抗性糊精的焙烤制备工艺技术研究

张新武，朱博博，黄继红，杨立新

（1.河南省食品工业科学研究所有限公司，郑州市抗消化淀粉生产技术与应用重点实验室，河南郑州 450053；2.河南农业大学生命科学学院，河南郑州 450002）

0 引言

抗性糊精是淀粉经过糖基转移反应及部分降解得到的糖类混合物，不容易被酶类降解，有助于促进肠道内益生菌生长繁殖、平衡肠道内环境、稳定血糖，是一种良好的膳食纤维。作为新型的低热量葡聚糖，抗性糊精具备比原料淀粉更为复杂的分支结构。这是因为淀粉在被处理的过程中，其分子内的还原性葡萄糖端基发生分子内脱水或是葡萄糖残基解离并转移到任意羟基[1]。因此，抗性糊精分子中具备α-1,3、α-1,2键相连的葡萄糖苷结构，缩葡聚糖和β-1,6葡萄糖苷结构[2]，这些复杂的结构决定了其具有独特的功能和良好的物性。抗性糊精的分子结构中还含有多种亲水基团、活性基团，特异的空间构象使其具有很强的持水力、吸附能力与黏性等，并且不容易被酶类降解，可长期停留在人体肠道内，有利于肠道内益生菌生长繁殖、平衡肠道内环境、改善消化道的功能、可有效预防多种肠道疾病，有助于稳定血糖、调节血脂。目前，随着生活水平的提升，人们更加重视食品安全问题，也更青睐于具有保健功能的食品。目前，抗性糊精以其低热量、丰富的膳食纤维含量、有效预防多种疾病等优点，引起了广大科研工作者的关注[3]。就目前抗性糊精的应用来说，已经普及到调味品、各种饮品、食品添加剂、保健品、肉制品、面制品等的生产中，与人们的日常生活有了愈来愈密切的关系，使得抗性糊精有良好的市场和广阔的发展前景[4-5]。

20世纪80年代末，日本科学家采用酸热法制备抗性糊精[6]，即在120～200℃的条件下，用质量分数为1.0%的盐酸稀溶液来处理淀粉，这种方法处理淀粉后所得到的糊精产品的纯度大约为60%[7-9]。20世纪90年代，我国开始研究抗性糊精的制备方法、良好物性的应用等问题。运用传统工艺制取抗性糊精的方式大多以酸热法为主：首先把淀粉原料浸泡在一定浓度的酸溶液中，并进行搅拌使其均匀混合，将混匀的物料加热一段时间，在酸热条件下，使得淀粉先转化分解形成焦糊精。将溶液过滤后再进行预干燥、粉碎、高温焙烤。上述一系列操作结束后，在处理过的淀粉原料中加入清水并调成乳状，依次加入液化酶和糖化酶进行酶解，酶解后水浴加热灭酶，之后进行脱色、离子交换等方法除去杂质，离心并将上清液收集起来，进行浓缩和喷雾干燥[10-12]。抗性糊精的酸热制备工艺耗时耗能，且在后期处理过程中造成环境污染和能源浪费。且在国内，使用传统方法制得的产品中，总膳食纤维的质量分数大约为50%，剩余部分是容易被消化的葡萄糖、麦芽糖等，由于这些物质的存在，很大程度上降低了抗性糊精的生理功能[13]。因此，如何能更高效地制备抗性糊精且最小程度引起环境问题是抗性糊精制备过程中亟待解决的问题。近年来，人们致力于研究能够提高抗性糊精的转化效率并减少能源消耗与环境污染的新方法。

以含水量为12%的玉米淀粉为原料，采用高温焙烤法来制备抗性糊精。原料经预干燥，至其含水量低于5%，高温焙烤后，采用乙醇沉淀法初步检测抗性糊精的生成，进一步利用DNS比色法测定抗性糊精的含量，探究加热时间、加热温度、物料层的厚度对抗性糊精转化效率的影响。

1 材料试剂与仪器

1.1 材料

玉米淀粉，河南鑫源生物科技有限公司提供；α-淀粉酶（2 000 U/mL）、糖化酶（100 000 U/mL），河南仰韶生化工程有限公司提供。

1.2 主要试剂

3,5-二硝基水杨酸、氢氧化钠、盐酸、碘、碘化钾、葡萄糖、乙醇、酚酞等均为分析纯，上海国药集团化学试剂有限公司提供。

1.3 主要仪器

CK-15B型电烤箱，佛山市伟仕达电器实业有限公司产品；9070(A)型电热鼓风干燥箱，南京沃环科技实业有限公司产品；PHS-3E型雷磁pH计，上海仪电科学仪器股份有限公司产品；SHA-C型恒温振荡器，常州市中贝仪器有限公司产品；FA2004N型电子天平，上海菁海仪器有限公司产品；78-1型磁力加热搅拌器，常州翔天实验仪器厂产品；723N型可见分光光度计，上海精密仪器仪表有限公司产品。

1.4 工艺流程

1.4.1 抗性糊精的转化

（1）玉米淀粉置于烘箱中预干燥，使其含水量降至5%以下。

（2）设置烤箱加热温度、时间及方式，高温焙烤。

（3） 称取2 g冷却后物料溶解于100 mL水中，利用磁力搅拌器搅拌并观察其溶解度、溶液外观，之后将物料收集于自封袋中，做好标记，拍照记录。

1.4.2 制备工艺的优化

（1）物料层的厚度对抗性糊精含量的影响。分别称取20，50，100 g干燥后的玉米淀粉于200℃条件下加热2 h，采用DNS比色法检测抗性糊精含量，以确定最适物料的量。

（2）温度对抗性糊精含量的影响。称取50 g干燥后的玉米淀粉，加热温度分别为190，200，210℃，加热时间为2 h，采用DNS比色法检测抗性糊精含量，以确定最佳加热温度。

（3）加热时间对抗性糊精含量的影响。称取50 g干燥后的玉米淀粉，加热时间分别为0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 h，加热温度为200℃，采用DNS比色法检测抗性糊精含量，以确定最佳加热温度。

（4）制备工艺的优化研究。抗性糊精的制备受多个因素影响，为得到最优工艺组合，在单因素试验的基础上，按L9（34）设计正交试验。

试验因素与水平设计见表1。

表1 试验因素与水平设计

1.5 分析方法

1.5.1 乙醇沉淀法初步检测

待上述样品溶解液静置10 min，取10 mL样品上清液加入4倍体积的无水乙醇，观察絮状沉淀的产生。

1.5.2 抗性糊精的DNS比色法含量检测

（1）绘制葡萄糖标准曲线。用分析天平精确称取0.10 g干燥的葡萄糖置于锥形瓶中，在锥形瓶中加入蒸馏水溶解，玻璃棒引流将溶液转移至规格为100 mL的容量瓶并定容至100 mL（多次清洗锥形瓶），制得质量浓度为1.0 mg/mL葡萄糖标准溶液。取9支规格为15 mm×180 mm的试管，依照表2所示的量加入1.0 mg/mL的葡萄糖标准溶液和蒸馏水。

葡萄糖标准曲线绘制配比见表2。

加入试剂后，将试管中溶液充分混匀，在沸水中加热5 min后取出置于冷水中冷却至室温，再向每个试管加入21.5 mL蒸馏水，振荡摇匀。测定波长为540 nm时的吸光度。

（2）抗性糊精含量的测定。将经无水乙醇沉淀所得的样品收集，置于烘箱中烘干。准确称取0.25 g经烘箱烘干后的样品，加入50 mL浓度为0.05 mol/L，pH值为6.0的磷酸盐缓冲液，在锥形瓶中充分溶解，用移液枪加1.0 mL耐高温α-淀粉酶（60 U/mL），涡旋振荡使其充分混匀，然后于95℃恒温振荡器中振荡30 min，冷却至室温，将pH值调为4.5，加1.0 mL糖化酶（100 U/mL），于60℃水浴加热振荡30 min，升温至90℃灭酶并定容至250 mL。从容量瓶中移取1 mL溶液至规格为25 mL的试管中，加入1 mL蒸馏水、1.5 mL DNS溶液，沸水浴加热5 min，冷却至室温后定容至25 mL，充分混匀，于波长540 nm处测定吸光度。

抗性糊精含量（%）=100-还原糖的含量（%）×0.9

式中：Y——吸光度；

M——试样质量，g。

表2 葡萄糖标准曲线绘制配比

2 结果与分析

2.1 DNS法测定抗性糊精含量结果与分析

2.1.1 绘制葡萄糖标准曲线

以葡萄糖含量（mg）为横坐标、测定的吸收光作为纵坐标，绘制葡萄糖标准曲线。

葡萄糖标准曲线见图1。

图1 葡萄糖标准曲线

2.1.2 物料质量对抗性糊精含量的影响

分别取20，50，100 g玉米淀粉为原料，干燥处理后，设定加热温度200℃，加热时间2 h，分析物料质量的不同对抗性糊精的含量影响。

物料质量对抗性糊精含量的影响见图2，20 g（a），50 g（b） 和100 g（c） 玉米淀粉经焙烤溶解后外观见图3。

由图2和图3可知，物料质量越大，物料层越厚，物料不容易充分受热，在加热时间和温度相同的条件下，物料质量越大，抗性糊精的转化效率越低，且受热不均匀。但由于20 g焙烤后溶于水颜色过深，故采用物料质量为50 g。

2.1.3 加热温度对抗性糊精含量的影响

将试验材料玉米淀粉置于烘箱中干燥至含水量降至标准，准确称取50 g均匀平铺在托盘上置于烤箱内，保证其他试验条件不变，分别设置190，200，210℃3个温度梯度，将烘干后的物料加热2 h，温度对抗性糊精含量的影响。

加热温度对抗性糊精含量的影响见图4。

图2 物料质量对抗性糊精含量的影响

图3 20 g（a），50 g（b） 和100 g（c） 玉米淀粉经焙烤溶解后外观

图4 加热温度对抗性糊精含量的影响

由图4可知，随着加热温度的升高，抗性糊精的含量也逐渐升高。当温度为210℃时，抗性糊精含量较200℃提高了0.8%，但是此时产品颜色已略显深黄，不宜于后期脱色处理且产品色泽不够好，从试验效果与耗能等角度考虑，在此试验条件下，抗性糊精最适宜的转化温度为200℃。

2.1.4 加热时间对抗性糊精含量的影响

取50 g玉米淀粉为原料，经干燥处理后，设定加热温度为200℃，保持其他试验条件不变，分析处理时间不同对抗性糊精的含量影响。

加热时间对抗性糊精含量的影响见图5。

图5 加热时间对抗性糊精含量的影响

由图5可知，在保持其他条件一致的情况下，随着加热时间的延长，抗性糊精的含量也增加，在2.5 h时抗性糊精含量已达到84.8%。若再延长加热时间，不仅耗能高，也会破坏产品的色泽等外观，所以加热时间以2.5 h为宜。

2.2 最优组合的选择

以上单因素试验结果表明，物料质量、加热时间、加热温度对经处理后的原料淀粉中抗性糊精的含量均有影响，以此设计三因素三水平正交试验（以抗性糊精含量为指标，以物料的量、加热时间、加热温度为因素）。

正交试验结果见表3。

表3 正交试验结果

极差分析结果表明，各因素对抗性糊精含量影响的主次顺序为A＞C＞B，优化组合为A3B2C1。即加热温度210℃，加热时间1.5 h，物料质量20 g为焙烤法制备抗性糊精的最优组合，所制备的产品中抗性糊精的含量可高达83.9%。

3 结论

作为新兴的膳食纤维食品，抗性糊精不仅具有食品原材料可以直接用于食品加工生产中的特点[14]，还具有抗消化能力强、热量低、耐酸耐热的特点，能够有效降低血糖血脂、促进肠胃消化、促进肠道内益生菌的生长繁殖，利于多种肠道疾病的预防[4，6]，是一种有益于人体的新型食品添加剂，丰富食品中的膳食纤维。近年来，国内的难消化糊精主要作为原料用于生产制取高膳食纤维健康食品[13，15]，随着收入的增加、生活品质的提高，人们愈来愈关心健康饮食的问题，愈来愈重视食品保健功能，我国相关生产企业也越来越重视抗性糊精的生产制备。试验结果显示，物料质量、加热温度、加热时间对制备抗性糊精均有影响，通过三因素三水平正交试验，得到制备抗性糊精的最适条件是玉米淀粉20 g，加热温度210℃，加热时间1.5 h，制备的产品中抗性糊精含量可高达83.9%，但外观还需改善。随着科技的高速发展，生产制备抗性糊精的方法在逐步优化，抗性糊精良好物性的应用也在不断创新改进；加之制取抗性糊精的原料淀粉来源广、容易获得且价格低廉，制备工艺可靠无害。因此，抗性糊精会在食品行业中发挥愈来愈重要的作用，发展前景极为广阔。