玉米抗性淀粉的制备及其对肌原纤维蛋白凝胶特性的影响

胡方洋，张坤生，陈金玉，马葆菁，祁亚男，李芸，唐莉果，邓金香，宋健臣

（天津市食品生物技术重点实验室，天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津300134）

近年来，随着人民生活水平提高，高血糖、高血脂、高血压等“富贵病”患病率呈上升趋势。《2016 年全球营养报告》指出，“三高”属于营养不良，此类“患者”大约占全球1/3 人口。改善和解决这个问题最有效方法就是改善居民膳食营养结构，增加膳食纤维的摄入[1]，因此开发具有营养和保健功能的食品非常重要。淀粉因其廉价且易获得而成为日常饮食最普遍的碳水化合物，也是人体主要能源供给物[2]。

抗性淀粉作为淀粉的加工优化产品，因在食品加工中稳定性良好，具有生物活性而成为现代营养学和食品科学领域研究热点。抗性淀粉热量低，类似膳食纤维[3-4]，具有降低血清胆固醇、调节血糖、预防结肠癌[5-7]、稳定肠道菌群以及调节肠道健康等生理功能[8]。抗性淀粉应用于肉及其制品的加工生产，还可改善肉制品的质构、持水性等品质特性[9]。

肌原纤维蛋白是肌肉中主要蛋白质，是形成凝胶的重要组成成分。蛋白质与淀粉多糖之间相互作用可形成混合凝胶，改善蛋白的凝胶质构特性，与肉制品的硬度、弹性和出品率密切相关[10]。目前，大多是单一研究抗性淀粉的制备工艺及理化性质[2]，关于抗性淀粉对肌原纤维蛋白凝胶特性影响的机理并不清楚。故研究不同方法制备抗性淀粉及抗性淀粉对肌原纤维蛋白凝胶特性的影响十分必要。

本试验以玉米淀粉为原料，分别利用湿热超声法、湿热酶法、微波湿热法、二次循环湿热法制备抗性淀粉，以得率为主要指标，确定玉米抗性淀粉的制备方法，对其理化特性进行测定。并将玉米抗性淀粉以不同添加量添加至肌原纤维蛋白中，研究其对蛋白凝胶特性的影响。以期为抗性淀粉的制备提供参考并为其在低脂、功能肉制品中的应用提供基础的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

玉米淀粉：梁山菱花生物科技有限公司；鸡胸肉：市售；普鲁兰脱支酶（BR，1 U/mg）：河南果晨生物科技有限公司；耐高温淀粉酶（BR，4 000 U/g）：源叶生物有限公司；葡萄糖糖苷酶（BR，100 000 U/g）：河南吉乾生物科技有限公司；柠檬酸、柠檬酸钠（分析纯）：天津市大茂化学试剂厂；丙三醇、乙醇（分析纯）：天津市富宇精细化工有限公司；无水葡萄糖（分析纯）：江苏泰楚化工有限公司；3，5-二硝基水杨酸试剂、NaCl、NaOH（分析纯）：天津市风船化学试剂科技有限公司。

SMSTA TA.XT plus 质构仪：英国Stable Micro Systems 公司；RISE-2008 激光粒度分析仪：济南润芝科技有限公司；WF J7200 可见分光光度计：尤尼柯（上海）仪器有限公司；HW-S24 电热恒温水浴锅：上海一恒科学仪器有限公司；FA2004A 电子天平：上海精天仪器有限公司；H185 台式高速冷冻离心机、H1650-W 台式高速离心机：长沙湘仪离心机仪器有限公司；IKA T10高速组织匀浆机：德国IKA 公司。

1.2 试验方法

1.2.1 抗性淀粉的制备

1.2.1.1 湿热超声法

淀粉调乳[玉米淀粉∶去离子水=1∶4（g/g）]，湿热处理（水浴95 ℃，30 min），超声处理（40 ℃，30 min），老化处理（-4 ℃，24 h），25 ℃放置，干燥（60 ℃，36 h），磨粉，过80 目筛。

1.2.1.2 湿热酶法

淀粉调乳[玉米淀粉∶去离子水=1∶4（g/g）]，湿热处理（水浴95 ℃，30 min），普鲁兰脱支酶（1 U/mg，160 μL，12 h），老化处理（-4 ℃，24 h），25 ℃放置，干燥（60 ℃，36 h），磨粉，过80 目筛。

1.2.1.3 微波湿热法

淀粉调乳[玉米淀粉∶去离子水=1∶4（g/g）]，微波处理（90 ℃，240 s，750 W），湿热处理（水浴95 ℃，30 min），老化处理（-4 ℃，24 h），25 ℃放置，干燥（60 ℃，36 h），磨粉，过80 目筛。

1.2.1.4 二次循环湿热法

淀粉调乳[玉米淀粉∶去离子水=1∶4（g/g）]，湿热处理（水浴95 ℃，30 min），老化处理（-4 ℃，24 h），湿热处理，老化处理，25 ℃放置，干燥（60 ℃，36 h），磨粉，过80 目筛。

1.2.2 还原糖含量的测定

利用二硝基水杨酸法（dinitrosalicylic acid,DNS）测还原糖的含量[11]。准确称取0.1 g 无水葡萄糖（预先在105 ℃干燥至恒重）至小烧杯，用少量蒸馏水溶解后，转移到10 mL 容量瓶中，定容，摇匀后即得到浓度为1 mg/mL 葡萄糖标准液，取7 支25 mL 的试管，分别加入0、0.2、0.4、0.6.、0.8、1.0、1.2 mL 葡萄糖标准液，再分别加入2.0、1.8、1.6、1.4、1.2、1.0、0.8 mL 蒸馏水，然后依次加入3，5-二硝基水杨酸试剂1.5 mL。溶液混合均匀，沸水浴5 min，取出后迅速用冷水冷却至25 ℃，加蒸馏水定容到25 mL，摇匀。以0 mL 葡萄糖管为空白对照，于540 nm 波长处测定吸光值。以葡萄糖浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。

1.2.3 抗性淀粉得率的测定

采用Goni 法并做适当改进，将抗性淀粉转换为葡萄糖计算。DNS 法测定上清液中还原糖的含量，并根据下列公式计算抗性淀粉的得率[12]。

式中：C 为葡萄糖浓度，mol/L；V 为样品提取液体积，mL；W 为样品质量，mg；α 为显色用样品液体积，mL。

1.2.4 溶解度和膨胀度的测定

参照何君的方法[13]，称取1 g 样品，加入20 mL 蒸馏水，置于离心管中，分别在65、75、85 ℃温度下振荡水浴加热30 min。冷却至25 ℃，3 000 r/min 下离心15 min，取上清液烘干后称其质量，上清液为溶解淀粉部分，沉淀物为膨胀淀粉部分，按下式计算溶解度S 和膨胀度P。

式中：A 为上清液蒸干后的质量，g；W 为样品质量，g；D 为离心后沉淀的质量，g。

1.2.5 抗性淀粉持水性的测定

称取5 g 样品，加入100 mL 蒸馏水，置于离心管中，分别在45、55、65、75 ℃和85 ℃温度下振荡水浴加热15 min 后。在3 000 r/min 下离心15 min，弃去上清液，沉淀物称重，按下式计算持水性（water holding capacity，WHC）。

式中：m0淀粉的质量，g；m1离心管的质量，g；m2去除水分后淀粉与离心管的质量，g。

1.2.6 粒度测定

使用激光粒度分析仪分别测定了普通玉米淀粉与抗性淀粉的粒度。测定参数为：分析时间60 s，泵速25.5 mL/h，温度21 ℃。

1.2.7 肌原纤维蛋白提取及含量测定

根据童今柱等[14]的方法并加以修改提取肌原纤维蛋白。以新鲜鸡肉为原料，将鸡肉剁碎后，加入4 倍体积的肌原纤维蛋白提取液，用均质机高速匀浆60 s，在4 ℃、5 000 r/min 条件下离心15 min，取沉淀，重复这一操作2 次后；向所得沉淀中加入4 倍体积的0.1 μmol/L NaCl 溶液，高速匀浆，与上述相同条件离心，重复3次；弃上清液，即获得肌原纤维蛋白。以牛血清蛋白为标准品，采用双缩脲法测定蛋白含量。

1.2.8 肌原纤维蛋白凝胶的制备

用0.6 mol/L NaCl 溶液配制40 mg/mL 的肌原纤维蛋白溶液。分别添加0%、10%、20%、30%的玉米抗性淀粉，均质。从25 ℃水浴加热升至75℃后，恒温10 min，取出冷却，放入4 ℃冰箱一夜即得。

1.2.9 凝胶质构的测定

1.2.10 凝胶强度的测定

参考PANG 等[15]测定凝胶强度的方法并略作修改。测定参数：探头P/0.5，测试前速1 mm/s，测试速度1 mm/s，测试后速度1 mm/s，压缩比为40%，触发类型为自动，触发力5 g。每个样品平行测定3 次。

1.2.11 凝胶持水性的测定

参考岳鉴颖等[16]的方法并稍作改进。以离心后凝胶质量占原质量的百分比计为持水性，公式为式（6）。

式中：m0离心管质量，g；m1离心前离心管和蛋白凝胶总质量，g；m2离心后离心管和蛋白凝胶总质量，g。

1.3 数据处理

采用Excel2010、Origin8.5 对试验数据进行统计分析与作图。

2 结果与分析

2.1 标准曲线方程

图1 和图2 分别为葡萄糖标准曲线和肌原纤维蛋白标准曲线。

图1 还原糖含量标准曲线Fig.1 Standards of reducing sugar content

图2 肌原纤维蛋白标准曲线Fig.2 Standards of myofibrillar protein

从图1 可看出，试验所得葡萄糖标准曲线方程为y=0.214 1x-0.001 6，R2=0.999 7，x 为葡萄糖浓度（mol/L），y 为吸光度。从图2 可知，肌原纤维蛋白标准曲线方程为y=0.145x+0.001 2，R2=0.999 7，x 为肌原纤维蛋白含量（mg/mL），y 为吸光度。通过计算，得到所提取的肌原纤维蛋白的含量为22.26 mg/mL。

2.2 抗性淀粉的性质

2.2.1 抗性淀粉得率

工作环节分布分别是装卸手术刀片时5例次(10.20%)，手术刀片、缝针传递时15例次(30.62%)，穿针时7例次(14.29%)，手术过程中器械划伤3例次(6.12%)，术中喷溅4例次(8.16%)，掰安瓿时2例次(4.08%)，给患者输液时4例次(8.16%)，采血时1例次(2.04%)，整理医疗废物时6例次(12.25%)，检验人员更换试剂时1例次(2.04%)，医技人员维修病床时划伤1例次(2.04%)。

不同方法制备抗性淀粉的得率见图3。

图3 抗性淀粉得率Fig.3 Yield of resistant starch

由图3 可知，4 种不同的处理方法均能提高抗性淀粉的得率，其中微波湿热法和二次循环湿热法制备的抗性淀粉得率相近，分别为9.1%、9.4%，湿热酶法和湿热超声法得率相近，分别为10.7%、10.4%。湿热酶法和湿热超声法所得的抗性淀粉得率相较于微波湿热法和二次循环湿热法的得率较高。其原因可能与不同处理方法的作用方式有关。酶处理使淀粉中的支链糖苷键水解或溶出，使其淀粉链破裂；超声波在溶液中主要是空穴效应，加速了溶质与溶剂之间的相互运动，摩擦和作用力增强，从而切断淀粉分子链形成较短的C-C 链，更有利于氢键作用，在老化过程中重新形成双螺旋结构，从而得到抗性淀粉。微波湿热法和二次循环湿热法也是通过改变淀粉中氢键的断裂与缔合程度而制得抗性淀粉[17]，都是先经过预糊化的方式制备抗性淀粉，不如酶、超声波处理得率高。

2.2.2 抗性淀粉溶解度与膨胀度

图4 为抗性淀粉在不同温度下的溶解度和膨胀度的测定结果。

图4 溶解度与膨胀度Fig.4 Solubility and swelling power of resistant starch

由图4 可知，在65 ℃～85 ℃的温度范围内，随着温度的升高，抗性淀粉的溶解度降低，温度越高溶解度降低的的幅度越大；而膨胀度逐渐增大，且随温度的升高增大幅度较大；在85 ℃时，与原淀粉相比，抗性淀粉溶解度较低。淀粉的溶解度可表示淀粉颗粒中的微小分子渗入到水相中的程度，也可表示淀粉的结构稳定程度及其耐热性[18]。溶解度随温度的升高而降低，说明抗性淀粉的结构稳定且耐热性好。淀粉的膨胀度表示结晶区与无定形区内的直链与支链淀粉的结合程度，受直链与支链淀粉的比例、聚合度及分子量等因素的影响[19]。淀粉膨胀度与吸水能力密切相关，淀粉膨胀度的增大降低了淀粉的结晶度，提高了淀粉的水化能力，增强了淀粉的持水性。

2.2.3 抗性淀粉持水性

不同温度下玉米原淀粉与其抗性淀粉的持水性变化趋势见图5。

由图5 可知，玉米淀粉的持水性受温度影响，随着温度从45 ℃升高至85 ℃，原淀粉与抗性淀粉持水性均呈增大趋势，且玉米抗性淀粉持水性大于原淀粉。随着温度的升高，淀粉分子内部逐渐糊化断裂，生成更多的氢键与水结合，致使淀粉的持水性逐渐增大[20]。这与2.2.2 中膨胀度结果一致。

图5 抗性淀粉持水性Fig.5 Water holding capacity of resistant starch

2.2.4 抗性淀粉粒度

抗性玉米淀粉和玉米原淀粉的粒径图见图6。

图6 抗性玉米淀粉和普通玉米淀粉的粒径分布Fig.6 Particle size of resistant corn starch and common corn starch

淀粉颗粒的大小与淀粉性质密切相关，直接影响其膨胀能力、水结合能力、糊化、凝胶化能力。由图6可以看出，玉米原淀粉的粒径主要集中在12 μm～50 μm，而抗性淀粉粒径90%以上大于150 μm，抗性淀粉的粒径明显大于玉米原淀粉。淀粉颗粒粒径越大，其膨胀度就越大，越易吸水膨胀，持水性越好，透明度越高[21]。这与2.2.2 和2.2.3 中抗性淀粉膨胀度、持水性结果一致，即抗性淀粉的吸水性与膨胀度优于玉米原淀粉。

2.3 抗性淀粉对肌原纤维蛋白凝胶特性的影响

2.3.1 凝胶质构

质构是食品的四大要素之一。食品组分以及彼此之间的相互作用决定着食品质构。在肌原纤维蛋白中添加不同质量的玉米抗性淀粉，对其蛋白凝胶的质构测定结果如图7、图8 所示。

由图7 可知，添加抗性淀粉后，蛋白凝胶的回复性、弹性、黏聚性均降低。这与添加抗性淀粉的粒径有关，抗性淀粉粒径越大，其填充至蛋白凝胶三维网络结构中吸水膨胀，持水性增加，弹性降低。这与艾志录等[22]在不同来源淀粉特性对水晶皮质构品质的影响结果一致。但随抗性淀粉添加量继续增加，弹性有所增大。

由图8 可知，添加抗性淀粉后蛋白凝胶的硬度有所降低，咀嚼度差异不大，可在肉制品中添加适量抗性淀粉以降低其硬度，改善感官品质。

图7 蛋白凝胶质构Fig.7 The texture of protein gel

图8 蛋白凝胶质构Fig.8 The texture of protein gel

2.3.2 凝胶强度

凝胶强度是蛋白凝胶的一个重要品质特性。凝胶强度越高，则说明凝胶结构越紧密，形成的凝胶越牢固稳定，且好的凝胶特性不仅可以提高蛋白类食品的品质，还可以提高其产品的得率。

图9 是不同添加量的玉米抗性淀粉对肌原纤维蛋白凝胶强度的影响。

图9 样品蛋白凝胶强度Fig.9 Gel strength of sample protein

由图9 可知，添加抗性淀粉可明显增强蛋白凝胶强度，随抗性淀粉添加量的增加，肌原纤维蛋白凝胶强度增大，在添加量为20%时达到最高，继续添加抗性淀粉，蛋白凝胶强度有小幅度的降低。表明抗性淀粉的添加影响蛋白凝胶强度，玉米抗性淀粉添加量为20%的蛋白凝胶结构相对紧密，形成的凝胶也相对牢固稳定[23]。在实际加工过程中，可根据实际情况挑选合适的添加量，以制备结构紧密，品质稳定的凝胶产品。

2.3.3 凝胶持水性

凝胶持水性与蛋白凝胶制品的嫩度和营养成分紧密相关。持水性可以表征蛋白分子之间形成的网状结构，持水性越高则蛋白质结构稳定性好。此外，持水性也决定着蛋白凝胶制品的最终感官质量[24]。

图10 是不同添加量的玉米抗性淀粉对肌原纤维蛋白凝胶持水性的影响。

图10 蛋白凝胶持水性Fig.10 Water holding capacity of protein gel

由图10 可以看出，抗性淀粉添加量与蛋白凝胶持水性呈正相关，随着玉米抗性淀粉添加量的增加，持水性也相应的增大。由此可知，在肌原纤维蛋白中添加20%的玉米抗性淀粉时，抗性淀粉与蛋白分子之间形成的网状结构较为紧密、匀称，整体蛋白凝胶的结构稳定性较好。这与凝胶强度结果一致。

3 结论

以抗性淀粉得率为指标，利用湿热超声法、湿热酶法、微波湿热法、二次循环湿热法4 种方法制备玉米抗性淀粉。结果表明，4 种处理方式均能提高玉米抗性淀粉得率，其中湿热超声法与湿热酶法的抗性淀粉得率较高，分别为10.4%和10.7%。因超声方法方便简单且成本低，故选取湿热超声法制备抗性淀粉。对其性质进行研究发现，在65 ℃～85 ℃范围内，温度对抗性淀粉的溶解度、膨胀度有影响；持水性随温度（45 ℃～85 ℃）的升高而增大；与普通玉米淀粉相比，抗性淀粉的颗粒度大。超声处理玉米淀粉可形成粒度大，结构紧密且持水力好的抗性淀粉。

此外，将玉米抗性淀粉添加至鸡胸肉肌原纤维蛋白中发现，抗性淀粉的添加量影响肌原纤维蛋白凝胶特性。添加抗性淀粉后，肌原纤维蛋白凝胶的硬度、弹性、凝聚性以及回复性均降低，弹性随抗性淀粉添加量的增加而增大，咀嚼度无明显变化。与肌原纤维蛋白凝胶相比，添加玉米抗性淀粉的蛋白凝胶强度和持水性也呈增大趋势。抗性淀粉可明显改善肌原纤维蛋白凝胶特性，改善凝胶品质。可为抗性淀粉在肉制品中的应用，以及开发新型肉制品提供相应的理论基础和经验。