籼米多孔淀粉制备及微藻油DHA微胶囊化的研究

张 忠，胡居吾，熊 华，杜研学，白春清，蒋 研，李 婕

（南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌330047）

籼米多孔淀粉制备及微藻油DHA微胶囊化的研究

张 忠，胡居吾，熊 华*，杜研学，白春清，蒋 研，李 婕

（南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌330047）

采用α-淀粉酶和糖化酶水解籼米淀粉制备多孔淀粉，为优化制备条件，以吸油率为指标，对水解温度、pH、反应时间、酶配比等参数进行了研究，并将多孔淀粉吸附微藻油DHA作为芯材，以包埋率为指标，考察不同含量的多孔淀粉对包埋率的影响，并测定水分含量。结果表明：以酶配比8∶1，pH4.5，温度45℃，水解12h，多孔淀粉吸油率最高为104.12%，用于微藻油DHA微胶囊化，包埋率达到92.08%，水分含量为3.78%，基本符合添加于奶粉的要求。

多孔淀粉，DHA，微胶囊，包埋率

多孔淀粉是由天然淀粉经酶或酸等处理后形成的一种具有蜂窝状结构的新型变性淀粉。因其表面具有多个向中心延伸的微孔，使其与原淀粉相比，具有较强的吸附能力，可以吸附除膏状物质以外的任何形态的物质[1-4]。目前，多将其作为微胶囊芯材、吸附剂及功能物质的吸附缓释载体广泛应用于医药、食品、日用化工等行业。江西是我国重要的稻谷主产区之一，生产的大米主要为籼米，以其为原料制备多孔淀粉，势必会提高其附加值，具有重大的经济效益和社会效益。DHA，二十二碳六烯酸，俗称脑黄金，是一种对人体非常重要的多不饱和脂肪酸[5-6]。目前添加于食品和直接用做营养补充剂的DHA主要来源于鱼油和微藻油，富含DHA的微藻油因有异味[7]，且对光、热氧敏感，极易氧化，使营养保健和生理活性功能丧失，甚至还会对人体造成危害，极大地限制了其在食品加工中的应用，目前多采用微胶囊技术对其进行包埋处理[8-9]。用多孔淀粉吸附微藻油，用微胶囊技术进行包埋，可有效提高微藻油中多不饱和脂肪酸的稳定性，防止它们的氧化变质，并可使得到的微胶囊粉末颗粒大小分布均匀，提高微胶囊化效率[10-11]。本研究采用α-淀粉酶和糖化酶协同水解籼米淀粉制备多孔淀粉，并采用正交实验优化制备工艺，以制备出吸油率高的产品。通过吸附微藻油DHA作为芯材制备微胶囊实验，进一步验证多孔淀粉的吸附性能，为其作为吸附剂在粉末油脂加工中的进一步应用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

大米淀粉 江苏宝宝集团公司；α-淀粉酶，糖化酶 山东龙科特生物工程有限公司；微藻油 武汉百奥科技发展有限公司；酪蛋白 河南曙光生物科技有限公司；吐温-80 上海申宇医药化工有限公司；乳化剂 江西维尔宝食品有限公司；以上试剂及分析所用化学试剂 均为分析纯。

QZR-8型喷雾干燥机 无锡市林洲干燥机厂；GY50-6S均质机 上海东华高压均质机厂；JB-3型定时恒温磁力搅拌器 上海雷磁新泾仪器有限公司；梅特勒-托利多HR83型水分测定仪 东莞市吉之垄电子仪器有限公司；R205旋转蒸发仪 上海申生科技仪器厂；755B紫外-可见分光光度计 上海精密科学仪器有限公司；THZ-82恒温振荡器 常州国华电器有限公司；FA1004电子分析天平 上海上平仪器公司。

1.2 实验方法

1.2.1 淀粉酶活力的测定 2.5g/mL籼米淀粉悬浮液2.0mL加入到50mL三角瓶，加pH4.6的0.2mol/L HAc-NaAc缓冲液2.0mL。40℃预热10min，加入1.0mL适当稀释的酶液，在40℃恒温下振荡反应30min后，加0.5mL质量分数4%的NaOH溶液终止反应。反应液用3000r/min离心3min，上层清液用DNS法测还原糖含量[12-13]。酶活定义：在以上分析条件下，以1h释放1mg葡萄糖的酶量定义为一个酶活力单位。

1.2.2 多孔淀粉的制备 称取10g大米淀粉，加入一定pH的HAc-NaAc缓冲液配成悬浮液，在40℃预热10min，精确加入适量的α-淀粉酶和糖化酶，恒温搅拌，反应一段时间后，用质量分数4%的NaOH中止反应，以3000r/min的速度离心20min，分离上清液，用于测定水解率，沉淀物用蒸馏水充分洗涤，在40℃下真空干燥，高速粉碎机粉碎，过筛，即可制得多孔淀粉。

1.2.3 多孔淀粉的表面形态观察 用电子扫描显微镜（SEM）观察籼米多孔淀粉表面形态。先在样品台上贴上一层导电胶，将粉末轻轻撒在上面并吹去多余的粉末，然后在样品上喷金（厚度100μm）供SEM观察，加速电压为1kV，观察时间应尽可能短些，以免电子束长时间照射引起人工损伤。

1.2.4 籼米多孔淀粉吸油率测定 称取1.0g籼米多孔淀粉m1，恒温下与5mL大豆色拉油混合搅拌30min，置于已知重量的砂芯坩埚中m2，抽滤至没有油滴滴下，称重为m3。计算砂芯坩埚前后的重量差，计算吸油率。

1.2.5 淀粉水解率测定 取反应完离心的上清液稀释到一定浓度，用DNS法测还原糖含量，计算水解的淀粉含量，除以总的淀粉量计算水解率。

1.2.6 多孔淀粉吸附DHA微胶囊的制备 称取一定比例的多孔淀粉，乳化剂用量4%、酪蛋白用量3.5%、芯材含量30%，溶解在65～70℃的水中，恒温搅拌，将微藻油加热到70℃，加入到上述水相中混合均匀，用高压均质机均质处理，得均一的稳定乳液，乳液在进风温度185℃、出风温度85℃条件下，喷雾干燥即可得到以多孔淀粉吸附DHA为芯材的微藻油微胶囊产品。

1.2.7 微胶囊包埋率的测定 称取2g左右的微胶囊粉末（m）至恒质量的三角瓶（m1）中，加入30mL沸程为30～60℃的石油醚，振荡提取10min。用已知质量的滤纸（m2）过滤上述样品，并用10mL石油醚洗涤三角瓶和滤渣。将三角瓶和带滤渣的滤纸转移到60℃烘箱中，20min后取出，冷却称量（m3）[14]。包埋率平行测定3次。n为配料中芯材的含量（%）。

1.2.8 水分含量的测定 用梅特勒-托利多HR83型水分测定仪测定微胶囊产品中的水分含量。

2 结果与分析

2.1 酶活力测定

将糖化酶和α-淀粉酶分别稀释一定的倍数，在pH4.6，温度40℃的条件下进行测定，平行测定三次。结果见表1。

表1 酶活力测定Table 1 Determination of enzymatic activity

2.2 加酶量对多孔淀粉吸油率的影响

以反应温度40℃、酶配比6∶1、pH4.5、反应时间12h为实验条件，根据2.1测定的酶活力，考察加入不同量淀粉酶对吸油率的影响，结果见图1。

图1 加酶量对吸油率的影响Fig.1 Effect of enzyme amount on the oil absorption rate

由图1可以看出，当加酶量小于理论酶解淀粉的40%时，吸油率随着加酶量的增加而增大；当加酶量超过40%时，继续添加酶，更多的淀粉颗粒会被酶水解为更小的颗粒和葡萄糖，导致淀粉颗粒的瓦解和孔结构的破坏，从而使得吸油率反而下降。根据实验结果，后续实验加酶量，都以12h理论酶解40%的淀粉为加酶量。

2.3 酶解正交实验

在形成多孔的过程中，是两种酶的协同作用，糖化酶是外切型淀粉酶，反应初期在淀粉颗粒表面酶解，形成一个个很小的孔。随着水解的进行，孔洞慢慢变大，淀粉颗粒吸水溶胀，α-淀粉酶接近颗粒内部，α-淀粉酶随机内切作用，为糖化酶提供新的接触位点，两种酶复合协同作用不仅提高水解速率，也促使水解从更多点逐步向淀粉分子内部推进；与此同时，小孔的孔径逐渐扩大，最后在中心附近相互贯通，形成一个中空且仍保持基本颗粒形状的结构[15]。

前期的实验研究发现，影响酶水解的因素主要有反应温度、酶配比、pH、反应时间等。根据所选用的糖化酶和α-淀粉酶的最适pH和最适温度，以吸油率和水解率为指标，以反应温度、酶配比、pH、反应时间等为考察因素，设计四因素三水平的正交实验，制备多孔淀粉最佳反应条件。正交实验因素水平见表2，结果见表3。

表2 正交实验因素水平表Table 2 Factors and levels in the orthogonal array design

表3 正交实验结果Table 3 Results of the orthogonal array design

图2 籼米多孔淀粉的SEM图Fig.2 SEM photo of rice porous starch

由表3可知，对水解率来说，各因素影响程度大小为：时间＞温度＞pH＞酶配比。对吸油率来说，各因素主次顺序为：pH＞时间＞温度＞酶配比。水解率表示酶水解淀粉的高低程度，开始时水解率提高，吸油率也会不断升高。当水解率超过一定程度时，水解作用不仅能对淀粉颗粒起到成孔作用，还会完全水解部分淀粉，造成吸油率下降，就不能完全反映吸油率的高低。吸油率才是反映多孔淀粉成孔好坏的主要指标，多孔淀粉能将油吸附于微孔之中，相比原淀粉，吸油率提高了30%～40%，成孔情况越好，吸油率越高。根据吸油率，得到最佳工艺条件为酶配比8∶1，温度45℃，12h，pH4.5。按照优化的最优工艺条件，重复三次，所得多孔淀粉的平均吸油率为105.17%，水解率为49.67%。

2.4 多孔淀粉的表面形态

用扫描电镜观察制备的籼米多孔淀粉，观察多孔淀粉的表面形态，多孔淀粉的吸油率与其颗粒结构密切相关，颗粒产生多孔结构，同时保持颗粒结构，能有较好的吸油效果。

图2为籼米多孔淀粉颗粒放大11000倍的表面结构电镜图，多孔淀粉粒径大约为6μm左右，颗粒表面产生了许多小孔，淀粉颗粒比较完整，保持了淀粉颗粒的骨架结构，相比原淀粉，大大提高了淀粉的比表面积，可以用于吸附油脂。

2.5 多孔淀粉吸附DHA实验

以优化后的工艺条件制备多孔淀粉，吸附微藻油作为微胶囊的芯材。根据实验室配方，添加酪蛋白、乳清粉等壁材，考察不同含量的多孔淀粉，使得制备的DHA微胶囊具有最大的包埋率。实验结果见图3。

图3 多孔淀粉用量对包埋率的影响Fig.3 Effect of porous starch amount on the encapsulation efficiency

多孔淀粉的中空多孔结构，具有较大的比表面积，可以有效吸附包埋微藻油DHA，掩盖它的不良风味，从图3中可以看出，适当地提高多孔淀粉的比例，可以有效提高微胶囊的包埋率，但多孔淀粉没有乳化性，如果含量过高，会导致料液的乳化性不足，从而影响成膜性，使微胶囊包埋率降低。从图3中可以看出，多孔淀粉的用量在10%左右具有最佳的包埋率92.08%，达到微胶囊壁材的指标要求。

2.6 微胶囊水分含量的测定

多孔淀粉吸附微藻油微胶囊的水分含量为3.78%，国家标准中奶粉的水分含量要低于5%，符合含水率指标要求。

3 结论

采用正交实验法，优化了酶法制备多孔淀粉的工艺条件，得到的多孔淀粉吸油率最高为105.17%，相比原淀粉，提高了30%～40%。用于吸附微藻油DHA作为芯材，制备微胶囊，得到在多孔淀粉添加量为10%时，包埋率达到92.08%，同时得到的微胶囊，颗粒分布比较均匀，色泽洁白，流动性和溶解性较好，基本符合添加于奶粉中的要求。

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Study on porous starch preparation and adsorption micro-algae oil DHA microcapsules

ZHANG Zhong，HU Ju-wu，XIONG Hua*，DU Yan-xue，BAI Chun-qing，JIANG Yan，LI Jie
（State Key Laboratory of Food Science and Technology，Nanchang University，Nanchang 330047，China）

In order to optimize preparation conditions of rice porous starch，the effect of hydrolysis temperature，pH，reaction time，enzyme ratio of glucoamylase and α-amylase were investigated by setting micro-algae oil DHA adsorption ratio as an index.Results indicated that the optimum conditions were enzyme ratio 8∶1，pH4.5，temperature 45℃，hydrolyzed 12 hours.Using the porous starch absorbed micro-algal oil as core materials，the spray-dried microcapsules had an encapsulation efficiency of 92.08%，a moisture content of 3.78%，and the two values were both according with basic requirements of milk powder.

porous starch；docosahexaenoic acid（DHA）；microcapsules；encapsulation efficiency

TS210.1

B

1002-0306（2012）01-0211-04

2011－01－24 *通讯联系人

张忠（1987-），男，硕士研究生，研究方向：多孔淀粉与分子印迹。

国家“863”计划项目（2008AA10Z332）；江西省研究生创新专项资金。