不同方法制备的马铃薯抗性淀粉物化特性研究

郑 妍，曹 珏，方泽栋，李相禹，韦青海，彭佳丽

（武汉设计工程学院食品与生物科技学院，湖北武汉 430205）

抗性淀粉是不能被人体小肠吸收的一种淀粉，但能被结肠中肠道菌群发酵，生成对人体健康有益的丁酸等短链脂肪酸，具有促进肠道有益菌群增殖、降低肠道炎症、增强机体免疫能力等生理功效[1]。同时，抗性淀粉也具有良好的挤压特性、高糊化温度、低持水能力和高水结合能力，可广泛用于酸奶、冰激凌、饼干、面包、面条等食品加工中，是一种优良的膳食纤维强化剂[2-3]。以马铃薯淀粉为原料，采用压热、辐照、微波3种方法制备抗性淀粉，并比较了其物化特性，为马铃薯高抗性淀粉制备及应用提供一定的试验支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

马铃薯，购于当地超市；抗性淀粉检测试剂盒，爱尔兰Megazyme公司提供；盐酸、氯化钠、乙醇、氢氧化钠、无水乙醚、碘、乙酸、氢氧化钾等，国药集团化学试剂有限公司提供。

UV-3802型分光光度计，上海尤尼科仪器有限公司产品；BS-210型分析天平，德国Sartorius公司产品；FG2型便携式pH计，梅特勒-托利多仪器有限公司产品；LXU-118型离心机，上海安亭科学仪器厂产品；Nexus470型傅里叶变换红外光谱仪，美国Nicolet公司产品；YM型蒸汽灭菌锅，上海三申医疗器械有限公司产品；MKX-G1C1B型微波实验炉，青岛迈可威微波创新科技有限公司产品；60Co辐照源，湖北省农科院辐照中心产品。

1.2 试验方法

1.2.1 马铃薯淀粉的制备

采用水磨法制备马铃薯淀粉[4]，鲜薯洗净去皮切块，用组织捣碎机加水研磨后过筛，淀粉沉降留在水中，用蒸馏水反复漂洗5～7次，除去上清液和褐粉层，于40℃下干燥36 h后，粉碎过100目，分样筛得到马铃薯淀粉。

1.2.2 抗性淀粉的制备

（1）压热法。取马铃薯淀粉，加入蒸馏水配置成15%（W/V）淀粉乳溶液，混匀后沸水浴预糊化15 min；将糊化后的淀粉在0.1 MPa，121℃的条件下压热处理15 min；取出压热后的淀粉冷却至室温，并于4℃冰箱中冷藏24 h；然后在30℃培养箱中培养24 h，重复循环3次；最后经冻干、粉碎、过筛后制得马铃薯抗性淀粉。

（2）辐照法。取马铃薯淀粉，加入蒸馏水配置成15%（W/V）淀粉乳溶液，混匀后于沸水浴中预糊化15 min；将糊化后的淀粉用60Co进行辐照处理，放射源活度为60万居里，在静态常温条件下辐照，总剂量为10 kGy，剂量率为5 Gy/min；取出辐照后的淀粉于4℃冰箱中冷藏24 h，然后在30℃培养箱中培养24 h，重复循环3次；最后经冻干、粉碎、过筛后制得马铃薯抗性淀粉。

（3）微波法。取马铃薯淀粉，加入蒸馏水配置成15%（W/V）的淀粉乳溶液，混匀后于沸水浴中预糊化15 min；将糊化后的淀粉在700 W的微波功率下处理3 min；取出微波后的淀粉冷却至室温，并于4℃冰箱中冷藏24 h，然后在30℃培养箱中培养24 h，重复循环3次；最后经冻干、粉碎、过筛后制得马铃薯抗性淀粉。

1.2.3 抗性淀粉的测定

样品在37℃下用胰淀粉酶和淀粉葡糖苷酶在摇动水浴中孵育16 h，在该时间段内，经由2种酶的联合作用，将非抗性淀粉溶解并水解成D-葡萄糖。通过加入等体积的乙醇终止反应，离心回收沉淀中的抗性淀粉。通过在乙醇水溶液（50%V/V）中洗涤2次，然后离心除去上清液。将沉淀中的抗性淀粉溶解在浓度为2 mol/L KOH溶液中，在冰水浴中通过磁力搅拌器剧烈搅拌。将该溶液用乙酸盐缓冲液中和，并用葡萄糖氧化酶/过氧化物酶试剂（GOPOD）测量葡萄糖含量，通过系数转换得到抗性淀粉含量。

1.2.4 抗性淀粉的溶解度、膨胀度

分别取干燥恒质量4种淀粉样品2.0 g于具塞试管中，然后加入20 mL蒸馏水充分搅拌均匀后分别在55，75，95℃的水浴条件下加热处理40 min，加热过程中，每5 min用漩涡搅拌器搅拌一次，保证样品受热一致。加热结束后，流水冷却至室温，离心10 min，分别收集上清液和下层沉淀至恒质量的称量瓶中，于105℃下干燥4 h至恒质量，用下式计算溶解度S和膨胀度SP[5]。

式中：W——称取的样品质量，g；

A——烘干至恒质量的上清液质量，g；

P——烘干至恒质量的下层沉淀质量，g。

1.2.5 抗性淀粉的透明度

称取淀粉（0.05 g，干基），加5 mL蒸馏水，置于95℃下水浴30 min，每隔5 min振荡一次，冷却至室温，以蒸馏水为空白，于650 nm处测透光率[6]。

1.2.6 抗性淀粉的链构象

采用KBr压片法测定淀粉的红外光谱，表征链构象。KBr于105℃下干燥8 h，按照1∶100的比例与淀粉充分混合，研磨均匀后进行压片，然后放置于红外光谱仪的样品室中，对样品进行全波段扫描。以不含淀粉样品的KBr压片为空白扫背景，波数扫描范围为4 000～400 cm-1，分辨率为4 cm-1，扫描累加64次，得到淀粉样品的红外光谱图。利用FT-IR附带的软件对淀粉的红外波谱进行分析。

1.2.7 数据处理

采用SPSS16.0数据处理软件进行数据分析，所有结果以平均值±标准差表示，通过一元方差分析（One-Way ANOVA） 进行多个组间平均数的比较，如果组间存在显著性差异（p<0.05），则采用Duncan检验进行组间多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同方式处理下的马铃薯抗性淀粉含量

不同方式处理下的马铃薯抗性淀粉含量见表1。

表1 不同方式处理下的马铃薯抗性淀粉含量/%

由表1可知，经过不同方式处理过的马铃薯抗性淀粉含量显著高于马铃薯原淀粉（p<0.05）。其中，辐照处理后的马铃薯抗性淀粉含量最高，为原淀粉的2.78倍，压热与微波处理下的马铃薯抗性淀粉含量也分别达到了原淀粉的2.37，2.23倍。由此得知，压热、辐照、微波这3种处理方法中，辐照处理的效果最好，而压热处理与微波处理效果次之，且二者无显著性差异（p>0.05）。

2.2 不同方式处理及不同温度下的马铃薯抗性淀粉的溶解度与膨胀度

不同方式处理及不同温度下马铃薯抗性淀粉的溶解度见表2。

表2 不同方式处理及不同温度下马铃薯抗性淀粉的溶解度

由表2可知，除微波处理外，原淀粉、压热和辐照处理抗性淀粉的溶解度均随着温度的升高而逐渐增大，且各温度条件下，辐照处理抗性淀粉的溶解度显著高于其他各组（p<0.05）。随着温度升高，4种样品的溶解度呈现一定的上升趋势，这可能是由于抗性淀粉结晶结构会在加热的过程中被破坏，使直链淀粉从结晶结构中解离并且扩散至水中，温度越高，解离作用越强，促使溶解度升高，而辐照处理促使直链淀粉解离的效果更显著。

不同方式处理及不同温度下马铃薯抗性淀粉的膨胀度见表3。

表3 不同方式处理及不同温度下马铃薯抗性淀粉的膨胀度

由表3可知，随着温度的升高原淀粉和辐照处理抗性淀粉的膨胀度均呈逐渐增大的趋势，而压热和微波处理抗性淀粉的膨胀度在75℃下最大，在95℃下，样品膨胀度大小为压热>微波>原淀粉>辐照（p<0.05）。淀粉的膨胀度表明无定形区与结晶区淀粉链之间的结合程度，反应的是支链淀粉的糊化能力，故随着温度的升高，4种样品的膨胀度呈现一定的上升趋势。

2.3 不同方式处理下及不同温度下马铃薯抗性淀粉的透明度

不同方式处理下及不同温度下马铃薯抗性淀粉的透明度见表4。

表4 不同方式处理下及不同温度下马铃薯抗性淀粉的透明度

由表4可知，马铃薯原淀粉经压热、辐照、微波处理制得抗性淀粉的透明度显著下降（p<0.05），且不同处理之间无显著性差异（p>0.05）。随着放置时间的延长，马铃薯原淀粉的透明度呈现逐渐减小的趋势，3～5 d后透明度显著小于前2d（p<0.05）。微波处理的抗性淀粉透明度随放置时间延长，透明度无明显变化，仅放置5d后透明度明显小于放置1 d（p<0.05），而压热和辐照处理的抗性淀粉透明度放置5 d，透明度无显著性变化（p>0.05）。由此表明，经压热、辐照、微波处理制得抗性淀粉的透明度虽然降低，但透明度稳定性明显优于马铃薯原淀粉。

2.4 不同方式处理下的马铃薯抗性淀粉的红外光谱扫描

不同方式处理下的马铃薯抗性淀粉的红外光谱扫描见图1。

图1 不同方式处理下的马铃薯抗性淀粉的红外光谱扫描

傅里叶红外光谱仪可以研究淀粉颗粒的短程有序结构，尤其是链构象和双螺旋结构的差异。由图1可知，4种样品的振动吸收峰大致相似，说明不同的制备方法对马铃薯抗性淀粉基团的影响没有差别，压热、辐照、微波并没有使淀粉产生新的化学基团和化学键。

995，1 022，1 047 cm-2是表征淀粉构象的特性谱带，1 022 cm-2是无定型区的特征谱带，995和1 047 cm-2则分别表示双螺旋和有序结构的振动吸收，可用A1047/1022和A995/1022表示有序结构和双螺旋结构程度。

不同方式处理下的马铃薯抗性淀粉的红外光谱扫描见表5。

表5 不同方式处理下的马铃薯抗性淀粉的红外光谱扫描

由表5可知，马铃薯原淀粉淀粉经压热、辐照、微波处理制得抗性淀粉有序结构程度均减小，且微波处理抗性淀粉与原淀粉存在显著差异（p<0.05）。相比于马铃薯原淀粉，压热、辐照、微波3种处理制得抗性淀粉双螺旋结构程度均显著减小（p<0.05），且微波处理减小程度显著高于压热和辐照处理（p<0.05）。这可能是由于压热、辐照、微波制备抗性淀粉过程使得淀粉分子链过度降解而使生成的有序结构和双螺旋结构较少，而微波处理改变程度更显著。

3 结论

通过试验得到如下结论：压热、微波、辐照这3种处理方法均显著提高了抗性淀粉含量（p<0.05），且辐照处理后的马铃薯抗性淀粉含量最高；原淀粉及压热、辐照和微波处理制备的马铃薯抗性淀粉溶解度和膨胀度均随温度的升高呈现一定的上升趋势，且各温度条件下，辐照处理抗性淀粉的溶解度显著高于其他各组（p<0.05）；经压热、辐照、微波处理制得抗性淀粉的透明度显著降低（p<0.05），但透明度稳定性明显优于马铃薯原淀粉；相比于马铃薯原淀粉，压热、辐照、微波处理制得抗性淀粉有序结构和双螺旋结构程度均减小，且微波处理改变程度均显著（p<0.05）。