参薯抗性淀粉的压热法制备工艺

袁腊梅，张海德

（海南大学食品学院，海南 海口 570228）

参薯抗性淀粉的压热法制备工艺

袁腊梅，张海德*

（海南大学食品学院，海南 海口 570228）

为提高参薯淀粉转化为抗性淀粉的产率，对参薯淀粉的压热法制备抗性淀粉进行了研究。以参薯淀粉为原料，通过单因素试验分析各种因素对抗性淀粉产率的影响；经过三因素二次正交旋转组合设计结合响应面分析，得出淀粉乳浓度、pH、压热时间对抗性淀粉含量的影响大小次序：淀粉乳浓度＞pH＞压热时间；最佳工艺条件为淀粉乳质量浓度33.00%，pH 7.6，121℃压热处理36 min，4℃下老化处理24 h，80℃烘干18 h，得到的抗性淀粉质量分数为13.92%。

参薯淀粉；抗性淀粉；制备工艺

抗性淀粉（resistant starch）又称抗酶解淀粉、难消化淀粉，是指“食物中不被健康者小肠消化吸收的淀粉或其降解产物”[1]。抗性淀粉具有与膳食纤维类似的作用，在结肠中被肠道菌发酵利用，产生短裢脂肪酸和气体，防止结肠癌；促进肠道蠕动，预防便秘，保护肠道健康[2]；抗性淀粉能明显地降低血糖，能有效地控制糖尿病病情[3]；抗性淀粉能降低血清和肝中胆固醇含量，预防胆结石[4]；抗性淀粉能增加食物中脂质的排泄，同时它作为低热量添加剂，能有效控制体重[5]。

抗性淀粉有4种类型：物理包埋淀粉RS1、抗性淀粉颗粒RS2、老化淀粉RS3、化学改性淀粉RS4。其中RS3最具有开发应用价值，且是当前研究的热点。RS3是由糊化后的淀粉分子在凝沉过程中重新聚集形成有序的结晶结构，此结晶区能阻止淀粉酶靠近该区域内的葡萄糖苷键，并阻止淀粉酶活性基团中的结合部位与淀粉分子结合，造成淀粉分子不能完全被淀粉酶作用，从而产生抗酶解性[6]。

我国参薯种植面积广，产量高，但基本上没有进行深加工利用，本文以海南高产的参薯为原料，采用压热制备的方法，研究了影响抗性淀粉生产过程中的各种因素，为压热法制备参薯抗性淀粉提供了可靠的理论参考和开发基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

参薯淀粉（海南大学食品学院研究生实验室自制）：以海南参薯为原料（海南大学农学院提供），经清洗、去皮、粉碎、干燥、过筛制得备用；胃蛋白酶、葡萄糖淀粉酶、耐热ɑ-淀粉酶：北京萦莱宝科技有限公司；其他所用化学试剂均为国产分析纯，水为去离子水。

1.2 仪器与设备

PL303电子天平：梅特勒—托利多仪器（上海）有限公司；LS-B50L立式蒸汽压力灭菌器：上海医用核子仪器厂；A11分析研磨机：德国IKA；PHS-25酸度计：上海虹益仪器仪表有限公司；DHG-9203A电热恒温鼓风干燥箱：宁波江南仪器厂；BCD-191FDM美的冰箱：美的集团电冰箱制造（合肥）有限公司；HH-8恒温水浴锅：金坛市宏华仪器厂；TU-1901双光束紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；LD4-2A低速离心机：北京医用离心厂。

1.3 方法

1.3.1 抗性淀粉的制备

采用单因素试验及正交试验的方法，称取一定量的参薯淀粉，与水以一定比例混合，调节pH，经高温高压处理一定时间，取出后自然冷却至室温，采用不同方式老化处理一定时间，然后于不同温度烘干一定时间，粉碎，过80目筛。

1.3.1.1 淀粉乳质量浓度对抗性淀粉含量的影响

将参薯淀粉配制成不同质量分数的淀粉乳：10%、20%、30%、40%、50%，调节pH至6.0，121℃压热处理30 min，4℃老化24 h，80℃烘干18 h，粉碎过 80目筛。测定各样品中抗性淀粉的含量，单因素试验重复3次，抗性淀粉的含量取测定的平均值，下同。

1.3.1.2 淀粉乳pH对抗性淀粉含量的影响

配制质量分数为25%的参薯淀粉乳，分别调成不同 pH：5.0、6.0、7.0、8.0、9.0，121 ℃压热处理 30 min，4℃老化24 h，80℃烘干18 h，粉碎过80目筛。测定各样品中抗性淀粉的含量。

1.3.1.3 压热温度对抗性淀粉含量的影响

配制质量分数为25%的参薯淀粉乳，调节pH至6.0，在不同温度下压热处理 30 min：101、111、121、131、141℃，4℃老化24 h，80℃烘干 18 h，粉碎过 80目筛。测定各样品中抗性淀粉的含量。

1.3.1.4 压热时间对抗性淀粉含量的影响

配制质量分数为25%的参薯淀粉乳，调节pH至6.0，121 ℃压热处理不同时间：10、20、30、40、50 min，4℃老化24 h，80℃烘干18 h，粉碎过80目筛。测定各样品中抗性淀粉的含量。

1.3.1.5 老化温度对抗性淀粉含量的影响

配制质量分数为25%的参薯淀粉乳，调节pH至6.0，121℃压热处理30 min，分别置于-20℃、4℃老化24 h，80℃烘干18 h，粉碎过80目筛。测定各样品中抗性淀粉的含量。

1.3.1.6 老化时间对抗性淀粉含量的影响

配制质量分数为25%的参薯淀粉乳，调节pH至6.0，121℃压热处理30 min，4℃老化处理不同时间：10、20、30、40、50 min，80 ℃烘干 18 h，粉碎过 80 目筛。测定各样品中抗性淀粉的含量。

1.3.1.7 干燥温度对抗性淀粉的影响

配制质量分数为25%的参薯淀粉乳，调节pH至6.0，121℃压热处理 30 min，4℃老化处理 24 h，置于不同干燥温度下：60、80、100 ℃，烘干 18 h，粉碎过 80 目筛。测定各样品中抗性淀粉的含量。

1.3.2 抗性淀粉的含量测定

参考Goni[7]法，并作出一些改进：称取1.000 g压热处理后的参薯抗性淀粉溶于20 mL pH 2.2的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液中，调节pH至2.2，加入胃蛋白酶，置于40℃恒温水浴60 min，取出后冷却至室温；加入20 mL pH 6.0的磷酸钠缓冲液，调节pH至6.0，加入耐热ɑ-淀粉酶，置于80℃恒温水浴30 min，取出后冷却至室温；再调节pH至4.2，加入葡萄糖淀粉酶，置于60℃恒温水浴60 min，冷却后离心（3000 r/min，20 min），弃去上清液，水洗离心，反复3次。将得到的沉淀物完全溶解于2 mol/L KOH溶液中，再调节pH至4.2，加入过量葡萄糖淀粉酶，置于60℃恒温水浴60min，冷却后离心，收集上清液，反复3次，合并上清液，用蒸馏水定容至100 mL。用3，5-二硝基水杨酸法测定还原糖的含量，乘以0.9，即为参薯抗性淀粉的含量。

2 结果与分析

2.1 压热条件对抗性淀粉含量的影响

2.1.1 淀粉乳质量浓度对抗性淀粉含量的影响

淀粉乳质量浓度对抗性淀粉含量的影响，见图1。

图1 淀粉乳质量浓度对抗性淀粉含量的影响Fig.1 Effect of mass concentration of starch solution on content of resistant starch

根据图1可知，在其他条件相同的情况下，参薯淀粉乳质量浓度不同，抗性淀粉的含量也不同。淀粉乳质量浓度从10%～50%，抗性淀粉的含量呈现出先升后降的趋势，在30%时，达到最大值。这说明了抗性淀粉的形成要有合适的糊度，水分过多或过少都不利于其形成。当淀粉乳质量浓度较低、水分过多时，在加热糊化过程中，淀粉分子相互接近的概率减少，不利于抗性淀粉的形成；当淀粉乳质量浓度过高、水分过少时，在加热糊化过程中，由于淀粉糊黏度较大，淀粉粒不能充分糊化，严重影响直链淀粉分子相互接近，不利于抗性淀粉的形成。

2.1.2 淀粉乳pH对抗性淀粉含量的影响

淀粉乳pH对抗性淀粉含量的影响，见图2。

图2 淀粉乳pH对抗生淀粉含量的影响Fig.2 Effect of starch solution pH on content of resistant starch

根据图2可知，在其他条件相同的情况下，淀粉乳pH偏酸或偏碱均不利于抗性淀粉的形成，在pH7.0下，有最大值。这说明了强酸强碱破坏了淀粉的分子结构，促使其分解为短链分子，在加热糊化时，不利于形成结晶，降低抗性淀粉的形成量。

2.1.3 压热温度对抗性淀粉含量的影响

压热温度对抗性淀粉含量的影响，见图3。

图3 压热温度对抗性淀粉含量的影响Fig.3 Effect of autoclaving temperature on content of resistant starch

由图3可以看出，在101℃～131℃这个区间，抗性淀粉的含量随着压热温度的升高而增加，此后温度再升高，抗性淀粉的含量反而呈现下降趋势。总体而言，高温比低温更有利于抗性淀粉的形成，这是因为在高温条件下，淀粉糊黏度降低，有利于直链淀粉分子间的氢键被破坏，释放出直链淀粉分子，这些直链淀粉重新聚合成结构更紧密的晶体，从而增加抗性淀粉的含量。

2.1.4 压热时间对抗性淀粉含量的影响

压热时间对抗性淀粉含量的影响，见图4。

图4 压热时间对抗性淀粉含量的影响Fig.4 Effect of autoclaving time on content of resistant starch

由图4可以看出，参薯抗性淀粉的含量随着压热时间的增加而逐渐上升，在30 min时达到最大值，此后随着时间的增加其含量反而下降。这说明在其它条件相同的情况下，压热时间过短时，直链淀粉分子还未被完全释放或还未充分接近；而压热时间过长时，淀粉分子会过度降解，形成短直链淀粉，这些短直链淀粉分子运动激烈，难以聚合形成晶体。

2.1.5 老化温度对抗性淀粉含量的影响

老化温度对抗性淀粉含量的影响，见图5。

图5 老化温度对抗性淀含量的影响Fig.5 Effect of storage temperature on content of resistant starch

根据图5可知，老化温度对抗性淀粉的含量并无明显的影响，可能是糊化后的淀粉分子重结晶时，只要环境温度较低，无论是冷藏或是冷冻，均不影响重结晶的总量。

2.1.6 老化时间对抗性淀粉含量的影响

老化时间对抗性淀粉含量的影响，见图6。

图6 老化时间对抗性淀粉含量的影响Fig.6 Effect of storage time on content of resistant starch

根据图6可知，抗性淀粉的含量随着老化时间的延长而增加，在最初30 h内，增加幅度明显，而后，抗性淀粉的含量增加缓慢。因为糊化后淀粉分子重结晶要经历分子自动取向、相互靠拢、结晶这一系列过程，是需要一段时间的。随着老化时间的增加，结晶的分子不断增多，抗性淀粉含量增加，而在后期，绝大部分淀粉分子完成了重结晶，仅少量的支链淀粉还处于游离状态，故即使再延长老化时间，对抗性淀粉的含量影响也很小。

2.1.7 干燥温度对抗性淀粉含量的影响

干燥温度对抗性淀粉含量的影响，见图7。

图7 干燥温度对抗性淀粉含量的影响Fig.7 Effect of drying temperature on content of resistant starch

根据图7可知，干燥温度对参薯抗性淀粉含量的影响并不十分明显，总体来说，相对较低的干燥温度比相对较高的温度更有利于抗性淀粉的形成。

2.2 旋转正交试验

2.2.1 三因素二次正交旋转组合设计

试验因素水平选择见表1，正交试验结果见表2。

表1 正交试验因素水平表Table 1 Level of factor of orthogonality

表2 正交试验结果Table 2 Test result of orthogonality

续表2 正交试验结果Continue table 2 Test result of orthogonality

在单因素试验的基础上，选用淀粉乳质量浓度、pH、压热时间为因素，选出最优水平作为零水平，采用旋转正交试验设计对该三因素进行配比，确定最佳的工艺条件。

2.2.2 影响抗性淀粉含量的因素分析

对表2的试验数据进行分析，得到该3个因素与抗性淀粉含量之间的三元二次回归方程式：Y=12.21+0.75X1+0.49X2+0.40X3+0.24X1X2+0.18X1X3+0.15X2X3-0.099X12-0.12X22-0.28X32；该方程的回归系数R2=0.9511。

对二次回归方程与模型进行检验，F回归=28.11＞F0.01（9，13），F失拟=1.47＜F0.05（5，8），所以通过回归正交旋转设计所得的回归方程与实际情况拟合得较好，该模型合适。

对每一回归系数分别进行显著性检验，P＞0.0500为不显著项，P＜0.0500为显著项，P＜0.0100为极显著项。根据表3的结果表示，剔除原回归方程式中的不显著项，简化方程式如下：Y=12.21+0.75X1+0.49X2+0.40X3+0.24X1X2-0.28X32。

对正交试验的结果方差分析，见表3。

表3 试验结果方差分析表Table 3 Variance analysis of test result

根据表3可知，淀粉乳质量浓度、pH、压热时间对抗性淀粉的含量均有极显著影响，淀粉乳质量浓度和pH的交互作用对抗性淀粉的含量有显著影响。3个因素对抗性淀粉含量的影响大小顺序为：淀粉乳质量浓度＞pH＞压热时间。

图8分别为淀粉乳质量浓度（%）和pH、淀粉乳质量浓度和压热时间（min）、pH和压热时间（min）对抗性淀粉含量影响的响应面图。

图8 三因素交互作用对抗性淀粉含量的影响Fig.8 Effect of three factors interaction on content of resistant starch

通过响应面分析，得出压热法制备参薯抗性淀粉的最佳工艺条件为：淀粉乳质量浓度33.00%，pH 7.6，121℃压热处理36 min，4℃下老化处理24 h，80℃烘干18 h，粉碎过80目筛，得到的抗性淀粉质量分数为13.92%。

3 结论

1.单因素试验结果表明：抗性淀粉的含量随着淀粉乳质量浓度的上升而增加，当乳质量分数为30%时达到最大，随后，抗性淀粉的含量随着淀粉乳质量浓度再增加反而减少；相对而言，中性条件更有利于抗性淀粉的生成，过酸或过碱的环境均不利于抗性淀粉的含量；压热温度小于121℃时，抗性淀粉含量随着温度的升高而增加，压热温度大于121℃时，温度升高反而不利于抗性淀粉的生成，一般实验中取121℃为压热温度；压热时间对抗性淀粉含量的影响趋势线先上升后下降，压热30 min时抗性淀粉的生成量达到最大值；老化温度对抗性淀粉的生成量无明显的影响；老化时间24 h～30 h内，抗性淀粉含量增加趋于缓慢，30 h后，抗性淀含量几乎无明显的增加，考虑到生产成本，一般老化24 h；强高温干燥不利于抗性淀粉的生成。

2.三因素二次正交旋转组合试验结果响应面分析表明：淀粉乳质量浓度、pH、压热时间均对参薯抗性淀粉的含量有极显著性影响，影响次序为淀粉乳质量浓度＞pH＞压热时间。通过压热法制备抗性淀粉的最佳工艺条件为：淀粉乳质量浓度33.00%，pH 7.6，121℃压热处理36 min，4℃下老化处理24 h，80℃烘干18 h，粉碎过80目筛，得到的抗性淀粉质量分数为13.92%。

压热法制备抗性淀粉是可行的，抗性淀粉的得率与原料及制备工艺有关。连喜军等[8]以马铃薯淀粉为原料，经过ɑ-淀粉酶水解马铃薯淀粉后，采用压热法制备抗性淀粉，产率为1.126%；聂凌鸿[9]以淮山药淀粉为原料，采用酸变性和沸水浴的方法，制备抗性淀粉产率为12.25%；秦阳等[10]以马铃薯淀粉为原料，通过压热回生法制备抗性淀粉，得率（10.28±0.065）%。本文采用淀粉含量较高的参薯为原料，通过压热法制备抗性淀粉，不仅产率较高，而且工艺简单，生产成本较低，具有一定的实用性和经济价值。

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Preparation of Resistant Starch from Dioscorea Alata Linn by Autoclaving Method

YUAN La-mei,ZHANG Hai-de*
（College of Food,Hainan University,Haikou 570228,Hainan,China）

The technology of resistant starch,which takes the dioscorea alata linn as raw material,is prepared by autoclaving method for improving percent conversion.This study analysed some effects of various factors of resistant starch production rate through a single factor experiment,designd the orthogonal rotational combination trial of the three factors,quadratic,and combines the response surface methodology.The results showed that the mass fraction of starch solution＞pH＞autoclaving time.The optimum process conditions were:the mass fraction of starch solution33.00%,pH 7.6，autoclaving temperature and time 121 ℃,36 min,storage temperature and time 4℃,24 h,and drying time 18 h at 80℃,the yield of resistant starch from dioscorea alata linn was 13.92%.

Dioscorea alata Linn starch;resistant starch;preparation technology

袁腊梅（1987—），女（汉），硕士研究生，研究方向：热带果蔬深加工。

*通信作者：张海德（1970—），男（汉），教授，博士，主要从事热带农产品加工研究。

2011-12-13