復(fù)合酶法改性糯麥A-、B-型淀粉及對(duì)其結(jié)構(gòu)和消化特性的影響

張 昀，趙 迪，張康逸，郭東旭，閆美慧，張國治,*

（1.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心，河南 鄭州 450002）

淀粉廣泛存在于大米、高粱和小麥等谷類作物中，約占原谷物質(zhì)量的60%～70%[1]。淀粉由直徑10～35 μm的A-型淀粉和直徑小于10 μm的B-型淀粉組成[2]。淀粉有直鏈淀粉和支鏈淀粉之分。不含直鏈淀粉或含量極少的小麥稱為蠟質(zhì)小麥或糯麥[3]。糯麥在成分含量、理化特性和加工特性等方面與普通小麥明顯不同[4]。適量添加糯麥粉能夠改良面條品質(zhì)。劉銳等[5]發(fā)現(xiàn)，添加了10%糯麥粉制成的面條有著更好的色澤、彈性、光滑程度。但使用純糯麥粉制作的面制品質(zhì)量較差，且過多的支鏈淀粉能夠使食物快速被人體消化，導(dǎo)致血糖迅速上升，容易引起糖尿病等慢性疾病。因此糯麥在食品行業(yè)中的應(yīng)用受到了一定限制，需要對(duì)糯麥淀粉進(jìn)行改性。

物理、化學(xué)法都能使淀粉變性，但物理法費(fèi)時(shí)耗能，化學(xué)法缺乏環(huán)保性和安全性[6]。所以近年來生物酶法受到廣泛關(guān)注。酶法高效專一、綠色安全，且制備成本比物理化學(xué)法更低，能夠節(jié)約資源[7]。淀粉的消化特性受到淀粉分子鏈結(jié)構(gòu)、直支比、顆粒大小等因素的影響[8-9]。淀粉酶通過特異性修飾淀粉分子改善其抗酶解能力[10-11]。淀粉具有剛性結(jié)構(gòu)，增加支鏈淀粉中的直鏈淀粉含量或支鏈長度能使其迅速形成雙螺旋和晶體結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)剛性[12]。Xu Jinchuan等[13]發(fā)現(xiàn)，高直鏈玉米淀粉的抗酶解性更強(qiáng)。因?yàn)樵摰矸劬哂懈蟮念w粒和更強(qiáng)的剛性。酶法改性中常用的酶有α-淀粉酶[14]、β-淀粉酶[15]、普魯蘭酶[16]，此外還有以分支酶為代表的轉(zhuǎn)苷酶類[11]。單一酶和復(fù)合酶都可以應(yīng)用于酶法改性。Liu Wei等[17]指出，蠟質(zhì)玉米淀粉用普魯蘭酶處理后，其慢消化淀粉（slow digesting starch，SDS）和抗性淀粉（resistant starch，RS）含量均大幅度提高。Li Yadi等[18]表明，用分支酶修飾木薯淀粉改變了支鏈淀粉的鏈長，使直鏈淀粉發(fā)生重結(jié)晶。淀粉水解酶和轉(zhuǎn)苷酶是一種常見的復(fù)合酶組合。肖瑀等[19]認(rèn)為，紅薯淀粉經(jīng)過α-淀粉酶、β-淀粉酶和葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶復(fù)合改性后，短鏈比例、分支密度均顯著增加，相對(duì)結(jié)晶度（relative crystallinity，RC）降低。Zhong Yuyue等[20]通過熱乙醇預(yù)處理，α-淀粉酶和分支酶協(xié)同處理玉米淀粉，降低了回生率，提高了RC和抗酶解能力。

本研究以高直鏈玉米淀粉作為供體，糯麥淀粉作為受體，分別采用普魯蘭酶和分支酶單酶處理，和這兩種酶協(xié)同作用的方式進(jìn)行淀粉改性。改性的主要目的是提高糯麥的消化特性，同時(shí)探索經(jīng)復(fù)合酶修飾后，淀粉顆粒形態(tài)、分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和消化速率的變化，以期擴(kuò)大糯麥的應(yīng)用市場(chǎng)，提升糯麥的附加值，并為復(fù)合酶法改性淀粉顆粒的研究提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

糯麥籽粒、高直鏈玉米淀粉 河南恒瑞淀粉科技有限公司；普魯蘭酶（1 000 U/g） 上海麥克林生化科技有限公司；分支酶（660 U/mL） 丹麥諾維信公司；唾液淀粉酶、胃蛋白酶、胰酶、淀粉葡糖苷酶Megazyme國際有限公司；除溴化鉀為光譜級(jí)外，其他化學(xué)物質(zhì)和試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

XMTD-702磁力攪拌油浴鍋 上海恩誼科技有限公司；JJ-1精密定時(shí)電動(dòng)攪拌器 常州越新儀器制造有限公司；PHS-3C型數(shù)顯酸度計(jì) 杭州雷磁分析儀器廠；JW-1044R高速冷凍離心機(jī) 安徽嘉文儀器裝備有限公司；FD-100S真空冷凍干燥機(jī) 北京惠誠佳儀科技有限公司；07J200標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)篩 新鄉(xiāng)市千振機(jī)械有限公司；QUANTAFEG250型掃描電子顯微鏡 日本FEI有限公司；A590紫外-可見分光光度計(jì) 翱藝儀器上海有限公司；尼科拉iS5型傅里葉變換紅外光譜儀 美國Thermo Fisher公司；D8Advance型X射線衍射儀 德國布魯克公司；NutraScan GI 20體外模擬消化儀 澳大利亞NI有限公司；GM 9葡萄糖分析儀 美國阿納洛克斯儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 糯麥淀粉的提取及其A-、B-型淀粉的分離

糯麥淀粉的提取方法參考Zhang Kangyi等[21]的方法，并加以改進(jìn)。首先將糯麥籽粒完全浸泡在純水中，靜置過夜后用豆?jié){機(jī)將糯麥打成均勻細(xì)膩的漿液，用紗布過濾。濾液在3 000 r/min離心10 min。除去最上層的灰色雜質(zhì)后，再次離心并除雜，直到得到干凈的白色沉淀物，即為糯麥淀粉。用45 ℃烘箱對(duì)糯麥淀粉干燥24 h至其完全烘干，粉碎后用篩孔直徑為0.15 mm的標(biāo)準(zhǔn)篩過篩，留用。

A-和B-型糯麥淀粉的分離參考Zhang Kangyi等[21]的方法。首先向1 L燒杯中加入100 g糯麥淀粉，準(zhǔn)確加入800 mL純水，均勻攪拌。讓其自然放置1 h，收集500 mL上層懸浮液。重復(fù)上述操作8次左右，直至上層懸浮液變得透明澄清。用過篩孔直徑為0.01 mm的標(biāo)準(zhǔn)篩過濾懸浮液，濾液在3 000 r/min離心10 min，沉淀即為B-型糯麥淀粉。將1 L燒杯中的剩余沉淀低速離心10 min，倒掉上清液后再高速離心，沉淀即為A-型糯麥淀粉。將A-、B-型淀粉于45 ℃烘箱中干燥，并用篩孔直徑為0.15 mm的標(biāo)準(zhǔn)篩過篩，備用。

1.3.2 糯麥淀粉改性

參考Guo Li等[22]的方法并稍作修改。體系中的供體為高直鏈玉米淀粉，受體為糯麥淀粉，受體∶供體的質(zhì)量比例固定為2∶1。稱取20 g糯麥A-、B-型淀粉于1 L燒杯，再分別加入10 g高直鏈玉米淀粉和750 mL的純水，攪拌均勻備用。在進(jìn)行酶處理之前，將糯麥A-、B-型淀粉和高直鏈玉米淀粉的混合淀粉分別配制成淀粉乳，其質(zhì)量濃度均為4 g/100 mL。

普魯蘭酶單獨(dú)改性：用2 mol/L的氫氧化鈉和鹽酸將淀粉乳的pH值調(diào)至4.5左右，沸水浴30 min后迅速冷卻。向該體系中加入1.8 g普魯蘭酶，于53 ℃水浴攪拌4 h。反應(yīng)完成后，沸水浴滅酶10 min。冷卻后加入2 倍體積的50%乙醇溶液，醇洗2次后再水洗2次。將沉淀物冷凍干燥即為普魯蘭酶改性淀粉，命名為PEAS和PEBS。

分支酶單獨(dú)改性：使用上述酸堿將淀粉乳的pH值調(diào)至6.5左右，沸水浴糊化30 min，冷卻后向其中加入600 μL分支酶，60 ℃水浴攪拌24 h后沸水滅酶10 min。冷卻后用50%乙醇溶液進(jìn)行醇洗和水洗。將沉淀物冷凍干燥后即為分支酶改性淀粉，命名為BEAS和BEBS。

復(fù)合酶改性：首先采用上述普魯蘭酶改性的方法，加入1.8 g普魯蘭酶在53 ℃反應(yīng)4 h。然后將淀粉乳滅酶但不離心，迅速冷卻后用酸堿調(diào)節(jié)pH 6.5，加入600 μL分支酶進(jìn)行分支酶改性，制得復(fù)合酶改性糯麥淀粉，命名為CEAS和CEBS。

將不經(jīng)過任何酶法改性操作處理的糯麥原淀粉命名為NAS和NBS；將糯麥淀粉和高直鏈玉米淀粉的混合淀粉命名為NAMS和NBMS。

1.3.3 顆粒形態(tài)觀察

將一層淀粉粘在雙面膠帶上，雙面膠帶粘在鋁制短柱上并涂上薄薄的金鈀。使用掃描電子顯微鏡，觀察糯麥原淀粉及酶法改性淀粉的顆粒形態(tài)特征。

1.3.4 表觀直鏈淀粉含量測(cè)定

根據(jù)Li Hui等[23]的方法，并有所修改，使用碘結(jié)合法測(cè)定表觀直鏈淀粉含量。

1.3.5 溶解度和膨脹力測(cè)定

參照J(rèn)iang Qianqian等[24]的方法，并進(jìn)行修改。稱取0.2 g淀粉，記為m，向已稱量的離心管m1中加入10 mL純水，分別在50、60、70、80、90 ℃的恒溫水浴鍋中保持1 h，冷卻至室溫后在3 000 r/min離心20 min。培養(yǎng)皿m2質(zhì)量恒定后盛裝上清液，置于105 ℃烘箱中再次烘干至質(zhì)量恒定，記為m4。將離心管倒扣瀝干水分后稱量，記作m3。溶解度和膨脹力按照式（1）和（2）計(jì)算：

式中：m為樣品質(zhì)量；m1為離心管質(zhì)量；m2為培養(yǎng)皿質(zhì)量；m3為離心后離心管和沉淀的總質(zhì)量；m4為烘干上清液后培養(yǎng)皿的質(zhì)量。

1.3.6 X射線衍射測(cè)定

X射線衍射儀表征內(nèi)部的結(jié)晶特性。設(shè)定程序：起始角4°、終止角60°、掃描速率2 °/min、步長0.02°。

1.3.7 紅外光譜測(cè)定

參考Thangavel等[25]的方法，按照淀粉與溴化鉀質(zhì)量比1∶200，充分混合后研磨10 min，對(duì)樣品進(jìn)行壓片和全波長掃描處理。每組樣品平行測(cè)定3次，計(jì)算1 047 cm-1/1 022 cm-1峰強(qiáng)度比值。

1.3.8 預(yù)測(cè)血糖指數(shù)（predict glycemic index，pGI）值測(cè)定

目前通過體外模擬消化碳水化合物水解預(yù)測(cè)食物血糖生成指數(shù)（glycemic index，GI）的方法已廣泛應(yīng)用[26]。本研究使用NutraScan GI 20體外模擬消化系統(tǒng)進(jìn)行血糖指數(shù)的預(yù)測(cè)，這與Zou Jian等[27]的測(cè)定方法一致。在消化管中稱取50 mg淀粉樣品，向其中依次加入適量不同pH值的緩沖液、唾液淀粉酶、胃蛋白酶、胰酶、淀粉葡萄糖苷酶等。GI 20體外消化模擬系統(tǒng)能夠模擬食物依次通過口腔、胃和小腸的階段，總消化時(shí)間為300 min，樣品在每個(gè)階段消化得到的葡萄糖由葡萄糖分析儀測(cè)定，它能夠?qū)⑵咸烟亲x數(shù)轉(zhuǎn)換為葡萄糖反應(yīng)單位，并通過軟件計(jì)算不同樣品的pGI，計(jì)算見式（3）：

式中：C為葡萄糖分析儀分析的葡萄糖質(zhì)量濃度/（mg/mL）；V為保留體積/mL；A為葡萄糖當(dāng)量（碳水化合物總可用性/0.9）/mg。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 21.0和Origin 8.0對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，P＜0.05，差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 微觀結(jié)構(gòu)分析

從圖1可以看出，NAS、NBS多為球形或橢圓形，表面光滑，但在某些淀粉顆粒表面布有裂痕和溝槽，這是小麥淀粉的特征。由于玉米淀粉顆粒顯示無規(guī)則狀，將其與糯麥淀粉混合后，NAMS、NBMS的形態(tài)與NAS、NBS相比也變得不規(guī)則。PEAS和PEBS表面呈現(xiàn)許多裂紋，淀粉顆粒大小不均，被酶破壞的程度較大。這可能是由于普魯蘭酶在顆粒內(nèi)部形成了隧道或孔穴，從而對(duì)其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用。BEAS和BEBS表面出現(xiàn)了較多孔洞，但是淀粉顆粒外部仍保持較為完整的狀態(tài)。這與王水林[28]的研究結(jié)果一致。CEAS和CBES的破壞程度較大，淀粉顆粒大小與NAMS、NBMS相比有所減小，顆粒趨于均一，表面也出現(xiàn)了一些孔洞和顆粒附著物。這表明兩種酶協(xié)同作用于淀粉后，淀粉的顆粒形態(tài)結(jié)合了兩種酶單獨(dú)處理的特征?？赡苁瞧蒸斕m酶先作用于淀粉內(nèi)部形成了孔穴，并切割無定形區(qū)域支鏈淀粉內(nèi)的α-1,6-糖苷鍵，便于分支酶隨機(jī)切割淀粉分子內(nèi)的α-1,4-糖苷鍵，并將產(chǎn)生的具有非還原端的低聚糖鏈通過α-1,6-糖苷鍵轉(zhuǎn)接到受體糯麥淀粉的測(cè)鏈。

圖1 不同酶處理對(duì)淀粉微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig. 1 Effects of different enzymatic treatments on the microstructure of starch

2.2 表觀直鏈淀粉含量分析

表觀直鏈淀粉含量的測(cè)定原理是碘比色法。除了直鏈分子，部分非典型的支鏈淀粉分子的長B鏈也能夠與碘結(jié)合發(fā)生顯色反應(yīng)，導(dǎo)致測(cè)出的結(jié)果高于實(shí)際的直鏈淀粉含量[29]。本實(shí)驗(yàn)測(cè)得的表觀直鏈淀粉含量標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為Y＝0.011 8X+0.078 5，R2＝0.999（X為表觀直連淀粉含量，Y為吸光度）。不同酶處理后樣品的表觀直鏈淀粉含量如表1所示。其中NAS、NBS的表觀直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%左右，NAMS和NBMS的表觀直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近26%，PEAS和PEBS的表觀直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在45%左右，BEAS和BEBS的表觀直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)均達(dá)到了50%，CEAS和CEBS的表觀直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在55%左右。物理混合后的樣品與糯麥原淀粉相比，表觀直鏈淀粉含量增加了20%左右，這是因?yàn)樵w系中加入了高直鏈玉米淀粉。與糯麥原淀粉相比，酶處理后淀粉的表觀直鏈淀粉含量均有顯著提高，其中CEAS和CEBS的表觀直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，約為55%。這表明用普魯蘭酶協(xié)同分支酶處理改性淀粉的效果要優(yōu)于普魯蘭酶和分支酶單獨(dú)酶解淀粉。這可能是因?yàn)?，普魯蘭酶作用于α-1,6-糖苷鍵，切斷淀粉分子形成短鏈，故糯麥淀粉的直鏈淀粉含量有所增加。而分支酶作用于α-1,4-糖苷鍵，先切斷供體高直鏈玉米淀粉分子鏈，再通過α-1,6-糖苷鍵將其連接到受體糯麥淀粉的側(cè)鏈，使其側(cè)鏈排列增加，外鏈變長；同時(shí)分支酶也可能使支鏈分子的側(cè)鏈發(fā)生了斷裂，產(chǎn)生了類似于直鏈淀粉性質(zhì)的短鏈分子，導(dǎo)致樣品碘結(jié)合能力的增強(qiáng)，有更高的表觀直鏈淀粉含量[30]。

表1 不同酶處理淀粉的表觀直鏈淀粉含量、RC及pGI值Table 1 Apparent amylose content, RC and pGI values of starch treated with different enzymes

2.3 溶解度和膨脹力分析

溶解度和膨脹力能夠反映淀粉在加熱過程中結(jié)晶區(qū)和非晶區(qū)的淀粉分子鏈之間的相互作用程度，高溫會(huì)導(dǎo)致直鏈淀粉的遷移并增加直鏈淀粉的浸出，從而增加溶解度[31-32]。改性前后糯麥淀粉的溶解度見圖2。所有淀粉樣品的溶解度均隨溫度的升高而增加。這說明水分子在溫度的作用下，大量滲入淀粉分子內(nèi)部的結(jié)晶區(qū)，破壞分子間的氫鍵，使直鏈淀粉和部分支鏈淀粉逐漸逸出。在50～70 ℃時(shí)，酶法改性淀粉的溶解度高于NAS、NBS的溶解度，其中BEAS和BEBS溶解度最大。在70～90 ℃時(shí)，酶法改性淀粉的溶解度也呈增加趨勢(shì)。但NAS、NBS的溶解度遠(yuǎn)高于酶法改性淀粉的溶解度。這可能是由于酶處理淀粉后，直鏈淀粉和直鏈淀粉、直鏈淀粉和支鏈淀粉之間的相互作用增強(qiáng)，水分子更不容易滲透到穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)中，使溶解受到限制[33]。這些因素都可能導(dǎo)致酶處理樣品中的不溶性直鏈淀粉含量增加，從而使溶解度降低[34]。

圖2 不同酶處理A-（A）、B-型（B）淀粉的溶解度Fig. 2 Solubility of A-type (A) and B-type (B) starch treated with different enzymes

圖3 不同酶處理A-（A）、B-型（B）淀粉的膨脹力Fig. 3 Swelling power of A-type (A) and B-type (B) starch treated with different enzymes

由圖3可知，NAS、NBS、NAMS、NBMS與酶法改性淀粉的膨脹力在不同溫度下的變化趨勢(shì)各不相同。NAS、NBS和NAMS、NBMS的膨脹力隨著溫度的升高而增加，這可能是由于糯麥原淀粉和物理混合淀粉的糊化溫度較低，升溫使淀粉充分吸水膨脹。與NAS、NBS相比，NAMS和NBMS的膨脹力有所降低。這是由于混合粉中加入了一部分糊化溫度較高的高直鏈玉米淀粉，削弱了淀粉與水分子之間的相互作用[35]。PEAS和PEBS、BEAS和BEBS、CEAS和CBES的膨脹力隨著溫度的升高變化趨勢(shì)并不明顯。當(dāng)溫度從70 ℃升高到90 ℃時(shí)，酶處理淀粉的膨脹力遠(yuǎn)低于原淀粉。研究發(fā)現(xiàn)若淀粉中的支鏈淀粉含量較高能夠促進(jìn)淀粉顆粒膨脹，含量降低則能夠抑制其膨脹[36]。因此糯麥原淀粉更容易膨脹。而原淀粉經(jīng)過普魯蘭酶和分支酶處理之后，結(jié)晶區(qū)的分子鏈進(jìn)行重排，支鏈淀粉分子發(fā)生了降解，部分分支出現(xiàn)了斷裂，直鏈淀粉分子間的相互作用在逐漸增強(qiáng)，水合能力減弱，因而酶法改性淀粉有著較低的膨脹力。這與糯麥經(jīng)改性后直鏈淀粉含量增加的結(jié)果一致。

2.4 X射線衍射分析

如圖4所示，NAS、NBS、NAMS、NBMS在2θ為15°、17°、23°表現(xiàn)出較強(qiáng)的衍射峰，在18°、23°處出現(xiàn)主衍射雙峰，顯示出典型的A型晶體結(jié)構(gòu)[37]。因?yàn)榕贷湹矸酆透咧辨溣衩椎矸鄣木途鶠锳型，物理混合并不會(huì)改變樣品的結(jié)構(gòu)。酶法修飾后，PEAS、PEBS、BEAS、BEBS、CEAS、CEBS在2θ為20°左右出現(xiàn)了較強(qiáng)的衍射峰，在15°、17°、23°的衍射峰消失，在18°的雙峰變成了單峰，且峰強(qiáng)和峰高都有所降低。此處代表V-型結(jié)構(gòu)，它的形成一般與有序的單螺旋葡聚糖有關(guān)，或者是內(nèi)源性脂肪脂復(fù)合物的線性葡聚糖[38]。說明酶處理使淀粉的雙螺旋結(jié)構(gòu)打開，淀粉分子鏈發(fā)生重排，結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞，結(jié)晶區(qū)被轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形區(qū)，這也從側(cè)面印證了酶處理使淀粉的RC降低。

圖4 不同酶處理淀粉的X射線衍射圖譜Fig. 4 X-ray diffraction patterns of starch treated with different enzymes

RC代表了聚合物中結(jié)晶區(qū)域所占的比例，RC越高表明分子鏈的排列越規(guī)律。通常來說支鏈越長，形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，若支鏈太短不能形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，則無法促使淀粉結(jié)晶[39]。從表1可以看出，PEAS、PEBS、BEAS、BEBS、CEAS、CEBS的RC均低于NAS、NBS，這說明酶法修飾使淀粉的雙螺旋結(jié)構(gòu)被破壞，改變淀粉顆粒的微晶取向，可以推測(cè)出經(jīng)酶處理后淀粉的長程有序結(jié)構(gòu)減少，從而導(dǎo)致淀粉的RC減小。相比于NAMS、NBMS，PEAS、PEBS和BEAS、BEBS的RC分別出現(xiàn)了升高和降低趨勢(shì)。這可能是由于普魯蘭酶水解發(fā)生在淀粉的無定形區(qū)，使得結(jié)晶區(qū)在淀粉顆粒中所占比例增大[40]。分支酶可能將從受體上切下的短鏈轉(zhuǎn)移并連接到了供體上，導(dǎo)致短鏈比例的降低，RC下降。CEAS、CEBS的RC相比于PEAS、PEBS進(jìn)一步升高。這可能是因?yàn)槠蒸斕m酶通過水解淀粉中的α-1,6-糖苷鍵，去除了支鏈上的側(cè)鏈，消除了空間位阻，為分支酶將短線性鏈的非還原端轉(zhuǎn)移到內(nèi)部葡萄糖殘基的C-6羥基位置提供了空間，進(jìn)一步提高了淀粉的結(jié)晶度。

2.5 紅外光譜分析

圖5 不同酶處理A-（A）、B-型（B）淀粉的紅外光譜圖Fig. 5 Infrared spectra of A-type (A) and B-type (B) starch treated with different enzymes

由圖5可知，NAS、NAMS、NBS、NBMS均在3 424 cm-1處出現(xiàn)了一個(gè)強(qiáng)且寬的吸收峰，可能是由于O—H的伸縮振動(dòng)引起；分別在2 920、2 936 cm-1處出現(xiàn)一個(gè)較強(qiáng)的吸收峰，這可能是由于C—H的伸縮振動(dòng)；分別在1 645、1 653 cm-1有一個(gè)較強(qiáng)的吸收峰，可能是由于體系吸附水中的H—O—H彎曲振動(dòng)；分別在1 415、1 347 cm-1處出現(xiàn)了較弱的吸收峰，可能是因?yàn)椤狢H2OH中—CH的彎曲振動(dòng)；分別在1 157、1 150 cm-1處出現(xiàn)了一個(gè)較強(qiáng)的吸收峰，這可能是由于伯醇羥基C—O的伸縮振動(dòng)；分別在1 082、1 076 cm-1處有一個(gè)較弱的吸收峰，這可能是因?yàn)椴u吡喃糖環(huán)C—O的伸縮振動(dòng)導(dǎo)致；NBS、NBMS在1 014 cm-1處出現(xiàn)了P—O—C面內(nèi)彎曲振動(dòng)的吸收峰；NBS、NBMS在926 cm-1處出現(xiàn)了吡喃環(huán)的環(huán)非對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰；NAS、NAMS、NBS、NBMS分別在763、770 cm-1出現(xiàn)吡喃環(huán)的環(huán)對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰。糯麥原淀粉與混合粉以及酶法改性制備淀粉相比較，紅外光譜圖沒有出現(xiàn)明顯不同的吸收峰，只是峰的強(qiáng)度和寬度有所縮小，這說明酶處理過程中沒有形成新的取代基團(tuán)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)沒有變化。

表2顯示了糯麥原淀粉和酶法改性淀粉的峰強(qiáng)度比值。1 047 cm-1和1 022 cm-1代表了淀粉結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)的峰值強(qiáng)度，兩者比值為淀粉中有序的晶體相對(duì)無定形區(qū)的量，能夠反映晶體結(jié)構(gòu)[41]。該比值越大，說明淀粉的有序度越高。從表2可見，混合粉NAMS、NBMS在1 047 cm-1和1 022 cm-1比值相較原淀粉NAS、NBS有所增加，高直鏈玉米淀粉的添加增加了分子的短程有序性。糯麥淀粉經(jīng)酶法改性后，PEAS、PEBS、BEAS、BEBS、CEAS、CEBS在1 047 cm-1和1 022 cm-1的比值再次增加，這說明酶法改性進(jìn)一步增強(qiáng)了分子的短程有序性。其中用PEAS、PEBS的比值最高。這可能是因?yàn)榉种柑岣吡说矸鄣姆种Ф龋沟矸鄯肿渔溨g重新排列，能夠發(fā)生更多的相互作用，更容易形成有序結(jié)構(gòu)。

表2 淀粉樣品在紅外光譜1 047 cm-1/1 022 cm-1處的峰強(qiáng)度比值Table 2 Ratio between intensities of peaks at 1 047 and 1 022 cm-1 of starch samples

2.6 pGI值分析

高GI食物的GI值不低于70，低GI食物則在55以下[23]。GI值越低越利于人體健康。糯麥原淀粉、混合粉及酶法改性淀粉樣品的消化曲線如圖6所示。由圖6可知，所有酶法改性的樣品的GI值均低于原淀粉NAS，NBS和混合粉NAMS、NBMS。這表明普魯蘭酶和分支酶處理能夠顯著增加糯麥淀粉對(duì)消化酶的抵抗力。在不同的消化階段，不同淀粉樣品的GI值大小和增速有所區(qū)別。當(dāng)消化時(shí)間在0～60 min時(shí)，CEAS和CEBS的GI值低于PEAS和PEBS、BEAS和BEBS，酶法改性樣品遠(yuǎn)小于原淀粉和混合粉。當(dāng)消化時(shí)間在60～180 min時(shí)，NAS和NBS的GI值增加速度最快，增幅最大，遠(yuǎn)高于酶法改性淀粉的GI值；CEAS和CEBS的GI值增加速度最慢；PEAS和PEBS、BEAS和BEBS的GI值增長速度較為適中。當(dāng)消化時(shí)間在180～300 min時(shí)，所有淀粉GI值的增速均放緩，消化結(jié)束時(shí)CEAS和CEBS的GI值最低，NAS、NBS的GI值最高。淀粉樣品的消化時(shí)間一共為300 min，該機(jī)器模擬的是人體內(nèi)部的環(huán)境。淀粉在人體內(nèi)的消化階段主要是口腔、胃、腸。與酶法淀粉相比，未經(jīng)改性的原淀粉NAS和NBS和混合粉NAMS和NBMS從進(jìn)入口腔開始就迅速被唾液淀粉酶消化；然后進(jìn)入胃里，在胃酸的作用下淀粉可能會(huì)發(fā)生部分水解作用，生成環(huán)狀糊精；最后進(jìn)入小腸，在胰酶及糖化酶作用下淀粉分解為小分子還原糖，消化率迅速增加。隨著消化時(shí)間的延長，淀粉分子逐漸被水解，酶的作用位點(diǎn)越來越少，導(dǎo)致反應(yīng)速率下降，還原糖的生成速率減緩，但總體的還原糖量仍在增加，所以GI值在不斷增加。而酶法改性改善了淀粉分子的結(jié)構(gòu)，使淀粉的抗酶解性增強(qiáng)，因此在3個(gè)階段的水解程度和GI值也明顯小于原淀粉和混合粉。

圖6 體外模擬消化過程中不同酶處理淀粉的GI值Fig. 6 GI values of starch treated with different enzymes in simulated digestion in vitro

由表1可知，NAS、NBS的pGI值分別為72.41和77.35，NAMS、NBMS的pGI值分別為58.81和63.88。混合粉GI值低于原淀粉是因?yàn)榧尤肓松倭縂I值很低的高直鏈玉米淀粉。PEAS和PEBS的pGI值分別為37.10和39.72，BEAS和BEBS的pGI值分別為44.76和44.28，CEAS、CEBS的pGI值分別為34.88和34，pGI值最低。這表明采用普魯蘭酶和分支酶兩種酶復(fù)合改性糯麥淀粉并降低GI值具有顯著效果。這可能是因?yàn)椴捎闷蒸斕m酶預(yù)處理后，支鏈淀粉外鏈斷裂為小而多的短鏈，降低了空間位阻，有利于更多的線性鏈被分支酶轉(zhuǎn)移到內(nèi)部葡萄糖殘基的C-6羥基位置，從而使側(cè)鏈的數(shù)量增加，導(dǎo)致淀粉的分支密度增加，從而提高淀粉的抗酶解特性[31]。

3 結(jié) 論

通過采用普魯蘭酶對(duì)糯麥淀粉先進(jìn)行預(yù)處理，再經(jīng)過分支酶修飾的方法制備得到的糯麥改性淀粉與原淀粉相比，pGI值顯著降低，分子結(jié)構(gòu)、理化特性也發(fā)生了變化。而糯麥A-、B-型淀粉經(jīng)復(fù)合酶處理之后，在各方面的差異并不明顯，尤其是GI值，均遠(yuǎn)低于糯麥原淀粉。說明這種制備改性淀粉的方法同時(shí)適用于A-、B-型淀粉。普魯蘭酶和分支酶對(duì)糯麥淀粉進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的修飾后，短鏈有所增加，大幅度提高了直鏈淀粉含量；酶處理提高了淀粉分子的有序性，減少了淀粉分子的長程有序結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致改性淀粉溶解度、膨脹力和RC的變化，而這些結(jié)構(gòu)的改變促使改性淀粉的抗酶解能力大幅度提高。因此，普魯蘭酶協(xié)同分支酶處理糯麥A-、B-型淀粉能夠顯著改善糯麥淀粉的消化特性。這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)擴(kuò)大糯麥的應(yīng)用市場(chǎng)，開發(fā)出具有較低GI值的糯麥淀粉基礎(chǔ)產(chǎn)品，該產(chǎn)品可能適用于結(jié)腸疾病、肥胖癥和糖尿病等患者。