蛋白酶水解對糯米粉GI 值及品質(zhì)的影響研究

郭 宇 王東旭 丁 震 史倩雯 朱鎖粉 郭元新

（1. 江蘇科技大學(xué)糧食學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212100）

（2. 常州金壇江南制粉有限公司，江蘇常州 213000）

近年來，以糯米為原料的速凍食品、功能性食品市場需求不斷加大，糯米的精深加工產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展[1-4]，但糯米屬于高血糖指數(shù)（GI）的食品，并不適合幼童、老人、高血糖患者等特殊人群食用[5，6]。研究表明，通過控制主食中碳水化合物的分解速度或改變主食中碳水化合物的含量可有效降低食品的GI值[7，8]。國內(nèi)外研究人員通常將眾多低GI 值的食材（如蕎麥、燕麥、魔芋粉等）進行組合或加入藥材來保證營養(yǎng)成分，提高食療效果[7]?？等瞇8]通過糊化后驟冷的物理工藝，形成高含量的抗性淀粉來降低碳水化合物從多糖轉(zhuǎn)化為單糖的分解速度。王瑤[9]的研究顯示，交聯(lián)作用和酯化作用能使糯米淀粉消化性降低，而交聯(lián)酯化復(fù)合變性有利于同時增加慢消化淀粉和抗性淀粉的含量。有研究表明，將低溫粉碎的原料進行連續(xù)汽爆同時使用超聲波處理，隨后加入適量的包埋型蛋白酶可降低原料的GI 值[10]。張?zhí)煅┑萚11]在發(fā)酵糯米酒糟過程中發(fā)現(xiàn)發(fā)酵降低了RDS和RS 含量，可以通過控制糯米發(fā)酵程度來降低糯米的消化率。郝赫男[12]的研究顯示，與原淀粉相比，經(jīng)過濕熱處理的糯米淀粉相較于原淀粉含更少的快消化淀粉和抗性淀粉，而慢消化淀粉顯著增加，可減緩糯米淀粉的消化。也有研究表明，蛋白酶作用方式、酶的活性中心、生產(chǎn)來源以及作用pH 值都會對米粉品質(zhì)產(chǎn)生不同的影響[13]，而單獨采用酶法酶解糯米粉降低GI 值的研究尚未見報道。本研究應(yīng)用3種不同類型的固態(tài)蛋白酶酶解糯米粉，研究其對糯米粉GI 值及品質(zhì)的影響，為低GI 糯米粉的開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

粳糯米，常州金壇江南制粉有限公司提供；中性蛋白酶（酶活50 U/mg）、淀粉葡萄糖苷酶（酶活10萬U/ml），麥克林生化科技有限公司；酸性蛋白酶（酶活800 U/mg）、堿性蛋白酶（酶活200 U/mg）、直鏈淀粉，源葉生物科技有限公司；五水合硫酸銅、硫酸鉀、氫氧化鈉、95 %乙醇、碘、對硝基苯酚、3，5- 二硝基水楊酸、酒石酸鉀鈉、亞硫酸鈉、乙酸鈉、無水乙酸鈉、甲醛、乙酰丙酮均為分析純，乙酸、硫酸均為優(yōu)級純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；耐高溫α- 淀粉酶（酶活2000 U/g），阿拉丁試劑有限公司。

L18- Y22 型高速破壁調(diào)理機，九陽股份有限公司；Eppendorf 5804/R 大型高速冷凍離心機，德國艾本德股份公司；DF- 101S 型集熱式磁力攪拌器，上海力辰邦西儀器科技有限公司；PHS- 25 型pH 計，雷磁上海儀電科學(xué)儀器廠；DHG- 9240A 型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器廠；YP5001N 型電子天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器廠；U- T3 型紫外可見分光光度計，屹譜儀器制造有限公司；HWS- 26 型電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科學(xué)儀器廠。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品的制備

參照李珍妮[14]制作糯米粉的工藝并進行適當(dāng)改動，糯米與水以1∶3 的料液比于40 ℃水浴浸泡1h 后，用破壁機磨漿4～6 min 至米漿全部通過80 目篩網(wǎng)，米漿濃度控制為25 %。取3 份同等質(zhì)量的米漿，調(diào)節(jié)pH 為5.0、6.5 和8.5，加入酶活為4000 U/g（以大米質(zhì)量計算） 的酸性、中性及堿性蛋白酶于50 ℃集熱式磁力攪拌器中反應(yīng)3 h，設(shè)置對照組為未加酶的糯米漿。反應(yīng)后的糯米漿以4000 r/min 離心10 min，沉淀用去離子水洗后離心，重復(fù)3 次。收集3 次上清液備用，將最后1 次水洗的沉淀物置于55 ℃烘箱烘干至水分含量為14 %左右，粉碎過80目篩，4 ℃密封保存。

1.2.2 測定方法

1.2.2.1 體外消化試驗

根據(jù)Englyst[15]的方法進行體外模擬消化試驗。精確稱量200 mg 樣品于燒杯中，加入0.2 mol/L 的醋酸鈉緩沖液pH 為5.2）15 mL 并搖勻，放于沸水浴中攪拌，糊化30 min 后，冷卻至37 ℃水浴保溫。糯米糊中加入10 mL 混合酶液（0.002 mL 的耐高溫α- 淀粉酶與1.5 mL 淀粉葡萄糖苷酶混合定容至10 mL，即為混合酶液），分別在第0、5、10、20、40、60、120、180 min 時吸取2 mL 樣品在沸水浴中滅酶5 min，以4000 r/min 離心10 min 后取上清液，采用3，5-二硝基水楊酸比色法（DNS 法） 測定葡萄糖含量（Gt），根據(jù)式（1）計算水解率（%）并繪制水解曲線。根據(jù)式（2）、（3）計算樣品的水解指數(shù)（HI）、血糖指數(shù)（GI），評價其淀粉的消化性能。

1.2.2.2 蛋白質(zhì)含量測定方法

按照GB 5009.5—2016 第二法《分光光度計法》執(zhí)行。

1.2.2.3 色差測定方法

采用CIELAB 方法[16]測定糯米粉的色差，將3份相同質(zhì)量的樣品置于透明袋中測量色差。特征參數(shù)為：亮度（L*）、紅/ 綠色差（+a*/- a*）、黃/ 藍色差（+b*/- b*）?？偵睿é*）計算公式如下：

式中：ΔL*、Δa*、Δb*分別為測試樣品與標(biāo)準(zhǔn)白板數(shù)值差異值，標(biāo)準(zhǔn)白板色差值為L*=99.58，a*=- 0.16，b*=- 0.12。

1.2.2.4 透明度測定方法

取0.1 g 樣品，加入20 mL 水，充分混合為0.5 %懸浮液，于沸水中攪拌30 min 至完全糊化，冷卻至室溫。在波長為650 nm 的分光光度計中測定，所得透光率（%）數(shù)值即為樣品的透明度（%），以去離子水為對照組。

1.2.2.5 溶解度測定方法

參照Derycke 等的測定方法，稱1.5 g 樣品于離心管，加入25 ml 水混勻，室溫震蕩1 h，分別于50 ℃、95 ℃集熱式磁力攪拌器中以160 r/min 攪拌30 min，使其充分反應(yīng)。冷卻至室溫，以4000 r/min離心15 min，上清液置于105 ℃烘箱烘干至恒重。上清液質(zhì)量與糯米粉干基質(zhì)量（即稱取的糯米粉樣品的質(zhì)量）的比值即為樣品的溶解度。

1.2.2.6 直鏈淀粉含量測定方法

參考王肇慈的碘比色法[18]，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。準(zhǔn)確稱量0.1 g 樣品放于燒杯中，加入95 %乙醇1 mL 和1 mol/L 氫氧化鈉溶液9 mL 混勻，放入沸水浴中連續(xù)攪拌10 min，冷卻后移入100 mL 容量瓶定容，取5 mL 樣液置于100 mL 容量瓶，加入1 mol/L 醋酸溶液1 mL 和2 %碘液2 mL 定容，靜置0.5 h，在分光光度計620 nm 處測定吸光值，由標(biāo)準(zhǔn)曲線計算樣品直鏈淀粉含量。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

實驗重復(fù)3 次，采用Origin 8.0 軟件進行統(tǒng)計分析，表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（SD），并使用Graph-Pad Prism 7 軟件繪圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 蛋白酶處理對糯米粉GI 值的影響

蛋白酶處理對糯米粉GI 值的影響結(jié)果見圖1。

圖1 蛋白酶處理對糯米粉GI 值的影響

由圖1 可知，對照組GI 值為98.4，3 種蛋白酶處理均可以顯著降低糯米粉的GI 值。其中酸性蛋白酶處理的糯米粉GI 值最低，比對照降低了27.95 %；中性蛋白酶、堿性蛋白酶處理的糯米粉GI 值均顯著低于對照（P＜0.05），不同蛋白酶處理樣品間GI 值無顯著差別（P＞0.05）。

2.2 蛋白酶處理對糯米粉蛋白質(zhì)含量的影響

糯米磨漿時借助機械作用破壞原料顆粒間細胞壁結(jié)構(gòu)，將部分淀粉和蛋白（蛋白質(zhì)）分離，用蛋白酶酶解再離心，可進一步水解糯米粉中的蛋白質(zhì)。蛋白酶處理對糯米粉蛋白質(zhì)含量的影響見圖2。

圖2 蛋白酶處理對糯米粉蛋白質(zhì)含量的影響

由圖2 可知，對照組蛋白質(zhì)含量為6.67 %，酸性蛋白酶處理過的糯米粉蛋白質(zhì)含量為5.54 %，顯著低于對照組（P＜0.05）；中性蛋白酶和堿性蛋白酶水解的糯米粉蛋白質(zhì)含量變化與對照相比變化不顯著（P＞0.05）。

2.3 蛋白酶處理對糯米粉直鏈淀粉含量的影響

蛋白酶處理對糯米粉直鏈淀粉含量的影響見圖3。

圖3 蛋白酶處理對糯米粉直鏈淀粉含量的影響

由圖3 可知，對照組直鏈淀粉含量為2.00 %，經(jīng)過不同蛋白酶處理后直鏈淀粉含量略有不同，但無顯著差異（P＞0.05），說明在本試驗條件下酶解過程對糯米粉直鏈淀粉含量無顯著影響。

2.4 蛋白酶處理對糯米粉色差的影響

蛋白酶處理對糯米粉色差的影響見圖4。

圖4 蛋白酶處理對糯米粉色差的影響

由圖4 可知，對照組色差為96.31，3 種蛋白酶處理糯米粉色差數(shù)值上有小幅增加，但統(tǒng)計分析表明色差變化無顯著差異（P＞0.05），說明酶解處理不會對糯米粉的色差產(chǎn)生影響。

2.5 蛋白酶處理對糯米粉透明度的影響

透明度與樣品的粒徑、直鏈淀粉含量、支鏈淀粉與膨脹能力的關(guān)系以及膨脹顆粒與未膨脹顆粒的關(guān)系密切相關(guān)[19，20]。蛋白酶處理對糯米粉透明度的影響見圖5。

由圖5 可知，酶解過程可增加糯米粉的透明度，對照組透明度為35.42 %，堿性蛋白酶酶解后的糯米粉透明度最大，顯著高于其它處理（P＜0.05），為47.12 %，酸性蛋白酶與中性蛋白酶酶解后糯米粉樣品的透明度與對照相比無顯著差異（P＞0.05），3 種蛋白酶處理間無顯著差異。

圖5 蛋白酶對糯米粉樣品透明度的影響

2.6 蛋白酶處理對糯米粉溶解度的影響

50 ℃和90 ℃時，蛋白酶處理對糯米粉溶解度的影響見圖6、圖7。

圖6 50 ℃時蛋白酶處理對糯米粉溶解度的影響

圖7 95 ℃時蛋白酶處理對糯米粉溶解度的影響

由圖6、圖7 可知，50 ℃時，對照組溶解度為2.13 %，中性蛋白酶處理可以將糯米粉的溶解度提高將近3 倍，酸性蛋白酶和堿性蛋白酶提高幅度較小，分別為2.43 %、3.71 %。溫度對淀粉顆粒的晶體結(jié)構(gòu)有很大影響，相同酶解時間下糯米粉在95 ℃時溶解度與50 ℃時差異極大，而95 ℃時各處理間差異不顯著。

3 結(jié)論與討論

3 種蛋白酶水解對糯米粉GI 值及品質(zhì)的影響不同。對照組GI 值為98.4，酸性蛋白酶處理的糯米粉GI 值最低，比對照降低了27.95 %；中性蛋白酶、堿性蛋白酶處理的糯米粉GI 值均顯著低于對照組，不同蛋白酶處理樣品間GI 值無顯著差別。酸性蛋白酶處理糯米粉后，蛋白質(zhì)含量顯著低于對照組；3 種蛋白酶處理對直鏈淀粉含量和色差的影響均不顯著；堿性蛋白酶處理使樣品透明度顯著提高，酸性蛋白酶與中性蛋白酶處理與對照組無顯著差異；中性蛋白酶50 ℃處理使糯米粉溶解度顯著升高，而酸性和堿性處理與對照組相比差異不顯著。因此，采用蛋白酶處理可顯著降低糯米粉的GI 值，改變其消化特性，是一種有效降低糯米粉GI 值的方法。

本次實驗采用的固態(tài)蛋白酶酶解工藝繁瑣，受到蛋白酶溶解性的影響，對酶解效果可能產(chǎn)生了一定的影響。如果使用液態(tài)蛋白酶，其酶解效果是否進一步改善，需要進一步研究。另外，使用單一固態(tài)蛋白酶酶解糯米粉對降低其GI 值作用有限，是否可通過液態(tài)復(fù)合蛋白酶或結(jié)合其他處理方法共同用于降低糯米的GI 值，需要進一步研究優(yōu)化。