子淀粉乳液浓度 15%，微波时间 120 s，微波功率 640 W，在此工艺条件下莲子抗性淀粉得率为 39.53%，其得率虽低于压热法和超声波辅助压热法，但所需时间较短，操作简单，适合用于抗性淀粉的工业化生产或大批量制备。

关键词 莲子 ；抗性淀粉 ；微波

分类号 S645.1 ；TS231

Microwave Preparation of Resistant Starch from Lotus Seeds

LIN Shan1，2） HUANG Cancan1） WU Xiaoting1） ZHANG Yi1，2）

（1 College of Food Science， Fujian Agriculture and Forestry University，

Fuzhou， Fujian 350002， China；

2 Fujian Provincial Key Laboratory of Quality Science and Processing Technology

in Special Starch，Fuzhou， Fujian 350002， China）

Abstract Lotus seed native starch was applied to prepare lotus seed retrograded starch and used as raw material by microwave method. The process parameters of lotus seed resistant starch were optimized by using single factor and orthogonal optimization analysis. The results indicated that starch concentration had the greatest impact on the yield of lotus seed resistant starch， microwave treatment time and microwave power was followed.The best conditions for microwave preparation were starch concentration 15%， microwave treatment time 120 s， microwave power 640 W， the yield of resistant starch was 39.56% under these conditions， less than autoclaving and ultrasonic-autoclaving process. However，with microwaving process， lotus seed resistant starch was easy to acquire and needed shortest time，it can be used wildly in industrial applications or large quantities of preparation in the laboratory.

Keywords lotus seeds ； resistant starch ； microwave

回生淀粉RS3，是淀粉糊化后再冷却回生形成的[1]。这类淀粉在回生过程中淀粉分子重新聚集成有序的结晶结构，阻碍酶作用于结晶区的葡萄糖苷键，从而具有抗酶解性[2]。RS3有益于人体健康，可促进肠道代谢，增加肠道内容物含量，特别是短链脂肪酸含量[3]；可降低进食后血糖指数和胰岛素分泌，控制II型糖尿病患者的血糖含量[4-5]；还可促进机体对钙、镁离子的吸收，防止脂肪堆积。同时在食品加工中，RS3由于热稳定性相较于其他类型的抗性淀粉强，常常作为食品添加剂使用，RS3 能够改善油炸食品色泽[6]；同时使酸奶拥有较优的感官品质[7]；增加面包含水量，从而使面包更加松软[8]。由于RS3拥有较高的商业价值，目前已成为国内外学者的研究热点。目前RS3的制备方法有压热法、化学酶解法、微波辐射、螺杆挤压法以及超声波辅助压热法等；已有学者采用微波法将玉米[9]、绿豆[10]、马铃薯[11]等原料制成抗性淀粉，郝征红[10]等用超微粉粹-微波连用技术制备绿豆抗性淀粉，经过工艺优化将抗性淀粉得率提高到 32.80%；夏德东等[11]用微波-酶解复合法制备马铃薯抗性淀粉，制备出的抗性淀粉耐酸性较强，可广泛应用于酸性食品。

福建省建宁县所产的莲子营养丰富，药用价值高，是传统的药食两用食品之一。曾绍校[12]研究发现，莲子中淀粉含量较高，超过莲子干重 50%，且直链淀粉更是高达40%以上，接近绿豆淀粉含量；卓晓红[13]对莲子淀粉分子特性研究发现，莲子淀粉具有主链长、支链短、分支度少的特点，导致莲子淀粉易老化。因此，莲子具有良好的抗性淀粉制备潜能。

笔者以建宁速冻鲜莲为原料，通过湿磨法获得莲子淀粉，采用微波处理制备莲子抗性淀粉，研究淀粉乳浓度、微波功率和微波时间3个单因素对莲子抗性淀粉LRS3得率的影响。采用I. Go i等[14]的测定方法测定抗性淀粉得率，运用正交法优化莲子抗性淀粉工艺参数，为莲子淀粉商业化应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

鲜莲：购自绿田（福建）食品有限公司；α-淀粉酶（10 000 U/mL）：购自美国ANKOM公司；葡萄糖淀粉酶（ANKOM）：购自阿拉丁（上海）有限公司；柠檬酸、磷酸氢二钠、醋酸、氢氧化钾、3，5-二硝基水杨酸、苯酚，均购自国药集团化学试剂有限公司（分析纯）。

MJ-60BM01A美的搅拌机（广东美的集团有限公司）；RX-50全自动逆渗透纯水机（泉州市水之源环保科技有限公司）；M700美的微波炉（广州市美的集团有限公司）；XCD-235H新飞卧式微冻冷冻箱（河南新飞电器有限公司）；101-0ES数显电热鼓风干燥箱（济南金光仪器设备制造有限公司）；Starter 300便携式pH计（美国奥豪斯上海有限公司）；THZ-82A水浴恒温振荡器（江苏荣华仪器制造有限公司）；L-530型台式大容量低速离心机（湖南湘仪实验室仪器开发有限公司）；T6新世纪紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 莲子原淀粉提取工艺

一定质量真空包装的新鲜冻莲解冻后，加入2倍质量的去离子水置于搅拌机中搅碎成莲子浆，浆液过100目筛纱布，加2倍去离子水稀释搅拌后静置沉淀8 h，在此过程中保持温度20 ℃，以防止浆液发酸。待淀粉完全沉降后弃去上清液，用去离子水清洗沉淀表面，再次搅拌沉淀后在同样的温度下静置，直至淀粉与水完全分层，弃去上清液。最后用去离子水清洗沉淀表面后置于45℃的烘箱烘干至淀粉含水率为11.8%[12]，取出密封保存。

1.2.2 微波法莲子抗性粉制备工艺

烘干的莲子淀粉加入适量去离子水配制成不同浓度的淀粉乳溶液，经充分搅拌后，立即于微波设备中以一定的功率处理一段时间。待回生之后取出淀粉糊冷却至室温，于4℃冰箱中冷藏12 h。回生结束后，50℃烘干。最后经粉碎、过筛、纯化后制得莲子抗性淀粉[1]。

1.2.3 莲子抗性淀粉得率测定

粗提的莲子抗性淀粉样品加一定量的去离子水配成乳液，调节pH 6.0～7.0，加过量的α-淀粉酶，90℃酶解 2 h；调节pH 4.0～4.5，加过量葡萄糖淀粉酶，60 ℃酶解 1 h。然后将样品在4 000 r/min 下离心10 min，弃上清液，用去离子水洗涤沉淀，离心，重复2次。在沉淀中加入一定量2 mol/L KOH溶液，剧烈振荡30 min，充分溶解抗性淀粉。再调节溶液pH至4.0～4.5，加入过量葡萄糖淀粉酶，60℃ 酶解1 h。样品在4 000 r/min 下离心10 min，收集上清液至100 mL 容量瓶中，用蒸馏水洗涤沉淀，离心，重复2次，合并上清液，最后定容[1]。用DNS法测还原糖含量，抗性淀粉得率如公式（1）

Y（%）=×100%（1）

式中：Y-抗性淀粉得率，%；W1-还原糖的含量，g；W2-莲子淀粉干基质量，g。

1.2.4 单因素试验设计

影响莲子抗性淀粉生成的主要因素有：淀粉乳浓度、微波功率、微波时间。为确定各因素最佳范围，以抗性淀粉得率为指标，按表1进行单因素试验。

1.2.5 正交优化设计

根据单因素试验结果，利用L9（34）正交试验对微波法制备莲子抗性淀粉的工艺参数进行优化。其因素水平表见表2。

1.2.6 数据处理方法

应用Excel 2007 对数据进行处理，DPS 7.05对数据进行多重比较分析，p<0.05。

2 结果与分析

2.1 葡萄糖标准曲线

由吸光度对浓度进行线性回归分析，求得葡萄糖标准溶液曲线Y=0.478 0X+0.004 4，相关系数R2=0.999 9。如图1所示。图中：Y为在490 nm波长处测定的吸光度值；X为葡萄糖标准液的质量浓度（mg/mL）。

2.2 微波法制备莲子抗性淀粉单因素试验

2.2.1 不同淀粉乳浓度对微波法制备莲子抗性淀粉得率的影响

以淀粉乳浓度为单因素试验时，固定微波功率为400 W，微波时间为120 s。由图2可知，在淀粉乳浓度低于15% 条件下，莲子抗性淀粉的得率随着淀粉乳浓度的提高而增加；而在淀粉乳浓度高于15% 条件下，莲子抗性淀粉的得率却随着淀粉乳浓度的降低而减少。莲子抗性淀粉得率在淀粉乳浓度为15% 时最高。试验结果表明：淀粉乳浓度的不同影响着抗性淀粉含量的高低。当淀粉乳浓度过高时，淀粉链的运动受阻[15]；当淀粉乳浓度过低，直链淀粉分子相互接近的概率减小，两者都不利于莲子抗性淀粉的形成。

2.2.2 不同微波功率对微波法制备莲子抗性淀粉得率的影响

以微波功率为单因素试验时，固定淀粉乳浓度为25%，微波时间为120 s。由图3可知，随着微波功率的升高，抗性淀粉得率呈先上升后缓慢下降的趋势，莲子抗性淀粉得率在微波功率为400 W时最高。当微波功率在80 W时，微波辐射的温度较低，莲子淀粉可能尚未糊化完全，不利于抗性淀粉的形成；在400 W时，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[16]，此时莲子淀粉充分糊化，抗性淀粉得率达到最高；而当微波功率继续升高时，可能会使直链淀粉过度降解，无法重新结合成抗性淀粉晶体，从而导致抗性淀粉含量下降。

2.2.3 不同微波时间对微波法制备莲子抗性淀粉得率的影响

以微波时间为单因素试验时，固定淀粉乳浓度为25%，微波时间为400 W。由图4可知，随着微波时间的增加，抗性淀粉得率呈现先上升后下降的趋势。莲子抗性淀粉得率在微波时间为90 s时最高。试验表明，在相同的微波功率和淀粉乳浓度下，微波时间太短或太长均不利于抗性淀粉的形成。当微波时间过短，淀粉糊化不完全，不易形成抗酶解的双螺旋结构[17]，故此时抗性淀粉得率较低。当糊化时间过长，淀粉分子过度降解，产生相对分子质量较小的短直链淀粉，其分子扩散速度较大，较难聚集，影响抗性淀粉得率的提高[18]。

2.3 正交优化微波法制备莲子抗性淀粉工艺

由表3可知，各因素对微波法制备莲子抗性淀粉得率的作用大小为：A（淀粉乳浓度）>C（微波时间）> B（微波功率），其最佳水平组合为A2B3C3，即当淀粉乳浓度为 15%，微波功率为640 W，微波时间为120 s时，计算[19]得出莲子抗性淀粉理论最高得率为Y=28.01+8.38+1.79+2.58=40.76%。

由表4可知，淀粉乳浓度（P=0.04）对莲子抗性淀粉得率的影响显著，而微波功率（P=0.70）和微波时间（P=0.61）对莲子抗性淀粉得率的影响不显著。

2.4 验证性实验

采用所得优化条件进行验证性实验，实验参数及得率见表5。结果显示，该条件下莲子抗性淀粉平均得率为（39.53%±0.5）%，与理论预测值40.76% 相差3.11%，因此通过正交优化后所得的最优工艺条件较为可靠。

2.5 不同制备方法抗性淀粉得率的对比

汪颖等[1]以压热法制备莲子抗性淀粉，在淀粉乳浓度30%、压热温度 111℃、压热时间10 min和淀粉乳 pH6～7的最优条件下抗性淀粉得率为41.89%；吴小婷等[19]以超声波辅助压热法制备莲子抗性淀粉，在最优工艺条件淀粉乳浓度 45%、超声波功率 300 W、超声波时间 55 min、压热温度 115℃、压热时间 15 min 条件下，抗性淀粉得率为 56.12%；本文以微波法制备莲子抗性淀粉，现3种制备方法制得莲子抗性淀粉得率对比如图 5 ，时间对比如表 6 所示。

由图5可得，3种方法制备抗性淀粉得率差异显著（p<0.05），效果最好的是超声波辅助压热法，其次是压热法和微波法，超声波辅助压热法得率是微波法的1.4倍；表6 可知，微波法制备抗性淀粉所需时间最短，然后是压热法和超声波辅助压热法，其中超声波辅助压热法用时是微波法的35倍。微波法制备抗性淀粉虽然得率最低，但所需时间短，适合用于抗性淀粉的工业化生产或实验室大批量制备。

3 结论与讨论

本文通过微波法制备RS3型莲子抗性淀粉，研究各影响因素的主次作用，可得主次因素依次为：淀粉乳浓度>微波时间>微波功率。验证实验得出，在淀粉乳浓度为15%，微波时间为120 s，微波功率为640 W条件下，莲子抗性淀粉的实际得率最高，最终得率可达到39.53%。

微波技术具有加热速度且均匀的特点，此技术在食品工业化生产中的应用越来越广。运用微波法制备 RS3 型抗性淀粉主要包括以下过程：淀粉乳溶液中的水分由于迅速的升温而蒸发汽化，淀粉颗粒体积膨胀，产生膨化效应，同时淀粉分子间氢键断裂，产生分子量较小的淀粉或糊精；冷却回生阶段，淀粉分子间的氢键又重新形成即回生淀粉的形成[20-21]。李周勇[11]等采用微波-酶解制备马铃薯抗性淀粉，在淀粉乳浓度15%、微波作用时间90 s、微波功率800 W 最优条件下，抗性淀粉得率为 17.2%；张钟[22]等将玉米淀粉经过酸水解处理后，以微波法制备玉米抗性淀粉，在最佳工艺条件淀粉乳浓度 29.1%，酸浓度 1.5%，酸解时间 2.4 h，微波功率 785 W，作用时间 18 s下，抗性淀粉得率为 12.3%；朱木林[23]等用微波辅助加热酶法制备甘薯抗性淀粉，确定其最佳工艺条件为：淀粉质量分数为 11%，微波时间为 300 s，微波功率 800 W，普鲁兰酶添加量为 78 ASPU/g（淀粉干基），脱支处理时间为 24 h，在该实验条件下，抗性淀粉得率最高值为 31.25%。以上学者均采用微波法制备抗性淀粉，但得率均低于本研究结论，原因可能是原料的初始淀粉含量、淀粉性质与微波条件的差异所造成。

目前单一制备抗性淀粉的方法中，压热法是最传统应用较广的方法，指的是含水量大于40%的淀粉溶液在一定温度和压力下进行处理，从而制备抗性淀粉[24]。，但是压热法制备所需时间长，使用时存在安全隐患[20]，而微波法无压力要求，制备用时短，效率高，工艺安全。超声波辅助压热法是超声波与压热法相结合制备抗性淀粉的方法，除此之外还有，压热-酶法[25]、复合酶法[26]法等不同方法的结合，其中张焕[27]新用复合酶法制备抗性淀粉得率达到58.89%，是本文微波法得率的1.49倍，但采用此方法需要对抗性淀粉进一步纯化，步骤繁琐。虽然这些不同方法结合制备抗性淀粉的效果优于单一微波法，但这些方法工艺复杂、成本较高，并不太适合商业化生产，采用微波法制备抗性淀粉更加高效和安全，应用价值较大。

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