董吉林 羅雙群 申瑞玲

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，鄭州 450002)

燕麥糊精脂肪替代品的分離純化及結(jié)構(gòu)特性研究

董吉林 羅雙群 申瑞玲

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，鄭州 450002)

以燕麥糊精為原料，采用柱層析法對(duì)其進(jìn)行了分離純化，研究了燕麥糊精脂肪替代品的結(jié)構(gòu)特性。結(jié)果表明，燕麥糊精經(jīng)DEAE Sepharose Fast Flow陰離子交換樹脂和Sepharose CL－4B凝膠柱分離純化后，不含蛋白質(zhì)和核酸類物質(zhì)，在192 nm處有明顯的糖類物質(zhì)吸收峰。掃描電鏡圖顯示，隨著燕麥糊精的DE值增加，顆粒粒度顯著下降，具有較為明顯的空洞，呈現(xiàn)海綿狀的碎石結(jié)構(gòu)，達(dá)到模擬脂肪口感的要求;X－粉末衍射圖表明，燕麥糊精保留了燕麥淀粉的部分A型特征峰，說(shuō)明水解主要發(fā)生在無(wú)定形區(qū)，結(jié)晶特性未發(fā)生變化。

燕麥糊精 柱層析 微觀結(jié)構(gòu)

過(guò)多攝入油脂會(huì)危害人體健康，增加癌癥的發(fā)病率，容易引起肥胖病、心血管疾病、糖尿病和膽囊疾病等慢性疾病［1］。如何取代食品中的高熱量油脂，減少脂肪的攝入，已成為熱門的研究方向。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家已廣泛使用脂肪替代品替代食品配方中的部分脂肪。麥芽糊精是淀粉的一種輕度水解產(chǎn)物，其葡萄糖當(dāng)量值(DE)＜ 20［2］，有研究表明，低DE值(DE 2～6)的麥芽糊精能形成柔軟的、可伸展的、熱可逆的凝膠，并且入口即溶，使產(chǎn)品產(chǎn)生類似脂肪的口感，因此低DE值的麥芽糊精內(nèi)能夠作為脂肪替代品［3］。

目前，雖然國(guó)內(nèi)外有許多關(guān)于大米［4－5］、玉米淀粉［6］、小麥淀粉［7］以及馬鈴薯淀粉基［8］麥芽糊精性質(zhì)的研究，但還沒(méi)有關(guān)于燕麥糊精脂肪替代品的性質(zhì)研究報(bào)道。本試驗(yàn)分別通過(guò)DEAE Sepharose Fast Flow陰離子交換樹脂和Sepharose CL－4B凝膠色譜柱層析法將酶解所得燕麥糊精進(jìn)行分離純化，然后結(jié)合掃描電子顯微鏡和X－射線衍射儀等現(xiàn)代分析手段對(duì)燕麥糊精與燕麥淀粉的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較分析。

1 材料與方法

1.1 主要材料

耐高溫α－淀粉酶:無(wú)錫杰能科生物工程公司;Sepharose CL －4B、DEAE Sepharose Fast Flow:Pharmacia公司;燕麥糊精:實(shí)驗(yàn)室自制;氯化鈉、濃硫酸、重蒸酚、鹽酸、氫氧化鈉均為分析純。

1.2 主要儀器

TDL－5A型臺(tái)式離心機(jī):上海菲恰爾分析儀器有限公司;RE－52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器:上海亞榮生化儀器廠;BSZ－100型自動(dòng)部份收集儀、HL－2型恒流泵、TH－500梯度混合器:上海滬西分析儀器廠有限公司;LYOVACGT2型真空冷凍干燥儀:德國(guó)SRKSYSTEM TECHNIK公司;UV－2102 PC型分光光度計(jì):上海光譜儀器有限公司;D8Advance型X－射線衍射儀:德國(guó)(Bruker)布魯克公司;JSM－6490LV型掃描電鏡:日本電子株式會(huì)社。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 燕麥糊精的制備工藝流程［9］

燕麥粉→滅內(nèi)源酶→干燥→堿提取除蛋白→過(guò)濾去除篩上物→離心(4 000 r/min，10 min)→沉淀→淀粉漿→耐高溫α－淀粉酶酶解(碘試)→滅活→冷卻→離心(4 000 r/min，10 min)→蒸餾→純化→燕麥糊精→DE值的測(cè)定

DE值測(cè)定:斐林試劑熱滴定法;總糖濃度的測(cè)定:苯酚－硫酸法。

1.3.2 燕麥糊精的分離純化

1.3.2.1 DEAE Sepharose Fast Flow 陰離子交換柱層析(D 2.6 cm ×50 cm)

將冷凍干燥后的燕麥糊精透析3 d，經(jīng)過(guò)DEAE Sepharose Fast Flow陰離子交換柱，分別采用純水和0.1～1.5 mol/L的 NaCl作為洗脫劑分部收集，每管5 mL，流速為60 mL/h，采用苯酚－硫酸法隔管測(cè)定多糖，在280 nm檢測(cè)蛋白質(zhì)，合并多糖單一部分。

1.3.2.2 Sepharose CL －4B 凝膠色譜柱層析(D 1.6 cm×100 cm)

將陰離子交換柱收集到的燕麥糊精溶液進(jìn)行濃縮，然后采用Sepharose CL－4B凝膠色譜柱層析。純水洗脫，進(jìn)樣量5 mL，流速為12 mL/h，每管收集3 mL，苯酚－硫酸法隔管測(cè)定多糖，280 nm處檢測(cè)蛋白質(zhì)，合并多糖單一部分。

1.3.2.3 燕麥糊精的紫外光譜測(cè)定

將純化后所得的燕麥糊精配成一定濃度的溶液，采用UV－2102 PC型紫外－可見分光光度計(jì)進(jìn)行掃描，掃描波長(zhǎng)為190～400 nm，觀察在260 nm、280 nm處是否有吸收。

1.3.3 燕麥糊精的掃描電子顯微鏡觀察

將樣品分散在貼有雙面膠的SEM的樣品臺(tái)上，用吸耳球輕吹使樣品單層鋪于樣品臺(tái)的表面，通過(guò)離子濺射在樣品上噴金后，用掃描電子顯微鏡分別觀察燕麥糊精和燕麥淀粉的形態(tài)結(jié)構(gòu)。1.3.4 燕麥糊精的X－射線衍射分析

用D8Advance型X－射線衍射儀測(cè)定樣品物相。試驗(yàn)條件:輻射源 CuKa，λ=1.541 78 nm，管壓 10 kV，電流 30 mA，掃描范圍為 5°～40°，掃描速度為3.7 °/min。

2 結(jié)果與分析

2.1 燕麥糊精脂肪替代品的分離純化

離子交換柱層析是以具有離子交換功能的物質(zhì)作固定相，利用它與流動(dòng)相中的離子能進(jìn)行可逆的交換性質(zhì)來(lái)分離離子型化合物的一種方法。燕麥糊精粗提物中包含了中性多糖和酸性多糖，因此利用陰離子交換樹脂可以分離中性多糖和酸性多糖，并用氯化鈉梯度洗脫，分離出不同電荷量的酸性多糖。同時(shí)，DEAE－Sepharose Fast Flow具有良好的分子篩效應(yīng)，利用DEAE－Sepharose Fast Flow分離純化燕麥糊精，效果理想，洗脫曲線見圖1。

由圖1可知，粗提燕麥糊精中含有兩種糖組分，分別記為糖A和糖B。糖A為純水洗脫得到，說(shuō)明糖A為中性多糖。由于糖B組分含量較少，未對(duì)其進(jìn)行收集研究。另外，還有一個(gè)蛋白質(zhì)峰，該峰不和糖A重疊，說(shuō)明糖A不是糖蛋白。收集糖A，濃縮后用Sepharose CL－4B凝膠柱層析純化見圖2。

由圖2可見，燕麥糊精經(jīng)Sepharose CL－4B凝膠柱層析洗脫后得到一個(gè)糖組分，且蛋白質(zhì)吸收峰不明顯。對(duì)分離純化后的燕麥糊精進(jìn)行紫外掃描，結(jié)果見圖3。

圖3 燕麥糊精的紫外掃描圖譜

從圖3可以看出，該多糖組分在192 nm附近有明顯吸收峰，表現(xiàn)為糖類物質(zhì)的吸收峰，組分沒(méi)有蛋白質(zhì)的特征吸收峰(280 nm)及核酸的特征吸收峰(260 nm)，說(shuō)明不含有蛋白質(zhì)和核酸類物質(zhì)。

2.2 燕麥糊精的顆粒掃描電鏡觀察結(jié)果

從圖4可知，使用耐高溫α－淀粉酶水解獲得的燕麥糊精與原燕麥淀粉相比具有以下的特點(diǎn):燕麥糊精經(jīng)過(guò)酶的作用下發(fā)生鏈的斷裂，隨著作用時(shí)間增長(zhǎng)，越來(lái)越多的淀粉顆粒產(chǎn)生裂縫和崩裂，淀粉顆粒逐漸被被粉碎成無(wú)數(shù)個(gè)不規(guī)則的小顆粒，產(chǎn)品經(jīng)過(guò)干燥從電鏡可觀察到顆粒形態(tài)不一、淀粉顆粒造成一定度的侵蝕、表面有凹洞和損傷、象不規(guī)則的碎石塊、表面出現(xiàn)了明顯的空洞，形成多孔狀類似海綿狀結(jié)構(gòu)，顆粒直徑明顯下降，這為燕麥糊精固定脂肪提供了大量空間［10］。DE值為5的燕麥糊精顆粒集中在4～10 μm，DE值為13的燕麥糊精主要集中在1～4 μm。

圖4 原燕麥淀粉和燕麥糊精的SEM圖

2.3 燕麥糊精的X－射線衍射法測(cè)定結(jié)果

圖5a為原燕麥淀粉的X－射線衍射譜圖，在2θ角為 15.6 °、17.5 °、17.9 °、20 °和 22.98 °處有較強(qiáng)的特征衍射峰，為A型淀粉。圖5b、圖5c分別為DE值為5和13燕麥糊精的XRD圖，經(jīng)過(guò)酶水解后所得燕麥糊精與原燕麥淀粉相比，峰強(qiáng)減弱了，且部分峰發(fā)生了融合，從圖5還可以看出，DE值越高，XRD的峰融合性越強(qiáng)，但均保留了部分A型特征峰，結(jié)晶性殘留下來(lái)。這表明水解反應(yīng)主要發(fā)生在淀粉的無(wú)定形區(qū)。結(jié)晶性殘留有利于淀粉凝膠的形成［11］。

圖5 原燕麥淀粉和燕麥糊精的XRD圖

3 結(jié)論

對(duì)經(jīng)DEAE Sepharose Fast Flow陰離子交換樹脂和Sepharose CL－4B凝膠柱層析分離純化后的燕麥糊精，采用紫外掃描發(fā)現(xiàn)，該多糖組分在192 nm處有明顯的糖類物質(zhì)吸收峰，且不含有蛋白質(zhì)和核酸類物質(zhì);其SEM圖顯示，DE值為5的燕麥糊精顆粒多呈圓餅狀，且有明顯的分層現(xiàn)象，而DE值為13的燕麥糊精顆粒形態(tài)不一、象不規(guī)則的碎石塊，顆粒度顯著下降，并集中在1～4 μm，且具有較為明顯的空洞，達(dá)到模擬脂肪口感的要求;XRD圖表明，燕麥糊精保留了部分A型特征峰，說(shuō)明水解主要發(fā)生在無(wú)定形區(qū)，結(jié)晶特性未發(fā)生變化。

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Study on Purification and Properties on Oat Dextrin of Fat Substitute

Dong Jiling Luo Shuangqun Shen Ruiling
(College of Food ＆ Bioengineering，Zhengzhou Institute of Light Industry，Zhengzhou 450002)

The paper studied the structure characteristics of oat dextrin of fat substitute purified by column chromatography.The results showed that the oat dextrin had a significant absorption of carbohydrate，but had non － protein and nucleic acid substances after being purified by DEAE Sepharose Fast Flow ion－exchange and Sepharose CL－4B gel－ filtration column chromatography.But there was obvious absorption peak of sugar at 192 nm.The scanning electron microscope pattern showed that the particle became smaller with the higher DE value in relatively sponge like broken stone structure.And it achieved the mimic sense of fat.X － ray diffraction pattern of the oat dextrine retained the typical A －type pattern of oat starch，and it illustrated that the hydrolysis occurred mainly in the amorphous region and the crystallization characteristics had not unchanged.

oat dextrin，column chromatography，microstructure

TS209

A

1003－0174(2011)07－0031－04

河南省農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目(112102110036)

2010－09－14

董吉林，男，1968年出生，副教授，谷物綜合加工利用