曾徐睿，劉良忠, ，齊 婷，朱 哲

（1.武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢 430023；2.武漢隆豐園生物科技有限公司，湖北武漢 430040）

抗性淀粉（resistant starch，RS）是一種兼具可溶性纖維與不可溶性膳食纖維特性的淀粉，其在人體內(nèi)無法被消化，且相對(duì)普通膳食纖維具有更高的生理活性[1]?？剐缘矸郾环譃槲宕箢?，其中Ⅲ型抗性淀粉（resistant starch Ⅲ，RS3）是指回生淀粉，因其良好的功能和安全特性，被廣泛用于食品工業(yè)，并已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。

現(xiàn)今，制備抗性淀粉的方法有很多，研究人員多采用物理、化學(xué)及酶法，或單一或多重的方式制備得到高含量的抗性淀粉。其中物理法以其安全、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)被廣泛使用在食品工業(yè)中。超聲波處理（ultrasonic treatment）是一種高效、環(huán)保和安全的新興技術(shù)，可以通過改變淀粉的非晶態(tài)和結(jié)晶結(jié)構(gòu)域來影響淀粉的理化和功能性質(zhì)[2]。Ding 等[3]研究了超聲處理對(duì)回生淀粉消化性的影響，結(jié)果表明，在超聲波處理下，分子重排發(fā)生，容易形成新的有序結(jié)構(gòu)，其緩慢消化特性和抗消化特性增加，從而提高了抗性淀粉含量。退火處理（annealing treatment）是一種物理性的淀粉改性技術(shù)，它是指在過量的水中對(duì)懸浮的淀粉進(jìn)行一段時(shí)間的加熱處理。這個(gè)過程會(huì)導(dǎo)致淀粉鏈的重組，從而形成緊湊的、物理上不可滲透的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)使消化酶無法催化水解糖苷鍵，從而產(chǎn)生了抗性淀粉[4]。Chung 等[5]研究了退火對(duì)玉米抗性淀粉的影響，結(jié)果顯示經(jīng)退火處理的玉米抗性淀粉含量從4.6%提升到了8.0%。Marboh 等[6]經(jīng)退火處理豆科植物塊莖淀粉，使其抗性淀粉含量從11.3%提升至17.36%。Babu 等[7]探究超聲波退火雙重處理谷子淀粉對(duì)其功能和結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明超聲退火雙重改性谷子淀粉使得抗性淀粉含量顯著提升至45.59%。綜上所述，超聲退火工藝以其安全、便利的優(yōu)勢(shì)，在抗性淀粉工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用中擁有廣闊的前景。

糯米淀粉（waxy rice starch）因含有較高比例的支鏈淀粉，所以具有難回生，消化快等特點(diǎn)[8]。近年來，對(duì)糯性淀粉進(jìn)行物理、化學(xué)以及酶法改性處理，多是為了降低其消化率，滿足人們對(duì)健康飲食的追求。脫支酶處理糯性淀粉會(huì)使支鏈淀粉分子被切割成直鏈淀粉分子，直鏈淀粉分子會(huì)重新結(jié)合生成RS3[9-11]。目前，研究人員大多選用直鏈淀粉含量較高的天然淀粉或人工育種提取的高直鏈淀粉，成本高且不易得。因此，選擇以糯米淀粉為原料，在酶法脫支的基礎(chǔ)上獲取更多直鏈淀粉，在一定程度上可以降低原料成本，也可以為后續(xù)制備抗性淀粉提供便利。本研究以經(jīng)普魯蘭酶脫支預(yù)處理的糯米淀粉為原料，采用超聲退火法制備糯米抗性淀粉。運(yùn)用單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面分析法獲得制備抗性淀粉的最佳工藝條件，并對(duì)所制備的抗性淀粉進(jìn)行理化性質(zhì)分析，為糯米抗性淀粉工業(yè)化生產(chǎn)及其在功能性食品中的應(yīng)用提供理論支持。

1 材料及方法

1.1 材料與儀器

糯米淀粉 無錫金農(nóng)生物科技有限公司；醋酸鈉、乙酸、氫氧化鉀、無水乙醇等 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；普魯蘭酶Promozyme D6（4000 NPUN/g）諾維信（中國）生物技術(shù)有限公司；K-RSTAR 抗性淀粉試劑盒 愛爾蘭Megazyme 公司。

HZ150L 恒溫培養(yǎng)搖床 武漢瑞華儀器設(shè)備有限責(zé)任公司；7200 型分光光度計(jì) 尤尼柯（上海）儀器有限公司；230HT 超聲波處理儀 深圳潔拓超聲波清洗設(shè)備有限公司；ZEISS Gemini 300 掃描電鏡

德國卡爾蔡司公司；Frontier 傅里葉紅外光譜儀美國鉑金埃爾默公司；Q2000 差示掃描量熱儀 美國TA 儀器公司；SmartLab SE X 射線衍射儀 日本株式會(huì)社理學(xué)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 抗性淀粉制備方法 將適量糯米淀粉用pH4.5的醋酸-醋酸鈉緩沖液配制成18.5%的淀粉乳溶液，沸水浴糊化30 min 后，在121 ℃下高壓30 min。隨后，在淀粉糊中加入普魯蘭酶（160 NPUN/g）并在60 ℃下脫支24 h。沸水浴滅酶完成后放入45 ℃貯藏24 h[12]，然后轉(zhuǎn)移至45 ℃烘箱中烘干，獲得脫支回生糯米淀粉樣品。取適量上述脫支回生糯米淀粉樣品，配制成一定濃度的淀粉乳，放入超聲波處理儀中處理一段時(shí)間，接著在一定溫度的恒溫?fù)u床中進(jìn)行退火處理。超聲退火完成后的淀粉乳在45 ℃下保存24 h。45 ℃烘干、粉碎、過篩獲得超聲退火糯米R(shí)S3。

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.2.1 水分含量對(duì)糯米R(shí)S3含量的影響 稱取5 g脫支回生淀粉樣品，在超聲功率為120 W 的條件下，固定超聲時(shí)間20 min，退火溫度55 ℃，退火時(shí)間24 h，調(diào)節(jié)水分含量為50%、60%、70%、80%、90%，研究水分含量對(duì)超聲退火糯米R(shí)S3得率的影響。

1.2.2.2 超聲時(shí)間對(duì)糯米R(shí)S3含量的影響 稱取5 g脫支回生淀粉樣品，在超聲功率為120 W 的條件下，固定水分含量70%，退火溫度55 ℃，退火時(shí)間24 h，設(shè)置超聲時(shí)間為0、10、20、30、40 min，研究超聲時(shí)間對(duì)超聲退火糯米R(shí)S3得率的影響。

1.2.2.3 退火溫度對(duì)糯米R(shí)S3含量的影響 稱取5 g脫支回生淀粉樣品，在超聲功率為120 W 的條件下，固定水分含量70%，超聲時(shí)間20 min，退火時(shí)間24 h，研究退火溫度50、55、60、65、70 ℃對(duì)超聲退火糯米R(shí)S3得率的影響。

1.2.2.4 退火時(shí)間對(duì)糯米R(shí)S3含量的影響 稱取5 g脫支回生淀粉樣品，在超聲功率為120 W 的條件下，固定水分含量70%，超聲時(shí)間20 min，退火溫度55 ℃，研究退火時(shí)間8、16、24、32、40 h 對(duì)超聲退火糯米R(shí)S3得率的影響。

1.2.3 響應(yīng)面法優(yōu)化制備糯米R(shí)S3工藝條件 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過Box-Behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選定水分含量、超聲時(shí)間、退火溫度、退火時(shí)間4 個(gè)因素作為目標(biāo)變量，抗性淀粉含量為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)四因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn)，試驗(yàn)因素及水平如表1 所示。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)Table 1 Factors and levels in response surface design

1.2.4 抗性淀粉含量測(cè)定 抗性淀粉含量測(cè)定依據(jù)AOAC2002.02 檢測(cè)。計(jì)算公式如下：

抗性淀粉含量＞10%：

式中：ΔE表示相對(duì)于空白試劑的吸光度值；F 表示從吸光度值到微克的轉(zhuǎn)換（F=100/100 μg D-葡萄糖的GOPOD 吸光度值）；W 表示分析樣本的干重。

1.2.5 理化性質(zhì)分析

1.2.5.1 透明度 參考牛博文等[13]的方法，配制1%（w/v）的淀粉乳溶液，在沸水中加熱攪拌15 min，自然冷卻。在620 nm 下，以蒸餾水為空白對(duì)照設(shè)其透光率為100%，檢測(cè)淀粉糊的透光率。

1.2.5.2 溶解度和膨脹能力 參考許美娟[14]的方法稍作修改，配制2%（w/v）的淀粉乳，分別置于50、60、70、80、90 ℃水浴中攪拌30 min，自然冷卻。4500 r/min 離心15 min。將上清液于105 ℃烘干并恒重記為m1，沉淀物稱重記為m2，計(jì)算公式如下：

式中：m1為上清液中溶出物質(zhì)量，g；W 表示樣品干重，g；m2表示離心沉淀物質(zhì)量，g。

1.2.5.3 掃描電鏡觀察微觀結(jié)構(gòu) 取適量樣品粘到導(dǎo)電膠上，并噴金。使用ZEISS Gemini 300 掃描電子顯微鏡拍攝樣品形貌，拍攝時(shí)加速電壓為3 kV，放大1000 和5000 倍。

1.2.5.4 紅外光譜分析 參考吳怡瑾等[15]并稍作修改，采用傅里葉紅外光譜儀進(jìn)行測(cè)定。分辨率為 4 cm-1，掃描次數(shù)為32 次，采集范圍為400～4000 cm-1。

1.2.5.5 熱穩(wěn)定性分析 稱取3 mg 淀粉樣品置于鋁坩堝內(nèi)并加入9 μL 去離子水，密封后，在室溫下平衡24 h，采用差示掃描量熱儀進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)定溫度范圍20～130 ℃；升溫速率為10 ℃/min。

1.2.5.6 晶體結(jié)構(gòu)分析 將粉末樣品置于載玻片上，使用X 射線衍射儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試范圍為5°～50°，掃描速度為5 °/min，光源為Cu-Kα射線，管電壓是40 kV，電流是40 mA。

1.3 數(shù)據(jù)處理

做3 次平行試驗(yàn)，采用Origin 8.5、SPSS Statistics 19 與Design Expert 8.0.6 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 水分含量對(duì)糯米R(shí)S3含量的影響 如圖1 所示，當(dāng)其他工藝條件不變時(shí)，水分含量在50%～80%時(shí)，抗性淀粉含量相對(duì)較高。隨著水分含量不斷增加，抗性淀粉含量呈現(xiàn)先增加再減少的趨勢(shì)，其中當(dāng)水分含量為70%時(shí)，糯米抗性淀粉含量達(dá)到最大峰值，為43.50%，原因是淀粉材料結(jié)晶生成抗性淀粉是直鏈淀粉分子通過氫鍵結(jié)合形成雙螺旋結(jié)構(gòu)而成，淀粉乳的水分含量越低，其粘度越高，結(jié)晶受到限制，故形成的抗性淀粉含量偏低[16]。水分含量過高，直鏈淀粉分子之間相互作用的機(jī)會(huì)變少，也會(huì)造成抗性淀粉含量下降。

圖1 水分含量對(duì)糯米R(shí)S3 含量的影響Fig.1 Effect of water content on the yield of resistant starch from waxy rice

2.1.2 超聲時(shí)間對(duì)糯米R(shí)S3含量的影響 如圖2 所示，當(dāng)其他工藝條件不變時(shí)，超聲時(shí)間在10～30 min時(shí)，抗性淀粉含量相對(duì)較高。隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，抗性淀粉得率呈現(xiàn)先增加再減少的趨勢(shì)。當(dāng)超聲時(shí)間為20 min 時(shí)，糯米R(shí)S3含量達(dá)到最大，為43.80%。超聲過程中會(huì)發(fā)生氣泡生長(zhǎng)，膨脹、破碎的動(dòng)態(tài)過程，氣泡破裂瞬間會(huì)產(chǎn)生巨大的壓力，在壓力的作用下切斷淀粉分子鏈[17]。在0～20 min 內(nèi)，隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，直鏈淀粉分子增多，增加了淀粉分子間相互作用的機(jī)會(huì)，促進(jìn)了抗性淀粉的形成，使抗性淀粉含量從38.90%增長(zhǎng)至43.80%。而超過20 min 抗性淀粉含量逐漸下降的原因可能是，超聲過程中產(chǎn)生的線性短鏈阻礙了直鏈淀粉分子之間的相互作用，抑制雙螺旋結(jié)構(gòu)的形成[18]。

圖2 超聲時(shí)間對(duì)糯米R(shí)S3 含量的影響Fig.2 Effect of ultrasonic time on the yield of resistant starch from waxy rice

2.1.3 退火溫度對(duì)糯米R(shí)S3含量的影響 如圖3 所示，當(dāng)其他工藝條件不變，在退火溫度為50～70 ℃的范圍內(nèi)，抗性淀粉含量首先隨溫度升高而增加，并在55 ℃時(shí)有最大的抗性淀粉含量，為43.44%。而后，抗性淀粉含量不斷下降，直至37.40%。超過55 ℃抗性淀粉含量開始下降，原因是溫度過高，淀粉分子間的作用力被破壞，淀粉與水分子之間的作用力增強(qiáng)，使淀粉晶體發(fā)生凝膠化[19]。

圖3 退火溫度對(duì)糯米R(shí)S3 含量的影響Fig.3 Effect of annealing temperature on the yield of resistant starch from waxy rice

2.1.4 退火時(shí)間對(duì)糯米R(shí)S3含量的影響 如圖4，當(dāng)其他工藝條件不變時(shí)，退火時(shí)間在8～24 h 時(shí)，抗性淀粉含量從30.17%逐漸增加至43.61%，原因是退火處理能促進(jìn)淀粉分子間的相互作用，易生成完美晶體結(jié)構(gòu)，其抗性淀粉含量隨之提升，Zhu 等[20]探究了退火處理對(duì)葛根淀粉消化率的影響，也得出了類似的結(jié)果。而當(dāng)退火時(shí)間在24～40 h 時(shí)，抗性淀粉含量緩慢下降至40.62%，可能的原因是部分不完美晶體隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)而發(fā)生熔融，穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)的分子作用力減弱，導(dǎo)致抗性淀粉含量減少[21]。

圖4 退火時(shí)間對(duì)糯米R(shí)S3 含量的影響Fig.4 Effect of annealing time on the yield of resistant starch from waxy rice

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果分析 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇水分含量（A）、超聲時(shí)間（B）、退火溫度（C）、退火時(shí)間（D）為變量，抗性淀粉含量為響應(yīng)值（Y）進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化分析，響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 2 Scheme and experimental results of response surface design

2.2.2 模型建立及顯著性分析 利用 Design-Expert 8.0.6 對(duì)表2 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合分析，得到回歸方程為：Y=43.50-0.77A+0.37B+0.41C+0.48D+0.13AB-0.30AC-0.14AD-0.11BC-0.15BD+0.14CD-1.57A2-0.48B2-3.62C2-1.28D2。試驗(yàn)數(shù)據(jù)方差分析結(jié)果見表3。

表3 回歸模型方差分析Table 3 Analysis of variance of regression model

如表3 所示，響應(yīng)面多元回歸擬合模型極顯著（P＜0.01），失擬性檢驗(yàn)不顯著（P=0.9140＞0.05），R2為0.9284，表明模型選擇合適。因此，能夠運(yùn)用該模型來描述各變量與抗性淀粉含量的關(guān)系。依據(jù)表3中的F值大小可以看出四個(gè)因素影響抗性淀粉含量的主次順序?yàn)椋核趾浚ˋ）＞退火時(shí)間（D）＞退火溫度（C）＞超聲時(shí)間（B），據(jù)P值可知，水分含量A 與A2、C2、D2對(duì)抗性淀粉含量的影響是極顯著的（P＜0.01）。超聲時(shí)間B、退火溫度C、退火時(shí)間D 的P值均大于0.05，表明這3 個(gè)因素對(duì)抗性淀粉含量無顯著影響。

2.2.3 響應(yīng)面優(yōu)化及驗(yàn)證試驗(yàn) 利用Design-Expert 8.0.6 軟件，作出各因素間的交互作用對(duì)抗性淀粉含量影響的曲面圖及等高線圖。根據(jù)上述回歸擬合方程，固定任意2 個(gè)因素，得到另外2 個(gè)因素繪制的響應(yīng)面曲線和等高線圖。響應(yīng)面圖均為開口朝下的凸型曲面，有抗性淀粉含量極大值點(diǎn)。等高線圖多呈現(xiàn)近圓形，且交互項(xiàng)P值均大于0.05，意味著兩兩因素之間交互作用影響不顯著[22]。

根據(jù)模型擬合出的最佳的工藝條件為：水分含量67.54%，超聲時(shí)間23.13 min，退火溫度55.33 ℃、退火時(shí)間25.47 h。在該條件下的預(yù)測(cè)值為43.71%。實(shí)際操作時(shí)將條件調(diào)整為：水分含量68%，超聲時(shí)間23 min，退火溫度55 ℃，退火時(shí)間25 h。在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)的抗性淀粉含量為45.61%±0.95%，與理論的預(yù)測(cè)值相近，相對(duì)誤差為4.34%。由此可見，利用響應(yīng)面分析法優(yōu)化抗性淀粉工藝條件是合適的。

2.3 理化性質(zhì)分析

2.3.1 透明度分析 淀粉樣品的透明度與淀粉中直鏈淀粉含量、膨脹能力以及膨脹和未膨脹殘留顆粒水平有關(guān)[23]。如表4 所示，超聲退火糯米R(shí)S3與糯米淀粉相比淀粉糊透明度從9.53%明顯提升至47.72%，造成這種現(xiàn)象的原因是普魯蘭酶脫支破壞了原淀粉的淀粉表面及結(jié)晶區(qū)，從而導(dǎo)致淀粉與水結(jié)合作用的增強(qiáng)，淀粉分子間的作用力減弱[24]；超聲波能增強(qiáng)樣品的機(jī)械振動(dòng)，有助于更多空氣通過液體介質(zhì)產(chǎn)生更多空化核，增強(qiáng)其對(duì)淀粉的作用效果，淀粉與水分子間締合能力增強(qiáng)，從而減少了光的折射和反射，使淀粉糊透明度提高[25]。

表4 糯米淀粉與其制備的糯米R(shí)S3 理化性質(zhì)比較Table 4 Comparison of physicochemical properties of waxy rice starch and resistant starch

2.3.2 溶解度和膨脹能力 以10 ℃為間隔測(cè)定糯米淀粉與超聲退火糯米R(shí)S3在50～90 ℃的溶解度和膨脹能力如表4 所示。當(dāng)溫度從50 ℃升至90 ℃，糯米淀粉的溶解度從0.64%上升至6.03%，糯米R(shí)S3從23.42%增至52.45%；相應(yīng)地，其膨脹能力也分別從2.24 和3.23 g/g 增加到41.04 和6.38 g/g。由此可知，所有淀粉樣品的溶解度和膨脹能力隨溫度的升高隨之上升。這是由于淀粉分子內(nèi)的作用力隨溫度升高被削弱，因此加速了直鏈淀粉浸出并促進(jìn)顆粒膨脹[14]。同時(shí)，因?yàn)榈矸凼芷蒸斕m酶脫支前處理和超聲波作用的影響導(dǎo)致大量線性葡聚糖的產(chǎn)生，而高比例的可溶性短鏈葡聚糖會(huì)直接導(dǎo)致溶出量增加。因此，在50～90 ℃下，糯米R(shí)S3溶解度均高于糯米淀粉的溶解度，其中在90 ℃下糯米淀粉和糯米R(shí)S3有最大的溶解度，分別為6.03%和52.45%。在50～60 ℃的較低溫度下糯米淀粉膨脹能力低于超聲退火糯米R(shí)S3，而在較高溫度（70～90 ℃）下卻呈現(xiàn)相反的結(jié)果，其中糯米淀粉在60～70 ℃下的變化尤為明顯，從2.81 g/g 升至32.07 g/g，原因是淀粉的溶脹行為是由于支鏈淀粉的膨脹而引起的[26]，在未達(dá)到淀粉的糊化溫度以前，淀粉分子與水的結(jié)合作用受溫度影響較小，而當(dāng)?shù)竭_(dá)糊化溫度以后因糯米淀粉含有大量的支鏈淀粉，其淀粉顆粒易溶脹、崩潰，因此膨脹能力高于糯米R(shí)S3。

2.3.3 掃描電鏡分析 利用掃描電鏡（SEM）研究了糯米淀粉與經(jīng)超聲退火制備的糯米R(shí)S3的顆粒表面形態(tài)，如圖5。糯米淀粉顆粒形狀呈現(xiàn)為不規(guī)則多邊形，其表面較光滑，顆粒直徑多在3～8 μm。與原淀粉相比，糯米抗性淀粉顆粒形狀呈現(xiàn)出明顯的差異，其表面粗糙多孔，顆粒直徑大小不一。這可能是酶解和超聲波空化作用產(chǎn)生大量直鏈淀粉，而退火處理能使直鏈淀粉聚集形成螺旋復(fù)合體，Babu 等[27]認(rèn)為這種現(xiàn)象會(huì)增強(qiáng)晶體結(jié)構(gòu)，從而提高其抗酶解能力。

圖5 糯米淀粉與糯米R(shí)S3 的掃描電子顯微鏡圖Fig.5 SEM of waxy rice starch and resistant starch

2.3.4 傅里葉紅外光譜分析結(jié)果 為了探究超聲退火法制備糯米R(shí)S3對(duì)其短程有序結(jié)構(gòu)的影響，如圖6 所示，顯示了糯米淀粉、糯米R(shí)S3的FT-IR 光譜（圖6a）及1200～800 cm-1的去卷積圖譜（圖6b）。如圖6a 兩種淀粉的吸收峰都很相似，證明超聲退火法沒有明顯改變其化學(xué)基團(tuán)。圖6b 淀粉紅外吸收光譜中1047 和1022 cm-1處的特征峰表示淀粉的結(jié)晶區(qū)與非結(jié)晶區(qū)。1047 與1022 cm-1的比值來描述淀粉的有序程度，抗性淀粉的含量越高其有序程度越高，故該比值越大[28]。糯米淀粉與超聲退火糯米R(shí)S3的1047 與1022 cm-1的比值分別為1.284，1.671，顯然，糯米R(shí)S3比糯米淀粉的1047/1022 的值要大，說明超聲退火工藝能促進(jìn)形成更多雙螺旋結(jié)構(gòu)，使超聲退火糯米R(shí)S3擁有更多短程有序結(jié)構(gòu)。

圖6 糯米淀粉和糯米R(shí)S3 傅里葉紅外光譜圖（a）和去卷積圖（b）Fig.6 FT-IR spectra (a) and deconvolution graph (b) of waxy rice starch and resistant starch

2.3.5 熱穩(wěn)定性分析 由表5 可知，相較于糯米原淀粉，糯米R(shí)S3的起始糊化溫度（T0）、峰值溫度（Tp）和終止溫度（Tc）均有小幅提升。這是因?yàn)槌曂嘶鹛幚砟艽龠M(jìn)淀粉的重結(jié)晶，生成抗性淀粉。而晶體結(jié)構(gòu)周圍的的無定型區(qū)可能受其影響，難與水形成氫鍵[29]，故導(dǎo)致糊化溫度升高。同時(shí)，糯米淀粉和糯米R(shí)S3的糊化焓分別為11.91 和16.96 J/g，經(jīng)超聲退火處理的糯米R(shí)S3的焓值明顯高于原淀粉，這是因?yàn)橥嘶鹛幚硎闺p螺旋結(jié)構(gòu)之間形成了更多氫鍵，增強(qiáng)了晶體結(jié)構(gòu)[30]，說明要破壞其晶體結(jié)構(gòu)就需要更多能量。由此可知，超聲退火法制備的糯米R(shí)S3有較高結(jié)晶度的晶體結(jié)構(gòu)和良好的熱穩(wěn)定性。

表5 淀粉樣品的熱特性參數(shù)Table 5 Thermal properties of native starch and resistant starch

2.3.6 X 射線衍射分析 通過X-射線衍射我們可以判斷淀粉的晶型和計(jì)算其結(jié)晶度。如圖7 所示，糯米淀粉在15°、17°、18°、23°的位置出峰，可以判斷糯米淀粉為典型的A 型晶體，而糯米R(shí)S3在15°、17°、22°、24°的位置有特征峰，為典型的B 型晶體，并在20°的位置出現(xiàn)了一個(gè)弱衍射峰，表現(xiàn)為V 型晶體，說明有淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的存在，通常認(rèn)為，是直鏈淀粉的長(zhǎng)鏈在回生過程中在固有脂質(zhì)分子上卷曲而形成的復(fù)合體[31]。由此表明，經(jīng)超聲退火制備的糯米抗性淀粉改變了淀粉的原有晶型，且糯米R(shí)S3的結(jié)晶度為41.8%明顯比糯米原淀粉的30.0%高，說明超聲退火制備的糯米抗性淀粉具有較高的結(jié)晶度，這與DSC 的結(jié)果一致。不同的晶體形態(tài)會(huì)顯示出不同的酶解性質(zhì)，其中V 型晶體抗酶解能力最強(qiáng)，A 型最弱[32]。由此可知，糯米R(shí)S3由抗酶解能力較弱的A 型轉(zhuǎn)變?yōu)榱烁兔附獾腂+V 型。

圖7 糯米淀粉和糯米R(shí)S3 X 射線衍射圖譜Fig.7 X-ray spectra of waxy rice starch and resistant starch

3 結(jié)論

本研究以普魯蘭酶脫支前處理的糯米淀粉為原料，采用超聲退火法制備糯米R(shí)S3。經(jīng)響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化得出的最佳工藝條件為：水分含量68%，超聲時(shí)間23 min，退火溫度55 ℃，退火時(shí)間25 h。在此條件下制備的抗性淀粉含量為45.61%±0.95%。糯米R(shí)S3的透明度和溶解度較原淀粉均有較大提升，但膨脹能力有所下降。掃描電鏡顯示，超聲退火處理破壞了淀粉顆粒形狀，使糯米R(shí)S3呈現(xiàn)粗糙多孔結(jié)構(gòu)。通過紅外光譜、DSC 和XRD 等分析證實(shí)，該工藝可促進(jìn)生成抗性淀粉、優(yōu)化結(jié)晶晶型、提高結(jié)晶度，使糯米R(shí)S3具有良好的熱穩(wěn)定性。本研究可為超聲退火法制備糯米R(shí)S3的工業(yè)化生產(chǎn)提供相應(yīng)的理論依據(jù)，而具有良好功能特性的RS3未來可作為功能性食品配料應(yīng)用于食品工業(yè)中。但現(xiàn)階段制備的RS3含量還未達(dá)到預(yù)期，有待日后研究并進(jìn)一步提高。