于國萍，連 蓮

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，哈爾濱 150030）

淀粉是人體營養(yǎng)的主要碳水化合物并能提供一定范圍的生理性能。淀粉的結(jié)構(gòu)和加工決定了淀粉的營養(yǎng)品質(zhì)[1]。Englyst等根據(jù)人體對淀粉消化釋放葡萄糖時間快慢將其分成三種，其中抗性淀粉（RS）是不被人體小腸內(nèi)酶水解的、最終到達人體大腸的那部分淀粉[2]；緩慢消化淀粉（SDS）和快速消化淀粉（RDS）都是在人體小腸內(nèi)被消化完全并吸收的那一部分淀粉，但緩慢消化淀粉被淀粉酶降解的速度要比普通淀粉慢得多。SDS具有多種生理功能，SDS作為低血糖生成指數(shù)的食物可以緩慢釋放葡萄糖有效改善餐后血糖負荷[1]，緩解高血糖和高胰島素癥狀，改善脂質(zhì)代謝，降低心腦血管疾病的發(fā)生。由于SDS在胃腸道中緩慢消化吸收，緩慢釋放能量，較長時間保持飽腹感[3]，有利于控制肥胖、保持適宜體重[4－5]。SDS可以改善腸道運動，促進毒素排出，減少結(jié)腸癌等腸道疾病的發(fā)病率[4－6]。SDS作為一種新型的功能性食品，具有緩慢消化吸收、持續(xù)釋放能量、維持餐后血糖穩(wěn)態(tài)、預(yù)防與飲食相關(guān)慢性疾病的特殊生理學(xué)功能，因此成為食品科學(xué)和現(xiàn)代營養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域的一個研究熱點。目前，國外一些學(xué)者對SDS制備工藝等方面進行了研究。Shin等用異淀粉酶水解蠟質(zhì)高粱淀粉制備含有SDS的產(chǎn)品[7]。Hamaker用糊化后的淀粉通過控制α－淀粉酶水解程度制備SDS[8]。Guraya等采用普魯蘭酶脫支處理大米淀粉制備SDS[9]。Zihua Ao等通過α－淀粉酶、β－淀粉酶及分別添加轉(zhuǎn)移葡萄糖苷酶水解普通玉米淀粉，增加淀粉的分支結(jié)構(gòu)，降低淀粉的消化率[10]。本文利用普通玉米淀粉為原料，在一定條件下，利用α－淀粉酶、β－淀粉酶進行酶處理，從而提高緩慢消化淀粉的產(chǎn)率，并通過正交試驗結(jié)果優(yōu)化工藝條件，為SDS的酶解法的制備提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

普通玉米淀粉；磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、檸檬酸、硼酸、硼砂、3，5－二硝基水楊酸、氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、結(jié)晶酚、麥芽糖，均為分析純；α－淀粉酶4 000 U·g－1（北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司）；β－淀粉酶50 000 U·g－1（Sigma公司）；豬胰腺α－淀粉酶（Sigma公司）。

電子天平（北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司）；722－2000型分光光度計（山東高密度彩分析儀器有限公司）；DHG－924OA型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海恒科學(xué)儀器有限公司）；FE20型pH計（梅特勒－托利多儀器（上海）有限公司）；DH5000A型電熱恒溫培養(yǎng)箱（中國天津泰斯特儀器有限公司）；電子恒溫水浴鍋（中國天津泰斯特儀器有限公司）；LD4－2A型離心機（北京醫(yī)用離心機廠）。

1.2 方法

1.2.1 緩慢消化淀粉的制備

α－淀粉酶法：在Zihua Ao法[10]的基礎(chǔ)上稍作修改。取普通玉米淀粉16 g，加入200 mL pH 4.0～9.0的磷酸鹽緩沖溶液，攪拌均勻，于80℃的水浴中糊化30 min，自然冷卻降溫，α－淀粉酶添加量為40～480 U，在30～80 ℃下酶解 10～180 min，沸水浴酶活 20 min，4 000 r·min－1離心 10 min，收集沉淀于4℃冷藏回生2 d，60℃烘干12 h，粉碎后過160目篩。測定SDS的產(chǎn)率。各因素平行試驗3次，試驗重復(fù)3次。

β－淀粉酶法：在Zihua Ao[10]法的基礎(chǔ)上稍作修改。取普通玉米淀粉16 g，加入200 mL pH 3.0～9.0磷酸鹽緩沖溶液，攪拌均勻，于80℃的水浴中糊化30 min，自然冷卻降溫，β－淀粉酶添加量為250～3 000 U，在 30～80 ℃下酶解 10～240 min，沸水浴酶活 20 min，4 000 r·min－1離心 10 min，收集沉淀于4℃冷藏回生2 d，60℃烘干12 h，粉碎后過160目篩。測定SDS的產(chǎn)率。各因素平行試驗3次，試驗重復(fù)3次。

1.2.2 緩慢消化淀粉產(chǎn)率的測定

以Guraya法[9]為參考。該法的測定原理是樣品在37℃下用豬胰腺α－淀粉酶分別作用1 h后和10 h，采用3，5－二硝基水楊酸法，在540 nm下比色測定麥芽糖含量。具體計算公式如下：

式中，G，脫支改性淀粉在某一時間間隔內(nèi)麥芽糖含量無變化時的量（g）；H，脫支改性淀粉在時間間隔1 h內(nèi)產(chǎn)生的麥芽糖量（g）；I，總淀粉量（g，以麥芽糖計）。

1.2.3 制備SDS最佳工藝條件的確定

為了確定兩種酶處理的最佳工藝條件，根據(jù)單因素試驗結(jié)果，設(shè)計正交試驗L9（34）。

2 結(jié)果與分析

2.1 酶添加量對緩慢消化淀粉產(chǎn)率的影響

如圖1～2所示，隨著淀粉酶加入量的增大，SDS產(chǎn)率也在增加，當(dāng)α-淀粉酶加入量為200 U時，SDS產(chǎn)率較高；β-淀粉酶加入量為750 U時，SDS產(chǎn)率較高。因為酶的用量和淀粉的黏度大小緊密相關(guān)，在淀粉酶的作用下，淀粉分子的分子鏈相對變短，加入酶量少時，淀粉分子被切斷的程度不夠，淀粉糊的黏度仍然很大，不利于其相互接近形成結(jié)晶；但隨著加酶量的增大，短淀粉鏈的分子增多，并且分支密度增加，在冷卻處理中利于回生，使淀粉分子重結(jié)晶過程中更容易結(jié)晶，從而有效形成SDS。當(dāng)加酶量繼續(xù)增加時，淀粉糊黏度過低，相互接近的概率減小，不利于冷卻回生后結(jié)晶，影響SDS的形成，使得SDS產(chǎn)率下降。β-淀粉酶法制備SDS產(chǎn)率高于α-淀粉酶法，這是因為α-淀粉酶是隨即切開淀粉內(nèi)部α-1，4糖苷鍵，但不能切開α-1，6糖苷鍵，也不能水解分支點附近的-1，4糖苷鍵，而β-淀粉酶雖然不能水解α-1，6糖苷鍵也不能跨越分支點繼續(xù)水解，但β-淀粉酶是從淀粉的非還原端依次切開α-1，4糖苷鍵，使得淀粉分子的鏈長一部分被縮減，故形成較多的小分子鏈，在冷卻回生過程中容易形成SDS。

2.2 溫度對緩慢消化淀粉產(chǎn)率的影響

如圖3所示，隨著溫度的增加，反應(yīng)體系逐漸達到適宜溫度，使得此時的淀粉在回生過程中易于聚集成結(jié)晶結(jié)構(gòu)，生成SDS，但反應(yīng)體系溫度過高，影響了淀粉分子的聚集，從而不利結(jié)晶結(jié)構(gòu)的形成，造成SDS產(chǎn)率下降。當(dāng)α-淀粉酶酶解溫度為60℃時SDS產(chǎn)率較高，當(dāng)β-淀粉酶酶解溫度為50℃時SDS產(chǎn)率為較高。

圖1 α-淀粉酶酶添加量對緩慢消化淀粉產(chǎn)率的影響Fig.1 Effect of α-amylase additives on yield of SDS

圖2 β-淀粉酶酶添加量對緩慢消化淀粉含產(chǎn)率量的影響Fig.2 Effect of β-amylase additives on yield of SDS

圖3 溫度對緩慢消化淀粉產(chǎn)率的影響Fig.3 Effect of temperature on yield of SDS

2.3 時間對緩慢消化淀粉產(chǎn)率的影響

如圖4所示，酶解時間相對較短時，糊化淀粉中含有較少的短鏈淀粉，較多的長鏈淀粉分子冷卻回生比較緩慢，不利于SDS的生成；而酶解時間相對較長，短鏈淀粉分子活動劇烈也不利于結(jié)晶形成SDS[11]，因此酶解時間對SDS的形成影響很大。當(dāng)α-淀粉酶酶解30 min時SDS產(chǎn)率提高，當(dāng)β-淀粉酶酶解60 min時SDS產(chǎn)率較高。

2.4 pH對緩慢消化淀粉產(chǎn)率的影響

結(jié)果見圖5。

圖4 時間對緩慢消化淀粉產(chǎn)率的影響Fig.4 Effect of time on yield of SDS

圖5 pH對緩慢消化淀粉產(chǎn)率的影響Fig.5 Effect of pH on yield of SDS

如圖5所示，隨著反應(yīng)體系pH的增加，逐漸到最適環(huán)境，有利于生成較多的SDS，當(dāng)pH超過最適值時，淀粉酶活性在一定程度上受到影響，SDS產(chǎn)率也隨之降低。當(dāng)α-淀粉酶反應(yīng)體系為pH 6.5時，SDS含量達到5.26%；當(dāng)β-淀粉酶反應(yīng)體系為pH 6.0時，SDS產(chǎn)率達到8.51%。

2.5 正交試驗結(jié)果

結(jié)果見表1、2。

表1 α-淀粉酶法L9(34)試驗方案及試驗結(jié)果分析Table 1 L9(34)trial schemes and test results of using α-amylase

續(xù)表

表2 β-淀粉酶法L9(34)試驗方案及試驗結(jié)果分析Table 2 L9(34)trial schemes and test results of using β-amylase

由表1可知，通過正交試驗對α-淀粉酶法制備SDS的工藝參數(shù)的優(yōu)化，確定各因素的影響順序為：酶解溫度（C）＞α-淀粉酶用量（D）＞酶解時間（B）＞pH（A）。經(jīng)極差分析確定的α-淀粉酶法制備SDS的最佳工藝組合為A2B3C1D3，即pH 6.5，酶解時間50 min，酶解溫度50℃，α-淀粉酶用量240 U時，SDS產(chǎn)率最高，達到7.11%。

由表2可知，通過正交試驗對β-淀粉酶法制備SDS的工藝參數(shù)的優(yōu)化，確定各因素的影響順序為：pH（A）＞酶解時間（B）＞酶解溫度（C）＞β-淀粉酶用量（D）。經(jīng)極差分析確定的β-淀粉酶法制備SDS的最佳工藝組合為A3B2C1D1，即pH 7.0，酶解時間60 min，酶解溫度40℃，β-淀粉酶用量500 U時，SDS產(chǎn)率最高，達到10.12%。

3 討論

采用α-淀粉酶法、β-淀粉酶法水解玉米淀粉可以制備SDS，通過正交試驗法確定了α-淀粉酶和β-淀粉酶水解玉米淀粉制備SDS的適宜工藝條件，由于兩種制備方法的最佳工藝條件差別不大，而β-淀粉酶法制備的產(chǎn)品產(chǎn)率較高，但其所得產(chǎn)品的功能性質(zhì)有待于進一步的研究。酶法制備緩慢消化淀粉國內(nèi)多數(shù)研究是利用脫支酶法進行脫支處理，本研究利用淀粉酶法處理玉米淀粉，在參照國外淀粉酶制備緩慢消化淀粉的工藝條件的基礎(chǔ)上進行了優(yōu)化，從而提高了緩慢消化淀粉的產(chǎn)率，為酶解法制備緩慢消化淀粉的工藝條件提供了參考。同時利用淀粉酶法制備SDS的工藝條件較為簡單、便于操作，同時也為進一步開發(fā)控制血糖類的功能性食品奠定了理論基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

本文分別采用α-淀粉酶法、β-淀粉酶法處理玉米淀粉制備緩慢消化淀粉，α-淀粉酶最佳工藝條件為體系pH 6.5，酶解時間50 min，酶解溫度50℃，α-淀粉酶用量240 U；β-淀粉酶最佳工藝條件為體系pH 7.0，酶解時間60 min，酶解溫度40℃，β-淀粉酶用量500 U，其SDS最高產(chǎn)率分別為7.11%和10.12%。

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