張 潔，　張根義

（江南大學 食品學院 ，江蘇 無錫 214122）

淀粉作為人類最重要的能量來源，其消化性與人體健康密切相關(guān)。正常人體攝入含淀粉類食物后，淀粉的種類、食物營養(yǎng)成分以及淀粉的加工處理方法等因素都可影響餐后血糖反應(yīng)。淀粉消化從口腔中唾液淀粉酶作用下開始，經(jīng)食管到達胃部，在胃的蠕動和強酸環(huán)境下（pH 1.5），食物結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，變成糊狀物，在胃動力作用下進入十二指腸，而后開始消化。胰淀粉酶作用于淀粉分子的α-1，4糖苷鍵，使淀粉降解為α-極限糊精、麥芽三糖和麥芽糖，再經(jīng)小腸粘膜上皮細胞刷狀緣的異麥芽糖酶、麥芽糖酶、葡萄糖淀粉酶進一步水解為葡萄糖，而后小腸粘膜上皮微絨毛用主動運輸?shù)姆绞轿掌咸烟沁M入血液循環(huán)系統(tǒng)[1]，完成淀粉的消化和吸收。目前，淀粉消化性的測定方法主要分體外消化和體內(nèi)消化，其中Englyst法[2]模仿了人體的胃腸道環(huán)境，是評估淀粉的消化特性的常用方法。

燕麥是公認的有益全麥谷物，被推薦為日常飲食的重要組成部分，其淀粉含量在50%～65%，是重要能源物質(zhì)，燕麥含有可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維，其中β-葡聚糖是可溶性膳食纖維的主要組成部分，也是燕麥降血糖作用的基礎(chǔ)。

雖然β-葡聚糖也被報道具有調(diào)節(jié)餐后血糖的功能，Wang等[3]研究指出β-葡聚糖的濃度和相對分子質(zhì)量決定β-葡聚糖在胃腸道的溶解度，從而影響餐后血糖；Hooda等[4]通過動物實驗發(fā)現(xiàn)，膳食中添加6%的β-葡聚糖可使血糖濃度降低，并且增加短鏈脂肪酸的含量；Brockman等[5]指出，糖尿病肥胖鼠長期攝入β-葡聚糖可改善血糖的調(diào)控，并且可以有效降低脂肪肝。

更有研究指出，燕麥β-葡聚糖并無降血糖的功能。Zhu等[6]發(fā)現(xiàn)，高膽固醇病人攝入一定量的β-葡聚糖時，可以有效降低總膽固醇和低密度脂蛋白-膽固醇的含量，卻不能有效降低甘油三酯，高密度脂蛋白-膽固醇和血糖的含量。Belobrajdic[7]等研究發(fā)現(xiàn)β-葡聚糖可減少進食量，但并沒有降低餐后血糖及提高胰島素敏感性。Panahi[8]等報道β-葡聚糖添加到小麥粉中，人體攝入后，血糖并沒有下降；把燕麥麩皮添加到面包中后，人體每天通過面包攝入5.9 g的β-葡聚糖，人體血液生化指標沒有明顯的改善。

由此可見，目前絕大部分研究都是集中在提取的具有一定純度的燕麥β-葡聚糖，然而以燕麥粉作為研究對象，探究其中3種主要成分，對共同發(fā)揮燕麥全谷物粉對人體益處相互影響的研究報道甚少。本實驗，通過將燕麥磨粉，過篩分級成為同時包含淀粉，蛋白質(zhì)，葡聚糖等主要成分的不同顆粒大小的燕麥粉，探究燕麥粉中固有的β-葡聚糖對燕麥粉消化的影響。研究結(jié)果可為制備以燕麥為原料的功能食品提供理論基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1　材料與儀器

燕麥，產(chǎn)自黑龍江。燕麥β-葡聚糖：張家口市一康生物科技有限公司產(chǎn)品。萬能粉碎機；水浴鍋；磁力攪拌器；電子天平；馬福爐；微量凱氏定氮蒸餾裝置器；電熱恒溫鼓風干燥箱；RVA-4C快速黏度分析儀；UV2000型分光光度計；RJ-LD-ⅡB離心機；酶標儀；pH計；渦旋振蕩器；激光粒徑分析儀，激光共聚焦顯微鏡。

1.2　實驗方法

1.2.1不同顆粒大小燕麥粉以及燕麥淀粉的制備將燕麥磨粉，分別用60目、80目、100目篩子過篩，得到4種不同級別顆粒大小的燕麥粉，命名為A、B、C、D顆粒，其中A顆粒最大，D顆粒最小，并用激光粒徑分布儀器測定粒徑分布。分析不同顆粒大小燕麥粉中蛋白質(zhì)（GB/T 5009.5-2003），脂肪（GB/T 5009.6-2003），水分（GB/T 5009.3-2003），灰分（GB/T 5009.4-2003）的質(zhì)量分數(shù)。采用總淀粉試劑盒（愛爾蘭，Megazyme）測定淀粉的質(zhì)量分數(shù)。采用剛果紅法，測定β-葡聚糖（O-glu）的質(zhì)量分數(shù)。

燕麥顆粒磨粉過60目篩，按固液比1∶4（g/mL）進行乙醇脫脂4 h，然后1 500 r/min，離心5 min。通風干燥沉淀，得到脫脂粉。按固液比1∶6（g/mL）將脫脂粉與0.01 mol/L NaOH混合，調(diào)pH至11，30℃攪2 h?；旌弦哼^80目篩，除去篩上物，濾液3 500 r/min，離心15 min。去除上清液以及褐色沉淀層，收集下層白色沉淀。加水分散白色沉淀，再次離心，重復至上清液澄清，無褐色沉淀。50℃，干燥白色沉淀。粉碎過篩80目，即為燕麥純淀粉（OS）[9]。采用氧化酶法測定葡萄糖濃度，轉(zhuǎn)化為淀粉含量，即可得淀粉純度。

1.2.2β-葡聚糖對燕麥粉消化的影響稱取A、B、C、D級別的燕麥粉（總淀粉）各50 mg，加入5 mL pH 5.2的醋酸緩沖液，加入一顆磁力攪拌珠，95℃水浴中糊化20 min。冷卻至37℃后，加入已預熱至37 ℃的 5 mL （2 900 U/mL，150 U/mL）α-淀粉酶與淀粉葡萄糖苷酶的混合液中，37℃震蕩酶解，在反應(yīng) 20、40、60、80、100 min 和 120 min 時取 樣 200 μL加入到 800 μL無水乙醇中滅酶[10-11]。經(jīng) 10 000 r/min離心3 min，采用氧化酶法測定上清液中葡萄糖濃度。

稱取稱取A，D級別的燕麥粉 （總淀粉）各50 mg，加入5 mL pH 5.2含有不同濃度的β-葡聚糖酶的醋酸緩沖溶液，其余水解測定方法同上。

稱取純燕麥淀粉 50 mg，加入不同質(zhì)量分數(shù)（0，5%，10%，15%）的 β-葡聚糖，其余水解測定方法同上。

1.2.3蛋白質(zhì)對燕麥粉消化影響稱取A，D級別的燕麥粉（淀粉50 mg），加入4 mL pH 2.5含有不同胃蛋白酶的醋酸緩沖溶液，37℃震蕩酶解1 h。然后，95℃水浴糊化20 min，冷卻至37℃后，調(diào)節(jié)pH到5.2。加入已預熱至37℃的5 mL（2 900 U/mL，150 U/mL）α-淀粉酶與淀粉葡萄糖苷酶的混合液中，37 ℃震蕩酶解， 在反應(yīng) 20、40、60、80、100 min和 120 min時取樣200 μL加入到 800 μL無水乙醇中滅酶。經(jīng)10 000 r/min離心3 min，采用己糖激酶法測定上清液中葡萄糖濃度。

1.2.4燕麥淀粉糊化曲線特征按照AACC（1995，61-02）要求，取 A、B、C、D 級別的燕麥粉（淀粉基重1.00 g），加入蒸餾水25 mL。測定過程如下：從50℃開始以每分鐘增加12℃至95℃，然后在95℃保溫2.5 min，冷卻過程是從95℃開始以每分鐘降低12℃至50℃，然后在50℃保溫2 min。攪拌器10 s內(nèi)轉(zhuǎn)速為960 r/min，之后維持在160 r/min。快速黏度分析儀（RVA）特征值主要用峰值黏度、崩解值、最終黏度和消減值等表示。

稱取純燕麥淀粉1 g，分別添加質(zhì)量分數(shù)為0，5%，10%，15%的β-葡聚糖，加入蒸餾水25 mL，糊化過程同上。

稱取A、D級別的燕麥粉 （淀粉基重1.00 g）加入25 mL pH 7.5含有蛋白酶K（15 U/g蛋白酶K/蛋白質(zhì)底物）的磷酸緩沖溶液，37℃震蕩酶解1 h。對照組為A，D級別燕麥粉（淀粉基重1.00 g）為加25 mL pH 7.5，37℃的磷酸緩沖溶液，37℃震蕩1 h，糊化過程同上。

1.2.5不同顆粒大小燕麥粉激光共聚焦顯微鏡觀測將A、D級別燕麥粉加到pH 7磷酸緩沖溶液中，避光染色標記。用FITC I標記蛋白（最大吸收光波長為490～495 nm，最大發(fā)射光波長為525～530 nm）；采用熒光染色劑（Fluorescent Brightener 28）標記β-葡聚糖 （吸收波長500 nm，最大發(fā)射波長400～410 nm）呈藍色；采用羅丹明B標記淀粉（最大吸收波長552 nm，激光峰值波長610 nm）。避光標記1 h，經(jīng) 3 000 r/min離心3 min，除去多余染料。采用激光共聚焦顯微鏡觀察。

1.2.6不同顆粒大小燕麥粉餐后血糖曲線小鼠禁食12 h，測完空腹血糖之后，將冷卻至 37℃的A、D 級別顆粒燕麥糊（0.5 g/（kg·bw）） 的劑量對小鼠進行灌胃，并在灌胃后的 15、30、45、60、90 min 和120 min時于尾靜脈取血，采用血糖測試儀測定血液中葡萄糖的濃度（mmol/L）。

2　結(jié)果與分析

2.1　不同顆粒大小燕麥粉粒徑分布

燕麥粒磨粉，分別過60目、80目、100目篩，成A、D、C、D 4種級別顆粒大小的燕麥粉。通過激光粒徑分布儀器檢測粒徑，按面積計算得到A、D、C、D平均粒徑（Ma）分別為 349.9，126.2，36.8，26.9 μm，各尺寸之間具有顯著差異。

2.2　基本成分的測定

表1　不同顆粒大小燕麥粉成分質(zhì)量分數(shù)分析Table 1　Composition of the different particle of oat flour（x±SD）　%

提取的燕麥粉純度為 99.9%，A、D、C、D 4種級別顆粒大小的燕麥粉基本成分分析如表1。其中蛋白質(zhì)和β-葡聚糖質(zhì)量分數(shù)都具有顯著差異，可以檢測燕麥粉中固有的β-葡聚糖對燕麥粉中淀粉消化的影響。

2.3　β-葡聚糖對燕麥淀粉消化性的影響

2.3.1不同顆粒大小燕麥粉體外消化實驗A、B、C、D不同級別顆粒大小的燕麥粉，體外模擬消化結(jié)果如圖1所示。從圖可以看出顆粒越細，淀粉消化速度越快。水解20 min，A和B顆粒燕麥粉水解后葡萄糖濃度為2.3，3.3 mmol/L，水解速率不存在顯著差異；C和D顆粒燕麥粉水解后葡萄糖濃度為6.0，6.3 mmol/L，水解速度不存在顯著差異，A（B）和C（D）顆粒燕麥水解存在顯著差異。水解120 min時，同樣存在顯著差異。一方面可能是由于顆粒越粗，β-葡聚糖以及蛋白質(zhì)對淀粉的包裹嚴密，糊化過程中淀粉溶出率少，α-淀粉酶接觸淀粉越慢，導致消化越慢；另外一方面由于A、B、C、D含有的β-葡聚糖質(zhì)量分數(shù)約 15.6%、12.7%、4.9%、2.9%，β-葡聚糖質(zhì)量分數(shù)越高，越延緩淀粉消化，可能是從理化性質(zhì)上造成這一影響；同時A、B、C、D蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)約為19.4%、18.8%、12.9%、11.6%，蛋白質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)在一定程度上也可能會延緩燕麥淀粉的消化。

圖1　不同顆粒大小燕麥粉體外消化Fig.1　In vitro digestion of different particle oat flours

2.3.2不同級別顆粒燕麥粉添加β-葡聚糖酶后體外消化實驗由于A、D級別顆粒燕麥粉含有β-葡聚糖以及蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)具有極顯著差異，故選擇A、D顆粒燕麥粉作為研究對象，添加葡聚糖酶以后，測定淀粉水解速度，結(jié)果如圖2所示。A顆粒，加入不同濃度的β-葡聚糖酶水解β-葡聚糖后，從體外消化結(jié)果來看，在水解20 min時，A顆粒燕麥粉水解后葡萄糖濃度為2.3 mmol/L，當加入0.02 mg/mL的葡聚糖酶以后，葡萄糖濃度為4.8 mmol/L，與原A顆粒差異極顯著，當加入0.002 mg/mL的葡聚糖酶以后，葡萄糖濃度為3.0 mmol/L，與A顆粒差異亦顯著；在水解120 min時，3組樣品中葡萄糖濃度差異都極為顯著。說明β-葡聚糖會延緩燕麥淀粉的消化，并且這與β-葡聚糖的質(zhì)量分數(shù)有關(guān)，質(zhì)量分數(shù)越大，淀粉消化越慢。當選取D顆粒時，上述結(jié)果也得到了驗證。

圖2　β-葡聚糖對燕麥粉消化性影響Fig.2　Effect of oat-glu on oat flours Digestion

2.3.3燕麥淀粉添加β-葡聚糖體外消化實驗提取純燕麥淀粉，加入不同質(zhì)量分數(shù)的β-葡聚糖（≤15%，干重），體外消化結(jié)果圖3所示，在一定質(zhì)量分數(shù)范圍內(nèi)，添加β-葡聚糖以后，體外水解速度并無顯著下降。說明外加的β-葡聚糖并不能有效降低燕麥粉中淀粉的消化，而燕麥粉中固有的β-葡聚糖才具有延緩淀粉消化的功能。

圖3　β-葡聚糖對燕麥淀粉消化性影響Fig.3　Effect of oat-glu on oat starch digestion

圖4　β-葡聚糖存在形式對燕麥淀粉消化性影響Fig.4　Effect of oat-glu form on oat starch digestion

由于A顆粒燕麥粉含有β-葡聚糖質(zhì)量分數(shù)約為15.6%，當純燕麥淀粉（OS）加入質(zhì)量分數(shù)15%的β-葡聚糖以后，水解速度如圖4（a）所示。2組樣品含有等量的β-葡聚糖，水解速度卻有極為顯著的差異，A顆粒燕麥粉的水解速度，顯著低于純燕麥淀粉加β-葡聚糖組，再次驗證燕麥粉中固有的β-葡聚糖具有延緩燕麥淀粉消化的作用。

2.4　蛋白質(zhì)對燕麥粉消化影響

將A、D顆粒燕麥中的蛋白質(zhì)水解后，模擬淀粉體外消化。A顆粒燕麥粉蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為19.5%，水解掉蛋白質(zhì)后消化速度和A顆粒燕麥粉相比，極顯著提高（P＜0.01）。而D顆粒中的蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為11.6%，水解蛋白質(zhì)后消化速度顯著增加 （P＜0.05）。說明燕麥粉中本身存在的蛋白質(zhì)在一定程度上也會延緩淀粉消化，且與蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)有關(guān)。

圖5　蛋白質(zhì)對燕麥粉消化性影響Fig.5　Effect of protein on oat flour digestion

2.5　燕麥淀粉糊化曲線特征

2.5.1不同顆粒大小燕麥粉糊化曲線燕麥粉淀粉質(zhì)量分數(shù)最多，因而主要決定淀粉糊化粘度，這與直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例以及分支鏈長分布有關(guān)[12]，支鏈淀粉導致淀粉顆粒的膨脹和粘性，而直鏈淀粉抑制膨脹。而Liu等指出在燕麥粉整個糊化體系中，葡聚糖影響最大，淀粉次之，再次之就是蛋白質(zhì)[13-14]。不同顆粒大小的燕麥粉（淀粉基重1 g）糊化特征曲線如圖6所示，顆粒越大，β-葡聚糖和蛋白質(zhì)含量越大，最終糊化粘度越大，說明β-葡聚糖和蛋白質(zhì)對粘度有影響，且他們的聯(lián)合作用大于淀粉的單獨作用。燕麥粉糊化后，粘度增大，粘度越大，淀粉消化越慢。

圖6　不同顆粒大小燕麥粉糊化曲線Fig.6　Pasting properties of different particle oat flours

A、B、C、D本身含有的燕麥淀粉類型不存在差異，而從表2中可以看出，燕麥顆粒越小，衰減值越小，其中A顆粒燕麥衰減值最大，為92 cP。在溶脹期間，A顆粒燕麥粉溶脹，不斷破裂，熱糊相對不太穩(wěn)定，而D顆粒達到峰值以后，熱糊粘度較為穩(wěn)定。說明A，D顆粒燕麥粉中的β-葡聚糖和蛋白質(zhì)對淀粉的包裹也存在差異，并且在糊化過程中，空間結(jié)構(gòu)可能會再次改變，從而影響淀粉的消化速度。

表2　不同顆粒大小燕麥粉的糊化特性Table 2　Pasting characteristics of different particle of oat flour

2.5.2β-葡聚糖對燕麥淀粉糊化的影響燕麥β-葡聚糖具有降低膽固醇、促進胰島素分泌和調(diào)控血糖作用，這些生理活性與燕麥β-葡聚糖能夠增加腸道內(nèi)消化物粘度相關(guān)[15]。β-葡聚糖的相對分子質(zhì)量和質(zhì)量濃度影響β-葡聚糖的粘度[16]，但當?shù)拖鄬Ψ肿淤|(zhì)量β-葡聚糖和高相對分子質(zhì)量β-葡聚糖溶液混合時，低相對分子質(zhì)量β-葡聚糖的聚合鏈能與高相對分子質(zhì)量β-葡聚糖聚合鏈之間發(fā)生交纏作用，也能夠快速網(wǎng)絡(luò)化形成凝膠[17]。然而這一研究，都是針對提取的，具有一定純度的β-葡聚糖的研究。實驗發(fā)現(xiàn)，β-葡聚糖本身不具有糊化特征，β-葡聚糖的質(zhì)量濃度為6 mg/mL時，粘度在11～14 cP，純燕麥淀粉分別添加質(zhì)量分數(shù)5%，10%，15%的β-葡聚糖（淀粉基重1 g）時，對淀粉本身終粘度并無著影響。

圖7　β-葡聚糖對燕麥淀粉糊化影響Fig.7　Effect of oat-glu on oat starch pasting

表3　β-葡聚糖對燕麥淀粉糊化曲線的影響Table 3　Effect of oat-glu on oat starch pasting characteristics

雖然β-葡聚糖在一定程度影響衰減值，但是表3和表2相比可以看出，額外添加β-葡聚糖后，燕麥淀粉糊化最終粘度是小于A、B、C、D顆粒燕麥粉的糊化粘度，衰減值也更小。在一定范圍以內(nèi)，額外添加的β-葡聚糖，對燕麥淀粉糊化終粘度無顯著影響，說明燕麥粉顆粒中固有的β-葡聚糖對燕麥糊化后的粘度有重要影響，燕麥粉糊化后，粘度越大，消化越慢。

2.5.3蛋白質(zhì)對燕麥粉糊化的影響A、D燕麥顆粒粉中添加蛋白酶K以后，對于A顆粒燕麥粉來說，最終粘度無顯著差異，而D顆粒燕麥粉最終粘度具有顯著差異，見圖8。一方面，是由于A顆粒燕麥中本身含有的β-葡聚糖較多，蛋白質(zhì)水解后，對最終粘度影響不太；而D顆粒燕麥粉中β-葡聚糖質(zhì)量分數(shù)較少，蛋白質(zhì)水解以后最終粘度發(fā)生顯著變化，說明葡聚糖對淀粉粘度的作用遠遠大于蛋白質(zhì)，而蛋白質(zhì)延緩淀粉消化，主要不是從粘度上影響，可能還會存在其他機理。

2.6　不同顆粒大小級別燕麥粉激光共聚焦顯微鏡觀測

A和D顆粒燕麥粉中，β-葡聚糖和蛋白質(zhì)以及淀粉存在一定的交聯(lián)，通過圖9可以看出，A顆粒中，β-葡聚糖以及蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)較多，交聯(lián)密度大于D顆粒，說明交聯(lián)密度越大，越延緩淀粉的消化。這種交聯(lián)結(jié)構(gòu)可能包括空間物理結(jié)構(gòu)，也可能存在化學結(jié)構(gòu)交聯(lián)。這種交聯(lián)結(jié)構(gòu)對燕麥淀粉消化可能具有重要影響。

圖8　蛋白質(zhì)對燕麥粉消化性影響Fig.8　Effect of protein on oat flour pasting

圖9　不同級別顆粒燕麥粉共聚焦顯微鏡圖Fig.9　CLSM images of different particle oat flour

2.7　不同顆粒大小燕麥粉餐后血糖曲線

餐后血糖的動態(tài)變化既反映外源性受試物的消化吸收狀況，又反映食物對血糖的影響。從圖10可以看出A和D顆粒燕麥粉的餐后血糖曲線不同。45 min時，A顆粒餐后血糖值較D顆粒燕麥粉餐后血糖峰值低，且有顯著差異。說明燕麥粉顆粒越大，即固有β-葡聚糖和蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)越大，燕麥粉在體內(nèi)消化速度越慢。Chanrashekar[18]研究表明蛋白質(zhì)對淀粉具有包埋作用，從而抑制直鏈淀粉的回生，不利于抗性淀粉的生成。而淀粉消化速度減慢，說明燕麥粉中β-葡聚糖可能與蛋白質(zhì)有一定的交聯(lián)，這種交聯(lián)結(jié)構(gòu)在一定程度上延緩燕麥淀粉的消化。

圖10　A、D顆粒燕麥粉餐后血糖曲線Fig.10　Postprandial glucose curve of A，D oat flour

3　結(jié)　語

本文作者通過將燕麥顆粒磨粉，過篩分級成不同顆粒大小的燕麥粉，模擬燕麥粉體外消化，探究β-葡聚糖對燕麥淀粉消化的影響。結(jié)果顯示燕麥粉中，固有的β-葡聚糖和蛋白質(zhì)的存在會延緩燕麥淀粉的消化；而額外添加β-葡聚糖到純燕麥淀粉中，β-葡聚糖并不會延緩燕麥淀粉消化。說明，燕麥粉中β-葡聚糖本身存在一定的空間結(jié)構(gòu)，并且與蛋白質(zhì)有一定的交聯(lián)，這種空間結(jié)構(gòu)，在一定程度上延緩燕麥淀粉的消化。通過對這一結(jié)構(gòu)的進一步研究，可以更好地理解β-葡聚糖的結(jié)構(gòu)與其影響淀粉消化的關(guān)系，為以燕麥為基礎(chǔ)的功能食品的加工提供一定的理論基礎(chǔ)。

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