慢消化淀粉的特性及形成機(jī)理研究.pdf

1、慢消化淀粉(slowly digestible starch，SDS)是指那些在小腸中被完全消化吸收但速度較慢的淀粉。根據(jù)淀粉生物可利用性分類(lèi)，可將其定義為在體外模擬消化條件下(pH5，2、37℃)20～120 min內(nèi)被混酶(胰α-淀粉酶、糖化酶與轉(zhuǎn)化酶)消化的淀粉營(yíng)養(yǎng)片斷。作為一種新型的功能性食品，SDS具有緩慢消化吸收、持續(xù)釋放能量、維持餐后血糖穩(wěn)態(tài)、預(yù)防和治療各種與飲食相關(guān)慢性疾病的特殊生理學(xué)功能，因而日益成為食品科學(xué)和現(xiàn)代營(yíng)養(yǎng)

2、學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。目前，SDS的研究機(jī)構(gòu)主要集中在歐美國(guó)家，相關(guān)報(bào)道僅局限于制備方法與生理功能研究；國(guó)內(nèi)在此領(lǐng)域研究并不多見(jiàn)。本課題通過(guò)研究明確SDS的特性和其形成機(jī)理，這對(duì)食品加工行業(yè)開(kāi)發(fā)利用我國(guó)豐富的淀粉資源，增加食品中SDS比例，提高食品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)具有重要的意義。
　　 本文首先建立一種簡(jiǎn)單快捷的SDS體外測(cè)定方法，這是分析淀粉的消化性能、分子結(jié)構(gòu)特征及SDS形成機(jī)理的前提。其次，利用快速黏度儀(RVA)、高效排阻色譜(

3、HPSEC)、X-射線(xiàn)衍射(XRD)、差示掃描量熱儀(DSC)、掃描電鏡(SEM)等現(xiàn)代分析手段，對(duì)SDS特性與結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了研究。最后，探討了蠟質(zhì)玉米淀粉經(jīng)普魯蘭酶部分脫支-重結(jié)晶修飾或高水分限制糊化處理后SDS的變化機(jī)制。其主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 通過(guò)Englyst法、Guraya法和Shin法對(duì)普通玉米淀粉、蠟質(zhì)玉米淀粉及馬鈴薯淀粉中SDS測(cè)定并與體內(nèi)法相比較，在此基礎(chǔ)上采用單因素與正交試驗(yàn)優(yōu)化，得到一種新的SDS體外分

4、析方法。最佳測(cè)定方法為：200 mg淀粉溶于15 mL pH5.2的醋酸鈉緩沖液，添加10 mL含胰α-淀粉酶(290 U/mL)與糖化酶(15 U/mL)的混酶液在37℃下水解，能滿(mǎn)足SDS的體外簡(jiǎn)單快速測(cè)定。
　　 采用改進(jìn)Englyst法對(duì)不同品種淀粉中營(yíng)養(yǎng)片斷分析，得出天然的普通玉米、蠟質(zhì)玉米、小麥、糯米及大米等A型谷物淀粉含SDS較高，B型馬鈴薯淀粉主要由抗性淀粉(resistant starch，RS)組成，這表明淀

5、粉的營(yíng)養(yǎng)片斷與其結(jié)晶類(lèi)型有關(guān)，谷物淀粉屬于理想的SDS原料；經(jīng)過(guò)蒸煮糊化處理后SDS與RS差異基本消失并大部分轉(zhuǎn)變成易消化淀粉(rapidly digestible starch，RDS)，因?yàn)榧訜崞茐牧说矸垲w粒的半結(jié)晶結(jié)構(gòu)。通過(guò)體外模擬消化動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)探討了淀粉的慢消化性能與酶水解速率的關(guān)系，從酶水解動(dòng)力學(xué)方程可推算出SDS(谷物淀粉)的動(dòng)力學(xué)速率小于1 h-1。水解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率比Englyst法更能準(zhǔn)確反映淀粉水解過(guò)程的消化性能。采

6、用體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究天然淀粉的餐后血糖應(yīng)答，得出不同谷物淀粉的血糖生成指數(shù)(glycemic index，GI)值均大于90，屬于高GI食品，但相比食用葡萄糖的血糖應(yīng)答曲線(xiàn)，淀粉的血糖曲線(xiàn)峰值減少，曲線(xiàn)下面積往后延伸擴(kuò)展，即對(duì)應(yīng)出現(xiàn)增加血糖生成指數(shù)(extended glycemic index，EGI)。EGI值代表淀粉消化后葡萄糖緩慢持續(xù)釋放的性質(zhì)，可作為SDS數(shù)量或質(zhì)量的體內(nèi)評(píng)價(jià)指標(biāo)。采用RVA分析淀粉的黏滯性譜，發(fā)現(xiàn)淀粉熱糊的崩解值與

7、SDS含量呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.89，p<0.05)。通過(guò)凝膠色譜技術(shù)分析淀粉精細(xì)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)支鏈淀粉的鏈長(zhǎng)分布也與SDS密切相關(guān)，即長(zhǎng)鏈FrI(DP>30)、中長(zhǎng)鏈FrII(13　　 在蠟質(zhì)玉米淀粉體外模擬消化過(guò)程中，隨著水解時(shí)間的延長(zhǎng)，殘余

8、淀粉樣品中SDS含量幾乎保持不變，RDS含量增加而RS含量減少；通過(guò)掃描電鏡照片可以觀(guān)察到，淀粉酶水解模式為由內(nèi)向外逐層消化；天然淀粉經(jīng)消化120min，Mw減小了約3倍，To、Tp、R(1047/1022)增加，而△H、晶體類(lèi)型及Xc未發(fā)生改變，這證實(shí)在酶消化過(guò)程中淀粉無(wú)定型區(qū)和結(jié)晶區(qū)同時(shí)被水解：SDS由無(wú)定片層和結(jié)晶片層構(gòu)成，并且大部分位于接近顆粒表面的外圍區(qū)域。蠟質(zhì)玉米淀粉經(jīng)溫和酸解處理后，淀粉顆粒被破壞，形成小片斷聚集體，晶體結(jié)

9、構(gòu)仍保持A型，但Xc、R(1047/1022)增加，除To降低外，Tp、Tc、△H均提高，淀粉的鏈長(zhǎng)分布曲線(xiàn)峰值發(fā)生改變，說(shuō)明淀粉顆粒中無(wú)定型層和無(wú)定型背景發(fā)生酸降解消失。酸解處理后不同營(yíng)養(yǎng)片斷的比例發(fā)生變化，RDS增加，SDS與RS均降低；這表明無(wú)定型層和無(wú)定型背景對(duì)SDS有重要影響。
　　 普魯蘭酶脫支-重結(jié)晶處理糊化蠟質(zhì)玉米淀粉后，淀粉營(yíng)養(yǎng)片斷的比例與結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。增加普魯蘭酶液濃度與減少酶脫支時(shí)間可得到高含量SDS；在

10、4℃儲(chǔ)藏有利于晶核形成，SDS含量則增多。因此，蠟質(zhì)玉米淀粉經(jīng)高濃度酶液(20或40 ASPU/g)脫支處理3～6 h，在4℃儲(chǔ)藏2d后可獲得較多SDS。富含SDS的淀粉樣品X-衍射圖譜顯示為B型晶體結(jié)構(gòu)，增加儲(chǔ)藏時(shí)間與溫度使晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)锽+V型。相比糊化淀粉，經(jīng)酶脫支-重結(jié)晶處理后高密度、表面多孔的不規(guī)則、多棱角狀淀粉碎片被觀(guān)察到；在DSC圖譜上也顯示出To、Tp、Tc與△H逐漸增加。依據(jù)這些變化可推斷出SDS由一小部分雙螺旋部分堆

11、積有序結(jié)晶區(qū)和大部分無(wú)定型區(qū)構(gòu)成。
　　 蠟質(zhì)玉米淀粉在過(guò)量水分中通過(guò)不同加熱處理限制糊化，保持淀粉的慢消化特性。在淀粉未完全糊化發(fā)生的溫度范圍(<60℃)，SDS含量超過(guò)40%，此時(shí)淀粉顆粒的外形與結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化。溶脹因子在50～60℃范圍內(nèi)增加緩慢，溫度繼續(xù)升高則快速增大，并在80℃時(shí)達(dá)到最大值。在65～80℃淀粉的△H、Xc、R(1047/1022)明顯降低，這說(shuō)明結(jié)晶簇結(jié)構(gòu)和雙螺旋結(jié)構(gòu)的部分發(fā)生解聚。上述變化表明糊化