压热法制备白扁豆抗性淀粉的研究

压热法制备白扁豆抗性淀粉的研究 现代食品科技ModernFoodScienceandTechnology2011,Vo1.27,No.6 压热法制备白扁豆抗性淀粉的研究 郑琳’,张元元,齐明 (1.佛山职业技术学院,广东佛山528000)(2.华南理工大学轻工与食品 学院,广东广州510640) 摘要:研究压热法制备白豆抗性淀粉的工艺参数.以白扁豆淀粉为原 料,采用压热法制备Rs3型抗性淀粉,并通过单因素试验 和正交试验,以抗性淀粉的产率作为评价指标确定抗性淀粉制备的 最佳工艺参数.实验结果表明抗性淀粉制备的最佳工艺参数为淀粉糊 浓度15%,pH为8,温度为125?,时间为1.5h,老化处理时间为36h,在此工艺条件下制备抗性淀粉的产率为17.39%.压热法制备 白扁豆抗性淀粉产率较高,具有一定的实际应用价值. 关键词:白扁豆;抗性淀粉;压热法;工艺参数 文章篇号:1673.9078(2011)6.647.650 PreparationofWhiteLentilResistantStarchbyPressure—heatingTreatment ZHENGLin’,ZHANGYuan-yuan,QIMing (1.FoshanPolytechnic,Foshan528000,China) (2.CollegeofLightIndustryandFoodSciences,SouthChinaUniversityofTe chnology,Guangzhou510640,China) Abstract:Usmgwhitelentilstarchaslawmaterial,RS3resistantstarchWaspreparedbypressure-heatingtrealmentme~od.Theoptimum processingparametersforpreparationofresistantstarchthoughsinglefactorstestandorthogonaltestusingtheyieldofthewhitelentilresistantstarch astheevaluationindexweredeterminedas:starchconcentration15%,pH8,temperature125?,pressure-heatingtime1.5handagingtreatmenttime 36hat4?.Undertheseconditions.tl1eyieldofRS3resistantstarchcouldbeupto17.39%. Keywords:whitelentils;resistantstarch;press~e-heatingtreatment;processingparameters 抗性淀粉(resistantstarch,RS)是一种新的功能性食品 基料,是近年来国际食品科学界研究的热点之一.1983 年,英国生理学家FlansEnglyst首先发现在人体小肠中有 一 种不能消化的淀粉,并将其定义为抗酶解淀粉,又称抗 性淀粉【1J.食物中存在的抗性淀粉主要有4种类型:物理 包埋淀粉(PhysicallyTrappedStarch,RS1),抗性淀粉颗粒 (ResistantStarchGranules,RS2),老化淀粉(Retrograded Starch,RS3),化学改性淀粉(ChemicallyModifiedStarch, RS4).RS3是由糊化后的淀粉在冷却或储存过程中得到 的,它有很好的热稳定性,经100?蒸煮后仍然具有抗酶 解特性,它只有在溶解于KOH溶液或DMSO(Z.甲基亚砜) 后,才能被淀粉酶水解【3J.它具有非常重要的生理功能, 可降低糖尿病患者饭后血糖值,尤其是非胰岛素依赖型患 者;而且,还可有效防止肠道疾病;另外,还有降血脂功 效等.同时抗性淀粉还可作为食品添加剂添加于食品中改 良食品的品质和加工工艺. 关于抗性淀粉的制备技术,国外多采用高直链淀粉 (直链淀粉含量超过50%的淀粉)为原料生产商品抗性淀 粉,因为抗性淀粉的产率与原料中的直链淀粉含量成正比 【5】.我国学者则立足于本国现有资源,通过酸解,酶解, 收稿日期:2011-01—12 作者简介:郑琳(1967一),女,副教授,从事食品质量与安全的教学与科研工作 发酵等方法增加直链淀粉含量,采用压热法,蒸气加热 法,微波法,螺旋挤压法,湿热处理法等热处理方法制 备抗性淀粉,以期提高抗性淀粉的产率. 云南白扁豆淀粉中直链淀粉的含量高达39%J,本文 以云南白扁豆淀粉为原料,用压热法制备RS3型抗性淀 粉,以抗性淀粉的产率作为评价指标,通过单因素试验和 正交试验相结合的方法对其工艺参数进行优化,为实际生 产提供一定的参考价值. 1材料与方法 1.1材料与试剂 白扁豆(市售);耐热一淀粉酶(连云港华瑞化工 有限责任公司);淀粉葡萄糖苷酶(美国Sigma公司), 其余试剂均为国产分析纯. 1.2仪器 PHS一3C型精密pH计(上海安亭雷磁仪器厂);SHY-2A 水浴锅恒温振荡器(金坛市金城国胜实验仪器厂);HH数显 恒温水浴锅(金坛市金城国胜实验仪器厂);101C.3B型 电热鼓风干燥箱(上海市实验仪器总厂);冰箱(海尔 205F);AnkeTDL一5型离心机(上海安亭科学仪器厂); JFSD.100一II粉碎机(上海嘉定粮油仪器有限公司); YP3001N电子天平(上海精密科学仪器有限公司);电子可 现代食品科技ModernFoodScienceandTechnology2011,Vo1.27,No.6 调电炉(天津市泰斯特仪器有限公司);01J2003—04型竖 式压力蒸汽灭菌器筒(I-海东亚压力容器制造有限公司). 1-3工艺流程 白扁豆淘洗一浸泡一打浆一过筛一洗涤并静置多次一过筛 一 离心一烘干后粉碎即得白扁豆淀粉一预糊化一高温处理一老化 一80?烘干后粉碎即得老化淀粉一酶解一多次离心并洗涤沉淀 — ?40?烘干一粉碎一得到白扁豆抗性淀粉 1.4抗性淀粉含量的测定 准确称取1g白扁豆抗性淀粉样品,将样品溶于10mL 氢氧化钾溶液(2mol/L),置沸水浴中预糊化10min.加入 10mL盐酸溶液(2mol/L)中和氢氧化钾,再先后加入1mL (200U/rnL)0【-淀粉酶(95?,pH6.5,30min)和1mL(200 U/mL)淀粉葡萄糖苷酶(pH4.5,60?,60min)进行酶 解.用滤纸过滤溶液,除去其中的杂质,然后将滤液全部 转移至100II1L容量瓶,用蒸馏水定容,摇匀,备用.采用 斐林试剂法测定还原糖含量,然后乘以换算系数,计算得 抗性淀粉含量【9J. 1.5单因素试验 1.5.1淀粉糊浓度的确定 配制淀粉糊浓度分别为10%,15%,20%,25%,30%, 调节pH为7,在沸水浴中预糊化10min,经120?处理0.5 h,取出,自然冷却,4?静置24h,8O?烘干16h以上, 粉碎,过100目筛,得白扁豆回生淀粉.将回生淀粉溶解, 加入淀粉酶(95?,pn6.5,30min)~n淀粉葡萄糖苷酶 (pH4.5,6O?,8h)进行酶解.将酶解后的混浊液转 移到离心管中在3000--4000r/min下离心15min,先用95% 的乙醇和丙酮依次洗涤,再用蒸馏水洗涤4次,每次不少 于20mL.将离心后的淀粉在40?下烘干48h,粉碎过筛 (60目),得到白扁豆抗性淀粉. 1.5.2pH值的确定 配制淀粉糊浓度分别为15%,调节pH为6,7,8,9, 10,在沸水浴中预糊化10min后,经高温高压(120?) 处理0.5h,取出,自然冷却,4?静置24h,80?烘干16 h以上,粉碎,过100目筛,得白扁豆回生淀粉.将回生淀 粉溶解,DHA~a一淀粉酶(95?,pH6.5,30min)和淀粉葡 萄糖苷酶(pH4.5,60?,8h)进行酶解.按1.5.1实验 步骤操作,得到白扁豆抗性淀粉. 1.5-3温度的确定 配制淀粉糊浓度为15%溶液数瓶并编号,调pH值为 8,在沸水浴中预糊化10min,经高温(115?,120?, 125?,130?,135?)处理0.5h,取出,自然冷却,4? 老化处理24h,80?烘干16h以上,粉碎,过100目筛, 得白扁豆回生淀粉.将回生淀粉溶解后,加入cc一淀粉酶 (95?,pH6.5,30min)和淀粉葡萄糖苷酶(pH4.5,60?, 8h)进行酶解.按1.5.1实验步骤操作,得到白扁豆抗性 淀粉. 1.5.4高温处理时间的确定 配制淀粉糊浓度为15%溶液数瓶并编号,调pH值为 8,在沸水浴中预糊化10min,经高温(125?)处理0.5h, 1h,1.5h,2h,2.5h,取出,自然冷却,4?老化处理 24h,80?烘干16h以上,粉碎,过100目筛,得白扁豆 回生淀粉.将回生淀粉溶解,NA.a-淀粉酶(95?,pH6.5, 30min)和淀粉葡萄糖苷酶(pH4.5,60?,8h)进行酶 解.按1.5.1实验步骤操作,得到白扁豆抗性淀粉. 1.5.5老化时间的确定 配制淀粉糊浓度分别为15%溶液数瓶并编号,调节 pH为8,在沸水浴中预糊化,经125?处理1.5h,取出, 自然冷却,4?静置8h,16h,24h,32h,48h,80? 烘干16h以上,粉碎,过100目筛,得白扁豆回生淀粉. 将回生淀粉溶解,加入c【一淀粉酶(95?,pH6.5,30min) 和葡萄糖淀粉酶(pH4.5,6O?,8h)进行酶解.按1.5.1 实验步骤操作,得到白扁豆抗性淀粉. 1.6正交试验 在单因素试验结果的基础上,以淀粉糊浓度,温度, 时间三个主要因素,做三因素三水平的正交试验设计. 通过对正交试验结果的分析,确定三个因素的主次,从 而确定制备白扁豆抗性淀粉的最佳工艺参数. 2结果与分析 2.1单因素试验 2.1.1淀粉糊浓度对抗性淀粉产率的影响 \ 槲 淀粉糊浓度/% 图1淀粉糊浓度对抗性淀粉产率的影响 Fig.1Theeffectofstarchpasteconcentrationonyieldofresistant starch 由图1可以看出,抗性淀粉的产率随着淀粉糊浓度 的增加先增加后减少,当淀粉糊浓度为l5%时抗性淀粉 的产率达到最大为14.68%.淀粉糊浓度再增大或减小, 抗性淀粉产率都下降.这说明淀粉糊浓度过高或过低都不 利于抗性淀粉的形成.当淀粉糊浓度过低时,整个体系的 粘度过低,淀粉分子彼此分离,直链淀粉分子间相互接近 的概率减少,从而不利于抗性淀粉的生成.当淀粉糊浓度 现代食品科技ModernFoodScienceandTechnology2011,Voi.27,No.6 过高时,淀粉糊的粘度大,没有足够的水分子进入淀粉的 结晶区,不能将淀粉分子间的氢键完全破坏,淀粉粒难以 充分膨胀,糊化,阻碍了直链淀粉分子相互接近和形成结 晶?. 2.1.2pH值对抗性淀粉产率的影响 , 瓣 {L pH值 图2pH值对抗性淀粉产率的影响 Fig.2TheeffectofthepHvalueonyieldofresistantstarch 由图2可以看出,抗性淀粉的产率随pH值的升高先 增加后减少,当pH值为8时抗性淀粉的产率达到最大为 15.07%.pH值过高或过低都不利于淀粉分子在分子间氢 键的作用下回生,不利于抗性淀粉的生成【l引. 2.1.3压热处理温度对抗性淀粉产率的影响 温度/? 图3温度对抗-陛淀粉产率的影响 Fig.3Theeffectoftemperatureonyieldofresistantstarch 由图3可以看出,抗性淀粉的产率随着温度的升高 而升高,当温度达到125?时抗性淀粉的产率达到最大 为15.69%,当温度在125?至130?之间变化时,抗 性淀粉的产率变化不显着,之后随温度的升高略有下 降.高温使淀粉完全糊化,淀粉粒完全破坏,同时释放 出直链淀粉分子,由于温度很高,淀粉糊的粘度与最初 糊化时的粘度相比有较大幅度的降低,这使游离的直链 淀粉分子更容易接近,在分子间形成氢键,有利于直链 淀粉分子间双螺旋结构的形成【7J.但是,温度过高会对 直链淀粉分子间双螺旋结构造成破坏,使白扁豆抗性淀 粉的产率降低. 649 2.1.4高温处理时间对抗性淀粉产率的影响 0.51.01.52.O2.5 时间/h 图4高温处理时间对抗性淀粉产率的影响 Fig.4Theeffectofhightemperaturetimeonyieldofresistant starch 由图4可以看出,在相同热处理温度下,处理时间过 短,可能使淀粉糊的粘度并未达到最佳的状态,使直链淀 粉分子不利于接近,也可能是由于淀粉分子中的直链淀粉 分子尚未完全游离出来;抗性淀粉在热处理1.5h时含量 达到最高为16.20%,但继续延长时间至1.5h以上时,抗 性淀粉含量下降,这是由于压热处理时间过长造成淀粉分 子发生过度降解,产生的直链淀粉过短,影响了抗性淀粉 的形成[13~15J. 2.1.5老化处理时间对抗性淀粉产率的影响 , 槲 {L 老化时间/h 图5老化处理时间对抗性淀粉产率的影响 Fig.5Theeffectoftheagingtimeonyieldofresistantstarch 由图5可以看出,随着老化处理时间的延长,抗性 淀粉的产率得到提高,老化时间在36h时达到16.98%, 此后抗性淀粉产率的增量不显着.由于淀粉回生时期晶核 的形成主要在玻璃化转变温度时,晶核的增长到一定时间 后会变得异常缓慢,对抗性淀粉的产率影响不大.由于过 长时间的回生反应会增加生产成本,延长生产周期,所以 实验确定的老化时间为36h. 2.2正交试验 2.2.1正交试验结果与分析 5O5O5O5O :2:2HH ,褂 “:2HB?m9 \槲 现代食品科技ModernFoodScienceandTechnology2011,Vo1.27,No.6 表1正交试验因素水平表 Table1Factorsandlevelsoftheorthogonaltest 表2正交试验结果 Table2Theresultsoftheorthogonaltest 由表2可以看出,影响白扁豆抗性淀粉产率的主次因 素是淀粉糊浓度>高压温度>高压时间.正交试验确定的 最优组合是A2B2C2,因此,正交试验确定的最优组合为: 淀粉糊浓度15%,温度125?,时间1.5h.正交试验中, 最高产率组合是A3B3C2,其产率为17.22%,而A2B2C2不 在正交试验中,因此需要验证试验来进一步证明正交试 验的结果. 2.2.2验证试验 在正交试验取得的最佳工艺条件下,其它因素采用单 因素试验中确定的最佳水平,制备白扁豆抗性淀粉,其 平均产率为17.39%,验证了正交试验结果. 3讨论 在抗性淀粉制备过程中,影响其形成的因素包括: 直链淀粉与支链淀粉的比例,直链淀粉与脂类,蛋白质 复合物的形成,冷热循环处理的次数以及温度,pH值, 干燥条件等.并非链淀粉含量越高,RS含量就越高:RS 含量除了与直链淀粉含量有关之外,直链淀粉分子量大 小也是决定因素之一.但直链淀粉含量偏低的样品,其 RS含量肯定偏低,因为形成酶抗性晶体的主要是直链分 子【l.压热法制备抗性淀粉的工艺参数中淀粉糊浓度对 抗性淀粉产率影响最大,高压温度也是一个重要的影响 因素,其次是高压时间,pH值以及老化处理时间与次数, 反复老化处理可以增加抗性淀粉的含量.本实验在制备 白扁豆抗性淀粉的过程中没有对淀粉进行脱支预处理和 反复老化处理,经过对白扁豆淀粉的脱支预处理和增加 热处理中的老化处理次数还可以进一步提高白扁豆抗性 淀粉的产率. 4结论 压热法制备白扁豆抗性淀粉实验所确定的最佳工艺 参数为:淀粉糊浓度15%,pH为8,125?下处理1.5h, 老化时间为36h.按以上工艺参数制备的RS3型白扁豆抗 性淀粉,其产率为17.39%.获得的白扁豆抗性淀粉产品 为乳白色,具有类似膳食纤维的保健功能. 参考文献 [1】王洪燕,周惠明.抗性淀粉制备方法的研究[J].粮油加工,2006, 8:85.87 [2]徐丹鸿,徐红华.抗性淀粉的制备及其形成因素的研究[J】.粮 食科技与经济,2006,1:50.51 [3】杨参,阚建全.抗性淀粉及其生理功能研究新进展[J].粮食科 技与经济,2003,3:41-42 [4]余焕玲,阚建全,陈宗道.影响抗性淀粉形成因素[J].粮食与油 脂.2001~:29-31 [5】ShinKyungLee,SacHunMun,MalShickShin.Effectof heatingconditionsontheresistantstarchformation[J】. 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