蛋白酶水解对糯米粉GI 值及品质的影响研究

郭 宇 王东旭 丁 震 史倩雯 朱锁粉 郭元新

（1. 江苏科技大学粮食学院，江苏镇江 212100）

（2. 常州金坛江南制粉有限公司，江苏常州 213000）

近年来，以糯米为原料的速冻食品、功能性食品市场需求不断加大，糯米的精深加工产业迅速发展[1-4]，但糯米属于高血糖指数（GI）的食品，并不适合幼童、老人、高血糖患者等特殊人群食用[5，6]。研究表明，通过控制主食中碳水化合物的分解速度或改变主食中碳水化合物的含量可有效降低食品的GI值[7，8]。国内外研究人员通常将众多低GI 值的食材（如荞麦、燕麦、魔芋粉等）进行组合或加入药材来保证营养成分，提高食疗效果[7]。康全安[8]通过糊化后骤冷的物理工艺，形成高含量的抗性淀粉来降低碳水化合物从多糖转化为单糖的分解速度。王瑶[9]的研究显示，交联作用和酯化作用能使糯米淀粉消化性降低，而交联酯化复合变性有利于同时增加慢消化淀粉和抗性淀粉的含量。有研究表明，将低温粉碎的原料进行连续汽爆同时使用超声波处理，随后加入适量的包埋型蛋白酶可降低原料的GI 值[10]。张天雪等[11]在发酵糯米酒糟过程中发现发酵降低了RDS和RS 含量，可以通过控制糯米发酵程度来降低糯米的消化率。郝赫男[12]的研究显示，与原淀粉相比，经过湿热处理的糯米淀粉相较于原淀粉含更少的快消化淀粉和抗性淀粉，而慢消化淀粉显著增加，可减缓糯米淀粉的消化。也有研究表明，蛋白酶作用方式、酶的活性中心、生产来源以及作用pH 值都会对米粉品质产生不同的影响[13]，而单独采用酶法酶解糯米粉降低GI 值的研究尚未见报道。本研究应用3种不同类型的固态蛋白酶酶解糯米粉，研究其对糯米粉GI 值及品质的影响，为低GI 糯米粉的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

粳糯米，常州金坛江南制粉有限公司提供；中性蛋白酶（酶活50 U/mg）、淀粉葡萄糖苷酶（酶活10万U/ml），麦克林生化科技有限公司；酸性蛋白酶（酶活800 U/mg）、碱性蛋白酶（酶活200 U/mg）、直链淀粉，源叶生物科技有限公司；五水合硫酸铜、硫酸钾、氢氧化钠、95 %乙醇、碘、对硝基苯酚、3，5- 二硝基水杨酸、酒石酸钾钠、亚硫酸钠、乙酸钠、无水乙酸钠、甲醛、乙酰丙酮均为分析纯，乙酸、硫酸均为优级纯，国药集团化学试剂有限公司；耐高温α- 淀粉酶（酶活2000 U/g），阿拉丁试剂有限公司。

L18- Y22 型高速破壁调理机，九阳股份有限公司；Eppendorf 5804/R 大型高速冷冻离心机，德国艾本德股份公司；DF- 101S 型集热式磁力搅拌器，上海力辰邦西仪器科技有限公司；PHS- 25 型pH 计，雷磁上海仪电科学仪器厂；DHG- 9240A 型电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器厂；YP5001N 型电子天平，上海舜宇恒平科学仪器厂；U- T3 型紫外可见分光光度计，屹谱仪器制造有限公司；HWS- 26 型电热恒温水浴锅，上海一恒科学仪器厂。

1.2 试验方法

1.2.1 样品的制备

参照李珍妮[14]制作糯米粉的工艺并进行适当改动，糯米与水以1∶3 的料液比于40 ℃水浴浸泡1h 后，用破壁机磨浆4～6 min 至米浆全部通过80 目筛网，米浆浓度控制为25 %。取3 份同等质量的米浆，调节pH 为5.0、6.5 和8.5，加入酶活为4000 U/g（以大米质量计算） 的酸性、中性及碱性蛋白酶于50 ℃集热式磁力搅拌器中反应3 h，设置对照组为未加酶的糯米浆。反应后的糯米浆以4000 r/min 离心10 min，沉淀用去离子水洗后离心，重复3 次。收集3 次上清液备用，将最后1 次水洗的沉淀物置于55 ℃烘箱烘干至水分含量为14 %左右，粉碎过80目筛，4 ℃密封保存。

1.2.2 测定方法

1.2.2.1 体外消化试验

根据Englyst[15]的方法进行体外模拟消化试验。精确称量200 mg 样品于烧杯中，加入0.2 mol/L 的醋酸钠缓冲液pH 为5.2）15 mL 并摇匀，放于沸水浴中搅拌，糊化30 min 后，冷却至37 ℃水浴保温。糯米糊中加入10 mL 混合酶液（0.002 mL 的耐高温α- 淀粉酶与1.5 mL 淀粉葡萄糖苷酶混合定容至10 mL，即为混合酶液），分别在第0、5、10、20、40、60、120、180 min 时吸取2 mL 样品在沸水浴中灭酶5 min，以4000 r/min 离心10 min 后取上清液，采用3，5-二硝基水杨酸比色法（DNS 法） 测定葡萄糖含量（Gt），根据式（1）计算水解率（%）并绘制水解曲线。根据式（2）、（3）计算样品的水解指数（HI）、血糖指数（GI），评价其淀粉的消化性能。

1.2.2.2 蛋白质含量测定方法

按照GB 5009.5—2016 第二法《分光光度计法》执行。

1.2.2.3 色差测定方法

采用CIELAB 方法[16]测定糯米粉的色差，将3份相同质量的样品置于透明袋中测量色差。特征参数为：亮度（L*）、红/ 绿色差（+a*/- a*）、黄/ 蓝色差（+b*/- b*）。总色差（ΔE*）计算公式如下：

式中：ΔL*、Δa*、Δb*分别为测试样品与标准白板数值差异值，标准白板色差值为L*=99.58，a*=- 0.16，b*=- 0.12。

1.2.2.4 透明度测定方法

取0.1 g 样品，加入20 mL 水，充分混合为0.5 %悬浮液，于沸水中搅拌30 min 至完全糊化，冷却至室温。在波长为650 nm 的分光光度计中测定，所得透光率（%）数值即为样品的透明度（%），以去离子水为对照组。

1.2.2.5 溶解度测定方法

参照Derycke 等的测定方法，称1.5 g 样品于离心管，加入25 ml 水混匀，室温震荡1 h，分别于50 ℃、95 ℃集热式磁力搅拌器中以160 r/min 搅拌30 min，使其充分反应。冷却至室温，以4000 r/min离心15 min，上清液置于105 ℃烘箱烘干至恒重。上清液质量与糯米粉干基质量（即称取的糯米粉样品的质量）的比值即为样品的溶解度。

1.2.2.6 直链淀粉含量测定方法

参考王肇慈的碘比色法[18]，绘制标准曲线。准确称量0.1 g 样品放于烧杯中，加入95 %乙醇1 mL 和1 mol/L 氢氧化钠溶液9 mL 混匀，放入沸水浴中连续搅拌10 min，冷却后移入100 mL 容量瓶定容，取5 mL 样液置于100 mL 容量瓶，加入1 mol/L 醋酸溶液1 mL 和2 %碘液2 mL 定容，静置0.5 h，在分光光度计620 nm 处测定吸光值，由标准曲线计算样品直链淀粉含量。

1.2.3 数据处理

实验重复3 次，采用Origin 8.0 软件进行统计分析，表示为平均值±标准差（SD），并使用Graph-Pad Prism 7 软件绘图。

2 结果与讨论

2.1 蛋白酶处理对糯米粉GI 值的影响

蛋白酶处理对糯米粉GI 值的影响结果见图1。

图1 蛋白酶处理对糯米粉GI 值的影响

由图1 可知，对照组GI 值为98.4，3 种蛋白酶处理均可以显著降低糯米粉的GI 值。其中酸性蛋白酶处理的糯米粉GI 值最低，比对照降低了27.95 %；中性蛋白酶、碱性蛋白酶处理的糯米粉GI 值均显著低于对照（P＜0.05），不同蛋白酶处理样品间GI 值无显著差别（P＞0.05）。

2.2 蛋白酶处理对糯米粉蛋白质含量的影响

糯米磨浆时借助机械作用破坏原料颗粒间细胞壁结构，将部分淀粉和蛋白（蛋白质）分离，用蛋白酶酶解再离心，可进一步水解糯米粉中的蛋白质。蛋白酶处理对糯米粉蛋白质含量的影响见图2。

图2 蛋白酶处理对糯米粉蛋白质含量的影响

由图2 可知，对照组蛋白质含量为6.67 %，酸性蛋白酶处理过的糯米粉蛋白质含量为5.54 %，显著低于对照组（P＜0.05）；中性蛋白酶和碱性蛋白酶水解的糯米粉蛋白质含量变化与对照相比变化不显著（P＞0.05）。

2.3 蛋白酶处理对糯米粉直链淀粉含量的影响

蛋白酶处理对糯米粉直链淀粉含量的影响见图3。

图3 蛋白酶处理对糯米粉直链淀粉含量的影响

由图3 可知，对照组直链淀粉含量为2.00 %，经过不同蛋白酶处理后直链淀粉含量略有不同，但无显著差异（P＞0.05），说明在本试验条件下酶解过程对糯米粉直链淀粉含量无显著影响。

2.4 蛋白酶处理对糯米粉色差的影响

蛋白酶处理对糯米粉色差的影响见图4。

图4 蛋白酶处理对糯米粉色差的影响

由图4 可知，对照组色差为96.31，3 种蛋白酶处理糯米粉色差数值上有小幅增加，但统计分析表明色差变化无显著差异（P＞0.05），说明酶解处理不会对糯米粉的色差产生影响。

2.5 蛋白酶处理对糯米粉透明度的影响

透明度与样品的粒径、直链淀粉含量、支链淀粉与膨胀能力的关系以及膨胀颗粒与未膨胀颗粒的关系密切相关[19，20]。蛋白酶处理对糯米粉透明度的影响见图5。

由图5 可知，酶解过程可增加糯米粉的透明度，对照组透明度为35.42 %，碱性蛋白酶酶解后的糯米粉透明度最大，显著高于其它处理（P＜0.05），为47.12 %，酸性蛋白酶与中性蛋白酶酶解后糯米粉样品的透明度与对照相比无显著差异（P＞0.05），3 种蛋白酶处理间无显著差异。

图5 蛋白酶对糯米粉样品透明度的影响

2.6 蛋白酶处理对糯米粉溶解度的影响

50 ℃和90 ℃时，蛋白酶处理对糯米粉溶解度的影响见图6、图7。

图6 50 ℃时蛋白酶处理对糯米粉溶解度的影响

图7 95 ℃时蛋白酶处理对糯米粉溶解度的影响

由图6、图7 可知，50 ℃时，对照组溶解度为2.13 %，中性蛋白酶处理可以将糯米粉的溶解度提高将近3 倍，酸性蛋白酶和碱性蛋白酶提高幅度较小，分别为2.43 %、3.71 %。温度对淀粉颗粒的晶体结构有很大影响，相同酶解时间下糯米粉在95 ℃时溶解度与50 ℃时差异极大，而95 ℃时各处理间差异不显著。

3 结论与讨论

3 种蛋白酶水解对糯米粉GI 值及品质的影响不同。对照组GI 值为98.4，酸性蛋白酶处理的糯米粉GI 值最低，比对照降低了27.95 %；中性蛋白酶、碱性蛋白酶处理的糯米粉GI 值均显著低于对照组，不同蛋白酶处理样品间GI 值无显著差别。酸性蛋白酶处理糯米粉后，蛋白质含量显著低于对照组；3 种蛋白酶处理对直链淀粉含量和色差的影响均不显著；碱性蛋白酶处理使样品透明度显著提高，酸性蛋白酶与中性蛋白酶处理与对照组无显著差异；中性蛋白酶50 ℃处理使糯米粉溶解度显著升高，而酸性和碱性处理与对照组相比差异不显著。因此，采用蛋白酶处理可显著降低糯米粉的GI 值，改变其消化特性，是一种有效降低糯米粉GI 值的方法。

本次实验采用的固态蛋白酶酶解工艺繁琐，受到蛋白酶溶解性的影响，对酶解效果可能产生了一定的影响。如果使用液态蛋白酶，其酶解效果是否进一步改善，需要进一步研究。另外，使用单一固态蛋白酶酶解糯米粉对降低其GI 值作用有限，是否可通过液态复合蛋白酶或结合其他处理方法共同用于降低糯米的GI 值，需要进一步研究优化。