微波-酶法制备RS3型玉米抗性淀粉工艺参数优化研究

微波-酶法制备RS3型玉米抗性淀粉工艺参数优化研究张华东张森沈晓萍卢晓黎（四川大学食品工程系，四川成都610065）摘要：运用响应面法，对微波-酶法制备RS3型玉米抗性淀粉的工艺参数进行优化。α-淀粉酶酶解的优化工艺参数为：液料比4：1，酶解温度为85℃，酶解时间10min，酶浓度1.68U/g淀粉；微波糊化的优化工艺参数为：功率1.26kW，加热温度92℃，加热时间1min；普鲁兰酶脱支优化工艺参数为：酶浓度4.13NPUN/g淀粉，酶解温度53.31℃，，酶解时间3.26h。按上述工艺参数制备的抗性淀粉得率为13.45%。关键词：抗性淀粉；微波-酶法；响应面法；Box-Behnken实验设计抗性淀粉是指不被健康人体小肠吸收的淀粉及其分解物的总体，它分为四类：RS1物理包埋淀粉（physicallytrappedstarch）、RS2抗性淀粉（resistantstarchgranules）、RS3回生淀粉（retrogradedstarch）、RS4化学改性（chemicalmodifiedstarch）淀粉,其中RS3可由淀粉回生产生，是抗性淀粉中易于认为制备的一种。它具有防治肠道疾病、降脂、控制体重、促进矿物物质吸收和某些维生素的体内合成等功能，能防治现代生活容易出现的一些健康问题。因此对其生物功能和制备方法的研究越来越多。本文以玉米淀粉为原料，运用SAS软件和响应面法，对微波-酶法制备玉米抗性淀粉的工艺参数进行了优化研究，旨在为抗性淀粉的研究提供理论依据和技术方法参考。1材料与方法1.1材料玉米淀粉自备，淀粉含量95%，蛋白质含量0.08%，脂肪含量0.03%；耐高温α-淀粉酶（48000U/mL）；普鲁兰酶（1125NPUN/mL）诺维信公司1.2仪器设备YQ2G-03型微波加热机；LD4-2A型离心机；TU-1800PC型紫外可见分光光度计北京普析通用仪器有限责任公司。1.3方法1.3.1工艺淀粉分子链在一定长度下容易老化，通过适量α-淀粉酶酶解可以使淀粉分子的长度降低到一定程度，并且可以降低物料的粘度。再经过微波加热糊化(同时也可让残留的淀粉酶失活），使淀粉生成立体网状结构，有利于普鲁兰酶对支链淀粉的作用，产生更多支链淀粉，从而提高抗性淀粉得率。据此设计的试验工艺为：玉米淀粉制备→α-淀粉酶酶解→微波加热糊化→普鲁兰酶脱支→回生→抗性淀粉含量测定。1.3.2α-淀粉酶酶解工艺参数优化影响淀粉酶酶解程度的因素有液料比、酶浓度、酶解温度和酶解时间，pH值定为耐高温α-淀粉酶的最佳作用pH值（5.3）。试验以抗性淀粉得率为响应值进行Box-Behnken实验设计（见表1）。其他工艺参数如下：微波功率0.9kW，作用温度86℃，作用时间5min；普鲁兰酶浓度4NPUN/g淀粉，酶解温度55℃，，酶解时间3h。表1α-淀粉酶酶解工艺参数优化实验设计及结果序号B液料比E酶浓度/（U/g淀粉）TE酶解温度/℃TI酶解时间/minRS得率/%141.68902012.0923456789101112131415161718192021222324252627466555544665555446655555553.601.683.602.642.642.642.642.642.642.642.641.681.683.603.602.642.642.642.641.681.683.603.602.642.642.64909090858595959090909085958595859585959090909090909020202010301030103010302020202020202020103010302020209.599.104.628.216.087.105.759.018.816.636.0110.2310.185.444.958.437.906.555.9211.5611.415.065.486.415.645.721.3.3微波糊化工艺参数优化影响微波糊化效果的因素有微波功率、作用温度和作用时间。试验以抗性淀粉得率为响应值进行Box-Behnken实验设计（见表3）。其它工艺参数如下：普鲁兰酶浓度4NPUN/g淀粉，酶解温度55℃，酶解时间3h。表3微波糊化工艺参数优化实验设计及结果序号P功率/kWTE温度/℃TI时间/minRS得率/%12345678910110.540.541.261.260.900.900.900.900.541.260.5480928092808092928686865555282822810.2110.8710.8912.1610.679.1113.2711.4011.2112.289.74121314151.260.900.900.9086868686855511.3611.2111.1411.161.3.4普鲁兰酶脱支工艺参数优化影响普鲁兰酶脱支的因素有、普鲁兰酶浓度、酶解温度和酶解时间，pH值定为普鲁兰酶最佳作用pH值（4.8）。试验以抗性淀粉得率为响应值进行Box-Behnken实验设计（见表5）。α-淀粉酶酶解和微波糊化工艺参数均采用其优化参数。表5普鲁兰酶脱支工艺参数优化实验设计及结果序号E酶浓度/（U/g淀粉）TE酶解温度/℃TI酶解时间/minRS得率/%12345678910111213141522664444262644445654565454565655555555555555533331.54.51.54.51.51.54.54.533312.3411.6112.0511.3211.8912.2511.8011.9111.8911.1811.4312.8513.3813.4213.421.3.5抗性淀粉含量测定采用高温I.Goni法。2结果分析2.1α-淀粉酶酶解工艺参数优化试验结果用α-淀粉酶酶解淀粉主要有两个作用，一是将淀粉分子链截成一定的长度，而是降低浆液粘度。淀粉分子链在一定长度下在最有利于淀粉的老化，而较低粘度有利于后续工序中普鲁兰酶的脱支作用。表2α-淀粉酶酶解工艺参数优化二次回归模型模型非标准化系数t显著性检验BETETIB×B-0.18704-0.31384-0.03887-0.04710.15521-5.99993-10.2161-1.24682-1.510873.3192440.00010.00010.2362510.1566980.006119B×EB×TEB×TIE×EE×TEE×TITE×TETE×TITI×TIR2-0.11156-0.00905-0.018930.183674-0.022370.02320.0311530.0223630.089702-2.06605-0.16758-0.350653.927972-0.414360.4296710.6662280.4141781.91831893.44％0.0611130.8697010.731930.0020060.6859230.6750490.5178690.6860510.07971分析表2可知，α-淀粉酶酶解对抗性淀粉得率的影响主要取决于液料比和酶浓度，酶解温度和酶解时间在试验所取范围内对抗性淀粉得率的影响较小，四个影响因素与抗性淀粉得率均呈反比。由图1可知最高点并非稳定点，且降低料液比和酶浓度可以进一步提高抗性淀粉得率。但是预试验时发现如果液料比小于4∶1，在微波加热时极易出现焦糊现象，而酶浓度如果小于1.68U/g淀粉时，淀粉浆过于粘稠，普鲁兰酶很难同淀粉浆混合均匀，且难以作用。最终确定α-淀粉酶酶解的优化工艺参数为：液料比4∶1，酶浓度1.68U/g淀粉，酶解温度为85℃，酶解时间10min。经SAS软件优化的数学模型为：RS=1.857808-0.18704B-0.31847E-0.03887TE-0.0471TI+0.155521BB-0.11156BE-0.00905BTE2.2微波糊化工艺参数优化试验结果微波加热速度极快，使得物料中的水分在短时间迅速气化，并在内部积累形成压力梯度，产生膨化效应。同时膨化内动力是水蒸汽，在此过程中淀粉分子氢键断开，淀粉充分糊化，并产生多孔的网状结构。这些均有利于普鲁兰酶的脱支作用。表4微波糊化工艺参数优化二次回归模型模型非标准化系数t显著性检验PTETIP×PP×TE0.620.8525-0.765-0.013750.15253.4440464.735563-4.24951-0.051890.5990070.0183550.005170.0080960.9606260.575272P×TITE×TETE×TITI×TIR20.0625-0.12375-0.07750.066250.245495-0.46701-0.304410.25001691.40％0.8158320.6601360.7730750.812523分析表4可知，微波功率、加热温度和加热时间对抗性淀粉得率都有明显的影响，其中微波功率和加热温度同抗性淀粉得率成正比，加热时间同抗性淀粉得率成反比。微波糊化的优化工艺参数为：功率1.26kW，加热温度92℃，加热时间1min。经SAS软件优化的数学模型为：RS＝11.132+0.62P+0.8525TE-0.765TI2.3普鲁兰酶脱支工艺参数优化试验结果淀粉中直连淀粉的比例越高，淀粉约易老化。普鲁兰酶可催化淀粉分子中α-1，6-糖苷键的水解，使直链淀粉转变为直链淀粉，从而提高抗性淀粉得率。分析表6可知，酶解温度和酶解时间对抗性淀粉得率影响较大，酶浓度对抗性淀粉得率影响较小，经SAS软件分析，此模型的最高点为稳定点（见图3）。普鲁兰酶脱支优化工艺参数为：酶浓度4.13NPUN/g淀粉，酶解温度53.31℃，，酶解时间3.26h。表6普鲁兰酶脱支工艺参数优化二次回归模型模型非标准化系数t显著性检验ETETIE×EE×TEE×TITE×TETE×TITI×TIR20.01625-0.236250.21-0.8508300.5325-0.72583-0.0625-0.718330.160478-2.333112.073874-5.7083603.718499-4.86972-0.43644-4.809494.89％0.8787860.0669520.0927820.00230510.0137330.0045940.6807180.004801经SAS软件优化的数学模型为：RS＝13.40333+0.01625E-0.23625T+0.21TI-0.85083+.EE05325ETI-0.72583TETE按以上三部分优化的工艺参数做平行验证试验，分别测定抗性淀粉得率，并对其求平均值（见表7）。抗性淀粉得率为13.45％。表7平行验证试验结果样品号RS得率/％平均值/％12313.4313.4813.4413.453结论运用SAS软件和响应面法对对微波-酶法制备抗性淀粉的工艺参数进行优化，其优化值为：α-淀粉酶酶解的优化工艺参数为：液料比4：1，酶解温度为85℃，酶解时间10min，酶浓度1.68U/g淀粉；微波糊化的优化工艺参数为：功率1.26kW，加热温度92℃，加热时间1min；普鲁兰酶脱支优化工艺参数为：酶浓度4.13NPUN/g淀粉，酶解温度53.31℃，，酶解时间3.26h。按上述工艺参数制备的抗性淀粉，其得率为13.45%。参考文献[1]GARCIA-DIZL.I.G.Analysisofresistantstarchamethodforfoodsandfoodproduct[J].FoodChemidtry,1996,56:445～449.[2]APARKD,ÖZBEKB.α-Amylaseinactivationduringcornstarchhydrolysisprocess{J}.ProcessBiochemistry,2004,39:1877～1892.[3]李光磊，李新华.小麦抗性淀粉的制备研究[J].粮油食品科技，2006（14）：31～33.[4]王洪燕，周惠明.抗性淀粉的制