不同加工方式下蕓豆子葉細胞內(nèi)淀粉結(jié)構(gòu)及體外消化特性的對比分析

王苗苗，丁麗，張新，鄧慧君，陶醉，張斌,3，黃強,3，王桂丹

（1.華南理工大學食品科學與工程學院，廣東廣州 510640）

（2.湖南匯富康達健康管理有限公司，湖南長沙 410000）（3.中新國際聯(lián)合研究院，廣東廣州 511363)

雜豆屬于豆類科，其中蕓豆、蠶豆、豌豆和鷹嘴豆是最常見的品種。許多流行病學研究表明，雜豆的血糖生成指數(shù)（Glycemic index，GI）較低，長期攝入雜豆食品對預(yù)防和控制糖尿病、肥胖癥等有一定功效[1,2]。與其他食品相比，雜豆由于其細胞壁較厚且富有彈性，在經(jīng)烹飪（熱加工）之后其細胞會較容易分離而不是破碎[3]，這就意味著熱處理后的雜豆在經(jīng)咀嚼之后大部分都能保證完整的細胞結(jié)構(gòu)，在小腸酶解消化時，其中的細胞壁和蛋白質(zhì)基質(zhì)可以作為物理屏障限制淀粉與消化酶的接觸從而降低其消化速率[4,5]。

雜豆具有抗營養(yǎng)因子，包括植酸、單寧、胰蛋白酶抑制劑和其他多酚類物質(zhì)等，一般需經(jīng)過熱處理才可以食用。常用的熱加工方式包括常壓蒸煮、高壓蒸煮、油炸、焙烤等。據(jù)報道，雜豆的抗營養(yǎng)因子可以抑制消化酶的酶活，從而降低消化速率[6]。這些熱加工方式會不同程度破壞雜豆細胞壁的結(jié)構(gòu)和通透性，同時使蛋白質(zhì)及抗營養(yǎng)因子失活，進而影響淀粉的消化性。Zacharie等[7]發(fā)現(xiàn)與未處理的蕓豆相比，常壓蒸煮使淀粉體外消化率顯著提高（12.3%）。高壓蒸煮可以極大的破壞雜豆的細胞壁，蛋白質(zhì)基質(zhì)及抗營養(yǎng)因子，從而顯著提高消化性。Berg等[8]發(fā)現(xiàn)高壓蒸煮白腰豆子葉細胞后，部分細胞的細胞壁破裂，且細胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)變性，同時細胞內(nèi)的淀粉吸水溶脹發(fā)生糊化，淀粉的消化速率和程度顯著提高。油炸處理會使淀粉結(jié)構(gòu)崩解、糊化，溶解度和膨脹度增加。張令文等[9]報道了淀粉顆粒油炸20～50 s后逐漸膨脹，部分顆粒開始糊化，75 s后完全糊化。隨著油炸溫度的升高，淀粉的溶解度和膨脹度增加[10]。焙烤使得淀粉發(fā)生不同程度的糊化。Varriano-Marston等[11]報道了面包中心淀粉的糊化程度低于外圍，主要由于是在焙烤食品中，體系水分含量較低，而淀粉分子的糊化程度主要取決于水分含量，而面包中心部位的水分含量較面包的外周低。

本文選取我國具有代表性的雜豆品種蕓豆（Phaseolus vulgaris）為原料，分離出完整蕓豆子葉細胞作為蕓豆全食品的研究模型，并以蕓豆淀粉為對照，研究常壓蒸煮、高壓蒸煮、高溫焙烤、油炸這 4種工業(yè)和家庭常用的熱加工方式對完整蕓豆子葉細胞內(nèi)含淀粉的表觀形態(tài)、結(jié)晶結(jié)構(gòu)及消化性的影響，以期對低 GI蕓豆類食品的設(shè)計和生產(chǎn)提供理論依據(jù)和科學指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 原料

蕓豆，美國Target公司；豬胰酶（Cat. No. P7545，活力8×USP/mg）、4-羥基苯甲酰肼、異硫氰酸熒光素-葡聚糖，美國Sigma-Aldrich公司；總淀粉含量測定試劑盒（K-TSTA）、葡萄糖氧化酶-過氧化物酶檢測試劑盒（GOPOD）（K-GLUC），愛爾蘭Megazyme公司；其他化學試劑均為分析純。

1.2 主要儀器設(shè)備

EVO18型掃描式電子顯微鏡，德國Zeiss公司；TCS SP5型激光共聚焦顯微鏡，德國 Leica公司；BX-51型熱臺偏光顯微鏡，日本Olympus公司；DSC-3型差示掃描量熱儀，瑞士 Mettler-Toledo公司；D/Max2200型X-射線衍射分析儀，日本Rigaku公司。

1.3 樣品制備

1.3.1 完整蕓豆子葉細胞的分離

蕓豆子葉細胞的分離方法參考 Edwards[12]報道的方法。配制含0.5% Na2CO3和1.5% NaHCO3的混合水溶液，將200 g蕓豆浸泡于上述溶液中，4 ℃貯存過夜。待蕓豆充分吸水膨脹后，棄去堿液去皮。接著將去皮蕓豆于60 ℃條件下水浴處理1 h。接著用壓蒜器將蕓豆壓碎，過100目及300目標準篩，取中間組分，冷凍干燥后獲得完整蕓豆子葉細胞。蕓豆細胞樣品的總淀粉含量為59.7%±0.5%，蛋白質(zhì)含量為17.4%±0.8%，總膳食纖維含量為22.7%±1.2%。

1.3.2 蕓豆淀粉的提取

淀粉提取方法參考Li等[13]報道的方法。將蕓豆浸沒在150 mL的NaS2O2溶液中（0.45%，m/V）置于4 ℃過夜，經(jīng)去皮、打漿后，過300目標準篩濾去蛋白和細胞壁殘渣，4000 g離心10 min，棄去上層黃色蛋白質(zhì)。將淀粉懸浮液置于450 mL氯化鈉與甲苯混合液中，攪拌1 h后離心除去蛋白質(zhì)和脂類。重復(fù)該操作多遍，直至甲苯層變得清晰，即不含蛋白質(zhì)，然后于烘箱中 40 ℃干燥過夜，粉碎得蕓豆淀粉。采用總淀粉試劑盒測得樣品的總淀粉含量為95.3%。

1.3.3 制備經(jīng)不同熱加工方式處理后的蕓豆細胞或淀粉

1.3.3.1 常壓蒸煮

常壓蒸煮參數(shù)參考Eyaru等[14]所報道的方法。分別稱取5 g蕓豆細胞或淀粉，加入45 g水后常壓蒸煮20 min，冰水沖淋使其迅速降溫，即得常壓蒸煮樣品，最后將樣品冷凍干燥，密封保存。

1.3.3.2 高壓蒸煮

高壓蒸煮參數(shù)參考Eyaru等[14]所報道的方法。分別稱取5 g細胞或淀粉，加入45 g水后于高壓滅菌鍋中在121 ℃蒸煮20 min，然后立即用冰水沖淋使樣品迅速降溫，防止淀粉回生。最后將蒸煮處理后的樣品冷凍干燥，密封保存。

1.3.3.3 高溫焙烤處理

高溫焙烤處理方式參考Anju等[15]所報道的方法。分別稱取5 g蕓豆細胞或淀粉，置于烘箱中在200 ℃下焙烤20 min，然后將樣品轉(zhuǎn)移至干燥器內(nèi)降至室溫，將所得焙烤樣品密封保存。

1.3.3.4 油炸處理

油炸處理參數(shù)參考 Go?i等[16]所報道的方法。分別稱取5 g蕓豆細胞或淀粉，加入100 mL棕櫚油，在180 ℃的溫度條件下油炸3 min，然后立即棄去熱油，再將所得的油炸處理樣品冷凍干燥，密封保存。

表1 樣品的命名Table 1 The name of samples

1.4 顯微結(jié)構(gòu)的觀察

1.4.1 光學顯微鏡觀察

將冷凍干燥的樣品分散在蒸餾水中，置于載玻片上，分別在正常光和偏振光場下觀察細胞和淀粉的形貌，細胞和淀粉的放大倍數(shù)分別為200倍和500倍，并拍攝代表性圖像。

1.4.2 掃描電子顯微鏡觀察

將樣品臺置于真空條件下進行噴金處理。在掃描電鏡下觀察細胞和淀粉的表面形貌，掃描電壓為10 kV，細胞和淀粉的放大倍數(shù)分別為200倍和500倍。

1.5 結(jié)晶結(jié)構(gòu)

用 X-射線衍射觀察細胞或淀粉的結(jié)晶度，在 40 kV和40 mA下操作，步進間隔為0.02°，掃描速率為0.5 °/min。從 4°掃描至 30°。依據(jù) Hayakawa等[17]報道的方法計算相對結(jié)晶度。

1.6 熱力學性質(zhì)

采用差示掃描量熱儀分析細胞和淀粉的熱性質(zhì)。準確稱取樣品3 mg（淀粉干基），加入去離子水配成30%（m/V）的淀粉乳，密封條件下在室溫平衡2 h。以空皿為參比，然后以10 ℃/min的速率升溫從30至150 ℃掃描。使用STARe軟件計算起始糊化溫度（To）、峰值糊化溫度（Tp）、終止糊化溫度（Tc）和焓值（ΔH）。

1.7 淀粉體外消化動力學

消化性動力學的測定參考Zhang等[18]所報道的方法。準確稱量不同熱處理后的蕓豆細胞或淀粉50 mg（以淀粉干基計），分散在含有豬胰α-淀粉酶（200 USP）的磷酸鹽緩沖液（PBS，10 mL）溶液中，于37 ℃水浴。在 5、10、20、30、40、60、90、120、180、240、300、360 min時，分別取50 μL消化液，并加入250 μL碳酸鈉溶液（0.5 M）以終止反應(yīng)。麥芽糖當量用對羥基苯甲酸酰肼法測定，于410 nm波長下測得吸光值。蕓豆細胞或淀粉經(jīng)不同時間消化后釋放出的麥芽糖當量用以下公式計算得到：

淀粉的消化速率曲線擬合一級動力學方程（式2）以得到表觀消化速率常數(shù)。公式如下：

式中：t，反應(yīng)時間（min）；Ct，在反應(yīng)時間t內(nèi)淀粉的消化量；C∞，在終點時刻的反應(yīng)物的濃度；k，表觀速率常數(shù)。

1.8 細胞壁通透性觀察

細胞壁通透性的觀察參考Li等[19]的方法，略有改動。將1 mg蕓豆子葉細胞分散在1 mL FITC-葡聚糖溶液（2 mg/mL）中，于37 ℃混合3 h，然后將混合物涂布在載玻片上，并使用共聚焦顯微鏡觀察細胞形貌。激光掃描顯微鏡放大倍數(shù)為 40×1.25。氬離子激光器的激發(fā)波長設(shè)定為488 nm，以30%的容量功率操作，發(fā)射光從510 nm至600 nm檢測。用LASAF軟件記錄完整蕓豆子葉細胞的光學切片圖像。

1.9 數(shù)據(jù)分析處理

每組實驗數(shù)據(jù)至少3個平行，采用SPSS 18.0進行統(tǒng)計分析，采用Origin 9.0進行作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同熱加工方式對蕓豆淀粉和細胞顯微結(jié)構(gòu)的影響

不同熱加工方式處理后的蕓豆淀粉和子葉細胞的掃描電鏡和偏光顯微圖如圖1所示。

圖1 不同熱加工方式處理后的蕓豆淀粉和子葉細胞的掃描電鏡圖和偏光顯微圖Fig.1 Light micrographs pictures and scanning electron micrographs of pinto bean starch and cell treated by different heating process

蕓豆淀粉（圖1，S）呈球形或橢球形，粒徑約在15～40 μm 之間，其偏光十字清晰但不規(guī)則，有“X”型和“十”字型2種，交叉位于淀粉顆粒中央，與杜雙奎等[20]的報道相一致。蕓豆子葉細胞（圖1，C）呈橢球形或球形，粒徑約為50～150 μm，在偏正光下顯示為偏光十字簇，且細胞表面充滿褶皺，這可能是由于在冷凍干燥的過程中細胞壁脫水皺縮形成的[7]。經(jīng)高壓和常壓蒸煮后，蕓豆淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)被完全破壞而呈碎片狀，偏光十字消失，說明經(jīng)高溫蒸煮后，淀粉顆粒充分吸水膨脹并已完全糊化。與淀粉相比，經(jīng)高壓和常壓蒸煮的蕓豆細胞在偏正光下仍具有較強的雙折射現(xiàn)象(圖1，C-Autoclaved和C-Boiled偏光顯微圖)，這表明在細胞壁包裹下，蒸煮后的淀粉沒有完全糊化，仍保留一定程度的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。Xiong等[21]也發(fā)現(xiàn)蕓豆子葉細胞經(jīng)95 ℃蒸煮后，細胞壁和蛋白質(zhì)基質(zhì)可以通過限制水的滲透及淀粉的膨脹來抑制包裹淀粉的糊化。經(jīng)油炸和焙烤后，蕓豆淀粉表觀形態(tài)與原淀粉相比無顯著變化，且偏光十字僅略微減弱，這說明低水分條件下的油炸和焙烤對淀粉的結(jié)構(gòu)破壞較小。蕓豆子葉細胞經(jīng)油炸和焙烤后，其顯微結(jié)構(gòu)與原細胞相比無顯著變化，但細胞體積有所減小，細胞壁褶皺增多。Aguileraa等[22]采用高溫油炸馬鈴薯細胞時發(fā)現(xiàn)水以蒸汽的形式從細胞間隙釋放出來時，外層細胞就會脫水收縮，它們的壁會在脫水的凝膠淀粉周圍變得皺褶和卷曲。

2.2 不同熱加工方式對蕓豆淀粉及細胞結(jié)晶結(jié)構(gòu)的影響

圖2 不同熱加工方式處理后蕓豆淀粉(a)和細胞(b)的X-射線衍射圖Fig.2 X-ray diffractograms of pinto bean starches (a) and cells (b)treated by different heating process

X-射線衍射（XRD）可以用來表征淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)的類型和結(jié)晶程度，不同熱加工方式處理后蕓豆淀粉和子葉細胞的 X-射線衍射圖和相對結(jié)晶度分別如圖 2和表 1 所示。蕓豆淀粉在 2θ為 5.6°、15.0°、17.1°、18.0°、22.7°處具有強衍射峰，屬于C型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其相對結(jié)晶度為36%，與Li等報導(dǎo)的一致[23]。蕓豆子葉細胞在在2θ為7.1°、17.1°，18.0°、22.7°處出現(xiàn)強衍射峰，然而其在5.6°處的衍射峰經(jīng)冷凍干燥后消失了，這是由于低溫冷凍干燥過程中，B型微晶中具有較少折疊的雙螺旋的長程晶體會被破壞。Li等[6]也發(fā)現(xiàn)鷹嘴豆和蕓豆細胞的5.6°處的B-型衍射峰在冷凍干燥過程中被削弱了。與淀粉相比，蕓豆細胞的峰強度較弱，相對結(jié)晶度（19%）較低，這是由于細胞壁及其蛋白質(zhì)組分阻礙了X-射線的衍射，導(dǎo)致衍射峰強度顯著降低，與之前的報道一致[24]。

淀粉經(jīng)油炸后，在5.6°處的衍射峰消失，相對結(jié)晶度與原淀粉相比下降了9%，說明淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)在高溫油炸過程中受到一定程度的破壞，與其偏光十字變?nèi)踅Y(jié)果一致（圖1）。史苗苗等[25]也發(fā)現(xiàn)油炸破壞了馬鈴薯淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致馬鈴薯的衍射峰變?nèi)酢＝?jīng)焙烤后，淀粉的相對結(jié)晶度無顯著變化（35%）。Varriano-Marston等[10]曾指出，在低水分的焙烤食品中，即使淀粉的糊化率達到11%，也不能改變其結(jié)晶結(jié)構(gòu)。然而經(jīng)高壓和常壓蒸煮后，淀粉在5.6°，17°，22°和24°處有弱衍射峰，說明其結(jié)晶結(jié)構(gòu)由C型變成了B型，這可能是由于蕓豆淀粉在蒸煮后冷卻及冷凍干燥過程中發(fā)成了分子重排和老化現(xiàn)象[26]。蕓豆細胞經(jīng)油炸和焙烤后，峰型無顯著變化，但峰強度變?nèi)酰ㄏ鄬Y(jié)晶度分別降低了5%和6%）。經(jīng)高壓和常壓蒸煮后，蕓豆細胞的結(jié)晶度大幅度下降，僅分別為6%和7%，說明內(nèi)含淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)已遭到嚴重破壞，這與圖 1中微弱的偏光十字一致。Li等[27]發(fā)現(xiàn)經(jīng)酸堿浸泡提取的鷹嘴豆細胞經(jīng)100 ℃常壓蒸煮后結(jié)晶度僅為5.5%，而經(jīng)高壓蒸煮后結(jié)晶度高達11.2%，這是因為高壓蒸煮后細胞內(nèi)的淀粉在糊化后發(fā)生了老化現(xiàn)象。

2.3 不同熱加工方式對蕓豆淀粉及細胞熱力學性質(zhì)的影響

不同熱加工方式處理后蕓豆淀粉和細胞的糊化溫度和焓值如表2所示。糊化溫度(To,Tp,Tc)反映淀粉結(jié)晶的熱穩(wěn)定性，而糊化焓值（ΔH）與淀粉熔融的雙螺旋數(shù)目有關(guān)[28]。蕓豆淀粉的起始糊化溫度為61.8 ℃，糊化焓為12.7 J/g，均略低于Li等[12]報道的結(jié)果，即蕓豆淀粉的起始糊化溫度為66.1 ℃，焓值為13.1 J/g。這可能與蕓豆的品種，產(chǎn)地等有關(guān)。蕓豆細胞的起始、峰值、終止糊化溫度均高淀粉3～5 ℃，而糊化焓值比淀粉低約3 J/g。這是由于在DSC升溫測試過程中蕓豆細胞的細胞壁和蛋白質(zhì)基質(zhì)限制了內(nèi)含淀粉顆粒的吸水膨脹和糊化[4,21]，因此與淀粉相比，細胞內(nèi)淀粉需在更高的溫度下糊化且糊化的程度較小，與細胞的相對結(jié)晶度低于淀粉結(jié)果一致。

蕓豆淀粉經(jīng)油炸后糊化溫度無顯著變化，但焓值顯著降低了3.7 J/g（p＜0.5），表明油炸對淀粉的有序結(jié)構(gòu)造成一定破壞，這與其偏光十字變?nèi)鹾徒Y(jié)晶度下降（～8%）是一致的。經(jīng)焙烤后，蕓豆淀粉的糊化溫度和焓值均顯著降低這可能是由于高溫焙烤破壞了淀粉顆粒的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，因此DSC測試過程中較低的溫度和較少的能量就能將其雙螺旋熔融解旋，與其結(jié)晶度降低一致（表2，C-Baked）。Ji等[29]也發(fā)現(xiàn)焙烤處理后玉米淀粉的糊化焓值比未處理樣品低。淀粉經(jīng)高壓和常壓蒸煮后糊化峰消失，說明高溫蒸煮已經(jīng)使得淀粉顆粒充分吸水溶脹糊化，結(jié)晶區(qū)支鏈淀粉分子的雙螺旋完全解旋，這與其偏光十字消失結(jié)果一致。蕓豆細胞經(jīng)油炸和焙烤后，峰值和終止糊化溫度升高，但起始糊化溫度和焓值差異不顯著。這說明在細胞壁及蛋白質(zhì)基質(zhì)存在的條件下，高溫低水分的熱處理對淀粉破壞程度較小，與之前的報道一致[24]。然而子葉細胞經(jīng)常壓和高壓蒸煮后，已檢測不到糊化焓，這與其結(jié)晶度顯著降低相符。Ding等[28]也報道過馬鈴薯細胞在95 ℃常壓蒸煮后經(jīng)DSC檢測不到糊化峰，這是因為淀粉產(chǎn)生的膨脹壓和細胞壁中果膠的溶解對細胞壁造成很大破壞，導(dǎo)致細胞壁對淀粉糊化的抑制作用消失。

表2 不同熱加工方式處理后的蕓豆淀粉和淀粉的熱力學性質(zhì)和相對結(jié)晶度Table 2 Thermal properties and relative crystallinity of pinto bean starches and cells treated by different heating process

2.4 不同熱加工方式對蕓豆淀粉及細胞體外消化動力學影響

表3不同熱加工方式處理后的蕓豆淀粉/細胞內(nèi)含淀粉的表觀消化速率常數(shù)以及180 min后麥芽糖釋放量Table 3 Apparent digestion rate coefficient (k, min-1) and reducing sugar released (%) after 180 min digestion of pinto bean starches and cells treated by different heating process

淀粉的消化速率和程度是決定富含淀粉食物的血糖反應(yīng)的關(guān)鍵因素，研究淀粉體外水解動力學可以預(yù)測淀粉餐后血糖應(yīng)答，為糖尿病和肥胖癥患者提供膳食指南，圖 3為不同熱處理處理后蕓豆子葉細胞和淀粉的消化率隨時間變化的消化曲線圖。用 Go?i等[30]提出的一級動力學模型可擬合淀粉消化過程曲線，定量分析淀粉的表觀消化速率。蕓豆細胞和淀粉經(jīng)一級動力學擬合出的表觀消化速率（R2＞0.9）和程度如表3。

結(jié)合圖表可知，淀粉經(jīng)油炸后表觀消化速率和消化程度無顯著變化（p＞0.05），表明高溫（180 ℃）短時（3 min）低水分(～4%)的油炸對淀粉的消化性影響較小。焙烤后淀粉的表觀消化速率和消化程度略有增加，說明干熱處理后的淀粉顆粒較易于酶解，這是由于高溫焙烤使得淀粉顆粒的結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞（偏光減弱，糊化焓值降低），從而導(dǎo)致酶的可及性增大。汝遠等[31]發(fā)現(xiàn)在150 ℃處理玉米淀粉4 h后，淀粉溶解指數(shù)顯著升高，可能是干熱使淀粉顆粒結(jié)構(gòu)松散，直鏈淀粉被浸出。高壓和常壓蒸煮后的淀粉經(jīng)豬胰α-淀粉酶消化180 min后，幾乎完全水解（消化程度約99%）。高溫蒸煮使得淀粉顆粒的雙螺旋結(jié)構(gòu)完全解旋，α-淀粉酶的結(jié)合位點充分暴露出來，導(dǎo)致淀粉酶易于酶解淀粉。Xiong等[32]也報道過蒸煮后的蕓豆淀粉酶解180 min后的消化程度為97.1%。未經(jīng)任何處理的蕓豆細胞的表觀消化速率和消化程度（0.0001 min-1，1.8%）遠低于蕓豆淀粉（0.0186 min-1，61.1%），這表明細胞壁和蛋白質(zhì)基質(zhì)對淀粉酶的屏障和吸附作用顯著阻礙了淀粉酶對底物淀粉顆粒的可及性[33]。

圖3 不同熱加工方式處理后的蕓豆淀粉(a)和細胞(b)中淀粉的消化曲線圖Fig.3 Digestograms of pinto bean starches (a) and cells (b)treated by different heating process

圖4 不同熱加工方式處理后的蕓豆細胞和淀粉消化過程的一級動力學擬合曲線Fig.4 First-order plots of pinto bean cells and starch treated by different heating process

焙烤和油炸處理對蕓豆細胞內(nèi)含淀粉的表觀消化速率和消化程度影響較小，這與其結(jié)晶結(jié)構(gòu)、熱性質(zhì)變化不大是一致的（表2），這兩種熱加工方式可制造出低GI的蕓豆食品。Tian等[34]研究了不同烹飪方式對馬鈴薯體的體內(nèi)體外淀粉消化性，發(fā)現(xiàn)油炸馬鈴薯的血糖指數(shù)也比水煮馬鈴薯低得多。然而經(jīng)過常壓和高壓蒸煮處理后，蕓豆細胞的表觀消化速率和消化程度均大幅度增大，但仍低于相同處理后的淀粉，這是由于高溫水熱處理導(dǎo)致細胞壁結(jié)構(gòu)被破壞，通透性增大，α-淀粉酶能夠穿過細胞壁進入細胞內(nèi)從而快速酶解糊化的淀粉，而被破壞的細胞壁仍然可以減慢α-淀粉酶向細胞內(nèi)擴散的速率[27]。值得注意的是高壓蒸煮后蕓豆細胞的表觀消化速率和消化程度分別為常壓蒸煮的4倍和2倍，表明高壓蒸煮較常壓蒸煮對細胞壁的破壞更大，因此導(dǎo)致更大的酶對淀粉的可及性。Li等[27]也發(fā)現(xiàn)雜豆細胞內(nèi)淀粉的消化性取決于加工誘導(dǎo)的細胞壁通透性，與常壓蒸煮的鷹嘴豆細胞相比，高壓蒸煮的鷹嘴豆細胞顯示出更大的細胞壁通透性和更快的體外淀粉消化速率，且無論常壓或高壓蒸煮，完整細胞內(nèi)淀粉的消化速率和程度均低于破碎細胞。

2.5 細胞壁通透性觀察

圖5 浸于FITC-葡聚糖溶液的蕓豆子葉細胞的激光共聚焦顯微圖Fig.5 CLSM micrographs of pinto bean cotyledon cells suspended in FITC-dextran solution

細胞壁結(jié)構(gòu)是限制消化酶與淀粉底物接觸/結(jié)合的第一道物理屏障。實際上，消化酶穿過植物細胞壁進入細胞和水解產(chǎn)物擴散出細胞的程度取決于細胞壁的孔隙率/通透性。為探究蕓豆細胞經(jīng)不同熱加工方式處理后細胞壁通透性的變化，本文選用一種分子尺寸大小與α-淀粉酶（約6.6 nm）相近的FITC-葡聚糖（分子量：20 ku）以模擬淀粉酶進入蕓豆細胞的過程，并采用激光共聚焦顯微鏡進行觀察（圖 5）。未經(jīng)處理的蕓豆細胞中無FITC-葡聚糖發(fā)出的綠色熒光信號，與之前的報道一致[24,32]。這表明α-淀粉酶分子尺寸大于蕓豆細胞壁的孔徑，因此作為物理屏障阻礙了α-淀粉酶對淀粉的可及性，此結(jié)果與蕓豆細胞極低的表觀消化速率和消化程度一致（表3，C）。蕓豆子葉細胞經(jīng)油炸后，細胞內(nèi)的熒光最多，這是由于在高溫油炸過程中細胞壁中的果膠物質(zhì)發(fā)生β-消除反應(yīng)而降解，導(dǎo)致細胞壁孔隙率/通透性變大[35]。然而 FITC-葡聚糖雖然能接觸到淀粉顆粒，但由于油炸處理過程水分低，淀粉始終未明顯糊化，故導(dǎo)致了其低消化性。經(jīng)焙烤后細胞內(nèi)的熒光強度微弱，可能是因為經(jīng)干熱處理后細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)和淀粉可發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使得組織較為致密。細胞經(jīng)常壓和高壓蒸煮后，細胞壁的孔隙率/通透性增大（細胞內(nèi)有較多熒光），易于淀粉酶擴散，但纖維素微纖絲形成的細胞壁骨架仍存在，細胞壁的結(jié)構(gòu)較為完整，對淀粉的包裹效應(yīng)仍存在[4]，這一定程度導(dǎo)致了相同熱處理條件下，細胞的消化性遠低于淀粉。Pallares等[36]也發(fā)現(xiàn)刀豆細胞的細胞壁通透性/孔隙率隨熱處理強度增大而增大，繼而調(diào)控細胞內(nèi)淀粉的消化速率。

3 結(jié)論

本文研究了高壓蒸煮、常壓蒸煮、油炸、高溫焙烤這 4種熱加工方式對蕓豆細胞內(nèi)淀粉結(jié)構(gòu)及消化性的影響規(guī)律。高壓和常壓蒸煮后的蕓豆細胞偏光十字強度顯著降低，結(jié)晶度下降，衍射峰強度變?nèi)酢Ｊ|豆細胞經(jīng)油炸和高溫焙烤處理后，顆粒形貌無顯著性差異，但糊化焓和結(jié)晶度略有降低。四種熱處理方式均導(dǎo)致細胞壁不同程度的破壞，其中油炸處理對細胞壁通透性增大最明顯。焙烤和油炸處理對蕓豆細胞內(nèi)含淀粉的消化程度（～2%）和速率（～0.0001 min-1）影響較小，然而細胞經(jīng)高壓蒸煮和常壓蒸煮后，其內(nèi)含淀粉的消化速率和程度大幅度增加，特別是高壓蒸煮，其消化180 min后的麥芽糖釋放量達到了89.5%。相同熱處理條件下，蕓豆細胞的消化速率和程度均遠低于蕓豆淀粉。這是由于細胞壁和蛋白質(zhì)等物質(zhì)的存在，有效抵抗熱處理對淀粉結(jié)構(gòu)的破壞，并作為物理屏障阻礙淀粉酶的接觸。實驗結(jié)果可為低GI蕓豆類食品的設(shè)計和生產(chǎn)提供理論依據(jù)和科學指導(dǎo)。