脈沖電場(chǎng)協(xié)同酶解提高多孔淀粉制備效率及吸油率

余雅倩，李松南，孫純銳，Wei Shan Lim，賈祥澤，曾新安，張斌，黃強(qiáng)

（1.華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東廣州 510640）（2.中新國際聯(lián)合研究院，廣東廣州 510555）（3.諸城興貿(mào)玉米開發(fā)有限公司，山東諸城 262200）（4.南洋理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，新加坡 639798）

多孔淀粉因其多孔狀蜂窩結(jié)構(gòu)而具有良好的吸附能力，目前被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和化工等領(lǐng)域[1]。多孔淀粉常用于光/熱敏感型生物活性物質(zhì)（如β-胡蘿卜素、姜黃素以及番茄紅素等）的吸附和包埋[2]，以及作為肥料控釋的理想壁材[3]。目前制備多孔淀粉的技術(shù)手段集中在酸水解、酶水解、濕熱處理和超聲波處理等方法[4]。酶水解法具有專一高效、反應(yīng)條件溫和，易于調(diào)控孔隙率和工業(yè)化等特點(diǎn)，是目前最具應(yīng)用前景的多孔淀粉制備方法[5,6]。利用α-淀粉酶和糖化酶協(xié)同制備多孔淀粉具有較高的水解效率和較好的吸附性能，在工業(yè)上已被廣泛采用[7,8]。但目前而言，僅通過酶解法制備多孔淀粉，在不同的酶解條件下，時(shí)長(zhǎng)從6～24 h不等，能源成本高且耗時(shí)較長(zhǎng)[9]。通過對(duì)淀粉預(yù)改性，進(jìn)而提高淀粉酶解效率是目前改善多孔淀粉制備工藝頗具前景的方法之一[10]。

脈沖電場(chǎng)（Pulsed electric field，PEF）是一種新興的食品非熱殺菌技術(shù)，可延長(zhǎng)熱敏性物料的貯藏期和改善食品的風(fēng)味與質(zhì)地。隨著PEF技術(shù)的不斷發(fā)展，其逐漸被應(yīng)用于食品生產(chǎn)的諸多領(lǐng)域，如輔助提取、分子改性等[11]。在改性淀粉領(lǐng)域中，Hong[12]發(fā)現(xiàn)經(jīng)過PEF改性后的乙?；R鈴薯淀粉顆粒表面會(huì)產(chǎn)生更多的凹陷，且隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增強(qiáng)而更加明顯。Li等將小麥淀粉、馬鈴薯淀粉和豌豆淀粉分別進(jìn)行PEF處理后，發(fā)現(xiàn)這三種不同晶型的淀粉在經(jīng)過PEF處理后分子量都有不同程度的改變，且體外消化速率上升[13]?？梢姡琍EF改性具有改變淀粉的形貌以及內(nèi)在結(jié)構(gòu)的效果，在淀粉改性方面具有潛在應(yīng)用前景。

本文探究了PEF改性對(duì)淀粉酶水解制備多孔淀粉制備效率和吸油率的影響，進(jìn)一步考察了PEF改性對(duì)淀粉顆粒結(jié)構(gòu)（形貌、晶體結(jié)構(gòu)、孔容孔徑和孔隙結(jié)構(gòu)）的影響，為快速、高效的多孔淀粉工業(yè)化制備提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 原料

蠟質(zhì)玉米淀粉（食品級(jí)），秦皇島驪驊股份有限公司；冰醋酸、醋酸鈉（分析純），江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司；玉米油（食品級(jí)），嘉里糧油（中國）有限公司。異硫氰酸熒光素-葡聚糖（分子量：20 ku，分析純），美國Sigma-Aldrich公司；復(fù)合糖化酶（酶活：60000 U/mL，HME001），安徽華明太合生物有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

SY-500脈沖電場(chǎng)設(shè)備，華南理工大學(xué)自主研發(fā)，最高電壓20 kV，頻率范圍為800～1200 Hz，脈寬范圍為20～80 μs；梅特勒DSC-3型差示掃描量熱儀，瑞士梅特勒-托利多公司；TCS.SP5激光共聚焦顯微鏡，德國LEICA公司；COXEM掃描電子顯微鏡，韓國庫塞姆公司；Mastersizer 2000激光粒度儀，英國馬爾文公司；D8ADVANCE型X-射線衍射分析儀，德國Bruker公司；NOVA4200e型比表面與孔徑分析儀，美國Quantachrome公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 多孔淀粉的制備

PEF改性：將蠟質(zhì)玉米淀粉與去離子水在25 ℃下配置成8%的淀粉乳，添加0.5 mol/L的KCl溶液至懸濁液電導(dǎo)率為125±5 μS/cm；調(diào)節(jié)頻率為1000 Hz，脈寬為40 μs，將淀粉乳在電場(chǎng)強(qiáng)度為40 kV/cm下，以恒定流速1.8 mL/s泵入PEF處理室，處理室體積為0.34 mL，脈沖數(shù)為 188.89；改性后的玉米淀粉乳在4000 r/min下離心10 min，取上清液用苯酚硫酸法測(cè)水解率[14]。使用去離子水將改性后的淀粉洗滌3次后置于鼓風(fēng)干燥箱中45 ℃下干燥48 h，粉碎后過100目篩[15]。

酶解：稱取一定質(zhì)量的蠟質(zhì)玉米淀粉分散于 pH為4.3的醋酸-醋酸鈉緩沖溶液，配成23%（m/V）的淀粉乳，分別進(jìn)行不同加酶量與酶解時(shí)間的單因素實(shí)驗(yàn)，具體操作如下[16]：

（1）恒定加酶量：在配置好的淀粉乳中加入基于淀粉干基的0.8×10-2mL/g的復(fù)合酶后，于56 ℃中分別酶解3、6、12、24和36 h；

（2）恒定酶解時(shí)間：在淀粉乳中分別加入淀粉干基0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 mL/g的復(fù)合酶后，于56 ℃中分別酶解6 h。

酶解后離心20 min（4000 r/min），取上清液測(cè)定水解率；同時(shí)用無水乙醇洗滌沉淀，離心20 min，置于鼓風(fēng)干燥箱在45 ℃的溫度下干燥48 h，粉碎后過100目篩，即得多孔淀粉。

1.3.2 多孔淀粉吸油率的測(cè)定

將1 g玉米油與多孔淀粉以2:1（m/m，即0.2 g）的比例在4 mL的離心管中混合，稱重記為M1，磁力攪拌2 min后，于4000 r/min的轉(zhuǎn)速下離心10 min，棄去上清液，將離心管倒置于濾紙上以吸去浮油，重新稱重記為M2，吸油率A計(jì)算公式為[17]

1.3.3 不同處理方式制備的多孔淀粉水解率及吸油率的測(cè)定

為更直觀表現(xiàn)PEF改性過程對(duì)淀粉水解率及吸油率的影響，另制備原淀粉（Native）、PEF改性淀粉（PEF）、酶解淀粉（EN）和 PEF改性酶解淀粉（PEF+EN）。PEF電場(chǎng)強(qiáng)度為40 kV/cm，淀粉乳流速為1.8 mL/s，酶解時(shí)間6 h，加酶量為基于淀粉干基的0.8×10-2mL/g。對(duì)樣品水解率和吸油率分別進(jìn)行測(cè)定。

1.3.4 掃描電鏡分析

將淀粉樣品放于100 ℃烘箱中干燥8 h，去除水分，冷卻后均勻分散于貼有導(dǎo)電膠的樣品臺(tái)上，真空條件下噴金處理5 min后在1000和10000放大倍數(shù)的條件下觀察表面形貌并拍攝，掃描電壓為20 kV。

1.3.5 差示掃描量熱儀分析

準(zhǔn)確稱取3 mg淀粉樣品于坩堝中，加入去離子水配成30%的淀粉乳，封盤后放置12 h以平衡水分。以空盤為對(duì)照，以10 ℃/min的升溫速率掃描，掃描范圍為20～90 ℃。掃描完成后，用STARs軟件計(jì)算糊化初始溫度To，峰值溫度Tp，終止溫度Tc及糊化焓值ΔHgel等特征參數(shù)。

1.3.6 結(jié)晶特性分析

用X-射線衍射測(cè)定淀粉樣品的相對(duì)結(jié)晶度。取樣品粉末置于長(zhǎng)方形鋁片的孔中，隨后壓緊。在40 kV和 40 mA 下操作，步進(jìn)間隔為 0.02°，掃描速率為0.5°/min。從 5°掃描至 35°，樣品的相對(duì)結(jié)晶度由PeakFit 4.0軟件測(cè)出。

1.3.7 孔容孔徑測(cè)定

使用NOVA4200e型比表面與孔徑分析儀檢測(cè)淀粉樣品的比表面積、總孔體積和孔徑分布。在測(cè)量前，先將淀粉樣品在100 ℃下真空脫氣處理5 h，除去淀粉樣品表面吸附的空氣；待冷卻至室溫后，以高純氮?dú)鉃榻橘|(zhì)，將樣品管放入比表面與孔徑分析儀中，隨后通入氮?dú)膺M(jìn)行低溫吸附，氮?dú)獾奈搅颗c樣品的表面積定量相關(guān)；隨著樣品管的升溫，淀粉吸附的氮?dú)庵匦卤唤馕?，最終達(dá)到平衡，得到吸附-脫附曲線和相關(guān)參數(shù)。

1.3.8 粒徑測(cè)定

淀粉樣品的顆粒粒徑采用英國馬爾文激光粒度儀進(jìn)行分析，將0.5 g淀粉樣品和10 mL蒸餾水加入到血清瓶中，劇烈振蕩均勻后可滴加到儀器中進(jìn)行測(cè)試，設(shè)置水的折射率為1.33，淀粉的折射率為1.52，吸收率為0.01，當(dāng)激光遮光度為0.0時(shí)開始上樣，在2500 r/min的轉(zhuǎn)速下使加入的樣品分散，待激光遮光度達(dá)到11%左右時(shí)開始測(cè)量樣品。

1.3.9 激光共聚焦觀察

將1 mg淀粉樣品分散在1 mL FITC-葡聚糖溶液（2 mg/mL）中，于37 ℃混合3 h，然后將混合物涂布在載玻片上，使用激光共聚焦顯微鏡進(jìn)行觀測(cè)。激光共聚焦顯微鏡放大倍數(shù)為100×1.25。氬/氪激光器在488 nm處激發(fā)熒光。用Leica LASAF lite軟件記錄樣品的激光掃描圖像[18]。

1.3.10 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析

各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)3次測(cè)定，采用Origin 8.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和繪圖，采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差分析對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 酶解時(shí)間對(duì)多孔淀粉水解率和吸油率的影響

不同酶解時(shí)間對(duì)多孔淀粉水解率和吸油率的影響如圖1所示。隨著酶解時(shí)間的增加（圖1a），淀粉樣品的水解率均呈現(xiàn)逐漸升高趨勢(shì)；當(dāng)酶解時(shí)間為3 h時(shí)，經(jīng)PEF改性（PEF+EN）和對(duì)照（EN）淀粉樣品的水解率分別為17.41%和10.20%，此時(shí)兩組水解率的差異最大。隨著酶解時(shí)間延長(zhǎng)，兩者水解率趨于接近。當(dāng)酶解時(shí)間在24 h和36 h時(shí)，未經(jīng)PEF改性多孔淀粉的水解率分別為28.71%和29.71%；經(jīng)PEF改性多孔淀粉的水解率分別為30.51%和31.61%，均無顯著差異，說明水解率的差異主要反映在酶解過程的前期，PEF改性主要影響酶解初期的反應(yīng)速率。

隨著酶解時(shí)間的增加（圖1b），未經(jīng)PEF改性的多孔淀粉吸油率隨著酶解時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)，在24 h達(dá)到最高值145.29%，趨勢(shì)與圖1a中隨酶解時(shí)間增加的水解率一致。這是由于淀粉酶解過程中，淀粉顆粒逐漸形成可以截留油脂的空腔；進(jìn)一步酶解的情況下，部分酶解較快的淀粉顆粒開始崩解成細(xì)小淀粉顆粒碎片，吸油率不再增加。經(jīng)過PEF改性的淀粉顆粒酶解6 h即可達(dá)到最高值，為145.11%（圖1b），與原淀粉酶解24 h制備的多孔淀粉的吸油率沒有顯著差異（p＜0.05），這說明在酶解制備多孔淀粉的工藝中，引入PEF改性過程能縮短酶解時(shí)間，提高酶解效率，降低酶解過程中的能源損耗。

圖1 酶解時(shí)間對(duì)多孔淀粉的水解率(a)和吸油率(b)的影響Fig.1 Effect of enzymolysis time on the hydrolysis rate (a) and oil absorption (b) of porous starch

2.2 加酶量對(duì)多孔淀粉水解率和吸油率的影響

固定酶解時(shí)間為 6 h，不同加酶量對(duì)多孔淀粉水解率和吸油率的影響如圖2所示。隨著加酶量的增加，經(jīng)PEF改性多孔淀粉（PEF+EN）的水解率相比對(duì)照組（EN）更高，且表現(xiàn)出持續(xù)增加的趨勢(shì)（圖2a）。當(dāng)加酶量為淀粉干基的0.4×10-2mL/g時(shí)，對(duì)照組水解率為 9.14%；而經(jīng) PEF改性后多孔淀粉水解率為14.08%，有顯著提升。隨著加酶量的增加，二者之間水解率差異減小，說明PEF改性的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在水解程度較低的時(shí)候，也就是無定形區(qū)被逐漸水解的時(shí)期。當(dāng)加酶量為1.6×10-2mL/g且水解程度接近30%時(shí)，經(jīng) PEF改性的多孔淀粉水解率與對(duì)照組無顯著差異（p＜0.05），與圖1a中PEF改性組對(duì)應(yīng)的酶解時(shí)間為24 h的結(jié)果相近，說明了增加酶解時(shí)間或加酶量均能提高PEF改性多孔淀粉的水解效率。

圖1b中，經(jīng)PEF改性的多孔淀粉（PEF+EN）與未經(jīng)改性的多孔淀粉（EN）的吸油率都隨著加酶量的增加而呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)；在吸油率達(dá)到 145%以上后其數(shù)值不再增加，與圖1b中酶解24 h的兩種樣品的吸油率無顯著差異（p＜0.05），說明吸油率增加到一定程度，增加酶解時(shí)間或增大加酶量不會(huì)再增加多孔淀粉的吸油率。黃強(qiáng)等[19]在探究酶解多孔淀粉的水解率與吸油率的相關(guān)性時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象。經(jīng)PEF改性后，加酶量為0.8×10-2mL/g時(shí)，多孔淀粉的吸油率達(dá)到 145.11%（圖 2b），而對(duì)照樣的吸油率僅為119.47%；提高加酶量至1.2×10-2mL/g時(shí)，對(duì)照樣的吸油率才達(dá)到145.27%，說明PEF預(yù)改性能增加淀粉顆粒對(duì)復(fù)合糖化酶的敏感性，降低了酶使用量，節(jié)省了工業(yè)成本。

圖2 加酶量對(duì)多孔淀粉的水解率(a)和吸油率(b)的影響Fig.2 Effect of enzyme amount on the hydrolysis rate (a) and oil absorption (b) of porous starch

2.3 PEF改性對(duì)多孔淀粉水解率和吸油率的影響

PEF改性對(duì)多孔淀粉水解率及吸油率有顯著影響（圖3）。蠟質(zhì)玉米原淀粉具有一定的吸油性，吸油率為 74.40%，這是由于淀粉顆粒表面存在著天然的微孔。有研究者認(rèn)為這些微孔有利于淀粉顆粒的水解，是酶解的最初反應(yīng)位點(diǎn)[20]。單獨(dú)PEF改性使原淀粉輕度水解，水解率為0.86%，其原因可能是在脈沖電場(chǎng)作用下，帶電粒子發(fā)生移動(dòng)，并聚集在淀粉顆粒表面，形成空間極化電荷；隨著PEF電壓的不斷升高，在淀粉顆粒的表層產(chǎn)生瞬時(shí)高壓放電，導(dǎo)致淀粉顆粒外層破裂，支鏈淀粉斷裂析出，結(jié)晶區(qū)結(jié)構(gòu)被破壞[21]。單純經(jīng)過 PEF改性后，多孔淀粉的吸油率提升至79.76%，而PEF協(xié)同酶解制備的多孔淀粉水解率和吸油率都顯著高于對(duì)照樣，這與圖1、圖2的結(jié)果一致。

圖3 不同處理方式對(duì)淀粉顆粒的水解率和吸油率的影響Fig.3 Effects of different treatments on the hydrolysis rate and oil absorption of starch granules

2.4 掃描電子顯微鏡觀察淀粉顆粒形貌

不同處理方式的淀粉樣品SEM圖譜如圖4所示。蠟質(zhì)玉米原淀粉為表面完整平滑的多角型，部分顆粒表面出現(xiàn)少量細(xì)小孔洞。經(jīng)過PEF改性后，淀粉顆粒表面發(fā)生變化，呈現(xiàn)出更多的凹槽，這導(dǎo)致α-淀粉酶與糖化酶更容易進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部進(jìn)而發(fā)生酶解反應(yīng)，這與 Wu[22]等的研究結(jié)果一致。同時(shí)，相比原淀粉（Native）與PEF預(yù)處理淀粉（PEF），酶解后的淀粉樣品（EN和PEF+EN）從多角形轉(zhuǎn)變?yōu)楦右?guī)整的橢球形且顆粒粒徑變小，這可能是因?yàn)樵诿附膺^程中淀粉顆粒表面的多角結(jié)構(gòu)發(fā)生了水解，同時(shí)減小了顆粒的粒徑。

多孔淀粉對(duì)照樣（EN）顆粒表面出現(xiàn)尺寸均勻的蜂窩狀孔洞，酶解6 h的水解率為18.38%；而經(jīng)過PEF改性的多孔淀粉孔洞明顯增大，形成了連續(xù)甚至貫穿的孔洞，但仍然保持了淀粉顆粒的完整性，對(duì)應(yīng)的水解率為23.11%。較大的孔洞和相對(duì)完整的淀粉顆粒結(jié)構(gòu)可能是PEF改性能提高酶解多孔淀粉吸油性能的原因。

圖4 不同處理方式對(duì)淀粉顆粒形貌的影響Fig.4 Effect of different treatments on the morphology of starch granules

2.5 熱力學(xué)性質(zhì)分析

表1 不同處理方式對(duì)淀粉顆粒的熱力學(xué)性質(zhì)的影響Table 1 Effect of different treatments on the thermal properties of starch granules

不同處理方式對(duì)淀粉顆粒的熱力學(xué)性質(zhì)（糊化溫度及其焓變參數(shù)）的影響如表1所示。酶解改性的多孔淀粉相對(duì)于原淀粉具有更高的To、Tp、Tc和△Hgel，這可能是因?yàn)槊附飧嗟匕l(fā)生在淀粉顆粒的無定形區(qū)，致密淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)需要更高的溫度和能量才能糊化，這與Dura等人[23]的研究結(jié)果一致。經(jīng)過酶解后，制備的多孔淀粉（EN）與 PET改性多孔淀粉（PEF+EN）相對(duì)結(jié)晶度增加，原淀粉的相對(duì)結(jié)晶度從38.43%增加到39.23%，PEF改性后的淀粉顆粒酶解前后的相對(duì)結(jié)晶度從36.82%增加到40.26%，這歸因于淀粉顆粒中的無定形區(qū)被優(yōu)先水解，使其結(jié)晶區(qū)域相對(duì)增加，因此經(jīng)過酶解制備的多孔淀粉顆粒相對(duì)結(jié)晶度更高。PEF改性以后，多孔淀粉的△Hgel有所降低，這可能是由于PEF破壞了淀粉顆粒內(nèi)部分致密的結(jié)晶區(qū)，降低了淀粉的相對(duì)結(jié)晶度；糊化溫度范圍（R）同時(shí)也有所增加。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[24-26]，R值是反映淀粉結(jié)晶質(zhì)構(gòu)和均一性的指標(biāo)，代表結(jié)晶區(qū)的大小、穩(wěn)定性、完整性和緊密程度。淀粉顆粒經(jīng)PEF改性之后，R值增加，意味著淀粉結(jié)晶區(qū)穩(wěn)定性和均勻性降低。由此推斷，在脈沖電場(chǎng)作用下，能量相對(duì)低、結(jié)合不夠緊密的結(jié)晶區(qū)域被破壞，使淀粉顆粒結(jié)構(gòu)更加松散。熱力學(xué)研究結(jié)果與圖1a中PEF改性對(duì)多孔淀粉水解率影響的結(jié)果一致：PEF改性可能導(dǎo)致部分致密的結(jié)晶區(qū)域變得更為松散，使得原淀粉相對(duì)結(jié)晶度降低，淀粉顆粒結(jié)構(gòu)更加疏松，從而增加了酶促反應(yīng)的作用位點(diǎn)，使酶解速度加快。此外，在圖1a中，淀粉前12 h的水解速度較快，歸因于PEF改性對(duì)淀粉顆粒結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，而酶優(yōu)先水解淀粉顆粒的無定形區(qū)[27,28]，導(dǎo)致水解速率的相對(duì)增加；隨著酶解時(shí)間的延長(zhǎng)，底物濃度降低，水解速率逐漸降低并趨于平緩。

表2 不同處理方式對(duì)淀粉顆粒的內(nèi)部孔徑結(jié)構(gòu)的影響Table 2 Effect of different treatment methods on the internal pore structure of starch granules

2.6 淀粉孔容孔徑及粒徑分析

通過BET和BJH法可計(jì)算得到淀粉樣品的比表面積、孔徑大小和總孔體積，結(jié)果如表2所示。蠟質(zhì)玉米原淀粉表面存在天然的微孔，總孔容為1.26×10-3cm3/g。PEF改性增加了淀粉顆粒的比表面積、粒徑、總孔容以及平均孔徑；比表面積從 0.34 m2/g增加到0.52 cm3/g，促使圖1a中水解反應(yīng)開始之前，由于比表面積以及粒徑的增加，底物與酶分子之間在淀粉顆粒的表面有著更多的接觸位點(diǎn)，因此在水解反應(yīng)初期，經(jīng) PEF改性的淀粉顆粒水解速率更快。Kim等人[29]分析了不同比表面積的土豆淀粉、蠟質(zhì)玉米淀粉以及大米淀粉酶解過程的水解速率，得出了相同的結(jié)論，即比表面積更大的淀粉顆粒在反應(yīng)初期有著更高的水解速率，底物與酶分子間更多的接觸位點(diǎn)主導(dǎo)著淀粉酶解的初始階段。酶解過程使原淀粉及PEF改性淀粉的比表面積、總孔容、平均孔徑都有所增加，這與Zhu[30]等的研究結(jié)果一致。所有樣品中，PEF+EN樣品的總孔容最大（4.31 cm3/g×10-3），是原淀粉（1.26 cm3/g×10-3）的3.42倍，與圖4中PEF+EN樣品顆粒表面有著更大更深的孔洞結(jié)果一致，從而導(dǎo)致PEF協(xié)同酶解制備的多孔淀粉具有更高的吸油率，Lisa等[31]認(rèn)為，對(duì)于應(yīng)用于活性物質(zhì)包埋的多孔材料而言，更大的總孔容意味著能夠吸附更多的有機(jī)溶劑或油脂，實(shí)現(xiàn)了對(duì)活性物質(zhì)更高的包埋率。

2.7 激光共聚焦顯微分析

為探究PEF改性對(duì)淀粉顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，選用分子尺寸與α-淀粉酶和糖化酶相近（分子直徑約6.4～6.6 nm）的熒光染料FITC-葡聚糖模擬淀粉酶進(jìn)入淀粉的過程。圖5中激發(fā)出綠色熒光的物質(zhì)為FITC-葡聚糖分子。由圖5可知，蠟質(zhì)玉米原淀粉顆粒內(nèi)部FITC-葡聚糖發(fā)出的綠色熒光信號(hào)較弱，表明PEF改性使 FITC-葡聚糖分子更易于進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部。這種現(xiàn)象歸因于PEF改性后，淀粉顆粒粒徑增大，比表面積增加，酶分子與淀粉顆粒表面有了更多的接觸面積，解釋了圖1a中水解初期經(jīng)PEF改性的淀粉顆粒水解率更高的一部分原因是淀粉顆粒內(nèi)有著更高的酶濃度；同時(shí)圖2a中，更多的α-淀粉酶進(jìn)入到經(jīng)PEF改性的淀粉顆粒內(nèi)部，使得酶濃度成為影響水解初期反應(yīng)速率的主要因素。

圖5 蠟質(zhì)玉米原淀粉和PEF改性淀粉顆粒的激光共聚焦顯微圖Fig.5 Fluorescence images of the internal structure of PEF pre-treated starch and raw starch particles

3 結(jié)論

PEF改性導(dǎo)致蠟質(zhì)玉米原淀粉的表觀形貌和內(nèi)部結(jié)晶結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，主要表現(xiàn)在顆粒表面出現(xiàn)凹槽狀結(jié)構(gòu)、粒徑增加、內(nèi)部結(jié)晶度降低，有利于淀粉酶更容易進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部并優(yōu)先水解PEF改性過的淀粉區(qū)域，進(jìn)而表現(xiàn)出更高的水解率和油吸附能力。PEF改性對(duì)于提高酶解多孔淀粉的酶解效率，減少加酶量和降低酶解時(shí)間有顯著效果。該改性方式為工業(yè)上降低多孔淀粉生產(chǎn)成本提供了新思路，對(duì)多孔淀粉新工藝的開發(fā)提供了理論依據(jù)。