水稻是全球种植的主要谷类作物之一,淀粉是大米中的主要成分,其理化性质,如糊化、回生和流变特性是影响米线、米粉和米糕等大米深加工产品质量和接受度的重要因素[1-2]。然而,原生大米淀粉存在水溶性低、凝胶化不稳定、回生快等缺点,限制了其在食品工业中的应用[3]。此外,大米及传统米制品的高升血糖特性和中国糖尿病患的激增使得以精米为主食的传统饮食结构面临巨大挑战[4]。前期许多研究采用化学、物理和酶促改性等方法改善淀粉的理化和消化性能[5],其中非淀粉多糖因其天然、无毒、环保、低成本等优点受到广泛关注[6]。
黑木耳(Auricularia auricula)是我国食用菌和传统药物,也是世界第4大栽培菌种,其含有丰富的多糖、蛋白质、脂肪、维生素、色素和微量元素,多糖是黑木耳中的主要活性成分[7-9]。近年来,许多研究证实,黑木耳多糖可以调节肠道菌群[10-11]、增强免疫调节[12]、减缓衰老过程[13]、降低血脂[14]等。目前常见的多糖提取方法包括热水法、碱法、超声法和酶法等,提取方法不仅影响多糖产量,还会改变多糖的组成和结构[15-17]。多糖的分子质量、单糖组成及结构特征是其改变淀粉理化特性和消化特性的基础[18-19]。
本研究以黑木耳为原料,分别采用热水法、碱法、超声法和酶法提取粗多糖,并经脱蛋白、透析后制备黑木耳精多糖,采用凝胶色谱法、离子色谱法分析其分子质量及单糖组成,并使用傅里叶变换红外(Fourier transform infrared,FTIR)光谱表征其结构。将黑木耳精多糖与米粉按照不同质量比(1∶5、1∶10、1∶15和1:20)混合制备多糖-米粉混合物,通过快速黏度分析仪(rapid viscosity analyzer,RVA)、流变仪及体外模拟消化模型,综合评价黑木耳精多糖对米粉糊化、流变特性及消化特性的调控作用。旨在系统探究不同提取方法所得黑木耳多糖的分子质量、单糖组成及结构特性差异,并进一步考察多糖添加对米粉糊化、流变及消化特性的影响,为黑木耳多糖在米制品中作为功能性食品成分或营养保健品在降血糖中的应用奠定基础,同时为开发低升糖指数的健康米制食品、拓展黑木耳高附加值产业链提供数据支撑,对推动食品工业的营养化、功能化升级具有重要实践意义。
黑木耳、大米产于新疆维吾尔自治区阿克苏市。
半乳糖、葡萄糖、甘露糖、半乳糖醛酸、木糖、阿拉伯糖、鼠李糖、核糖、岩藻糖、葡萄糖醛酸等单糖标准品(纯度均≥98%)、α-淀粉酶(100 U/mg)、淀粉葡萄糖苷酶(300 U/mg)、纤维素酶(4 U/mg)、木瓜蛋白酶(16 U/mg) 美国Sigma-Aldrich公司;无水乙醇、氢氧化钠(均为分析纯) 天津市百世化工有限责任公司;溴化钾、醋酸钠(均为分析纯) 上海麦克林生化科技股份有限公司。
2695高效液相色谱仪 美国Waters公司;DAWNHELEOS-II多角度激光光散射检测器(multi angle lightscatterer detector, MALSD) 美国怀亚特技术公司;RID-20A示差折光检测器(differential refraction detector,DRD) 日本岛津公司;SB-806 HQ尺寸排阻色谱柱(7.8 mm×300 mm,6 μm)、SB-804 HQ尺寸排阻色谱柱(7.8 mm×300 mm,5 μm) 日本Shodex公司;ICS-5000离子色谱仪、Nicolet iS10 FTIR光谱仪 美国赛默飞世尔科技公司;TechMaster RVA 澳大利亚Perten Instruments公司;MCR302流变仪 奥地利Anton Paar公司。
1.3.1 样品预处理
将黑木耳置于60 ℃烘箱中干燥至恒质量后,经粉碎过100目筛,即得黑木耳粉。将大米去除杂质、洗净并置于45 ℃烘箱中烘干至水分质量分数低于10%后,经粉碎过200筛目,即得米粉。
1.3.2 黑木耳粗多糖制备
热水提取黑木耳多糖(water extraction A. auricula polysaccharides,WEAP):1 g黑木耳粉,加入30 mL水,于80 ℃水浴中搅拌加热1 h,6 000 r/min离心15 min取上清液。
碱提取黑木耳多糖(alkali extraction A. auricula polysaccharides,AEAP):1 g黑木耳粉,加入30 mL 0.5 mol/L NaOH溶液,80 ℃水浴中搅拌加热1 h,6 000 r/min离心15 min取上清液。
超声提取黑木耳多糖(ultrasonic extraction A. auricula polysaccharides,UEAP):1 g黑木耳粉,加入30 mL水,设置超声功率 266 W、超声时间 26 min、超声温度 58 ℃,6 000 r/min离心15 min取上清液。
酶提取黑木耳多糖(enzyme extraction A. auricula polysaccharides,EEAP):1 g黑木耳粉,加入30 mL 磷酸盐缓冲液(phosphate buffer solution,PBS) (pH 4.8),添加4 U/mg纤维素酶,80 ℃水浴搅拌加热1.5 h,6 000 r/min离心15 min取上清液。
上述各上清液分别加入3倍体积无水乙醇,4 ℃条件下醇沉过夜,于6 000 r/min条件下离心15 min,除去上清取沉淀。黑木耳粗多糖于烘箱干燥后,即得黑木耳粗多糖。粗多糖加蒸馏水复溶,添加16 U/mg木瓜蛋白酶去除蛋白,使用截留分子质量为10 kDa透析袋透析72 h后,透析液经过真空浓缩后冷冻干燥即得黑木耳精多糖。
1.3.3 多糖-米粉混合物制备
考虑到每天淀粉的摄入量约为100~200 g,并且每天额外补充10~20 g膳食纤维(或非淀粉多糖)与预防2型糖尿病有关[20],将黑木耳精多糖与米粉按照不同质量比(1∶5、1∶10、1∶15和1∶20)混合,制备多糖-米粉混合物,以蒸馏水中添加50 mg/mL米粉作为对照。
多糖-米粉混合物的制备:将黑木耳精多糖加入蒸馏水,分别配制为2.5、3.3、5.0、10.0 mg/mL多糖溶液,在100 r/min磁力搅拌下5 min,于多糖溶液中分别添加 50 mg/mL米粉,继续搅拌10 min,混合溶液经冷冻干燥后即得多糖-米粉混合物。
1.3.4 黑木耳精多糖分子质量测定
采用高效凝胶渗透色谱法[21]测定。准确移取100 μL质量浓度为2 mg/mL的精多糖样品溶液进样,采用 SB-806 HQ尺寸排阻色谱柱(7.8 mm×300 mm,6 μm)、SB-804 HQ尺寸排阻色谱柱(7.8 mm×300 mm,5 μm),以含0.02% NaN3的0.2 mol/L NaCl溶液为流动相,流速0.5 mL/min进行洗脱。采用0.138 mL/g的折光指数增量值计算各多糖重均分子质量。使用Astra 32.0软件进行数据采集与分析。重均分子质量:按分子质量权重的统计平均值;数均分子质量:按分子数量权重的统计平均值。
1.3.5 黑木耳多糖单糖组成测定
采用离子色谱法[22]。准确称取黑木耳多糖样品10 mg,置于安瓿瓶中,加入10 mL 4 mol/L三氟乙酸溶液,于110 ℃条件下水解8 h后,5 mL水复溶后经0.22 μm微孔滤膜过滤后,采用离子色谱系统进行分析。通过比对单糖标准品的保留时间与峰面积,对各单糖组分进行定性。以单糖标准工作液的质量浓度为横坐标,对应的峰面积为纵坐标,绘制单糖标准品标准曲线。将样品溶液的单糖峰面积代入标准曲线回归方程,计算得到样品中各单糖的质量浓度,再根据样品称样量和定容体积,换算得到各单糖在黑木耳精多糖中的含量,结果以μmol/L表示。
1.3.6 FTIR光谱分析
分别称取2 mg黑木耳精多糖干燥样品、2 mg多糖添加量为20%的多糖-米粉混合物干燥样品,备用。称取200 mg经120 ℃干燥至恒质量的KBr粉末,分别与上述2种样品按1∶100的质量比置于研钵中。在红外灯照射下充分研磨至粉末粒径小于2 μm,确保样品与溴化钾混合均匀。取混合均匀的粉末适量,转移至压片模具中,采用压片机在8~10 MPa压力下保持2 min,制成透明的薄片。同时制备纯溴化钾空白薄片,作为背景参照。在波数4 000~400 cm-1范围内扫描采集样品的FTIR光谱。
1.3.7 糊化特性测定
采用RVA仪测定。将对照和多糖-米粉混合溶液(25 mL)置于铝罐中,在50 ℃条件下预热1 min,然后以12 ℃/min的速率加热升温至95 ℃,并保持2.5 min。以相同的速率将样品冷却至50 ℃并保持2.5 min。前10 s将转速设置为960 r/min,然后保持在160 r/min直至结束。记录糊化温度(gelatinization temperature,GT)、峰值黏度(peak viscosity,PV)、谷值黏度(trough viscosity,TV)、最终黏度(final viscosity,FV)、崩解值(breakdown,BD)和回生值(setback,SB)。
1.3.8 流变特性测定
通过稳态剪切模式测定糊化样品静态流变性能,温度25 ℃,剪切速率1~100 s-1,记录剪切应力与剪切速率的变化关系。通过频率扫描测试糊化样品的动态流变性能,频率范围为0.1~10.0 Hz,应变为1.0%,温度25 ℃。记录储能模量(G′)和损耗模量(G″)的动态流变数据。
1.3.9 体外模拟消化
样品的体外模拟消化实验采用文献[23-24]的方法测定。取5 mL RP和AP-RP混合溶液冷冻干燥后加入25 mL 0.2 mol/L pH 5.2醋酸钠缓冲液复溶,并在37 ℃的摇床上平衡10 min。取7.5 mL上述复溶样品溶液,加入2.5 mL复合酶溶液(含300 U/mL α-淀粉酶和20 U/mL淀粉葡萄糖苷酶),充分混匀。在37 ℃下连续搅拌孵育,分别在0、20 min和120 min收集1 mL消化物。每个消化物加入1 mL 体积分数为95%乙醇,并以10 000×g 离心5 min,除去沉淀,去上清液通过葡萄糖氧化酶-过氧化物酶测定试剂盒测定葡萄糖含量。速消化淀粉(rapidly digestible starch,RDS)、缓消化淀粉(slowly digestible starch,SDS)和抗性淀粉(resistant starch,ReS)相对含量参考文献[24]方法计算。
所有实验均进行3次重复,结果以-表示。采用Origin 2021、SPSS 24.0软件进行数据分析及绘图,通过单因素方差分析和邓肯多重比较法进行显著性分析,显著性水平设为P<0.05。
2.1.1 不同提取方法黑木耳精多糖分子质量
由图1可知,水提、酶提和超声提取黑木耳精多糖洗脱曲线均有3个峰,且3个峰的出峰时间相似,表明水提、酶提和超声提取黑木耳精多糖经高效凝胶渗透色谱柱层析得到3个多糖组分。碱提黑木耳精多糖洗脱曲线有 2个峰,且出峰时间与上述3种提取精多糖不同,表明碱提黑木耳精多糖经高效凝胶渗透色谱柱层析得到2个多糖组分。
图1 不同提取方法黑木耳精多糖高效凝胶渗透色谱洗脱曲线
Fig. 1 High performance gel permeation chromatography fractionation curves of purified A. auricular polysaccharides with different extraction methods
由表1可知,水提黑木耳精多糖3个洗脱组分的重均分子质量分别为9 187、3 197、177.20 kDa;酶提黑木耳精多糖3个洗脱组分的重均分子质量分别为13 290、3 200、154.20 kDa;超声提取黑木耳精多糖3个洗脱组分的重均分子质量分别为9 865、3 218、129.50 kDa;碱提黑木耳精多糖2个洗脱组分的重均分子质量分别为1 255、46.31 kDa。
表1 不同提取方法黑木耳多糖洗脱组分分子质量及多分散系数
Table 1 Molecular mass and polydispersity of eluant components from A. auricula polysaccharides with different extraction methods
样编号品项目组分1组分2组分3WEAP重质均量/分kD子a9 187.00±836.753 197.00±75.42177.20±16.53多分散系数1.031.131.51 AEAP重质均量/分kD子a1 255.00±21.2446.31±8.25多分散系数1.551.16 EEAP重质均量/分kD子a13 290.00±696.663 200.00±73.21154.20±13.18多分散系数1.071.321.63 UEAP重质均量/分kD子a9 865.00±682.263 218.00±114.14129.50±8.78多分散系数1.051.321.38
多分散系数是用来表征高聚物混合物分子质量分布宽度的,其数值越大,代表多糖分子质量分布越分散,均一性越差;反之,则分子质量分布越集中,均一性越好。由表1可知,各提取方法所得黑木耳精多糖各洗脱组分的多分散系数均大于1,其中水提、酶提与超声提取所得多糖各组分的多分散系数相近,且数值均较低,表明这3种方法提取的黑木耳精多糖各组分的分子质量分布较均一;而碱提黑木耳精多糖各洗脱组分的多分散系数显著高于前3者,说明碱提所得多糖的分子质量分布分散,均一性较差。结果表明,不同提取方法黑木耳精多糖均为杂多糖,且其分子质量具有一定的差异。
2.1.2 不同提取方法黑木耳多糖单糖组成
由图2可知,岩藻糖(Fuc)、阿拉伯糖(Ara)、半乳糖(Gal)、葡萄糖(Glc)、甘露糖(Man)、木糖(Xyl)、葡萄糖醛酸(GlcA)等单糖标准色谱峰为样品定性定量提供了参照。4种提取方法的多糖色谱峰均在5~35 min内出峰,且峰形与单糖标准品的特征峰位置对应,但不同提取方法的色谱峰数量、峰高及出峰强度存在明显差异。EEAP在保留时间约8 min处出现了阿拉伯糖(Ara)的特征峰,这是水提、碱提、超声提取多糖中未检测到的峰,反映了酶解处理对多糖结构的选择性降解作用;AEAP在甘露糖(Man)特征峰最高;UEAP的葡萄糖(Glc)特征峰最高;WEAP与EEAP的色谱峰分布较为相似,二者在葡萄糖、甘露糖、木糖的峰高比例上较为接近,也印证了其单糖组成结构相似的结论。
图2 不同提取方法黑木耳精多糖酸水解产物的单糖组成离子色谱图
Fig. 2 Ion chromatograms of monosaccharide composition of acid hydrolysis products of A. auricula purified polysaccharides by different extraction methods
由表2可知,水提、碱提和超声提取多糖中共检测出岩藻糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖、木糖和葡萄糖醛酸6种单糖,酶提多糖与其他3种多糖相比,检测出阿拉伯糖,这在其他3种多糖中未检出。从单糖组成来看,4种多糖均主要由葡萄糖、甘露糖和木糖组成,水提、酶提、超声提取多糖中含量最高的为葡萄糖,其次为甘露糖,超声提取多糖中葡萄糖浓度最高,为509.49 μmol/L,其次为水提多糖(469.26 μmol/L)和酶提多糖(402.24 μmol/L),水提和酶提多糖中的甘露糖含量较高,分别为352.57 μmol/L和306.94 μmol/L,超声提取最低,为189.54 μmol/L。碱提多糖中浓度最高的为甘露糖(479.75 μmol/L),葡萄糖和木糖浓度相当,分别为194.55 μmol/L和172.62 μmol/L。单糖组成结果进一步表明4种多糖结构具有一定差异,水提多糖和酶提多糖结构中可能主要为葡甘聚糖,超声提取多糖中甘露糖含量相较水提和酶提多糖较少,碱提多糖中主要为甘露糖。
表2 不同提取方法黑木耳多糖经酸水解后单糖组成测定结果
Table 2 Determination results of monosaccharide composition of A. auricula polysaccharide after acid hydrolysis by different extract ion methods
μmol/L样品编号岩藻糖阿拉伯糖半乳糖葡萄糖甘露糖木糖葡萄糖醛酸WEAP11.84±3.77a30.71±2.94bc469.26±8.15c325.57±9.21b83.77±11.88b52.59±26.58b AEAP11.92±1.57 a 20.08±1.48 a 194.55±7.38 a 479.75±16.59 c 172.62±16.24 c 69.29±7.54 c EEAP14.38±1.07a0.83±0.1a25.89±2.76b402.24±27.35b306.94±11.78b79.59±11.63b31.03±9.54ab UEAP14.03±1.53a34.47±1.15c509.49±5.21d189.54±8.18a52.13±3.17a18.86±2.13a
注:同列小写字母不同表示差异显著(P<0.05)。表4同。
2.1.3 不同提取方法黑木耳精多糖及多糖-米粉混合物FTIR光谱
由图3A可知,波数3 375 cm-1附近有一个宽而强的吸收峰,这归属于O—H伸缩振动,表明样品中存在广泛的分子间和分子内氢键网络[25]。在波数2 931 cm-1处的吸收峰归属于C—H伸缩振动,主要来自糖环上的亚甲基(—CH2—)和次甲基(—CH—),这是碳水化合物分子的典型特征[26]。波数1 734 cm-1处的峰通常归属于酯化或未离子化的羧基(—COOH)中的C=O伸缩振动。波数1 607 cm-1处的吸收峰则对应于离子化羧酸根(—COO-)的不对称伸缩振动。这2个峰的并存暗示4种黑木耳多糖中均含有糖醛酸单元(如葡萄糖醛酸或半乳糖醛酸),并且其羧基可能同时以游离酸和盐2种形式存在[27]。波数1 107 cm-1和1 040 cm-1处的强吸收峰归属于糖环的C—O—C和C—O伸缩振动,这是吡喃糖环骨架结构和糖苷键的明确证据[28]。最为关键的是,在波数892 cm-1处观察到的吸收峰,这是β-型糖苷键的特征吸收。Chen Nana等[29]报道黑木耳多糖的主链主要由(1→3)-β-D-葡萄糖等β-构型的糖苷键连接而成,与本实验结果一致。此外,在波数1 344、1 251、771 cm-1和617 cm-1 等处的吸收,则分别对应于C—H弯曲振动和糖环的骨架振动,进一步佐证了多糖的结构特征。不同提取方法黑木耳精多糖红外光谱的主要差异体现在特征峰的强度与相对位置上。AEAP在波数 1 607 cm-1处的羧酸盐吸收峰强度明显高于其他方法,说明其糖醛酸的离子化程度更高,这与碱提过程中多糖羧基的解离作用相关;EEAP在892 cm-1处的β-糖苷键吸收峰相对较弱,可能是酶解过程对部分糖苷键的轻微破坏所致;UEAP在1 734 cm-1处的游离羧基峰强度较低,提示其羧基更多以盐的形式存在,这可能与超声辅助提取过程中的局部酸碱环境变化有关;WEAP的各特征峰强度最为均衡,表明其结构在温和提取条件下保留得更完整。
图3 不同提取方法黑木耳多糖(A)及多糖-米粉混合物(B)FTIR光谱图
Fig. 3 FTIR spectra of A. auricular polysaccharides with different extraction methods (A) and polysaccharide-rice powder mixture (B)
由图3B可知,将米粉的FTIR光谱与多糖-米粉混合物的FTIR光谱进行比较,发现没有新的吸收峰,表明木耳多糖和米粉分子之间的相互作用没有产生新的官能团,木耳多糖可能通过非共价结合(如氢键、静电力或疏水相互作用)与米粉结合[30]。不同提取方法多糖-米粉混合物红外光谱无新峰生成,仅特征峰强度与峰形存在差异。水提多糖-米粉的O—H与β-糖苷键峰最强,氢键作用最显著;碱提多糖-米粉的C—H峰强度最高;超声提取多糖-米粉的糖环骨架振动峰最尖锐;酶提多糖-米粉的各特征峰强度最弱,氢键作用最不明显。
快速黏度分析可用于表征淀粉的糊化特性,可反映淀粉颗粒在加热过程中吸水、膨胀并失去其晶体结构的过程[31]。从糊化曲线中能够得到复配体系的PV、TV、FV、BD、SB和GT。由图4A可知,随着水提多糖添加量从5%增加到20%,米粉体系的PV、TV和FV均呈递增趋势;在相同添加量下,水提多糖组的黏度显著高于纯米粉组,表明水提多糖可有效提升米粉的黏稠性,且添加量越高,增稠效果越明显。由图4B可知,碱提多糖同样能提高米粉体系的黏度,且黏度随添加量增加而升高;与同浓度的水提多糖组相比,碱提多糖的增稠效果略弱,但仍显著优于纯米粉,说明碱提多糖对米粉的黏度改善作用相对温和。由图4C可知,超声提取多糖对米粉体系的黏度提升作用随添加量增加而增强,但整体增稠效果弱于水提和碱提多糖;在20%添加量下,其黏度仍低于同浓度的水提和碱提多糖组,提示超声提取多糖的增稠能力相对有限。由图4D可知,酶提多糖可提高米粉体系的黏度,且黏度随添加量增加而升高;在相同添加量下,酶提多糖组的黏度是4种多糖中最低的,仅略高于纯米粉,说明酶提多糖对米粉的增稠作用最弱。
图4 米粉及热水法(A)、碱法(B)、超声法(C)、酶法(D)提取黑木耳多糖-米粉混合物的糊化曲线
Fig. 4 Pasting curves of rice powder and mixture of rice powder and A. auricular polysaccharides extracted by hot water (A), alkali (B),ultrasound (C) and enzyme (D) methods
由表3可知,黑木耳多糖的添加显著影响了米粉淀粉的糊化特性。所有多糖添加均能提高体系的PV,且呈现剂量依赖性,在20%多糖添加量下提升效果依次为:EEAP>WEAP>UEAP>AEAP,说明多糖促进了米粉淀粉颗粒的膨胀或直接增强了体系黏度。BD反映米粉淀粉糊的热剪切稳定性,EEAP与UEAP在20%多糖添加量时BD最高,表明其与米粉淀粉形成的复合结构对高温剪切敏感,易于破坏。多糖添加均显著提高了米粉淀粉FV、SB,说明其促进了淀粉的短期回生。其中,EEAP与AEAP的提升作用最强,其20%多糖添加量多糖-米粉混合物样品的SB分别达442.33 cP与430.33 cP,高度显著高于其他组别(P<0.001),表明这两种多糖更利于促进淀粉分子重排与坚硬凝胶网络的形成。多糖添加均高度显著降低米粉淀粉GT(P<0.001)。结果表明,不同提取方法的多糖对米粉糊化特性的调控作用存在明显差异,均可剂量依赖性地改善米粉的糊化特性。
表3 米粉及热水法、碱法、酶法、超声法提取多糖-米粉混合物的糊化特性参数
Table 3 Gelatinization characteristic parameters of rice powder and mixture of rice powder and polysaccharides extracted by hot water, alkali,enzyme and ultrasound methods
样品编号AP添加量/%PV/cPTV/cPBD/cPFV/cPSB/cPGT/℃20575.00±25.87cB***342.00±11.14bC***233.00±15.72cA***703.67±9.50dC***361.67±2.52dA***69.74±0.79***15448.00±8.19bB**251.33±8.02aB**196.67±16.04bB**572.67±10.6cB***321.33±3.21cA***69.74±0.79***WEAP10418.00±11.79abB*232.00±7.55aA*186.00±5.29bB*544.33±8.08bB**312.33±2.08bC***69.74±0.79***5380.33±14.57aB*228.67±9.07aA*151.67±5.77aA*512.67±8.50aC*284.00±1.00aC**69.74±0.79***20483.00±15.52cA**242.00±8.19bA*241.00±7.94cA**672.33±9.29cB**430.33±4.16dB***69.21±0.46***15374.00±7.94bA*214.33±8.02aA159.67±2.08bA*546.67±9.50bA**332.33±1.53cB***69.21±0.46***AEAP10358.00±15.52abA*210.00±9.00aA148.00±6.56abA*526.67±9.07bB*316.67±1.15bC**69.21±0.46***5320.33±18.23aA206.33±8.62aA114.00±26.85aA454.67±13.05aA*248.33±4.51aA*69.21±0.46***20519.00±11.14cA**264.67±10.5bA*254.33±21.59cA**626.33±8.02cA**361.67±2.52dA***69.21±0.46***15455.00±16.09bB*238.00±13.00abAB*217.00±5.00bBC**576.00±9.17bB**338.00±4.36cB***69.21±0.46***UEAP10371.00±9.85aA*215.00±11.53aA156.00±4.00aA*493.67±12.06aA*278.67±2.08bA**69.21±0.46***5353.67±19.76aAB*205.33±14.84aA148.33±8.08aA*475.33±13.01aAB*270.00±3.00aB**69.21±0.46***20624.00±15.72cC***305.00±5.57cB**319.00±10.58cB***747.33±10.60dD***442.33±5.03dC***71.05±0.46***15472.33±7.77bB**246.67±11.5bB*225.67±4.62bC***617.00±7.55cC**370.33±4.04cC***71.05±0.46***EEAP10386.00±10.54aA*227.00±11.14abA*159.00±1.00aA**525.33±12.06bB*298.33±1.15bB**71.05±0.46***5363.67±11.93aB*216.00±14.11aA*147.67±25.54aA*494.67±11.50aBC*278.67±3.21aC**71.05±0.46***纯米粉321.33±124.59185.33±8.02136.00±117.8352.67±11.59167.33±4.0489.21±0.91
注:同列小写字母不同表示同一多糖不同添加量之间差异显著,同列大写字母不同表示同一多糖添加量不同多糖之间差异显著;与纯米粉相比,*.差异显著(P<0.05),**.差异极显著(P<0.01),***.差异高度显著(P<0.001)。
由图5A1~A4可知,所有多糖-米粉复合体系的剪切应力均随剪切速率的增加而升高,且呈现非线性增长趋势,表现出剪切稀化的假塑性流体特征。随着多糖添加量从5%提升至20%,相同剪切速率下的剪切应力显著增大,说明多糖的加入提高了体系的黏稠性,且作用强度与添加量呈正相关。其中,EEAP和AEAP的增稠效果最为明显。由图5B1~B4可知,在整个测试频率范围内,所有体系的G′均高于G″,且两者均随角频率升高而增大,表明复合体系形成了以弹性为主的弱凝胶网络结构,表现出类固体的黏弹性行为。不同提取方法的多糖对凝胶强度影响显著,其中 AEAP 与 EEAP 体系的G′值最高,WEAP次之,UEAP 最低,在1 rad/s频率下这一差异尤为明显,说明AEAP和EEAP可构建更强韧的凝胶网络;由图5C1~C4可知,AEAP与EEAP体系的G′值在全频率范围内平稳上升,未出现下降,表明其形成的凝胶网络结构稳定性良好;而UEAP在高添加量(≥15%)时,G′值在角频率升至6~8 rad/s后急剧下降,说明其凝胶网络在高剪切下易发生结构坍塌,稳定性较差;WEAP体系的G′值则呈平稳上升趋势,稳定性介于前两者之间。


图5 米粉及不同提取方法多糖-米粉混合物的流变特性
Fig. 5 Rheological properties of rice powder and mixture of polysaccharide with different extraction methods and rice powder
因此,所有多糖-米粉复合体系均为剪切稀化的假塑性流体,且黏稠度随多糖添加量增加而提升;同时均形成以弹性为主的弱凝胶网络,其中AEAP与EEAP在构建强韧、稳定的凝胶网络方面表现最优,更适用于对弹性和稳定性有高要求的米面制品;UEAP则需关注其在高剪切加工场景下的结构稳定性问题。
RDS含量可在一定程度上反映样品的升糖潜力[32]。由表4可知,与对照(RP)相比,UEAP的添加使RDS相对含量从18.28%显著降低至15.91%(P<0.05),表现出最强的潜在降血糖效应。WEAP和AEAP也显著降低了RDS含量(P<0.05),而EEAP对RDS含量无显著影响(P>0.05)。SDS被认为是一种有益的淀粉组分,能在小肠中被缓慢消化,有助于维持血糖稳定[33]。由表3可知,与对照(RP)相比,WEAP和UEAP的添加使SDS相对含量从22.70%分别显著增加至25.70%和24.72%(P<0.05),AEAP使SDS相对含量从22.70%显著降低至21.25%,EEAP使SDS含量稍有提高。表明UEAP可显著降低米粉的RDS含量,表现出最强的潜在降血糖效应;WEAP与AEAP也可显著降低RDS含量,而EEAP对RDS含量无显著影响;WEAP与UEAP可显著提高米粉的SDS含量,有助于维持血糖稳定;AEAP则显著降低了SDS 含量,EEAP对 SDS 含量仅有轻微提升。
表4 米粉及不同提取方法多糖-米粉混合物的体外消化特性
Table 4 In vitro digestibility of rice powder and mixture of polysaccharides with different extraction methods and rice powder
UEAP-米粉15.91±0.14b24.72±0.40d样品RDS相对含量/%SDS相对含量/%纯米粉18.28±0.25a22.70±0.04b WEAP-米粉17.67±0.31b25.70±0.21e AEAP-米粉17.60±0.21b21.25±0.22aEEAP-米粉18.30±0.40a22.95±0.18c
本研究系统探讨了热水法、碱法、酶法和超声法提取黑木耳多糖的分子质量、单糖组成及结构特征差异,并进一步考察多糖添加对米粉淀粉糊化、流变及消化特性的影响。结果表明,WEAP、EEAP和UEAP为高分子质量杂多糖,重均分子质量最高组分分别达 9 187、13 290 kDa 和 9 865 kDa,且分子质量分布相对均一;而AEAP分子质量相对较低,最高组分仅1 255 kDa,且多分散系数更高,均一性较差。WEAP和EEAP以葡萄糖和甘露糖为主,AEAP以甘露糖为主,UEAP以葡萄糖为主,EEAP中独检出阿拉伯糖。黑木耳多糖通过非共价作用与米粉淀粉结合,且添加量20%时对米粉特性调控效果最优:糊化特性上,EEAP提升PV、FV及SB的效果最显著;流变特性上,AEAP与EEAP体系凝胶强度高、稳定性优;体外消化方面,UEAP可显著降RDS相对含量至(15.91±0.14)%,并提高SDS相对含量至(24.72±0.40)%。综上,添加20% EEAP 适用于追求高黏度、强稳定性的米制品,添加20% UEAP是开发低升糖指数产品的最优选择。
FTIR证实所有多糖均具有典型的β-糖苷键结构。测定4种黑木耳多糖对米粉物理和消化特性,结果显示所有黑木耳多糖均能与米粉通过非共价键相互作用,并显著改变其糊化行为。多糖的添加普遍提高了体系的PV、FV和SB,表现出促进米粉短期回生的效应。其中20% EEAP在提升黏度和促进回生方面作用最强,而UEAP和AEAP形成的复合物热稳定性相对较差(BD较高)。所有多糖-米粉复合糊均能形成假塑性流体和以弹性为主的弱凝胶体系(G′>G″)。AEAP和EEAP有助于形成强度更高、结构更稳定的凝胶网络。黑木耳多糖的添加能够有效调控米粉的体外消化速率。UEAP表现出最优的降血糖潜力,能显著降低RDS含量并提高SDS含量。WEAP也能有效提高SDS含量,EEAP对消化特性影响不显著。
综上所述,提取方法影响了黑木耳多糖的分子结构,进而影响其与米粉的相互作用。本研究为黑木耳高附加值功能产品开发及营养健康米制品中应用提供重要的理论依据。
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