黃繼紅，楊銘乾，游倩倩，蘇雪鋒，馮軍偉，王 文

（1.河南工業(yè)大學 生物工程學院，河南 鄭州 450001；2.鄭州市中食農產品加工研究院，河南 鄭州 450001）

0 前言

淀粉作為一種重要的原料，被人們廣泛用于工業(yè)生產和食品加工，隨著科學研究的深入，各種各樣淀粉深加工產物得到了人們的廣泛接受和應用.抗性糊精，一種膳食纖維[1]，淀粉深加工產物的重要成員，深受人們喜歡.膳食纖維被稱為人體健康所必需的第七大營養(yǎng)元素[2]，不僅可以用作食品添加劑，同時，也作為一種保健食品，用于治療高血糖，調節(jié)血脂，腸道益生，防御肥胖，有益于維持人們的身體健康[3-6].

抗性糊精的發(fā)展起源于20 世紀80 年代的日本[7]，我國在1995 年之后也開始對其研究.2012年，我國衛(wèi)生部公布抗性糊精為新資源食品.到目前為止，抗性糊精的制備方法各種各樣，如寇秀穎等[8]采用化學改性和高溫焙烤的方法進行抗性糊精的制備，吳勝旭等[9]采用微波法進行制備等，但抗性糊精含量較低或反應不均勻等問題的存在，制約了其發(fā)展.作者采用滾子加熱，即在密閉的滾子中將酸處理過的淀粉進行高溫熱解，密閉高溫產生高壓環(huán)境[10]，克服了傳統(tǒng)工藝的反應不均的問題，同時也有效地提高了產物中抗性糊精的含量.

1 材料與方法

1.1 材料

玉米淀粉（含水14.29%）：成武大地玉米開發(fā)有限公司；濃HCl、Na2HPO4·12H2O、KH2PO4、四水酒石酸鉀鈉、NaOH、Na2SO3、95%的乙醇、苯酚、3，5-二硝基水楊酸均為化學純；耐高溫α-淀粉酶（6 000 u/mL）：財鑫集團；糖化酶（3 300 u/mL）：北京奧博星生物技術有限責任公司；活性炭：重慶飛洋活性炭制造有限公司.

1.2 試驗設備

SHA-C數(shù)顯水浴恒溫振蕩器：金壇華峰儀器有限公司；723N可見分光光度計：上海精密科學儀器有限公司；雷磁pH計PHS-3E：上海精密科學儀器有限公司；湘儀離心機TDZ5-WS多管架自動平衡離心機：河南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司；SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵：鄭州國瑞儀器有限公司；FA12048電子天平：上海精密科學儀器有限公司；GZX-GF-MBS-I型電熱恒溫鼓風干燥機：上海一恒科學儀器有限公司；CRL-BX3型便攜式滾子加熱爐：青島百瑞達石油機械制造有限公司.

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

玉米淀粉→預干燥→噴酸→再干燥→高溫熱解→乳化→耐高溫α-淀粉酶液化→糖化酶糖化→滅酶→脫色→離心→抽濾→醇沉→離心→干燥→成品.

通過預試驗，表明以酸熱處理的方法制備抗性糊精過程中，鹽酸的添加量、滾子加熱溫度、滾子加熱時間及耐高溫α-淀粉酶的添加量是影響抗性糊精含量的主要因素，并設計單因素及響應面試驗以確定抗性糊精制備的最佳條件.

1.3.2 抗性糊精含量的檢測[4]

精確稱量經過干燥的樣品0.25 g，加入0.05 mol/L、pH 6.0 的磷酸緩沖液50 mL 溶解，加入1 mL 耐高溫α-淀粉酶（60 u/mL），在95 ℃下酶解30 min；然后冷卻至室溫，調pH 為4.5，加糖化酶（100 u/mL）1 mL，在60 ℃下反應30 min，升溫至90 ℃滅酶并定容至250 mL，最后用DNS 試劑測還原糖的含量，樣品中抗性糊精的含量的計算公式為：

抗性糊精含量（%）=100-還原糖的含量（%）×0.9.

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 加酸量對抗性糊精含量的影響

準確稱取一定量的玉米淀粉樣品，預干燥后，分別按2%、4%、6%、8%、10%的量噴灑濃度為1%的鹽酸，并與淀粉混合均勻；再次干燥之后，用滾子加熱爐將處理的樣品在170 ℃下密閉高溫滾子加熱1.5 h；然后經調乳，調pH 6.0，分別加入0.04%耐高溫α-淀粉酶，95 ℃高溫酶解0.5 h；再調pH 4.5，60 ℃二次酶解0.5 h；再經滅酶、脫色、離心、抽濾、醇沉、干燥即得產品，產品按1.3.2 中所示方法進行檢測，結果見圖1.

圖1 加酸量對抗性糊精含量的影響

圖1 表明，隨著鹽酸量的增加，抗性糊精的含量也在增加；但是，加酸量的提高，也使得抗性糊精的顏色不斷加深，并且，其口感風味也越來越差，使得后期的處理更加復雜，因此綜合考慮各種影響，確定鹽酸的最佳添加量為8%.

2.1.2 滾子加熱溫度對抗性糊精含量的影響

依據(jù)工藝流程，依次控制加酸量為8%，滾子加熱時間為1.5 h，耐高溫α-淀粉酶添加量為0.04%，分別控制滾子加熱溫度依次為150 ℃、160℃、170 ℃、180 ℃、190 ℃，其他操作與2.1.1 相同，檢測并得到相應結果如圖2 所示.

圖2 滾子加熱溫度對抗性糊精含量的影響

由圖2 可知，隨著溫度的升高，抗性糊精的含量逐漸升高，且在180 ℃之后，抗性糊精含量增長加劇，當溫度超過200 ℃時，密閉條件下，淀粉可能出現(xiàn)焦化熔融的現(xiàn)象，考慮到抗性糊精的品質問題，確定最適熱處理溫度為170 ℃.

2.1.3 滾子加熱時間對抗性糊精含量的影響

依據(jù)工藝流程，控制加酸量為8%，滾子加熱溫度為170 ℃，加酶量為0.04%，按滾子加熱時間分別為0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h、2.5 h 進行抗性糊精的制備，其他操作同2.1.1，檢測結果如圖3 所示.

圖3 滾子加熱時間對抗性糊精含量的影響

由圖3 可以看出，1.5 h 之前，隨著滾子加熱時間的加長，抗性糊精的含量快速增加；當1.5 h之后，抗性糊精的含量變化逐漸趨于平緩，由此可知，在酸熱環(huán)境下，淀粉的裂解重聚反應基本完成，且考慮到能耗問題，確定滾子加熱時間最佳為1.5 h .

2.1.4 耐高溫α-淀粉酶的添加量對抗性糊精含量的影響

同樣，依據(jù)工藝流程，調節(jié)加酸量為8%，滾子加熱溫度為170 ℃，滾子加熱時間為1.5 h，并分別按0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%的量加入耐高溫α-淀粉酶，按2.1.1 所述操作，檢測結果如圖4 所示.

由圖4 可知，當耐高溫α-淀粉酶的添加量小于0.04%時，抗性糊精的含量隨著酶添加量的增加而增加，而酶添加量高于0.04%時，抗性糊精的含量變化漸漸趨于平緩，而為了使酶解更為完全，確定最佳酶添加量為0.04%.

圖4 加酶量對抗性糊精含量的影響

2.2 響應面試驗

根據(jù)單因素試驗選擇試驗條件進行響應面試驗，利用 Design-Expert 8.0.6 軟件進行 Box-Behnken 試驗設計，各因素與水平見表1，每個因素3 個水平，中心點有5 個重復.

表1 響應面試驗因素與水平

Box-Behnken 試驗結果見表2.

以抗性糊精的含量為響應面指標，利用Design-Expert 8.0.6 軟件對表2 中的數(shù)據(jù)進行二次多元回歸擬合，得到加酸量（X1）、溫度（X2）、時間（X3）和加酶量（X4）對抗性糊精的含量（R1）影響的預測方程如下：

響應值二次模型的方差分析及顯著性如表3所示.

由表3 可以看出，模型P＜0.000 1，模型極顯著.失擬項P=0.075 5＞0.05 不顯著，因此二次模型成立，應用此模型可以分析和預測利用滾子熱裂解制備抗性糊精的工藝優(yōu)化.其中一次項X1、X2、X3、X4極顯著，二次項X42極顯著，X32顯著，交互項都不顯著.所以，可以看出加酸量、溫度、時間及加酶量對抗性糊精含量的影響都極為顯著，而各因素之間的交互作用對抗性糊精含量的影響并不明顯.

表2 響應面試驗設計及結果

表3 響應值二次模型的方差分析

圖5 清晰地反映各兩兩因素交互作用對響應值抗性糊精含量的影響，根據(jù)長軸邊指向的因素對響應值的影響大于短軸邊指向的因素，可以看出各因素對響應值影響的大小順序為X2＞X1＞X4＞X3，即溫度＞加酸量＞加酶量＞時間.

利用Design-Expert 8.0.6 軟件，對抗性糊精含量的二次多項式模型進行解逆矩陣[11]，求得4 個因素的最佳工藝參數(shù)為加酸量8%、加熱溫度178.78℃、加熱時間2 h、加酶量0.05%，在此條件下抗性糊精含量的最大預測值為84.63%，該組合并不符合響應面方案中的任一組合.但從試驗操作的方便和效益考慮，對工藝參數(shù)修正為加酸量8%、加熱溫度180 ℃、加熱時間1.5 h、加酶量0.04%，在此條件下抗性糊精的含量為83.97%，實際值與預測值基本相符，表明模型建立合理，預測結果較為準確，此最優(yōu)工藝條件具有可行性.

圖5 各因素交互作用影響的響應曲面和等高線

3 結論

通過單因素優(yōu)化試驗可知，鹽酸的添加量和滾子加熱處理溫度是影響抗性糊精含量的重要因素，而滾子加熱時間和酶添加量僅在較小的范圍內對抗性糊精的含量有影響，當超出一定范圍，該影響將會減小，直至趨近于零.因此，在不影響抗性糊精質量和能耗最少的條件下，應盡可能地提高鹽酸的添加量和滾子加熱處理溫度.通過響應面及實際試驗驗證，最終確定制備抗性糊精的最佳工藝條件為加酸量為8%，滾子加熱溫度為180 ℃，加熱時間為1.5 h，酶添加量為0.04%，得到抗性糊精的含量為83.97%.

盡管此工藝條件相比于傳統(tǒng)的制備工藝很大程度地提高了抗性糊精的含量，滾子加熱處理淀粉原料在抗性糊精的制備中有很好的應用前景，但樣品的進一步提純，如脫色除雜等處理還需進一步研究.

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