几种外源植物蛋白对小麦淀粉特性的影响及作用机制研究

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淀粉是人们日常膳食的主要成分,与食品中其他成分之间的相互作用会影响淀粉类食品的整体品质。蛋白质作为食品中另一主要成分,它与淀粉的相互作用不仅能够改善食品的营养特性也会影响淀粉类食品的整体质量。本文研究了不同浓度的几种外源植物蛋白(燕麦蛋白、藜麦蛋白、黑豆蛋白、扁豆蛋白)对小麦淀粉理化特性、消化特性的影响并进一步探究了蛋白质与淀粉的作用机制,为糖尿病患者功能性食品的开发提供理论支持。首先,从几种外源植物蛋白对小麦淀粉理化性质的影响入手,研究了蛋白质对小麦淀粉糊化过程中粒径、溶解度、直链淀粉析出量、糊化特性的影响以及回生、冻融稳定性、质构、微观结构的变化。实验结果表明:几种外源植物蛋白均显著降低了体系中直链淀粉的析出量,增大了溶解度和粒径(p<0.05)。由DSC结果可知,几种外源植物蛋白的加入使得蛋白质-淀粉混合物的糊化起始温度T0和相变终止温度Tc升高,相变峰值温度Tp略有增加,糊化焓值ΔHg显著降低。说明这几种蛋白质均能抑制淀粉的糊化。其中黑豆蛋白能显著抑制淀粉的回生,当黑豆蛋白添加量为20%时,能将小麦淀粉的回生焓值从11.87%降至2.59%。而燕麦蛋白、藜麦蛋白和扁豆蛋白则能显著增大小麦淀粉的回生焓值,促进淀粉的回生(p<0.05)。黑豆蛋白和扁豆蛋白能显著降低小麦淀粉的析水率,改善小麦淀粉的冻融稳定性,燕麦蛋白则提高了小麦淀粉的析水率,藜麦蛋白对小麦淀粉的析水率无显著性影响(p<0.05)。激光共聚焦显微镜结果表明,几种外源植物蛋白中燕麦蛋白和藜麦蛋白在淀粉颗粒表面形成了物理屏障,黑豆蛋白和扁豆蛋白主要与小麦淀粉糊化过程中析出的直链淀粉发生相互作用。其次,从几种外源植物蛋白对淀粉消化的影响入手,通过体外模拟消化研究了不同浓度的蛋白质(燕麦蛋白、藜麦蛋白、黑豆蛋白、扁豆蛋白)对小麦淀粉消化特性的影响,几种外源植物蛋白的添加导致小麦淀粉的水解率明显下降,随着蛋白质添加量增大快消化淀粉含量(RDS)减少,慢消化淀粉含量(SDS)和抗性淀粉含量(RS)均增加。水解动力学参数表明,与纯小麦淀粉相比,添加外源植物蛋白后小麦淀粉水解的平衡浓度C∞和k值均呈下降趋势,燕麦蛋白和黑豆蛋白添加量为40%时,分别将预测血糖值降低至84.98和84.62。另外,几种外源植物蛋白中燕麦蛋白、藜麦蛋白和黑豆蛋白对α-淀粉酶的活性具有抑制作用,黑豆蛋白和扁豆蛋白对α-葡萄糖苷酶的活性具有抑制作用,其中黑豆蛋白对α-淀粉酶活性具有较强的抑制有用,且随蛋白质添加浓度的增加抑制效果逐渐增强。因此,进一步探究了黑豆蛋白中两种主要组分(7S球蛋白和11S球蛋白)对α-淀粉酶活性的影响,结果表明,分离后的两种黑豆球蛋白对α-淀粉酶活性的抑制作用明显增强,且随蛋白质添加浓度的增加抑制效果逐渐增强。其中7S球蛋白以非竞争性方式抑制α-淀粉酶活性,添加浓度为20 mg/m L时对酶的抑制率达到69.08%,IC50为10.12 mg/m L。11S球蛋白当添加量达到15 mg/m L时抑制效果不再随添加量的增加而增强,且抑制率也没有7S球蛋白的抑制率高。最后,从几种外源植物蛋白和小麦淀粉的相互作用入手,通过红外光谱、荧光光谱、紫外光谱、同步荧光光谱和原子力显微镜等结合的方法研究了外源植物蛋白和小麦淀粉的相互作用机理。红外光谱表明几种外源植物蛋白与淀粉之间均没有共价键形成。荧光光谱结果表明外源植物蛋白与淀粉之间发生了结合导致荧光的改变。热力学参数的结果分析表明几种外源植物蛋白与小麦淀粉之间的结合过程是自发的,且都只有一个结合位点,燕麦蛋白与淀粉相互作用的主要驱动力是静电相互作用;藜麦蛋白和黑豆蛋白与淀粉间的主要驱动力是范德华力和氢键;扁豆蛋白和淀粉相互作用的主要驱动力为疏水相互作用。紫外光谱和同步荧光光谱表明,淀粉与蛋白质混合能改变蛋白质的二级结构及氨基酸残基所处的微环境,且淀粉对色氨酸的荧光强度的影响大于酪氨酸,说明淀粉与蛋白质的结合位点可能更接近于色氨酸。碘结合力和原子力显微镜结果表明,几种外源植物蛋白主要通过直链淀粉与小麦淀粉发生相互作用,与支链淀粉的相互作用较弱。
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