燕麥全麥粉中淀粉消化性的研究

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。正常人體攝入含淀粉類食物后，淀粉的種類、食物營養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。淀粉消化從口腔中唾液淀粉酶作用下開始，經食管到達胃部，在胃的蠕動和強酸環境下（pH 1.5），食物結構發生改變，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的方式吸收葡萄糖進入血液循環系統[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消化，其中Englyst法[2]模仿了人體的胃腸道環境，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，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。

雖然β-葡聚糖也被報道具有調節餐后血糖的功能，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]通過動物實驗發現，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]發現，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]等研究發現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，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。研究結果可為制備以燕麥為原料的功能食品提供理論基礎。

1　材料與方法

1.1　材料與儀器

燕麥，產自黑龍江。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（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）的質量分數。采用總淀粉試劑盒（愛爾蘭，Megazyme）測定淀粉的質量分數。采用剛果紅法，測定β-葡聚糖（O-glu）的質量分數。

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pH至11，30℃攪2 h。混合液過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 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 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，加入不同質量分數（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，調節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 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內轉速為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，分別添加質量分數為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 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量分數分析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。其中蛋白質和β-葡聚糖質量分數都具有顯著差異，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-葡聚糖質量分數約 15.6%、12.7%、4.9%、2.9%，β-葡聚糖質量分數越高，越延緩淀粉消化，可能是從理化性質上造成這一影響；同時A、B、C、D蛋白質質量分數約為19.4%、18.8%、12.9%、11.6%，蛋白質的質量分數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-葡聚糖以及蛋白質質量分數具有極顯著差異，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-葡聚糖的質量分數有關，質量分數越大，淀粉消化越慢。當選取D顆粒時，上述結果也得到了驗證。

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，加入不同質量分數的β-葡聚糖（≤15%，干重），體外消化結果圖3所示，在一定質量分數范圍內，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-葡聚糖質量分數約為15.6%，當純燕麥淀粉（OS）加入質量分數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　蛋白質對燕麥粉消化影響

將A、D顆粒燕麥中的蛋白質水解后，模擬淀粉體外消化。A顆粒燕麥粉蛋白質質量分數為19.5%，水解掉蛋白質后消化速度和A顆粒燕麥粉相比，極顯著提高（P＜0.01）。而D顆粒中的蛋白質質量分數為11.6%，水解蛋白質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在一定程度上也會延緩淀粉消化，且與蛋白質質量分數有關。

圖5　蛋白質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量分數最多，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[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[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-葡聚糖和蛋白質含量越大，最終糊化粘度越大，說明β-葡聚糖和蛋白質對粘度有影響，且他們的聯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，熱糊相對不太穩定，而D顆粒達到峰值以后，熱糊粘度較為穩定。說明A，D顆粒燕麥粉中的β-葡聚糖和蛋白質對淀粉的包裹也存在差異，并且在糊化過程中，空間結構可能會再次改變，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消化物粘度相關[15]。β-葡聚糖的相對分子質量和質量濃度影響β-葡聚糖的粘度[16]，但當低相對分子質量β-葡聚糖和高相對分子質量β-葡聚糖溶液混合時，低相對分子質量β-葡聚糖的聚合鏈能與高相對分子質量β-葡聚糖聚合鏈之間發生交纏作用，也能夠快速網絡化形成凝膠[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。實驗發現，β-葡聚糖本身不具有糊化特征，β-葡聚糖的質量濃度為6 mg/mL時，粘度在11～14 cP，純燕麥淀粉分別添加質量分數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，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-葡聚糖質量分數較少，蛋白質水解以后最終粘度發生顯著變化，說明葡聚糖對淀粉粘度的作用遠遠大于蛋白質，而蛋白質延緩淀粉消化，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-葡聚糖和蛋白質以及淀粉存在一定的交聯，通過圖9可以看出，A顆粒中，β-葡聚糖以及蛋白質質量分數較多，交聯密度大于D顆粒，說明交聯密度越大，越延緩淀粉的消化。這種交聯結構可能包括空間物理結構，也可能存在化學結構交聯。這種交聯結構對燕麥淀粉消化可能具有重要影響。

圖8　蛋白質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-葡聚糖和蛋白質質量分數越大，燕麥粉在體內消化速度越慢。Chanrashekar[18]研究表明蛋白質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有一定的交聯，這種交聯結構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　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。結果顯示燕麥粉中，固有的β-葡聚糖和蛋白質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構，并且與蛋白質有一定的交聯，這種空間結構，在一定程度上延緩燕麥淀粉的消化。通過對這一結構的進一步研究，可以更好地理解β-葡聚糖的結構與其影響淀粉消化的關系，為以燕麥為基礎的功能食品的加工提供一定的理論基礎。

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