OTRZYMYWANIE I CHARAKTERYSTYKA OPORNYCH DEKSTRYN ZE SKROBI ZIEMNIACZANEJ 1

Transkrypt

1 ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 530: OTRZYMYWANIE I CHARAKTERYSTYKA OPORNYCH DEKSTRYN ZE SKROBI ZIEMNIACZANEJ 1 Janusz Kapuśniak 1, Kamila Jochym 2, Renata Barczyńska 2, Katarzyna ŚliŜewska 2, Zdzisława Libudzisz 2 1 Instytut Chemii i Ochrony Środowiska, Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie 2 Instytut Technologii Fermentacji i Mikrobiologii, Politechnika Łódzka w Łodzi Wstęp Ze względu na ograniczoną ilość substancji selektywnie wykorzystywanych przez korzystną dla człowieka mikroflorę jelitową, wciąŝ istnieje duŝe zapotrzebowanie na nowe prebiotyki, które moŝna by z powodzeniem wykorzystać w profilaktyce i kontroli funkcjonowania jelita grubego. DuŜe nadzieje wiąŝe się z zastosowaniem produktów skrobiowych, w szczególności skrobi opornej oraz produktów otrzymywanych w wyniku częściowej degradacji skrobi. Do handlowo dostępnych skrobi konwertowanych zalicza się skrobie poddane gotowaniu z rozcieńczonymi kwasami (skrobie thin-boiling ), skrobie utlenione, maltodekstryny - produkty częściowej hydrolizy skrobi przy uŝyciu preparatów enzymatycznych, cyklodekstryny, dekstryny - produkty termolizy skrobi z dodatkiem katalizatora (na ogół kwasowego), lub bez oraz pirodekstryny - produkty termolizy skrobi w wysokiej temperaturze i stosunkowo krótkim czasie. Na rynku dostępne są trzy grupy dekstryn: dekstryny białe, dekstryny Ŝółte oraz dekstryny Ŝółtopodobne (gumy Brytyjskie) [WURZBURG 1986; TOMASIK i in. 1989; BEMILLER 1993]. Dekstrynizacja skrobi jest procesem złoŝonym pod względem chemizmu reakcji. Obejmuje depolimeryzację, przegrupowania, transglukozylację i repolimeryzację [WURZBURG 1986; LESZCZYŃSKI 2004]. W wyniku termolizy skrobi końce redukujące stają się kationami glukozylowymi, które ulegają wewnątrzcząsteczkowej dehydratacji, tworząc jednostkę 1,6-anhydro-β-D-glukopiranozową lub uczestniczą w tworzeniu wiązań międzycząsteczkowych (transglikozylacja). W wyniku tego procesu tworzą się przypadkowe wiązania 1 2, 1 3 glikozydowe [OHKUMA i in. 1990]. Wytworzenie wiązań innych niŝ typowe dla skrobi 1 4 i 1 6 glikozydowe powoduje, Ŝe końcowy produkt staje się niedostępny dla klasycznych enzymów trawiennych człowieka i wykazuje właściwości typowe dla skrobi opornej [WANG i in. 2001]. Dekstryny otrzymane w specyficznych warunkach zaliczane są często do skrobi opornej IV (RS 4) [LESZCZYŃSKI 2004]. WANG i in. [2001] opisali metodykę przygotowania i scharakteryzowali nowe 1 Praca naukowa finansowana ze środków na naukę Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa WyŜszego jako projekt badawczy własny numer N N

2 428 J. Kapuśniak i inni dekstryny oporne na trawienie enzymatyczne ze zmutowanej wysokoamylozowej skrobi kukurydzianej. Opisano i scharakteryzowano nietrawione dekstryny otrzymywane ze skrobi woskowej wyizolowanej z sorgo [KWON i in. 2005], fasoli lima (Phaseolus lunatus) [OROZCO-MARTINEZ, BETANCUR-ANCONA 2004], kasawy, soczewicy jadalnej (Lens culinaris), taro (kolokacji jadalnej), sago [LAURENTIN i in. 2003], fasolka (Vigna unguiculata) [CAMPECHANO-CARRERA i in. 2007]. Dekstrynizacja skrobi prowadzona w odpowiednich warunkach została zaproponowana jako metoda otrzymywania dekstryn o właściwościach skrobi opornej. Dekstryny te zostały nazwane opornymi dekstrynami. Są one definiowane jako krótkołańcuchowe polimery glukozy, które są oporne na działanie enzymów pokarmowych człowieka. Większość spośród handlowo dostępnych opornych dekstryn jest wytwarzanych ze skrobi poprzez działanie na nią temperaturą lub temperaturą i kwasem [Panel on the definition of dietary fiber ]. Oporne dekstryny są dostępne handlowo. Dobrze znaną rozpuszczalną oporną dekstryną jest Fibersol. Jest on otrzymywany ze skrobi kukurydzianej przez jej termolizę, która prowadzi do zwiększenia zawartości wiązań 1,2- i 1,3- glikozydowych. Produkt po termolizie poddawany jest następnie działaniu enzymów amylolitycznych, które dodatkowo zmniejszają zawartość typowych dla skrobi wiązań 1,4- i 1,6- glikozydowych. Fibersol jest bardzo bogatym źródłem rozpuszczalnego błonnika pokarmowego - zawartość frakcji nietrawionych sięga 90%. Fibersol jest bardzo łatwo rozpuszczalny w wodzie, po rozpuszczeniu tworzy całkowicie klarowne roztwory, jest bez smaku i zapachu, charakteryzuje się wysoką stabilnością termiczną i odpornością na działanie kwasów, brakiem naturalnej słodkości, bardzo niską lepkością, stabilnością w procesie zamraŝanie-rozmraŝanie, niską higroskopijnością i małą aktywnością w procesie nieenzymatycznego brunatnienia [OHKUMA, WAKABAYASHI 2001]. Innym komercyjnym przykładem opornej dekstryny jest Nutriose. Produkt ten jest dobrze rozpuszczalną dekstryną otrzymywaną ze skrobi pszennej lub kukurydzianej poprzez prowadzoną w ściśle kontrolowanych warunkach dekstrynizację, po której następuje proces frakcjonowania z wykorzystaniem chromatografii Ŝelowej. Ten etap ma na celu zmniejszenie polidyspersji (rozrzutu mas cząsteczkowych) w polimerze [FOUACHE i in. 2003]. Nutriose FB 06 otrzymywany ze skrobi pszennej zawiera około 13% wiązań 1-2-glikozydowych i 14% wiązań 1-3-glikozydowych [ROTURIER, LOOTEN 2006]. Średnia wagowo masa cząsteczkowa tej dekstryny wynosi 5000 Da, natomiast zawartość cukrów prostych (DP 1-2) nie przekracza 0,5% [ROTURIER i in. 2003]. Badania międzylaboratoryjne wykonane oficjalną metodą AOAC pozwoliły oznaczyć całkowitą zawartość frakcji opornych w Nutriose FB 06, która wyniosła 85% [ROTURIER i in. 2003]. Preparat Nutriose charakteryzuje się bardzo niską higroskopijnością, odpornością na działanie wysokiej temperatury (sterylizacja, pasteryzacja, ekstruzja, smaŝenie i pieczenie), praktycznie nieograniczoną rozpuszczalnością i bardzo niską lepkością oraz stabilnością w środowisku kwaśnym. Modyfikacja chemiczna została uznana za korzystną metodę zmniejszenia strawności skrobi in vitro. Oporność skrobi chemicznie modyfikowanych zaleŝała od takich czynników jak: stopień modyfikacji, stopień skleikowania oraz rodzaj uŝytych enzymów [WEPNER i in. 1999; WOO, SEIB 2002]. Wprowadzenie nowych grup funkcyjnych do łańcucha skrobiowego utrudniało, a czasami nawet uniemoŝliwiało atak enzymu na wiązania glikozydowe, czyniąc je opornymi na trawienie [BJÖRCK i in. 1989]. Dowiedziono, Ŝe najbardziej skutecznym sposobem chemicznej modyfikacji skrobi, przyczyniającym się do zmniejszenia jej strawności jest estryfikacja oraz sieciowanie [WOO, SEIB 2002]. Interesujące wydaje się modyfikowanie skrobi za pomocą wielofunkcyjnych kwasów polikarboksylowych, jak kwas winowy i kwas cytrynowy [WEPNER i in. 1999; XIE, LIU 2004; XIE i in. 2006]. Badania [XIE, LIU 2004] pokazały, Ŝe

3 OTRZYMYWANIE I CHARAKTERYSTYKA OPORNYCH DEKSTRYN zastosowanie obydwu kwasów jest całkowicie bezpieczne. Kwasy te są nieszkodliwe dla człowieka i w przeciwieństwie do innych reagentów stosowanych do modyfikacji skrobi mogą być z powodzeniem stosowane do celów Ŝywieniowych. Celem pracy było przygotowanie dekstryn ze skrobi ziemniaczanej, które charakteryzowałaby się dobrą rozpuszczalnością i znaczną opornością na działanie amylaz, z wykorzystaniem zmodyfikowanej metody stosowanej w przemyśle skrobiowym. Zaproponowano zastosowanie temperatury 130 C oraz przedłuŝonego do 3 godzin czasu ogrzewania. Obok kwasu chlorowodorowego do skrobi przed procesem dekstrynizacji dodawano kwasy polikarboksylowe (winowy i cytrynowy). Próbowano ocenić wpływ zastosowanych warunków na strukturę i właściwości otrzymanych dekstryn. Materiały Materiały i metody Skrobia ziemniaczana, kwas cytrynowy bezwodny ( 99,5%), kwas winowy ( 99,5%), α-amylaza z Bacillus licheniformis (nr kat. A3403), proteaza (nr kat. P3910), amyloglukozydaza z Aspergillus niger (nr kat. A9913), amyloglukozydaza z Aspergillus niger (nr kat. A7095), 2-amino-3-(hydroksymetylo)-1,3-propanodiol (TRIS, nr kat. T1503), kwas 2-[N-morfolino]etanosulfonowy (MES, nr kat. M3671), Celite (ziemia okrzemkowa, nr kat. C8656), glukoza ( 99.5%), pankreatyna z trzustki świńskiej (nr kat. P7545), guma guar (nr kat. G4129) zakupione w SIGMA-ALDRICH (Poznań, Polska), kwas chlorowodorowy stęŝony, wodorowęglan sodu (NaHCO 3 ), etanol 96% cz.d.a., octan sodu trójwodny (CH 3 COONa 3H 2 O), kwas octowy min. 99,5% cz.d.a, kwas benzoesowy cz.d.a., chlorek wapnia (CaCl 2 ) cz.d.a., NaOH cz.d.a. zakupione w POCH (Gliwice, Polska), zestaw do oznaczania glukozy (GOPOD, K-Gluc) zakupiony w Megazyme (Wicklow, Irlandia). Metody Przygotowanie dekstryn Skrobię ziemniaczaną spryskiwano 0,5% (w/w) roztworem kwasu chlorowodorowego do uzyskania końcowego stęŝenia kwasu na poziomie 0,1% suchej masy skrobi (rys. 1). Zakwaszoną skrobię spryskiwano wodnym roztworem kwasu cytrynowego lub kwasu winowego do uzyskania końcowego stęŝenia kwasu na poziomie 0,1 lub 40% suchej masy skrobi. Kwasy nieorganiczny i organiczny rozprowadzano w całej masie skrobi uŝywając blendera laboratoryjnego. Skrobię zakwaszoną kwasami chlorowodorowym i dodatkowo cytrynowym/winowym rozprowadzano równomiernie w Ŝaroodpornej tacy szklanej ze szkła Pyrex. Tackę ze skrobią umieszczano w suszarce elektrycznej uprzednio rozgrzanej do temperatury 110 C i suszono do momentu, gdy zawartość wilgoci była niŝsza od 5% (zawartość wody w suszonym materiale kontrolowano za pomocą wagosuszarki, pobierając próbkę kontrolną po kaŝdych 30 min suszenia). Wysuszoną próbkę rozdzielano do butelek szklanych SIMAX z niebieskimi nakrętkami (trwałość do temp. 140 C) (do kaŝdej butelki odwaŝano dokładnie 10 g próbki) i umieszczano w piecu elektrycznym ELF 11/6 EUROTHERM CARBOLITE (Hope, Anglia) rozgrzanym do temperatury 130 C. Kontynuowano ogrzewanie przez 3 godz. Po wyciągnięciu z pieca butelki z dekstrynami studzono w eksykatorze, mielono przy uŝyciu młynka laboratoryjnego. Wszystkie dekstryny przemywano na lejku Büchnera kilkoma porcjami 80% alkoholu etylowego w celu usunięcia glukozy oraz pozostałych niskocząsteczkowych produktów termolizy skrobi. Przenoszono próbkę z lejka Büchnera na tackę szklaną i umieszczano w suszarce

4 430 J. Kapuśniak i inni nastawionej na temperaturę 60 C. Kontynuowano suszenie przez 1 godz. Zabieg ten miał na celu usunięcie pozostałego alkoholu etylowego. Preparaty otrzymane z udziałem duŝej ilości kwasu organicznego (40% wag. w mieszaninie ze skrobią) przemywano dodatkowo na lejku Büchnera duŝą ilością wody dejonizowanej, w celu usunięcia nieprzereagowanego kwasu organicznego. Próbki po odmyciu umieszczano na tacy szklanej i suszono w temperaturze 50 C przez 16 godzin. Warunki otrzymywania dekstryn ze skrobi ziemniaczanej przedstawiono w tabeli 1. Rys. 1. Schemat przygotowania opornych dekstryn ze skrobi ziemniaczanej Fig. 1. Scheme for the preparation of resistant dextrins from potato starch Warunki otrzymywania opornych dekstryn ze skrobi ziemniaczanej Conditions for preparation of resistant dextrins from potato starch Tabela 1; Table 1 Próbka Sample Skrobia Starch (g) Kwas solny Hydrochloric acid (ml) Kwas organiczny Organic acid (ml) Temperatura Temperature ( C) Czas ogrzewania heating time (min)

5 OTRZYMYWANIE I CHARAKTERYSTYKA OPORNYCH DEKSTRYN Dekstryna 0; Dextrin , Dekstryna 1; Dextrin 1 Dekstryna 2; Dextrin 2 Dekstryna 3; Dextrin ,38 13,38 13,38 k. cytrynowy; citric acid 13,38 k. winowy; tartaric acid 13,38 k. winowy; tartaric acid Oznaczanie zawartości wilgoci w skrobi natywnej, ogrzewanej i dekstrynach za pomocą wagosuszarki OdwaŜano 2 g próbki na wadze laboratoryjnej. NawaŜkę przenoszono na jednorazową szalkę z folii aluminiowej o średnicy 90 mm. Szalkę z próbką umieszczano we wstępnie wysuszonej komorze suszenia wagosuszarki AGS50 (AXIS Sp. z o.o., Gdańsk Polska). Suszenie prowadzono w temperaturze 130 C przez 20 min. Oznaczano procentową zawartość wilgoci w stosunku do masy początkowej. Wynik odczytywano z dokładnością 0,01%. Rozpuszczalność w wodzie Rozpuszczalność preparatów skrobiowych oznaczano zmodyfikowaną metodą SCHOCHA [1964]. OdwaŜano 1 g próbki z dokładnością do 0,001 g (m p ) i przenoszono ilościowo do polipropylenowej probówki wirówkowej typu Falcon o poj. 50 ml. Do probówki wrzucano mikromieszadełko magnetyczne i dodawano 10 ml wody destylowanej. Zawartość probówki mieszano intensywnie na wytrząsarce typu Vortex, a następnie na mieszadle magnetycznym w temp. 37 C przez 30 min. Sporządzoną zawiesinę o stęŝeniu 10% (w/v) odwirowywano z szybkością 7000 obr./min przez 20 min. Pobierano 5 ml supernatantu do naczyńka wagowego o znanej masie (m a ). Naczyńko z próbką umieszczano w suszarce elektrycznej i suszono w temperaturze 60 C przez całą noc. Następnie podnoszono temperaturę do 110 C i kontynuowano suszenie przez 1 godz. Naczyńko z zawartością studzono w eksykatorze i waŝono (m b ). Rozpuszczalność obliczano ze wzoru: AS (%) = 2 x 100 x (m b - m a )/m p gdzie: 2 - mnoŝnik (wynik mnoŝono przez 2, poniewaŝ odparowywano zaledwie połowę supernatantu otrzymanego z rozpuszczenia 1 g próbki badanej). Odczyn wodnych roztworów dekstryn Mierzono ph 1% wodnych roztworów dekstryn oraz porównawczo wodnych zawiesin skrobi natywnej i skrobi ogrzewanej za pomocą ph-metru stacjonarnego HI 223 (Hanna Instruments, Olsztyn Polska). Dla wszystkich prób wykonano po 3 oznaczenia. Oznaczanie równowaŝnika glukozowego (DE) Oznaczenie wartości DE wykonano metodą Somogyi-Nelsona [SOMOGYI 1952] stosując roztwory glukozy o stęŝeniu µg/ml jako wzorce. Rozpuszczano bezwodny węglan sodu (25 g), winian sodowo-potasowy (25 g), wodorowęglan sodu (20 g), bezwodny siarczan sodu (200 g) w 800 ml wody dejonizowanej i dopełniano do 1000 ml (REAGENT A). Rozpuszczano pięciowodny siarczan miedzi (30 g) w 200 ml wody dejonizowanej i dodawano 4 krople stęŝonego kwasu siarkowego(vi) (REAGENT

6 432 J. Kapuśniak i inni B). Rozpuszczano molibdenian amonu (25 g) w 450 ml wody dejonizowanej zawierającej 21 ml stęŝonego kwasu siarkowego(vi). Rozpuszczano pięciowodny wodoroarsenian dwusodowy (3 g) w 25 ml wody dejonizowanej. Dodawano roztwór arsenianu dwusodowego do roztworu molibdenianu amonu i rozcieńczano do 500 ml. Tak sporządzony roztwór pozostawiano na noc w temp C i przechowywano w butelce z ciemnego szkła (REAGENT C). Bezpośrednio przed oznaczeniem sporządzano REAGENT D poprzez zmieszanie 25 ml REAGENTA A z 1 ml REAGENTA B. Dodawano 1 ml reagenta D do 1 ml próbki/wzorca, gotowano na wrzącej łaźni wodnej przez 20 min, studzono przez 5 min pod bieŝącą wodą z kranu. Do kaŝdej probówki dodawano po 1 ml REAGENTA C i wstrząsano do momentu kiedy przestały się pojawiać pęcherzyki gazu. Po upływie 20 min zawartość kaŝdej probówki doprowadzano do obj. 25 ml, po czym mierzono absorbancję przy 520 nm. Zawartość cukrów redukujących odczytywano z krzywej wzorcowej. Dla kaŝdej próby wykonano po trzy pomiary. Rozrzut mas cząsteczkowych oznaczany z wykorzystaniem wysokosprawnej chromatografii wykluczenia (HPSEC) Rozrzut mas cząsteczkowych oznaczano z wykorzystaniem wysokosprawnej chromatografii wykluczenia (HPSEC) z potrójną detekcją (TriSEC) stosując system złoŝony z: pompy HPLC Knauer K-501, detektorów LDC RI (Knauer, Berlin, Niemcy), Viscotek T60A Dual Detector (RALLS - detektor rozpraszania światła z przepływowym detektorem wiskozymetrycznym). Do rozdziału frakcji wykorzystano serię trzech kolumn analitycznych Suprema ( Ĺ; 8 x 300 mm; Polymer Service Standard). Fazę ruchomą stanowił 0,1% wodny roztwór NaN 3. Szybkość przepływu fazy ruchomej wynosiła 1 ml/min. Próbki dekstryn o stęŝeniu 5 mg/ml filtrowano przez strzykawkowe filtry membranowe o średnicy porów wynoszącej 0,2 µm. Objętość próbki wprowadzanej na kolumnę wynosiła 100 µl. Zastosowano dodatkowy filtr membranowy Viscotek w celu ochrony detektorów przed zanieczyszczeniami przepływającymi z kolumny. Kalibrację przeprowadzono z wykorzystaniem wzorców dekstranowych. Wyniki analiz chromatograficznych analizowano z wykorzystaniem specjalistycznego oprogramowania OmniSEC TM firmy Viscotec. Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) Dla dekstryn rozpuszczonych w D 2 O na gorąco rejestrowano widma 13 C NMR przy 200 MHz z wykorzystaniem spektrometru NMR AC-200 (Bruker USA). Spektroskopia absorpcyjna w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR) Próbki preparatów pastylkowano z 0,2 g spektralnie czystego i suchego KBr (około 3% (m/m) mieszaniny), po czym rejestrowano widma w zakresie cm -1. Wykorzystano w tym celu spektrofotometr FTIR NEXUS (Nicolet, Madison, Wisconsin USA). Oznaczanie zawartości frakcji opornych metodą enzymatyczno-grawimetryczną Zawartość frakcji nietrawionych oznaczano metodą enzymatyczno-grawimetryczną AOAC [2003]. Próbkę (1,00 g, sucha masa) roztwarzano w buforze MES-TRIS (0,05 mol dm -3, ph 8,2, 40 ml) w 400 ml wysokiej zlewce, następnie dodawano termostabilnej α-amylazy (500 U) z Bacillus licheniformis. Zlewkę przykrywano folią aluminiową i inkubowano we wrzącej łaźni wodnej, z równoczesnym mieszaniem przez 30 min. Zawiesinę studzono do temp. 60 C, dodawano proteazy (30 U) z Bacillus licheniformis i inkubowano w temp. 60 C, z równoczesnym wytrząsaniem (120 obr/min) przez 30 min. Następnie zawiesinę doprowadzano do ph 4,4-4,6 przy uŝyciu 0,561 mol dm -3, kwasu chlorowodorowego i dodawano

7 OTRZYMYWANIE I CHARAKTERYSTYKA OPORNYCH DEKSTRYN amyloglukozydazy (600 U) z Aspergillus niger. Po inkubacji w temp. 60 C przez 30 min dodawano 4 objętości alkoholu etylowego (95%, około 225 ml, ogrzany do temp. 60 C). Całość pozostawiano w temperaturze pokojowej przez 1 godz. Wytrącony osad sączono pod zmniejszonym ciśnieniem, przez szklany tygiel filtracyjny ze spiekiem o porach µm, wypełniony 1 g wysuszonej ziemi okrzemkowej (Celite). Pozostałość w tyglu przemywano dwukrotnie roztworem alkoholu etylowego (78%, 15 ml), dwukrotnie absolutnym alkoholem etylowym (15 ml) oraz jeden raz acetonem (15 ml). Tygiel ze stałą pozostałością suszono przez noc w temp. 110 C, studzono do temp. pokojowej w eksykatorze i waŝono. Zawartość frakcji opornych obliczano ze stosunku masy suchej pozostałości do początkowej masy wysuszonej próbki i wyraŝano w %. Oznaczanie zawartości frakcji opornych metodą enzymatyczno-spektrofotometryczną Zawartość frakcji opornych na trawienie enzymatyczne in vitro oznaczano takŝe z wykorzystaniem metody enzymatyczno-spektrofotometrycznej [ENGLYST i in. 1992]. Do polipropylenowych probówek typu falcon o poj. 50 ml odwaŝono 1,000 g próbki badanej i 50 mg gumy guar i dodawano 20 ml buforu octanowego (0,1 M; ph 5,2). Zawartość wszystkich probówek mieszano na wstrząsarce typu Vortex, a następnie gotowano na wrzącej łaźni wodnej przez 30 min. Po upływie tego czasu probówki z zawartością studzono do temperatury 37 C w łaźni wodnej. Próbki badane, roztwory wzorcowe i próbę ślepą kondycjonowano w łaźni wodnej w temperaturze 37 C przez 20 min, po czym do kaŝdej dodawano 5 ml mieszaniny enzymów (pankreatyny trzustkowej i amyloglukozydazy). Enzymy dodawano w odstępach dokładnie 1-minutowych. Próbki inkubowano na łaźni wodnej w temperaturze 37 C z równoczesnym wytrząsaniem z szybkością 120 obr./min. Po upływie 20 min z kaŝdej probówki pobierano 0,5 ml hydrolizatu do odpowiednio opisanej polipropylenowej probówki wirówkowej o pojemności 50 ml, zawierającej 20 ml 66% roztworu etanolu. W trakcie pobierania hydrolizatu nie przerywano wytrząsania. Po upływie kolejnych 100 min, ponownie z kaŝdej probówki pobierano 0,5 ml hydrolizatu do odpowiednio opisanej polipropylenowej probówki wirówkowej o pojemności 50 ml zawierającej 20 ml 66% roztworu etanolu. Porcje pobrane po 20 min oznaczano symbolem G 20, a te po upływie 120 min - G 120. Wszystkie probówki poddawano wirowaniu z szybkością 4000 rpm przez 10 min do osiągnięcia całkowicie klarownego supernatantu. Ilość glukozy uwolnionej w trakcie hydrolizy enzymatycznej oznaczano za pomocą zestawu K-GLUC (MEGAZYME, Irlandia) zawierającego oksydazę glukozową i peroksydazę. Do odpowiednio opisanych probówek odpipetowywano po 100 µl próbek badanych, roztworów wzorcowych oraz próby ślepej. Do kaŝdej dodawano 3 ml odczynnika GOPOD. Probówki umieszczano w łaźni wodnej i inkubowano w temperaturze 45 C z równoczesnym wytrząsaniem przez 20 min. Po upływie tego czasu mierzono absorbancję próbek badanych i roztworów wzorcowych względem próby ślepej przy 510 nm, a następnie obliczano zawartość glukozy. Wyniki i dyskusja Wcześniejsze badania [JANE, KAPUŚNIAK 2006; KAPUŚNIAK, JANE 2007a] nad otrzymywaniem opornych dekstryn z normalnej skrobi kukurydzianej pokazały, Ŝe dekstryny o największej zawartości frakcji nietrawionych przygotowano poprzez ogrzewanie skrobi uprzednio wysuszonej do zawartości wilgoci < 5% w obecności katalizatora kwasowego, którym był lotny kwas chlorowodorowy dodany do skrobi do uzyskania końcowego stęŝenia na poziomie 0,1% (w przeliczeniu na suchą masę skrobi)

8 434 J. Kapuśniak i inni w zamkniętych autoklawowanych butelkach szklanych w temperaturze 130 C przez 180 min. W zaproponowanych warunkach udało się zwiększyć zawartość frakcji opornych na trawienie enzymatyczne do około 42%, jak wykazały analizy z wykorzystaniem metody enzymatyczno-grawimetrycznej AOAC Jednocześnie otrzymana dekstryna była bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie (rozpuszczalność sięgała 97% w temperaturze 25 C). Średnia wagowo masa cząsteczkowa otrzymanej dekstryny wyniosła 2,2 x 10 4 Da. Niestety preparat charakteryzował się duŝą zawartością spieków, frakcji nieskrobiowych, frakcji zwęglonych, jak równieŝ intensywnym Ŝółtobrązowym zabarwieniem. Taka postać końcowego produktu modyfikacji skrobi mogła być następstwem zastosowania kwasu chlorowodorowego o stosunkowo wysokim stęŝeniu (5%), trudnościami z równomiernym rozprowadzeniem kwasu w całej objętości skrobi, gwałtownym miejscowym wzrostem stęŝenia kwasu, prowadzącym do silnej degradacji wyjściowego materiału. Dlatego w badaniach nad dekstrynizacją skrobi ziemniaczanej zdecydowano się zastosować kwas chlorowodorowy o stęŝeniu 0,5%. Ponadto zaproponowano zmianę opatentowanej metodyki poprzez pominięcie etapu suszenia skrobi niemodyfikowanej. Rozpuszczalność w wodzie jest bardzo istotnym czynnikiem decydującym o moŝliwości zastosowania dekstryn jako składników Ŝywności. Ogrzewanie skrobi zazwyczaj prowadziło do zwiększenia jej rozpuszczalności. Dodatkowo niska początkowa wilgotność skrobi sprzyjała szybszemu, niŝ w przypadku zastosowania skrobi wilgotnej, osiągnięciu całkowitej rozpuszczalności. Istotna z punktu widzenia otrzymywania preparatów potencjalnie prebiotycznych wydaje się takŝe zaleŝność między zawartością frakcji nietrawionych a rozpuszczalnością w wodzie. Poprzednio wykazano, Ŝe dekstryny zawierające więcej frakcji nietrawionych były słabiej rozpuszczalne w wodzie [KWON i in. 2005]. Mogło to być spowodowane zachodzącym procesem polimeryzacji lub tworzeniem substancji o charakterze nieskrobiowym, jak np. węgiel. Z drugiej strony dobra rozpuszczalność moŝe być bardzo istotnym czynnikiem wpływającym na dostępność i powinowactwo enzymów do testowanych dekstryn. Przeprowadzone badania pokazały, Ŝe ogrzewanie skrobi ziemniaczanej bez dodatku kwasu w temperaturze 130 C przez 180 min. prowadziło do otrzymania produktu o rozpuszczalności 2,7% (tab. 2). Ogrzewanie skrobi zakwaszonej kwasem chlorowodorowym prowadziło do znacznego zwiększenia rozpuszczalności. Rozpuszczalność w wodzie dekstryny D0 w temp. 37 C wyniosła 67,3%. Charakterystyka nowych dekstryn skrobiowych Characteristics of novel starch dextrins Tabela 2; Table 2 Preparat Specimen Rozpuszczalność Solubility (%) ph 1% RównowaŜnik glukozowy Dextrose equivalent Frakcja oporna Resistant fraction AOAC (%) metoda Englysta Englyst method Skrobia ogrzewana (kontrol) Heated starch (control) Dekstryna 0; Dextrin 0 Dekstryna 1; Dextrin 1 Dekstryna 2; Dextrin 2 Dekstryna 3; Dextrin 3 2,7 67,3 81,8 85,8 67,93 5,41 3,84 3,76 3,76 2,45 0,3 o6,6 8,9 9,6 15,7 no; nd 8,96 9,87 7,24 44,49 no; nd 41,02 37,51 35,43 68,18

9 OTRZYMYWANIE I CHARAKTERYSTYKA OPORNYCH DEKSTRYN no; nd nie oznaczano; not determined W wyniku dekstrynizacji prowadzonej w atmosferze, zarówno powietrza, jak i gazu obojętnego otrzymywano dekstryny kwaśne [PAŁASIŃSKI i in. 1986]. Ogrzewanie skrobi bez dodatku katalizatora kwasowego prowadziło do produktu, którego 1% wodny roztwór wykazywał ph równe 5,41 (tab. 2). ph 1% wodnego roztworu dekstryny D0 wynosiło 3,84. Ogrzewaniu skrobi ziemniaczanej z HCl (0,1% suchej masy skrobi) w temperaturze 130 C przez 180 min towarzyszył wyraźny wzrost wartości równowaŝnika glukozowego, w porównaniu ze skrobią ogrzewaną bez dodatku katalizatora kwasowego (tab. 2). Znaczący wzrost DE wskazywał na zachodzący intensywnie proces rozrywania wiązań glikozydowych. Dekstrynizacja w obecności kwasu chlorowodorowego prowadziła do wyraźnego wzrostu zawartości frakcji opornych na trawienie enzymatyczne (tab. 2). Zawartość frakcji nietrawionych w dekstrynie D0 wyznaczona metodą enzymatycznograwimetryczną AOAC wyniosła wprawdzie jedynie 8,96%, ale wyniki oznaczenia wykonanego metodą enzymatyczno-spektrofotometryczną Englysta pokazały, Ŝe rzeczywista zawartość frakcji opornej była większa od 40%. Wcześniejsze badania [ENGLYST i in. 2007] dowiodły, Ŝe prowadząc eksperyment metodą enzymatyczno-grawimetryczną in vitro udawało się oznaczyć zaledwie 40% opornych dekstryn. Aby oznaczyć pozostałe 60% przesącz musiał być zagęszczony, przefiltrowany i poddany analizie ilościowej z wykorzystaniem technik chromatograficznych HPLC lub GC. Wydaje się więc oczywiste, Ŝe znacznie bardziej dokładną metodą oznaczania zawartości frakcji opornych w produktach dekstrynizacji skrobi jest metoda Englysta. Wcześniejsze badania [JANE, KAPUŚNIAK 2006] nad otrzymywaniem niskokalorycznych opornych dekstryn ze skrobi kukurydzianej pokazały, Ŝe zastosowanie wielofunkcyjnych kwasów polikarboksylowych w procesie dekstrynizacji obok standardowo stosowanego kwasu mineralnego zwiększało zawartość frakcji opornych średnio o 10-15%, w porównaniu z dekstryną przygotowaną bez udziału kwasów organicznych. Zmniejszenie strawności tłumaczono wprowadzeniem do częściowo zdepolimeryzowanego łańcucha skrobiowego nowych grup funkcyjnych, w szczególności estrowych, jak równieŝ ewentualnym sieciowaniem. Modyfikacja chemiczna obok czynnika temperaturowego mogła utrudniać atak enzymu na wiązanie glikozydowe, czyniąc je opornymi na trawienie. Zastosowanie kwasów cytrynowego i winowego w procesie otrzymywania dekstryn ze skrobi ziemniaczanej prowadziło do produktów o bardzo dobrej rozpuszczalności w wodzie. W przypadku dekstryny otrzymanej z udziałem kwasu cytrynowego rozpuszczalność sięgała 82%, a tej przygotowanej z kwasem winowym - 86% (tab. 2). Zastosowanie obydwu kwasów prowadziło do nieznacznego obniŝenia ph 1% wodnych roztworów otrzymanych dekstryn oraz zwiększenia wartości równowaŝnika glukozowego (DE). Zwiększenie rozpuszczalności, obniŝenie ph i zwiększenie wartości DE jednoznacznie wskazywało na silną degradację polimerów skrobiowych. Jednocześnie kwas winowy okazał się silniejszym czynnikiem depolimeryzującym skrobię niŝ kwas cytrynowy. Uzyskane wyniki jednoznacznie pokazały, Ŝe przy niskim stęŝeniu kwasu organicznego w mieszaninie ze skrobią nie dochodziło do procesu sieciowania matrycy dekstrynowej. Zastosowanie kwasu organicznego w procesie dekstrynizacji prowadziło do otrzymania dekstryn o mniejszej zawartości frakcji opornych (37,5 i 35,4% odpowiednio w dekstrynie D1 i D2), w porównaniu z dekstryną przygotowaną z udziałem lotnego kwasu nieorganicznego, jako jedynego katalizatora reakcji. Wcześniejsze badania pokazały, Ŝe wprowadzenie do skrobi zakwaszonej kwasem

10 436 J. Kapuśniak i inni chlorowodorowym kwasu organicznego powodowało osłabienie działania mocnego kwasu nieorganicznego poprzez zmniejszenie jego stałej kwasowej, co w konsekwencji prowadziło do zmniejszenia zawartości frakcji nietrawionych [WURZBURG 1986]. W badaniach poświęconych otrzymywaniu chemicznie zmodyfikowanych opornych dekstryn ze skrobi kukurydzianej wiele uwagi poświęcono poszukiwaniu związku między stęŝeniem zastosowanego kwasu organicznego, a zawartością frakcji nietrawionych [KAPUŚNIAK, JANE 2007b]. Największą zawartością frakcji opornych, wyznaczonych metodą AOAC , charakteryzowały się preparaty o skrajnej (najwyŝszej i najniŝszej) zawartości kwasów karboksylowych. Sugerowano, Ŝe niskie stęŝenie kwasu organicznego sprzyjało procesowi repolimeryzacji z wytworzeniem duŝych silnie rozgałęzionych cząsteczek. Przyjęto, Ŝe niskie stęŝenie przyczyniało się do tworzenia nowych wiązań. Zastosowanie kwasów na poziomie 1 lub 10% prowadziło do całkowitej depolimeryzacji skrobi bez wytworzenia frakcji opornych. Dalszy wzrost stęŝenia kwasu organicznego do 40% wag. skutkował otrzymaniem molekuł silnie usieciowanych, o duŝej zawartości skrobi opornej 4 (RS4). W prezentowanych badaniach zwiększenie stęŝenia kwasu winowego do 40% prowadziło do otrzymania produktu o zmniejszonej rozpuszczalności w wodzie (67,9%), ph na poziomie 2,45, wysokiej wartości DE (15,7). Jednocześnie obserwowano istotny wzrost zawartości frakcji opornych do 68,2%.

11 OTRZYMYWANIE I CHARAKTERYSTYKA OPORNYCH DEKSTRYN Rys. 2. Widma FTIR skrobi ziemniaczanej natywnej (A), skrobi ziemniaczanej ogrzewanej w temp. 130 C przez 180 min (B), dekstryny 0 (C), dekstryny 1 (D), dekstryny 2 (E) oraz dekstryny 3 (F) Fig. 2. FTIR spectra of native potato starch (A), potato starch incubated at 130 C for 180 min (B), dextrin 0 (C), dextrin 1 (D), dextrin 2 (E) and dextrin 3 (F) Poszukując związku pomiędzy opornością dekstryn na trawienie enzymatyczne, a ich budową chemiczną poddano je badaniom strukturalnym, takim jak: spektroskopia absorpcyjna w podczerwieni (FTIR), spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) oraz wysokosprawna chromatografia wykluczenia (HPSEC). Zmiany strukturalne towarzyszące procesowi dekstrynizacji skrobi były z reguły mało widoczne w widmach FTIR. RównieŜ w tym przypadku widmo skrobi ogrzewanej w temperaturze 130 C przez 180 min nie róŝniło się w istotny sposób od widma skrobi natywnej. Największe róŝnice obserwowano w zakresie cm -1 (rys. 2B). W

12 438 J. Kapuśniak i inni widmie FTIR natywnej skrobi ziemniaczanej w tym obszarze widoczne było szerokie pasmo z trzema charakterystycznymi pikami (rys. 2A). To typowe dla skrobi pasmo przypisano drganiom wiązań C-OH. W wyniku ogrzewania pasmo to przesunęło się od wartości 984 cm -1 do około 1023 cm -1. Równocześnie pasmo typowe dla drgań rozciągających wiązań glikozydowych przy 1163 cm -1 [VASKO i in. 1972] przesunęło się w kierunku mniejszej liczby falowej. Widma dekstryn otrzymanych przez ogrzewanie skrobi z kwasem chlorowodorowym (0,1% suchej masy skrobi), (rys. 2C) oraz dodatkowo kwasem cytrynowym (0,1% suchej masy skrobi), (rys. 2D) lub kwasem winowym (0,1% suchej masy skrobi), (rys. 2E) były niemal identyczne z widmem skrobi ogrzewanej w tych samych warunkach, ale bez udziału kwasów. Z kolei w widmie FTIR dekstryny modyfikowanej z duŝym nadmiarem kwasu winowego (rys. 2F) widoczne było silne pasmo przy około 1746 cm -1, które moŝna było przypisać drganiom rozciągającym grupy karbonylowej kwasu karboksylowego i/lub estru. Obecność tego pasma mogła wskazywać na: zachodzącą reakcję estryfikacji kwasu winowego skrobią jako polialkoholem, utlenienie grup hydroksylowych skrobi do karbonylowych i karboksylowych i wreszcie obecność nieprzereagowanego i nieodmytego kwasu winowego. Przesunięcie pasma widocznego w widmie kwasu winowego przy 1740 cm -1 do 1746 cm -1 w widmie dekstryny D3, jak równieŝ maksimum pasma przy 3293 cm -1 w widmie skrobi natywnej do 3383 cm -1 w widmie skrobi ogrzewanej i ponad 3400 cm -1 w widmach dekstryn, dowodziło zachodzącej reakcji estryfikacji. Przesunięcie maksimum pasma przypisywanego drganiom rozciągającym grup -OH skrobi świadczyło o zmniejszeniu ilości połączonych wiązaniami wodorowymi grup hydroksylowych, jako Ŝe część spośród z nich została zaangaŝowana w tworzenie wiązań estrowych. Widma 13 C NMR dekstryn D0, D1 i D2 były praktycznie identyczne. W widmach tych obserwowano sygnały typowe dla atomów węgla jednostki anhydro-d-glukozowej. Wartości przesunięć chemicznych (ppm) odpowiadających absorpcji przez jądra poszczególnych atomów węgla przedstawiono na rysunku 3. I tak kolejne sygnały widoczne przy 98,20; 75,25; 71,98; 70,16; 69,79; 59,07 przypisano kolejno atomom węgla: C - 1 końca redukującego, C - 3, C - 2, C - 5, C - 4 końca nieredukującego oraz C - 6. W widmie dekstryny modyfikowanej kwasem winowym dodanym do skrobi do uzyskania końcowego stęŝenia na poziomie 40% suchej masy skrobi widoczne były tylko dwa sygnały przy 173,48 ppm - typowy dla atomu C grupy karboksylowej oraz przy 70,70 ppm - przypisywany atomowi C grupy C-OH. Widmo te było charakterystyczne dla kwasu winowego. NaleŜy wnioskować, Ŝe produkt otrzymany z udziałem duŝego nadmiaru kwasu winowego był bardzo słabo rozpuszczalny w D 2 O, prawdopodobnie wskutek usieciowania, a zarejestrowane widmo wskazało jedynie na obecność nieprzereagowanego, nieodmytego kwasu organicznego. Z kształtu chromatogramów HPSEC zarejestrowanych dla dekstryn D0, D1 i D2 wnioskowano, Ŝe preparaty te zawierały dwie frakcje: jedną złoŝoną z niewielkiej liczby cząsteczek o wysokiej masie cząsteczkowej, wywołujących rozproszenie światła laserowego, druga - bardziej liczna - złoŝona z cząsteczek o niskiej masie cząsteczkowej nie powodująca rozproszenia światła. Rysunek 3 i 4 na końcu art.

13 OTRZYMYWANIE I CHARAKTERYSTYKA OPORNYCH DEKSTRYN Dekstryna D3 zawierała trzy frakcje: jedną mało liczną złoŝoną z cząsteczek o duŝej masie cząsteczkowej i dwie złoŝone z duŝej liczby cząsteczek o znacznie mniejszej masie cząsteczkowej (rys. 4). W tabeli 3 przedstawiono liczbowo średnie masy cząsteczkowe (M n ), wagowo średnie masy cząsteczkowe (Mw) oraz wartości współczynnika polidyspersji, będącego miarą rozrzutu mas cząsteczkowych, dekstryn skrobiowych. Dla dekstryny otrzymanej przez ogrzewanie skrobi zakwaszonej kwasem chlorowodorowym (D0) M n wyniosła około 5000 Da, a M w (średni DP = 62). Dodanie kwasu cytrynowego zwiększało M w do (średni DP = 93). Dodatek kwasu winowego nie wpływał na zwiększenie M n i M w, co pozostawało w zgodzie z wcześniejszymi obserwacjami wskazującymi na fakt, Ŝe kwas winowy był silniejszym czynnikiem hydrolizującym skrobię niŝ kwas cytrynowy. Niestety zastosowanie kwasów organicznych zwiększało polidyspersję. Wydaje się, Ŝe w dalszych etapach badań konieczne będzie rozdzielenie frakcji o róŝnych masach cząsteczkowych, np. za pomocą chromatografii GPC, oznaczenie procentowego udziału kaŝdej z frakcji oraz wyznaczenie rzeczywistych mas cząsteczkowych frakcji o większej M w oraz względnych mas cząsteczkowych wg kalibracji na odpowiednio dobrane wzorce dla tych frakcji, dla których pomiary parametrów bezwzględnych będą niemoŝliwe. Liczbowo średnia masa cząsteczkowa (M n ), wagowo średnia masa cząsteczkowa (M w ) oraz współczynnik polidyspersji (M w /M n ) dekstryn skrobiowych Number average molecular weight (M n ), weight average molecular weight (M w ), and polydispersity index (M w /M n ) of potato starch dextrins Tabela 3; Table 3 Preparat Specimen M n (g mol -1 ) M w (g mol -1 ) M w/m n Dekstryna 0; Dextrin 0 Dekstryna 1; Dextrin 1 Dekstryna 2; Dextrin 2 Dekstryna 3; Dextrin ; ; ,926 2,755 2,428 3,537; 1,225 Wnioski 1. Dekstryna otrzymana poprzez ogrzewanie skrobi ziemniaczanej z kwasem chlorowodorowym (0,1% suchej masy skrobi), jako katalizatorem, w tempeturze 130 C przez 180 min była bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie (67,3% w temperaturze 37 C) i zawierała 41% frakcji opornych. 2. Zastosowanie kwasów cytrynowego i winowego (0,1% suchej masy skrobi) w procesie otrzymywania dekstryn prowadziło do produktów o większej rozpuszczalności w wodzie, nieznacznie niŝszym ph, większej wartości DE oraz zmniejszonej zawartości frakcji opornych, w porównaniu z dekstryną otrzymaną z udziałem jedynie kwasu chlorowodorowego. Zwiększenie stęŝenia kwasu winowego do 40% prowadziło do otrzymania produktu o zmniejszonej rozpuszczalności w wodzie, silnej kwasowości, wysokiej wartości DE. Jednocześnie obserwowano istotny wzrost zawartości frakcji opornych do 68%. 3. Zastosowane techniki instrumentalne analizy nie pozwoliły jednoznacznie

14 440 J. Kapuśniak i inni określić charakteru chemicznego i struktury produktów modyfikacji skrobi. Literatura AOAC International, Total, Soluble and Insoluble Dietary Fiber in Foods and Food Products, Enzymatic-Gravimetric Method 2003, w: Official Methods of Analysis of AOAC International. 17th ed. Sec , rozdz Horwitz W. (Red.). Gaithersburg, MD USA. BEMILLER J.N Starch-based gums, in: Industrial Gums. Polysaccharides and Their Derivatives Whistler R.L., BeMiller J.N. (Red.). Academic Press, San Diego CA: BJÖRCK L., GUNNARSSON A., ŘSTERGĹRD K A study of native and chemically modified potato starch. Part II. Digestibility in the rat intestinal tract. Starch-Stärke 41: CAMPECHANO-CARRERA E., CORONA-CRUZ A., CHEL-GUERRERO L., BETANCUR-ANCONA D Effect of pyrodextrinization on available starch content of lima bean (Phaseolus lunatus) and cowpea (Vigna unguiculata) starches. Food Hydrocolloid 21(3): ENGLYST H.N., KINGMAN S.M., CUMMINGS J.H Classification and measurement of nutritionally important starch fractions. Eur. J. Clin. Nutr. 46(suppl.): S33-S50. ENGLYST K.N., LIU S., ENGLYST H.N Nutritional characterization and measurement of dietary carbohydrates. Eur. J. Clin. Nutr. 61: S19-S39. FOUACHE C., DUFLOT P., LOOTEN P Branched maltodextrins and method of preparing them. U.S. Patent 6,630, 586 B1. JANE J-l., KAPUŚNIAK J Development of resistant and low-caloric maltodextrins from corn starch. The Intellectual Property Disclosure and Record (Ref. No 03412), Iowa State University Research Foundation: 1-8. KAPUŚNIAK J., JANE J-l. 2007a. Preparation and characteristics of enzyme-resistant dextrins from corn starch. Pol. J. Food Nutr. Sci. 57(4B): KAPUŚNIAK J., JANE J-l. 2007b. New enzyme-resistant branched dextrins from corn starch. Food Hydrocolloid (złoŝony do druku). KWON S., CHUNG K.M., SHIN S.I Contents of indigestible fraction, water solubility, and color of pyrodextrins made from waxy sorghum starch. Cereal Chem. 82(1): LAURENTIN A., CARDENAS M., RUALES J., PEREZ E., TOVAR J Preparation of indigestible pyrodextrins from different starch sources. J. Agr. Food Chem. 51: LESZCZYŃSKI W Resistant starch - classification, structure, production. Pol. J. Food Nutr. Sci. 13/54: OHKUMA K., MATSUDA I., KATTA Y., HANNO Y Pyrolysis of starch and its digestibility by enzymes-characterization of indigestible dextrin. Denpun Kagaku 37: OHKUMA K., WAKABAYASHI S Fibersol-2: A soluble, non-digestible, starch-derived dietary fibre, w: Advanced Dietary Fibre Technology McCleary B.V., Prosky L. (Red.). Blackwell Science Ltd., Oxford: OROZCO-MARTINEZ T., BETANCUR-ANCONA D Indigestible starch of P. lunatus obtained by pyroconversion: Changes in physicochemical properties. Starch-Stärke 56:

15 OTRZYMYWANIE I CHARAKTERYSTYKA OPORNYCH DEKSTRYN PAŁASIŃSKI M., TOMASIK P., WIEJAK S Thermolysis of carbohydrates in oxygenfree atmosphere. Part II. British gum formation. Starch-Starke 38(7): Panel on the definition of dietary fiber, Standing Committee on the Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes, Food and Nutrition Board Dietary Reference Intakes: Proposed Definition of Dietary Fiber. The National Academics Press: 12-21; ROTURIER J.M., LOOTEN P.H., OSTERMAN E Dietary fiber measurement in food containing NUTRIOSE FB by enzymatic-gravimetric-hplc method. Proc. Dietary Fiber, Helsinki, Finland, : ROTURIER J.M., LOOTEN P.H Nutriose - analytical aspects. Proc. The Dietary Fibre Conference, Helsinki, Finland, June 2006: 15. SCHOCH T.J Swelling power and solubility of granular starches, in: Methods in Carbohydrate Chemistry. Whistler R., Smith R., BeMiller J. (Red.). Academic Press, New York: SOMOGYI M Notes on sugar determination. J. Biol. Chem. 195: TOMASIK P., WIEJAK S., PAŁASIŃSKI M The thermal decomposition of carbohydrates. Part II. The decomposition of starch. Adv. Carbohydr. Chem. Biochem. 47: VASKO P.D., BLACKWELL J., KOENIG J.L Infrared and Raman spectroscopy of carbohydrates. 2. Normal coordinate analysis of alpha-d-glucose. Carbohydr. Res. 23: WANG Y-J., KOZLOWSKI R., DELGADO G.A Enzyme resistant dextrins from high amylose corn mutant starches. Starch-Stärke 53: WEPNER B., BERGHOFER E., MIESENBERGER E., TIEFENBACHER K., PERRY N.K Citrate starch - application as resistant starch in different food systems. Starch-Stärke 10: WOO K.S., SEIB P.A Cross-linked resistant starch: Preparation and properties. Cereal Chem. 79(6): WURZBURG O.B Converted starches, in: Modified Starches: Properties and Uses Wurzburg O.B. (Red.). CRC Press, Boca Raton Florida: XIE X., LIU Q Development and physicochemical characterization of new resistant citrate starch from different corn starches. Starch-Stärke 56: XIE X., LIU Q., CUI S.W Studies on the granular structure of resistant starch (type 4) from normal, high amylose and waxy corn starch citrates. Food Research International 39: Słowa kluczowe: termoliza, skrobia ziemniaczana, dekstryny, oporność na trawienie enzymatyczne, kwasy polikarboksylowe Streszczenie Zaproponowano wykorzystanie rodzimego, łatwo dostępnego i taniego surowca jakim jest skrobia ziemniaczana do przygotowania opornych dekstryn, w miejsce skrobi pozyskiwanych z innych roślin. Skrobię ziemniaczaną modyfikowano poprzez termolizę w obecności katalizatora kwasowego w temperaturze 130 C w zamkniętych

16 442 J. Kapuśniak i inni butelkach szklanych przez 180 min. Przebadano wpływ dodatku wielofunkcyjnych kwasów polikarboksylowych (cytrynowego i winowego) na przebieg procesu dekstrynizacji, strukturę i właściwości końcowych produktów reakcji. Przeprowadzone badania wskazały na moŝliwość przygotowania dobrze rozpuszczalnych (do 86%) dekstryn o duŝej średniej wagowo masie cząsteczkowej - M w (do Da, DP 93), zawierających około 40% frakcji opornych na trawienie enzymami amylolitycznymi. PREPARATION AND CHARACTERISTICS OF RESISTANT DEXTRINS FROM POTATO STARCH Janusz Kapuśniak 1, Kamila Jochym 2, Renata Barczyńska 2, Katarzyna SliŜewska 2, Zdzisława Libudzisz 2 1 Institute of Chemistry and Environmental Protection, Jan Długosz University, Czestochowa 2 Institute of Fermentation Technology and Microbiology, Technical University, Łódź Key words: thermolysis, potato starch, dextrins, enzyme-resistance, polycarboxylic acids Summary An application of potato starch - native, easily accessible, cheap raw material for preparation of resistant dextrins, instead of starch from other botanical sources was proposed. Potato starch was modified by thermolysis in the presence of acid catalyst in a sealed container at 130 C for 180 min. The effect of addition of multifunctional polycarboxylic acids (citric and tartaric) on the of dextrinization process, structure and properties of resulting products was investigated. The carried out studies indicated the possibility of preparation of well-soluble (up to 86%) dextrins of high weight average molecular weight - M w (up to Da, and aver. DP 93), containing about 40% of enzyme-resistant fractions. Dr Janusz Kapuśniak Instytut Chemii i Ochrony Środowiska Akademia im. Jana Długosza ul. Armii Krajowej 13/ CZĘSTOCHOWA j.kapusniak@ajd.czest.pl

17 Rys. 3. Widma 13 C NMR dekstryny 0 (A), dekstryny 1 (B), dekstryny 2 (C) i dekstryny 3 (D) Fig C NMR spectra of dextrin 0 (A), dextrin 1 (B), dextrin 2 (C), and dextrin 3 (D)

18 Rys. 4. Chromatogramy HPSEC dekstryny 0 (A), dekstryny 1 (B), dekstryny 2 (C) oraz dekstryny 3 (D) Fig. 4. HPSEC profiles of dextrin 0 (A), dextrin 1 (B), dextrin 2 (C), and dextrin 3 (D)