波譜技術(shù)在香蕉淀粉及抗性淀粉研究中的應(yīng)用

傅金鳳，王 娟,

（1.華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院, 廣東廣州 510641；2.廣東省香蕉精深加工與綜合利用工程技術(shù)研究中心, 廣東廣州 510641）

淀粉是一種天然高分子化合物，由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成[1]。1991年，歐洲抗性淀粉研究協(xié)會（EURESTA）將抗性淀粉定義為一類不被健康人體小腸所吸收的淀粉及其降解產(chǎn)物的總和[2]。根據(jù)淀粉來源的不同，目前可將抗性淀粉分為5種類型（表1）。未成熟的青香蕉中含有大量的淀粉，其中天然抗酶解的淀粉即為香蕉抗性淀粉（Banana resistant starch，BRS），屬于RS2型抗性淀粉[3]。香蕉抗性淀粉與香蕉品種、成熟度、加工方式以及改性方法有著十分密切的聯(lián)系，且是一種極具生理功能潛力和良好食品加工特性的可用于健康食品領(lǐng)域的植物成分，在食品工業(yè)中具有良好的應(yīng)用前景[4]。

表1 抗性淀粉類型、食物來源以及影響因素[5-7]Table 1 Types, food sources and affecting factors of resistant starch[5-7]

紫外-可見吸收光譜 （Ultraviolet-visible absorption spectra, UV/Vis）、傅里葉紅外變換光譜 （Fourier transform infrared , FTIR ）、核磁共振 （Nuclear magnetic resonance , NMR ）、X-射線衍射 （X-ray diffraction , XRD ）、質(zhì)譜 （Mass spectrometry, MS）這些波譜分析技術(shù)在香蕉淀粉及抗性淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)及物理特性等方面的應(yīng)用十分廣泛。其中UV/Vis主要用于分析淀粉及抗性淀粉中直鏈淀粉含量的變化；FTIR主要用于分析淀粉及抗性淀粉結(jié)晶區(qū)、無定形區(qū)、分子鏈的構(gòu)象以及化學(xué)鍵的變化；NMR主要用于研究淀粉及抗性淀粉的短程有序結(jié)構(gòu)的變化以及淀粉顆粒中的水分子動力學(xué)；XRD主要用于研究淀粉及抗性淀粉的結(jié)晶類型；MS多與色譜聯(lián)用用于研究淀粉及抗性淀粉降解過程中的代謝物質(zhì)以及功能性研究。

香蕉淀粉及抗性淀粉是極具發(fā)展?jié)摿Φ闹参锍煞郑壳袄貌ㄗV分析技術(shù)對香蕉淀粉及抗性淀粉結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等方面的研究暫無綜述報道，因此本文就紫外-可見吸收光譜、傅里葉紅外變換光譜、核磁共振、X-射線衍射、質(zhì)譜等波譜分析技術(shù)在不同來源香蕉淀粉及抗性淀粉的成分、結(jié)構(gòu)及代謝物分析方面的應(yīng)用和研究進(jìn)行概述，以期為香蕉淀粉及抗性淀粉結(jié)構(gòu)、特性及功能等方面的相關(guān)研究提供參考和借鑒。同時，本文也可以作為其他植物淀粉及抗性淀粉研究的參考。

1 香蕉淀粉及抗性淀粉概況

1.1 香蕉概況

香蕉（Musaspp.）屬芭蕉科（Musaceae）芭蕉屬（Musa），是典型的呼吸躍變型水果[8]。香蕉是“世界四大水果”之一[9]，聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，全球生產(chǎn)香蕉的國家和地區(qū)約有135個，主要集中在亞洲、南美洲和非洲，2019年香蕉全球產(chǎn)量約為1.584億噸[10]。我國為香蕉第二大生產(chǎn)國，其產(chǎn)量僅次于蘋果、梨和柑橘[9]，與菠蘿、龍眼、荔枝并稱為“南國四大果品”[11]。

1.2 香蕉淀粉及抗性淀粉

香蕉淀粉是青香蕉果肉中的主要成分，香蕉淀粉中的抗性淀粉含量約占青香蕉果肉干重的50%，香蕉抗性淀粉屬于RS2類型，含量與香蕉品種、成熟度等密切相關(guān)[3]。在水果中，青香蕉是RS2型抗性淀粉最廣泛的來源，香蕉抗性淀粉由直鏈和支鏈淀粉共同組成[12]，顆粒大小在7.0～60 μm左右，多數(shù)為大小不一的不規(guī)則形狀，其溶解度低，但透明度、持水性較好[13]。香蕉抗性淀粉是低升糖指數(shù)食物[14]，擁有作為益生元成分的潛力，能被腸道菌群利用發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸，具有預(yù)防或治療慢性疾?。ㄌ悄虿15]、肥胖癥[16]和炎癥性腸病[17]），調(diào)節(jié)腸道菌群[18]，穩(wěn)定血糖穩(wěn)態(tài)[19]等生理功能。在加工方面，香蕉抗性淀粉不耐熱，在加熱條件下淀粉顆粒會不斷發(fā)生溶脹現(xiàn)象從而被進(jìn)一步糊化轉(zhuǎn)化為可消化淀粉[20]，而且隨著香蕉成熟度的增加其抗性淀粉含量也會驟減[21]，其生理功能和加工特性亦不復(fù)存在。由于天然的香蕉抗性淀粉（RS2型）不耐高溫，導(dǎo)致在其食品加工應(yīng)用方面有一定局限，所以部分學(xué)者利用不同的改性方法將其改性加工成為RS3[22]或RS4[23]型抗性淀粉，即香蕉改性淀粉。

2 波譜分析技術(shù)簡介

2.1 波譜分析原理

波譜分析技術(shù)主要是以光學(xué)為理論，基于物質(zhì)分子與電磁輻射之間的相互作用關(guān)系，使物質(zhì)分子體系發(fā)生能量變化（能級躍遷產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射輻射的波長和強度），從而進(jìn)行物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)分析和鑒定的一種分析技術(shù)[24]。不同能量電磁波的照射會引起物質(zhì)運動狀態(tài)的變化，在連續(xù)電磁波譜上出現(xiàn)信號并被相應(yīng)儀器捕捉從而得到對應(yīng)的能譜圖，從不同角度反映出物質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)信息（表2）。

表2 電磁波波長范圍[25]Table 2 The range of electromagnetic wave wavelength[25]

2.2 波譜分析技術(shù)分類

2.2.1 紫外-可見吸收光譜 紫外-可見吸收光譜是利用生色基團吸收紫外-可見光區(qū)（200～800 nm）的電磁波產(chǎn)生價電子引起能級躍遷而產(chǎn)生的吸收光譜[24]。

含有共軛烯烴和芳香族基團的化合物在紫外區(qū)有強吸收，所以紫外-可見吸收光譜是根據(jù)淀粉分子中不飽和結(jié)構(gòu)對紫外光的吸收進(jìn)行淀粉分子結(jié)構(gòu)鑒定[26]。由于食物來源、加工方式、改性手段的不同導(dǎo)致淀粉分子不飽和程度有一定差異，加上光譜是淀粉各組成部分特征吸收的疊加，因此吸收光譜的形狀、峰強度以及峰位置也有一定程度上的差異，從而產(chǎn)生不同的吸收光譜，在一定程度上能反映該淀粉的特征性，達(dá)到結(jié)構(gòu)鑒定的目的。

2.2.2 紅外吸收光譜 紅外吸收光譜是依據(jù)物質(zhì)分子對紅外光區(qū)輻射的選擇性吸收程度來進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定的分子吸收光譜。物質(zhì)分子在紅外光的照射下會被激發(fā)發(fā)生振動能級躍遷同時伴隨轉(zhuǎn)動能級躍遷，不同的物質(zhì)分子有不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，能對紅外光區(qū)的輻射進(jìn)行選擇吸收，即只吸收與其分子振動、轉(zhuǎn)動頻率一致的紅外光，導(dǎo)致分子振動-轉(zhuǎn)動能級各不相同從而產(chǎn)生不一樣的紅外吸收圖譜，因此可從紅外吸收光譜的波形，峰的特征（強度、位置及數(shù)目）等方面進(jìn)行物質(zhì)的結(jié)構(gòu)鑒定[27]。

2.2.3 核磁共振技術(shù) 核磁共振技術(shù)是源于原子核的磁性而發(fā)展起來的一種波譜技術(shù)[28]。靜磁場中帶正電的原子核具有不同能級在外磁場的干預(yù)下發(fā)生磁化作用，從而產(chǎn)生拉莫爾進(jìn)動，即原子核自身磁矩與外磁場方向不同而在外磁場的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)。當(dāng)外加的能量與原子核振動頻率相一致時，原子核就會吸收電磁能從而發(fā)生能級躍遷，產(chǎn)生共振信號。原子核振動的頻率由其自身的性質(zhì)所決定，在外磁場中特定原子核只吸收與之頻率一致的電磁波能量，因此核磁共振波譜圖中共振峰位置、強度以及各種參數(shù)（縱向弛豫時間T1、橫向弛豫時間T2、擴散系數(shù)D）等可以用來反映物質(zhì)分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)和內(nèi)在性質(zhì)[29]。

2.2.4 質(zhì)譜 質(zhì)譜分析是一種通過測量離子質(zhì)荷比（質(zhì)量-電荷比）來研究有機物結(jié)構(gòu)的分析方法，其基本原理是在離子源中物質(zhì)分子受到高速電子的撞擊后發(fā)生裂解后離子化從而形成不同質(zhì)荷比的帶正電荷的離子，這些離子經(jīng)過加速電場的作用形成離子束并進(jìn)入質(zhì)量分析器，然后通過質(zhì)荷比的不同對其進(jìn)行分離并按照質(zhì)荷比的大小順序進(jìn)行收集、記錄，從而根據(jù)質(zhì)譜峰的位置和峰的強度對物質(zhì)分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)以及定性定量分析[30]。

2.2.5 X-射線衍射技術(shù) X-射線衍射是基于X射線在晶體、非晶體中的衍射和散射效應(yīng)從而進(jìn)行物質(zhì)物相分析、結(jié)構(gòu)鑒定和不完整性分析的一種分析方法[25]。在X射線的照射下晶體會產(chǎn)生多種效應(yīng)，其中最主要的是衍射效應(yīng)現(xiàn)象，即入射的X射線和周期性的晶體發(fā)生作用，存在于各原子中的電子受到激發(fā)產(chǎn)生振動，放射出與原X射線相同波長的次生X射線并在空間某些方向上發(fā)生干涉增強的現(xiàn)象，其中最大程度加強的方向則為衍射方向[31]。衍射方向和強度隨著晶體結(jié)構(gòu)的不同而發(fā)生變化，基于晶體物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)周期性的重復(fù)，即晶胞的大小、形狀以及取向，不同淀粉顆粒的結(jié)晶區(qū)會有一定差異，因此可以通過X射線與淀粉顆粒的相互作用測定淀粉的結(jié)構(gòu)。

3 波譜分析技術(shù)在香蕉淀粉及抗性淀粉中的應(yīng)用

3.1 紫外-可見光譜分析的應(yīng)用

在一定條件下淀粉和碘會發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)生成各種有色絡(luò)合物，不同顏色的絡(luò)合物分別對應(yīng)不同的最大吸收波長，因此紫外-可見吸收光譜在一定程度上反應(yīng)了淀粉的某些結(jié)構(gòu)特征。目前有關(guān)于直鏈淀粉的測定中使用最廣泛的方法便是分光光度法[32]，碘與直鏈淀粉結(jié)合產(chǎn)生藍(lán)紫色最大吸收峰出現(xiàn)在600～640 nm之間，碘與支鏈淀粉結(jié)合產(chǎn)生紫紅色最大吸收峰出現(xiàn)在520～560 nm之間[33]，可通過紫外-可見吸收光譜圖的最大吸收波長、吸收峰的范圍的變化來研究不同來源、不同成熟度以及不同加工方式的淀粉顆粒中直/支鏈淀粉的比例[34]、直鏈淀粉含量（碘吸收曲線）[35]、支鏈淀粉鏈長（用可溶性總糖與還原值的比值來表示）[36]以及分子量分布（凝膠色譜結(jié)合紫外可見光譜法）[37]。另一方面在淀粉水解反應(yīng)中，譜圖中最大吸收波長的變化還可以用來判斷淀粉的水解程度，進(jìn)而控制淀粉水解反應(yīng)得到特定的水解產(chǎn)物[38]。該分析方法具有波長區(qū)域?qū)?，檢測速度快，成本低，操作簡便等優(yōu)點。但精度低，對于在紫外區(qū)吸收光譜相似的物質(zhì)并不能完全鑒定結(jié)構(gòu)，需要與其他方法結(jié)合[39]。

3.1.1 紫外-可見光譜在測定香蕉直鏈淀粉含量方面的應(yīng)用 Lemos等[40]利用碘吸收曲線來評估不同來源（馬鈴薯、香蕉、玉米和木薯）果蔬中分離直鏈淀粉和支鏈淀粉的分離方法的效率，通過對商業(yè)化的直鏈淀粉和支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)品和從不同來源的淀粉中提取的直鏈淀粉和支鏈淀粉的組分進(jìn)行對比，表明相同來源的直鏈淀粉吸光度值（0.525～0.764）均大于支鏈淀粉吸光度值（0.068～0.168）且從馬鈴薯中提取的直鏈淀粉或者支鏈淀粉的吸光度值亦大于市售的標(biāo)準(zhǔn)品，這種差異歸因于淀粉分離方法，其主要與溫度、離心速度和沉淀劑有關(guān)。因此可通過紫外-可見吸收光譜來評價從淀粉中分離直鏈和支鏈的方法的有效性。

紫外-可見光譜技術(shù)在測定直鏈淀粉含量方面的應(yīng)用較為廣泛，已有學(xué)者利用其測定不同來源（成熟度、加工方式、部位）的香蕉淀粉及抗性淀粉含量的變化。Bi等[41]通過對處于不同成熟度plantain類型香蕉（基因組ABB）的研究發(fā)現(xiàn)香蕉皮完全綠色（第一階段）的香蕉的直鏈淀粉含量最高，成熟度處于第三階段和第五階段的香蕉的直鏈淀粉含量幾乎沒有變化，處于成熟第七階段的香蕉的直鏈淀粉含量顯著降低，而且抗性淀粉含量呈現(xiàn)同步下降的現(xiàn)象。不同加工方式對同一品種同一成熟度的香蕉抗性淀粉也會有不同影響[42]，Izidoro等[43]研究表明與常規(guī)熱風(fēng)干燥的香蕉淀粉相比，經(jīng)過噴霧干燥和超聲預(yù)處理的香蕉淀粉中的直鏈淀粉含量和抗性淀粉含量均明顯降低。Reddy等[44]用γ射線對香蕉淀粉進(jìn)行輻照改性再對其分子結(jié)構(gòu)和理化特性進(jìn)行表征發(fā)現(xiàn)輻照能使淀粉中的直鏈淀粉斷裂，輻照后香蕉淀粉中的直鏈淀粉含量降低且呈一定量效關(guān)系。Li等[45]通過比較青香蕉果皮和果肉的淀粉，發(fā)現(xiàn)果皮淀粉（586.5 nm）的最大吸收波長高于果肉淀粉（584.5 nm），果肉的表觀直鏈淀粉含量（21.3%）明顯低于果皮（25.7%）。

3.1.2 紫外-可見光譜在香蕉品種鑒定方面的應(yīng)用由于基因組類型的差異plantain類型香蕉淀粉的表觀直鏈淀粉含量通常高于其他香蕉類型。因此，紫外-可見光譜分析還可根據(jù)直鏈淀粉含量來鑒定香蕉品種。Coulibaly等[46]將已知的plantain類型Orishele品種香蕉（基因組AAB）作為對照，然后和四個新的香蕉雜交品種（CRBP 14（基因組未知），CRBP 39（基因組AAAB），F(xiàn)HIA 17（基因組AAAA）和FHIA 21（基因組AAAB））的最大碘吸收值進(jìn)行比較，表明雜交品種CRBP 14、CRBP 39 和FHIA 21與Orishele更為相似，屬于plantain類型。Wang等[47]通過比較從香芽蕉（基因組AAA）、大蕉（基因組ABB）、粉蕉（基因組ABB）和皇帝蕉（基因組AA）品種中提取的香蕉抗性淀粉發(fā)現(xiàn)大蕉和粉蕉品種的香蕉抗性淀粉以直鏈淀粉為主，而香芽蕉和皇帝蕉品種的香蕉抗性淀粉以支鏈淀粉為主，由于四個香蕉品種的抗性淀粉主要成分不同，它們可以用于不同的食品類型中。

3.2 紅外吸收光譜的應(yīng)用

紅外光譜主要用于淀粉顆粒分子結(jié)構(gòu)的研究，在1300～800 cm-1區(qū)域內(nèi)有淀粉特征吸收峰，1047 cm-1周圍的吸收峰是淀粉結(jié)晶層典型的結(jié)構(gòu)特征，表示淀粉聚集態(tài)分子結(jié)構(gòu)中的短程有序結(jié)構(gòu)；1022 cm-1周圍的吸收峰是淀粉非結(jié)晶層的結(jié)構(gòu)特征，表示淀粉分子中的無定形區(qū)；994 cm-1周圍的吸收峰則表示淀粉分子羥基所形成的氫鍵結(jié)構(gòu)，主要由C-OH的彎曲振動引起[48]。不同的淀粉吸收峰強度會存在差異，（1047/1022）cm-1和（1022/994）cm-1吸收峰強度的比值被認(rèn)為是判斷淀粉顆粒有序程度的有效指標(biāo)，（1047/1022）cm-1反應(yīng)在短程范圍內(nèi)的結(jié)晶程度，即表示淀粉在短程范圍內(nèi)分子結(jié)構(gòu)中的有序淀粉量和無定形淀粉的比例關(guān)系，比值越大表明淀粉顆粒結(jié)晶度越大[49]。紅外吸收光譜在應(yīng)用中具有靈敏度高、用樣少、分析速度快、無損檢測以及分析特征性強等優(yōu)點[50]。

不同來源的香蕉淀粉的紅外光譜特征峰變化如表3所示，改性方法、加工方式以及不同品種和成熟度對香蕉淀粉顆粒的分子結(jié)構(gòu)都有一定程度的影響。

表3 不同來源的香蕉淀粉及抗性淀粉的紅外光譜特征峰Table 3 Characteristic peaks for infrared spectra of banana starch and resistant starch from different sources

由此可以總結(jié)出紅外吸收光譜在香蕉淀粉及抗性淀粉研究中的應(yīng)用主要集中在以下幾個方面：a.關(guān)于香蕉改性淀粉的研究：改性淀粉是指通過物理、化學(xué)或者生物的方法改變原淀粉的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)從而改善其加工性能并拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域的淀粉衍生物[58]。由于香蕉抗性淀粉不耐高溫導(dǎo)致在其食品加工應(yīng)用方面有一定局限，越來越多的學(xué)者利用不同的改性方法對其進(jìn)行改性以期擴大應(yīng)用范圍，香蕉改性淀粉種類繁多，紅外吸收光譜對物質(zhì)分子構(gòu)象、螺旋結(jié)構(gòu)以及淀粉結(jié)晶的變化非常靈敏。因此可以利用紅外光譜辨別抗性淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)是否發(fā)生變化，判斷不同改性方法引入的官能團是否取代成功，從而分析原淀粉與改性淀粉的區(qū)別[59]。b.關(guān)于香蕉淀粉及抗性淀粉不同加工過程的研究：香蕉抗性淀粉在食品加工過程中應(yīng)用廣泛，因此研究不同加工處理方式對淀粉的影響顯得尤為重要[60]。由于淀粉的紅外特征峰對淀粉分子結(jié)構(gòu)的改變異常敏感，因此紅外光譜可用來分析不同加工過程對淀粉結(jié)構(gòu)的影響，例如凍干、高壓、冷卻等加工方式對香蕉淀粉及抗性淀粉結(jié)構(gòu)的影響可通過紅外光譜做初步判斷。c.關(guān)于淀粉生長/降解過程的研究：香蕉品種以及成熟度的不同也會影響香蕉淀粉及抗性淀粉在生長和降解過程中的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，因此紅外光譜有利于確定香蕉淀粉及抗性淀粉生長/降解過程中無定形結(jié)構(gòu)和有序結(jié)構(gòu)降解的優(yōu)先順序以及形成的淀粉糖分子的構(gòu)型[61]。

3.3 X-射線衍射

目前X-射線衍射技術(shù)主要用來分析淀粉顆粒的長程有序結(jié)構(gòu)即對淀粉晶體進(jìn)行研究。天然淀粉顆粒在生物合成的過程中由于晝夜交替，白天光合作用較強，葡萄糖轉(zhuǎn)移至細(xì)胞的速率加快造成了白天合成淀粉的密度較大，導(dǎo)致淀粉顆粒內(nèi)部的密度不同從而形成環(huán)狀層結(jié)構(gòu)，這種由于在周期性光合作用下形成的結(jié)構(gòu)稱為“生長環(huán)”，由交替出現(xiàn)的無定形區(qū)和結(jié)晶區(qū)構(gòu)成，其中淀粉顆粒的結(jié)晶區(qū)主要由支鏈淀粉側(cè)鏈以雙螺旋形式緊密堆積構(gòu)成，無定形區(qū)的主要組成是直鏈淀粉以及部分支鏈淀粉的分支[1]。根據(jù)X射線衍射圖譜的不同可將植物淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)分為三種：A、B和C型，其中C型結(jié)晶是A和B型結(jié)晶的結(jié)合[62]。A型以禾谷類淀粉為主，B型以塊莖淀粉為主，C型以豆類淀粉為主[63]。X射線衍射技術(shù)在香蕉淀粉及抗性淀粉的研究中一方面主要集中于不同品種及不同成熟度香蕉淀粉及抗性淀粉結(jié)晶類型的判斷，另一方面集中于不同處理過程中淀粉晶型的變化。X射線衍射技術(shù)具有專屬性即研究淀粉的結(jié)晶性，同時它也是最有效的能直接“看”到物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的分析方法，但在結(jié)晶度定量計算方面存在一定困難[64]。

X-射線衍射在香蕉淀粉及抗性淀粉結(jié)晶類型鑒定方面應(yīng)用廣泛，如表4所示，不同品種香蕉具有不同結(jié)晶類型，不同的處理方式會改變香蕉淀粉及抗性淀粉的結(jié)晶類型，同一品種香蕉的結(jié)晶類型不隨成熟度變化而變化，但結(jié)晶度會隨著成熟度的增加而降低。香蕉淀粉及抗性淀粉的結(jié)晶模式取決于香蕉品種的類型、產(chǎn)地氣候、成熟度、不同的加工方式以及香蕉淀粉及抗性淀粉的分離提取技術(shù)[65]。關(guān)于X-射線衍射在香蕉淀粉和抗性淀粉中的應(yīng)用情況可大致總結(jié)出以下規(guī)律：一是香蕉淀粉及抗性淀粉晶體類型雖不能完全確定，但B和C型結(jié)晶占主導(dǎo)地位；二是不同香蕉品種的結(jié)晶類型不同，可能是因為香蕉淀粉及抗性淀粉結(jié)晶類型受品種的影響較大。

表4 不同來源香蕉淀粉及抗性淀粉結(jié)晶類型Table 4 Crystal types of banana starch and resistant starch from different sources

3.4 核磁共振的應(yīng)用

核磁共振技術(shù)主要應(yīng)用于淀粉及抗性淀粉的結(jié)構(gòu)、淀粉顆粒中水分子動力學(xué)、淀粉老化、淀粉糖以及改性淀粉（取代度、取代位置）等方面的分析[29]。其中，1H-NMR可以檢測不同分子移動狀態(tài)下的縱向（T1）和橫向（T2）弛豫時間常數(shù)，通過弛豫時間的長短以及差值可以區(qū)分淀粉分子的狀態(tài)[29]。13C-NMR能夠測定淀粉分子短程有序結(jié)構(gòu)，研究晶體類型并計算結(jié)晶度和雙螺旋含量[74]。該方法具有獨特的優(yōu)勢：一是具有非破壞性，能夠保證樣品的完整；二是定量測定時不需要標(biāo)品；三是檢測結(jié)果精確度高、重復(fù)性好[75]。但是操作復(fù)雜繁瑣，檢測成本昂貴。

3.4.1 核磁共振技術(shù)在香蕉淀粉及抗性淀粉降解方面的應(yīng)用 Raffo等[76]利用1H-NMR技術(shù)研究后熟期間香蕉果實細(xì)胞中水分子的分布、運轉(zhuǎn)，通過弛豫時間（T2）和分子擴散系數(shù)（D）監(jiān)測與水動力學(xué)有關(guān)的香蕉淀粉的變化過程，確定了不同成熟階段香蕉淀粉降解得到不同可溶性糖的相對濃度（蔗糖:果糖:葡萄糖=4.5:1.7:1）。Yuan等[77]利用1H-NMR技術(shù)研究了香蕉采后衰老期間的代謝物并進(jìn)行相關(guān)性分析，從成熟的第一階段到第五階段，香蕉淀粉不斷被水解，α-D-葡萄糖、β-D-葡萄糖、果糖和蔗糖的含量顯著增加，并根據(jù)淀粉糖的含量確定香蕉果實用于鮮食的最佳成熟度（第三和第四階段）。為了研究冷鏈運輸過程中香蕉果實的品質(zhì)變化，Peroni-Okita等[78]模擬冷鏈運輸環(huán)境將香蕉貯藏在低溫（13 ℃）條件下并設(shè)置對照組（19 ℃），探究香蕉淀粉在低溫環(huán)境下的降解過程并使用NMR技術(shù)研究其結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果表明，淀粉降解過程中，對照組弛豫時間（T2）從0.8 ms增加到48.8 ms，低溫組顯示出相似的趨勢，從53.8 ms增加到54.7 ms，水流動性的增加促進(jìn)α-淀粉酶與淀粉顆粒的相互作用，從而加快淀粉降解。

3.4.2 核磁共振技術(shù)在香蕉改性淀粉（酶改性）方面的應(yīng)用 Casarrubias-Castillo等[79]利用1H-NMR技術(shù)分析兩種酶（β淀粉酶、β葡萄糖苷酶）改性修飾的香蕉和芒果淀粉的結(jié)構(gòu)差異。β淀粉酶修飾的淀粉均具有較高的α-（1→4）鍵含量（香蕉90.80%、芒果90.41%），α-（1→6）鍵的含量卻較低（香蕉9.19%、芒果9.59%）；與之相反，β葡萄糖苷酶修飾的淀粉的α-（1→4）鍵含量減少（香蕉71.76%、芒果88.75%），α-（1→6）鍵含量顯著增加（香蕉28.23%、芒果11.24%）。由于α-（1→6）鍵是淀粉水解限速步驟，因此β葡萄糖苷酶改性后香蕉和芒果淀粉的抗性淀粉含量增加與高α-（1→6）鍵含量相關(guān)。

3.5 色譜-質(zhì)譜聯(lián)用的應(yīng)用

國內(nèi)外利用單獨的質(zhì)譜技術(shù)對抗性淀粉研究較少，基本都是通過色譜質(zhì)譜聯(lián)用對其進(jìn)一步分析，例如利用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）判斷不同植物來源的抗性淀粉的糖苷鍵連接方式[80]。該方法具有以下優(yōu)勢[81]，一是應(yīng)用范圍廣泛；二是靈敏度高，樣品用量少；三是分析快速，廣泛應(yīng)用于混合物的定性和定量測定。但是儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，修護較困難且價格昂貴，對樣品有破壞性。

色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)可通過檢測香蕉抗性淀粉降解物來鑒定糖類的累積以及最佳食用期。Chandra等[82]利用GC-MS對不同成熟階段的香蕉淀粉的降解產(chǎn)物進(jìn)行表征，研究表明蔗糖、麥芽糖、果糖和葡萄糖為主要的淀粉代謝物且各成分在不同成熟階段的比率也有很大差異。其中蔗糖是第一階段的主要代謝產(chǎn)物，麥芽糖、果糖和葡萄糖從第三階段開始積累，總糖含量在第五階段達(dá)到峰值，第七階段以葡萄糖為主，同時阿卓糖、甘露糖和來蘇糖也開始累積。Zhu等[83]利用GC-MS測定香蕉果實成熟過程中的揮發(fā)性化合物并分析其與香蕉淀粉含量的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)兩者之間存在顯著負(fù)相關(guān)（y=26.024-0.1173x，R=0.743）。

4 結(jié)語與展望

現(xiàn)代波譜分析技術(shù)在香蕉淀粉及抗性淀粉的含量變化、分子結(jié)構(gòu)、晶型、結(jié)晶度、糖苷鍵鏈接方式以及代謝物等方面應(yīng)用廣泛，通過波譜圖不僅能對香蕉淀粉及抗性淀粉結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑒定而且在定性定量分析方面也展現(xiàn)出優(yōu)勢。不同波譜技術(shù)在香蕉淀粉及抗性淀粉研究中的應(yīng)用總結(jié)如下（圖1）。

圖1 不同波譜技術(shù)在香蕉淀粉及抗性淀粉研究中的應(yīng)用Fig.1 Applications of spectrum analysis in banana starch and resistant starch

波譜分析技術(shù)在香蕉淀粉及抗性淀粉中的應(yīng)用研究目前較多的是停留在結(jié)構(gòu)鑒定和結(jié)晶類型的階段，對香蕉淀粉及抗性淀粉的降解產(chǎn)物的研究仍有待開展。對于今后波譜技術(shù)的利用可從以下幾方面進(jìn)行考慮：可結(jié)合核磁共振和質(zhì)譜技術(shù)分析香蕉不同成熟期的淀粉或抗性淀粉代謝產(chǎn)物，進(jìn)一步揭示香蕉淀粉或抗性淀粉的變化機制。通過波譜技術(shù)聯(lián)用，發(fā)現(xiàn)不同品種、不同成熟度香蕉淀粉或抗性淀粉的變化規(guī)律并利用相關(guān)性分析建立品種、成熟度和香蕉淀粉或抗性淀粉（含量、結(jié)構(gòu)、晶體類型、結(jié)晶度）的相關(guān)關(guān)系，以擴大對香蕉品種資源的利用以及加快香蕉新品種的培育。