青香蕉微波干燥中淀粉糊化行為及消化特性的研究

徐亞元，沈素晴，李大婧, ，宋江峰，馮 蕾，戴竹青，張鐘元，肖亞冬

（1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，江蘇南京 210014；2.南京師范大學(xué)食品與制藥工程學(xué)院，江蘇南京 210097）

青香蕉（Musaspp.）營(yíng)養(yǎng)豐富，深受消費(fèi)者喜愛(ài)，被聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織定為適生區(qū)第四大糧食作物。其中，青香蕉中總淀粉和抗性淀粉含量分別高達(dá)80%和60%[1]。青香蕉是天然抗性淀粉（Resistant starch,RS）最廣的來(lái)源之一，也是天然RS含量最高的作物之一[2]。然而，青香蕉易腐爛、不耐貯藏，易造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，如果將其干制開(kāi)發(fā)成高值化的青香蕉粉，對(duì)緩解產(chǎn)銷(xiāo)矛盾具有重要意義。青香蕉粉不僅保留著青香蕉自身的功能特性，而且所富含的RS可有效降低餐后血糖濃度、控制體重，能有效預(yù)防肥胖；富含鈣、鎂、磷、鉀等礦物質(zhì)和多酚類(lèi)物質(zhì)，RS、膳食纖維含量較高，具有改善腸道健康的功效，可降低腸道pH，對(duì)大腸或結(jié)腸健康有益[3]。

傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥或噴霧干燥制備的青香蕉粉或青香蕉淀粉，由于溫度較高，RS損失十分嚴(yán)重，營(yíng)養(yǎng)功能下降。微波干燥（Microwave drying, MD）時(shí)間短、熱效率高、能耗低，能較好的保留產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥，相較于冷凍干燥節(jié)能效果明顯，在甘薯[4]、青香蕉[5]、山藥[6]、蓮子[7]等淀粉質(zhì)食品中已有廣泛的應(yīng)用。由于青香蕉含有大量淀粉，在微波干燥過(guò)程可能對(duì)水分遷移有顯著影響，一方面，不適宜的水分梯度和溫度梯度會(huì)使青香蕉中的淀粉顆粒溶脹、糊化，影響淀粉的理化性質(zhì)以及消化特性[8-9]。Zeng等[10]研究發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)奈⒉üβ拭芏龋?.4～8.0 W/g）可提高慢消化淀粉（Slowly digestible starch，SDS）和RS的相對(duì)含量，降低了快消化淀粉（Rapidly digestible starch，RDS）的相對(duì)含量，且隨著微波強(qiáng)度的增加這種趨勢(shì)更加明顯。SDS與RS一樣，也對(duì)肥胖癥和糖尿病具有一定的控制和預(yù)防作用，也是食品營(yíng)養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[11]。另一方面，淀粉糊化會(huì)導(dǎo)致青香蕉表面結(jié)殼、硬化，使青香蕉組織內(nèi)部孔隙率發(fā)生改變，進(jìn)而影響水分遷移特征，如水分有效擴(kuò)散系數(shù)、水分分布狀態(tài)及含量以及干燥速率等，最終影響到干燥能耗和效率[12]。然而，涉及微波干燥的濕熱加工過(guò)程對(duì)青香蕉內(nèi)部淀粉糊化行為的影響，以及糊化過(guò)程對(duì)水分遷移的影響研究均鮮有報(bào)道。因此，探索青香蕉微波干燥過(guò)程中水分與其淀粉顆粒的這種相互作用，了解淀粉糊化行為與水分遷移的效應(yīng)關(guān)系及其對(duì)青香蕉淀粉消化特性的影響，不僅可以更好地明確青香蕉微波干燥水分遷移特性，還可以更好地了解青香蕉在MD中淀粉消化特性的變化規(guī)律。

本文采用差示掃描量熱法（Differential scanning calorimetry, DSC）技術(shù)分析青香蕉MD中其淀粉糊化過(guò)程，探索淀粉糊化動(dòng)力學(xué)過(guò)程與微波功率密度、溫度、水分有效擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系；明晰青香蕉在MD過(guò)程中其淀粉在糊化過(guò)程中其消化特性的變化規(guī)律，以期系統(tǒng)闡明MD這一濕熱加工過(guò)程對(duì)青香蕉中淀粉消化性質(zhì)的影響規(guī)律，為高效保留青香蕉中抗性淀粉或提高慢消化淀粉提供理論基礎(chǔ)及科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

粉蕉（Musa ABB） 成熟度均為1級(jí)，由廣西農(nóng)科院研究所實(shí)驗(yàn)基地提供，-20 ℃保存，一周內(nèi)測(cè)完，青香蕉初始濕基含水量為68.39%；胃蛋白酶（≥250 U/mg，P7000，EC 3.4.23.1）、胰酶（豬胰腺提取物，≥2500 U/g，P7545，232-468-9） 美國(guó) Sigma公司；轉(zhuǎn)化酶（≥300 U/mg，I4504，EC 3.2.1.26） 諾維信生物技術(shù)有限公司；淀粉葡萄糖苷酶（≥300 U/mL，A7095，EC 3.2.1.3） 北京索萊寶科技有限公司；葡萄糖氧化酶-過(guò)氧化物酶試劑盒（Glucose Oxidase-Peroxidase，GOPOD） 南京建成生物工程研究所；其他化學(xué)試劑均為分析純。

MVD-1型微波干燥設(shè)備 南京孝馬機(jī)電設(shè)備廠；HQ-12型光纖測(cè)溫儀 西安和其光電科技有股份限公司；TA Q20差示掃描量熱儀 英國(guó)TA公司；GI20體外模擬消化系統(tǒng) 奧大利亞Nutra Scan公司；DHG-9073BS-Ⅲ型電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 青香蕉微波干燥實(shí)驗(yàn) 青香蕉剝皮后切成3 mm的薄片，平鋪于微波干燥專(zhuān)用的托盤(pán)上，微波干燥功率密度分別為2、4、6、8、10 W/g。在干燥過(guò)程中，通過(guò)光纖測(cè)溫儀在線實(shí)時(shí)記錄青香蕉內(nèi)部溫度變化，該光纖測(cè)溫儀配有6個(gè)光纖測(cè)溫探頭，可以對(duì)樣品盤(pán)中6個(gè)不同位置的香蕉片樣品溫度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，最后取平均值。干燥達(dá)到設(shè)定的取樣時(shí)間間隔時(shí)，終止微波干燥，測(cè)定水分含量，用于繪制干燥曲線與速率曲線。由于微波功率密度越高，樣品達(dá)到干燥終點(diǎn)的時(shí)間越短，所以不同功率密度條件下，MD過(guò)程中設(shè)定的取樣時(shí)間間隔不一致，當(dāng)微波功率密較低為2 W/g時(shí)，時(shí)間間隔為1～5 min；當(dāng)微波功率密為4 W/g時(shí)，時(shí)間間隔為1～2 min；當(dāng)微波功率密為6 W/g時(shí)，時(shí)間間隔為0.5～2 min；當(dāng)微波功率密為8 W/g和10 W/g時(shí)，時(shí)間間隔為0.5～1 min，具體時(shí)間間隔詳見(jiàn)表1。在干燥前期階段取樣時(shí)間間隔較短，干燥后期取樣時(shí)間間隔相對(duì)較長(zhǎng)。為了后續(xù)分析青香蕉在MD過(guò)程中淀粉性質(zhì)的變化，需要將MD后的樣品烘干打粉進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定，為了盡量不破壞青香蕉中淀粉的相關(guān)性質(zhì)，選用較低的溫度對(duì)樣品進(jìn)行熱風(fēng)干燥（35 ℃），烘干后的水分含量為6.05%±0.34%。粉碎過(guò)120目篩，得到青香蕉粉，密封、避光，于4 ℃保存，用于后續(xù)淀粉性質(zhì)分析。35 ℃直接烘干的青香蕉樣品作為對(duì)照組。

1.2.2 青香蕉淀粉的提取 青香蕉淀粉的提取參照J(rèn)iang等[13]報(bào)道的方法，將100 g青香蕉粉溶解于1 L的去離子水中，連續(xù)磁力攪拌 20 min，4500 r/min離心10 min，棄上清液，然后加入1 L NaOH溶液（0.2%, w/v）去除沉積物中的可溶性纖維，再次離心棄上清液，用蒸餾水反復(fù)洗滌沉淀直至溶液呈中性，45 ℃真空干燥烘干，粉碎過(guò)120目篩，密封、避光，于4 ℃保存用于后續(xù)指標(biāo)分析。

1.2.3 水分含量、干燥速率、水分比與水分有效擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定 青香蕉初始水分含量和恒重質(zhì)量的測(cè)定參考GB 5009.3-2016方法進(jìn)行測(cè)定[14]。

青香蕉干燥過(guò)程中濕基含水率（Xt）按照公式（1）計(jì)算：

干基含水率（xt）按照公式（2）計(jì)算[15]：

干燥速率（Vt）按照公式（3）計(jì)算[15]：

水分比（Moisture ratio，MR）按照公式（4）計(jì)算[16]：

水分有效擴(kuò)散系數(shù)（Effective water diffusion coefficients，Deff）可由Fick擴(kuò)散方程計(jì)算，按照公式（5）～（6）[17-18]計(jì)算：

式中，Xt為t時(shí)刻樣品的濕基含水率（g/g）；xt為t時(shí)刻時(shí)樣品的干基含水率（g/g）；x0為樣品初始干基含水率（g/g）；mt為t時(shí)刻樣品的質(zhì)量（g）；md為樣品恒重時(shí)的質(zhì)量（g）；Deff為水分有效擴(kuò)散系數(shù)（m2/s）；t為干燥用時(shí)間（s）；d為青香蕉切片的厚度（m）。

由公式（5）可知，lnMR與t呈線性關(guān)系，因此直線斜率k表達(dá)式為（6）：

利用OriginPro 9.0軟件對(duì)lnMR與t進(jìn)行線性擬合，即可求得Deff值。

1.2.4 青香蕉MD中淀粉糊化參數(shù)的測(cè)定 運(yùn)用DSC技術(shù)分析青香蕉在MD過(guò)程中淀粉的糊化動(dòng)力學(xué)、糊化溫度以及焓值等。參照張敏等[19]報(bào)道的方法，并做了簡(jiǎn)單的修改，稱(chēng)取一定量的青香蕉粉和青香蕉淀粉樣品，加入一定量的蒸餾水，使得淀粉與水的比例為1:3，充分混合后在室溫下平衡24 h。稱(chēng)取10 mg左右的樣品置于鋁盒中，DCS條件：溫度范圍為 20～110 ℃，升溫速率為10 ℃/min，通過(guò)TA Univeral Analysis軟件分別計(jì)算出To（起始溫度）、Tp（峰值溫度）、Te（終止溫度）及焓值ΔH的變化情況，糊化程度（Gelatinization degree，DG）可以通過(guò)公式（7）進(jìn)行計(jì)算[20]：

其中，ΔHMD表示經(jīng)MD處理后樣品的焓值；ΔH對(duì)照表示未經(jīng)MD處理的對(duì)照組樣品的焓值。

1.2.5 體外消化特性測(cè)定 采用Englyst改良方法[21]測(cè)定樣品的體外消化特性，應(yīng)用GOPOD試劑盒測(cè)定模擬體系中樣品的葡萄糖含量，RS、SDS、RDS含量可通過(guò)公式（8）～（10）進(jìn)行計(jì)算：

式中，G120為酶解120 min后樣品中的葡萄糖含量，mg；G20為酶解20 min后樣品中的葡萄糖含量，mg；FG為酶解前樣品中的游離葡萄糖含量，mg；TS為樣品總淀粉量，mg；對(duì)照組樣品的RDS、SDS、RS占總淀粉的含量分別為7.06%、14.73%、78.21%。

1.3 數(shù)據(jù)處理

DSC數(shù)據(jù)采用英國(guó)TA公司提供的TA Qseries Analysis自帶軟件進(jìn)行處理。所有的實(shí)驗(yàn)平行三次，利用SPSS16.0軟件進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析，并通過(guò)Duncan檢驗(yàn)確定平均值之間的顯著差異性（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 青香蕉微波干燥過(guò)程特征

不同微波功率密度條件下青香蕉微波干燥曲線、干燥速率，Deff及溫度變化如圖1所示。由圖1（a）知，青香蕉片的濕基含水率隨著MD時(shí)間延長(zhǎng)逐漸降低，通過(guò)Origin對(duì)干燥曲線擬合發(fā)現(xiàn)，改變微波功率密度為2、4、6、8、10 W/g 時(shí)，干燥至濕基含水率為20%時(shí)，所需要的時(shí)間分別為38、18.2、8.3、7、5.2 min。由圖1（b）知，增大微波功率密度，可顯著提高干燥速率；當(dāng)功率密度為2 W/g時(shí)，青香蕉片微波干燥速率呈現(xiàn)出開(kāi)始的平緩上升、后續(xù)的平緩下降及最后的相對(duì)穩(wěn)定三個(gè)不同的階段，干燥速率最大值與最小值具有明顯差異；當(dāng)功率密度為4、6、8 W/g時(shí)，干燥速率均呈現(xiàn)出開(kāi)始的迅速上升、后續(xù)的迅速下降以及最后的相對(duì)平穩(wěn)三個(gè)顯著不同的階段；當(dāng)功率密度為10 W/g時(shí)，干燥速率僅呈現(xiàn)出開(kāi)始的迅速上升以及后續(xù)的迅速下降兩個(gè)顯著不同的階段。這是因?yàn)樵贛D過(guò)程中，水分遷移動(dòng)力源自于樣品內(nèi)外蒸汽所形成的壓力差，干燥開(kāi)始階段，由于物料含水率較高，內(nèi)部壓力迅速上升，壓力梯度也會(huì)越大，形成一種“泵”效應(yīng)，驅(qū)動(dòng)水蒸汽向物料表面遷移[22]，干燥速率則會(huì)處于相對(duì)較高的水平；隨著樣品含水率的降低，干燥速率則會(huì)處于較低水平。另外，干燥速率呈現(xiàn)出顯著不同的趨勢(shì)可能是因?yàn)樵诓煌⒉üβ拭芏葪l件下，青香蕉片內(nèi)部溫度變化不同導(dǎo)致內(nèi)部淀粉顆粒糊化程度不同導(dǎo)致的。

圖1 不同微波功率密度對(duì)青香蕉干燥曲線、干燥速率、Deff以及溫度的影響Fig.1 Effects of microwave power density on drying curve,drying rate, Deff and temperature of banana

由圖1（c）可以看出，青香蕉MD過(guò)程中，Deff在5.849×10-9～1.985×10-8m2/s之間，并隨著微波功率密度增大而明顯升高，說(shuō)明在實(shí)驗(yàn)微波功率密度條件下，Deff與微波功率密度具有正相關(guān)性，這與張樂(lè)等[23]的研究結(jié)果相似；當(dāng)微波功率密度從2 W/g增加至10 W/g時(shí)，青香蕉的Deff值增加超過(guò)2倍。由圖1（d）可以看出，青香蕉在不同功率密度下干燥的溫度變化，在初始階段，樣品內(nèi)部溫度均迅速升高，微波功率密度越高，上升幅度越大。其中，當(dāng)微波功率密度為6 W/g及以上時(shí)，干燥僅0.5 min后，樣品內(nèi)部溫度達(dá)66 ℃以上，溫度上升幅度超過(guò)45 ℃，隨后，溫度上升速率稍有下降的趨勢(shì)，到干燥后期，除了微波功率密度為2 W/g，其他功率條件下，樣品的溫度又呈現(xiàn)出迅速上升的趨勢(shì)，達(dá)到100 ℃以上，其中，青香蕉在10 W/g條件下干燥4 min，溫度即可升至143 ℃，這就是所謂的微波“熱失控”現(xiàn)象，這也是大部分果蔬物料中心出現(xiàn)燒焦現(xiàn)象的主要原因[24]，因此，在實(shí)際果蔬物料微波干燥加工過(guò)程中，需要控制好微波功率密度與干燥時(shí)間，避免出現(xiàn)“熱失控”導(dǎo)致的樣品燒焦。

2.2 不同微波功率密度對(duì)青香蕉MD過(guò)程中其淀粉糊化特征參數(shù)的影響

淀粉糊化過(guò)程通常指淀粉的顆粒形態(tài)結(jié)構(gòu)從有序到無(wú)序的不可逆變化，以淀粉顆粒吸熱、吸水溶脹、粘度增加、結(jié)晶度降低等特征變化為反應(yīng)標(biāo)志[25]。不同微波功率密度條件下的青香蕉中淀粉的T0、Tp和Te的變化情況如表1所示。由表1知，與對(duì)照組相比，新鮮青香蕉經(jīng)不同功率密度的MD處理后，其淀粉的T0、Tp、Te均顯著下降（P＜0.05），這與淀粉晶體結(jié)構(gòu)的完美程度密切相關(guān)[26]。當(dāng)微波功率密度為2 W/g時(shí)，T0范圍為64.35～55.12 ℃，Tp范圍為68.34～72.87 ℃，Te范圍為72.15～77.85 ℃，在干燥初期（1～5 min范圍內(nèi)），濕基含水率較高的時(shí)候，隨著干燥時(shí)間延長(zhǎng)，T0、Tp、Te均顯著升高（P＜0.05），隨后又均呈現(xiàn)顯著下降的趨勢(shì)（P＜0.05）。有研究表明，T0與樣品中淀粉顆粒的結(jié)晶完整度密切相關(guān)，淀粉顆粒晶型不完整，可能具有較低的T0、Tp、Te，而晶型較完整的淀粉則會(huì)具有較高的T0、Tp、Te[27]。另外，水分含量對(duì)淀粉顆粒結(jié)晶度影響較大[28]。因此可以推測(cè)，當(dāng)微波功率較低，為2 W/g時(shí)，青香蕉在干燥初期，隨著干燥時(shí)間延長(zhǎng)，溫度升高，水分含量降低，可能改變了青香蕉中淀粉顆粒的晶型完整程度，促使結(jié)晶程度提高，而結(jié)晶度較高的淀粉顆粒會(huì)形成相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，較難發(fā)生糊化反應(yīng)。然而，當(dāng)樣品的微波功率密度升高為4、6、8 W/g時(shí)，變化趨勢(shì)與2 W/g顯著不同，隨著干燥時(shí)間延長(zhǎng)，T0和Tp一直呈下降趨勢(shì)，這意味著當(dāng)微波功率增加，隨著干燥時(shí)間延長(zhǎng)，青香蕉中的淀粉更易發(fā)生糊化，這可能是因?yàn)槲⒉üβ噬?，溫度上升速率較快，破壞了青香蕉中淀粉顆粒的晶型完整度，降低了水分子進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部的阻力[29]。

表1 不同微波功率密度下青香蕉中淀粉糊化溫度（T0、Tp、Te）和焓值的變化Table 1 Gelatinization temperatures including To, Tp, Te as well as ΔH values of starches in green banana at different microwave power density

淀粉的糊化ΔH值反映了破壞淀粉雙螺旋結(jié)構(gòu)所需要的能量[26]，由表1可知，青香蕉經(jīng)不同功率密度的MD處理后，其ΔH值均呈現(xiàn)出顯著下降的趨勢(shì)（P＜0.05），且微波功率密度越大，其糊化焓值越低。隨著干燥時(shí)間延長(zhǎng)，濕基含水率越低，不同功率強(qiáng)度的樣品焓值均顯著下降，這表明青香蕉中的淀粉雙螺旋結(jié)構(gòu)可能被部分破壞，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低，導(dǎo)致雙螺旋結(jié)構(gòu)溶解所需的能量降低，且當(dāng)樣品的微波功率密度越高，濕基含水率越低，淀粉的雙螺旋結(jié)構(gòu)破壞程度越嚴(yán)重。

2.3 不同微波功率密度對(duì)青香蕉MD過(guò)程中其淀粉糊化程度的影響

不同微波功率密度對(duì)青香蕉MD過(guò)程中其淀粉糊化程度的影響如圖2所示，由圖2知，不同功率密度對(duì)青香蕉中淀粉凝膠化過(guò)程影響顯著，淀粉的糊化程度均隨著青香蕉干燥時(shí)間延長(zhǎng)明顯增加；當(dāng)MD時(shí)間相同時(shí)，微波功率密度越大，青香蕉中淀粉的糊化程度越高。在干燥初期，微波功率密度越高，糊化程度上升趨勢(shì)越明顯，其中，當(dāng)微波功率密度為6～10 W/g，青香蕉干燥1 min后，其淀粉糊化程度均達(dá)50%以上；當(dāng)功率為8 W/g和10 W/g時(shí)，僅干燥0.5 min，青香蕉中的淀粉糊化程度便達(dá)到70%左右；而當(dāng)功率密度較低為2 W/g時(shí)，青香蕉中的淀粉糊化程度達(dá)到50%，需要干燥超過(guò)10 min。這可能是因?yàn)楫?dāng)微波功率密度越大，樣品內(nèi)部溫度在短時(shí)間內(nèi)可迅速上升至青香蕉淀粉糊化溫度，甚至更高（由圖1（d）可知），而此時(shí)青香蕉中的水分含量較高，所以淀粉比較容易發(fā)生糊化；微波功率密度較低，青香蕉片在干燥初期其內(nèi)部溫度上升較為緩慢，青香蕉中的淀粉不易發(fā)生糊化，所以糊化程度較低，且增長(zhǎng)趨勢(shì)緩慢，當(dāng)干燥時(shí)間繼續(xù)增加，溫度上升后，青香蕉中的淀粉較易發(fā)生糊化。對(duì)于功率密度為2 W/g的青香蕉樣品來(lái)說(shuō)，其淀粉糊化程度達(dá)到90%左右后，盡管MD時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，淀粉糊化程度并無(wú)明顯變化，而在其他微波功率密度條件下，糊化程度達(dá)到98%左右后，MD時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，糊化程度無(wú)明顯變化。這是因?yàn)樗肿幼鳛樵鏊軇?，是決定淀粉糊化特性的關(guān)鍵因素之一，當(dāng)水分含量降低到一定程度，淀粉分子不易發(fā)生糊化[30]，對(duì)于本實(shí)驗(yàn)中的青香蕉樣品，干燥過(guò)程中影響其內(nèi)部淀粉糊化的主要因素之一是其含水率，結(jié)合圖1（a）分析發(fā)現(xiàn)，不同微波功率密度條件下，當(dāng)青香蕉濕基含水率高于45%時(shí)，淀粉糊化程度與含水率呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），在干燥過(guò)程中含水率越高時(shí)，其淀粉糊化程度均越低，且微波功率密度越高，相關(guān)性顯著降低（P＜0.05）；當(dāng)青香蕉中的含水率降低到45%以下，無(wú)論是高功率密度條件還是低功率密度條件，隨著MD時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，青香蕉中淀粉的糊化程度無(wú)顯著性增加（P＞0.05）。

圖2 不同微波功率密度對(duì)青香蕉中淀粉糊化程度的影響Fig.2 Effects of microwave power density on the degree of starch gelatinization

2.4 不同微波功率密度對(duì)青香蕉MD過(guò)程中其淀粉消化特性的影響

不同微波功率密度條件下的青香蕉在MD過(guò)程中其RS、SDS、RDS含量的變化如圖3所示，不同微波功率密度、MD時(shí)間對(duì)青香蕉中RS、SDS、RDS含量影響顯著（P＜0.05）。對(duì)于RS含量來(lái)說(shuō)，與對(duì)照組相比，青香蕉樣品經(jīng)4～10 W/g 的MD處理后，其RS含量均顯著下降，且隨著MD時(shí)間延長(zhǎng)呈顯著下降趨勢(shì)（P＜0.05），當(dāng)微波功率密度為8 W/g和10 W/g時(shí)，MD處理4 min后，青香蕉中的RS含量下降程度達(dá)86%以上。而當(dāng)微波功率密度較低為2 W/g時(shí)，青香蕉樣品干燥1 min后，其RS含量與對(duì)照組相比無(wú)顯著變化（P＞0.05）；干燥2 min后，RS含量顯著下降（P＜0.05）；干燥3 min后其RS含量較2 min的樣品又顯著增加（P＜0.05）；隨著干燥時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，RS含量隨著MD時(shí)間延長(zhǎng)呈顯著下降趨勢(shì)（P＜0.05）。對(duì)于RDS含量來(lái)說(shuō)，當(dāng)微波功率密度為4 W/g時(shí)，RDS含量隨著MD時(shí)間延長(zhǎng)變化規(guī)律不明顯，在其他微波功率密度條件下，RDS含量隨著MD時(shí)間延長(zhǎng)顯著升高（P＜0.05），當(dāng)微波功率密度達(dá)到6 W/g以上，糊化程度達(dá)到峰值后，RDS含量均達(dá)80%以上。對(duì)于SDS含量來(lái)說(shuō)，當(dāng)功率密度為2 W/g和4 W/g時(shí)，青香蕉片干燥3 min后，其SDS含量隨著干燥時(shí)間延長(zhǎng)呈顯著升高趨勢(shì)（P＜0.05），最高可達(dá)53.90%；當(dāng)微波功率密度為6、8、10 W/g時(shí)，隨著干燥時(shí)間延長(zhǎng)，SDS含量先呈顯著增加趨勢(shì)后呈顯著下降趨勢(shì)（P＜0.05）。在MD過(guò)程中，青香蕉中的RS含量雖然呈顯著下降趨勢(shì)，但是RS并未完全轉(zhuǎn)化為RDS，因?yàn)橐徊糠諶S轉(zhuǎn)化成為SDS，且不同微波功率密度對(duì)RS、SDS、RDS之間的相互轉(zhuǎn)化作用影響顯著（P＜0.05）。青香蕉中的淀粉在MD中抗消化性能降低可能是因?yàn)榈矸垲w粒發(fā)生了部分糊化，淀粉與淀粉酶的結(jié)合速率是影響淀粉消化速率的關(guān)鍵因素，而淀粉一旦出現(xiàn)了糊化，盡管淀粉糊化程度很低，仍可能破壞淀粉類(lèi)似“外殼”結(jié)構(gòu)的物理屏障，增加酶與淀粉的結(jié)合速率，進(jìn)而增加其在體外的酶水解速率[25,31]，但這并不意味著青香蕉中淀粉糊化程度越高，其消化性越高（這從圖3（a）和（b）也可以看出），這是因?yàn)楫?dāng)?shù)矸垲w粒結(jié)構(gòu)的破壞程度很?chē)?yán)重，淀粉的糊化程度以及結(jié)構(gòu)的有序性便不再是影響酶與淀粉相互作用以及消化特性的關(guān)鍵因素，淀粉的晶體結(jié)構(gòu)、鏈結(jié)構(gòu)等精細(xì)結(jié)構(gòu)以及淀粉與其他組分間的相互作用均與其消化性能具有密切的關(guān)系[7]。

圖3 不同微波功率密度對(duì)香蕉中RS、SDS、RDS含量的影響Fig.3 Effects of microwave power density on the contents of RS、SDS and RDS

2.5 青香蕉MD過(guò)程中其淀粉糊化程度與消化特性的相關(guān)性分析

不同微波功率密度條件下，青香蕉在MD過(guò)程中其RDS、SDS、RS含量與淀粉糊化程度的相關(guān)性分析如表2所示。由表2知，不同功率密度條件下，青香蕉在MD過(guò)程中其淀粉糊化程度與消化特性的相關(guān)性均存在顯著性差異（P＜0.05）。其中，當(dāng)微波功率密度為2～8 W/g時(shí)，RS含量均與其淀粉糊化程度、RDS含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），當(dāng)功率密度為10 W/g時(shí)，則呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），這與MING等[32]和Toro等[33]研究的結(jié)果相似，即淀粉的消化性與其糊化程度具有一定的正相關(guān)性，這說(shuō)明青香蕉中淀粉糊化程度越高，RS含量越低，RDS含量越高，進(jìn)而提高其淀粉的消化性。這是因?yàn)榍嘞憬犊剐缘矸蹖儆赗S2（抗性淀粉顆粒）類(lèi)型，具有天然的淀粉酶抗性，MD處理破壞了青香蕉中淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)，使原有的晶體構(gòu)象破壞，降低了抗性淀粉顆粒對(duì)淀粉酶的抵抗性。

從表2還可以看出，當(dāng)微波功率密度為2 W/g和4 W/g時(shí)，SDS含量與淀粉糊化程度呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），而與RS含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），說(shuō)明青香蕉中的淀粉糊化可顯著促進(jìn)SDS的形成。這是因?yàn)榍嘞憬稑悠吩谳^低微波功率密度條件下，“微波效應(yīng)”引起淀粉發(fā)生糊化反應(yīng)后，在冷卻過(guò)程中，可能部分已經(jīng)溶出的直鏈淀粉分子又重新排列形成緊密的晶體結(jié)構(gòu)，也可能形成了較多的淀粉-水氧鍵凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)降低了消化酶對(duì)淀粉的敏感性[10]。當(dāng)微波功率密度為6 W/g時(shí)，SDS含量則與淀粉糊化程度呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），而與RS含量無(wú)顯著相關(guān)性（P＞0.05）；當(dāng)微波功率繼續(xù)增強(qiáng)，達(dá)8 W/g以上時(shí)，SDS含量均與淀粉糊化程度無(wú)顯著相關(guān)性（P＞0.05），這是因?yàn)楫?dāng)微波功率密度增強(qiáng)時(shí)，樣品內(nèi)部溫度升溫較快，可能對(duì)青香蕉中的淀粉分子結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的破壞作用，導(dǎo)致淀粉底物暴露出更多的與淀粉酶結(jié)合的亞位點(diǎn)，提高了淀粉酶對(duì)淀粉分子的敏感性[34]。

表2 不同微波功率密度下青香蕉MD中淀粉糊化程度與RDS、SDS、RS含量的相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis of starch gelatinization degree and RDS, SDS, RS content during MD under different microwave power densities

3 結(jié)論

不同微波功率密度對(duì)青香蕉中淀粉糊化行為和消化特性影響顯著，當(dāng)青香蕉含水率高于45%，在MD過(guò)程中，高微波功率密度和高含水率可促進(jìn)青香蕉中的淀粉糊化；當(dāng)含水率降低到45%以下，含水率和微波功率密度對(duì)香蕉中淀粉糊化程度無(wú)顯著影響。青香蕉中的淀粉糊化程度越高，RS含量越低；當(dāng)微波功率密度為2 W/g和4 W/g時(shí)，青香蕉中的淀粉糊化可促進(jìn)SDS的形成，SDS含量最高可達(dá)53.90%。因此，可以通過(guò)調(diào)節(jié)MD微波輸出方式和時(shí)間，既可以調(diào)控青香蕉中淀粉的糊化程度，又可以在一定程度上控制青香蕉中RS、SDS、RDS之間的轉(zhuǎn)化作用，比如通過(guò)中強(qiáng)度微波功率密度和低功率密度間歇作用，最大限度保留RS，或獲得高含量SDS的青香蕉粉，以期為微波干燥在青香蕉粉及其淀粉的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。關(guān)于青香蕉MD中其淀粉糊化過(guò)程中精細(xì)結(jié)構(gòu)的變化與消化特性間的構(gòu)效關(guān)系還需要后續(xù)深入研究。