付婧超，李曉磊，王玉娟，李丹

（1.長(zhǎng)春大學(xué)吉林省教育廳農(nóng)產(chǎn)品深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春130022；2.長(zhǎng)春大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130022）

芭蕉芋淀粉熱力學(xué)特性和體外消化性的研究

付婧超1，2，李曉磊1，*，王玉娟1，2，李丹1，*

（1.長(zhǎng)春大學(xué)吉林省教育廳農(nóng)產(chǎn)品深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春130022；2.長(zhǎng)春大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130022）

為了研究芭蕉芋淀粉的加工與營(yíng)養(yǎng)特性，采用差示掃描量熱儀（DSC）、Brabender糊化儀（BV）和Brookfield R/S Plus流變儀測(cè)定了芭蕉芋淀粉的熱力學(xué)特性；在此基礎(chǔ)上，采用普魯蘭酶水解，進(jìn)一步研究了酶解淀粉的體外消化特性。結(jié)果表明：5 g芭蕉芋淀粉溶于100 mL蒸餾水得到淀粉乳，其糊化溫度是65℃～67℃，黏度急劇升高時(shí)的溫度為75℃，峰值黏度為429.3BU。經(jīng)100U/g普魯蘭酶水解后的淀粉，快速消化淀粉的含量由88.2%減少到59.0%，緩慢消化淀粉的含量由8.5%增加到16.9%；酶解淀粉直鏈淀粉的含量由12.8%增加到18.1%、支鏈淀粉含量由86.8%下降到79.9%，可能是其具有較低的消化率的部分原因。

芭蕉芋淀粉；糊化溫度；體外消化

芭蕉芋（CannaEdulisKer.）是美人蕉科（Cannaceae）美人蕉屬（Canna）的多年生草本植物，又稱蕉藕、姜芋、旱藕，原產(chǎn)南美洲熱帶地區(qū)；目前，芭蕉芋作為一種重要的塊莖作物，在我國(guó)貴州、云南、廣西等地廣泛種植[1]。

芭蕉芋是一種藥食兩用的植物資源；作為一種中藥材，它具有清熱利濕和解毒的功效，主治痢疾、泄瀉、黃疸和癰瘡腫毒等；作為一種可食農(nóng)產(chǎn)品，目前主要停留在生產(chǎn)食用粉絲的初級(jí)階段[2]，芭蕉芋的經(jīng)濟(jì)價(jià)值沒(méi)有得到充分的開(kāi)發(fā)和利用[3]。芭蕉芋塊莖含有高達(dá)60%的淀粉，近年來(lái)已有將芭蕉芋淀粉簡(jiǎn)單物化改性制備交聯(lián)改性淀粉[4]、以及微波濕熱抗性淀粉[5]等，也有將芭蕉芋淀粉生物轉(zhuǎn)化為乙醇[6]、甘油[7]等初級(jí)加工品。但是，芭蕉芋淀粉的一些理化物性數(shù)據(jù)仍顯缺乏，其終端產(chǎn)品的種類和數(shù)量仍較少。因此，仍需要深入研究芭蕉芋淀粉的一些加工特性、及其在食品中的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

芭蕉芋淀粉的消化性，決定其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健功能。Englyst[8]等根據(jù)淀粉消化時(shí)間的不同，將淀粉分為快速消化淀粉（RDS），緩慢消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）。RDS適用于重體力勞動(dòng)者、腸胃消化功能低下者或者嬰幼兒食品，而RS和SDS可以明顯延緩餐后血糖水平的上升，膳食攝入有利于糖尿病的預(yù)防和治療[9]。

本文在研究芭蕉芋淀粉糊化和黏度特性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用普魯蘭酶水解，建立了一種產(chǎn)生低消化率芭蕉芋淀粉的方法。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

芭蕉芋淀粉：購(gòu)自云南省昆明市；普魯蘭酶（P2986）、豬胰α-淀粉酶（A3176）、淀粉葡萄糖苷酶（A7095）：均購(gòu)自Sigma Aldrich公司；葡萄糖測(cè)定試劑盒（A031）：購(gòu)自長(zhǎng)春匯力生物技術(shù)有限公司；其他試劑均為分析純：購(gòu)自上海國(guó)藥集團(tuán)；二次蒸餾水：由自動(dòng)雙重蒸餾水器（BSZ-2A，博通，上海）制備。

DSC Q-2000差示掃描量熱儀：TA公司，美國(guó)；Brabender黏度儀（Micro Visco-Amylo-Graph）：Brabender公司，德國(guó)；Brookfield流變儀（R/S plus RHEOMETER）：Brookfield公司，美國(guó)；干浴器（mini dry bath）：Benchmark，美國(guó)；UV-2550紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：SHIMADZU公司，日本；C-MAG HS7 digital磁力攪拌器：IKA公司，德國(guó)。

1.2 方法

1.2.1 芭蕉芋淀粉糊化溫度及熱晗的測(cè)定

稱4 mg芭蕉芋淀粉于鋁皿中，加入10 μL蒸餾水，密封后室溫過(guò)夜平衡。第二天，將鋁皿放入差示掃描量熱儀，掃描溫度為10℃到100℃，升溫速度為10℃/min，以空鋁皿作為參比，保護(hù)氣為氮?dú)?，流?0 mL/min，得到淀粉糊化曲線。

1.2.2 芭蕉芋淀粉黏度的測(cè)定

使用Brabender黏度儀，5 g芭蕉芋淀粉溶于100 mL蒸餾水得到淀粉乳，設(shè)置起始溫度為30℃，升溫至92℃，保溫5 min，降溫至50℃，保溫3 min，獲得隨著溫度的變化黏度變化曲線。使用Brookfield流變儀設(shè)置溫度從60℃到90℃，隨著溫度的變化得到黏度變化曲線。

1.2.3 普魯蘭酶酶活的測(cè)定

取0.15 mL普魯蘭溶液（0.01 g普魯蘭溶于1 mL蒸餾水），加入0.075 mL 200 mmol/L pH 5.0醋酸-醋酸鈉緩沖液，再加入0.045 mL蒸餾水，混勻后，干浴器40℃預(yù)熱3 min后，加入0.03 mL普魯蘭酶，反應(yīng)10 min，加入0.9 mL DNS終止反應(yīng)，沸水浴煮5 min，紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在575 nm下測(cè)得分光光度值。將0.3 mL濃度為0～3 μmol/mL麥芽糖分別與0.9 mL DNS混合、在沸水浴煮5 min后，測(cè)定吸光度，得到麥芽糖標(biāo)線y=0.716x-0.207 6，R2=0.998 3。將每分鐘產(chǎn)生1 μmol/mL麥芽糖所需要的酶量定義為1U，3次測(cè)定取平均值，普魯蘭酶的平均酶活為321.58 U/mL。

1.2.4 普魯蘭酶處理芭蕉芋淀粉

取0.5 g芭蕉芋淀粉加入1.25 mL 200 mmol/L pH 5.0醋酸-醋酸鈉緩沖液，加入適當(dāng)蒸餾水，磁力攪拌器沸水浴加熱，待淀粉糊化后，將離心管放入40℃水浴中，依次加入20、60、100 U/g普魯蘭酶，在40℃水浴中反應(yīng)2 h。反應(yīng)停止后加入15 mL無(wú)水乙醇終止反應(yīng)，3 000 r/min離心20 min，棄上清液；用75%乙醇按上述方法洗兩次，再用無(wú)水乙醇洗一次，40℃過(guò)夜烘干。取烘干后淀粉，研磨，過(guò)100目篩子。

1.2.5 芭蕉芋淀粉的消化率

取10 mg變性淀粉加入0.125 mL 200 mmol/L pH 5.0醋酸-醋酸鈉緩沖液和0.355 mL蒸餾水，混勻后在37℃振蕩水?。?70 r/min）預(yù)熱5 min，加入0.02 mL豬胰α-淀粉酶（270 U/mL）和淀粉葡萄糖苷酶（15 U/mL）的混合液（體積比為1∶1），在20 min，120 min分別加入1 mL無(wú)水乙醇終止反應(yīng)[10]，離心后，取0.03 mL加入1 mL GOD-POD工作試劑（取葡萄糖測(cè)定試劑盒中體積比R1∶R2=10∶1混勻后，取1 mL即為GOD-POD工作試劑），37℃水浴加熱15 min，510 nm下測(cè)得分光光度值[11]。RDS、SDS、RS的含量計(jì)算方法如下：

式中：G20和G120分別為20 min和120 min葡萄糖的釋放量，%；FG為淀粉中葡萄糖含量，%；TS為總淀粉含量，%。

1.2.6 芭蕉芋淀粉中直鏈淀粉和支鏈淀粉含量

1.2.6.1 直鏈淀粉和支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)液制備

分別稱取10 mg直鏈淀粉和支鏈淀粉于10 mL具塞試管中，小心加入0.1 mL乙醇，再加入0.9 mL 1 mol/L的氫氧化鈉溶液，輕搖并超聲使直鏈淀粉和支鏈淀粉完全分散。將混合物在沸水浴中加熱10 min，冷卻至室溫后，加蒸餾水至10 mL。

1.2.6.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

準(zhǔn)確移取0.125 mL直鏈淀粉含量0%～90%標(biāo)準(zhǔn)品加入1.25 mL蒸餾水，加入0.025 mL 1 mol/L冰醋酸溶液后搖勻，再加入0.05 mL碘試劑（稱取2 g碘化鉀，加入幾滴蒸餾水形成溶液，再加入0.2 g碘，碘完全溶解后移至100 mL棕色容量瓶中，定容，超聲搖勻），加水至2.5 mL，搖勻，靜置10 min，620 nm測(cè)標(biāo)準(zhǔn)品的吸光度，直鏈淀粉含量的標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.014 1x+0.296 2，R2=0.999 8。

1.2.6.3 變性淀粉的直鏈淀粉、還原糖、支鏈淀粉含量的測(cè)定

1.2.6.3.1直鏈淀粉含量測(cè)定

分別稱取10 mg不同加酶量變性淀粉于10 mL具塞試管中，做法同標(biāo)準(zhǔn)液制備方法。分別移取0.125 mL變性淀粉溶液，加入1.25 mL蒸餾水，加入0.025 mL 1 mol/L冰醋酸溶液后搖勻，再加入0.05 mL碘試劑，加水至2.5 mL，搖勻，靜置10 min，620 nm下測(cè)樣品的吸光度。

1.2.6.3.2還原糖含量測(cè)定

取0.01 g變性淀粉加入1 mL水，混勻后，取0.15 mL上述溶液，加入0.15 mL蒸餾水，混勻后，加入0.9 mL DNS，沸水浴煮5min，在575nm下測(cè)吸光度，代入麥芽糖標(biāo)線y=0.716x-0.207 6，R2=0.998 3，計(jì)算還原糖含量。

1.2.6.3.3支鏈淀粉含量測(cè)定

支鏈淀粉含量/%=淀粉總含量/%-直鏈淀粉含量/%-還原糖含量/%

1.3 數(shù)據(jù)分析

淀粉消化率、直鏈淀粉、支鏈淀粉含量均進(jìn)行3次重復(fù)測(cè)定，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示；差異檢驗(yàn)皆通過(guò)IBM SPSS Statistics 21（IBM，美國(guó)）最小顯著差數(shù)法（LSD法）、在顯著水平P<0.05和P<0.01進(jìn)行多重比較，標(biāo)注時(shí)小寫字母代表顯著水平P<0.05，大寫字母代表P<0.01。

2 結(jié)果與分析

2.1 芭蕉芋淀粉糊化溫度及熱晗

經(jīng)DSC掃描后，得到圖1淀粉乳隨溫度升高的吸熱曲線。

圖1 芭蕉芋淀粉的DSC曲線Fig.1The DSC curve of canna starch

淀粉在糊化過(guò)程中，隨著溫度的升高，淀粉乳逐步發(fā)生解纏繞作用，最后形成無(wú)規(guī)則的線團(tuán)，屬于有序的結(jié)構(gòu)向無(wú)序的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，此過(guò)程中伴隨能量的變化，在DSC圖譜上表現(xiàn)為吸熱峰[12]。與其他淀粉相比，芭蕉芋淀粉的To、Tc、Tp和ΔH值較低[13]，說(shuō)明淀粉內(nèi)部分子力較弱[14]。

2.2 芭蕉芋淀粉的黏度

3次測(cè)量取平均值，獲得芭蕉芋淀粉BV曲線數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 芭蕉芋淀粉BV曲線數(shù)據(jù)Table 1The BV data of canna starch

由表1可知，糊化溫度為67℃，峰值黏度為429.3 BU。DSC測(cè)得糊化溫度為65.1℃，而BV的糊化溫度是67℃，DSC比BV的糊化溫度略小。BV的糊化起始溫度只有一個(gè)定義，就是黏度達(dá)到20 BU時(shí)的溫度，這就使得它具有唯一性；DSC的測(cè)定是在密閉的體系內(nèi)完成的，隨著溫度的升高，水發(fā)生汽化，水汽的產(chǎn)生提高了體系內(nèi)部的壓力，這提高了水分子的活度和能量進(jìn)而促進(jìn)了淀粉分子的潰散，所以DSC測(cè)得的糊化溫度低于BV的結(jié)果[15]。

芭蕉芋淀粉隨著溫度的變化黏度變化情況如圖2所示。

圖2 芭蕉芋淀粉隨著溫度變化的黏度曲線Fig.2The viscosity curve of canna starch

由圖2可知，60℃時(shí)未達(dá)到芭蕉芋淀粉的糊化溫度，黏度幾乎為0（Pa·s）。75℃黏度顯著上升，隨著溫度的升高，黏度也逐漸上升，此數(shù)據(jù)顯示了芭蕉芋淀粉的熱加工特性，對(duì)確定芭蕉芋的加工溫度，具有指導(dǎo)意義。

2.3 芭蕉芋淀粉的消化率

3次測(cè)定，分別計(jì)算不加酶，加酶20、60、100 U/g變性淀粉消化率，RDS、SDS、RS的變化情況如表2所示。

由表2可知，經(jīng)普魯蘭酶處理后，RDS顯著降低，SDS顯著升高（P＜0.01）。經(jīng)普魯蘭酶處理后的淀粉消化性降低，可采用此法制備SDS，與物理方法制備SDS方法比較，具有產(chǎn)量高的優(yōu)點(diǎn)[16]；與化學(xué)方法比較，此法毒性較低，應(yīng)用更加廣泛[17]。

表2 芭蕉芋變性淀粉消化率Table 2The digestibility of modified canna starch

2.4 芭蕉芋淀粉中直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量

抗性淀粉和緩慢消化淀粉的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及對(duì)血糖調(diào)節(jié)的作用往往與其穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)有關(guān)系[18]。3次測(cè)定，分別測(cè)量直鏈淀粉，支鏈淀粉和還原糖的變化情況如表3所示。

表3 芭蕉芋淀粉中直鏈淀粉、支鏈淀粉和還原糖的含量Table 3The content of amylose，amylopectin and reducing sugar of modified canna starch

由表3可知，隨著加酶量的增加，直鏈淀粉含量升高，支鏈淀粉含量下降。淀粉經(jīng)普魯蘭酶處理后，普魯蘭酶主要作用于α-1，6-糖苷鍵，使得淀粉脫支，以α-1，4-糖苷鍵連接的直鏈淀粉含量升高。酶解淀粉直鏈淀粉和支鏈淀粉含量的變化，可能是其具有較低的消化率的部分原因。

3 結(jié)論

1）芭蕉芋淀粉的糊化溫度為65℃～67℃，黏度急劇升高時(shí)的溫度為75℃。

2）普魯蘭酶水解，導(dǎo)致芭蕉芋淀粉中直鏈淀粉含量升高、支鏈淀粉含量下降，這可能是酶解芭蕉芋淀粉具有較低消化率的部分原因。

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Study on Thermodynamic Properties and in vitro Digestion of Canna Starch

FU Jing-chao1，2，LI Xiao-lei1，*，WANG Yu-juan1，2，LI Dan1，*
（1.Key Laboratory of Agroproducts Processing Technology at Jilin Provincial University，Education Department of Jilin Provincial Government，Changchun University，Changchun 130022，Jilin，China；2.College of Food Science and Technology，Changchun University，Changchun 130022，Jilin，China）

In order to investigate the properties of processing and nutrition of canna starch，instrumental analysis by Differential Scanning Calorimetry（DSC），Brabender Micro Visco-Amylo-Graph（BV）and Brookfield R/S Plus rheometer，and pullulanase hydrolysis were performed in this study.The results showed that 5 g canna starch was dissolved in 100 mL distilled water to obtain starch milk，and the gelatinization temperature of canna starch was 65℃-67℃.The viscosity increased greatly at 75℃.The max/mum viscosity of starch slurry was 429.3 BU.After the starch was hydrolyzed by pullulanase at 100 U/g starch，the content of RDS decreases from 88.2%to 59.0%，the content of SDS increased from 8.5%to 16.9%.The enzymatic modified canna starch with low digestibility might be resulted from the changes of the content of amylose from 12.8%to 18.1%and amylopectin from 86.8%to 79.9%.

canna starch；gelatinization temperature；in vitro digestion

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.09.001

2016-08-11

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（NSFC-31671801）；吉林省教育廳“十三五”科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（吉教科合字[2016]第298號(hào)）；吉林省教育廳“十三五”科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目（JJKH20170502KJ）

付婧超（1991—），女（滿），碩士研究生，研究方向：生物酶提高食品的感官和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

*通信作者：李曉磊（1978—），女（漢），副教授，研究方向：食品酶的開(kāi)發(fā)與利用；李丹（1972—），男（滿），教授，研究方向：食品酶的開(kāi)發(fā)與利用。