不同处理方式对红香母芋抗性糊精性质的影响

顾品品，张燕萍

（江南大学食品学院，江苏无锡214122）

抗性糊精与一般糊精不同，不能为人体消化吸收，是一种低分子水溶性膳食纤维。抗性糊精略有甜味，热量低，不易老化，且耐冷冻冷藏[1]。抗性糊精具备膳食纤维的生理功能，有助于降低血糖血脂[2]、促进消化道有益微生物生长繁殖并强化肠道功能、防止肥胖[3]等。抗性糊精最初由日本松谷化学工业株式会社开发并申请专利[4]，随后国内外众多学者不断深入研究。Ohkuma等[5]以玉米淀粉为原料，用酸热处理法制备了低热量糊精；YaJane等[6]以高直链玉米为原料，采用化学改性的方法制备了抗性糊精；林勤保等[7]以玉米淀粉为原料，经过高温酸解得到焦糊精，再经α-淀粉酶、糖化酶酶解制备抗性糊精；寇秀颖等[8]以玉米淀粉为原料，研发了利用普鲁兰酶代替传统糖化酶制备抗性麦芽糊精的方法。

红香芋是一种营养丰富、集色香味于一体的经济作物，母芋占其总产量1/3，但因口感麻涩等原因无法供人直接食用，除少量用作饲料外，其余大部分被丟弃，造成资源严重浪费。因此，将红香母芋制成抗性糊精，有助于改善母芋资源浪费现状并提高其附加价值。本研究以红香母芋淀粉为原料，以盐酸为催化剂，采用超声、微波、高温多种方法制备抗性糊精，通过探究不同处理方式以及组合处理对其含量、白度及其它各种性质的影响，为红香母芋及抗性糊精的进一步开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红香母芋淀粉（干基淀粉含量：86.67%）：江苏省昌芋食品有限公司；耐高温α-淀粉酶（20 000 U/mL）、葡萄糖淀粉酶（100 000 U/mL）：诺维信（中国）生物技术有限公司；盐酸、硝酸、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、硫酸铜、次甲基蓝、酒石酸钾钠、氢氧化钠、亚铁氰化钾（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

电子天平（ME204E/02型）：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；实验型微波炉（NJL07-3）：南京杰全微波设备有限公司；数控超声波清洗器（KQ-250DB）：昆山市超声仪器有限公司；电热恒温鼓风干燥箱（GZX-GF-MRS-I-9053A）：上海跃进医疗器械厂；电热恒温水浴锅（DK-S24）：上海森信实验仪器有限公司；捏合机（FISE-SYⅢ）：南通范氏机械有限公司；高精度分光测色仪（UltraScan Pro1166）：美国Hunterlab公司；流变仪（Discovery DHR）：美国TA公司；快速粘度分析仪（RVA 4500）：波通澳大利亚公司；示差扫描量热仪（DSC 8500）：美国PERKIN ELMER公司。

1.3 方法

1.3.1 红香母芋抗性糊精的制备

准确称取120 g红香母芋淀粉，置于捏合机中边搅拌边加入1%盐酸，添加量为15%，搅拌60 min混合均匀。将酸化后的母芋淀粉平均分成6份，分别进行微波处理（600 W，10 min）、先超声（200 W，30 min）后微波（600 W，10 min）处理、先微波（600 W，10 min）后超声（200 W，30 min）处理、高温处理（150℃，2 h），先超声（200 W，30 min）后高温（150℃，2 h）处理，先高温（150℃，2 h）后超声（200 W，30 min）处理，得到红香母芋抗性糊精，分别标记为样品1～6，将未经处理的红香母芋淀粉标记为样品0。

1.3.2 抗性糊精含量的测定

抗性糊精含量测定方法参照滕健[9]的方法。红香母芋抗性糊精含量按照公式（1）计算[10]：

1.3.3 白度的测定

使用高精度分光测色仪测定不同处理方式制备的红香母芋抗性糊精的L、a、b值。每个样品至少重复测定3次。按照公式（2）计算样品白度[11]：

式中：L为亮度；a为有色物质的红绿偏向；b为有色物质的黄蓝偏向。

1.3.4 流变性的测定

流变性的测定参照殷嘉忆的方法[12]并加以改进：将样品加入蒸馏水配制成8%的悬浮液，在90℃水浴中糊化30 min，取出冷却后放入流变仪的测试平台中，选择60 mm直径的平板模具，设定间隙4.5 mm，温度25℃，加样并刮去多余的淀粉糊，启动流变仪，设定剪切速率从1 s-1～100 s-1增速，对样品的剪切应力与表观黏度随剪切速率的变化趋势，进行测定与分析。

1.3.5 糊化特性的测定

参照美国谷物化学师协会（American Association of Cereal Chemists，AACC）标准 76-21-01，使用 RVA 4500快速粘度分析仪进行测定，用配套软件进行分析。准确称取样品3.00 g，蒸馏水25.00 mL，混合于专用铝盒内，调成一定浓度的淀粉乳。测定过程中具体温度变化如下：50℃下保持1 min，以12℃/min的速度上升到95℃（3.75 min）；95℃下保持2.5 min；再以 12℃/min的速度下降到50℃（3.75 min）；50℃下保持2 min。搅拌器在起始10 s内转动速度为960 r/min，之后保持在160 r/min。

1.3.6 热力学特性的测定

参照Reddy等的方法[13]并加以修改，采用示差扫描量热仪（differential scanning calorimetry，DSC）8500测定样品的热特性。准确称取样品约2.00 mg，小心置于DSC专用铝制坩埚中，向坩埚中心加入6 μL超纯水。密封后水平放置于4℃冰箱中，平衡12 h。测试条件：用空坩埚作为参比，以10.0℃/min的升温速度从30.0℃程序升温至100.0℃。

1.3.7 溶解度的测定

测定方法参照汪兰等[14]的方法并加以改进：称取一定质量样品，加入100 mL蒸馏水配成质量分数2.0%的淀粉悬浮液，在室温25℃下搅拌30 min防止样品沉淀，在3 000 r/min下离心15 min，取上清液在蒸汽浴上干燥，于105℃烘至恒重，称重。按照公式（3）计算溶解度：

式中：A为上清液蒸干后质量，g；W为绝干样品质量，g。

1.3.8 数据分析

本文试验数据使用平均值±标准差表示。制图采用Origin 9.1，数据相关性及显著性分析采用IBM SPSS Statistic 21，当p＜0.05时认为具有显著性差异。

2 结果与分析

2.1 不同处理方式对红香母芋抗性糊精含量的影响

不同处理方式对红香母芋抗性糊精含量的影响如图1所示。

图1 不同处理方式对红香母芋抗性糊精含量（干基）的影响Fig.1 Effect of different treatment methods on the content of red taro resistant dextrin（dry basis）

从图1中可以看出，微波与传统高温加热均可以使抗性糊精含量提高。未经处理的红香母芋淀粉中抗性糊精的含量（干基）为3.37%，经过超声-微波、超声-高温联合处理后样品中抗性糊精的含量（干基）可分别达27.87%和18.27%。超声的辅助作用有利于抗性糊精含量的提高，这可能是因为超声作用促进了盐酸在样品中扩散，使反应物接触更为充分。盐酸在此反应中是一种催化剂，盐酸的存在使得直链淀粉和支链淀粉更容易降解成小分子[15]，也有利于小分子的重聚反应，从而促进多抗性糊精的生成。与传统高温加热相比，微波加热时间短，热能利用率高，制得的样品中抗性糊精含量也较高。

2.2 不同处理方式对红香母芋抗性糊精白度的影响

通过试验和理论研究可知，淀粉在酸热条件下制备抗性糊精，随着抗性糊精含量的增加，颜色会越来越深，气味也会越来越大，但太深的颜色和太大的气味不适合食品加工的要求。因此，需要增加一个相克制的指标来进行优化试验，即选择白度作为另一个参考指标。不同处理方式对红香母芋抗性糊精白度的影响如图2所示。

图2 不同处理方式对红香母芋抗性糊精白度的影响Fig.2 Effect of different treatment methods on the whiteness of red taro resistant dextrin

从图2中可以看出，微波与传统高温加热均使样品白度降低。未经处理的红香母芋淀粉的白度为89.88，经超声-高温、超声-微波联合处理后白度分别下降至87.69和85.22，并产生一些难闻的焦苦味。与微波加热相比，传统高温加热方式可以较好的保留样品本身的色泽和气味。

2.3 不同处理方式对红香母芋抗性糊精流变性的影响

红香母芋淀粉及不同处理方式制备的抗性糊精的表观黏度和剪切应力随剪切速率的变化曲线如图3和图4所示。

图3 红香母芋淀粉及抗性糊精表观黏度随剪切速率的变化曲线Fig.3 Relationship between shearing rate and apparent viscosity of red taro starch and resistant dextrin

图4 红香母芋淀粉及抗性糊精剪切应力随剪切速率的变化曲线Fig.4 Relationship between shearing rate and shearing force of red taro starch and resistant dextrin

由图3可以看出，随着剪切速率的增加，红香母芋淀粉及抗性糊精的表观黏度呈下降趋势，说明两者属于剪切稀化的流体。剪切开始时，随着剪切速率的增加，表观黏度快速下降，当表观黏度下降到一定值时，随剪切速率的增大，表观黏度降低缓慢，趋于平缓。这主要是因为剪切使得淀粉的分子链断裂、分子聚合度变小、流动阻力减小，导致表观黏度下降[16]。将母芋淀粉经过微波、超声、高温处理制成抗性糊精后，在相同的剪切速率下样品的表观黏度普遍上升，高温-超声联用处理使得这种变化最明显，微波-超声联用处理后样品表观黏度变化与母芋淀粉最为接近。由图4可以看出，母芋淀粉及抗性糊精的流变曲线延长线经过原点，微凸向剪切应力轴，可判断为非牛顿流体。从图4还可知，对母芋淀粉进行微波、超声、高温处理制成抗性糊精后，在相同剪切速率下样品的剪切应力普遍增大，高温-超声联用处理使样品剪切应力变化最大，微波-超声联用处理得到的样品与母芋淀粉最为接近。

2.4 不同处理方式对红香母芋抗性糊精糊化特性的影响

快速粘度仪（rapid visco analyzer，RVA）测定结果反映了淀粉在连续加热和冷却后黏度的变化。红香母芋淀粉及不同处理方式制得的抗性糊精的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度等糊化特征值如表1所示。

表1 红香母芋淀粉及抗性糊精的糊化特征值Table 1 Gelatinization characteristic values of red taro starch and resistant dextrin

由表1可知，微波与传统高温加热制备的红香母芋抗性糊精糊化特性存在显著差异。与未处理的母芋淀粉相比，微波加热制得的抗性糊精峰值黏度、谷值黏度、最终黏度值下降，传统高温加热制得的抗性糊精峰值黏度、谷值黏度、最终黏度值却有所上升。微波与传统高温加热制得的抗性糊精样品及未经处理的母芋淀粉成糊温度均在85℃～90℃之间，微波加热使得样品的成糊温度升高，而传统高温加热使得样品成糊温度降低。崩解黏度反映淀粉热糊的稳定性，即抗剪切和耐热性能；回值黏度则表明淀粉在糊化后重新排列成有序结构的能力，即淀粉冷糊的稳定性和老化趋势[17]。微波加热制备的抗性糊精的崩解黏度和回值黏度低于传统高温加热制得的样品，说明微波加热使得样品的热稳定性更好，并且对其老化回生起到一定的抑制作用，而传统高温加热也有利于提高样品的热稳定性，但效果不如微波。

2.5 不同处理方式对红香母芋抗性糊精热力学特性的影响

红香母芋淀粉及不同处理方式制得的抗性糊精的热力学参数如表2所示。

表2 红香母芋淀粉及抗性糊精的热力学参数Table 2 Thermal parameters of red taro starch and resistant dextrin

由表2可知，未经处理的母芋淀粉和经由不同处理方式制得的抗性糊精都在75℃～85℃之间存在吸热峰。母芋淀粉的相转变温度为76.96℃。微波加热制成抗性糊精后相转变温度升高至80.25℃，微波-超声联用处理后样品的相转变温度最高可升至82.87℃；而传统高温加热制成抗性糊精后相转变温度升高至79.15℃，高温-超声联用处理后样品的相转变温度最高可升至81.85℃。由此说明母芋淀粉经过酸化热聚处理以后，形成了新的结构，其结构的热稳定性高于母芋淀粉，这与RVA结果一致。母芋淀粉的糊化焓为9.12J/g。微波加热制成抗性糊精后糊化焓降至6.82 J/g，微波-超声联用处理后样品的糊化焓最低降至4.71 J/g；而传统高温加热制成抗性糊精后糊化焓降至7.47 J/g，高温-超声联用处理后样品的糊化焓最低降至6.60 J/g。这可能是因为母芋淀粉经酸热处理形成抗性糊精的过程使得结晶区受到破坏，对热量的吸收作用降低[18]，因此糊化温度升高，糊化焓降低。

2.6 不同处理方式对红香母芋抗性糊精溶解度的影响

不同处理方式对红香母芋抗性糊精溶解度的影响如图5所示。

图5 不同处理方式对红香母芋抗性糊精溶解度的影响Fig.5 Effects of different treatment methods on the solubility of red taro resistant dextrin

由图5可知，未经处理的母芋淀粉溶解度大约为3.51%，经过超声-微波联合处理溶解度可达29.99%，经超声-高温联合处理后溶解度可达19.95%。这是因为在酸和高温/微波的作用下，淀粉颗粒的无定形区、结晶区及空间结构都被破坏，难溶于水的淀粉分解成很多具有可溶性的小分子物质，随后这些小分子重新聚合形成的抗性糊精也是可溶的。因此，随着淀粉酸解反应的发生及抗性糊精的形成，样品的溶解度也随之提高。

3 结论

本研究以红香母芋淀粉为原料，以盐酸为催化剂，采用超声、微波、高温3种处理方式制备抗性糊精，结果如下：超声-微波联合处理可使红香母芋淀粉中抗性糊精含量（干基）达27.87%，传统高温-超声联用可使抗性糊精含量（干基）达18.27%；母芋淀粉经过微波、超声、高温处理产生抗性糊精后，白度降低，并产生焦苦味；与未经处理的母芋淀粉相比，经过微波、超声、高温处理后产生的抗性糊精在相同的剪切速率下样品的表观黏度和剪切应力普遍上升，仍表现为非牛顿流体。RVA结果显示，微波加热使得样品的热稳定性更好，且有利于抑制其老化，传统高温加热效果不如微波。母芋淀粉经超声、微波、高温处理后相转变温度升高且糊化焓降低，由此表明产生的抗性糊精结构稳定性更好。母芋淀粉经超声-微波联合处理制得的抗性糊精溶解度可达29.99%，经超声-高温联合处理后溶解度可达19.95%。