超声辅助酶解法制备玉米抗性淀粉*

杨小玲，陈佑宁，赵 维，孟小华

（咸阳师范学院 化学与化工学院，陕西 咸阳 712000）

超声辅助酶解法制备玉米抗性淀粉*

杨小玲，陈佑宁，赵 维，孟小华

（咸阳师范学院 化学与化工学院，陕西 咸阳 712000）

以玉米淀粉为原料，采用超声辅助酶解法制备抗性淀粉（RS）。以超声时间、淀粉乳浓度、酶用量、冷藏时间、添加剂的种类及用量为变量，考察这些因素对抗性淀粉得率的影响。结果表明：制备抗性淀粉的最佳工艺为，淀粉乳浓度20%，超声处理10min，α-淀粉酶用量10U/g，冷藏时间为24h，并添加淀粉质量2%的海藻酸钠时，抗性淀粉得率达到最大值11.92%。

玉米抗性淀粉；超声预处理；添加剂

前 言

抗性淀粉（Resistant Starch，RS）又称抗酶解淀粉，具有降低胆固醇浓度、调节血糖、改善胰岛素的敏感性、影响脂质代谢、改善肠道菌群以及预防结肠癌和防止糖尿病、促进维生素和矿物质离子的吸收等对健康有益的生理功能，在国内外受到广泛关注[1～4]。抗性淀粉中的第三类RS3，即回生淀粉、老化淀粉[5]，由于其具有良好的热稳定性、抗酶解性和食用安全性，因此成为目前研究最多应用最广的一类RS。

制备RS3（以下简称RS）的主要方法有:压热处理法、酶解法、螺杆挤压法、微波辐射法、超声波辅助法、酸解法、蒸汽加热法等。超声波法是淀粉改性的一种新型物理方法，具有作用时间短、操作简单、易控制、能耗低，降解后的淀粉相对分子质量分布窄，分子大小更均匀等优点[6,7]。酶解法具有反应条件温和、可控，不需要高压、耐酸设备等优点。另外，目前采用超声或酶解法制备RS过程中，鲜见关于添加剂对抗性淀粉形成的影响。本课题将两种方法联合使用制备玉米抗性淀粉，并探讨各因素，特别是不同种类及用量的添加剂对制备抗性淀粉的影响。

1 材料和方法

1.1 材料

玉米淀粉（食品级）市售；中温α-淀粉酶（10000 U/g），华迈科生物技术有限公司；糖化酶（1×105U/g），华迈科生物技术有限公司；胃蛋白酶（1:3000），依科生物有限公司；耐热α-淀粉酶，上海金穗生物科技有限公司；酒石酸钾钠，广东中成化工股份有限公司；3,5-二硝基水杨酸，广东中成化工股份有限公司；苯酚，天津鲁鑫化工科技有限公司；海藻酸钠，青岛明月海藻集团有限公司；β-环糊精，上海山浦化工有限公司；丙酸钙，上海山浦化工有限公司。

KQ5200DE型数控超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司。

1.2 制备方法

称取5.0g玉米淀粉，用pH=6.8的磷酸盐缓冲液将淀粉调成一定浓度的淀粉乳，超声处理一定时间，在85℃的恒温水浴中糊化15min，自然冷却至55℃，然后加入一定量添加剂，一定量α-淀粉酶，60℃的水浴锅中搅拌10min，沸水中灭酶，冷却，放入4℃冰箱中冷藏一定时间，冷冻干燥，研碎，待用。

1.3 采用Goni法测定抗性淀粉含量[8]

准确称取0.1g的样品装入25mL的试管中，向样品加入 10mL的 KCl-HCl缓冲液（pH=1.5）和0.2mL的胃蛋白酶溶液（将1g的胃蛋白酶溶解于10mL的KCl-HCl缓冲液中）并将其混合均匀，在38℃的恒温水浴锅中放置60min后，自然冷却，加入2mol/L NaOH溶液调节 pH 值（6.0～6.4），加入 300U耐热α-淀粉酶，60℃恒温振荡30min，自然冷却，调节pH值至4.5，再加入5000U糖化酶，在60℃下恒温振荡60min，取出，冷却至室温后放入3000r/min的离心机中离心15min，弃去上清液，沉淀再用80%乙醇、蒸馏水分别洗涤，去上清液，往沉淀中加入2mL 4mol/LKOH使其溶解，同时以1mol/LHCl溶液调节pH值至4.5，加入5000U糖化酶，在60℃的恒温培养振荡器中振荡30min，降至室温后，放入离心机中离心15min，收集上清液，水洗管中的沉淀，离心2次或3次，离心后的上清液也倒入容量瓶，并定容至100mL。用DNS法测定还原糖的含量:用DNS法进行显色，540nm处测其吸光度，根据葡萄糖标准曲线y=0.42x+0.0007（R2=0.9931）算出葡萄糖的含量，并据此计算抗性淀粉的含量。

抗性淀粉的含量=葡萄糖的含量×0.9

1.4 抗性淀粉的分离提纯

准确称取3.0g样品，向其中加入200mL KCl-HCl缓冲液（pH=1.5）和6mL胃蛋白酶溶液混合均匀，在38℃下水浴恒温60min，自然冷却至室温，用2mol/L NaOH溶液调节pH值为6.0～6.4，加入300U耐热α-淀粉酶，60℃恒温振荡30min，自然冷却至室温，调节pH值至4.5（1mol/LHCl），再加入5000U糖化酶，再在60℃下恒温振荡60min，自然冷却后，离心15min，弃上清液，沉淀用80%乙醇，蒸馏水分别洗涤，离心，干燥，得纯RS。

2 结果及讨论

2.1 超声波预处理原淀粉

在超声波处理淀粉乳时，超声波促使水分子与淀粉分子的摩擦加剧，导致C-C键裂解，使淀粉转变为长度适当、纯度高的分子链。文献研究表明，较高强度的超声波降解支链淀粉的作用增强，线性分子即直链淀粉数量增多[6]。抗性淀粉主要是由直链淀粉通过氢键形成双螺旋结晶。本实验选择超声功率200W，改变超声处理时间，考察RS的得率，结果如图1。通过图1可见，随着超声时间的延长RS得率先增大后减小，超声10min时RS的得率最高。因此，本实验确定以下实验超声处理淀粉乳的时间为10min。

图1 超声时间对RS得率的影响Fig.1 The effect of ultrasound time on the yield of RS

2.2 冷藏时间对抗性淀粉得率的影响

图2 冷藏时间对RS得率的影响Fig.2 The effect of the cold storage time on the yield of RS

淀粉凝沉分为直链淀粉的短期凝沉和支链淀粉的长期凝沉[9]。RS的形成主要是直链淀粉分子的重结晶过程，此结晶过程包括晶核形成及晶体生长。冷藏陈化会加速晶核的形成和晶体生长。理论上，随着冷藏时间的延长抗性淀粉的含量应快速大量增加，但在低温环境下，淀粉糊的黏度也不断提高，这又抑制了晶体的生长[10]。因此，随着冷藏时间延长到一定阶段，晶体形成趋于稳定，RS得率不再提高。

固定淀粉乳浓度10%，超声时间10min，α-淀粉酶5U/g，改变冷藏时间，制备RS，RS得率结果如图2。由图2可知，RS的形成主要发生在最初的24h，24h内RS得率迅速提高，超过24h后，RS含量的增幅较小。综合考虑，以下实验取冷藏时间为24h。

2.3 淀粉乳浓度对抗性淀粉得率的影响

固定超声时间8min，α-淀粉酶5U/g，冷藏时间24h，改变淀粉乳浓度，所得RS得率如图3所示。

图3 淀粉乳浓度对RS得率的影响Fig.3 The effect of starch concentration on the yield of RS

由图3可知，随着淀粉乳浓度的增大，抗性淀粉得率先增大后减小。当淀粉乳浓度为20%时，抗性淀粉得率最高。这是因为当淀粉乳浓度太大时，体系黏度大流动性差，分子链迁移困难，淀粉酶解反应效率低，淀粉颗粒难以充分膨胀、糊化，产生的直链淀粉分子难以相互接近和有序重排，降低了抗性淀粉的形成效率；淀粉乳浓度太小时，体系中的直链淀粉分子浓度亦小，分子运动过快，分子之间有序聚合的机会减少，不利于抗性淀粉的形成。因此，只有当淀粉乳浓度适中时，直链淀粉的流动性好，分子之间易相互靠拢，通过氢键进行有序重排，抗性淀粉得率高。以下实验取淀粉乳浓度为20%。

2.4 α-淀粉酶的添加量对抗性淀粉得率的影响

固定超声时间10min，淀粉乳浓度20%，冷藏时间24h，改变α-淀粉酶用量，RS得率如图4所示。

图4 α-淀粉酶用量对RS得率的影响Fig.4 The effect of α-amylase amount on the yield of RS

由图4可知，RS的得率随着α-淀粉酶用量的增加呈现先增大后减小的趋势。当α-淀粉酶的添加量为10U/g时，抗性淀粉得率最高。因此，以下实验选取α-淀粉酶添加量为10U/g。

2.5 添加剂种类及用量对抗性淀粉得率的影响

固定超声时间10min，淀粉乳浓度20%，冷藏时间24h，α-淀粉酶10U/g，分别加入不同种类、不同浓度的添加剂，RS得率如图5所示。

由图5可见，在添加量为淀粉用量的1%、2%、4%、6%时，制备的抗性淀粉得率与无添加剂时RS得率10.36%相比较，添加海藻酸钠，抗性淀粉得率提高，添加β-环糊精或丙酸钙，抗性淀粉得率均降低。当海藻酸钠添加量为淀粉量的2%时，RS得率最高，为11.92%。海藻酸钠是一种有持水性的亲水胶体，一定量的水分会提高直链淀粉的流动性，促进了直链淀粉与直链淀粉的有序集结加速老化。黄敏[11]研究了食品胶对稻米特性地影响，结果表明添加海藻酸钠RS的得率提高；Viturawong等[12]的研究表明，添加黄原胶明显增加了大米淀粉的回生值；但亲水胶体一般作为稳定剂应用在食品中防老化。可见，亲水胶体的作用结果与其种类及浓度有关[13～15]，应该进一步详细研究。

丙酸钙在水中解离为Ca2+以及酸根离子，水溶液呈弱碱性，抑制淀粉老化，所以丙酸钙的添加降低了RS得率[16]。β-环糊精的疏水端部分插入直链淀粉双螺旋结构中形成复合物，阻碍了直链淀粉的重排，抑制了老化，导致抗性淀粉得率降低[17～19]。

图5 添加剂种类及用量对RS得率的影响Fig.5 The effect of kinds and amounts of additives on the yield of RS

3 结论

实验结果表明，采用超声辅助酶解法制备的玉米抗性淀粉的最优工艺为：淀粉乳浓度20%，α-淀粉酶的添加量10U/g，海藻酸钠为淀粉质量的2%，冷藏时间24h。在此条件下，制备的抗性淀粉得率最高，为11.92%。

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Synthesis of Resistant Starch from Maize Starch by Ultrasound Assisted Enzymolysis Method

YANG Xiao-ling,CHEN You-ning,ZHAO Wei and MENG Xiao-hua
（College of Chemistry and Chemical Engineering,Xianyang Normal University,Xianyang 712000,China）

The maize starch was selected as the raw material to prepare resistant starch （RS）by ultrasonic assisted enzymolysis method.The effects of ultrasound pretreatment time,starch concentration,enzyme amount,cold storage time,types and contents of the additives on the yields of resistant starch were analyzed.The results indicated the optimum parameters for resistant starch preparation which were showed as follows:the ultrasound time was 10minutes,the starch concentration was 20%,the alpha-amylase was 10U/g,the cold storage time was 24 hours and the adding amount of sodium alginate accounted for 2%of starch mass.And the yield of resistant starch reached the highest which was 11.92%.

Maize resistant starch;ultrasound pretreatment;additives

TS235.1

A

1001-0017（2017）05-0338-04

2017-03-27 *基金项目：陕西省教育厅专项科研计划项目（编号：15JK1782）；咸阳师范学院科研专项（编号：13XSYK024）

杨小玲（1976-），女，陕西西安人，硕士，高级工程师，研究方向：天然高分子改性。