淺談多孔淀粉的制備和應(yīng)用范文
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不管是單一酶法還是復(fù)合酶法制備多孔淀粉，其基本工藝流程為［3］:原料淀粉調(diào)漿→酶解→滅酶→洗滌(脫酶)→離心→烘干→粉碎→多孔淀粉。由于單一酶法存在產(chǎn)品得率低、吸水性和吸油性不高等問(wèn)題，復(fù)合酶法成為目前多孔淀粉制備研究的熱點(diǎn)。唐洪波［5］等的研究表明，糯玉米淀粉乳經(jīng)a－淀粉酶和糖化酶在一定水解條件下酶解，糯玉米多孔淀粉與原糯玉米淀粉相比，孔狀結(jié)構(gòu)明顯，吸油率和比表面積顯著增大。張洪微［4］等先采用a－淀粉酶在50℃、pH6．0的作用條件下水解玉米淀粉14h后，再加入糖化酶在50℃、pH4．0的作用條件下水解14h，復(fù)合酶配比為1∶2，所制備多孔淀粉的得率為88．79%，吸油率為56．62%，高于單酶作用的效果。曹新志等［6］研究表明，在作用時(shí)間18h、溫度55℃、pH5．0、a－淀粉酶和糖化酶的復(fù)配比為1∶3、酶用量1．5%的條件下酶解蕉藕淀粉，所得多孔淀粉得率為51%，吸油率為71．23%，得到了較高吸油率的蕉藕多孔淀粉。由此可見(jiàn)，復(fù)合酶法制得多孔淀粉的得率和吸油率均較高，特別是a－淀粉酶和糖化酶的聯(lián)合使用更是效果明顯。這是因?yàn)樵赼－淀粉酶的內(nèi)切作用下，a－淀粉酶任意水解淀粉分子中的a－1，4糖苷鍵，并逐漸水解淀粉顆粒內(nèi)部，為糖化酶的外切作用提供新的非還原末端的位點(diǎn)，糖化酶不僅能很快把直鏈淀粉從非還原性未端依次切下葡萄糖單位，還能緩慢切開(kāi)支鏈淀粉的a－1，6糖苷鍵，水解成葡萄糖［1，7］。這種協(xié)同作用使得淀粉水解比較完全，較易形成淀粉顆粒的中空多孔結(jié)構(gòu)。
2多孔淀粉酶法制備的影響因素
2．1原淀粉種類
不是所有的淀粉都可以用來(lái)制備多孔淀粉，如香蕉、百合、蓮子就只能在顆粒表面形成鱗片狀結(jié)構(gòu)。這主要是由于不同淀粉顆粒結(jié)構(gòu)、直鏈淀粉含量以及聚合度等不同，對(duì)酶的敏感程度也就不同。有研究表明，直鏈淀粉含量越高的淀粉，水解率越低，越難形成多孔淀粉［8］。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者研究表明，木薯淀粉、玉米淀粉、芋類淀粉、大麥淀粉、小麥淀粉、秈米淀粉、馬鈴薯淀粉等可作為制備多孔淀粉的原料。生淀粉中所含的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等物質(zhì)也會(huì)影響多孔淀粉的形成，且含量越高對(duì)酶解速率影響越大［9］。姚衛(wèi)蓉［10］研究表明，蛋白質(zhì)含量越高，水解速率越低;張賽［11］研究表明，玉米淀粉和糙米淀粉經(jīng)過(guò)去脂肪、去蛋白質(zhì)后，水解速率均加快，多孔淀粉的吸油率比原料淀粉均明顯增加。這可能是由于蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等物質(zhì)以氫鍵或離子鍵與淀粉分子的羥基結(jié)合，形成的復(fù)合物制約著酶對(duì)淀粉的水解，導(dǎo)致酶解速率降低。因此，酶解前除去生淀粉中含有的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等物質(zhì)，可以提高酶解速率。
2．2淀粉酶的種類
淀粉酶的來(lái)源和特性是影響多孔淀粉形成的一個(gè)重要因素。目前采用的酶主要有a－淀粉酶、糖化酶、β－淀粉酶。但β－淀粉酶水解生淀粉能力較弱，而a－淀粉酶和糖化酶水解生淀粉的能力較強(qiáng)。徐忠、繆銘等［12］在相同反應(yīng)條件下采用a－淀粉酶、β－淀粉酶、糖化酶、普魯蘭酶、胰酶分別水解粒度為100目的玉米淀粉，通過(guò)測(cè)定所得多孔淀粉的吸水率和吸油率評(píng)價(jià)多孔淀粉的制備效果，結(jié)果顯示a－淀粉酶和糖化酶水解能力最強(qiáng)，β－淀粉酶水解能力最弱。王后生［13］指出，在酶活力相當(dāng)?shù)那闆r下，a－淀粉酶酶解制得的多孔淀粉比糖化酶酶解制得的多孔淀粉，吸水率和吸油率均要高。也有研究表明，被a－淀粉酶和糖化酶作用后淀粉顆粒的不同之處在于表面結(jié)構(gòu)，有的淀粉顆粒表面小孔分布均勻，孔深明顯，而有的只是在表面形成不規(guī)則的形狀［9］。
2．3淀粉的預(yù)處理
淀粉預(yù)處理的主要目的是改變淀粉顆粒結(jié)構(gòu)、破壞淀粉結(jié)晶區(qū)以及增加淀粉溶解性，提高生淀粉對(duì)酶的敏感性。目前應(yīng)用較多的淀粉預(yù)處理方式有超聲波、微波和濕熱處理等。楊永美等［14］利用超聲波微波協(xié)同組合條件制備玉米多孔淀粉，結(jié)果表明，在微波功率150W、超聲波功率400W、a－淀粉酶與糖化酶復(fù)合比為1∶6、作用時(shí)間45min、溫度56℃等條件下，制得的玉米多孔淀粉吸油率較高，且孔數(shù)較多、孔徑不大、孔深適中、顆粒完整。Shariffa［15］等研究結(jié)果顯示，經(jīng)60℃水浴預(yù)熱30min后木薯和甜土豆淀粉，其顆粒表面粗糙多孔，對(duì)酶的敏感性顯著提高，水解率增加。交聯(lián)反應(yīng)可以改變淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)抗溶解、抗溶脹、凍融穩(wěn)定性，提高成糊溫度，改善多孔淀粉的流變學(xué)性質(zhì)［16］。在實(shí)際應(yīng)用中常采用化學(xué)交聯(lián)處理淀粉后，再用酶解法制備多孔淀粉，可顯著改善多孔淀粉的性能。周瓊［17］研究表明，經(jīng)交聯(lián)處理的多孔淀粉與未處理過(guò)的多孔淀粉相比，顆粒表面孔數(shù)不多，孔大而深，孔狀內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈內(nèi)環(huán)層，吸油率和吸水率分別增長(zhǎng)7．14%和7．5%。同時(shí)，交聯(lián)多孔淀粉的抗糊化和抑制膨脹能力增強(qiáng)，可滿足較高溫度制備多孔淀粉的要求。
2．4作用條件
酶法制備多孔淀粉，既要使淀粉顆粒表面布滿小孔，又要保持顆粒的完整性。因此，水解率是制備多孔淀粉的重要控制指標(biāo)，這就需要選擇合適的制備條件。酶法制備多孔淀粉受反應(yīng)時(shí)間、溫度、pH值及酶用量等酶解條件的影響。目前研究主要探討復(fù)合酶配比和用量以及作用時(shí)間、溫度、pH值等因素對(duì)多孔淀粉特性指標(biāo)的影響，得到最佳酶解條件。楊圣崠［18］等人研究表明，馬鈴薯多孔淀粉的最佳制備工藝為a－淀粉酶和糖化酶配比為1∶6、總酶量為1．0%、作用時(shí)間8h、溫度45℃、pH4．0、底物濃度0．14g/mL，所制備多孔淀粉的吸油率達(dá)到70．2%，水解率為34．16%。而曹新志［19］則表明，高吸油率玉米多孔淀粉的最佳制備工藝為a－淀粉酶和糖化酶配比為1∶3、總酶量為1．5%、作用時(shí)間18h、溫度55℃、pH5．0，在此工藝條件下的吸油率為70．65%。
3多孔淀粉在食品中的應(yīng)用
3．1吸附劑
多孔淀粉的吸附作用可提高被吸附物質(zhì)的穩(wěn)定性和利用率，也可降低某種物質(zhì)對(duì)人體的傷害。吳培龍［20］用玉米多孔淀粉吸附茶多酚，表明多孔淀粉是一種良好的吸附載體，其吸附量高達(dá)68．65mg/g，是原淀粉的2．1倍。王宗英［21］探索多孔淀粉在卷煙濾嘴中應(yīng)用效果，結(jié)果表明，對(duì)比于普通醋纖濾嘴和活性炭復(fù)合濾嘴總粒相物分別降低了3．9%和0．7%，焦油降低了5．4%和3．1%，CO降低了2．7%和2．0%，煙堿降低了3．5%和0%。近年來(lái)，多孔淀粉用于制備粉末制品取得了較好成效。液態(tài)物質(zhì)被多孔淀粉吸附并包埋在淀粉顆粒中，通過(guò)噴霧干燥制成粉末制品。此法不僅生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單而且還最大限度地保留了原料中的風(fēng)味。谷絨［22］等用羧甲基多孔淀粉吸附醬油，制成粉末狀，其感官、吸潮穩(wěn)定性、氨基酸態(tài)氮與原醬油相當(dāng)。陳三寶［23］用多孔淀粉吸附適量薄荷油，經(jīng)包埋制成粉末薄荷油，既阻礙了薄荷油的揮發(fā)、保留香味，又使薄荷油具有良好的分散性和緩釋性能，更適用于在食品、藥品中添加。
3．2脂肪替代物
多孔淀粉粉碎后，能作為脂肪替代物可以減少食品中的熱量。多孔淀粉通過(guò)交聯(lián)、酯化或醚化等處理后，可改變其流變學(xué)性質(zhì)和感官性質(zhì)，提高其均一性，能用于食品中替代部分脂肪，減少能量的攝入［17］。Whistler［24］曾對(duì)多孔淀粉進(jìn)行了一系列處理，如用雙功能團(tuán)試劑如三偏磷酸鈉、二羧酸衍生物對(duì)多孔淀粉進(jìn)行交聯(lián)，以改變其流變學(xué)特性和感官性質(zhì)，然后粉碎形成0．1～1μm小粒，用于食品中部分或完全替代其中脂肪，以減少熱量攝入，并獲得了一定的成功。朱仁宏［25］用多孔淀粉替代貢丸中的部分脂肪，有效改善了貢丸彈性差以及脂肪含量高的問(wèn)題，同時(shí)維持了貢丸良好的口感和風(fēng)味。
3．3微膠囊的芯材
多孔淀粉獨(dú)特的中空凹孔結(jié)構(gòu)使其具有較強(qiáng)的載物能力，是制備微膠囊的良好芯材，再選用適合的生物降解材料作為壁材進(jìn)行包埋即得微膠囊。這種制得的微膠囊產(chǎn)品既可顯著提高被吸附物質(zhì)的穩(wěn)定性和水溶性，又可控制被吸附物的釋放速度，掩蓋不良?xì)馕叮娱L(zhǎng)貯存時(shí)間。用多孔淀粉吸附含有DHA的魚油并微膠囊化，能有效防止DHA的氧化，并可以掩蓋魚腥味。邱英華［26］等研究表明以木薯多孔淀粉為芯材，玉米醇溶蛋白為壁材，按芯材與壁材比為1:0．25的比例制備蠶蛹油微膠囊，有效改善了蠶蛹油易酸敗、氧化、不耐貯存等問(wèn)題。姜黃色素為天然食用著色劑，由于水溶性和穩(wěn)定性較差影響其在食品中的應(yīng)用，如何提高其水溶性和穩(wěn)定性一直是研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。王煜、張玉鳳［27］以多孔淀粉為吸附劑，明膠為壁材，制備姜黃色素微膠囊，試驗(yàn)結(jié)果表明，微膠囊化可以顯著提高姜黃色素的水溶性，增強(qiáng)姜黃素耐高溫、耐光和耐強(qiáng)酸的能力。
4展望
酶法制備多孔淀粉具有制備工藝簡(jiǎn)單易行，產(chǎn)品得率高，安全無(wú)污染等特點(diǎn)，但由于生產(chǎn)過(guò)程中酶解時(shí)間長(zhǎng)、成本較高、影響因素較多等，目前還主要停留在試驗(yàn)研究階段。如何尋求更有效的原淀粉預(yù)處理方式，改變淀粉的性質(zhì)，提高酶解速度和效率，為多孔淀粉的工業(yè)化生產(chǎn)提供必要條件，成為未來(lái)研究的重點(diǎn)。多孔淀粉具有眾多優(yōu)良特性，加大對(duì)多孔淀粉生產(chǎn)工藝和技術(shù)的研究，并將多孔淀粉的應(yīng)用拓寬到醫(yī)藥、化工等更多的行業(yè)，對(duì)推動(dòng)我國(guó)淀粉工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。
作者：陳麗1，2，譚亦成1，2，張喻1，2 單位：1．湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院;2．食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室