吳天昊， 韓 蕊， 許志凌云， 許秀穎， 侯景瑤， 齊佳偉， 吳玉柱，趙城彬， 劉景圣

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院/小麥和玉米深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室， 吉林 長(zhǎng)春 130118)

玉米中含有豐富的維生素和植物纖維素，有促進(jìn)胃腸蠕動(dòng)、抑制餐后血糖及降血脂等營(yíng)養(yǎng)功效。玉米中約含70%淀粉，玉米淀粉(corn starch，CS)作為一種廉價(jià)、易得的食品原料，常在食品加工中作為穩(wěn)定劑和食品增稠劑等[1-2];但由于CS本身存在易老化、熱穩(wěn)定性差、快速消化淀粉含量較高等缺陷，限制了其在食品工業(yè)中的應(yīng)用范圍[3]。

目前較多研究表明，蛋白質(zhì)的添加可改善淀粉凝膠的結(jié)構(gòu)及消化特性。Yang等[4]發(fā)現(xiàn)，乳清分離蛋白與玉米淀粉在蒸煮過(guò)程中主要通過(guò)氫鍵作用，并且隨著乳清分離蛋白的增加，加熱過(guò)程中淀粉顆粒的凝膠化過(guò)程被延緩，并降低了淀粉的消化率。肖瑜[5]研究發(fā)現(xiàn)，在消化過(guò)程中，蛋白質(zhì)覆蓋于淀粉顆粒表面，可阻礙消化酶對(duì)淀粉顆粒的可及性，從而降低淀粉的消化性。Lu等[6]研究表明，馬鈴薯分離蛋白和馬鈴薯淀粉之間通過(guò)靜電作用和氫鍵作用結(jié)合，隨著蛋白質(zhì)混合比例的增加，降低了加工過(guò)程中共混物的淀粉消化率。陳旭[7]研究了外源脂質(zhì)和蛋白質(zhì)對(duì)淀粉形貌特征及消化特性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)玉米油和大豆蛋白均可降低淀粉的消化速率。已有研究均表明，原蛋白質(zhì)的添加能夠改善淀粉凝膠的結(jié)構(gòu)及消化特性，然而關(guān)于改性蛋白與淀粉復(fù)配體系的相關(guān)研究卻鮮見(jiàn)報(bào)道。超聲波是一種成本低、效率高的改性方式，超聲處理產(chǎn)生的空穴效應(yīng)可改變蛋白質(zhì)構(gòu)象、展開(kāi)柔性結(jié)構(gòu)，使蛋白平均粒徑減小，表面疏水性和溶解度增加，二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使更多的巰基和疏水基團(tuán)暴露于蛋白質(zhì)分子的表面，降低蛋白質(zhì)溶液的表面張力和剛性，從而導(dǎo)致聚合物的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。超聲對(duì)蛋白質(zhì)的這種改變，可能會(huì)促進(jìn)其與淀粉相互作用，從而改變淀粉凝膠的特性。本研究擬將不同超聲時(shí)間處理的大豆分離蛋白與CS復(fù)配，研究其對(duì)CS凝膠的結(jié)構(gòu)和消化特性的影響，以期改善CS凝膠的功能特性，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，為改性蛋白在淀粉基食品中的應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

CS(水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%、直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)24%)，上海瑞永生物科技有限公司；大豆分離蛋白(soybean protein isolate，SPI)(蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90.2%)，北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司；NaCl、尿素(urea)、十二烷基硫酸鈉(K12)等化學(xué)試劑均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；P7545豬胰α-淀粉酶(8 U/mg)、A7095淀粉葡萄糖苷酶(260 U/mL)，美國(guó)Sigma-Aldrich公司；D-葡萄糖檢測(cè)試劑盒(GOPOD 法)，愛(ài)爾蘭Megazyme公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JY92- 2D型超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)，寧波Scientz生物科技股份有限公司；ALPHA1- 4LD plus型冷凍干燥機(jī)，德國(guó)Christ公司；PC- 620D型磁力攪拌器，美國(guó)Corning公司；VERTEX 70型傅里葉紅外光譜儀(FTIR)，德國(guó)Bruker公司；Q- 2000型差示掃描量熱儀，美國(guó)TA公司；D/MAX2500 MCR- 302型X-射線衍射儀，日本理學(xué)公司；MCR- 302 型流變儀，奧地利Anton Paar公司；Alpha1- 4Ldplus型全波長(zhǎng)酶標(biāo)儀，德國(guó)Christ公司；RF- 5301PC型熒光分光光度計(jì)，日本島津公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1改性蛋白的制備

超聲處理SPI分散液參照胡昊[8]的方法，略作改動(dòng)。準(zhǔn)確稱取3 g的SPI置于100 mL三角瓶中，加入蒸餾水配置成質(zhì)量濃度為0.06 g/mL的SPI分散液，在室溫下磁力攪拌2 h至充分溶解，并放置于4 ℃冰箱中備用。用直徑為0.636 cm的超聲波探頭伸入SPI溶液表面下方1～2 cm處理SPI分散液。整個(gè)超聲過(guò)程中，對(duì)三角瓶進(jìn)行冰浴，以避免蛋白過(guò)熱。以未經(jīng)超聲處理的SPI分散液作為對(duì)照組，在20 kHz的超聲頻率和300 W輸出功率下對(duì)蛋白溶液進(jìn)行超聲。每超聲4 s，停止超聲2 s，總作用時(shí)間為(含每4 s工作后休息2 s的時(shí)間)10、20、30 min。超聲結(jié)束后，將蛋白冷凍干燥，然后放入干燥器中保存，即獲得超聲改性SPI(U-SPI)。

1.3.2復(fù)配樣品的制備

根據(jù)Zhang等[9]的方法稍作修改。在前期預(yù)實(shí)驗(yàn)以及肖瑜等[5]的研究基礎(chǔ)上，樣品中蛋白添加量為總樣品質(zhì)量的10.0%。準(zhǔn)確稱量3 g樣品放入快速黏度分析儀(RVA)專(zhuān)用鋁盒中，加入去離子水，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的懸浮液，將樣品攪拌至完全溶解，避免樣品結(jié)塊及掛壁。RVA糊化程序：在50 ℃ 下保持1 min，以12 ℃/min 在3.75 min內(nèi)升溫到95 ℃，在95 ℃下保持2.5 min，然后在3.75 min內(nèi)下降到50 ℃，繼續(xù)保溫2 min。前10 s內(nèi)攪拌速率為960 r/min，而后以160 r/min攪拌速率進(jìn)行測(cè)定。將糊化后的樣品凍干、粉碎過(guò)100目篩，儲(chǔ)存于干燥器中備用。以糊化后的玉米淀粉作為對(duì)照樣品，蛋白超聲0、10、20、30 min后與玉米淀粉復(fù)配的樣品分別用SPI-CS、U10-SPI-CS、U20-SPI-CS、U30-SPI-CS表示。

1.3.3U-SPI二級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定

參考Zhao等[10]的方法測(cè)定復(fù)配樣品的FTIR光譜。測(cè)定溫度為25 ℃，波數(shù)掃描范圍為 500～4 000 cm-1，分辨率為4 cm-1，波數(shù)精度為0.01 cm-1，掃描次數(shù)為64次。

1.3.4U-SPI三級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定

參考Peng等[11]的方法，將樣品溶液用磷酸鹽緩沖溶液(0.01 mol/L、pH值 7.0)稀釋至蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度為0.5 mg/mL，于激發(fā)波長(zhǎng)280 nm、發(fā)射波長(zhǎng)范圍300～500 nm掃描，激發(fā)狹縫寬為3 nm，發(fā)射狹縫寬為5 nm，掃描3次。

1.3.5復(fù)配樣品FTIR的測(cè)定

參考Cai等[12]的方法，稍作改動(dòng)。在400～4 000 cm-1下掃描64次，分辨率為4 cm-1。采用 OMNIC 8.0對(duì)圖片進(jìn)行處理，得到紅外去卷積光譜圖。

1.3.6復(fù)配樣品熱特性的測(cè)定

參考常曉紅[13]的方法并稍作修改。稱取5.0 mg樣品置于鋁質(zhì)坩堝內(nèi)，其中蛋白添加量占總樣品質(zhì)量的10.0%，加入10 μL去離子水，密封壓蓋。密封后在4 ℃條件下平衡24 h，以10 ℃/min 的速度從40 ℃升至120 ℃進(jìn)行掃描?？珍X質(zhì)坩堝為對(duì)照，記錄凝膠化的起始溫度(to)、峰值溫度(tp)、終止溫度(tc)和熱焓值(ΔH)。

1.3.7復(fù)配樣品晶體結(jié)構(gòu)的觀察

根據(jù)Qiao等[14]的方法，略有修改。測(cè)定CS和蛋白- 淀粉復(fù)配體系的結(jié)晶特性。采用銅靶Cu Kα，管壓40 kV，管流30 mA，掃描角度(2θ)范圍為5 °～50 °，掃描速率為5 °/min，步長(zhǎng)0.02 °。

1.3.8復(fù)配樣品相互作用力的測(cè)定

采用Wang等[15]的方法測(cè)定了蛋白- 淀粉糊在熱處理后的分子相互作用力。將2.0 g樣品放入含有25 mL蒸餾水的鋁盒中，其中蛋白添加量為總樣品質(zhì)量的10.0%，將獲得的蛋白- 淀粉混合物攪拌10 min。將懸浮液與NaCl溶液(0.1、0.2、0.3 mol/L)、urea溶液(0.1、0.2、0.3 mol/L)和K12(1%、2%、3%)混合，以不含這3種化學(xué)物質(zhì)的蛋白混合物作為對(duì)照。將懸浮的混合物置于試管中，用95 ℃水浴加熱15 min，冷卻至37 ℃，在0.1～10.0 Hz，1%的應(yīng)變條件下進(jìn)行流變學(xué)測(cè)試。

1.3.9復(fù)配樣品消化特性的測(cè)定

樣品消化率根據(jù)Englyst等[16]的方法測(cè)定，并稍作修改。稱取600 mg制備好的樣品，加入乙酸鈉緩沖溶液(15 mL、0.1 mol/L、pH值5.2)以及6枚玻璃珠于100 mL錐形瓶中，在37 ℃下間歇混合平衡5 min。將5 mL混合酶溶液(豬胰α-淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶)添加到每個(gè)錐形瓶中。將樣品放入37 ℃恒溫水浴搖床中進(jìn)行酶解。在0、10、20、30、40、60、80、100、120 min各取出0.5 mL，并與4 mL的無(wú)水乙醇(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%)混合以終止反應(yīng)，在4 500 r/min下離心10 min，取離心后的上清液，采用D-葡萄糖檢測(cè)試劑盒來(lái)測(cè)定水解產(chǎn)物。將0、20、120 min水解后的葡萄糖含量分別標(biāo)記為m0、m20和m120。根據(jù)式(1)、(2)、(3)計(jì)算快消化淀粉(RDS)，慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)的含量。

(1)

(2)

w(RS)=[1-w(RSD)-w(SDS)]×100%。

(3)

式(1)(2)(3)中，m0是上清液中樣品的游離葡萄糖質(zhì)量，mg；m20是20 min時(shí)釋放的葡萄糖質(zhì)量，mg；m120是120 min時(shí)釋放的葡萄糖質(zhì)量，mg；mTS是總淀粉質(zhì)量，mg。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)測(cè)試3次取平均值。通過(guò)SPSS 25.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析，P<0.05為差異顯著，同時(shí)使用Origin 2018軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 U-SPI結(jié)構(gòu)特性分析

2.1.1U-SPI二級(jí)結(jié)構(gòu)分析

SPI在波數(shù)為400～4 000 cm-1的紅外光譜見(jiàn) 圖1。 利用PeakFit 4.0軟件進(jìn)行處理，通過(guò)去卷積計(jì)算可以得到蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)含量變化[17]。

圖1 不同超聲時(shí)間處理SPI的紅外光譜

不同超聲時(shí)間處理下SPI的二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量分析結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，與原蛋白相比，隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，U-SPI的二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，其α-螺旋結(jié)構(gòu)相對(duì)含量減少，β-轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)相對(duì)含量增加，表明蛋白結(jié)構(gòu)由有序向無(wú)序趨勢(shì)轉(zhuǎn)變。這可能由于超聲處理破壞了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，增加蛋白質(zhì)分子柔韌性，夏軒澤等[18]也得出類(lèi)似結(jié)論。β-折疊相對(duì)含量能夠反映蛋白質(zhì)疏水作用力，β-折疊相對(duì)含量降低表明蛋白表面疏水基團(tuán)暴露，疏水性增強(qiáng)[19]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，蛋白的表面疏水性的增加，二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并且打開(kāi)蛋白分子或者聚合體，使巰基和疏水基團(tuán)暴露，可能會(huì)改變蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Hu等[20]和Zhao等[21]的研究結(jié)果相類(lèi)似。這些性質(zhì)的變化可能會(huì)對(duì)蛋白- 淀粉凝膠的形成及特性產(chǎn)生一定影響。

表1 不同超聲時(shí)間處理下SPI的二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量

2.1.2 U-SPI三級(jí)結(jié)構(gòu)分析

在激發(fā)波長(zhǎng)為280 nm處可反映蛋白質(zhì)內(nèi)部色氨酸的熒光強(qiáng)度變化，大量色氨酸存在于SPI的內(nèi)部疏水區(qū)域，因此可從熒光的波動(dòng)確定蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的變化[22]。不同超聲時(shí)間處理SPI熒光強(qiáng)度的變化結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可知，隨著超聲時(shí)間延長(zhǎng)，SPI內(nèi)源熒光強(qiáng)度升高，說(shuō)明蛋白內(nèi)部暴露的色氨酸基團(tuán)增多。Sui等[23]在研究過(guò)程中也得出類(lèi)似結(jié)論。超聲后的SPI熒光強(qiáng)度增加，可能是由于超聲處理改變了蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的極性微環(huán)境，使蛋白結(jié)構(gòu)變得疏松，促進(jìn)蛋白內(nèi)部疏水區(qū)域的打開(kāi)，使埋藏于蛋白分子內(nèi)部的疏水基團(tuán)暴露出來(lái)導(dǎo)致熒光強(qiáng)度增加。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Li等[24]的研究結(jié)果一致。

圖2 不同超聲時(shí)間處理SPI熒光強(qiáng)度的變化

2.2 復(fù)配樣品結(jié)構(gòu)特性分析

2.2.1復(fù)配樣品傅里葉紅外光譜分析

圖3 不同超聲條件改性SPI-CS復(fù)配體系的紅外光譜和去卷積化光譜

對(duì)900～1 200 cm-1段特征峰進(jìn)行去卷積處理，分析蛋白質(zhì)對(duì)淀粉短程有序結(jié)構(gòu)的影響。1 054 cm-1和1 020 cm-1分別表征淀粉結(jié)晶區(qū)結(jié)構(gòu)和非結(jié)晶區(qū)結(jié)構(gòu)，993 cm-1表征淀粉分子羥基間形成的氫鍵結(jié)構(gòu)[27]。波數(shù)為1 054 cm-1與1 020 cm-1、1 020 cm-1與993 cm-1處的吸收峰強(qiáng)度比值，可反映淀粉有序結(jié)構(gòu)和氫鍵強(qiáng)度。不同超聲條件改性SPI-CS復(fù)配體系的短程有序結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，與CS相比，當(dāng)添加U-SPI后，U-SPI-CS體系在波數(shù)為1 054 cm-1與1 020 cm-1的吸收峰強(qiáng)度比值隨超聲時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸下降趨勢(shì)，而1 020 cm-1與993 cm-1的吸收峰強(qiáng)度比值逐漸升高。這表明淀粉顆粒短程有序性被破壞，淀粉顆粒的結(jié)晶區(qū)結(jié)構(gòu)特征逐漸減弱，無(wú)定形區(qū)結(jié)構(gòu)特征增強(qiáng)，淀粉分子鏈間原有的氫鍵被破壞，打破了分子間締合狀態(tài)。這可能是在超聲波的空穴效應(yīng)及高壓和剪切力的作用下，隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，SPI較大顆粒的聚集體解聚成更小的蛋白顆粒[28]，而小顆粒蛋白分子的加入抑制了淀粉分子間的相互作用，從而抑制淀粉分子內(nèi)和分子間氫鍵的形成。

表2 不同超聲條件改性SPI-CS復(fù)配體系的短程有序結(jié)構(gòu)參數(shù)

2.2.2 復(fù)配樣品的熱特性分析

不同超聲條件改性SPI-CS復(fù)配體系的熱力學(xué)參數(shù)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，熱處理后，SPI和U-SPI的加入使復(fù)配體系的熱特性產(chǎn)生明顯變化。ΔH可用來(lái)表示淀粉相變過(guò)程中雙螺旋解聚及熔融所需要的能量，淀粉的有序結(jié)構(gòu)被破壞使得體系焓值降低[29]。與CS相比，熱處理后的SPI-CS體系和U-SPI-CS體系的ΔH均顯著降低(P<0.05)，當(dāng)超聲時(shí)間為0、10、20、30 min時(shí)，SPI和U-SPI的加入使復(fù)配體系ΔH分別降低了10.02%、20.25%、23.14%、27.27%。由此可見(jiàn)，SPI和U-SPI的加入，可降低淀粉熔融所需要的能量。與SPI-CS體系相比，U-SPI-CS體系作用的程度更大；且隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，ΔH降低的程度越大。這表明超聲對(duì)于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的伸展和構(gòu)象的改變，影響了其與玉米淀粉復(fù)合凝膠體系的形成。超聲空穴效應(yīng)使蛋白質(zhì)大分子物質(zhì)分解為小分子顆粒，導(dǎo)致體系中蛋白顆粒的大小和數(shù)目均發(fā)生了變化[30]，使超聲改性蛋白能更大程度包裹在淀粉顆粒表面。隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，改性的蛋白質(zhì)顆粒粒徑變小[31]，包裹的程度更大，阻礙了水分子與淀粉顆粒的接觸，使淀粉分子間氫鍵的結(jié)合受到抑制，導(dǎo)致淀粉顆粒中結(jié)晶區(qū)域的不完全熔化，從而使糊化受到抑制，降低了ΔH。

表3 不同超聲條件改性SPI-CS復(fù)配體系的熱力學(xué)參數(shù)

2.2.3復(fù)配樣品的晶體結(jié)構(gòu)分析

淀粉是一種天然多晶聚合物，常用X-射線衍射的方法來(lái)分析淀粉的晶體結(jié)構(gòu)特征[32]。不同超聲條件改性SPI-CS復(fù)配體系的X射線衍射圖見(jiàn)圖4。由圖4可知，未糊化的玉米淀粉在2θ為15°和23°處顯示強(qiáng)衍射峰，在17°和18°處有未分解的雙峰，這是典型的A型結(jié)構(gòu)[32]。糊化后，CS、SPI-CS和U-SPI-CS體系的XRD圖均表現(xiàn)出分散的模式，原淀粉的結(jié)晶峰消失，表明糊化使淀粉凝膠樣品中A型結(jié)構(gòu)受損[33]。所有樣品均在2θ約20°時(shí)出現(xiàn)寬峰，呈現(xiàn)典型Ⅴ型結(jié)構(gòu)[34]。這是因?yàn)榈矸墼诤^(guò)程中由于濕熱效應(yīng)破壞了淀粉的晶體結(jié)構(gòu)有序性，而在冷卻過(guò)程中只有一小部分有缺陷的晶體形成。隨著SPI和不同超聲時(shí)間SPI的加入，復(fù)配體系峰的位置未發(fā)生明顯變化，也沒(méi)有出現(xiàn)與淀粉和蛋白質(zhì)晶體相關(guān)的新峰。這表明不同超聲時(shí)間處理SPI的添加對(duì)CS的晶體類(lèi)型沒(méi)有影響。Wang等[15]在研究秈稻淀粉與蛋白熱加工相互作用時(shí)也得到類(lèi)似研究結(jié)果，但區(qū)別于Wang等研究的是本實(shí)驗(yàn)采用了改性的SPI。

圖4 不同超聲條件改性SPI-CS復(fù)配體系的 X射線衍射圖

2.2.4復(fù)配樣品的相互作用力分析

本研究通過(guò)在樣品中添加特定化學(xué)物質(zhì)(NaCl、urea和K12)來(lái)研究非共價(jià)結(jié)合相互作用對(duì)淀粉- 蛋白質(zhì)混合物的流變學(xué)或黏度特性的影響。NaCl影響靜電相互作用，urea破壞氫鍵，K12影響疏水力[35]。受添加特定化學(xué)物質(zhì)影響的SPI-CS和U30-SPI-CS體系儲(chǔ)能模量圖譜見(jiàn)圖5。由圖5可知，當(dāng)體系中加入K12后，SPI-CS和U30-SPI-CS體系的彈性模量G′位移明顯向高值移動(dòng)，且隨著K12濃度的升高彈性模量G′移動(dòng)越明顯，而加入NaCl和urea則波動(dòng)較小，說(shuō)明相比靜電相互作用和氫鍵，SPI-CS和U30-SPI-CS中主要以疏水相互作用為主。

圖5 添加NaCl、urea和K12對(duì)淀粉- 蛋白糊的儲(chǔ)能模量的影響

在超聲及加熱過(guò)程中，蛋白質(zhì)發(fā)生部分變性，可能會(huì)暴露蛋氨酸、半胱氨酸等疏水氨基酸[36]，這些疏水殘基與淀粉的疏水區(qū)域(如C-H)發(fā)生疏水相互作用[37]。改性蛋白在靜電相互作用力和疏水作用力的共同作用下可能吸附在淀粉顆粒的表面，與淀粉分子鏈纏結(jié)，形成凝膠，從而改變淀粉的糊化、回生和流變學(xué)性質(zhì)[38]。Xu 等[39]利用色譜法和分子模擬也證實(shí)大米蛋白和直鏈淀粉間可自發(fā)地結(jié)合，且主要驅(qū)動(dòng)力為疏水相互作用力。

2.3 復(fù)配樣品的消化特性分析

SPI-CS和U-SPI-CS復(fù)配體系體外消化擬合曲線見(jiàn)圖6。由圖6可知，與SPI-CS體系相比，U-SPI-CS體系的水解率下降程度更顯著，且隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，U-SPI-CS體系的水解率下降程度越大。RDS、SDS、RS質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，SPI和U-SPI的加入使體系的水解率和RDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著降低(P<0.05)，SDS和RS質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著升高(P<0.05)。與CS相比，添加超聲時(shí)間0、10、20、30 min的SPI時(shí)，復(fù)配體系的RDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別降低了2.42%、7.11%、9.43%、10.42%，SDS含量分別升高了1.60%、5.31%、6.60%、7.01%，RS含量分別升高了0.82%、1.80%、2.83%、3.41%。RDS、SDS和RS質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析結(jié)果表明，U-SPI比SPI改變淀粉消化率的效果更明顯。這可能是由于超聲改性后暴露出的疏水殘基可顯著增強(qiáng)蛋白質(zhì)- 淀粉的相互作用，促使蛋白包裹在淀粉顆粒表面，阻礙淀粉和淀粉酶相互作用。且隨超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，更多通過(guò)超聲改性后小顆粒蛋白附著在淀粉顆粒表面，從而起到包裹作用，降低了淀粉酶與淀粉接觸的面積，促進(jìn)了淀粉之間的相互聚集，導(dǎo)致了SDS和RS質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高。相關(guān)研究表明，淀粉的Ⅴ型晶體結(jié)構(gòu)更有助于形成抗性淀粉，并在抑制淀粉消化中起重要作用[40]，體外消化特性分析也證實(shí)了2.2.3中圖4的這一結(jié)論。與CS相比，U30-SPI-CS復(fù)配體系對(duì)淀粉消化的抑制作用最為顯著，表現(xiàn)出對(duì)人體的潛在健康益處。López-Barón等[41]在研究天然、變性和經(jīng)酶水解的幾種蛋白對(duì)小麥淀粉消化性的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，天然蛋白和淀粉的結(jié)合力較弱，對(duì)混合物的RDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)顯著影響，而酶水解和熱變性后暴露出的疏水殘基可顯著增強(qiáng)蛋白質(zhì)- 淀粉的相互作用，促使蛋白在淀粉顆粒表面形成一層包衣，阻礙酶的可及性，顯著降低了混合物的RDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

表4 超聲改性蛋白對(duì)玉米淀粉體外消化結(jié)果的影響

圖6 不同超聲條件改性SPI-CS復(fù)配體系的 水解率變化

3 結(jié) 論

本研究對(duì)超聲改性SPI-CS凝膠的結(jié)構(gòu)以及消化特性影響進(jìn)行了分析。與CS相比，在CS中添加不同超聲時(shí)間處理的SPI，U-SPI-CS凝膠體系的有序程度降低，分子間及分子內(nèi)氫鍵強(qiáng)度減弱，ΔH降低；與SPI-CS復(fù)配體系相比，U-SPI-CS體系的作用效果更為顯著(P<0.05)。隨著超聲處理時(shí)間的延長(zhǎng)，U-SPI的加入使CS的短程有序性、體系氫鍵強(qiáng)度和ΔH均逐漸降低；SDS和RS質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸升高。相互作用力的分析結(jié)果表明，超聲改性蛋白與淀粉間主要結(jié)合方式為疏水相互作用。X-射線衍射分析表明復(fù)配體系在2θ約20°出現(xiàn)寬峰，形成了典型的Ⅴ型晶體結(jié)構(gòu)。改性蛋白加入改變了淀粉消化特性。與CS相比，超聲30 min U-SPI-CS復(fù)配體系變化最明顯，SDS和RS質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別提升了7.01%和3.41%。此外，為進(jìn)一步明確超聲改性SPI對(duì)CS消化特性的影響，有待于在體內(nèi)進(jìn)行再驗(yàn)證，如細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)；體內(nèi)血糖變化規(guī)律、胰島素抵抗情況等還有待進(jìn)一步研究。希望本研究可為超聲改性蛋白對(duì)CS凝膠結(jié)構(gòu)及消化特性的影響規(guī)律提供一定的理論指導(dǎo)。