林 麗，高雨晨，閆冰冰，夏姚姚，李圓圓，杜先鋒*

（1 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 合肥 230036 2 六安市食品藥品檢驗中心 安徽六安 237161）

淀粉作為膳食的重要組分，其消化性與糖尿病人的糖代謝和血糖應(yīng)答水平密切相關(guān)[1]。淀粉的消化速率受食物組分間相互作用的影響。在富含淀粉的食品體系中，蛋白質(zhì)是影響淀粉消化的重要組分[2]。大米蛋白質(zhì)的生物學(xué)價值高于其它主要谷物（小麥、玉米和大麥）。此外，大米蛋白通常被認(rèn)為是低致敏性的。近年來，較多研究關(guān)注蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物對淀粉消化性的影響，研究發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物對淀粉消化性的影響程度大于完整蛋白[3]。

超高壓加工是一種新興的非熱加工技術(shù)，可以用來開發(fā)高淀粉含量食物作為低能量食物中的脂肪替代品[4]。近年來，已有超高壓處理對各種植物源淀粉和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、物理和化學(xué)性質(zhì)影響的研究[5]。超高壓處理淀粉-脂肪酸復(fù)合物與淀粉-多酚復(fù)合物是目前的研究重點[6-7]。目前已利用超高壓處理技術(shù)獲得了改性淀粉、蛋白質(zhì)等單體[8-9]，而研究僅局限于超高壓對單一物質(zhì)的理化特性的影響，對淀粉和蛋白質(zhì)水解物復(fù)合體系的影響研究鮮見報道。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥淀粉，上海源業(yè)生物科技有限公司；大米蛋白質(zhì)，江西金農(nóng)生物科技有限公司；堿性蛋白酶（B8360），北京索拉比奧生物技術(shù)有限公司；淀粉酶（A109182）、糖化酶（A107823），上海阿拉丁生化科技有限公司；葡萄糖氧化酶、過氧化物酶（GOPOD），長春匯力生物技術(shù)有限公司。所用化學(xué)藥品均為分析純級。

1.2 儀器與設(shè)備

HHP-600 超高壓食品處理設(shè)備，中國包頭科發(fā)高壓食品加工公司；Nicoletteis is 50 傅里葉紅外光譜儀，美國賽默爾飛世爾公司；TTR-Ⅲ型X射線衍射儀，日本理學(xué)公司；Meso MR23-060H-I核磁共振分析儀，上海紐邁科技有限公司；RVA Super3 快速黏度分析儀，NEWPORT 科技公司；DHR-1 流變儀，美國TA 公司；真空冷凍干燥機(jī)，德國Christ 公司。

1.3 方法

1.3.1 超高壓處理WS/RPH 復(fù)合物的制備 大米蛋白質(zhì)經(jīng)堿性蛋白酶水解2 h 制備RPH2，RPH2再經(jīng)中性蛋白質(zhì)水解2 h 制備RPH4，水解度分別為10 和14。RPH2 和RPH4 與WS 以12%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的比例充分物理混合30 min。將混合物制備成質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的懸浮液，沸水浴20 min 后立即轉(zhuǎn)移到便攜式殺菌鍋（120 ℃，15 min），將制備好的復(fù)合凝膠迅速裝入聚丙烯袋中真空密封。分別在150，250，350，450 MPa 的壓力下，由高壓裝置處理懸液20 min。傳壓介質(zhì)為水，溫度為室溫，超高壓設(shè)備達(dá)到指定壓力時開始計時。制備的樣品標(biāo)記為WS-12%RPH2-150，WS-12%RPH4-150，WS-12%RPH2-250，WS-12%RPH4-250，WS-12% RPH2 -350，WS -12% RPH4 -350，WS -12%RPH2-450，WS-12%RPH4-450。處理完成后置于4 ℃冰箱老化3 d，結(jié)束后置于-80 ℃冰箱冷凍，真空冷凍干燥48 h，磨粉過100 目篩，儲存在干燥器中。

1.3.2 傅里葉變換紅外光譜（FTIR）測定 將一定量的KBr 粉磨碎，與樣品粉混合研磨，壓制成樣品薄片，收集紅外光譜儀400～4 000 cm-1的波數(shù)。采用Omnic8.0 軟件進(jìn)行光譜處理。為進(jìn)一步研究RPH 對WS 近程有序度的影響，對900～1 200 cm-1段的特征峰進(jìn)行反卷積。計算強(qiáng)度比（IR）分別為1 047/1 022 cm-1和10 22/995 cm-1。

1.3.3 X 射線衍射（XRD）測定 在進(jìn)行XRD 分析之前，將樣品在室溫下（相對濕度100%）平衡24 h。樣品的XRD 圖譜使用40 kV Cu Kα 輻射記錄。所有樣品均在2θ=5～50°的角度范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，掃描速度為8°/min。應(yīng)用MDI-Jade 6.0 軟件（Material Data Inc，Livermore，California，USA）計算淀粉的相對結(jié)晶度（RC）。

1.3.4 快速黏度分析 采用快速黏度分析儀（RVA）測定了WS/RPH 配合物的黏度特征值。將25.0 mL 去離子水和3.0 g 樣品混合粉末加入快速黏度分析儀的鋁筒中。測試程序設(shè)置如下：加熱之前，樣品在960 r/min 攪拌10 s 后，10 s 內(nèi)速度降低到160 r/min，在50 ℃保持10 s，然后加熱到95℃保持150 s，升溫和降溫的速度均為0.2 ℃/s。

1.3.5 復(fù)合凝膠的橫向弛豫時間測定 將制備的樣品（1.5 mL）置于玻璃瓶中密封。玻璃瓶在32 ℃水浴中平衡10 min 后放入核磁共振管中。選擇Q-FID 程序校準(zhǔn)LF-NMR 分析儀。選擇CPMG 序列作為測試序列?；芈晻r間（TE）為2 ms，回聲次數(shù)（NECH）為1 000 次，重復(fù)采集次數(shù)（NS）為8次，對得到的反演圖像進(jìn)行分析。

1.3.6 動態(tài)流變性的測定 取超高壓處理后的凝膠樣品置于流變儀測定平臺上。測定間隙設(shè)置為1 000 μm，測量溫度設(shè)置為25 ℃，測定0.1～10 Hz掃描頻率范圍內(nèi)G′、G″的變化。

本文旨在利用數(shù)據(jù)緩存Redis和SSM集成框架搭建一種適用于盾構(gòu)機(jī)數(shù)據(jù)處理運用的系統(tǒng)，對此在盾構(gòu)機(jī)數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的分層設(shè)計。整個系統(tǒng)基于B/S模式進(jìn)行開發(fā)，而盾構(gòu)數(shù)據(jù)通過機(jī)載的數(shù)據(jù)采集器用PLC采集得來，需要解包、轉(zhuǎn)換、緩存和持久化。因此整個系統(tǒng)的工作流程是先將機(jī)載系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)解析后進(jìn)入Redis，然后按照前端請求進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)請求響應(yīng)，同時將盾構(gòu)固有數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)同步存儲到MySQL中，為后續(xù)的故障預(yù)測、數(shù)據(jù)分析等大量數(shù)據(jù)運用處理過程事務(wù)提供數(shù)據(jù)源。所以根據(jù)數(shù)據(jù)流動和功能劃分，本文將整個系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)分為數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和表示層[9]，如圖1。

1.3.7 淀粉體外消化率的測定 體外消化試驗按照Englyst 等[10]建立的方法進(jìn)行。200.0 mg 的樣品與乙酸鈉緩沖液（15.0 mL，pH 5.2）渦流混合，沸水浴糊化15 min。將混合酶溶液（10.0 mL）加入每個樣管中，充分渦旋，置于37 ℃水浴中，磁力攪拌并準(zhǔn)確計時。在消化反應(yīng)0，20，120 min 時，取1.0 mL 樣品于離心管中，加入4.0 mL 無水乙醇。用GOPOD 法測定離心（4 000 r/min，20 min）后上清液中葡萄糖含量。WS/RPH 配合物的快消化淀粉（RDS）、慢消化淀粉（SDS）、抗性淀粉（RS）的計算公式如下：

式中，G0——酶解前淀粉懸浮液中游離葡萄糖含量（mg）；G20——淀粉水解20 min 酶解物中葡萄糖含量（mg）；G120——淀粉水解120 min 酶解物中葡萄糖含量（mg）；M——樣品質(zhì)量（mg）。

2 結(jié)果與分析

2.1 超高壓處理WS/RPH 復(fù)合物的紅外光譜圖

可通過紅外光譜鑒定淀粉衍生的官能團(tuán)，每個官能團(tuán)相關(guān)的特征吸收峰僅出現(xiàn)在特定范圍內(nèi)，并且每個官能團(tuán)的吸收頻率受大米水解蛋白的添加量及超高壓處理的壓力條件等某些因素的影響[11]。WS、WS-12%RPH、經(jīng)超高壓處理的WS-12%RPH 獲得的紅外吸收光譜如圖1 所示。HHP處理后，WS/RPH 復(fù)合物沒有顯示出額外的吸收峰，說明超高壓處理并沒有使體系產(chǎn)生新的化學(xué)鍵。然而，現(xiàn)有峰的強(qiáng)度發(fā)生了變化。3 400 cm-1處的特征峰代表-OH 締合氫鍵的對稱伸縮振動峰[12]。在FTIR 光譜中，波數(shù)1 047 cm-1附近的吸收峰與淀粉的晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)，1 022 cm-1附近的吸收峰與無定形結(jié)構(gòu)有關(guān)，在1 047 cm-1和1 022 cm-1處的吸收峰強(qiáng)度比值R1047/1022 可用于表征樣品的短程有序結(jié)構(gòu)。較大的值表示有序性越高。R1022/995 值可以反映雙螺旋結(jié)構(gòu)的變化[13]。150，250，350 MPa 處理WS/RPH 體系后，3 400 cm-1吸收峰發(fā)生了輕微的藍(lán)移，說明體系由于超高壓條件處理后，分子結(jié)構(gòu)更加緊密，分子間產(chǎn)生相互作用增加，氫鍵作用力增強(qiáng)。表1 顯示了超高壓處理后WS 和WS/RPH 復(fù)合物的R1047/1022 和R1022/955 值。結(jié)果表明，150，250，350 MPa 處理增加了WS/RPH 復(fù)合物的R1047/1022 值，WS-12%RPH2-250 和WS-12%RPH4-250 的R1047/1022 值分別為0.89 和0.86，與WS 相比顯著增加（P＜0.05）。當(dāng)壓力增加到450 MPa 時，復(fù)合物的R1047/1022 值降低，而依舊比WS 高，這與XRD計算的結(jié)晶度結(jié)果一致。復(fù)合物在150～350 MPa處理后R1022/995 值最小。這些結(jié)果表明WS-12%RPH-350 復(fù)合體系中短程有序結(jié)構(gòu)和雙螺旋結(jié)構(gòu)較多[14]。據(jù)推測，RPH 通過氫鍵與小麥淀粉相互連接，對小麥淀粉的結(jié)晶區(qū)具有保護(hù)作用。同時，超高壓處理對WS 和RPH 結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響進(jìn)一步改變其相互作用，合適的壓力條件下，復(fù)合物中淀粉與水解蛋白的氫鍵作用增強(qiáng)，老化過程中淀粉的共結(jié)晶范圍增大，從而使復(fù)合物的有序性增加。在450 MPa 處理后，復(fù)合體系的R1047/1022值下降，表明短程有序結(jié)構(gòu)和雙螺旋結(jié)構(gòu)下降，這是因為過高的壓力會破壞淀粉分子內(nèi)及蛋白質(zhì)水解物與淀粉間的相互作用。

圖1 超高壓處理WS/RPH 復(fù)合物的傅里葉變換紅外光譜和反卷積傅里葉變換紅外光譜Fig.1 Fourier transform infrared spectroscopy and deconvolution Fourier transform infrared spectroscopy of WS/RPP complexes after HPP

表1 超高壓處理后WS/RPP 復(fù)合物的1 047/1 022 cm-1 和1 022/995 cm-1 強(qiáng)度比Table 1 1 047/1 022 cm-1 and 1 022/995 cm-1 strength ratios of WS/RPP complexes after HPP

2.2 超高壓處理WS/RPH 復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)

圖2 為小麥淀粉和WS/RPH 復(fù)合物經(jīng)超高壓處理并老化后的X-衍射圖譜，加入RPH 后未出現(xiàn)新的衍射峰，說明RPH 對復(fù)合物的晶體類型沒有影響。同時可以看出，HPP 對WS/RPH 復(fù)合體系的晶型也沒有影響。添加12%RPH 的復(fù)合物的相對結(jié)晶度高于WS。WS-12%RPH2 樣品進(jìn)行350 MPa 處理后，相對結(jié)晶度增加到17.185%（P＜0.05）。這可能是由于壓力的壓縮增韌效應(yīng)，350 MPa 壓力處理加強(qiáng)了分子間的相互作用，支鏈淀粉分子鏈上的羥基通過氫鍵形成新的雙螺旋結(jié)構(gòu)，晶體結(jié)構(gòu)得到改善[15]。也可能是因為超高壓處理進(jìn)一步破壞了淀粉顆粒，RPH 更容易與淀粉結(jié)合，使復(fù)合物中的共結(jié)晶現(xiàn)象更廣泛[16-17]。

圖2 超高壓處理WS/RPH 復(fù)合物的X-衍射圖Fig.2 X-ray diffraction pattern of WS/RPP complexes after HPP

2.3 超高壓處理WS/RPH 復(fù)合物的糊化特性

研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合物的糊化特性受超高壓處理的影響顯著（表2）。隨著超高壓處理壓力的增加，樣品的糊化時間推遲。與WS 相比，超高壓處理樣品的峰值黏度顯著降低（P＜0.05），說明超高壓處理對水解蛋白及淀粉結(jié)構(gòu)的處理促進(jìn)了其相互作用，使復(fù)合物的結(jié)構(gòu)更加致密。同時，超高壓促進(jìn)復(fù)合物產(chǎn)生的共結(jié)晶現(xiàn)象在老化過程中進(jìn)一步增強(qiáng)，形成較緊密結(jié)構(gòu)[18]。崩解值主要反映了當(dāng)加熱和施加剪切力時淀粉顆粒的穩(wěn)定性。WS/RPHHHP 復(fù)合物的崩解值顯著低于WS 與WS-RPH（P＜0.05）。崩解值的降低表明超高壓處理使WS與RPH 結(jié)合更加致密，這可能導(dǎo)致浸出的直鏈淀粉減少[19]。

表2 HPP 對WS/RPP 復(fù)合物糊化特性的影響Table 2 Effect of HPP on gelatinization properties of WS/RPH complexes

2.4 超高壓處理WS/RPH 復(fù)合物的水分分布分析

低場核磁共振技術(shù)（LF-NMR）用于測量氫分子的自旋-自旋弛豫和遷移率，它是分析淀粉凝膠中質(zhì)子弛豫的實用工具。信號來自樣品中的所有質(zhì)子，因此可以很好地表達(dá)質(zhì)子的分布和遷移率[20]。利用LF-NMR 技術(shù)分析復(fù)合物的水分分布、水分子存在形式及水分遷移情況。試驗測定了4℃老化過程中樣品的水分分布，圖4 分別為第1，3，7，15 天的結(jié)果。

圖4 超高壓處理WS/RPH 復(fù)合物凝膠的弛豫時間譜圖Fig.4 Relaxation time spectra of WS/RPP complexes gel after HPP

LF-NMR 技術(shù)測量中得到自旋-自旋弛豫時間，又稱為橫向弛豫時間，用T2表示。復(fù)合物超高壓處理后的LF-NMR 弛豫測定結(jié)果顯示，復(fù)合物中的水大致分為3 種相態(tài)：結(jié)合水、不易流動水以及自由水3 個區(qū)段[21]。氫質(zhì)子受束縛越大或自由度越小，T2弛豫時間越短，在T2譜上峰位置較靠左；反之則T2弛豫時間越長，在T2譜上峰位置較靠右。所以弛豫時間可以間接表明水分的自由度[22]。

總體來看，超高壓處理后復(fù)合物弛豫時間縮短，水分流動性減弱。此外，不同壓力處理的復(fù)合物信號幅度變化程度不同。信號幅度代表質(zhì)子密度，信號幅度下降也說明水分流動性減弱[23]。弛豫圖上每個樣品對應(yīng)的峰面積占比反映了相應(yīng)的水分含量的變化，可以發(fā)現(xiàn)超高壓處理樣品的水分活度減小。較高壓力下自由水含量減少的現(xiàn)象尤為明顯，450 MPa 時下降至最小值。壓力處理后各組分峰的位置向左移動，自由水向結(jié)合水轉(zhuǎn)化，均說明水分子與蛋白質(zhì)分子、淀粉分子的相互結(jié)合作用增強(qiáng)，水的自由度降低，水分流動性減弱[24-25]。此外，在高壓條件下，水被迫進(jìn)入淀粉顆粒并增加了它們的水合程度。這主要是通過HPP 對淀粉層狀和晶格結(jié)構(gòu)的影響來實現(xiàn)的。雖然壓力引起的壓縮會降低淀粉層狀距離和晶格空間，但在預(yù)糊化處理后，水已經(jīng)滲透到層狀塊中。水遷移后，層狀距離和晶格空間均增加[11]。擴(kuò)散的水被高壓截留在淀粉晶體結(jié)構(gòu)中，這是超高壓處理樣品水分活度降低的另一個原因。

2.5 HPP 處理WS/RPH 復(fù)合物的動態(tài)流變行為

淀粉糊凝膠體系的黏彈性與淀粉基食品的實際應(yīng)用性能有關(guān)，通過動態(tài)流變試驗可測定黏彈性的大小。G′為彈性模量，反映的是體系的彈性性質(zhì)，即固體行為能力，G″為損耗模量，反應(yīng)的是體系的黏性特征，即體系的流體特性[26]。

超高壓處理下的WS/RPH 復(fù)合體系的動態(tài)黏彈性如圖5 所示。從圖中可以看出，小麥淀粉的彈性模量G′和損耗模量G″最低，小麥淀粉及所有復(fù)合體系的G′和G″都具有頻率依賴性，且每個樣品的G′都大于其對應(yīng)的G″，表現(xiàn)為一種典型的弱凝膠行為[27]。相對單獨的淀粉體系而言，添加RPH后，復(fù)配體系凝膠的G′和G″略微增加，然而隨著超高壓處理壓力的增大而明顯增加，說明超高壓處理提高了復(fù)合物的黏彈性。HPP 條件處理下的復(fù)合物相較于對照組，G′和G″明顯增加，其中最高為WS-12%RPH2-350 和WS-12%RPH4-450。隨著頻率升高，G′和G″也逐漸升高。造成這種現(xiàn)象的原因可能是淀粉和RPH 之間發(fā)生氫鍵相互作用，分子鏈纏結(jié)點增多，從而增強(qiáng)復(fù)合凝膠體系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。并且后續(xù)的超高壓處理可以增強(qiáng)淀粉與RPH 的相互作用，從而促進(jìn)復(fù)合凝膠體系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成[28]。

圖5 超高壓處理WS/RPH 復(fù)合體系的動態(tài)模量Fig.5 Dynamic modulus of high presser processed WS/RPH complexes

2.6 激光共聚焦測定結(jié)果分析

復(fù)合物的CLSM 染色圖像如圖6 所示。復(fù)合物中的小麥淀粉用尼羅藍(lán)標(biāo)記（第3 列圖，標(biāo)記為-3），蛋白質(zhì)用尼羅紅染料標(biāo)記（第2 列圖，標(biāo)記為-2）。重疊圖像（第1 列圖，標(biāo)記為-1）中的深色區(qū)域表示淀粉與蛋白質(zhì)之間形成復(fù)合物。

圖6 超高壓處理WS/RPH 復(fù)合物的激光共聚焦染色圖像Fig.6 Laser confocal staining images of WS/RPH complexes after HPP

染色圖像顯示RPH 嵌入淀粉內(nèi)部，原因是蒸煮過程中淀粉顆粒崩解，從而使RPH 滲入顆粒內(nèi)部。疊加圖像顯示，酶促水解的大米蛋白質(zhì)可以嵌入淀粉內(nèi)部，并在淀粉表面形成一層涂層，即蛋白質(zhì)通過這兩種方式與淀粉相互作用。蛋白質(zhì)與淀粉的相互作用導(dǎo)致形成淀粉的涂層阻淀粉葡糖苷酶的作用[29]。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，水熱處理后蛋白質(zhì)在淀粉中分布不均勻，有團(tuán)聚現(xiàn)象。而超高壓處理樣品中蛋白質(zhì)在淀粉中分布均勻。這是由于高壓作用下，蛋白質(zhì)和淀粉結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，促進(jìn)蛋白質(zhì)滲入淀粉團(tuán)內(nèi)部，相互作用增強(qiáng)，這與本試驗對RDS 含量測定和RVA 研究結(jié)果的解釋一致。

2.7 HPP 處理WS/RPH 復(fù)合物的體外消化模擬

超高壓處理后的WS/RPH 復(fù)合物的水解曲線如圖7 所示。RDS、SDS、RS 水平如表3 所示。水解率隨消化時間的延長而增加。小麥淀粉RDS、SDS和RS 含量分別為54.85%，15.08%，30.07%。添加12%RPH 后，水解率和RDS 含量顯著降低（P＜0.05）。HHP 處理后，復(fù)合物的水解速率和RDS 含量進(jìn)一步降低，RS 和SDS 水平進(jìn)一步升高。然而在450 MPa 條件下，WS-12%RPH4 復(fù)合物的RDS 含量顯著增加，說明該條件下的超高壓處理使得一部分SDS 和RS 向RDS 轉(zhuǎn)變，可能是超高壓處理破壞了WS 與RPH 的結(jié)合力，并使得淀粉一部分由定形區(qū)轉(zhuǎn)變到無定形區(qū)，加快了WS/RPH 復(fù)合物的消化能力。結(jié)合前人的研究，超高壓處理后的結(jié)果表明，由于壓縮和增韌效應(yīng)，復(fù)合物的穩(wěn)定性提高，導(dǎo)致體外消化率顯著降低[30]。在壓強(qiáng)較高的條件下，WS 與RPH 的結(jié)合通過外力作用得到提升，分子間結(jié)構(gòu)重排，由無定形區(qū)轉(zhuǎn)到定形區(qū)，定形區(qū)域的含量增加，從而延緩了其消化性[31]。

圖7 HPP 處理后的WS/RPH 復(fù)合物的水解曲線Fig.7 Hydrolysis curve of WS/RPH complexes treated by HPP

表3 HPP 對WS/RPH 復(fù)合物淀粉體外消化率的影響Table 3 Effect of HPP on starch digestibility of WS/RPH complexes in vitro

3 討論

到目前為止，超高壓處理技術(shù)對淀粉和蛋白質(zhì)水解物復(fù)合體系影響的研究未有報道，本試驗驗證了350 MPa 處理可以促進(jìn)RPH 進(jìn)入淀粉內(nèi)部，增強(qiáng)復(fù)合物內(nèi)部分子間相互作用，提高淀粉分子的有序性，降低水分流動性，增加黏彈性，這些影響使復(fù)合物的體外消化性降低。本研究發(fā)現(xiàn)超高壓具有進(jìn)一步降低淀粉蛋白質(zhì)復(fù)合物消化性的潛力，也為超高壓處理在低消化性食品生產(chǎn)中的應(yīng)用提供了思路。