脫乙酰基魔芋葡甘聚糖理化性質及其對涼皮質構和體外消化的影響

葛珍珍，許明月，靳學遠，高珊珊，趙光遠，縱 偉,*

（1.鄭州輕工業大學食品與生物工程學院，河南 鄭州 450001；2.河南省冷鏈食品質量安全控制重點實驗室，河南 鄭州 450001；3.海南科技職業大學臨床醫藥學院，海南 海口 571126）

涼皮是我國獨特的傳統食品，是淀粉在水中經過糊化和老化而形成的凝膠體[1]，因其適口性、速食性而備受喜愛，但淀粉的熱不穩定性及易老化特性導致其儲藏期較短、易發生品質劣變[2-3]，阻礙了涼皮的工業化生產進程。魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan，KGM）是從魔芋塊莖中提取的一種天然高分子多糖[4]，因其較好的溶脹性、增稠性、持水性等被廣泛應用到面制品中[5]。但KGM機械性能和穩定性較差[6]，且其分子質量高，吸水性強，在水溶液中形成高黏度而使其添加劑量受到限制，此外其凝膠性較低，需要提高濃度或與其他多糖復配使用。因此，通過脫乙酰基、氧化、羧甲基化等[7]改性對KGM進行處理，以拓展其在食品加工中的應用。

乙酰基是保持KGM結構與功能特性的關鍵基團[8]，脫乙酰化可使KGM的溶解度、黏度、熱穩定性等[9]性質發生改變。Lin Xiaoyan等[10]研究發現，隨著脫乙酰度的增加，KGM的熱穩定性、流變特性均顯著提高。馮觀萍等[11]通過對比KGM脫乙酰前后的結構及性質變化，發現脫乙酰基魔芋葡甘聚糖（deacetylated KGM，DKGM）的持水性和黏度均顯著降低。陳建[12]研究發現，提高脫乙酰度，有助于KGM凝膠化。此外，馮佳[13]研究發現，KGM可降低淀粉的糊化焓，提高淀粉的黏度和糊化溫度。蔡攀福等[14]研究了KGM對面條蒸煮、質構特性和體外消化特性的影響，結果發現適量KGM可增加面條吸水率和膨脹率，降低烹煮損失率，提升口感，并減緩葡萄糖釋放速率和淀粉水解率。但是目前DKGM的研究主要集中在復合膜的制備[15]、淀粉糊化[16]等方面，鮮見DKGM在凝膠型小麥淀粉基產品中的應用。

本研究通過制備不同脫乙酰度的DKGM，在對其結構表征的基礎上，分析其黏度、持水性和熱穩定性的變化，并研究高脫乙酰度的DKGM對涼皮質構特性和體外消化特性的影響，旨在為DKGM在小麥淀粉相關產品的開發提供一定理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

KGM（≥15000 mPa·s）、α-淀粉酶、糖化酶上海源葉生物科技有限公司；小麥粉 中糧面業營銷管理（北京）有限公司；無水碳酸鈉、葡萄糖、無水氯化鈣、三水乙酸鈉 天津市大茂化學試劑廠；其余有機溶劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

Avanti J-26S XPI大容量落地式高速離心機 山東省青島立德創先科技有限公司；XY-FD-18冷凍干燥機 上海欣諭儀器有限公司；STA449F3同步熱分析儀 德國耐馳儀器制造有限公司；Vertex 70型傅里葉變換紅外光譜儀 美國賽默飛世爾科技公司；D8 ADVANCE多功能X射線衍射儀 德國布魯克公司；NDJ-8S數字式黏度計 上海菁海儀器有限公司；Regulus 8100高分辨場發射掃描電子顯微鏡 日本日立公司；TA-XT plus物性分析儀 美國TA儀器公司。

1.3 方法

1.3.1 不同脫乙酰度DKGM的制備

參考宋儒坤[17]的方法并略作修改。分別稱取1 g KGM置于100 mL不同質量分數（0.5%、1%、2%）的Na2CO3溶液中，室溫下攪拌2 h后，加入相同體積的無水乙醇，充分攪拌后1484×g離心10 min。用無水乙醇和蒸餾水交替洗滌絮狀沉淀，直到濾液pH值為中性，所得產物置于通風櫥內揮干乙醇，冷凍干燥得到DKGM粉末，保存于干燥器中備用。

參考Hu Yan等[18]的方法測定脫乙酰度，并略作修改。稱取1.0 g DKGM粉末與50 mL 50%乙醇溶液混合，50 ℃水浴1 h。加入1 mL 0.5 mol/L氫氧化鉀溶液，置于30 ℃水浴鍋48 h皂化。皂化結束后取出冷卻至室溫，用0.02 mol/L鹽酸標準溶液進行滴定，酚酞為滴定指示劑，每組樣品重復3 次，結果取平均值。按式（1）計算脫乙酰度，得到KGM、DKGM1、DKGM2和DKGM3的脫乙酰度分別為0%、48.23%、54.72%和72.70%。

式中：V0、V1、V2分別為空白實驗組、KGM組、DKGM組所消耗鹽酸體積/mL；ω0、ω1分別為KGM、DKGM的水分含量/%。

1.3.2 不同脫乙酰度DKGM的理化性質測定

1.3.2.1 傅里葉變換紅外光譜測定

采用KBr壓片法對KGM及不同脫乙酰度的DKGM樣品進行紅外光譜測定，掃描范圍為4000～400 cm-1，掃描次數32，分辨率4 cm-1。

1.3.2.2 X 射線衍射圖譜測定

參考Ouyang Dongmei等[19]的方法，并略作調整。分別取KGM及不同脫乙酰度的DKGM樣品粉末3～5 g，管壓40 kV，管流40 mA，掃描范圍為5°～80°，以4°/min的掃描速率記錄X射線衍射圖譜。

1.3.2.3 掃描電子顯微鏡觀察

將KGM及不同脫乙酰度的DKGM樣品粉末粘在導電膠上，抽真空，噴金。使用掃描電子顯微鏡在高壓3 kV、電流30 mA、分辨率3.5 nm、放大倍數500～2000 倍的條件下觀察。

1.3.2.4 黏度測定

參考李美英[20]的方法。分別稱取1.0 g KGM及不同脫乙酰度的DKGM樣品，加入100 mL蒸餾水。室溫攪拌2 h使其溶脹均勻，每隔30 min測定一次溶液黏度，重復測定直至黏度計讀數達到最大值并開始明顯下降為止。

1.3.2.5 持水力測定

參考李美英[20]的方法。精確稱量300 mg樣品加入10 mL蒸餾水中，混勻后室溫靜置1 h。4000 r/min離心20 min，棄掉上清液，用濾紙吸干殘余水分后稱其濕質量。按式（2）計算持水力，以每克樣品所保持水的質量計。

式中：m1為稱量的樣品質量/g；m2為樣品濕質量/g。

1.3.2.6 熱穩定性測定

參考Li Jiwei等[21]的方法。將制得的KGM及不同脫乙酰度的DKGM樣品，在氮氣條件下，以10 ℃/min的速率從30 ℃升溫到500 ℃。

1.3.3 涼皮制作

稱取100 g面粉，加入50 g蒸餾水，揉成光滑面團，室溫下靜置30 min。用5000 mL蒸餾水分4 次進行洗面，將得到的淀粉溶液沉淀8 h后排掉上部清水，余下濃漿300 g（水分含量75.33%，淀粉含量17.99%）。將濃漿均勻分成5 等分，分別加入質量分數為0%、0.5%、1%、2%和3%的DKGM（脫乙酰度72.70%），攪拌30 min，備用。將溶液倒入圓盤中，水開后高溫蒸煮3 min，取出圓盤，放入冰水中冷卻至室溫，隨后揭下涼皮。

1.3.4 涼皮質構性質測定

參考Zhang Fusheng等[22]的方法，并略作修改。涼皮樣品切成直徑2 cm、厚度2 mm的圓片，采用TA-XT Plus物性測試儀進行測定，測定模式TPA，探頭型號P/36R，觸發類型為Auto。測定條件：測前速率2 mm/s，測試速率1 mm/s，測后速率1.00 mm/s，壓縮程度30.0%，觸發力5.0 g，時間間隔5.00 s，壓縮2 次。

1.3.5 體外消化特性測定

參考高增明等[23]的方法，并稍作修改。將5 mL 2×104U/mL豬胰腺α-淀粉酶與2 g 1×105U/g糖化酶溶于100 mL蒸餾水，2320×g離心10 min，取上清液，得到混合酶溶液。分別稱取10.0 g不同添加量的DKGM涼皮，加入100 mL蒸餾水打漿。取10.0 g漿液，分別加入25 mL乙酸鈉緩沖液（0.1 mol/L、pH 5.2）、5 mL混合酶溶液，置于37 ℃振蕩水浴鍋中孵育。分別在第0、20、40、60、90、120、180分鐘取1 mL水解物，加入20 mL 95%乙醇溶液滅酶處理，2320×g離心10 min。采用3,5-二硝基水楊酸法測定葡萄糖含量，取上清液2 mL，加入1.5 mL 3,5-二硝基水楊酸溶液，沸水浴5 min，定容至25 mL，在520 nm波長處測定吸光度。以葡萄糖為標準品作標準曲線，按照下列公式分別計算快速消化淀粉（rapidly digestible starch，RDS）、慢速消化淀粉（slowly digestible starch，SDS）和抗性淀粉（resistant starch，RS）含量和淀粉水解速率：

式（3）～（6）中：m20為淀粉酶水解20 min產生的葡萄糖質量/mg；m120為淀粉酶水解120 min產生的葡萄糖質量/mg；mTS為樣品中總淀粉質量/mg；mG為淀粉酶水解處理前游離葡萄糖質量/mg。

1.4 數據處理

2 結果與分析

2.1 不同脫乙酰度DKGM的紅外光譜分析

由圖1可知，1735 cm-1附近是KGM乙酰基上—C＝O的特征伸縮振動峰，可用于表征乙酰基的存在[24]。從KGM到DKGM1、DKGM2、DKGM3的過程中，1735 cm-1附近吸收峰強度逐漸減弱，即吸收峰強度與脫乙酰度呈反比。此外，隨著脫乙酰度增加，DKGM中3500 cm-1附近羥基伸縮振動的吸收峰，逐漸變寬并向低波數移動（3400 cm-1），表明KGM分子間形成了更多的氫鍵[25]。除上述特征峰外，DKGM中的其他峰幾乎沒有變化，說明反應前后分子鏈結構基本保持不變。該結果與羅媛[26]和Solo-de-Zaldívar[27]等的研究結果一致。

圖1 不同脫乙酰度DKGM的紅外光譜圖Fig.1 Infrared spectra of DKGM with different deacetylation degrees

2.2 不同脫乙酰度DKGM的X射線衍射圖譜分析

由圖2可知，KGM在2θ20°附近出現一個寬衍射峰，表明KGM是一種無定型的非晶態物質，與Xu等[28]的研究結果一致。經脫乙酰改性后，在2θ11.96°、20.07°附近觀察到兩個衍射峰，且峰強度隨著脫乙酰度的增大呈增大趨勢，表明脫乙酰后KGM的晶體結構發生改變。該現象可能是由于DKGM體系空間位阻減小，更易于分子內和分子間的締和[11]。

圖2 不同脫乙酰度DKGM的X射線衍射圖譜Fig.2 XRD patterns of DKGM with different deacetylation degrees

2.3 不同脫乙酰度DKGM的微觀形貌

由圖3可知，KGM脫乙酰基團前后的微觀形貌存在明顯差異。KGM顆粒表面相對光滑平整，呈不規則形狀；而DKGM顆粒形貌發生改變，表面變得相對粗糙，出現紋理清晰的溝槽，且隨著脫乙酰度的增大，DKGM顆粒結構被破壞得更加明顯，出現一些孔洞，即乙酰基對維持KGM的微觀結構至關重要。

圖3 不同脫乙酰度DKGM的掃描電鏡圖Fig.3 SEM micrographs of DKGM with different deacetylation degrees

2.4 不同脫乙酰度DKGM的持水力和黏度分析

由表1可知，KGM的黏度和持水力均隨脫乙酰度的增大而降低。研究表明，乙酰基的存在使KGM具有良好的水溶性[29]。乙酰基存在時，會產生空間位阻效應，從而阻礙KGM分子間氫鍵的締合，使其形成具有空隙的雙螺旋結構，增強持水性。而DKGM的雙螺旋結構被破壞，螺條相互交織成網狀結構，分子鏈聚集，導致其持水性下降[30]。多糖的黏度通常與其分子質量有關，脫乙酰度越高，DKGM黏度越低。此外，因DKGM親水性下降而使分子構象不能充分擴展，從而降低其黏性，這與Ouyang Dongmei等[19]的研究結果一致。

表1 不同脫乙酰度DKGM的黏度和持水力Table 1 Viscosity and WHC of DKGM with different deacetylation degrees

2.5 不同脫乙酰度DKGM的熱穩定性分析

由圖4可知，KGM和DKGM在30～200 ℃范圍內的質量損失基本一致，主要是因為其水分含量基本相同。KGM熱分解溫度在200 ℃左右，而DKGM熱分解溫度在260 ℃左右，即脫去乙酰基可有效提高KGM的熱穩定性。在250～320 ℃范圍內，DKGM的質量損失低于KGM，且DKGM1的質量損失低于DKGM3，DKGM2的質量損失與DKGM3基本相等，這可能是脫乙酰度越大，DKGM持水性越弱，結合水越易喪失。在320～500 ℃范圍內，質量損失歸因于樣品的分解[31]；DKGM的最終質量損失小于KGM，且DKGM3比KGM最終質量損失減少了18.30%，這是由于KGM脫去乙酰基后，空間位阻減小，線性結構轉變為微球狀，分子鏈相互纏繞使內部結構更致密，從而提高DKGM的熱穩定性。

圖4 不同脫乙酰度DKGM的熱重變化圖Fig.4 Thermogravimetric curves of DKGM with different deacetylation degrees

2.6 添加DKGM對涼皮質構特性的影響

如表2所示，加入脫乙酰度72.20%的DKGM后，涼皮的硬度、咀嚼性和黏聚性呈相似趨勢，均整體呈隨DKGM添加量的增加而降低的趨勢；彈性（除2%添加量）和內聚性隨著DKGM添加量的增加無顯著變化趨勢，當添加量為3%時，兩者與未添加DKGM相比均無顯著變化（P＞0.05），與豁銀強等[32]的結果類似。研究發現，淀粉凝膠的硬度與直鏈淀粉密切相關[33]，隨著DKGM的添加，直鏈淀粉分子間相互作用受到抑制，從而使淀粉分子與DKGM互相纏繞，降低凝膠強度，形成質地柔軟的凝膠，提升涼皮口感。此外，隨著乙酰基的脫除，KGM的高黏度特征喪失，涼皮整體的黏聚性下降，使涼皮更加爽口。

表2 脫乙酰度72.20%的DKGM對涼皮質構特性的影響Table 2 Effects of DKGM with degree of deacetylation of 72.20% on textural properties of cold noodles

2.7 添加DKGM對涼皮體外消化特性的影響

人體餐后血糖升高取決于RDS含量，RS和SDS可控制血糖指數的升高，其中RS含量升高表明抗消化性能增加[34]。如表3所示，添加脫乙酰度72.20%的DKGM后，RDS、SDS和RS含量均發生變化。隨DKGM添加量的增加，RDS含量由50.94%降低到28.03%，RS含量由23.20%增加到58.62%，說明DKGM能夠降低小麥淀粉的消化性，且存在一定的劑量關系。這可能是DKGM與小麥淀粉通過氫鍵結合，覆蓋在小麥淀粉顆粒表面，從而抑制了淀粉糊化，導致RDS含量降低，RS含量升高；與此同時，DKGM附著在淀粉顆粒表面，阻礙了淀粉酶和α-葡萄糖苷酶與淀粉顆粒接觸，使可消化的淀粉相對減少[35]。除此之外，DKGM本身是一種α-葡萄糖苷酶抑制劑，能夠與淀粉競爭性地與α-葡萄糖苷酶結合，從而抑制淀粉的消化。

表3 脫乙酰度72.20%的DKGM對涼皮體外消化特性的影響Table 3 Effect of DKGM with degree of deacetylation of 72.20% on in vitro digestibility of cold noodles%

由圖5可知，水解0～60 min，所有樣品的淀粉水解率均隨消化時間的延長而增加，且添加DKGM涼皮的淀粉水解率低于空白組。此外，與空白組相比，水解60 min后，各組淀粉水解率相對趨于穩定，且添加3% DKGM的淀粉水解率低于其他組，說明DKGM限制了淀粉的消化。以上結果表明，高脫乙酰度DKGM的添加能夠明顯提高涼皮的抗消化能力。

圖5 DKGM對涼皮淀粉水解率的影響Fig.5 Effect of DKGM on the rate of starch hydrolysis in cold noodles

3 結論

不同脫乙酰度對KGM結構特性、黏度、持水力有明顯影響，且不同添加量DKGM（脫乙酰度為72.70%）對涼皮的質構、消化特性也有明顯改變。脫乙酰度越大，KGM在1735 cm-1處的乙酰基特征吸收峰強度越弱，結晶度越明顯，黏度和持水性越低。隨DKGM添加量的增加，涼皮的咀嚼性和黏聚性整體均呈下降趨勢，其體外消化產生的RDS含量降低，RS含量升高，表明DKGM的添加抑制了淀粉的水解，可明顯改善涼皮的口感和消化特性，提升口感，為DKGM在凝膠型淀粉類食品，如涼粉、腸粉等中的應用提供一定參考。本實驗分析了DKGM對涼皮質構和體外消化特性的影響，但其分子內的結構變化及分子間的作用機理還有待進一步研究。