超声波—酸解法制备脚板薯抗性淀粉的工艺条件

叶文峰 周秀玲

摘要：以新鲜脚板薯为主要原料，采用超声波及酸处理粗淀粉制备抗性淀粉，以抗性淀粉得率为评价指标，对影响得率的淀粉乳浓度、盐酸用量、超声温度、超声时间4个主要因素进行正交试验，得出制备抗性淀粉的最佳工艺条件：配制浓度为15%的淀粉乳，加入2 mol/L盐酸，用量为1.5%，在超声温度为80 ℃、超声时间为40 min条件下进行酸水解，然后用40 g/L NaOH溶液调节溶液pH值至中性，停止酸解，再在120 ℃下糊化20 min，冷却至3～4 ℃冷藏 20 h，离心，干燥，粉碎过筛。在此工艺条件下，制备的抗性淀粉得率为25.3%。

关键词：脚板薯；超声波；酸解法；工艺条件

中图分类号： TS235.2 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2015）07-0281-03

脚板薯（Dioscorea alata Lirm.sp）别称参薯，属薯蓣属[1]。薯蓣属植物大多具有根状茎或地下块茎，脚板薯鲜红发亮，根茎发达，形如脚掌，故而得名。脚板薯营养丰富且具有药膳功能，不仅含有丰富的淀粉，还含有大量的蛋白质、维生素、黏性多糖、微量元素、皂苷等活性物质[2]。研究发现，脚板薯淀粉含量为73%，其中直链淀粉含量为27.18%，支链淀粉含量为72.82%[3]，具有极大的开发价值。抗性淀粉（RS）是不能被健康人体小肠消化吸收的淀粉及降解物的总称[4]。近几年，学者们对玉米淀粉、马铃薯淀粉、淮山药淀粉、苦荞米淀粉、甘薯淀粉、蚕豆淀粉、银杏淀粉、大米淀粉等进行了研究[5-12]，但关于应用脚板薯淀粉制备抗性淀粉研究在国内尚未见报道。因此，本研究采用超声波-酸解法制备脚板薯抗性淀粉，以抗性淀粉得率作为评价指标，优化脚板薯抗性淀粉工艺条件，旨在为开发利用脚板薯资源提供依据。

1 材料与设备

1.1 材料

脚板薯、氢氧化钠（分析纯）、氢氧化钾（分析纯）、乙酸钠（分析纯）、磷酸氢二钠（分析纯）、柠檬酸（分析纯）、蒽酮（分析纯）、浓硫酸（分析纯）、冰醋酸（分析纯）。10 000 U/g胃蛋白酶、4 000 U/g淀粉酶、100 000 U/g葡萄糖淀粉酶均购自上海源叶生物科技有限公司、1.000 g/L葡萄糖标准溶液、柠檬酸（食用级）。

1.2 设备

中草药粉碎机FY177（天津市泰斯特仪器有限公司）、 TED-双列六孔型恒温水浴锅、L-500低速自动平衡离心机、 BS-223S电子天平（北京赛多利亚仪器系统有限公司）、 DHG-9140A型电热恒温鼓风干燥箱、 UV-2000紫外分光光度计、 SK-1快速匀漿机（江苏中大仪器）。

1.3 方法

1.3.1 脚板薯抗性淀粉制备工艺流程 新鲜脚板薯→削皮切片→烘干→粉碎→95%乙醇浸提→蒸馏水沉降→离心除杂质→烘干→粉碎→脚板薯淀粉→配制一定浓度的淀粉糊→加入一定量的2 mol/L HCl→一定温度下，超声波作用酸水解一定时间→用40 g/L NaOH溶液调节pH值至中性，停止酸解→120 ℃糊化20 min→冷却至3～4 ℃冷藏20 h→离心→干燥→粉碎过筛→成品。

1.3.2 脚板薯中抗性淀粉和总淀粉含量的测定[13-14]

1.3.2.1 脚板薯中总淀粉含量的测定 称取50 mg 脚板薯淀粉放入50 mL离心管中，加入适量4 mol/L KOH，室温下用快速匀浆机匀浆10 min以分散淀粉，加入pH值为4.8的0.4 mol/L 乙酸钠缓冲液，再用2 mol/L HCl调节pH值至45，不断振荡，加入过量100 000 U/g葡萄糖淀粉酶，60 ℃水解45 min；4 000 r/min离心12 min，用蒸馏水清洗残渣；过滤并收集上层清液，定容至100 mL，用蒽酮比色法测定葡萄糖的量。脚板薯总淀粉含量计算公式如下：

脚板薯总淀粉含量=葡萄糖质量×0.9/样品质量×100%。（1）

1.3.2.2 抗性淀粉含量测定[6] 称取2 g粗脚板薯抗性淀粉放入三角瓶中，加入20 mL pH值为2.2的缓冲液（柠檬酸-磷酸氢二钠），均质；38 ℃水浴，加入3 mL胃蛋白酶并加热振荡60 min；冷却至室温，用磷酸氢二钠缓冲液调节pH值至5.7，加入3 mL高温α-淀粉酶，75 ℃恒温水浴中振荡加热 60 min；冷却至室温，用酸调节pH值至4.6，加入过量的葡萄糖淀粉酶，58 ℃恒温水浴中消化20 h，冷却至室温，3 500 r/min 离心15 min，至少水洗4次，最后用无水乙醇洗涤，80 ℃烘干48 h，称质量，得到纯抗性淀粉。脚板薯抗性淀粉得率计算公式如下：

脚板薯抗性淀粉得率=纯抗性淀粉样品质量/（样品质量×总淀粉含量）×100%。（2）

1.3.2.3 脚板薯抗性淀粉制备单因素试验 在脚板薯抗性淀粉制备工艺的酸水解中，选择影响抗性淀粉得率的4个主要因素：超声时间、超声温度、淀粉乳浓度、淀粉乳用酸量。

1.3.2.4 脚板薯抗性淀粉制备工艺条件正交试验 在单因素试验结果的基础上，每个因素筛选3个水平，进行正交试验，以确定最佳的工艺条件。

2 结果与分析

2.1 脚板薯抗性淀粉制备单因素试验

2.1.1 淀粉乳浓度对抗性淀粉得率的影响 为了探索淀粉乳浓度对抗性淀粉得率的影响，将淀粉与水按不同比例混合得到不同浓度的淀粉乳，在超声时间为40 min、超声波温度为70 ℃、2 mol/L盐酸用量为1.5%条件下进行抗性淀粉制备试验（图1）。

从图1可知，当淀粉乳浓度小于15%时，增大淀粉乳浓度可使抗性淀粉得率增大，超过这个比例时抗性淀粉得率下降，主要是因为淀粉能充分糊化，淀粉乳浓度小于15%时淀粉颗粒破裂，溶出较多的支链淀粉、直链淀粉。淀粉乳浓度超过15%时，淀粉乳溶液随浓度的增加得率反而减少，主要是因为淀粉不能充分糊化，淀粉颗粒破裂率降低，直链淀粉与支链淀粉溶出减少。

2.1.2 盐酸用量对抗性淀粉得率的影响 淀粉糊浓度为15%时，在超声时间为40 min、温度为70 ℃条件下，采用不同盐酸用量进行抗性淀粉制备试验（图2）。

从图2可知，当盐酸用量小于1.5%时，随着盐酸用量的增加，抗性淀粉得率逐渐增加。当盐酸用量大于2%时，随着盐酸用量的增加，抗性淀粉得率随之降低，说明随着盐酸用量的增加，水解作用加强，分散的淀粉链难以形成有序排列，导致抗性淀粉得率下降。

2.1.3 超声温度对抗性淀粉得率的影响 在超声波时间为40 min、淀粉乳浓度为15%、2 mol/L盐酸用量为1.5%的条件下，采用不同超声温度进行抗性淀粉制备试验。

从图3可知，随着超声温度升高，抗性淀粉得率也随之升高，这是因为超声波的空化效应所产生的高温高压环境导致淀粉链断裂，当超声波温度达到70 ℃时，抗性淀粉得率达到最大，温度继续升高，抗性淀粉得率增加不明显。

2.1.4 超声时间对抗性淀粉得率的影响 设置不同超声时间，在超声温度为70 ℃、淀粉乳浓度为15%、盐酸用量为1.5%条件下进行抗性淀粉制备试验。

图4表明，随着超声波时间增加，抗性淀粉得率也随之升高，因为超声波加剧了淀粉分子与溶剂分子间的摩擦，溶出的直链淀粉、支链淀粉越多，抗性淀粉得率也越高；但时间超过

40 min时，随着时间的进一步延长，粉分子结构被严重破坏，分子量彻底降解，大部分淀粉分子降解成糊精，不利于抗性淀粉的形成，抗性淀粉产率逐渐降低[12]。

2.2 脚板薯抗性淀制备的最佳工艺确定

为了探索脚板薯抗性淀制备的最佳工艺，在单因素试验基础上，选择淀粉乳浓度、盐酸用量、超声时间及超声温度等4个因素并各设计3个水平（表1），通过正交试验确定最优工艺条件。

由表2可知，脚板薯抗性淀粉得率的影响因素从大到小依次为B>A>D>C。从表3可知，盐酸用量对脚板薯抗性淀粉得率的影响最大，具有显著性，淀粉乳浓度影响次之，超声温度对淀粉得率的影响最小。最优工艺组合为A2B2C3D3，即淀粉乳浓度为15%，盐酸用量为1.5%，超声温度为80 ℃，超声时间为40 min。在此最佳酸水解条件下，抗性淀粉得率为25.3%。

3 结论

本研究结果表明，盐酸用量对抗性淀粉的形成影響很大，脚板薯抗性淀粉最佳制备工艺条件为：配制浓度为15%的淀粉乳，加入2 mol/L盐酸，用量为1.5%，在超声温度为80 ℃、超声时间为40 min条件下进行酸水解，然后用40 g/L NaOH溶液调节pH值至中性，停止酸解，再在120 ℃糊化20 min，冷却至3～4 ℃冷藏20 h，离心，干燥，粉碎过筛。在此工艺条件下，制备的抗性淀粉得率为25.3%。

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