玉米抗性淀粉的制备及其理化性质研究

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抗性淀粉是指那些不能被健康人体在小肠内消化吸收的淀粉及其降解物的总称。自从抗性淀粉在1985年被首次发现以来,食品学家就未曾停止对它的研究,随着抗性淀粉各项生理功能的相继被发现,其在食品工业中的应用受到越来越多的关注。作为一种新型食材,抗性淀粉不仅具有膳食纤维的生理功能,而且其优异的加工特性也使其倍受青睐。由于抗性淀粉被人体摄入后在体内的消化速度很慢,能抑制餐后血糖指数(GI)的迅速上升,因此其在体重控制与特殊人群食品的开发方面有重要的意义。近几年来,国内外对抗性淀粉制备工艺的研究发展很快,我国作为一个淀粉资源大国,玉米淀粉年产量约为2000万吨。因此,展开以普通玉米淀粉为原料来生产附加值较高的抗性淀粉制备工艺的研究,可以促进淀粉资源的合理开发与利用,对我国淀粉过程的稳步发展有积极的意义。本研究将以普通玉米淀粉为原料,以样品中抗性淀粉含量为主要指标,探索了压热处理与酶法处理对抗性淀粉形成的影响,通过正交试验、响应面等试验分析优化了制备工艺参数,提高了抗性淀粉的得率;并对最终样品的各项理化性质进行测定分析,对其在食品工业中的应用作出初步的评估。研究主要结论如下:在玉米抗性淀粉压热法制备工艺研究中,淀粉乳浓度、压热时间和老化时间对抗性淀粉的形成有显著的影响,且三个因素对抗性淀粉含量影响的主次顺序依次为淀粉乳浓度、压热时间和老化时间;其中淀粉乳浓度和压热时间对抗性淀粉含量的影响极显著,老化时间对抗性淀粉含量的影响显著。优化工艺参数为淀粉乳浓度30%、压热时间30min、老化时间16h,在此条件下所制备的样品抗性淀粉含量为4.58±0.08%,显著高于原淀粉。理化性质研究发现,压热处理所得玉米抗性淀粉样品的溶解度、膨胀度、透光率均小于原淀粉,且随着抗性淀粉含量的增加,溶解度、膨胀度以及透光率呈下降趋势。在普鲁兰酶法制备玉米抗性淀粉工艺研究中发现,普鲁兰酶添加量、酶解时间、老化温度以及老化时间对最后样品的抗性淀粉含量均有显著影响,优化回归模型为RS%=7.248+0.138X0.065X+0.070X0.008X20.001X212313+0.005X1X2,检测结果显示,该模型高度显著,具有统计学预测意义,可反映抗性淀粉含量与各因子之间的关系。当普鲁兰酶添加量为20U/g、酶解时间24h、酶解物在4℃老化36h时,在该条件下制备所得样品中抗性淀粉含量为9.75±0.20%,该值显著高于压热法所制得的样品,说明普鲁兰酶的脱支作用可以显著提高抗性淀粉的得率。电镜扫描结果显示,普鲁兰酶法制备的抗性淀粉颗粒形貌与原淀粉相比有显著差异,原淀粉颗粒的光滑球状形态已经被破坏,大部分呈现出不规则的形状,表面不光滑且有一些褶皱和沟壑,且RS含量不同的抗性淀粉形貌也存在较大差异。样品中直链淀粉含量随着普鲁兰酶添加量的增加而呈较明显的下降规律。酶法处理后所得样品的透明度显著低于原淀粉,且随着样品中抗性淀粉的含量增加,透明度呈下降趋势。经酶法制备的抗性淀粉,其糊化黏度参数均小于原淀粉样品,具有较差的热稳定性与抗老化性。在耐高温α-淀粉酶联合普鲁兰酶法制备玉米抗性淀粉工艺研究中,耐高温α-淀粉酶添加量、淀粉乳浓度、α-淀粉酶酶解时间和普鲁兰酶添加量对抗性淀粉含量有显著影响,优化所得模型如下:RS%=-5.434+4.624X1+0.225X2+0.322X3+0.530X4-0.808X12-0.009X22-0.005X32-0.028X42检验结果显示,所得模型高度显著,可以充分描述样品中RS含量与耐高温α-淀粉酶添加量X1、淀粉乳浓度X2、α-淀粉酶酶解时间X3和普鲁兰酶添加量X4之间的关系。优化所得最佳工艺参数为:α-淀粉酶添加量3U/g,淀粉乳浓度25%,α-淀粉酶解时间35min,普鲁兰酶加量10U/g,该条件下制得的样品其RS含量为10.78±0.54%,高于单一用普鲁兰酶处理所得的样品,表明通过耐高温α-淀粉酶对原淀粉的剪切作用降低聚合度后再进行脱支处理可以有效提高RS的得率。试验结果表明,耐高温α-淀粉酶添加量对淀粉分子聚合度有显著的影响,随着酶添加量的增加,分子聚合度呈明显下降趋势。扫描电镜结果显示,淀粉经耐高温α-淀粉酶处理后,原玉米淀粉的颗粒形貌几乎不存在,样品淀粉颗粒表面出现不光滑且有一些褶皱和沟壑,且随着α-淀粉酶的添加量的增加,样品中破碎淀粉颗粒的数量也随之增多。DSC曲线显示,酶法制备的抗性淀粉样品,其热力学特性与原淀粉有显著差异,热吸收峰明显大于原淀粉,且随着RS含量的增加,样品的起始糊化温度和热焓值均呈上升趋势,表明抗性淀粉具有良好的热稳定性。
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