两种改性与鲜提液浸泡处理对粉葛淀粉性质的影响

马玉琦，满建民

(贵州大学生命科学学院 / 农业生物工程研究院 / 山地植物资源保护与种质创新教育部重点实验室 / 山地生态与农业生物工程协同创新中心，贵州 贵阳 550025)

葛根是一味常见的传统中药材，取自葛属植物野葛Puerariamontanavar.lobata或甘葛藤(粉葛)Puerariamontanavar.thomsonii的干燥块根，在我国的食用历史悠久，是卫生健康委员会承认的药食两用植物。葛根中主要的药用活性物质为葛根素[1]。除药用活性物质外，淀粉也是葛根应用研究中的主要成分，不同品种的淀粉含量有所差异[2]。粉葛是人工栽培较普遍的品种。粉葛的黄酮类组分与野葛相似，但其含量较低。然而，粉葛淀粉含量高于野葛，具有更高的食用价值[3]。

长期以来，国内企业对葛根相关产品的加工利用程度较低，并且在生产过程中，大量葛根素流失于生产废水之中，造成环境污染的同时也导致异黄酮资源的浪费[4]。目前，市场上常见的葛根淀粉产品多是葛根全粉或简单提取的葛根淀粉，均存在杂质多口感较差的问题，但经纯化的葛根淀粉中活性成分含量又极低。近些年，人们对葛根淀粉的生产应用以及对其生产废水中异黄酮成分的回收都逐渐重视，但在生产富含葛根素的纯制或改性葛根淀粉方面的研究仍不成熟。高晓路等[5]利用淀粉对亲水性小分子具有良好的收贮能力，开发出将葛根淀粉与异黄酮溶液混合浸泡后制备功能性葛根淀粉的工艺。此工艺中可贮存异黄酮的量主要与葛根原淀粉的结构吸附性有关。有些天然淀粉颗粒的表面存在许多细小的孔洞结构使其具有较强的吸附能力，对天然淀粉进行改性处理，可改变其颗粒表面结构以增强吸附能力[6]。改性处理的方式包括物理改性、化学改性、酶促改性，以及多种方法复合改性。其中，酶催化改性因其反应条件温和、催化效率高、底物专一性好等优点，在生产实践中被广泛应用；而不同酶的协同作用则可以改善单一酶改性存在的局限性[7]。除此之外，在物理改性方法中，在过量水中以低于糊化温度的条件进行退火处理也可以使淀粉颗粒表面变粗糙或出现褶皱，提高淀粉颗粒吸附能力[8]。

本研究选用粉葛为材料，对提取的粉葛淀粉进行不同改性处理以增加粉葛淀粉粒的吸附性能；之后再与澄清絮凝后的提取液进行共混浸泡使淀粉吸附葛根素，以制得富含葛根素的粉葛淀粉；并用未经处理的粉葛淀粉作为参照，对制备得到的淀粉样品进行理化性质与消化特性的测定与比较，以期为制备富含葛根素的纯制葛根淀粉的开发与应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鲜粉葛，购买自广西藤县。差示扫描量热仪(Q 2000)，美国TA；高效液相色谱仪(e 2695)，美国Waters。

1.2 粉葛汁液浸泡淀粉制备

1.2.1 粉葛淀粉提取

采用匀浆法提取粉葛淀粉。将鲜粉葛洗净去皮后切块，按固液比1:3 (m/v)加入蒸馏水，于研磨机中粉碎匀浆30 s 后浸泡1 h，分别用四层纱布、200目筛、400 目网筛进行筛分，以转速5000 r·min-1离心10 min，分离提取液与沉淀，将沉淀去除杂质后即为粉葛淀粉。将粉葛淀粉置于40 ℃烘箱烘干至恒重，研磨过100 目筛后保存备用。

1.2.2 鲜提液制备

以质量浓度为1%的乙酸溶液溶解壳聚糖(脱乙酰度90%，上海Adamas-beta)，制成质量浓度为1%的壳聚糖溶液。向1.2.1 所得提取液中加入配制的壳聚糖溶液，使提取液中壳聚糖质量浓度为1 mg·mL-1，之后置于70 ℃水浴加热，缓慢搅拌10 min，静置絮凝30 min 后取出于室温下静置24 h，抽滤除去絮状物沉淀，所得澄清液即为鲜提液[9]。

1.2.3 复合酶处理

参考江慧娟等[10]的方法对粉葛淀粉进行复合酶处理。用质量比为1:3 的α-淀粉酶(12 U·mg-1，德国默克Sigma)与糖化酶(100000 U·mL-1，上海Aladdin)配制复合酶液，添加量为粉葛淀粉用量的2%，处理14 h 后加入2 mol·L-1NaOH 溶液1 mL 终止反应。于5000 r·min-1离心10 min，沉淀物用蒸馏水洗涤离心3 次后于40 ℃干燥至恒重，研磨后过 100 目筛，得到酶改性淀粉，备用。

1.2.4 退火处理

称取一定量粉葛淀粉加入蒸馏水调制成5%淀粉乳，置于磁力搅拌水浴锅中65 ℃涡育30 min，之后以5000 r·min-1转速离心10 min，将离心后的沉淀于40 ℃烘干至恒重，研磨后过100 目筛，得到退火淀粉，备用。

1.2.5 鲜提液浸泡

参照高晓路等[5]的方法稍作改动。取一定量上述鲜提液，按照1 mg·mL-1的质量浓度分别加入两种改性处理的淀粉样品，于磁力搅拌器上混匀浸泡2 h 后，以5000 r·min-1离心10 min，得到的沉淀用蒸馏水洗涤重复离心，之后于40 ℃烘干至恒重，研磨后过100 目筛，分别制得酶改性-浸泡淀粉和退火-浸泡淀粉，备用。

1.3 淀粉理化性质测定

直链淀粉含量(Amylose content，AC)、膨胀力(Swelling power，SP)与溶解度(Solubility，SOL)测定参照Man 等[11]的方法。水溶性指数(Water solubility index，WSI)与吸水性指数(Water absorption index，WAI)测定参照邵子晗等[12]的方法。

差示扫描热量法(Differential scanning calorimetry，DSC)测定参照Man 等[11]的方法，稍作改动。精确称取3 mg 淀粉样品置于铝锅中，加入9 μL 超纯水，密封，冰箱4℃冷藏过夜。取出后于室温下平衡1 h，将样品在25～130 ℃温度范围以10 ·℃min-1速率加热，以空坩埚为对照。测得参数：起始温度(T0)、峰值温度(Tp)、最终温度(Tc)和糊化焓(ΔH)。

淀粉中葛根素含量测定采用高效液相色谱(High performance liquid chromatography，HPLC)法[13]。精密称取20 mg 淀粉样品，加入5 mL 纯甲醇(色谱纯)，超声处理30 min 后于5000 r·min-1离心10 min，吸取上清液，用0.22 μm 微孔滤膜过滤后，进行HPLC 分析。测试条件：色谱柱250 mm×4.6 mm×5 μm (Hypersi 1 ODS-2，美国ThermoFisher)，以纯甲醇和水作为流动相，采用25 %甲醇等度洗脱，洗脱20 min，流速1.0 mL·min-1，检测波长260 nm，柱温40 ℃，进样量10 μL。

1.4 淀粉消化特性测定

淀粉消化特性参照王建宇等[14]的方法测定，略做改动。配制0.2 mol·L-1磷酸盐缓冲液(pH=5.8)，精密称取猪胰腺来源的α-淀粉酶(12 U·mg-1) 0.725 g，加入5 mL 磷酸盐缓冲液，磁力搅拌30 min 后于1500 g 离心5 min，取上清液加入2.55 μL 葡萄糖苷酶(100000 U·mL-1)，充分混匀，备用。

精确称取100 mg 样品于锥形瓶中，分别加入磷酸盐缓冲液15 mL 及5 mL 混合酶液，混合均匀，置于35 ℃恒温水浴振荡器中，保持160 r·min-1振荡。分别于20 min 与120 min 时，吸取0.5 mL 酶解液于10 mL 离心管中，加入4.5 mL 无水乙醇终止反应，然后以3000 g 离心10 min。采用DNS 法测定上清液中的还原糖含量，根据下列公式分别计算样品中快消化淀粉(Rapid digestible starch，RDS)、慢消化淀粉(Slowly digestible starch，SDS)、抗性淀粉(Resistant starch，RS)含量。

式中，G20为酶解20 min 所释放的还原糖含量(mg)，G120为酶解120 min 所释放的还原糖含量(mg)，0.9为还原糖质量与淀粉质量的换算系数。

1.5 数据统计分析

采用SPSS 25.0 软件对数据进行单因素方差分析，Origin 9.8 软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同改性方式对粉葛淀粉性质的影响

为了比较不同处理方式对粉葛淀粉理化性质的影响，分别从直链淀粉含量、膨胀力、溶解度、水溶性指数、吸水性指数五个指标进行比较(表1)。不同处理方式对粉葛淀粉的直链淀粉含量、膨胀力、溶解度、水溶性指数有不同程度的影响。与原淀粉比较，退火-浸泡处理使得粉葛淀粉的直链淀粉含量显著降低；酶改性-浸泡淀粉膨胀力显著降低，而溶解度显著升高；退火-浸泡淀粉则膨胀力与溶解度均有所升高。从表1 可看出，两种处理方式均使粉葛淀粉的水溶性指数显著上升，其中退火-浸泡淀粉的WSI 最高，但对吸水性指数没有显著影响。

表1 粉葛改性淀粉理化性质比较Table 1 Comparison of physical and chemical properties of modified Pueraria starches

2.2 不同改性方式对粉葛淀粉热力学性质的影响

从三种淀粉的DSC 图谱中可以看到，两种经过改性后浸泡处理的淀粉样品吸热峰均右移且糊化温度范围变窄(图1)。三种淀粉的糊化特性参数如表2 所示。与粉葛原淀粉相比，酶改性-浸泡淀粉与退火-浸泡淀粉的糊化起始温度(T0)均显著上升，糊化温度范围(ΔT)则明显降低；退火-浸泡淀粉的峰值温度(Tp)、终止温度(Tc)均显著高于粉葛原淀粉。

图1 粉葛改性淀粉的DSC 图谱Fig. 1 DSC spectra of modified Pueraria starches

表2 粉葛改性淀粉的热特性参数Table 2 Thermal properties of modified Pueraria starches

2.3 不同改性方式对粉葛淀粉消化特性及葛根素含量的影响

快速消化淀粉(RDS)、慢速消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)含量是表征淀粉消化特性的主要指标。三种淀粉的消化特性及葛根素含量测定结果如表3所示。经改性后浸泡处理的两种淀粉样品中RDS 含量均显著降低，SDS 含量显著升高。其中，退火-浸泡处理对粉葛淀粉的RDS 含量和RS 含量的影响较酶改性后浸泡处理更为显著。从三种处理的淀粉葛根素含量比较来看，原淀粉中未检测出含有葛根素；而退火-浸泡淀粉中葛根素含量高于酶改性-浸泡淀粉。

表3 粉葛改性淀粉的消化特性与葛根素含量比较Table 3 Comparison of digestive characteristics and Puerarin content in modified Pueraria starches

3 讨论与结论

3.1 粉葛淀粉改性后浸泡处理的结构组分变化

在进行复合酶改性处理时，淀粉粒表面会因酶水解作用形成许多裂隙直通颗粒结构内部，使淀粉颗粒无定形区的直链淀粉更易溶出，溶出的直链淀粉在改性处理过程中更容易被淀粉酶水解[15]。Han等[16]分别对α-淀粉酶和糖化淀粉酶改性处理的玉米淀粉的性质进行研究，发现经酶改性处理后的玉米淀粉粒结构受到酶解破坏，导致膨胀力降低，溶解度升高。粉葛淀粉在酶改性处理时淀粉粒结构也受到破坏，受热吸水膨胀容易使淀粉粒破碎，从而导致其与水的结合能力受限，膨胀力降低；同时水分子更易进入淀粉粒内部，释放内部可溶性物质，从而导致其溶解度升高，这与Han 等[16]的结论一致。

淀粉的退火过程是淀粉颗粒在过量的水中受热发生吸水膨胀，颗粒内部的氢键断裂，直链淀粉从内部溶出量逐渐增加并在分离过程中大量流失，从而导致退火-浸泡淀粉的直链淀粉含量降低。这与Doblado-maldonado 等[17]研究玉米淀粉在60～90 ℃温度范围内的直链淀粉浸出结果一致，即在此温度进行退火处理可使直链淀粉浸出分离量增加，导致剩余淀粉中的直链淀粉含量降低。粉葛退火-浸泡淀粉的膨胀力升高可能是由于直链淀粉含量降低，导致支链淀粉占比升高，有利于促进淀粉颗粒吸水膨胀[18]；并使得糊化时淀粉颗粒内部的可溶性物质能够更大程度溶出，使其溶解度升高。

3.2 粉葛淀粉改性后浸泡处理的冲调性能

WSI 和WAI 这两个指标是对淀粉在低温水中的溶解性与吸水能力的反映，可以用来衡量粉葛淀粉的冲调性能。WSI 是反映水向淀粉颗粒内部渗透的速率与颗粒内部可溶性物质溶出情况的衡量参数；WAI 是用来反映淀粉在低温条件下于过量水中吸水膨胀形成凝胶所占的体积，主要取决于亲水基团的数量及形成凝胶的能力[19]。经过改性后浸泡处理的粉葛淀粉WSI 升高可能是由于淀粉粒在改性处理时其颗粒结构受到一定程度的破坏，导致淀粉颗粒内部的可溶性物质低温水中也更易溶出；而WAI 变化较小说明改性后浸泡处理对粉葛淀粉在低温水中形成凝胶的能力无显著影响。这说明两种改性后浸泡的处理方式均可使粉葛淀粉更易溶解，且对水温条件的要求更低，冲调性能得到一定程度的改善。这与时忠烈[20]利用双滚筒干燥法开发速食葛粉效果相似，均使处理后的粉葛淀粉用温水即可冲调，从而达到可速食的目的。

3.3 粉葛淀粉改性后浸泡处理的糊化特性

经过改性后浸泡处理的粉葛淀粉在DSC 图谱中的糊化温度范围均向右移动，这可能与预处理过程中对淀粉颗粒中的结晶区和双螺旋结构的破坏程度有关[8]。由于两种淀粉中结构相对不稳定的淀粉颗粒在改性处理时首先被破坏，使其颗粒结构的稳定性差异有所减小，淀粉粒均匀性更高，从而使其T0、Tp、Tc均升高。这说明两种经过改性后浸泡处理的粉葛淀粉在中低温条件下的稳定性更高。同时，酶改性-浸泡淀粉与退火-浸泡淀粉的ΔH降低，说明两种淀粉在高于T0的温度下糊化时所需的能量更低，更易被糊化。

3.4 粉葛淀粉改性后浸泡处理的消化特性

淀粉消化特性的差异通常是由于多种因素的相互作用导致的，例如淀粉分子的精细结构、直链淀粉/支链淀粉的比例、表面孔隙、内部通道等[21]。Miao 等[21]和Zhu 等[22]的研究报道，酚类化合物可以通过抑制α-淀粉酶和葡萄糖苷酶活性从而使淀粉的水解度被减弱；或者因疏水作用进入淀粉粒内部，并形成氢键与淀粉复合成V 型晶体结构，导致淀粉消化率降低[23]。多酚类化合物中以异黄酮最为丰富，占总酚类化合物的60%[24]。Wang 等[25]研究表明，异黄酮对淀粉的消化有抑制作用，RDS 随异黄酮含量增大而降低，SDS 与RS 则随之升高。

粉葛淀粉经改性后浸泡处理，虽然直链淀粉含量均显著下降，且淀粉颗粒已经被不同程度的破坏使之更易被水解，但其RDS 含量仍显著降低，SDS含量升高，这与Wang 等[25]的研究结果一致。因此，改性浸泡处理后的粉葛淀粉可能是由于吸附有葛根素分子，所以对其消化性能有抑制作用。而酶改性-浸泡淀粉与退火-浸泡淀粉消化特性的差异则可能是受淀粉颗粒结构被破坏程度及葛根素含量均不相同所共同影响的。

淀粉在体内被消化的过程中，不同组分被水解所需的时间不同，对机体也有不同的影响。其中RDS可以被快速水解释放葡萄糖为集体提供能量，短时间内就可以引起机体的血糖与胰岛素水平的急剧升高；SDS 主要在小肠中被缓慢分解，持续为机体提供葡萄糖，反应时间较长，对血糖以及胰岛素水平影响不明显；RS 在机体内无法被进一步消化，被认为是膳食纤维的一种，对增加饱腹感、降低血糖、保护肠道健康等方面有益[126]。因此，经过改性后浸泡处理的粉葛淀粉RDS 显著降低、SDS 含量升高，这表明其更不易被水解消化，对机体的血糖和胰岛素水平波动影响更小；并且退火-浸泡淀粉中RS 含量显著升高，说明其对增加饱腹感、延长消化时间可能会有一定作用。

综上所述，两种改性后浸泡的处理方式均可使粉葛淀粉的直链淀粉含量降低，溶解度与水溶性指数升高，说明这两种处理方式可使得粉葛淀粉的冲调性能更好。酶改性-浸泡淀粉和退火-浸泡淀粉的T0、Tp、Tc均有所升高，而ΔT与ΔH均降低，表明这两种处理方式可以使粉葛淀粉在中低温条件的稳定性增强，但高温条件下比原淀粉更易被糊化。两种改性后浸泡的处理方式均使得粉葛淀粉中的葛根素含量显著增加，并使其消化性降低，说明两种处理方式均在使粉葛淀粉增加饱腹感、降低血糖、保护肠道健康等方面可能具有一定的积极作用。