淀粉粒表面蛋白和脂對(duì)水稻淀粉水解動(dòng)態(tài)的影響

胡 盼，范孝旭，王 娟，韋存虛

(揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225009)

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淀粉粒表面蛋白和脂對(duì)水稻淀粉水解動(dòng)態(tài)的影響

胡 盼，范孝旭，王 娟，韋存虛

(揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225009)

[目的]明確淀粉粒表面蛋白和脂對(duì)水稻淀粉水解動(dòng)態(tài)的影響。[方法]利用十二烷基硫酸鈉脫去淀粉粒表面蛋白和脂、α-淀粉酶和淀粉葡糖苷酶水解淀粉，測(cè)定淀粉被酶水解成葡萄糖的動(dòng)態(tài)。[結(jié)果]淀粉粒表面蛋白和脂降低淀粉水解速度，這種影響在糯性淀粉中表現(xiàn)不明顯，而在直鏈淀粉含量較高的淀粉中表現(xiàn)較顯著。[結(jié)論]淀粉粒表面蛋白和脂影響淀粉水解。

水稻；淀粉粒；表面蛋白和脂；水解

淀粉主要是由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成的半晶體顆粒結(jié)構(gòu)，也包含少量的蛋白和脂類物質(zhì)。淀粉中的蛋白和脂分為兩類：表面結(jié)合蛋白和脂與內(nèi)部結(jié)合蛋白和脂。表面結(jié)合蛋白主要由貯藏蛋白組成，通過表面吸附結(jié)合上去；脂是表面結(jié)合脂類的總稱，它通過疏松連接或者吸附到淀粉顆粒表層。顆粒內(nèi)部結(jié)合蛋白和脂在淀粉粒內(nèi)部發(fā)揮重要作用，很難從淀粉粒中分離下來[1]。通常禾谷類胚乳淀粉比植物根和莖淀粉帶有更多的表面蛋白和脂，它們的存在影響淀粉的功能特性和用途[2]。淀粉在食品工業(yè)和非食品工業(yè)應(yīng)用中，需要對(duì)淀粉進(jìn)行水解，其中酶水解是最常用的方式之一。淀粉酶水解也參與許多生物反應(yīng)過程，如淀粉在植物體內(nèi)的代謝、在人類腸道系統(tǒng)中的消化等。筆者以不同直鏈淀粉含量的水稻淀粉為材料，研究了淀粉粒表面蛋白和脂對(duì)淀粉水解的影響，以期為淀粉的利用提供參考。

1　材料與方法

1.1材料以水稻品種廣陵香糯(Guang-ling-xiang-nuo，GLXN)、武香9915(Wu-xiang 9915，WX)和特青(Te-qing，TQ)為材料，它們于2015年種植于揚(yáng)州大學(xué)試驗(yàn)田，成熟籽粒去糙后的精米用于分離淀粉。

1.2方法

1.2.1天然淀粉粒的分離。參考Wei等[3]的方法，從精米中分離天然淀粉粒。精米在去離子水中于4 ℃浸泡過夜，研體中充分研磨，淀粉水懸浮液過100、200和400目篩網(wǎng)，7 129 r/min離心10 min，倒去上清液，將沉淀上層非白色的臟物去除干凈。白色的淀粉沉淀用去離子水洗3次，無水乙醇洗2次，冷凍干燥后，過100目篩網(wǎng)獲得原淀粉粉末。

1.2.2淀粉粒表面蛋白和脂的去除。參考Debet等[1]的方法去除淀粉粒表面蛋白和脂。天然淀粉用2%(W/V)的十二烷基硫酸鈉(SDS)配制成20%(W/V)的懸浮液，于20 ℃磁力攪拌30 min，7 129 r/min離心10 min，淀粉沉淀再用SDS溶液懸浮、攪拌和離心2次，去離子水洗5次，無水乙醇洗2次，冷凍干燥后，過100目篩網(wǎng)獲得去除表面蛋白和脂的淀粉粉末。

1.2.3淀粉水解度測(cè)定。參考Carciofi等[4]的方法，利用豬胰腺α-淀粉酶(PPA)和來源于黑曲霉淀粉葡糖苷酶(AMG)的混合酶液對(duì)淀粉進(jìn)行水解動(dòng)態(tài)測(cè)定。10 mg淀粉懸浮在2 mL酶液[20.0 mmol/L磷酸鈉緩沖液，pH 6.0，6.7 mmol/L NaCl，0.01% NaN3，2.5 mmol/L CaCl2，4 U PPA(Sigma A3176)，4 U AMG(Megazyme E-AMGDF)]中，37 ℃、1 000 r/min恒溫混勻儀中反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后立即加入240 μL 0.1 mol/L HCl和2 mL 50%無水乙醇終止酶解反應(yīng)，然后11 929 r/min離心5 min。上清液中的葡萄糖含量用D-葡萄糖分析試劑盒(Megazyme，K-GLUC)測(cè)定，轉(zhuǎn)換成降解的淀粉量。淀粉中總淀粉含量測(cè)定采用淀粉總量檢測(cè)試劑盒(Megazyme K-TSTA)。淀粉水解度=水解淀粉量/樣品中的總淀粉量。試驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2.4淀粉水解動(dòng)力學(xué)分析。參考Zhang等[5]的方法，利用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程C=1-e-kt對(duì)淀粉水解動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，其中t表示時(shí)間(h)，C表示在t時(shí)間內(nèi)水解的淀粉量，K為消化速率常數(shù)(h-1)。

1.3數(shù)據(jù)處理用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析(Tukey法)、線性回歸分析和相關(guān)性分析。相關(guān)系數(shù)的比較采用Pearson相關(guān)系數(shù)和顯著性的雙側(cè)檢驗(yàn)。

2　結(jié)果與分析

2.1淀粉水解動(dòng)態(tài)淀粉被PPA和AMG雙酶水解成葡萄糖，其水解動(dòng)態(tài)見圖1。廣陵香糯淀粉水解最快，其次是武香9915淀粉，而特青淀粉水解最慢。直鏈淀粉能夠抑制淀粉的水解，其含量與淀粉的水解度呈負(fù)相關(guān)[6]。在該研究中，廣陵香糯、武香9915和特青淀粉的直鏈淀粉含量分別為0.2%、16.8%和26.1%[7]，這種直鏈淀粉含量明顯的差異導(dǎo)致了它們水解度的不同。淀粉脫蛋白和脂后，其水解度明顯增加，并且這種增加主要表現(xiàn)在早期水解過程中，對(duì)特青淀粉影響最明顯，其次是武香9915淀粉。這一結(jié)果表明，淀粉粒表面蛋白和脂抑制淀粉水解，尤其對(duì)直鏈淀粉含量高的淀粉影響最明顯。

圖1　淀粉水解動(dòng)態(tài)曲線Fig.1　Dynamic curve of starch hydrolysis

圖2　淀粉水解動(dòng)態(tài)線性擬合Fig.2　Linear fitting of hydrolysis dynamics of starch

樣品Sample一元線性回歸方程Unitarylinearregressionequation相關(guān)系數(shù)(R)Correlationcoefficient水解速率常數(shù)Hydrolysisratecoefficient∥h-1GLXNy=-0.4622x-0.3094-0.9480.460±0.004eGLXN-SDSy=-0.4898x-0.3291-0.9450.488±0.012fWXy=-0.2782x-0.1735-0.9710.278±0.007cWX-SDSy=-0.3133x-0.1963-0.9710.312±0.010dTQy=-0.1232x-0.0753-0.9700.123±0.001aTQ-SDSy=-0.1496x-0.0943-0.9700.149±0.004b

注：水解速率常數(shù)數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列數(shù)據(jù)后不同字母表示不同處理間在0.05水平差異顯著。

Note：Data of hydrolysis rate coefficient were mean ± standard deviation.Different letters in the same row indicated significant differences among treatments at 0.05 level.

2.2淀粉水解動(dòng)力學(xué)早期淀粉水解動(dòng)態(tài)可以用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程表示[5]。淀粉0～4 h的水解動(dòng)態(tài)線性擬合見圖2，其擬合參數(shù)見表1。相關(guān)系數(shù)表明，武香9915和特青淀粉的擬合度較高，而廣陵香糯淀粉的擬合度稍差。水解速率常數(shù)表明，廣陵香糯淀粉水解最快，其次是武香9915淀粉，而特青淀粉最慢。淀粉粒表面蛋白和脂去除后，明顯提高了淀粉的水解速率常數(shù)。PPA是內(nèi)切酶，能夠水解淀粉分子內(nèi)部的α-1，4-糖苷鍵；AMG是外切酶，可以從淀粉的非還原性末端依次水解出1個(gè)D-葡萄糖殘基。當(dāng)?shù)矸郾籔PA水解時(shí)，PPA首先在淀粉粒表面產(chǎn)生作用，通過在淀粉粒內(nèi)形成一個(gè)通道，PPA進(jìn)入顆粒內(nèi)部，然后從淀粉粒內(nèi)部向外水解淀粉。而AMG水解淀粉是從淀粉顆粒外層向內(nèi)部進(jìn)行[8]。淀粉酶的水解是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，淀粉表面蛋白和脂的存在降低了酶與淀粉的相互接觸，降低了淀粉的水解速率[2]。在該研究中，淀粉表面蛋白和脂的去除提高了酶與淀粉的接觸和吸附，明顯增加了淀粉的水解速率。

3　結(jié)論

淀粉粒表面蛋白和脂能夠抑制淀粉的水解，這種抑制作用在糯性淀粉中表現(xiàn)不明顯，而隨著直鏈淀粉含量的升高，抑制作用越來越明顯。去除表面蛋白和脂能夠顯著提高淀粉的水解速率。

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Effects of Surface Proteins and Lipids on Hydrolysis Dynamics of Rice Starch

HU Pan, FAN Xiao-xu, WANG Juan et al

(College of Bioscience and Biotechnology, Yangzhou University, Yangzhou, Jiangsu 225009)

[Objective] To reveal the effects of surface proteins and lipids on hydrolysis dynamics of rice starch. [Method] The surface proteins and lipids were removed from starch granules using the sodium dodecyl sulfate. The starch was hydrolyzed by α-amylase and amyloglucosidase. The starch hydrolysis was measured. [Result] The surface proteins and lipids decreased the hydrolysis rate. The effect was not conspicuous in waxy starch, but was conspicuous in starch with high amylose content. [Conclusion] The surface proteins and lipids have certain impacts on the hydrolysis of starch.

Rice; Starch granule; Surface proteins and lipids; Hydrolysis

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(31270221)。

胡盼(1987- )，男，江蘇泗洪人，碩士研究生，研究方向：植物淀粉發(fā)育和特性。

2016-05-31

S 511

A

0517-6611(2016)21-001-02