任海斌 肖志剛, 趙 妍 王 鵬 楊慶余 解夢(mèng)汐 劉春景 許 巖 白俊堃

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院1，哈爾濱 150030) (沈陽師范大學(xué)糧食學(xué)院2，沈陽 110034)

擠壓-酶解聯(lián)用抗性淀粉制備工藝的優(yōu)化研究

任海斌1肖志剛1,2趙 妍1王 鵬1楊慶余1解夢(mèng)汐2劉春景1許 巖1白俊堃1

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院1，哈爾濱 150030) (沈陽師范大學(xué)糧食學(xué)院2，沈陽 110034)

為制備高含量抗性淀粉，以玉米淀粉為原料，采用雙螺桿擠壓機(jī)擠壓預(yù)處理與普魯蘭酶酶解技術(shù)聯(lián)用的方法，研究了擠壓參數(shù)物料含水量、螺桿轉(zhuǎn)速、機(jī)筒溫度和喂料速度對(duì)抗性淀粉含量的影響。通過線性回歸分析確定最優(yōu)工藝條件為：物料含水率20%、螺桿轉(zhuǎn)速300 r/min、機(jī)筒溫度145 ℃、喂料速度37.5 kg/h，在此條件下抗性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)(24.72±0.87)%。通過樣品中直鏈淀粉含量、抗性淀粉含量、掃描電鏡圖和X-射線衍射圖對(duì)比，說明擠壓-酶解聯(lián)用技術(shù)制備的淀粉直鏈淀粉含量和抗性淀粉含量增加，淀粉顆粒形成大小不勻的多孔疏松結(jié)構(gòu)，淀粉晶體類型由A型轉(zhuǎn)變?yōu)锽+V型。

擠壓膨化 普魯蘭酶 抗性淀粉 線性回歸 淀粉晶體類型

抗性淀粉(Resistant Starch，RS)是指在健康人的小腸內(nèi)不被吸收，但可在大腸內(nèi)經(jīng)過微菌群發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸(如乙酸、丙酸和丁酸)和氣體[1-3]的一類淀粉及淀粉分解物的總和。抗性淀粉包括 RS1(物理包埋淀粉， Physically Trapped Starch)、RS2(抗性淀粉顆粒， Resistant Starch Granules)、RS3(回生淀粉， Retrograded Starch) 和 RS4(化學(xué)改性淀粉， Chemically Modified Starch)[4-5]，其在預(yù)防糖尿病、肥胖癥、心腦血管疾病以及直結(jié)腸癌等方面具有特殊的功效[6-7]。

RS3一般是指糊化后的淀粉在冷卻或儲(chǔ)存過程中發(fā)生重結(jié)晶，形成更穩(wěn)定的氫鍵，產(chǎn)生抗酶解的特性。RS3制備過程比較容易控制，而且不存在安全問題，是最具發(fā)展前途的一類抗性淀粉。RS3常見制備方法有壓熱循環(huán)法、普魯蘭酶酶解法和微波輻射法，但其制備成本較高，抗性淀粉含量提高程度較低[8-11]。

擠壓膨化技術(shù)是食品加工新技術(shù)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于食品工業(yè)[12-15]。在高溫、高壓、高剪切力環(huán)境下，淀粉分子間的氫鍵斷裂，淀粉發(fā)生糊化、降解，生成小分子量物質(zhì)[16]，淀粉結(jié)構(gòu)的破壞、短鏈淀粉的形成和直鏈淀粉含量的增加均有利于酶解和回生過程的進(jìn)行，易于形成抗性淀粉。

本研究通過擠壓預(yù)處理玉米淀粉，再經(jīng)普魯蘭酶酶解的方法制備抗性淀粉。設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)和旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)，以期獲得抗性淀粉制備的最優(yōu)工藝條件和線性回歸方程，為進(jìn)一步研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

玉米淀粉[淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)(85.99±0.02)%，含水量(11.91±0.03)%]：長春大成玉米開發(fā)有限公司；普魯蘭酶(1 U/mg)：上海瑞永生物有限公司；胰α-淀粉酶(50 U/mg)、葡萄糖淀粉苷酶(400U/mg)：SIGMA公司；葡萄糖氧化酶測(cè)定試劑盒：中生北控生物科技股份有限公司。

1.2 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

DS56-Ⅲ型雙螺桿擠壓機(jī)：濟(jì)南賽信膨化機(jī)械有限公司；UV-9000紫外可見分光光度計(jì)：上海元析儀器有限公司；冷凍干燥器：SIM公司； MPDDY2094X-射線衍射儀：荷蘭帕納科公司；電子顯微鏡：日本Hitachi公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

調(diào)整淀粉含水量，并充分混合均勻。調(diào)節(jié)雙螺桿擠壓機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速、喂料速度、機(jī)筒溫度并擠壓玉米淀粉，擠壓產(chǎn)物在60 ℃鼓風(fēng)干燥12 h后粉碎，過100目篩。擠壓淀粉粉末溶于乙酸鈉緩沖液(0.1 mol/L，pH 5.3)中，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%淀粉乳，將淀粉乳在沸水浴中加熱10 min，使淀粉糊化，待冷卻至室溫后加普魯蘭酶40 U/g并充分混合，在60 ℃的振蕩水浴10 h。所得酶解液在121 ℃烘干20 min，然后在4 ℃儲(chǔ)存24 h，隨后冷凍干燥，得到擠壓酶解淀粉樣品。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

以雙螺桿擠壓機(jī)的物料含水量、螺桿轉(zhuǎn)速、機(jī)筒溫度、喂料速度為因素，抗性淀粉含量為指標(biāo)考查各因素對(duì)抗性淀粉含量影響。單因素變化值分別為:物料含水量10%、15%、20%、25%、30%、35%，螺桿轉(zhuǎn)速180、220、260、300、340 r/min，機(jī)筒溫度100、125、150、175、200 ℃，喂料速度30、35、40、45、50 kg/h。

1.3.3 旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)

基于單因素研究結(jié)果，采用可旋轉(zhuǎn)中心組合設(shè)計(jì)方法進(jìn)行試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，以物料含水量、螺桿轉(zhuǎn)速、機(jī)筒溫度、喂料速度4個(gè)因素為自變量，以抗性淀粉含量為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)了四因素五水平(12個(gè)中心點(diǎn))的旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)，因素水平編碼表見表1。

表1 因素水平編碼表

1.3.4 抗性淀粉含量測(cè)定方法

根據(jù)AOAC[16]方法測(cè)量樣品抗性淀粉含量。稱取(100±5) mg樣品，放入帶螺旋蓋的16 mm×125 mm塑料試管中。向每個(gè)樣品試管加入4 mL胰α-淀粉酶(10 mg/mL)+AGM(3 U/mL)混合工作溶液，充分混勻，然后將試管水平置于37 ℃水浴，轉(zhuǎn)速200 次/min，16 h后加入4 mL無水乙醇，充分混勻后，于4 ℃、1 500 g條件下離心10 min，棄去上清液。用2 mL 50%乙醇重新洗滌沉淀物，充分混勻，再加入6 mL 50%乙醇，混勻后于1 500 g離心機(jī)上離心10 min(4 ℃)，棄去上清液再重復(fù)該步驟1次。

在各試管中加入1根5 mm×5 mm磁力棒和2 mL KOH(2 mol/L)溶液，并于冰浴中用磁力棒攪拌20 min，以洗滌和溶解抗性淀粉顆粒。然后向每個(gè)試管加入8 mL乙酸鈉緩沖溶液(1.2 mol/L，pH 3.8)，攪拌混勻后立即加入0.1 mL AGM(3 300U/mL)，混勻后將試管置于50 ℃水浴中振蕩30 min，取上清液用葡萄糖氧化酶試劑盒測(cè)定葡萄糖含量?？剐缘矸酆坑?jì)算公式：

RS/(g/100 g樣品)=ΔA×F×(100/0.1)×(1/1 000)×(100/W)×(162/180)

式中：ΔA為樣品平均吸光度；F為100 μg除以100 μg葡萄糖在葡萄糖氧化酶法條件下測(cè)定的吸光度值；W為樣品質(zhì)量/g，162/180為游離葡萄糖-淀粉量轉(zhuǎn)化系數(shù)。

1.3.5 工藝對(duì)照試驗(yàn)

分別比對(duì)原玉米淀粉(N)、擠壓玉米淀粉(Ex)、原玉米淀粉酶解樣品(N-E)、擠壓玉米酶解樣品(Ex-E)的抗性淀粉含量、直鏈淀粉含量、掃描電鏡圖和X射線衍射圖，對(duì)照工藝對(duì)淀粉結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響。擠壓玉米淀粉(Ex)和擠壓玉米酶解樣品(Ex-E)的擠壓條件均為優(yōu)化后的條件。

直鏈淀粉含量測(cè)定根據(jù)NY/T55—1987測(cè)定。

掃描電鏡(SEM) 測(cè)定方法：粉末樣品撒在雙面膠帶放在鋁板上，并覆蓋著金鈀層，于倍率500～1 500，對(duì)樣品進(jìn)行形態(tài)學(xué)特性評(píng)價(jià)。

X射線衍射法:取過200 目篩的少量絕干淀粉，固定于載玻片上于X-射線衍射儀中分析，掃描范圍2θ=4°～40°，掃描速率5(°)/min，電壓40 kV，電流30 mA[17]。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

單因素試驗(yàn)測(cè)量3次，利用SPSS 20.0進(jìn)行單因素方差分析，比較數(shù)據(jù)顯著性。旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)利用SPSS 20.0進(jìn)行線性回歸分析，得到模型常量標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)及顯著性水平。應(yīng)用MATLAB軟件確定回歸方程得出最優(yōu)條件，用Origin85繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 物料含水量

調(diào)節(jié)螺桿轉(zhuǎn)速為260 r/min、機(jī)筒溫度為150 ℃、喂料速度為40 kg/h，考察物料含水量分別為10%、15%、20%、25%、30%、35%時(shí)抗性淀粉含量的變化趨勢(shì)(圖1)。

從圖1可以看出，物料含水量在10%～20%時(shí)，抗性淀粉含量隨著水分的增加而顯著增加(P<0.05)，在20%到35%時(shí)抗性淀粉含量呈顯著下降趨勢(shì)(P<0.05)。物料含水量在10%～20%時(shí)，淀粉在機(jī)筒內(nèi)受強(qiáng)制流動(dòng)的阻力較大，剪切作用加強(qiáng)，淀粉的糊化度較大，淀粉的孔穴坍塌，表面積增大[18]，形成的擠壓淀粉產(chǎn)物因具有更多的酶解作用位點(diǎn)，更容易被普魯蘭酶接觸；另一方面剪切力作用下部分支鏈淀粉節(jié)點(diǎn)斷裂形成更多直鏈淀粉，直鏈淀粉的回生會(huì)對(duì)支鏈淀粉及淀粉的回生起到促進(jìn)作用，從而形成較高含量的抗性淀粉[19]。在高物料含水量20%～35%時(shí)，水分可起到潤滑作用，因此淀粉在擠壓機(jī)內(nèi)所受的剪切強(qiáng)度降低，擠壓機(jī)對(duì)淀粉分子間氫鍵的破壞減弱，淀粉糊化度呈減小的趨勢(shì)，造成酶解回生后抗性淀粉含量顯著下降(P<0.05)。根據(jù)抗性淀粉含量變化及其顯著性，選取20%為后續(xù)單因素條件，選取10%～30%為旋轉(zhuǎn)正交研究范圍。

2.1.2 螺桿轉(zhuǎn)速

調(diào)節(jié)物料含水量為20%、機(jī)筒溫度為 150℃、喂料速度為40 kg/h，考察螺桿轉(zhuǎn)速分別為180、220、260、300、340 r/min時(shí)抗性淀粉含量的變化趨勢(shì)。

從圖1可以看出，螺桿轉(zhuǎn)速在180～300 r/min時(shí)，抗性淀粉含量除了220 r/min有不顯著(P>0.05)下降外，都隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加而顯著(P<0.05)增加，在螺桿轉(zhuǎn)速在300～340 r/min時(shí)抗性淀粉含量呈顯著(P<0.05)下降趨勢(shì)。螺桿轉(zhuǎn)速在160～220 r/min范圍內(nèi)時(shí)，螺桿轉(zhuǎn)速較低時(shí)，淀粉所承受的剪切作用低，抗性淀粉含量變化不顯著(P>0.05)。隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，淀粉與螺桿以及機(jī)筒之間的摩擦和剪切作用增大，加速了淀粉顆粒的分解、糊化和直鏈淀粉降解[20]，抗性淀粉含量隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加而顯著增加(P<0.05)；但是螺桿轉(zhuǎn)速高于300 r/min時(shí)，物料在機(jī)筒內(nèi)停留時(shí)間縮短，糊化剪切作用減弱，抗性淀粉含量隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加而顯著降低(P<0.05)。根據(jù)抗性淀粉含量變化及其顯著性，選取300 r/min為后續(xù)單因素條件，選取260～340 r/min為旋轉(zhuǎn)正交研究范圍。

注：相同字母表示差異不顯著(P>0.05)，不同字母表示差異顯著(P<0.05)。圖1 單因素對(duì)抗性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

2.1.3 機(jī)筒溫度

調(diào)節(jié)物料含水量為20%、螺桿轉(zhuǎn)速為300 r/min、喂料速度為40 kg/h，考察機(jī)筒溫度分別為100、125、150、175、200 ℃時(shí)抗性淀粉含量的變化趨勢(shì)。

從圖1可以看出，機(jī)筒溫度在100～150 ℃時(shí)抗性淀粉含量隨著機(jī)筒溫度的增加而顯著增加(P<0.05)，在150～200 ℃時(shí)抗性淀粉含量呈顯著下降(P<0.05)趨勢(shì)。機(jī)筒溫度在100～150 ℃范圍內(nèi)時(shí)，淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞，螺旋結(jié)構(gòu)展開，直鏈淀粉游離出來，從而加速了老化過程中直鏈淀粉分子間的結(jié)晶[21]，提高抗性淀粉含量；另一方面這種糊化作用可以為普魯蘭酶酶解提供有利的作用位點(diǎn)，加快酶反應(yīng)效率，提高抗性淀粉含量。機(jī)筒溫度在150～200 ℃范圍內(nèi)，溫度過高，有可能引起淀粉降解形成寡糖或葡萄糖，導(dǎo)致淀粉聚合度的進(jìn)一步減少，不利于老化過程中直鏈淀粉分子間的結(jié)晶，從而使抗性淀粉含量的顯著(P<0.05)下降。根據(jù)抗性淀粉含量變化及其顯著性，選取150 ℃為后續(xù)單因素條件，選取120～180 ℃為旋轉(zhuǎn)正交研究范圍。

2.1.4 喂料速度

調(diào)節(jié)物料含水率為20%、螺桿轉(zhuǎn)速為300r/min、機(jī)筒溫度為150 ℃，考察喂料速度分別為30、35、40、45、50 kg/h時(shí)抗性淀粉含量隨喂料速度的變化趨勢(shì)。

從圖1可以看出，喂料速度在30～35 kg/h時(shí)抗性淀粉含量隨著喂料速度的增加變化不顯著(P>0.05)，喂料速度在35～40 kg/h時(shí)抗性淀粉含量呈顯著增加(P<0.05)趨勢(shì)，喂料速度在40～50 kg/h時(shí)抗性淀粉含量隨著喂料速度的增加變化不顯著(P>0.05)。喂料量的多少可影響淀粉在擠壓機(jī)腔中的填充程度和停留時(shí)間，從而影響抗性淀粉含量。在30～35 kg/h范圍內(nèi)，增大喂料速度會(huì)引起擠壓機(jī)腔體內(nèi)填充物增多，對(duì)淀粉的剪切程度增強(qiáng)，淀粉糊化度增大，促進(jìn)普魯蘭酶的酶解作用，從而形成更多含量的抗性淀粉。喂料速度在40～50 kg/h時(shí)，由于在一定的螺桿轉(zhuǎn)速條件下，進(jìn)一步提高進(jìn)料速度，淀粉不能全部進(jìn)入機(jī)筒，所以增加喂料速度不會(huì)改變淀粉在擠壓機(jī)腔內(nèi)的狀態(tài)，所以抗性淀粉變化不顯著(P>0.05)。根據(jù)抗性淀粉含量變化及其顯著性，選取喂料速度35～45 kg/h為旋轉(zhuǎn)正交研究范圍。

2.2 旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)

2.2.1 旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)結(jié)果

采用L36(54)正交表進(jìn)行四因素五水平旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)，旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)結(jié)果見表2 。

表2 旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

2.2.2 線性回歸方程與方差分析結(jié)果

采用SPSS線性回歸分析，得出線性回歸模型方差統(tǒng)計(jì)見表3，線性回歸模型常量見表4，線性回歸模型見表5。

表3 線性回歸模型方差統(tǒng)計(jì)

注：a為預(yù)測(cè)變量：(常量)，X4X4，X3X4，X3X3，X2X3，X2X2，X1X4，X1X3，X1X2，X1X1，X4，X3，X2，X1。

由表3可以看出，模型P值小于0.01，模型方程極顯著，失擬P值大于0.05不顯著，并且該模型R2=0.986(大于0.800)，說明該方程與試驗(yàn)擬合良好，自變量與響應(yīng)值之間線性關(guān)系顯著，試驗(yàn)誤差小，模型能較好地反映數(shù)據(jù)規(guī)律，同時(shí)此模型能充分地表明各因素之間的關(guān)系。

表4 線性回歸模型常量

注：**表示P<0.01，模型方程極顯著；*表示P<0.05，模型方程顯著。

表5 線性回歸模型匯總

注：a 預(yù)測(cè)變量: (常量),X3X3。b 預(yù)測(cè)變量: (常量),X3X3,X2X2。c 預(yù)測(cè)變量: (常量),X3X3,X2X2,X3。d 預(yù)測(cè)變量: (常量),X3X3,X2X2,X3,X2。e 預(yù)測(cè)變量: (常量),X3X3,X2X2,X3,X2,X1X1。f 預(yù)測(cè)變量: (常量),X3X3,X2X2,X3,X2,X1X1,X3X4。g 預(yù)測(cè)變量: (常量),X3X3,X2X2,X3,X2,X1X1,X3X4,X1。h 預(yù)測(cè)變量: (常量),X3X3,X2X2,X3,X2,X1X1,X3X4,X1,X2X3。

由表4線性回歸及常量，X1、X2、X3、X1X2、X3X4、X12、X22、X32項(xiàng)對(duì)抗性淀粉含量有顯著影響，其他因素影響不顯著。由t值檢驗(yàn)可以得到因素貢獻(xiàn)率為：X3>X2>X1>X4，即機(jī)筒溫度>螺桿轉(zhuǎn)速>物料含水率>喂料速度。

根據(jù)SPSS計(jì)算模型匯總R2和顯著性數(shù)據(jù)，選取模型7，經(jīng)整理剔除不顯著項(xiàng)后，得到以X1、X2、X3、X3X4、X12、X22、X32為常量的擠壓-酶解抗性淀粉含量回歸方程。

Y=25.829-0.055X1+1.029X2-1.061X3+0.697X3X4-0.868X12-2.462X22-3.231X32

2.2.3 數(shù)值模型最優(yōu)條件的確立

利用MATLAB軟件進(jìn)一步對(duì)模型方程進(jìn)行分析，獲得最優(yōu)擠壓條件為：物料含水量19.06%、螺桿轉(zhuǎn)速304.79 r/min、機(jī)筒溫度142.62 ℃、喂料速度37.5 kg/h，抗性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到理論最大值26.37%?？紤]到試驗(yàn)條件的可操作性，將最終條件修正為：物料含水率20%、螺桿轉(zhuǎn)速300 r/min、機(jī)筒溫度145 ℃、喂料速度37.5 kg/h。

2.2.4 數(shù)值模型的驗(yàn)證

為了考察抗性淀粉含量模型方程的可靠性，選5組具有代表性的擠壓加工參數(shù)組合，分別通過數(shù)值模型方程對(duì)抗性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)并驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知，通過數(shù)值模型方程對(duì)抗性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差均小于5%，說明本試驗(yàn)所建立的擠壓-酶解抗性淀粉含量數(shù)值模型方程是可靠的，可以通過數(shù)值模型方程對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。

2.3 工藝對(duì)照試驗(yàn)

2.3.1 抗性淀粉和直鏈淀粉含量對(duì)照

抗性淀粉和直鏈淀粉含量分析結(jié)果見表7。

樣品N-E和Ex-E與N和Ex相比較直鏈淀粉含量和抗性淀粉含量均顯著增加(P<0.05)，這是由于在普魯蘭酶可以水解直鏈和支鏈淀粉分子中的α-1,6 糖苷鍵，從而使淀粉的水解產(chǎn)物中含有更多的游離的直鏈淀粉分子。在淀粉的老化過程中，更多的直鏈淀粉雙螺旋相互締合，形成高抗性的晶體結(jié)構(gòu)，使抗性淀粉含量提高[22-23]。

表7 抗性淀粉和直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%

注：相同字母表示差異不顯著(P>0.05)，不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

樣品Ex和N相比較直鏈淀粉含量顯著增加(P<0.05)，抗性淀粉含量顯著減少(P<0.05)。這是由于在擠壓過程中高壓、高溫、高剪切力作用下淀粉顆粒破裂，結(jié)晶結(jié)構(gòu)破壞，所以抗性淀粉含量減少；同時(shí)一部分支鏈淀粉節(jié)點(diǎn)斷裂，形成直鏈淀粉，因此直鏈淀粉含量增加。樣品N-E和Ex-E相比較直鏈淀粉含量顯著增加(P<0.05)，抗性淀粉含量也顯著增加(P<0.05)。說明淀粉在擠壓作用以后一方面形成更多含量的直鏈淀粉；另一方面由于擠壓淀粉在機(jī)筒內(nèi)受強(qiáng)制流動(dòng)的阻力較大，剪切作用加強(qiáng)，淀粉的糊化度較大，淀粉的孔穴坍塌，表面積增大，所以擠壓淀粉Ex更容易被普魯蘭酶酶解，形成更多量的直鏈淀粉[24]，進(jìn)而回生形成了更高含量的抗性淀粉。

2.3.2 掃描電鏡對(duì)照

與樣品N的相比，Ex、N-E、Ex-E的掃描電鏡照片有顯著差異。掃描電鏡研究表明(圖2)，原玉米淀粉(N)顆粒呈圓形，橢圓形或多邊形的形狀，而且表面光滑。 然而，經(jīng)擠壓處理后的樣品Ex，淀粉顆粒結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，淀粉表面粗糙，呈不規(guī)則的三角形或菱形，而且由于水分散失，形成少量孔隙。經(jīng)過普魯蘭酶作用以后，淀粉顆粒(N-E)形成大小不勻的多孔疏松結(jié)構(gòu)[25]，粒狀外觀消失，并且內(nèi)部層狀密度增加。原淀粉(N)在蒸煮過程中，達(dá)到凝膠化溫度時(shí)，淀粉顆粒熔融，彼此形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)連接；進(jìn)一步加熱導(dǎo)致膨脹和熔化，最終淀粉顆粒裂解，并且互相連接在一起，形成一個(gè)連續(xù)的海綿狀結(jié)構(gòu)；后經(jīng)冷凍干燥處理，粒狀結(jié)構(gòu)消失，平滑板狀表面增大，從而形成具有更高密度的不規(guī)則形狀的顆粒結(jié)構(gòu)；重結(jié)晶過程中，淀粉顆粒直徑進(jìn)一步增大，并在淀粉顆粒表面出現(xiàn)皺褶 。樣品Ex-E與樣品N-E相比較淀粉顆粒粒徑更大，且淀粉表面多孔疏松結(jié)構(gòu)更明顯，層狀密度增加，這是由于在擠壓處理下淀粉結(jié)構(gòu)破壞，進(jìn)而在普魯蘭酶作用時(shí)酶解程度更高，所以在重結(jié)晶過程中形成較明顯海綿狀結(jié)構(gòu)。

圖2 掃描電鏡圖

2.3.3 X-衍射圖

X-射線衍射結(jié)果見圖3。

圖3 X-射線衍射圖

由圖3可知，樣品N在2θ=15.2°、17.2°、18.2°和23.5°處均有較強(qiáng)吸收峰，表明原淀粉為典型A型晶體。樣品Ex只在2θ=18.8°處有吸收峰，說明經(jīng)過擠壓，淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞。樣品N-E在2θ=17.4°、20°和21.4°有吸收峰,為典型的B型晶體，說明經(jīng)普魯蘭酶解和低溫回生后，淀粉分子發(fā)生重結(jié)晶。樣品Ex-E在2θ=17.4°、20°和21.4°有吸收峰，同時(shí)在2θ=14.3°和19.8°有吸收峰，這表明在樣品內(nèi)部除了B型晶體結(jié)構(gòu)外，還具有V型晶體結(jié)構(gòu)存在[25-26]。不同淀粉晶型抗酶解性能依次為：A 型

3 結(jié)論

本研究表明擠壓工藝參數(shù)對(duì)抗性淀粉含量影響大小順序依次為機(jī)筒溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、物料含水量、喂料速度，最優(yōu)抗性淀粉制備工藝條件：物料含水量20%、螺桿轉(zhuǎn)速300 r/min、機(jī)筒溫度145 ℃、喂料速度37.5 kg/h，在此條件下，擠壓-酶解技術(shù)聯(lián)用將樣品直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)從(26.2±0.68)%提高到了(40.25±0.29)%，抗性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)從(7.26±0.34)%提高到了(24.72±0.87)%，晶體類型從A型轉(zhuǎn)變?yōu)锽+V型，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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Optimization Study of Preparation Process of Resistant Starch by Extrusion and Enzymatic Hydrolysis

Ren Haibin1Xiao Zhigang1,2Zhao Yan1Wang Peng1Yang Qingyu1Xie Mengxi2Liu Chunjing1Xu Yan1Bai Junkun1

(College of Food Science, Northeast Agricultural University1, Haerbin 150030) (Grain College, Shenyang Normal University2, Shenyang 110034)

In order to prepare a high content resistant starch, this study used maize starch as raw materials and adopted extrusion pre-processing of twin screw extruder in combination with Pullulanase enzymolysis technology to investigate the influence of the material moisture content, screw speed, barrel temperature and feed rate on the resistant starch content. The optimal process conditions were determined through the SPSS linear regression analysis: 20% moisture content of material, screw speed 300 r/min, barrel temperature 145 ℃, feeding speed 37.5 kg/h. Under this condition, the resistant starch content reached (24.72±0.87)%. Comparision of the amylose content, resistant starch content, scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction showed that amylose content and resistant starch content prepared by extrusion and enzymatic hydrolysis were increased, starch granules formed porous structures in varied sizes, and starch crystal type was changed from type A into the B+V type.

extrusion，pullulanase，resistant starch，linear regression，crystal type

沈陽市農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)專項(xiàng)(F14-104-3-00)，遼寧省級(jí)攻關(guān)項(xiàng)目(2014205007)，黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(12511z006)，哈爾濱市優(yōu)秀學(xué)科帶頭人基金(2012 RFXXN107)

2015-06-23

任海斌，男，1990年出生，碩士，糧食油脂及植物蛋白工程

肖志剛，男，1972年出生，教授，糧食油脂及植物蛋白工程

TS2

A

1003-0174(2017)02-0030-08