發(fā)酵協(xié)同多酚復(fù)合對(duì)大米淀粉消化性能的影響

李曉璽 沈少丹 陸萍 陳玲 李琳

(華南理工大學(xué) 淀粉與植物蛋白深加工教育部工程研究中心/天然產(chǎn)物綠色加工與產(chǎn)品安全廣東省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510640)

大米作為重要的碳水化合物來(lái)源，其主要組分淀粉的消化速度與程度決定了其營(yíng)養(yǎng)功能。研究表明，快消化淀粉(RDS)含量高的食品可快速為人體提供能量，但會(huì)引起人體餐后較高的血糖水平[1]，長(zhǎng)期攝入易導(dǎo)致高血糖、高血脂及肥胖癥等慢性代謝性疾病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)[2- 3]；而慢消化淀粉(SDS)和抗消化淀粉(RS)則在控制人體體重、改善氧化應(yīng)激反應(yīng)、調(diào)節(jié)血糖血脂代謝水平等營(yíng)養(yǎng)功能方面發(fā)揮重要作用[4- 5]。在食品加工過(guò)程中，大米淀粉的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化并與其他組分發(fā)生相互作用，從而形成特定的多尺度結(jié)構(gòu)并顯著引起消化性能的變化[6- 7]，繼而改變大米及其米制品的消化性能和餐后血糖水平[6，8- 10]。

多酚是一種重要的植物次生代謝物，具有抑制酶活性、調(diào)節(jié)人體免疫疾病等多種功效，其可與淀粉分子鏈上的多羥基通過(guò)氫鍵分子間相互作用形成復(fù)合物或可通過(guò)疏水相互作用進(jìn)入直鏈淀粉的疏水空腔形成V 型復(fù)合物，改變淀粉的結(jié)構(gòu)有序性，影響淀粉酶的作用程度，從而影響食品的消化性能[8，11- 12]。淀粉-多酚復(fù)合物形成受多酚和淀粉的結(jié)構(gòu)[11，13]、復(fù)合的方式[14- 16]和多酚添加量等因素影響。因此，通過(guò)改變多酚與淀粉的復(fù)合條件可影響多酚與淀粉的作用方式，進(jìn)而引起淀粉消化性能的變化。而微生物發(fā)酵是米制品加工的重要加工方法[17]，在發(fā)酵過(guò)程中淀粉被胞外淀粉酶和葡萄糖苷酶水解，導(dǎo)致淀粉分子降解、螺旋解體、結(jié)晶結(jié)構(gòu)破壞等多尺度結(jié)構(gòu)變化[18- 19]，使得淀粉分子的自由度增加，從而有利于促進(jìn)淀粉與多酚的復(fù)合。

因此，本研究利用發(fā)酵大米淀粉與廣泛存在于紫米、紫薯中的原花青素C1進(jìn)行復(fù)合，系統(tǒng)研究原花青素C1復(fù)合后發(fā)酵大米淀粉的多尺度結(jié)構(gòu)及消化性能的變化規(guī)律，揭示原花青素 C1與發(fā)酵大米淀粉復(fù)合行為對(duì)發(fā)酵大米淀粉消化性能影響的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)域及其機(jī)理，可為發(fā)酵米制品的營(yíng)養(yǎng)功能調(diào)控和功能米制品的創(chuàng)制奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大米，購(gòu)自東莞市太糧米業(yè)有限公司；原花青素C1，購(gòu)于陜西森弗天然制品有限公司，食品級(jí)，純度80%；安琪酵母菌，購(gòu)于安琪酵母股份有限公司，食品級(jí)；豬胰α-淀粉酶，購(gòu)于Sigma試劑有限公司，P- 7545；淀粉葡萄糖苷酶，購(gòu)于Sigma試劑有限公司，A- 3360；其他所用試劑均為分析級(jí)。

722型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海第三分析儀器廠(chǎng)生產(chǎn)；BC1500型恒溫恒濕箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)；EVO18型掃描電子顯微鏡，德國(guó)ZEISS公司生產(chǎn)；SAXSess型小角X射線(xiàn)散射儀，奧地利Anton Paar公司生產(chǎn)；X’PerProx型廣角 X 射線(xiàn)衍射儀，荷蘭Panalytial公司生產(chǎn)；HD400型固體核磁共振儀、Tensor 37型傅里葉紅外光譜儀，德國(guó)Bruker公司生產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 發(fā)酵大米淀粉的制備

選用酵母菌和乳酸菌為發(fā)酵劑，酵母菌/乳酸菌質(zhì)量比為3：1，發(fā)酵劑總添加量為7%，固定發(fā)酵溫度為37 ℃，對(duì)大米進(jìn)行發(fā)酵：稱(chēng)取100 g大米(干基)，按大米與水為1：1.2的比例配成漿液，再加入提前于40 ℃水中活化的混合發(fā)酵劑，混合均勻后于37 ℃發(fā)酵3 h后，采用堿提法提取大米淀粉[20]，經(jīng)冷凍干燥，粉碎過(guò)100目篩，待用。

1.2.2 發(fā)酵大米淀粉-原花青素復(fù)合物的制備

將2%、4%、8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，占發(fā)酵大米淀粉干基質(zhì)量的比例)的原花青素C1分散于50%乙醇溶液，并在37 ℃下與發(fā)酵大米淀粉混合，在攪拌速度500 r/min下復(fù)合30 min后，經(jīng)反復(fù)離心洗滌，用香草醛-硫酸法檢測(cè)上清液中原花青素含量[21]，洗滌至上清液中無(wú)原花青素檢出，冷凍干燥，粉碎過(guò)100目篩待用。不同原花青素C1添加量下得到的發(fā)酵大米淀粉-原花青素復(fù)合物分別記為FRS- 2PC、FRS- 4PC和FRS- 8PC。

1.2.3 體外消化性能測(cè)定

根據(jù)Englyst方法[22]，稱(chēng)取適量含有1 g淀粉的復(fù)合物樣品，加入20 mL乙酸鹽緩沖液(0.1 mol/L，pH 5.2)及6枚玻璃珠，再加入5 mL混合消化酶溶液(豬胰α-淀粉酶及淀粉葡萄糖苷酶)并于37 ℃恒溫振蕩器(170 r/min)中模擬體內(nèi)消化過(guò)程。經(jīng)消化20 min和120 min后取0.5 mL反應(yīng)液加于 20 mL 70%乙醇中滅酶，于4 000 r/min離心5 min后取上清液0.1 mL，通過(guò)葡萄糖氧化試劑盒溶液顯色后，在510 nm處測(cè)定樣品的吸光值，并以1 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖為參比計(jì)算葡萄糖含量。

根據(jù)水解速率和葡萄糖含量測(cè)定，計(jì)算發(fā)酵大米淀粉-原花青素復(fù)合物的RDS含量、SDS含量和RS含量，分別為：

ωRDS=ρG20×0.9×100%，

ωSDS=(ρG120-ρG20)×0.9×100%，

ωRS=(T-ωRDS-ωSDS)×100%。

其中，ρG20和ρG120分別表示淀粉經(jīng)消化20 min及 120 min 后的葡萄糖含量，T表示總淀粉含量。

1.2.4 顆粒形貌分析

將復(fù)合物粉末均勻散在貼有導(dǎo)電膠的樣品臺(tái)，吹去多余樣品后，置于E- 1045型離子濺射儀的樣品艙中，在15 mA的電流下噴金處理，置于掃描電子顯微鏡腔體內(nèi)進(jìn)行觀(guān)察，拍攝顆粒形貌照片。

1.2.5 半結(jié)晶層狀結(jié)構(gòu)分析

稱(chēng)取一定質(zhì)量的干基復(fù)合物粉末配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的淀粉乳，將其于25 ℃下平衡12 h后，在CuKα源的X射線(xiàn)(λ=0.154 2 nm)、電流50 mA和電壓40 kV下測(cè)定5 min。測(cè)定結(jié)束后，利用PerkinElmer存儲(chǔ)熒光系統(tǒng)的IP讀取器軟件收集記錄在圖像板中的數(shù)據(jù)，并用SAXSquant 3.0軟件和SAXSquant 2D軟件進(jìn)行歸一化、扣空白和消模糊處理，分析半結(jié)晶層狀結(jié)構(gòu)特征變化[9，23]。

1.2.6 結(jié)晶結(jié)構(gòu)分析

將復(fù)合物粉末于恒濕環(huán)境中平衡12 h后進(jìn)行X射線(xiàn)衍射測(cè)試，條件如下：電壓40 kV，電流200 mA，衍射角(2θ)的旋轉(zhuǎn)范圍為5°～40°，掃描速度為1.2 °/min，步長(zhǎng)為0.02 °。測(cè)試結(jié)束后，利用Peakfit v4.12軟件計(jì)算結(jié)晶度及A型和V型結(jié)晶比例的變化[7]。

1.2.7 螺旋結(jié)構(gòu)分析

將復(fù)合物粉末置于4 mm高分辨魔角旋轉(zhuǎn)探頭(MAS)上，于室溫(25 ℃)下進(jìn)行13C CP/MAS NMR測(cè)定，測(cè)試條件為：共振頻率150.9 MHz，轉(zhuǎn)速10 000 kHz，90 °脈沖寬度5 μs，接觸時(shí)間1 ms，延遲時(shí)間5 s，累加次數(shù)2 400次以上。以充分糊化的蠟質(zhì)玉米淀粉在液氮下急凍作為無(wú)定型淀粉對(duì)照樣品，對(duì)樣品的無(wú)定型區(qū)域進(jìn)行歸一化處理，將C1峰進(jìn)行分峰擬合處理，計(jì)算樣品單螺旋和雙螺旋含量變化[24]。

1.2.8 表面有序結(jié)構(gòu)分析

稱(chēng)取一定量的復(fù)合物粉末，放置于衰減全反射(ATR)工作平臺(tái)，在4 000至400 cm-1范圍內(nèi)以 4 cm-1分辨率掃描64次，以空氣為背景，掃描結(jié)束后可獲得紅外光譜圖，并對(duì)其進(jìn)行基線(xiàn)自動(dòng)校正和歸一化、去卷積(半峰19，增強(qiáng)因子1.9)處理；選擇800～1 200 cm-1的光譜圖通過(guò)Peakfit v4.12進(jìn)行分峰處理，可獲得1 042和1 014cm-1處的強(qiáng)度比值(R1 042/1 014)，其可用來(lái)表征復(fù)合物顆粒表面的短程有序結(jié)構(gòu)的變化[7]。

1.2.9 數(shù)據(jù)處理及分析

所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果使用SPSS 20.0(IBM，美國(guó))軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，應(yīng)用ANOVA分析(LSD法假定方差齊性)各組結(jié)果間的顯著性差異水平(P<0.05)。

2 結(jié)果與討論

2.1 原花青素復(fù)合對(duì)發(fā)酵大米淀粉消化性能的影響

不同原花青素添加量對(duì)發(fā)酵大米淀粉-原花青素復(fù)合物的消化性能的影響見(jiàn)表1。

表1 不同原花青素添加量的發(fā)酵大米淀粉復(fù)合物的消化特性1)Table 1 Digestibility of fermented rice starch-procyanidine complexes prepared with different amount of procyanidine

發(fā)酵大米淀粉與原花青素復(fù)合之后，快消化淀粉RDS和慢消化淀粉SDS含量隨原花青素復(fù)合量的增加逐步降低，而RS含量則顯著提高。當(dāng)原花青素添加量為8%時(shí)，SDS和RS含量分別為(33.12±3.85)%和(47.43±3.85)%。這可能是由于發(fā)酵大米淀粉與原花青素相互作用改變了發(fā)酵大米淀粉的多尺度結(jié)構(gòu)，從而限制了淀粉酶對(duì)淀粉分子鏈的水解作用。進(jìn)一步采用現(xiàn)代分析技術(shù)對(duì)原花青素復(fù)合后發(fā)酵大米淀粉的多尺度結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以揭示其多尺度結(jié)構(gòu)變化對(duì)消化特性的影響。

2.2 原花青素復(fù)合對(duì)發(fā)酵大米淀粉表面形貌的影響

通過(guò)掃描電鏡對(duì)原花青素復(fù)合后發(fā)酵大米淀粉的顆粒微觀(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀(guān)察，結(jié)果見(jiàn)圖1。

(a)FRS (b)FRS- 2PC

(c)FRS- 4PC (d)FRS- 8PC圖1 發(fā)酵大米淀粉與不同量原花青素復(fù)合物的表面形貌Fig.1 Morphology of fermented starch and its complexes with different amount of procyanidine

與原花青素復(fù)合后發(fā)酵大米淀粉顆粒表面同樣遭到酶、酸的侵蝕出現(xiàn)凹陷(虛線(xiàn)區(qū)域)，尺寸為2～8 μm，且表面變得更為粗糙。但隨著原花青素復(fù)合量增大，發(fā)酵大米淀粉顆粒整體表面形貌無(wú)顯著變化。

2.3 原花青素復(fù)合對(duì)發(fā)酵大米淀粉半結(jié)晶層狀結(jié)構(gòu)的影響

通過(guò)小角X射線(xiàn)散射技術(shù)測(cè)定發(fā)酵大米淀粉-原花青素復(fù)合物的層狀結(jié)構(gòu)變化，由圖2(a)可知，發(fā)酵大米淀粉及發(fā)酵大米淀粉-原花青素復(fù)合物在0.65 nm-1處均有一散射峰。其對(duì)應(yīng)大米淀粉顆粒約為9.66 nm的半結(jié)晶層狀結(jié)構(gòu)[25]。但隨著原花青素添加量的增加，該散射峰的強(qiáng)度逐漸降低。通過(guò)Lorentz變換(q～I(xiàn)(q2)，其中q為SAXS的散射矢量，I為SAXS的散射信號(hào))處理(見(jiàn)圖2(b))發(fā)現(xiàn)，復(fù)合物半結(jié)晶層狀結(jié)構(gòu)的Lorentz曲線(xiàn)峰面積(表2中Apeak)均低于發(fā)酵大米淀粉的峰面積，且隨原花青素復(fù)合量的增大而逐漸降低，表明發(fā)酵大米淀粉-原花青素復(fù)合物半結(jié)晶層狀結(jié)構(gòu)的結(jié)晶區(qū)有序化程度降低。在其他淀粉與多酚復(fù)合的相關(guān)研究[23]中也表現(xiàn)為相似的規(guī)律。

參照Chi、Qiao等[23，26]的方法，利用一維線(xiàn)性相關(guān)函數(shù)f(rw)(見(jiàn)圖2(c))解析了半結(jié)晶層狀結(jié)構(gòu)厚度的變化情況。與發(fā)酵大米淀粉相比，原花青素的復(fù)合引起發(fā)酵大米淀粉半結(jié)晶層厚度和結(jié)晶層厚度增大、無(wú)定型層厚度減小。原花青素可通過(guò)氫鍵、疏水相互作用等非共價(jià)相互作用與無(wú)定型層區(qū)淀粉分子鏈復(fù)合，促進(jìn)了無(wú)定型層區(qū)淀粉分子鏈向相對(duì)有序化結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，從而增大結(jié)晶層的厚度，降低無(wú)定型層厚度。

進(jìn)一步對(duì)發(fā)酵大米淀粉-原花青素復(fù)合物納米聚集體的有序化程度研究發(fā)現(xiàn)(見(jiàn)圖2(d)及表2)，其分形維數(shù)均小于3。這表明發(fā)酵大米淀粉及發(fā)酵大米淀粉-原花青素復(fù)合物均表現(xiàn)為質(zhì)量分形結(jié)構(gòu)[27- 28]。與較低復(fù)合量(≤4%)的原花青素復(fù)合后，發(fā)酵大米淀粉-原花青素復(fù)合物的分形維數(shù)增大，表明發(fā)酵大米淀粉-原花青素復(fù)合物納米聚集體結(jié)構(gòu)有序化程度增加。而當(dāng)原花青素復(fù)合量增加為8%時(shí)，復(fù)合物的分形維數(shù)降低，說(shuō)明原花青素的增多不利于發(fā)酵大米淀粉-原花青素復(fù)合物納米聚集體有序結(jié)構(gòu)的形成。

(a)雙對(duì)數(shù)圖

(b)Lorentzt變換圖譜

(c)線(xiàn)性相關(guān)函數(shù)圖

(d)分形結(jié)構(gòu)圖圖2 發(fā)酵大米淀粉-原花青素復(fù)合物的小角X射線(xiàn)散射圖譜Fig.2 SAXS patterns of procyanidine-fermented rice starch complex

2.4 原花青素復(fù)合對(duì)發(fā)酵大米淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)的影響

發(fā)酵大米淀粉與不同量原花青素形成的復(fù)合物的X射線(xiàn)衍射圖譜見(jiàn)圖3，其相對(duì)結(jié)晶度及A型和V型結(jié)晶結(jié)構(gòu)比例的變化情況見(jiàn)表2。發(fā)酵大米淀粉與原花青素復(fù)合后，其復(fù)合物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)仍為A+V型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，但其特征衍射峰強(qiáng)度降低，說(shuō)明原花青素復(fù)合后，復(fù)合物中處于結(jié)晶區(qū)域的淀粉分子鏈向“無(wú)序化”轉(zhuǎn)變。由表2可知，發(fā)酵大米淀粉-原花青素復(fù)合物的A型結(jié)晶結(jié)構(gòu)比例降低，且隨原花青素復(fù)合量的增大而略有降低。這與發(fā)酵大米淀粉-原花青素復(fù)合物半結(jié)晶層狀結(jié)構(gòu)的結(jié)晶區(qū)有序化程度降低的結(jié)論一致。

圖3 發(fā)酵大米淀粉與不同量原花青素形成的復(fù)合物的X射線(xiàn)衍射圖譜Fig.3 XRD pattern of fermented rice starch complexes with different amount of procyanidine

表2 原花青素與發(fā)酵大米淀粉復(fù)合物的FTIR、XRD、SAXS和NMR測(cè)定結(jié)果Table 2 FTIR，XRD，SAXS and NMR result of fermented rice starch and FRS-PC complex

同時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)添加的原花青素量較低時(shí)(≤4%)，發(fā)酵大米淀粉-原花青素復(fù)合物的V型結(jié)晶結(jié)構(gòu)比例稍降低；而原花青素量增加至8%時(shí)，復(fù)合物的V型結(jié)晶結(jié)構(gòu)比例增大。這表明，在較低量的原花青素復(fù)合過(guò)程中，原花青素與發(fā)酵大米淀粉分子鏈相互作用可使部分降解的淀粉分子鏈自組裝形成的螺旋結(jié)構(gòu)解旋(與相關(guān)研究[29]的結(jié)果一致)，從而使得V型結(jié)晶結(jié)構(gòu)比例稍降低。而較高量的原花青素在復(fù)合過(guò)程中，原花青素分子作為分子配體可改變部分降解的大米淀粉直鏈分子糖苷鍵的排列形式，從而促進(jìn)部分淀粉分子鏈形成V型結(jié)晶結(jié)構(gòu)[12，30]。

2.5 原花青素復(fù)合對(duì)發(fā)酵大米淀粉螺旋結(jié)構(gòu)的影響

添加不同原花青素形成的發(fā)酵大米淀粉-原花青素復(fù)合物的CP/MAS13C NMR圖譜見(jiàn)圖4，通過(guò)對(duì)C1和C4位置的共振吸收峰進(jìn)行分峰處理分析得到其螺旋結(jié)構(gòu)變化情況，見(jiàn)表2。發(fā)酵大米淀粉與原花青素復(fù)合后，淀粉的雙螺旋結(jié)構(gòu)和有序化結(jié)構(gòu)比例降低，單螺旋結(jié)構(gòu)和無(wú)序化結(jié)構(gòu)增加，且隨著原花青素量的增大，發(fā)酵后大米淀粉顆粒半結(jié)晶層狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部分子鏈整體排列的“無(wú)序化”程度增強(qiáng)。由于原花青素與淀粉分子鏈的相互作用可破壞雙螺旋結(jié)構(gòu)的締合與排列，抑制部分降解后的淀粉分子鏈自組裝成雙螺旋結(jié)構(gòu)，而使得雙螺旋結(jié)構(gòu)減少[29，31]。

圖4 發(fā)酵大米淀粉與不同添加量原花青素形成的復(fù)合物的13C CP/MAS NMR圖譜Fig.4 13C CP/MAS NMR spectra of fermented rice starch complexes with different amount of procyanidine

此外，在較低量的原花青素復(fù)合過(guò)程中，原花青素與發(fā)酵大米淀粉分子鏈相互作用可使部分降解的淀粉分子鏈自組裝形成的螺旋結(jié)構(gòu)解旋，從而使得單螺旋結(jié)構(gòu)比例稍降低。而較高量的原花青素復(fù)合過(guò)程中，原花青素分子作為分子配體可改變部分降解的大米淀粉直鏈分子糖苷鍵的排列形式，促進(jìn)部分淀粉直鏈分子鏈形成單螺旋結(jié)構(gòu)[30]。但由于復(fù)合物顆粒整體結(jié)晶度降低(見(jiàn)圖3)，復(fù)合物整體無(wú)序化程度增加。

2.6 原花青素復(fù)合對(duì)發(fā)酵大米淀粉表面有序結(jié)構(gòu)的影響

原花青素與發(fā)酵大米淀粉復(fù)合形成的復(fù)合物紅外光譜見(jiàn)圖5，其1 042及1 014 cm-1處吸收峰的強(qiáng)度比值見(jiàn)表2。

圖5 發(fā)酵大米淀粉與不同添加量原花青素形成的復(fù)合物的紅外光譜圖Fig.5 Infrared spectrogram of fermented rice starch complexes with different amount of procyanidine

發(fā)酵大米淀粉-原花青素復(fù)合物的R1 042/1 014顯著增大，且隨著原花青素復(fù)合量的增加R1 042/1 014增大的程度提高。這表明原花青素的復(fù)合引起發(fā)酵大米淀粉顆粒表面結(jié)構(gòu)有序化程度的提高[32]，主要是由于原花青素的復(fù)合可以使部分降解后的無(wú)定型背景區(qū)直鏈淀粉分子鏈間聚集、無(wú)定型區(qū)降解后的部分支鏈淀粉中直鏈淀粉分子鏈發(fā)生重排，從而使其短程有序結(jié)構(gòu)提升[33- 34]。

2.7 發(fā)酵大米淀粉-原花青素復(fù)合物的消化性能和多尺度結(jié)構(gòu)的相關(guān)性及機(jī)制分析

為了揭示發(fā)酵大米淀粉-原花青素復(fù)合物的消化特性與多尺度結(jié)構(gòu)變化之間的關(guān)系，進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，見(jiàn)圖6。與原花青素復(fù)合后，發(fā)酵大米淀粉的RDS含量與單螺旋結(jié)構(gòu)比例(r=-0.97，P<0.05)及短程有序化程度R1 047/1 014(r=-0.98，P<0.05)呈顯著負(fù)相關(guān)，與雙螺旋結(jié)構(gòu)(r=0.98，P<0.05)和半結(jié)晶層狀結(jié)構(gòu)的Lorentz曲線(xiàn)峰面積Apeak(r=0.99，P<0.01)呈顯著正相關(guān)。這主要是由于原花青素與淀粉分子鏈之間的相互作用破壞了雙螺旋結(jié)構(gòu)的締合排列從而降低了其長(zhǎng)程結(jié)構(gòu)有序化程度，但增加了其單螺旋結(jié)構(gòu)比例及短程結(jié)構(gòu)有序化程度，因而RDS含量仍保持下降趨勢(shì)，從而體現(xiàn)為正相關(guān)趨勢(shì)[34]；此外，SDS含量與A型結(jié)構(gòu)比例(r=0.98，P<0.05)及無(wú)定形層厚度da(r=0.97，P<0.05)為顯著正相關(guān)關(guān)系，與無(wú)定形結(jié)構(gòu)比例(r=-0.91)及單螺旋結(jié)構(gòu)比例(r=-0.83)為負(fù)相關(guān)關(guān)系；而RS含量與多尺度結(jié)構(gòu)的相關(guān)性規(guī)律則與RDS含量規(guī)律相反，其與雙螺旋結(jié)構(gòu)含量(r=-0.995，P<0.01)和半結(jié)晶層狀結(jié)構(gòu)的Lorentz曲線(xiàn)峰面積Apeak(r=-0.99，P<0.01)表現(xiàn)為顯著負(fù)相關(guān)，與短程有序化程度R1 042/1 014(r=0.95)和單螺旋結(jié)構(gòu)(r=0.92)為正相關(guān)?；谝陨舷嚓P(guān)性分析，說(shuō)明原花青素通過(guò)分子間相互作用與淀粉分子復(fù)合后可引起多尺度結(jié)構(gòu)變化從而影響其消化特性，且其中單螺旋結(jié)構(gòu)、雙螺旋結(jié)構(gòu)、短程有序結(jié)構(gòu)、A型結(jié)晶結(jié)構(gòu)及無(wú)定形層結(jié)構(gòu)變化是引起慢消化和抗消化結(jié)構(gòu)形成的主要因素。

圖6 FRS-PC復(fù)合物的消化特性及多尺度結(jié)構(gòu)的Pearson相關(guān)性分析Fig.6 Pearson correlation coefficients of starch digestibility and multi-scale structures of FRS-PC complex

綜合上述研究可知，隨著原花青素復(fù)合量提升，發(fā)酵大米淀粉顆粒內(nèi)部聚集體分形維數(shù)增大、聚集體有序化程度增強(qiáng)，半結(jié)晶層狀結(jié)構(gòu)的厚度及半結(jié)晶層狀結(jié)構(gòu)結(jié)晶區(qū)厚度增大、無(wú)定型厚度降低、單螺旋結(jié)構(gòu)比例提高、V型結(jié)晶結(jié)構(gòu)增多、短程有序化程度提高，且同時(shí)表現(xiàn)為RS含量增加和RDS與SDS含量降低，表明原花青素的“無(wú)序化效應(yīng)”誘導(dǎo)大米淀粉原有有序結(jié)構(gòu)解組裝的同時(shí)又以“分子配體”的形式促進(jìn)部分降解后的淀粉分子鏈間形成新的相對(duì)有序結(jié)構(gòu)，因此引起發(fā)酵大米淀粉抗消化性能的提升。

另一方面，與原花青素復(fù)合后，發(fā)酵大米淀粉的半結(jié)晶層狀結(jié)構(gòu)結(jié)晶區(qū)淀粉分子鏈有序性降低、結(jié)晶度和A型結(jié)晶結(jié)構(gòu)比例下降，雙螺旋結(jié)構(gòu)比例和有序結(jié)構(gòu)減少、無(wú)序結(jié)構(gòu)增加，但并未引起RDS含量的提高和RS含量的降低；主要原因是在消化過(guò)程中處于淀粉無(wú)序化結(jié)構(gòu)區(qū)域的原花青素由于淀粉分子的降解而不斷解離出來(lái)并抑制淀粉酶活性，從而整體上協(xié)同提升發(fā)酵大米淀粉的抗消化特性[35- 36]。

3 結(jié)論

通過(guò)系統(tǒng)考察發(fā)酵大米淀粉與原花青素復(fù)合對(duì)淀粉消化性能及多尺度結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，獲得了原花青素復(fù)合對(duì)發(fā)酵大米淀粉多尺度結(jié)構(gòu)和消化性能轉(zhuǎn)變的影響機(jī)制。結(jié)果表明，發(fā)酵大米淀粉經(jīng)不同添加量的原花青素復(fù)合后，發(fā)酵大米淀粉-原花青素復(fù)合物的RDS和SDS含量隨原花青素含量的增加逐步降低，而RS含量則顯著增加。而發(fā)酵大米淀粉-原花青素復(fù)合物抗消化性能提高的原因一方面是原花青素與淀粉分子通過(guò)非共價(jià)相互作用使得短程有序結(jié)構(gòu)及單螺旋結(jié)構(gòu)比例增加，A型結(jié)晶結(jié)構(gòu)比例、雙螺旋結(jié)構(gòu)比例及無(wú)定型厚度降低。另一方面，在消化過(guò)程中無(wú)定形區(qū)域的部分原花青素可解離為酶抑制劑，協(xié)同提高淀粉的抗消化性能。通過(guò)對(duì)原花青素與發(fā)酵大米淀粉的多尺度結(jié)構(gòu)和消化性能變化規(guī)律的系統(tǒng)探究可為發(fā)酵米制品的營(yíng)養(yǎng)功能調(diào)控及提升和功能米制品的深加工提供依據(jù)。