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        超聲波法制備玉米抗性淀粉的工藝條件

        2017-02-27 14:39:34牛春艷劉陽(yáng)陽(yáng)
        江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2017年1期

        牛春艷+劉陽(yáng)陽(yáng)

        摘要:以玉米淀粉為原料,采用超聲波法制備抗性淀粉,考察不同淀粉乳含量、超聲時(shí)間、超聲功率、超聲溫度及回生時(shí)間對(duì)玉米抗性淀粉形成的影響。結(jié)果表明,玉米抗性淀粉最佳提取工藝為淀粉乳含量25%,超聲時(shí)間10 min,超聲功率600 W,超聲溫度45 ℃,回生時(shí)間24 h,在此條件下,抗性淀粉得率為25.06%。研究結(jié)果可為玉米抗性淀粉在酸奶中的應(yīng)用提供試驗(yàn)基礎(chǔ)。

        關(guān)鍵詞:玉米;抗性淀粉;超聲波;工藝條件

        中圖分類(lèi)號(hào): TS234 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號(hào):1002-1302(2017)01-0181-02

        玉米中所含的抗性淀粉有助于控制體質(zhì)量、預(yù)防糖尿病等,對(duì)便秘、盲腸炎、痔瘡等也有一定的預(yù)防作用;此外,玉米中的抗性淀粉還可以改善普通膳食纖維在應(yīng)用中的口感。因此,對(duì)抗性淀粉進(jìn)行開(kāi)發(fā)具有重要意義[1-4]。吉林省作為玉米種植大省,對(duì)玉米抗性淀粉的制備及它在食品中的應(yīng)用進(jìn)行研究,既可以增加玉米本身的經(jīng)濟(jì)效益,又能使消費(fèi)者在享受食品原有美味的同時(shí)得到健康和營(yíng)養(yǎng)[5-7]。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        玉米淀粉、α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、草酸、氫氧化鈉、乙酸鈉緩沖液、碘、碘化鉀、硫代硫酸鈉、淀粉指示劑、鹽酸等材料與試劑,均為分析純。

        1.2 試驗(yàn)設(shè)備

        SCQ-7201C超聲波儀,昆山市超聲儀器有限公司;TGL-205離心機(jī),鄭州沃邦儀器設(shè)備有限公司;MS400攪拌機(jī),杭州匯爾儀器設(shè)備有限公司;HH-6恒溫水浴鍋,蘇州威爾實(shí)驗(yàn)用品有限公司;FA-2104電子天平,上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司;DGG-9240A電熱恒溫干燥箱,北京鴻達(dá)天矩試驗(yàn)設(shè)備有限公司;BCD-235YH冰箱,青島海爾股份有限公司。

        1.3 試驗(yàn)方法

        1.3.1 試驗(yàn)原理 本試驗(yàn)以玉米淀粉為原料,采用超聲波法制備玉米抗性淀粉,先進(jìn)行單因素試驗(yàn):(1)在超聲時(shí)間為 15 min、超聲功率為500 W、超聲溫度為40 ℃、回生時(shí)間為 24 h 的條件下,研究淀粉乳含量(15%、20%、25%、30%、35%)對(duì)抗性淀粉得率的影響;(2)在淀粉乳含量為25%、超聲功率為500 W、超聲溫度為40 ℃、回生時(shí)間為24 h的條件下,研究超聲時(shí)間(5、10、15、20、25 min)對(duì)抗性淀粉得率的影響;(3)在淀粉乳含量為25%、超聲時(shí)間為15 min、超聲溫度為40 ℃、回生時(shí)間為24 h的條件下,研究超聲功率(300、400、500、600、700 W)對(duì)抗性淀粉得率的影響;(4)在淀粉乳含量為25%、超聲時(shí)間為15 min、超聲功率為500 W、回生時(shí)間為24 h的條件下,研究超聲溫度(30、35、40、45、50 ℃)對(duì)抗性淀粉得率的影響;(5)在淀粉乳含量為25%、超聲時(shí)間為15 min、超聲功率為500 W、超聲溫度為40 ℃的條件下,研究回生時(shí)間(20、22、24、26、28 h)對(duì)抗性淀粉得率的影響。在確定各單因素試驗(yàn)的適宜范圍后,在此基礎(chǔ)上通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化制備玉米抗性淀粉的工藝條件。

        1.3.2 工藝流程 主要工藝流程:調(diào)淀粉乳→加熱預(yù)糊化→超聲波處理→冷卻→4 ℃放置得到淀粉凝膠→攪拌剪切→調(diào)節(jié)pH值為7.0→加入耐高溫α-淀粉酶(90 ℃水浴30 min,不斷攪拌)→冷卻→調(diào)節(jié)pH值至4.5→加入葡萄糖淀粉酶(60 ℃,24 h)→冷卻→反復(fù)離心(3 000 r/min,20 min)→棄上清液→放入100 ℃鼓風(fēng)干燥箱中干燥→研磨→過(guò)篩→成品。

        1.3.3 抗性淀粉得率計(jì)算 總淀粉含量、抗性淀粉得率的計(jì)算公式分別如下:總淀粉含量=(葡萄糖的量×0.9)/樣品質(zhì)量×100%;抗性淀粉得率=抗性淀粉樣品質(zhì)量/(樣品質(zhì)量×總淀粉含量)×100%。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單因素試驗(yàn)及結(jié)果分析

        2.1.1 玉米淀粉乳含量對(duì)玉米抗性淀粉得率的影響 參照“1.3.2”節(jié)的工藝流程,對(duì)淀粉含量進(jìn)行單因素試驗(yàn),在試驗(yàn)過(guò)程中保證其他條件一致。由圖1可知,淀粉乳含量為15%~25%時(shí),抗性淀粉得率隨著淀粉乳含量的增大而提高;淀粉乳含量為25%~35%時(shí),抗性淀粉得率隨著淀粉乳含量增大而降低,在淀粉乳含量為25%時(shí),抗性淀粉的得率達(dá)到最大值24.77%。由此可見(jiàn),淀粉乳含量太高或者太低都不利于抗性淀粉的形成。主要是因?yàn)榈矸廴楹窟^(guò)高,淀粉粒就難以充分吸水膨脹,而且淀粉糊的黏度也會(huì)隨之增大,不利于淀粉分子相互形成結(jié)晶。如果淀粉乳的濃度過(guò)低,淀粉分子間形成的結(jié)晶密度過(guò)大,也不利于抗性淀粉的形成。因此認(rèn)為,制備抗性淀粉的淀粉乳含量應(yīng)控制在25%較適宜。

        2.1.2 超聲時(shí)間對(duì)玉米抗性淀粉得率的影響 參照“1.3.2” 節(jié)的工藝流程對(duì)超聲時(shí)間進(jìn)行單因素試驗(yàn),在試驗(yàn)過(guò)程中保證其他條件一致。由圖2可知,抗性淀粉得率隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)先提高后降低,當(dāng)超聲時(shí)間為5 min時(shí)抗性淀粉得率較低,主要是因?yàn)槌晻r(shí)間過(guò)短,淀粉分子不能完全游離出來(lái);當(dāng)超聲時(shí)間達(dá)到15 min時(shí),抗性淀粉的得率達(dá)到最大值;超聲時(shí)間超過(guò)15 min,抗性淀粉得率呈下降趨勢(shì),主要是因?yàn)槌晻r(shí)間過(guò)長(zhǎng),部分淀粉分子發(fā)生了分解。因此認(rèn)為,超聲時(shí)間控制在15 min較適宜。

        2.1.3 超聲功率對(duì)玉米抗性淀粉得率的影響 參照 “1.3.2” 節(jié)的工藝流程,對(duì)超聲功率進(jìn)行單因素試驗(yàn),在試驗(yàn)過(guò)程中保證其他條件一致。由圖3可知,抗性淀粉得率隨超聲功率的增大先提高后緩慢降低,主要是因?yàn)殡S著超聲功率增大,其溫度增高,從而導(dǎo)致淀粉分子降解,淀粉分子質(zhì)量變小,此外抗性淀粉的形成主要與直鏈淀粉的結(jié)晶有關(guān),超聲輻射處理也嚴(yán)重影響著直鏈淀粉分子的結(jié)晶行為,從而導(dǎo)致抗性淀粉得率下降;當(dāng)超聲處理功率為600 W時(shí),玉米抗性淀粉得率最高。

        2.1.4 超聲溫度對(duì)玉米抗性淀粉得率的影響 參照 “1.3.2” 節(jié)的工藝流程,對(duì)超聲溫度進(jìn)行單因素試驗(yàn),在試驗(yàn)過(guò)程中保證其他條件一致。由圖4可知,當(dāng)超聲溫度在30~40 ℃時(shí),抗性淀粉得率隨著超聲溫度的升高而提高,在40 ℃時(shí)達(dá)到最大值;當(dāng)溫度繼續(xù)上升時(shí),抗性淀粉得率呈下降趨勢(shì)。主要是因?yàn)槌暅囟冗^(guò)高時(shí),直鏈淀粉、支鏈淀粉發(fā)生分解,從而導(dǎo)致淀粉分子的分子質(zhì)量變小,同時(shí)淀粉的數(shù)量隨之減少,因此抗性淀粉得率下降。此外,部分淀粉分子中存在由范德華力、氫鍵等作用形成的穩(wěn)定雙螺旋結(jié)構(gòu),在低溫條件下,淀粉分子不能完全釋放出來(lái),從而不利于抗性淀粉的生成。因此認(rèn)為,超聲溫度應(yīng)控制在40 ℃較適宜。

        2.1.5 回生時(shí)間對(duì)玉米抗性淀粉得率的影響 參照 “1.3.2” 節(jié)的工藝流程,對(duì)回生時(shí)間進(jìn)行單因素試驗(yàn),在試驗(yàn)過(guò)程中保證其他條件一致。由圖5可知,回生時(shí)間對(duì)抗性淀粉得率有一定影響,但總體沒(méi)有特別大的變化,當(dāng)回生時(shí)間為24 h時(shí),抗性淀粉得率最高。因此認(rèn)為,制備抗性淀粉時(shí)控制回生時(shí)間為24 h較適宜。

        2.2 正交試驗(yàn)及結(jié)果分析

        2.2.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 通過(guò)單因素試驗(yàn)可知,回生時(shí)間對(duì)抗性淀粉得率的影響很小,因此,固定回生時(shí)間,以玉米抗性淀粉得率為指標(biāo),以淀粉乳含量、超聲時(shí)間、超聲功率和超聲溫度為因素,進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn),研究制備玉米抗性淀粉的最佳工藝條件。試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

        2.2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果 從表2可見(jiàn),淀粉乳含量是影響玉米抗性淀粉得率的主要因素,其次是超聲功率、超聲溫度、超聲時(shí)間;制備玉米抗性淀粉的最佳工藝條件為A2B1C2D3,即淀粉乳含量25%,超生時(shí)間10 min,超聲功率600 W,超聲溫度45 ℃。在此條件下,玉米抗性淀粉的得率為25.06%。

        3 結(jié)論

        本研究主要采用超聲波法制備玉米抗性淀粉,對(duì)制備工藝條件中的淀粉乳含量、超聲時(shí)間、超聲功率、超聲溫度、回生時(shí)間5個(gè)因素進(jìn)行了考察,通過(guò)試驗(yàn)得到了制備玉米抗性淀粉的最佳工藝。試驗(yàn)結(jié)果表明:在制備玉米抗性淀粉時(shí),影響抗性淀粉得率的主要因素是淀粉乳含量,其次是超聲功率、超聲溫度和超聲時(shí)間, 影響最小的是回生時(shí)間。制備玉米抗性淀粉的最佳工藝條件是淀粉乳含量25%,超聲時(shí)間10 min,超聲功率600 W,超聲溫度45 ℃,回生時(shí)間24 h,此時(shí)抗性淀粉得率為25.06%。

        參考文獻(xiàn):

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