酶法及压热-酶法制备大米抗性淀粉的理化性质比较

张 倩 肖华西 杨 帆 林亲录

(中南林业科技大学食品科学与工程学院，长沙 410004)

大米RS3型抗性淀粉是大米淀粉在糊化后由淀粉回生产生[1]。它既有抗性淀粉良好的生理功能[2，3]，如可以平衡能量与体重，控制餐后血糖的快速升高，防止糖尿病；促进锌、钙、镁离子的吸收；减少血清中胆固醇和甘油三酯，预防脂肪肝，保护肠道等，也具有颗粒细小、颜色白腻、风味淡、持水力温和等特点。因此，在低热食品、冷冻甜点、焙烤食品、低脂人造奶油等方面均有较为广泛的应用前景。凝胶是胶体质点或高聚物分子交织的体型聚合物网络中包含溶剂或者单体、低聚物时的一种胶体状态[4]。在食品中，常见的有蛋白质类凝胶和多糖类凝胶。其中，淀粉作为一种重要的多糖类物质，在食品加工过程中形成的凝胶态具有多种应用形式。淀粉经过糊化后会形成具有一定弹性和强度的透明或半透明的凝胶[5]，而不同方法制备的抗性淀粉和淀粉凝胶其直链淀粉的含量、直链淀粉和支链淀粉的分子大小以及支链淀粉的分支化度等都是各不相同的[6,7]，而这些因素直接影响凝胶中分子之间的距离、分子之间作用力的大小和作用方式等，从而影响凝胶的黏性、强度等特性。姚映西等[8]报道的大米淀粉经湿热改性处理后，其支链淀粉含量明显增加，凝胶黏性明显降低。刘一洋[9]提出酸酶复合法制备大米抗性淀粉，支链淀粉在酸酶复合作用下进行脱支化反应，形成大量直链淀粉，因此糊化温度有一定的上升，将得到的抗性淀粉添加到蛋糕中，随着添加量的增加，蛋糕的硬度，弹性、回复性逐渐下降。淀粉凝胶的这些特性直接影响到淀粉基食品的加工性能和产品的品质[10,11]。

因此，本实验采用酶法和压热-酶法两种方法制备大米RS3型抗性淀粉和淀粉凝胶，研究其理化性质，旨在为大米RS3型抗性淀粉、淀粉凝胶的综合应用提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料和试剂

大米，无水乙醇(分析纯)、氢氧化钠(分析纯)、糖化酶(分析纯)；耐高温α-淀粉酶(食品级)；抗性淀粉检测试剂盒。

1.2 主要仪器与设备

101C-2AB型电热恒温鼓风干燥箱；400T多功能粉碎机；RVA Super4 型RVA快速黏度分析仪；L530型台式低速离心机；Multizoom AZ100/AZ100M 多功能显微镜；TA XT Plus 质构仪。

1.3 方法

1.3.1 大米淀粉的制备[6]

将30 g大米粉碎，过80目筛，与1∶6(g/mL)碱液均匀混合，反应24小时，在4 000 r/min转速下离心15 min，弃去上清液，水洗沉淀多次，脱水后的淀粉置于热风干燥箱中，以50 ℃干燥至恒重，得到大米淀粉备用，测得淀粉质量分数为81.2%。

1.3.2 酶法制备抗性淀粉

粗抗性淀粉的制备：分别配制质量分数为30%的大米淀粉乳溶液，调节pH为6，在沸水浴中放置30 min后，冷却至室温后，再放置于4℃的冰箱中冷冻24 h。将样品置于80 ℃的烘箱中烘48 h，粉碎，过100目筛，即得粗抗性淀粉[12]。

粗大米抗性淀粉的纯化：用已经制得的粗大米抗性淀粉配制25%的淀粉乳，调节pH为5.5，以4 U/g的量加入耐高温α-淀粉酶，在70 ℃的恒温水浴锅中水解1 h，以4 U/g的量加入糖化酶，在50 ℃的水浴锅中水解2 h，以3 000 r/min的转速离心处理30 min。水洗离心3次，最后用95%的乙醇清洗，放入80 ℃烘箱干燥，粉碎机粉碎，过200目筛即得纯抗性淀粉[13]。

1.3.3 压热-酶法制备抗性淀粉

粗抗性淀粉的制备：分别配制质量分数为30%的大米淀粉乳溶液，调节pH为6，在沸水浴中放置30 min后，放入高压灭菌锅中121 ℃高温高压处理40 min。再放置于4 ℃的冰箱中冷冻24 h。重复上述两次高温高压冻却步骤，将样品置于80 ℃的烘箱中烘48 h，粉碎，过100目筛即得粗抗性淀粉[14]。

粗大米抗性淀粉的纯化： 参照步骤1.3.2。

1.3.4 大米淀粉凝胶的制备[15]

已知质量分数为12%的米淀粉不能正常形成凝胶，所以选择这个浓度的米淀粉乳液来研究回生大米抗性淀粉对米粉凝胶能力的影响。用去离子水配制12%(质量分数，干基)的淀粉浆，分别加入10%(质量分数，淀粉基)两种方式处理的大米抗性淀粉，沸水浴处理30 min后，冷却至室温，再置于4 ℃冰箱下24 h，得到淀粉凝胶。对淀粉凝胶进行干燥、粉碎处理便于测样。

1.3.5 大米抗性淀粉及米淀粉凝胶的理化性质测定

1.3.5.1 含水量测定

取适量样品于洗净干燥的称量瓶中，将其置于恒温干燥箱(105 ℃)中加热1.0 h，盖好取出，置干燥器内冷却0.5 h至室温，称量，并重复上述加热冷却步骤直至前后两次质量差不超过 2 mg，即为恒重。

试样中的含水量，按公式进行计算[16]:

含水量=(m1-m2)/(m1-m0)×100%

式中：m1为称量瓶(加海砂)和试样的质量/g;m2为称量瓶(加海砂)和试样干燥后的质量/g;m0为称量瓶(加海砂)的质量/g。

1.3.5.2 溶解度和膨润力的测定[17]

称取样品置于洗净干燥的离心管中，加入蒸馏水配制成质量分数为2%的淀粉乳溶液，摇匀，分别在不同温度梯度下的水浴中加热30 min(温度梯度为50、60、70、80、90 ℃)，每5 min 振荡一次，然后迅速将离心管取出并冷却至室温，再将其置于4 000r/min的离心机中进行离心15 min。将上清液与沉淀分离，并置于烘箱(130 ℃)中干燥直至恒重，得到被溶解淀粉质量以及沉淀部分淀粉质量，沉淀部分即为膨胀淀粉。

溶解度=水溶淀粉质量/[淀粉样品质量(干)]×100%

膨润力(g/g)=膨胀淀粉质量/(淀粉样品质量(干)-水溶淀粉质量)

1.3.5.3 糊化性质测定[18]

测定按GB/T 22427.7—2008规程要求，将含水基设定为14%，样品质量设定为3.0 g，用水量设定为25 mL，测定过程中，温度从50 ℃加热至95 ℃(升温速度为5 ℃/min)，温度升至95 ℃时保温2.7 min，然后从95 ℃冷却至50 ℃(降温速度为5 ℃/min)，温度降至50 ℃时保温2 min。参数设置后加入铝罐中进行测定，参数设置由hermocline for windows软件控制。

1.3.5.4 形态和偏光十字观测[19]

将少量淀粉置于50 mL离心管中加水摇匀，静置片刻吸取适量澄清液液滴在载玻片上，轻轻将盖玻片盖上，将气泡赶出。通过多功能显微镜，选择合适的物镜及放大倍数对抗性淀粉和原淀粉进行偏光十字和形态进行观察。

1.3.5.5 淀粉凝胶的质构特性测定[20]

将3.0 g大米淀粉凝胶(干基)称置于铝盒中(直径=34 mm)，加入6.0 mL蒸馏水，放置10 min后在沸水蒸汽条件下蒸煮20 min，保温10 min，冷却至室温后取出凝胶，使用质构仪探头对其进行测试。参数设置为：TPA模式，P/6探头，测试前速度5 mm/s，测试中速度1 mm/s，测试后速度5 mm/s，穿刺距离5 mm。凝胶质构的评价参数：硬度、弹性、凝聚性、胶黏性。使用质构仪输出软件采集实验数据，实验至少重复3次，取平均值。

1.3.6 数据分析

使用Excel、Origin和 SPSS22.0等软件对试验数据进行了相关性分析和逐步回归分析，所有数据均为3次测试的平均值。

2 结果与分析

2.1 抗性淀粉得率及含水量

经抗性淀粉检测试剂盒检测，酶法制备的大米抗性淀粉得率为16.23%，而压热-酶法制备的大米抗性淀粉得率可达18.16%。与原料大米比较，酶法及压热-酶法制备的大米抗性淀粉含水量从11.88%分别下降到4.05%和3.98%，下降幅度无显著性差异；而酶法制备和压热-酶法制备的淀粉凝胶的含水量下降幅度分别是52.6%和75.9%，有明显的下降，其中压热-酶法制备淀粉凝胶含水量大幅度降低，这是因为压热处理的高温高压破坏了淀粉结构，去除了淀粉中结合的水分子，致使含水量降低。而且两种方法处理的抗性淀粉和淀粉凝胶的含水量无显著性差异，说明凝胶化过程中水分是没有变化的。

注： A为原大米淀粉；B1为酶法制备的抗性淀粉；B2为酶法制备的淀粉凝胶干粉；C1为压热-酶法制备的抗性淀粉；C2为压热-酶法制备的淀粉凝胶干粉。*为P<0.05。图1 大米抗性淀粉及淀粉凝胶含水量

2.2 溶解度和膨润力

溶解度反映了淀粉遇水溶解的能力，其值高说明淀粉溶解度好，反之则差。由图2可见，在50～90 ℃温度范围内，大米淀粉与抗性淀粉的溶解度都随着温度的升高而增大；且酶法和压热-酶法制备的抗性淀粉溶解度存在差异性，由图2可知，压热-酶法制备的抗性淀粉溶解度在50～90 ℃范围内大于酶法，这有可能是因为在高压高温环境下，淀粉颗粒内部结构遭到破坏，使得水分易破坏其结构并发生反应。另一方面，酶法和压热-酶法制备的淀粉凝胶在50～70 ℃范围内，淀粉凝胶的溶解度随温度呈现缓慢下降趋势，在90 ℃左右，几乎不再变化。由于糊化后的淀粉凝胶结构大部分处于无定型状态，在低温时较容易吸水溶解，且溶解度比同种方法制备的抗性淀粉还要高一些；但随着温度升高，在凝胶化淀粉中，由于重结晶的淀粉分子之间的存在氢键而难以断裂，导致淀粉凝胶的溶解度大大降低，且远低于原抗性淀粉。

注：*为P<0.05。下同。图2 大米抗性淀粉及淀粉凝胶溶解度

图3 大米抗性淀粉及淀粉凝胶膨润力

淀粉吸水膨胀的能力受膨润力的影响，膨润力的大小由淀粉颗粒结构、形态，粒径大小、分子特性及组成等决定[21,22]。由图3可知，在50～90 ℃范围内，酶法和压热-酶法制备的大米抗性淀粉膨润力随温度缓慢增加，且两种方法之间无显著性差异。另一方面，酶法和压热-酶法制备的淀粉凝胶在50～90 ℃范围内，其膨润力明显大于原抗性淀粉，但是增长的幅度不如原抗性淀粉大，因为淀粉在糊化后，会有更多的羟基暴露出来，能够与更多的水以氢键结合，使淀粉凝胶的膨润力大于原抗性淀粉，但温度升高，膨润力增加的幅度并不大。

2.3 糊化性质

利用RVA快速黏度分析仪测定不同方法制备的抗性淀粉及淀粉凝胶糊化特性各种指标参数见表1。经分析，两种方法制备的抗性淀粉与原料大米淀粉的糊化特性参数值存在显著性差异(P<0.05)，峰值黏度反映的是淀粉糊化升温过程中淀粉颗粒的膨胀程度[23]。由表1可知，酶法制备的抗性淀粉的糊化黏度最大，压热-酶法制备的抗性淀粉的糊化黏度最小。回生值反映了淀粉冷糊的稳定性和老化趋势，一定程度的回生使淀粉凝胶的硬度增加，有利于韧性的形成[24]，表1结果显示酶法制备的抗性淀粉的回生值最高，而压热-酶法制备的抗性淀粉的回生值很低，这可能与直链淀粉聚合度和支链淀粉的分子结构有关。聚合度高的直链淀粉以及外链长的支链淀粉容易老化，且冷糊稳定性也差[25]。淀粉热糊的稳定性与衰减值的大小有关[26]，表1结果显示压热-酶法制备的抗性淀粉的衰减值较小，表明淀粉颗粒膨胀过程中强度比较大，不易破裂，热糊的稳定好。而两种方法制备的淀粉凝胶峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、衰减值、回生值都明显降低，是因为淀粉分子的链长变小，支链淀粉部分降解形成直链淀粉，直链淀粉增多，而在淀粉凝胶内，直链淀粉和支链淀粉分子之间又会通过氢键等作用力发生聚集，形成非均相的混合体系，形成耐热成分，使得黏度降低。

表1 大米抗性淀粉及淀粉凝胶RVA特征值

2.4 淀粉形态和偏光十字观测

大米淀粉是高结晶性淀粉，在偏振光下观察时具有双折射现象。由图4可知，原淀粉颗粒比较分散，很容易观察到偏光十字，呈均匀的X型。原淀粉经过两种不同方法制备成抗性大米淀粉后，淀粉颗粒都出现聚集现象，不容易观察到偏光十字。可能是因为淀粉颗粒是从脐点开始生长，脐点容易受到热水汽的侵蚀破坏，在使用压热-酶法制备抗性淀粉的过程中，由于高温高压使得淀粉颗粒结晶结构被破坏，同时淀粉颗粒发生聚集。经过压热-酶法和酶法处理过后的淀粉凝胶均不易观察到偏光十字，且聚集度也有所提高，可能是因为在制备凝胶的时候，由于煮沸过程中使得淀粉结晶结构进一步被破坏，淀粉的偏光十字消失，使得聚集程度略有增加。

图4 大米抗性淀粉及淀粉凝胶的形态及偏光十字图

2.5 淀粉凝胶的质构特性

淀粉凝胶的质构主要是指凝胶的硬度、胶黏性、弹性和凝聚性。通过质构仪(TPA)的压缩模式来测定，并得到质构曲线及特性参数[27]。通过这4个参数值，模拟人体口腔的咀嚼运动，以便更好的拓展淀粉凝胶的应用形式。由表2可知，两种方法制备的淀粉凝胶与原淀粉相比，凝胶的硬度和弹性均显著增加，这说明制备方法对淀粉凝胶质构是有影响的，由于制备方法不同，淀粉内部分子断裂情况不同，经压热-酶法处理的淀粉凝胶硬度和弹性略大于酶法，但胶黏性较小。这可能是由于压热过程中压力超过淀粉分子结构的承受力时，淀粉分子长链就会断裂，从而影响淀粉凝胶的质构。

表2 大米淀粉凝胶的质构特征

3 结论

对酶法及压热-酶法制备的大米抗性淀粉和淀粉凝胶的理化性质进行比较。结果表明： 不同方法处理得到的大米抗性淀粉及淀粉凝胶含水量都有所下降，压热-酶法制备的大米抗性淀粉及淀粉凝胶含水量最少。抗性淀粉的溶解度都随温度的升高而增大，且压热-酶法制备的抗性淀粉溶解度>酶法。而两种方法得到的大米淀粉凝胶的溶解度随温度呈现缓慢下降趋势，大米抗性淀粉和淀粉凝胶膨润力都随温度的增加而增加，其淀粉凝胶膨润力>原抗性淀粉，但是淀粉凝胶膨润力随温度增长缓慢。两种方法制备的淀粉凝胶峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、衰减值、回生值均明显降低。酶法制备的抗性淀粉的糊化黏度和回生值比压热-酶法制备的抗性淀粉大，且压热-酶法制备的抗性淀粉的衰减值最小，压热-酶法制备的大米抗性淀粉和淀粉凝胶更不容易观察到偏光十字。两种方法制备的淀粉凝胶与原淀粉相比，凝胶的硬度和弹性均显著增加，并且压热-酶法的硬度和弹性最大，但胶黏性较小。