α-淀粉酶體外酶解三種不同加工處理玉米中淀粉消化性的比較研究

楊景燾，趙 芳，劉 振，楊開倫

(新疆農業(yè)大學/新疆肉乳用草食動物營養(yǎng)重點實驗室，烏魯木齊　830052)

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α-淀粉酶體外酶解三種不同加工處理玉米中淀粉消化性的比較研究

楊景燾，趙 芳，劉 振，楊開倫

(新疆農業(yè)大學/新疆肉乳用草食動物營養(yǎng)重點實驗室，烏魯木齊830052)

【目的】通過體外酶解實驗，研究粉碎、蒸汽壓片和膨化加工方式對玉米淀粉消化性的影響。【方法】用α-淀粉酶分別對粉碎、蒸汽壓片及膨化加工處理后的玉米進行8 h的酶解，測定酶解過程中各時間點，還原糖生成量、每小時凈還原糖產生量及玉米中直鏈淀粉和支鏈淀粉的消化量與消化率等指標?！窘Y果】8 h內產生還原糖總量，膨化加工方式高于蒸汽壓片加工19.8%，高于粉碎加工65.6%；直鏈淀粉和支鏈淀粉累積消化量分別高于蒸汽壓片加工53.2%和92.2%；高于粉碎加工125.2%和253.7%?！窘Y論】蒸汽壓片加工與膨化加工均可以提高玉米淀粉利用率，且膨化加工提高最為顯著(P<0.05)。

體外酶解法；α-淀粉酶；粉碎玉米；蒸汽壓片玉米；膨化玉米

0　引 言

【研究意義】玉米是我國畜牧生產中最常用的能量飼料之一。在玉米籽實中70%以上為淀粉，其中直鏈淀粉約占27%，支鏈淀粉約占73%。所以，提高玉米中淀粉的利用率是改善玉米營養(yǎng)價值的一個有效途徑?！厩叭搜芯窟M展】玉米淀粉主要以淀粉顆粒形態(tài)緊密排列在胚乳中，各淀粉鏈間以氫鍵結合，有序排列形成結晶區(qū)。小腸是淀粉主要的消化場所。在小腸內，淀粉通過被α-淀粉酶酶解，生成還原糖的形式被消化吸收。因此，α-淀粉酶的敏感性決定了淀粉的消化性能，而淀粉顆粒的結晶結構類型又影響α-淀粉酶的敏感性[1-4]。Wheeler 等[5]研究認為改善淀粉顆粒的物理結構可以改善淀粉在小腸內的消化。通過適當?shù)募庸ぬ幚砜梢愿淖兊矸鄣慕Y構，引起淀粉類型的改變，提高淀粉的利用率。Hale[6]總結了干處理、濕處理兩大類共18種飼料加工處理方法。Nocek和Tammiga將谷物飼料的加工手段分為物理方法和物理化學方法，物理方法主要包括對干燥谷物進行裂解、粉碎、滾壓和制粒；物理化學方法是指用熱水和加熱相結合的方法處理谷物使其糊化[7]?！颈狙芯壳腥朦c】每種處理方法在加工手段上的差異都會使飼料淀粉的消化特性發(fā)生改變。目前，玉米的生產加工方式主要有粉碎、制粒、蒸汽壓片、水浸處理、焙燒、膨化、擠壓、碾壓等多種。粉碎加工在豬、雞單胃動物的配合飼料中較為常見，蒸汽壓片加工在反芻動物中應用較廣泛，而膨化加工主要應用于幼齡動物飼料中。此三種加工方式在畜牧生產中較有代表性，所以試驗選用這三種加工方式，即粉碎加工、蒸汽壓片加工、膨化加工。【擬解決的關鍵問題】通過α-淀粉酶體外酶解試驗,研究加工處理方式對玉米淀粉消化性的影響。

1 　材料與方法

1.1 材 料

粉碎玉米：新疆烏魯木齊市地區(qū)市面出售的玉米，過60目粉碎后，用球磨儀超微粉碎處理。

蒸汽壓片玉米：由山東省嘉祥縣創(chuàng)新牧業(yè)飼料有限公司提供，過60目粉碎后，用球磨儀超微粉碎處理。

膨化玉米：由河北省卓磊貿易有限公司藁城市恒宜植物蛋白廠提供，過60目粉碎后，用球磨儀超微粉碎處理。

1.2方 法

1.2 .1試驗設計

試驗采用α-淀粉酶一步水解法。準確稱取經超微粉碎的粉碎、蒸汽壓片、膨化加工處理的玉米樣品各0.6 g，分別按標記好的試驗組與對照組順序加入到三角瓶中(300 mL)，每個三角瓶加入0.05M、pH 7.2磷酸鹽緩沖液60 mL充分混勻。再加入1 mL α-淀粉酶溶液(12 mg/mL)。三角瓶放入恒溫水浴搖床內培養(yǎng)，溫度為37℃，振蕩速率為100 r/min。分別在反應的第0、0.5、1、2、4、6和8 h時間點吸取樣品液，放入沸水浴中滅活5 min后，放入-20℃冰箱冷凍儲存，待測定，試驗重復3次。

1.2.2 測定指標1.2.2.1還原糖的測定[8]

采用DNS法測定粉碎玉米、蒸汽壓片玉米、膨化玉米加酶組與未加酶組各時間點的還原糖生成量。

DNS的配制：稱取91.0 g酒石酸鉀鈉溶解于500 mL 水中，加入3,5-二硝基水楊酸3.15 g ，NaOH 10.5 g，不斷攪拌，并小心加熱，溫度控制在45℃內，再加入2.5 g苯酚和2.5 g亞硫酸鈉攪拌均勻，冷卻至室溫后定容至1 000 mL，貯于棕色試劑瓶中，放置1周后使用。

還原糖標準曲線的制定：準確稱取100 mg分析純的無水葡萄糖(預先在105℃干燥至恒質量)，用少量蒸餾水溶解后，轉移至100 mL容量瓶中，定容至刻度，搖勻，濃度為1 mg/mL。取6支10 mL刻度試管，分別按表1添加試劑。將各管混合均勻，在沸水浴中加熱5 min，取出后立即冷卻到室溫，再從每管中吸取0.6 mL溶液于10 mL試管中，加入2.4 mL蒸餾水，混勻后在520 nm波長處測OD值。表1

表1還原糖標準曲線試劑加入量
Table 1 The standard curve of reducing sugar reagent dosage(mL)

項目Item123456葡萄糖標準Clucosestandard00.20.40.60.81.0蒸餾水Distilledwater1.00.80.60.40.20DNS溶液DNSsilution1.01.01.01.01.01.0

使用TU-1810分光光度計在520 nm波長下測定吸光度值。以還原糖含量為橫坐標，吸光度值為縱坐標繪制標準曲線。圖1

圖1 還原糖標準曲線
Fig. 1 The standard curve of reducing sugar

1.2.2.2 直鏈淀粉與支鏈淀粉的測定[9-12]

采用雙波長法測定粉碎玉米、蒸汽壓片玉米、膨化玉米加酶組與未加酶組各時間的點的支鏈淀粉、直鏈淀粉含量。

直鏈淀粉標準溶液：準確稱取10 mg直鏈淀粉標準品到10 mL硬質玻璃試管，加入1.5 mol/L NaOH溶液5 mL，置于沸水浴中待其完全溶解后冷卻，轉移到50 mL容量瓶中，加入1.5 mol/L HCl溶液5 mL后，用0.2 mol/L、pH 3.5乙酸-乙酸鈉緩沖液定容。

支鏈淀粉標準溶液：同直鏈淀粉標準溶液的配制。

直鏈淀粉標準曲線的制作：

取7支10 mL試管，分別按表2添加試劑。混勻后，避光靜置15 min后比色。表2

使用TU-1810分光光度計在測定波長615 nm、參比波長410 nm 下分別測定吸光度值。以吸光度差值△A=(A615 nm-A410 nm)為橫坐標，以直鏈淀粉含量為縱坐標繪制標準曲線。圖2

表2直鏈淀粉標準曲線試劑加入量
Table 2Amount of amylose reagent standard curve(mL)

項目Item123456直鏈淀粉標液Amylosestandardsolution00.10.20.40.71.0蒸餾水Distilledwater1.00.90.80.60.30乙酸-乙酸鈉緩沖液HAc-NaAc4.04.04.04.04.04.0碘試劑(ml)Iodinereagent0.20.20.20.20.20.2

圖2直鏈淀粉標準曲線
Fig. 2 The standard curve of amylose

支鏈淀粉標準曲線的制作：同直連淀粉標準曲線的制作。

使用TU-1810分光光度計在測定波長550 nm、參比波長750 nm 下分別測定吸光度值。以吸光度差值△A=(A550 nm-A750 nm)為橫坐標，以支鏈淀粉含量為縱坐標繪制標準曲線。圖3

圖3支鏈淀粉標準曲線
Fig. 3The standard curve of branched chain starch

1.3數(shù)據統(tǒng)計

試驗利用SPSS的ANOVA分析方法進行統(tǒng)計處理，各處理的平均數(shù)差異采用Duncan法進行比較。

表3不同加工方式對玉米粉還原糖的的累積生成量
Table 3Effects of different types of manufacturing corn meal on accumulation production of reducing sugar (mg)

時間點Time(h)玉米粉Cornflour蒸汽壓片玉米粉Steam-flakedcorn膨化玉米粉Extrudedcorn0.5h3.08±0.77b4.99±0.23a3.8±0.15b1h8.07±0.97c11.76±0.12b19.18±0.56a2h14.90±0.71c18.16±0.41b28.58±0.29a4h20.79±0.11c26.20±0.33b38.8±0.56a6h24.90±1.03c31.28±0.87b41.26±0.27a8h25.87±0.54c35.75±0.90b42.85±0.02a

注：肩注小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)，肩注小寫字母相同表示差異不顯著(P>0.05)，下同

Note：Different shoulder lowercase letters represent significant differences (P<0.05), the same shoulder lowercase letters denote no significant difference (P> 0.05)，the same as below

2 　結果與分析

2.1 加工方式對還原糖生成量的影響

淀粉被α-淀粉酶酶解后的主要產物為還原糖，因此產生還原糖的變化，可以在一定程度上反應出淀粉被酶解的情況。

結果表明，經過α-淀粉酶降解后，這三種加工方式處理的玉米均產生還原糖，且產生量在采樣時間段內，均呈遞增趨勢。膨化加工方式上升最明顯，其次為蒸汽壓片加工方式，最后為粉碎加工方式。表4

圖4 還原糖的累積生成量(mg/600 mg底物)
Fig.4 Reducing sugar accumulation plant (mg/600mg substrate)

以相鄰采樣時間點的累積還原糖產生量差值絕對值作為產生的凈還原糖，近似認為可被腸道吸收的糖，以提供能量。表4、圖5

膨化加工方式與蒸汽壓片加工方式處理玉米8 h內的累積還原糖產生量，都顯著高于粉碎方式處理的玉米(P<0.05)。膨化加工方式處理的玉米，8 h 內產生還原糖總量最多，高于蒸汽壓片方式處理玉米19.8%，高于粉碎方式處理玉米65.6%。蒸汽加工與膨化加工方式，提高了還原糖的生成量，且膨化加工提高效果更顯著(P<0.05)。表3，圖4

圖5 還原糖每小時凈生成量
Fig.5Reducing sugar per hour net quantity
表4還原糖每小時凈生成量(mg/600 mg底物)
Table 4 Reducing sugar per hour net quantity(mg/600 mg/ substrate)

時間點Time(h)粉碎玉米Cornflour蒸汽壓片玉米Steam-flakedcorn膨化玉米Extrudedcorn0.5h6.27±0.39c8.40±0.35b14.66±0.41a1h8.22±0.28c13.51±0.82b21.87±0.38a2h7.26±0.47b6.40±0.57b9.40±0.28a4h3.0±0.27c4.02±0.20b5.11±0.68a6h2.17±0.19ab2.54±0.59a1.22±0.56b8h0.90±0.66b2.23±0.14a0.80±0.29b

在培養(yǎng)0～1 h，每小時凈還原糖產生量呈現(xiàn)迅速上升趨勢；在1 h采樣時間點時，三種加工方式每小時產生的凈還原糖量均為培養(yǎng)全程的最大值。說明0～1 h，玉米淀粉的酶解效率最高。在0～4 h，膨化加工方式與蒸汽壓片加工方式每小時凈還原糖產生量均顯著高于粉碎加工方式(P<0.05)。膨化加工方式處理玉米，每小時凈還原糖量仍為最高。雖然在6～8 h，膨化加工方式每小時凈還原糖產生量顯著低于蒸汽壓片加工方式(P<0.05)，與粉碎加工方式相比差異不顯著(P>0.05)。但膨化加工方式培養(yǎng)全程的酶解效率依然為最高，其次為蒸汽壓片加工方式，最后為粉碎加工方式。圖5，表4

2.2 加工方式對直鏈淀粉、支鏈淀粉的影響

以不加酶組的直鏈淀粉和支鏈淀粉含量為總淀粉含量，其與各時間點的淀粉含量的差值為累積消化量。

圖6直鏈淀粉消化量
Fig. 6The digestion of amylose

結果表明，三種加工方式處理玉米，在0～2 h，直鏈淀粉累積消化量增加迅速，隨后增加緩慢，趨于平穩(wěn)。粉碎加工方式處理玉米，其支鏈淀粉累積消化量在1 h后，便趨于平穩(wěn)不增加；蒸汽加工方式與膨化加工方式的玉米，其支鏈淀粉累積消化量在到達2 h后，才趨于平穩(wěn)，不增加。圖6，圖7

圖7支鏈淀粉消化量
Fig. 7 The digestion of amylopectin starch

蒸汽壓片加工方式與膨化加工方式處理玉米的直鏈淀粉與支鏈淀粉累積消化量均顯著高于粉碎處理玉米(P<0.05)。膨化處理玉米的直鏈淀粉與支鏈淀粉累積消化量最高，分別高于蒸汽壓片方式處理玉米53.2%和92.2%；高于粉碎方式處理玉米125.2%和253.7%。蒸汽加工與膨化加工方式，提高了直鏈淀粉與支鏈淀粉的消化量，且膨化加工提高效果更明顯。表5

表5不同加工方式對玉米粉直鏈淀粉、支鏈淀粉累積消耗量的影響
Table 5 Effects of different types of manufacturing corn meal on cumulative consumption of amylose and amylopectin(mg)

時間點Time(h)粉碎玉米Cornflour蒸汽壓片玉米Steam-flakedcorn膨化玉米Extrudedcorn直鏈淀粉0.5h0.98±0.07c2.87±0.84b11.31±0.35aAmylose1h1.89±0.16c7.34±0.57b16.32±0.33a2h7.28±0.04c10.15±0.37b17.94±0.50a4h7.65±0.40c11.62±0.11b18.12±0.44a6h7.82±0.45c11.82±0.29b18.13±0.55a8h8.05±0.65c11.83±0.69b18.13±0.50a支鏈淀粉0.5h9.53±0.48c29.61±0.46b184.44±1.57aAmylopectin1h60.17±1.01c78.02±0.37b203.06±3.24a2h63.67±1.87c119.09±1.36b230.46±3.75a4h65.75±1.48c121.00±0.26b232.91±3.59a6h65.45±1.01c121.05±0.63b232.97±3.83a8h65.92±1.05c121.29±1.32b233.18±3.62a

結果表明，三種加工方式處理玉米，在0～2 h時間段內，直鏈淀粉消化率增加迅速，隨后增加緩慢，趨于平穩(wěn)。三種加工方式處理玉米，其支鏈淀粉消化率在1 h時間點后，便趨于平穩(wěn)不增加。說明支鏈淀粉比直鏈淀粉更容易被α-淀粉酶酶解。圖8，圖9

圖8直鏈淀粉的消化率

Fig. 8The digestibility of amylose

圖9支鏈淀粉消化率
Fig. 9The digestibility of amylopectin

蒸汽壓片方式和膨化加工方式處理玉米的直鏈淀粉與支鏈淀粉的累積消化率均顯著高于粉碎加工方式處理玉米(P<0.05)。膨化加工方式處理玉米的直鏈淀粉和支鏈淀粉的累積消化率均最高，分別高于蒸汽壓片方式處理5.17%和3.62%，高于粉碎加工方式處理14.38%和20.28%。這一結果與直鏈淀粉和支鏈淀粉消化量的變化結果相符合。表6

表6 不同加工方式對玉米粉直鏈淀粉、支鏈淀粉消耗率的影響
Table 6 Effects of different types of manufacturing corn meal on consumption rate of amylose and amylopectin (%)

時間點Time(h)玉米粉組Cornflour蒸汽壓片玉米組Steam-flakedcorn膨化玉米組Extrudedcorn直鏈淀粉0.5h8.47±0.06c19.13±0.04b51.43±0.90a(Amylose)1h16.21±0.47c49.28±1.99b74.77±0.03a2h62.59±0.09c67.88±0.41b82.21±0.98a4h65.79±3.19c77.72±1.64b83.07±0.55a6h67.21±3.58b79.00±0.38a83.09±1.05a8h69.11±3.37b79.04±2.23a83.13±0.79a支鏈淀粉0.5h13.20±0.97c23.17±0.07b78.61±0.70a(Amylopectin)1h69.30±1.83c78.62±3.28b86.54±0.14a2h82.90±2.04c93.16±0.70b98.22±0.12a4h86.05±2.84c94.67±1.56b99.26±0.21a6h86.11±3.64b95.05±1.29a99.28±0.11a8h86.87±2.22b95.89±0.73a99.37±0.19a

3　討 論

淀粉在玉米中的含量最高，其消化特性與其組織結構之間密切相關，通過加工處理可以打破其組織間的結構。試驗表明，與粉碎加工處理相比，通過蒸汽壓片加工方式和膨化加工方式處理玉米，均顯著提高了玉米淀粉的酶解效率、消化量和消化率，且膨化加工方式處理玉米，效果最為顯著(P<0.05)。

在王磊等[13]研究報道中，可以知道蒸汽壓片玉米的淀粉消化率為98%，高于粉碎玉米的88%。在史新鵬等[14]的研究報道中，可知道經過蒸汽壓片技術調制的玉米其淀粉消化道利用率可達99%，普通加工技術玉米消化率僅達70%左右。而在Zinn等[15]的研究報道中，也提到蒸汽壓片技術能夠將玉米的淀粉消化率從90%提高到 99%。在齊利智等[16]研究報道中，又可以知道膨化加工與未經膨化加工處理玉米相比，膨化加工可以顯著提高玉米淀粉在小腸的消化率(P<0.05)，且消化率受膨化溫度的影響。從Oates[17]的研究報道中也可以知道，膨化加工顯著增加了玉米淀粉在回腸的消化率。

相對于粉碎加工，蒸汽加工或膨化加工可以提高玉米中淀粉的利用率(P<0.05)，試驗結果與報道相符合。

蒸汽壓片加工的機理實際是一個淀粉凝膠化的過程。淀粉在有水的條件下加熱，會破壞其結晶結構，形成α-淀粉，這種構形淀粉容易被淀粉酶分解。發(fā)生凝膠化后的淀粉，其顆粒分子間的氫鍵被破壞，淀粉顆粒之間有序的排列被打開，使其更容易被酶分解。另外，在加工過程中，通過兩軋輥的壓力作用，可以改變玉米中蛋白質的空間結構，使淀粉顆粒更容易暴露，大大增加了與酶接觸的機會[18-19]。

膨化加工的機理實際是淀粉在水分、熱、機械剪切及壓力差等的綜合作用下發(fā)生的糊化過程。迅速升高的溫度及螺旋葉片的揉搓使網袋狀淀粉顆粒加速吸水，晶體結構解體，氫鍵斷裂，淀粉顆粒膨脹崩解。高溫、高壓及機械剪切使淀粉糊化度升高，淀粉鏈變短[20-21]。

此兩種加工方式均在不同程度上改變了淀粉的組織結構，但蒸汽壓片玉米與膨化玉米相比較的研究報道較少，暫未見有單一比較說明二者玉米淀粉利用率的報道。

試驗單一通過α-淀粉酶針對不同加工方式玉米在特定條件下體外酶解，可以簡單、快速的反應出、酶與底物的作用關系，可以為實際應用提供理論依據。但試驗存在許多問題未解決，如：體外酶解時間、消化參數(shù)等與實際動物機體內情況存在差異；試驗所用的玉米因來源不同，可能存在差異等。因此，還需進一步完善方法，在動物消化生理的水平上進一步研究，才能為實際生產應用提供更合理的數(shù)據支持。

4　結 論

與粉碎加工相比，研究通過膨化加工方式與蒸汽壓片加工方式處理玉米，顯著增加了還原糖的生成量和淀粉的消化量，提高了玉米淀粉的酶解效率和消化率，且膨化加工方式處理玉米，效果最為顯著(P<0.05)。通過膨化加工與蒸汽壓片加工可以改善玉米的利用價值，改善效果膨化加工優(yōu)于蒸汽壓片加工，蒸汽壓片加工優(yōu)于粉碎加工。

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Fund project:Supported by "Twelfth Five-year Plan" National Science and Technology Program in Rural Areas (2012BAD45B01)

α-amylase in Vitro Digestion Crushing, Vapor Pressure, Extrusion Processing of Corn Starch Digestibility of Research

YANG Jing-tao, ZHAO Fang, LIU Zhen, YANG Kai-lun

(XinjiangKeyLaboratoryofHerbivore'sNutritionforMeatandMilkProduction,Urumqi830052,China)

【Objective】 In this study, in vitro enzymatic hydrolysis experiments were carried out to study the crushing impact of steam-flaked and puffed processing methods for corn starch digestibility.【Method】α- amylase was applied to pulverize, flake and puff corn after 8 hours of hydrolysis and measure enzyme solution process at each time point, the production of reducing sugar and an hour net reducing sugar and corn amylase starch and amylopectin digestion and digestive rate and other indicators.【Result】The total amount of sugar produced within eight hours was 19.8% higher than the vapor pressure extrusion processing and 65.6% higher than the crushing process; digestion amount of amylose and amylopectin accumulation were 53.2% and 92.2% higher than the vapor pressure of the film processing,and 253.7% and 125.2% higher than the grinding process.【Conclusion】The utilization ratio fo corn starch can be improved by flaked processing and extrusion processing and the effect is the most significant (P<0.05).

in vitro enzymatic hydrolysis；α-amylase；crushed corn; steam-flaked corn;expanded corn

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.04.021

2015-10-21

"十二五"農村領域國家科技計劃課題(2012BAD45B01)

楊景燾(1988-)，男，黑龍江人，碩士研究生，研究方向為動物營養(yǎng)與飼料科學，(E-mail)yjtme@163.com

楊開倫(1966-)，男，云南人，教授，博士生導師，研究方向為動物營養(yǎng)代謝與飼料資源開發(fā)，(E-mail)yangkailun2002@aliyun.com

S188+.3

A

1001-4330(2016)04-0744-08