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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 成全部 610065）摘 要： 利用响应面法，对微波-酶法制备RS3型玉米抗性淀粉工艺参数进行优化。-淀粉酶酶解优化工艺参数为：液料比4：1，酶解温度为85 ，酶解时间10 min，酶浓度1.68 U/g淀粉；微波糊化优化工艺参数为：功率1.26 kW，加热温度92 ，加热时间1 min；普鲁兰酶脱支优化工艺参数为：酶浓度4.13 NPUN/g淀粉，酶解温度53.31 ，酶解时间3.26 h。按上述工艺参数制备抗性淀粉得率为13.45%。关键词： 抗性淀粉；微波-酶法； 响应面法； Box-Behnken试验设计抗性淀粉是指不被健康人体小肠吸收淀粉及其分解物总体，它分为四类：RS1物理包埋淀粉（physically trapped starch）、RS2抗性淀粉（resistant starch granules）、RS3回生淀粉（retrograded starch）、RS4化学改性（chemical modified starch）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一个。它含有防治肠道疾病、降脂、控制体重、促进矿物物质吸收和一些维生素体内合成等功效，能防治现代生活轻易出现部分健康问题。所以对其生物功效和制备方法研究越来越多。本文以玉米淀粉为原料，利用SAS软件和响应面法，对微波-酶法制备玉米抗性淀粉工艺参数进行了优化研究，意在为抗性淀粉研究提供理论依据和技术方法参考。1 材料和方法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-淀粉酶（48000 U/mL）； 普鲁兰酶（1125 NPUN/mL） 诺维信企业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企业。1.3 方法1.3.1 工艺淀粉分子链在一定长度下轻易老化，经过适量-淀粉酶酶解能够使淀粉分子长度降低到一定程度，而且能够降低物料粘度。再经过微波加热糊化(同时也可让残留淀粉酶失活），使淀粉生成立体网状结构，有利于普鲁兰酶对支链淀粉作用，产生更多支链淀粉，从而提升抗性淀粉得率。据此设计试验工艺为：玉米淀粉制备-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。1.3.2 -淀粉酶酶解工艺参数优化影响淀粉酶酶解程度原因有液料比、酶浓度、酶解温度和酶解时间，pH值定为耐高温-淀粉酶最好作用pH值（5.3）。试验以抗性淀粉得率为响应值进行Box-Behnken试验设计（见表1）。其它工艺参数以下：微波功率0.9 kW，作用温度86 ，作用时间5 min；普鲁兰酶浓度4 NPUN/g淀粉，酶解温度55 ，酶解时间3 h。 表1 -淀粉酶酶解工艺参数优化试验设计及结果序号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/%1234567891011121314151617181920212223242526274466555544665555446655555551.683.601.683.602.642.642.642.642.642.642.642.641.681.683.603.602.642.642.642.641.681.683.603.602.642.642.6490909090858595959090909085958595859585959090909090909020202020103010301030103020202020202020201030103020202012.099.599.104.628.216.087.105.759.018.816.636.0110.2310.185.444.958.437.906.555.9211.5611.415.065.486.415.645.721.3.3 微波糊化工艺参数优化影响微波糊化效果原因有微波功率、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试验设计（见表3）。其它工艺参数以下：普鲁兰酶浓度4 NPUN/g淀粉，酶解温度55 ，酶解时间3 h。 表3 微波糊化工艺参数优化试验设计及结果序号P功率/kWTE温度/TI时间/minRS得率/%1234567891011121314150.540.541.261.260.900.900.900.900.541.260.541.260.900.900.9080928092808092928686868686868655552828228855510.2110.8710.8912.1610.679.1113.2711.4011.2112.289.7411.3611.2111.1411.161.3.4 普鲁兰酶脱支工艺参数优化影响普鲁兰酶脱支原因有、普鲁兰酶浓度、酶解温度和酶解时间，pH值定为普鲁兰酶最好作用pH值（4.8）。试验以抗性淀粉得率为响应值进行Box-Behnken试验设计（见表5）。-淀粉酶酶解和微波糊化工艺参数均采取其优化参数。 表5 普鲁兰酶脱支工艺参数优化试验设计及结果序号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取高温I.Goni法。2 结果分析2.1 -淀粉酶酶解工艺参数优化试验结果用-淀粉酶酶解淀粉关键有两个作用，一是将淀粉分子链截成一定长度，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老化，而较低粘度有利于后续工序中普鲁兰酶脱支作用。 表2 -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BETETIBBBEBTEBTIEEETEETITETETETITITIR2-0.18704-0.31384-0.03887-0.04710.15521-0.11156-0.00905-0.018930.183674-0.022370.02320.0311530.0223630.089702-5.99993-10.2161-1.24682-1.510873.319244-2.06605-0.16758-0.350653.927972-0.414360.4296710.6662280.4141781.91831893.440.00010.00010.2362510.1566980.0061190.0611130.8697010.731930.000.6859230.6750490.5178690.6860510.07971分析表2可知，-淀粉酶酶解对抗性淀粉得率影响关键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影响较小，四个影响原因和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能够深入提升抗性淀粉得率。不过预试验时发觉假如液料比小于41，在微波加热时极易出现焦糊现象，而酶浓度假如小于1.68 U/g淀粉时，淀粉浆过于粘稠，普鲁兰酶极难同淀粉浆混合均匀，且难以作用。最终确定-淀粉酶酶解优化工艺参数为：液料比41，酶浓度1.68 U/g淀粉，酶解温度为85 ，酶解时间10 min。经SAS软件优化数学模型为：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，使得物料中水分在短时间快速气化，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，淀粉充足糊化，并产生多孔网状结构。这些全部有利于普鲁兰酶脱支作用。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PTETIPPPTEPTITETETETITITIR20.620.8525-0.765-0.013750.15250.0625-0.12375-0.07750.066253.4440464.735563-4.24951-0.051890.5990070.245495-0.46701-0.304410.25001691.400.0183550.005170.0080960.9606260.5752720.8158320.6601360.7730750.812523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全部有显著影响，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。微波糊化优化工艺参数为：功率1.26kW，加热温度92 ，加热时间1 min。经SAS软件优化数学模型为：RS11.132+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百分比越高，淀粉约易老化。普鲁兰酶可催化淀粉分子中-1，6-糖苷键水解，使直链淀粉转变为直链淀粉，从而提升抗性淀粉得率。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4.13 NPUN/g淀粉，酶解温度53.31 ，酶解时间3.26 h。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ETETIEEETEETITETETETITITIR20.01625-0.236250.21-0.8508300.5325-0.72583-0.0625-0.718330.160478-2.333112.073874-5.7083603.718499-4.86972-0.43644-4.809494.890.8787860.0669520.0927820.00230510.0137330.0045940.6807180.004801经SAS软件优化数学模型为：RS13.40333+0.01625E-0.23625T+0.21TI-0.85083+.EE05325ETI-0.72583TETE按以上三部分优化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 结论利用SAS软件和响应面法对对微波-酶法制备抗性淀粉工艺参数进行优化，其优化值为：-淀粉酶酶解优化工艺参数为：液料比4：1，酶解温度为85 ，酶解时间10min，酶浓度1.68 U/g淀粉；微波糊化优化工艺参数为：功率1.26 kW，加热温度92 ，加热时间1 min；普鲁兰酶脱支优化工艺参数为：酶浓度4.13 NPUN/g淀粉，酶解温度53.31 ，酶解时间3.26 h。按上述工艺参数制备抗性淀粉，其得率为13.45%。参考文件1GARCIA-DIZL.I.G. Analysis of resistant starch a method for foods and food productJ. Food Chemidtry,1996,56:445449.2APAR K D,ZBEK B. -Amylase inactivation during corn starch hydrolysis processJ. Process Biochemistry,39:18771892.3李光磊，李新华. 小麦抗性淀粉制备研究J.粮油食品科技，（14）：3133.4王洪燕，周惠明. 抗性淀粉制备研究J.粮油加工，（8）：8587.5郭春锋，张守文. 抗性淀粉生理功效研究进展J.粮油科技，（2）：13.