浅谈多孔淀粉的制备和应用范文

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1多孔淀粉酶法制备的类型

不管是单一酶法还是复合酶法制备多孔淀粉，其基本工艺流程为［3］:原料淀粉调浆→酶解→灭酶→洗涤(脱酶)→离心→烘干→粉碎→多孔淀粉。由于单一酶法存在产品得率低、吸水性和吸油性不高等问题，复合酶法成为目前多孔淀粉制备研究的热点。唐洪波［5］等的研究表明，糯玉米淀粉乳经a－淀粉酶和糖化酶在一定水解条件下酶解，糯玉米多孔淀粉与原糯玉米淀粉相比，孔状结构明显，吸油率和比表面积显著增大。张洪微［4］等先采用a－淀粉酶在50℃、pH6．0的作用条件下水解玉米淀粉14h后，再加入糖化酶在50℃、pH4．0的作用条件下水解14h，复合酶配比为1∶2，所制备多孔淀粉的得率为88．79%，吸油率为56．62%，高于单酶作用的效果。曹新志等［6］研究表明，在作用时间18h、温度55℃、pH5．0、a－淀粉酶和糖化酶的复配比为1∶3、酶用量1．5%的条件下酶解蕉藕淀粉，所得多孔淀粉得率为51%，吸油率为71．23%，得到了较高吸油率的蕉藕多孔淀粉。由此可见，复合酶法制得多孔淀粉的得率和吸油率均较高，特别是a－淀粉酶和糖化酶的联合使用更是效果明显。这是因为在a－淀粉酶的内切作用下，a－淀粉酶任意水解淀粉分子中的a－1，4糖苷键，并逐渐水解淀粉颗粒内部，为糖化酶的外切作用提供新的非还原末端的位点，糖化酶不仅能很快把直链淀粉从非还原性未端依次切下葡萄糖单位，还能缓慢切开支链淀粉的a－1，6糖苷键，水解成葡萄糖［1，7］。这种协同作用使得淀粉水解比较完全，较易形成淀粉颗粒的中空多孔结构。

2多孔淀粉酶法制备的影响因素

2．1原淀粉种类

不是所有的淀粉都可以用来制备多孔淀粉，如香蕉、百合、莲子就只能在颗粒表面形成鳞片状结构。这主要是由于不同淀粉颗粒结构、直链淀粉含量以及聚合度等不同，对酶的敏感程度也就不同。有研究表明，直链淀粉含量越高的淀粉，水解率越低，越难形成多孔淀粉［8］。国内外许多学者研究表明，木薯淀粉、玉米淀粉、芋类淀粉、大麦淀粉、小麦淀粉、籼米淀粉、马铃薯淀粉等可作为制备多孔淀粉的原料。生淀粉中所含的蛋白质、脂质等物质也会影响多孔淀粉的形成，且含量越高对酶解速率影响越大［9］。姚卫蓉［10］研究表明，蛋白质含量越高，水解速率越低;张赛［11］研究表明，玉米淀粉和糙米淀粉经过去脂肪、去蛋白质后，水解速率均加快，多孔淀粉的吸油率比原料淀粉均明显增加。这可能是由于蛋白质、脂质等物质以氢键或离子键与淀粉分子的羟基结合，形成的复合物制约着酶对淀粉的水解，导致酶解速率降低。因此，酶解前除去生淀粉中含有的蛋白质、脂质等物质，可以提高酶解速率。

2．2淀粉酶的种类

淀粉酶的来源和特性是影响多孔淀粉形成的一个重要因素。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较弱，而a－淀粉酶和糖化酶水解生淀粉的能力较强。徐忠、缪铭等［12］在相同反应条件下采用a－淀粉酶、β－淀粉酶、糖化酶、普鲁兰酶、胰酶分别水解粒度为100目的玉米淀粉，通过测定所得多孔淀粉的吸水率和吸油率评价多孔淀粉的制备效果，结果显示a－淀粉酶和糖化酶水解能力最强，β－淀粉酶水解能力最弱。王后生［13］指出，在酶活力相当的情况下，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颗粒的不同之处在于表面结构，有的淀粉颗粒表面小孔分布均匀，孔深明显，而有的只是在表面形成不规则的形状［9］。

2．3淀粉的预处理

淀粉预处理的主要目的是改变淀粉颗粒结构、破坏淀粉结晶区以及增加淀粉溶解性，提高生淀粉对酶的敏感性。目前应用较多的淀粉预处理方式有超声波、微波和湿热处理等。杨永美等［14］利用超声波微波协同组合条件制备玉米多孔淀粉，结果表明，在微波功率150W、超声波功率400W、a－淀粉酶与糖化酶复合比为1∶6、作用时间45min、温度56℃等条件下，制得的玉米多孔淀粉吸油率较高，且孔数较多、孔径不大、孔深适中、颗粒完整。Shariffa［15］等研究结果显示，经60℃水浴预热30min后木薯和甜土豆淀粉，其颗粒表面粗糙多孔，对酶的敏感性显著提高，水解率增加。交联反应可以改变淀粉颗粒的结构，增强抗溶解、抗溶胀、冻融稳定性，提高成糊温度，改善多孔淀粉的流变学性质［16］。在实际应用中常采用化学交联处理淀粉后，再用酶解法制备多孔淀粉，可显著改善多孔淀粉的性能。周琼［17］研究表明，经交联处理的多孔淀粉与未处理过的多孔淀粉相比，颗粒表面孔数不多，孔大而深，孔状内部结构呈内环层，吸油率和吸水率分别增长7．14%和7．5%。同时，交联多孔淀粉的抗糊化和抑制膨胀能力增强，可满足较高温度制备多孔淀粉的要求。

2．4作用条件

酶法制备多孔淀粉，既要使淀粉颗粒表面布满小孔，又要保持颗粒的完整性。因此，水解率是制备多孔淀粉的重要控制指标，这就需要选择合适的制备条件。酶法制备多孔淀粉受反应时间、温度、pH值及酶用量等酶解条件的影响。目前研究主要探讨复合酶配比和用量以及作用时间、温度、pH值等因素对多孔淀粉特性指标的影响，得到最佳酶解条件。杨圣岽［18］等人研究表明，马铃薯多孔淀粉的最佳制备工艺为a－淀粉酶和糖化酶配比为1∶6、总酶量为1．0%、作用时间8h、温度45℃、pH4．0、底物浓度0．14g/mL，所制备多孔淀粉的吸油率达到70．2%，水解率为34．16%。而曹新志［19］则表明，高吸油率玉米多孔淀粉的最佳制备工艺为a－淀粉酶和糖化酶配比为1∶3、总酶量为1．5%、作用时间18h、温度55℃、pH5．0，在此工艺条件下的吸油率为70．65%。

3多孔淀粉在食品中的应用

3．1吸附剂

多孔淀粉的吸附作用可提高被吸附物质的稳定性和利用率，也可降低某种物质对人体的伤害。吴培龙［20］用玉米多孔淀粉吸附茶多酚，表明多孔淀粉是一种良好的吸附载体，其吸附量高达68．65mg/g，是原淀粉的2．1倍。王宗英［21］探索多孔淀粉在卷烟滤嘴中应用效果，结果表明，对比于普通醋纤滤嘴和活性炭复合滤嘴总粒相物分别降低了3．9%和0．7%，焦油降低了5．4%和3．1%，CO降低了2．7%和2．0%，烟碱降低了3．5%和0%。近年来，多孔淀粉用于制备粉末制品取得了较好成效。液态物质被多孔淀粉吸附并包埋在淀粉颗粒中，通过喷雾干燥制成粉末制品。此法不仅生产工艺简单而且还最大限度地保留了原料中的风味。谷绒［22］等用羧甲基多孔淀粉吸附酱油，制成粉末状，其感官、吸潮稳定性、氨基酸态氮与原酱油相当。陈三宝［23］用多孔淀粉吸附适量薄荷油，经包埋制成粉末薄荷油，既阻碍了薄荷油的挥发、保留香味，又使薄荷油具有良好的分散性和缓释性能，更适用于在食品、药品中添加。

3．2脂肪替代物

多孔淀粉粉碎后，能作为脂肪替代物可以减少食品中的热量。多孔淀粉通过交联、酯化或醚化等处理后，可改变其流变学性质和感官性质，提高其均一性，能用于食品中替代部分脂肪，减少能量的摄入［17］。Whistler［24］曾对多孔淀粉进行了一系列处理，如用双功能团试剂如三偏磷酸钠、二羧酸衍生物对多孔淀粉进行交联，以改变其流变学特性和感官性质，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，以减少热量摄入，并获得了一定的成功。朱仁宏［25］用多孔淀粉替代贡丸中的部分脂肪，有效改善了贡丸弹性差以及脂肪含量高的问题，同时维持了贡丸良好的口感和风味。

3．3微胶囊的芯材

多孔淀粉独特的中空凹孔结构使其具有较强的载物能力，是制备微胶囊的良好芯材，再选用适合的生物降解材料作为壁材进行包埋即得微胶囊。这种制得的微胶囊产品既可显著提高被吸附物质的稳定性和水溶性，又可控制被吸附物的释放速度，掩盖不良气味，延长贮存时间。用多孔淀粉吸附含有DHA的鱼油并微胶囊化，能有效防止DHA的氧化，并可以掩盖鱼腥味。邱英华［26］等研究表明以木薯多孔淀粉为芯材，玉米醇溶蛋白为壁材，按芯材与壁材比为1:0．25的比例制备蚕蛹油微胶囊，有效改善了蚕蛹油易酸败、氧化、不耐贮存等问题。姜黄色素为天然食用着色剂，由于水溶性和稳定性较差影响其在食品中的应用，如何提高其水溶性和稳定性一直是研究的热点和难点。王煜、张玉凤［27］以多孔淀粉为吸附剂，明胶为壁材，制备姜黄色素微胶囊，试验结果表明，微胶囊化可以显著提高姜黄色素的水溶性，增强姜黄素耐高温、耐光和耐强酸的能力。

4展望

酶法制备多孔淀粉具有制备工艺简单易行，产品得率高，安全无污染等特点，但由于生产过程中酶解时间长、成本较高、影响因素较多等，目前还主要停留在试验研究阶段。如何寻求更有效的原淀粉预处理方式，改变淀粉的性质，提高酶解速度和效率，为多孔淀粉的工业化生产提供必要条件，成为未来研究的重点。多孔淀粉具有众多优良特性，加大对多孔淀粉生产工艺和技术的研究，并将多孔淀粉的应用拓宽到医药、化工等更多的行业，对推动我国淀粉工业和经济的发展具有重要意义。

作者：陈丽1，2，谭亦成1，2，张喻1，2    单位：1．湖南农业大学食品科技学院;2．食品科学与生物技术湖南省重点实验室