非淀粉多糖對(duì)淀粉特性影響的研究進(jìn)展

陳林林，郝 熙，李昕彤，王 玲，宋佳琪，張海鵬，張 娜

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150028）

非淀粉多糖（non-starch polysaccharides，NSPs）是植物結(jié)構(gòu)多糖的總稱，是植物細(xì)胞壁的重要成分。在谷物的細(xì)胞壁中含有多種NSPs，主要由戊聚糖、葡聚糖和纖維素組成[1]。NSPs 具有高粘度、抗?fàn)I養(yǎng)、免疫調(diào)節(jié)、抗氧化、抗糖尿病等功能特性和良好的加工特性。如黃原膠、瓜爾豆膠、魔芋葡甘露聚糖、果膠等NSPs 的加入能使高直鏈玉米淀粉的粘度提高且消化率降低[2]；NSPs難以消化，在胃腸道修飾后包裹營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，降低其消化率[3]；香蕉中的水溶性NSPs，如甘露聚糖和半乳糖醛酸在含有巨噬細(xì)胞的培養(yǎng)基上表現(xiàn)出免疫調(diào)節(jié)特性[4]；涼粉草和桃皮中的水溶性NSPs 分別為涼粉草多糖、低甲氧基果膠多糖等都可促進(jìn)抗氧化酶活性和調(diào)節(jié)抗氧化信號(hào)通路，表現(xiàn)出良好的抗氧化活性[5]；甘薯中的水溶性NSPs 能增加血液胰島素的含量，降低患糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)[6]。

由于熟淀粉在人體易消化吸收，為了減緩淀粉的消化速率，采用與NSPs 非共價(jià)復(fù)合的方式來(lái)增加慢消化淀粉（Slow digesting starch，SDS）和抗性淀粉（resistant starch，RS）的含量，使NSPs 成為降低淀粉消化速率的研究熱點(diǎn)之一。食品原料本身存在NSPs，可通過球磨、濕熱、擠壓、高靜水壓、微波等處理方式即可與食品原料自身含有的淀粉發(fā)生復(fù)合，為內(nèi)源性NSPs 的復(fù)合，如Wang 等[7]發(fā)現(xiàn)馬鈴薯粉中淀粉和自身的果膠相互作用，可以改善馬鈴薯基食品的質(zhì)地，水流動(dòng)性和穩(wěn)定性。Hao 等[8]利用球磨法將β-葡聚糖與高直鏈玉米淀粉制備復(fù)合物發(fā)現(xiàn)，淀粉顆粒結(jié)構(gòu)呈不規(guī)則的團(tuán)聚形狀，雙螺旋結(jié)構(gòu)含量減少、與β-葡聚糖相互作用增強(qiáng)，導(dǎo)致長(zhǎng)短程有序結(jié)構(gòu)破壞，表觀粘度增加，最終復(fù)合物的快速消化淀粉（rapidly digestible starch，RDS）下降到66.26%，淀粉的消化率降低。另外，外源性NSPs 即從植物或菌藻中提取的NSPs，添加到另一種來(lái)源的淀粉中，通過機(jī)械作用力相互作用，為外源性NSPs 的復(fù)合，可影響淀粉的理化及消化性質(zhì)，如熱加工中隨豌豆中NSPs 含量增加，快消化淀粉增加，而慢消化淀粉和抗性淀粉則減少[9]。同時(shí)，不同直鏈淀粉含量的玉米淀粉與瓜爾豆膠經(jīng)濕熱處理后，相對(duì)結(jié)晶度雖降低，但形成的晶體結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，從而淀粉消化率降低[10]；螺桿擠壓處理制備的果膠與淀粉復(fù)合物，在擠出過程中形成更致密的網(wǎng)絡(luò)或蜂窩結(jié)構(gòu)，粘度明顯增強(qiáng)[11]。不同結(jié)構(gòu)的淀粉與NSPs 的相互作用有差異，對(duì)淀粉理化和消化特性的影響不同，如添加阿拉伯木聚糖可使玉米淀粉和大米淀粉的峰值粘度增加，小麥淀粉的峰值粘度降低，小麥淀粉和芋頭淀粉的冷糊粘度降低，玉米和大米淀粉的冷糊粘度不發(fā)生變化[12]。

目前對(duì)NSPs 的研究主要集中在谷薯類、豆類、菌藻類中NSPs 提取及純化方法，及NSPs 對(duì)調(diào)控腸道菌群等消化特性和基于降血糖機(jī)制治療Ⅱ型糖尿病和谷物中NSPs 對(duì)畜產(chǎn)的飼用價(jià)值等[13]。近年來(lái)，基于NSPs 與淀粉之間相互作用及其在加工過程中對(duì)淀粉的糊化、熱特性、流變性能、消化性能影響的研究也受到了廣泛關(guān)注，如Ren 等[14]發(fā)現(xiàn)涼粉草多糖與大米淀粉復(fù)合物，通過氫鍵和靜電力相互作用形成凝膠，探究了糊化、流變學(xué)、結(jié)構(gòu)和水流動(dòng)性等方面的影響。Zhang 等[15]在去殼大麥中提取β-葡聚糖，研究其對(duì)玉米淀粉體外消化和溶液性質(zhì)的影響。因此，在諸多進(jìn)展的基礎(chǔ)上，本文將從NSPs 的種類及結(jié)構(gòu)、NSPs 與淀粉復(fù)合的作用形式，以及NSPs在加工過程中對(duì)淀粉結(jié)構(gòu)特性、理化特性和消化特性影響等方面綜述，旨在擴(kuò)大改性淀粉基食品的應(yīng)用和功能。

1 非淀粉多糖

1.1 非淀粉多糖的種類

非淀粉多糖是除淀粉之外的復(fù)雜多糖，其含有高達(dá)數(shù)十萬(wàn)個(gè)單糖單元，主要是植物細(xì)胞壁的非α-葡聚糖多糖。包括纖維素、果膠、β-葡聚糖、雜木聚糖、甘露聚糖、木葡聚糖、葡甘露聚糖、半乳甘露聚糖和果聚糖等，是一組具有水溶性、分子大小和結(jié)構(gòu)等不同的多糖類[3]。谷物細(xì)胞壁多糖主要由阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖組成，含有少量纖維素。小麥胚乳細(xì)胞壁的主要多糖成分是阿拉伯木聚糖，而小麥糊粉層中以阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖為主，阿拉伯木聚糖約占小麥胚乳細(xì)胞壁多糖的88%，其中一半可溶于水。在豆科植物中，纖維素和木聚糖僅存在于外殼部分，其子葉含有果膠多糖，主要是纖維素和可溶性的多糖，如棉籽糖、水蘇糖等；蔬菜中的NSPs 主要是纖維素；水果中的NSPs 主要包括纖維素、果膠聚糖、β-葡聚糖、甘露聚糖、半乳聚糖，果皮、種皮細(xì)胞壁中，則以阿拉伯木聚糖和纖維素為主，其能夠與木質(zhì)素或蛋白質(zhì)等大分子相連，這種形式的阿拉伯木聚糖是不溶于水的，即NSPs 的水溶性程度由內(nèi)層向外層遞減[1]。

1.2 非淀粉多糖的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

NSPs 是由若干單糖通過糖苷鍵連接而成的復(fù)雜多聚體。纖維素是由β-葡萄糖單位構(gòu)成的高分子量線性均聚物，與淀粉空間構(gòu)象相似，其纖維素鏈并排成束，相鄰-OH 基團(tuán)之間依靠氫鍵連接，能形成“緞帶狀”雙螺旋結(jié)構(gòu)[16]。

半纖維素在植物細(xì)胞壁中的含量?jī)H次于纖維素，與纖維素不同的是，半纖維素是由吡喃糖和呋喃糖單元組成的異質(zhì)多糖，糖單元由D-木糖、D-甘露糖、D-葡萄糖、D-半乳糖基、L-阿拉伯糖、半乳糖醛酸和葡萄糖醛酸組成，呈纖絲狀結(jié)構(gòu)，平行于纖維素排列，在纖維素和木素之間起連接的作用。

阿拉伯糖木聚糖由D-吡喃木糖通過β-1,4-糖苷鍵構(gòu)成木聚糖主鏈，L-呋喃阿拉伯糖基以寡糖側(cè)鏈取代木糖的C-2 和C-3，并由2 個(gè)及以上的阿拉伯糖單糖分子連接起來(lái)。其中阿拉伯糖是由α-1,5-阿拉伯糖殘基通過C-2 和C-3 兩個(gè)位置分叉的聚合物；而木葡聚糖是一類存在于所有高等植物細(xì)胞壁中的半纖維素類多糖，由β-D-（1-4）-葡聚糖骨架構(gòu)成。阿拉伯糖通常與阿魏酸通過其羧基與阿拉伯糖側(cè)鏈上的伯醇連接，也可通過過氧化物酶介導(dǎo)的氧化偶聯(lián)作用形成阿魏酸二聚體、三聚體甚至四聚體，從而交聯(lián)多糖鏈[17]。

β-葡聚糖是由多個(gè)葡萄糖單元通過β-1,3-鍵和β-1,6-鍵連接而成的多糖類物質(zhì)。其中的β-1,4-連接使其具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。β-葡聚糖通常呈現(xiàn)出纖維狀或片狀的結(jié)構(gòu)。在水溶液中，可以形成不同的結(jié)構(gòu)，如球形、棒狀或四棱錐形等，使其具有空間三維結(jié)構(gòu)。

果膠多糖中，同型半乳糖醛酸聚糖占果膠的65%，其C-6 可被甲酯化或酰胺化，在一些植物中，C-2 或C-3 可被乙酰化；鼠李半乳糖醛酸聚糖I，具有側(cè)鏈區(qū)域骨架，能被中性糖支鏈取代，取代位置通常在C-4 位；鼠李半乳糖醛酸聚糖II，以同型半乳糖醛酸作為主鏈，復(fù)雜的多糖與半乳糖醛酸基相連作為側(cè)鏈。部分非淀粉多糖的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 部分NSPs 結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of partial NSPs

1.3 NSPs 與淀粉相互作用方式

表1 總結(jié)了非淀粉多糖與淀粉相互作用的結(jié)構(gòu)特性。NSPs 與淀粉主要通過氫鍵相互作用連接，低濃度下，NSPs 包裹淀粉，競(jìng)爭(zhēng)水分子的同時(shí)限制水分子的流動(dòng)，從而抑制淀粉顆粒的膨脹和直鏈淀粉的浸出，與游離的直鏈淀粉以氫鍵相互作用增強(qiáng)并相互纏繞使凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加緊湊穩(wěn)定，抑制淀粉繼續(xù)糊化，形成的包衣可起到物理屏障的作用，顯著提高RS 的含量，減少消化酶與淀粉的接觸，降低消化酶對(duì)復(fù)合體系的水解作用。果膠與馬鈴薯淀粉主要通過氫鍵與浸出的直鏈淀粉分子相互作用，使得復(fù)合凝膠具有較強(qiáng)的剛性和較致密的結(jié)構(gòu)，抑制馬鈴薯淀粉粒膨脹和直鏈淀粉浸出，提高馬鈴薯淀粉的峰值糊化溫度，從而延緩其糊化[18]。同時(shí)，NSPs 與淀粉之間還存在離子鍵，涼粉草多糖是一種酸性陰離子多糖，如Ren 等[19]發(fā)現(xiàn)涼粉草多糖與甘薯淀粉之間形成的氫鍵和離子鍵的靜電相互作用可改善涼粉草多糖-甘薯淀粉的微觀結(jié)構(gòu)，提高凝膠強(qiáng)度和硬度。

表1 非淀粉多糖與淀粉相互作用的結(jié)構(gòu)特性Table 1 Structural properties of non-starch polysaccharides interacting with starch

在加工過程中，谷物中本身含有的NSPs 在干熱，球磨，螺旋擠壓，微波等處理方式下與淀粉發(fā)生氫鍵相互作用復(fù)合而形成凝膠。此外，NSPs 與淀粉間也存在共價(jià)鍵，如鄭排云[20]發(fā)現(xiàn)殼聚糖中含有豐富的氨基和羥基等活性基團(tuán)，通過干熱處理后，可以利用酰基化、酯基化、醚化等反應(yīng)在殼聚糖的高分子鏈上進(jìn)行接枝和交聯(lián)，與蠟質(zhì)玉米淀粉、普通玉米淀粉、小麥淀粉、高直鏈玉米淀粉發(fā)生相互作用，使淀粉顆粒吸水膨脹受到抑制，破裂程度降低。而黃原膠和海藻酸鈉等可通過交聯(lián)、纏繞或包封、包覆在豌豆淀粉顆粒表面形成水化膜，從而增加淀粉顆粒的持水能力，同時(shí)延緩淀粉顆粒的糊化[21]（圖2）。

圖2 NSPs 與淀粉的相互作用[22]Fig.2 Interaction between NSPs and starch[22]

2 NSPs 對(duì)淀粉結(jié)構(gòu)特性的影響

2.1 顆粒形貌

NSPs 能夠與淀粉發(fā)生復(fù)合，包裹在淀粉顆粒表面，在淀粉顆粒周圍形成物理屏障，使直鏈淀粉難以溢出，淀粉顆粒變大，起到保護(hù)淀粉顆粒的作用，同時(shí)復(fù)合物凝膠表現(xiàn)出較強(qiáng)的剛性和較致密的結(jié)構(gòu)，Yang 等[22]發(fā)現(xiàn)銀耳多糖能夠包裹在淀粉顆粒周圍，抑制馬鈴薯淀粉粒的膨大和直鏈淀粉的浸出，使淀粉顆粒變大。Liu 等[23]發(fā)現(xiàn)玉米麩皮阿拉伯木聚糖的加入使玉米淀粉的顆粒變大，同時(shí)提高了復(fù)合凝膠的凝膠強(qiáng)度、硬度。劉璐[24]發(fā)現(xiàn)隨著瓜爾膠添加量的提高，淀粉顆粒越來(lái)越飽滿，凹陷程度下降，片層或須絲狀的瓜爾膠分散或者包圍在小麥淀粉的周圍，隨著添加量的繼續(xù)增加，破損程度降低，重新呈現(xiàn)橢球狀，團(tuán)聚情況下降。此外，小麥淀粉顆粒呈片狀結(jié)構(gòu)，表面無(wú)粉狀或絮狀晶體，當(dāng)添加菊粉后，小麥淀粉顆粒表面不再呈片狀結(jié)構(gòu)，而呈絮狀和皺狀結(jié)構(gòu)[25]。

通過球磨與螺桿擠壓等機(jī)械力的作用，NSPs 可與破裂的淀粉顆?；蜻M(jìn)入淀粉孔隙與淀粉鏈復(fù)合。隨著NSPs 添加量的增加，與淀粉顆粒表面結(jié)合增多，能夠包裹淀粉顆粒，因此受機(jī)械剪切力的影響較小。周中凱等[26]發(fā)現(xiàn)靈芝多糖可通過混合球磨與蠟質(zhì)玉米淀粉復(fù)合，淀粉顆粒表面隨著靈芝多糖的增加，變得粗糙不平，隨著轉(zhuǎn)速的增加，粗糙加重、棱角減弱、形狀更加無(wú)規(guī)則。Niu 等[27]用球磨法制備高直鏈玉米淀粉與β-葡聚糖的復(fù)合物，隨著β-葡聚糖添加量的增加，淀粉由于球磨的摩擦和沖擊作用，淀粉顆粒被破壞，受損淀粉顆粒與β-葡聚糖團(tuán)聚，使得復(fù)合物表面更加粗糙，顆粒狀態(tài)不明顯。同時(shí)，果膠單獨(dú)或與小麥纖維混合時(shí)對(duì)玉米淀粉擠出物結(jié)構(gòu)有影響，含有果膠的擠出物表面比純淀粉的擠出物表面氣孔多，而含有纖維的擠出物表面斷裂，形成大氣孔[28]。此外，在較高的熱處理方式下，隨著NSPs 的加入，淀粉顆粒膨脹受到限制，在完全糊化后，顆粒邊緣仍然可見。如通過干熱處理與黃原膠結(jié)合后，黃原膠在持續(xù)高溫處理下，大米淀粉顆粒形態(tài)完整，提高了天然大米淀粉的顆粒強(qiáng)度[28]。

2.2 結(jié)晶和分子有序

NSPs 的加入，通過氫鍵作用力使得溶出的直鏈淀粉發(fā)生重新排列，形成更加有序的結(jié)構(gòu)。由于NSPs 類型的不同，其結(jié)構(gòu)也不同，對(duì)淀粉分子有序度的影響也隨之不一。竹蓀多糖含有少量木糖，由β-1,6-D-葡萄糖組成主鏈，為三螺旋結(jié)構(gòu)。He 等[29]發(fā)現(xiàn)竹蓀多糖的加入，通過氫鍵相互作用使淀粉鏈重新排列，具有更高的短程有序結(jié)構(gòu)和單、雙螺旋結(jié)構(gòu)及長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)。同時(shí)，陰離子多糖帶有負(fù)電荷，能夠通過靜電相互作用，使淀粉分子的有序度提高。如Ren 等[14]發(fā)現(xiàn)大米淀粉與陰離子多糖涼粉草多糖以氫鍵和靜電力相互作用，提高了復(fù)合物凝膠的短程有序度。同樣Xiao 等[30]發(fā)現(xiàn)涼粉草多糖可以促進(jìn)玉米淀粉-涼粉草多糖凝膠在儲(chǔ)存過程中有序結(jié)構(gòu)的形成，能夠更好地保持凝膠結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。劉璐[24]同樣發(fā)現(xiàn)隨著瓜爾膠添加量的提高，淀粉的長(zhǎng)程有序性，短程有序性都有所提升。然而，海帶多糖為線體聚合體，由β-D-吡喃葡萄糖以1,3-糖苷鏈結(jié)合而成，含D-甘露醇作為末端基團(tuán)，因此能與直鏈淀粉相互作用，當(dāng)加入海帶多糖，其包覆在小麥淀粉顆粒表面，可抑制淀粉顆粒的溶脹，減少直鏈淀粉的浸出，使淀粉的結(jié)晶度和有序度降低[31]。

在加工過程中，通過擠壓處理可使NSPs-淀粉之間形成較強(qiáng)的氫鍵，促進(jìn)二者復(fù)合，從而使淀粉分子的有序性提高，如He 等[32]采用螺桿擠壓法制備了含不同含量魔芋葡甘聚糖的大米淀粉，隨著魔芋葡甘聚糖濃度的增加，其與大米淀粉分子在螺桿擠壓作用下形成的氫鍵作用力加強(qiáng)，使大米淀粉的長(zhǎng)、短程有序程度和單、雙螺旋結(jié)構(gòu)均增加，表現(xiàn)出高度有序的結(jié)構(gòu)。He 等[33]發(fā)現(xiàn)通過添加果膠和卡拉膠使微擠壓大米淀粉的有序程度更高，果膠的添加使分子聚集、單螺旋和V 型晶體增加，而卡拉膠的添加導(dǎo)致雙螺旋和A+B 型晶體含量增加。此外，NSPs 的加入能對(duì)淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)起到保護(hù)作用，如β-葡聚糖分子量越高，對(duì)淀粉結(jié)晶區(qū)域的保護(hù)作用越強(qiáng)[34]。然而通過超聲加工處理可提高直鏈淀粉的含量和糊化的程度，但短程有序、長(zhǎng)程有序程度降低[35]。同時(shí)，球磨處理后的淀粉結(jié)構(gòu)不再有序，有序結(jié)構(gòu)降低[8]。

3 NSPs 對(duì)淀粉理化特性的影響

3.1 對(duì)淀粉糊化特性的影響

隨著NSPs 的加入，與自由水競(jìng)爭(zhēng)，使溶劑的塑化能力降低，形成物理屏障，淀粉粒被包裹，抑制直鏈淀粉浸出，淀粉顆粒膨脹和糊化受到抑制。如Tu等[37]發(fā)現(xiàn)隨著蘑菇多糖的加入，促進(jìn)高粱淀粉顆粒的完整性，抑制淀粉顆粒的膨脹及水分的進(jìn)入，延緩淀粉糊化。Cui 等[38]同樣發(fā)現(xiàn)β-葡聚糖可包裹在豌豆淀粉表面，隨著β-葡聚糖的增加，豌豆淀粉的糊化性能和糊化焓分別降低。Xie 等[39]發(fā)現(xiàn)加入玉米淀粉的羅望子多糖能夠爭(zhēng)奪游離水，改變淀粉分子的構(gòu)象，最終延緩淀粉的糊化。而阿拉伯木聚糖水膠體是通過分子間氫鍵或與浸出的直鏈淀粉相互纏繞，穩(wěn)定糊狀物系統(tǒng)[40]。鼠李糖也可以吸附在馬鈴薯淀粉顆粒表面，抑制顆粒膨脹和直鏈淀粉浸出，延緩馬鈴薯淀粉糊化[41]。知母多糖也可包裹在小麥淀粉粒表面，抑制直鏈淀粉的溢出，延緩小麥淀粉的糊化[42]。

加工處理過程中，球磨的機(jī)械力會(huì)破壞淀粉結(jié)構(gòu)，使直鏈淀粉浸出并與NSPs 發(fā)生作用，導(dǎo)致直鏈淀粉減少，可能是NSPs 會(huì)抑制直鏈淀粉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的連續(xù)形成，延緩淀粉鏈重新聚集，導(dǎo)致NSPs 和淀粉分子構(gòu)象改變，使淀粉糊化程度降低。如Kong 等[43]發(fā)現(xiàn)冬蟲夏草多糖通過氫鍵與浸出的直鏈淀粉結(jié)合，從而防止淀粉顆粒的再聚集，防止小麥淀粉的糊化和短期老化。此外，提取方法也能使NSPs 對(duì)淀粉糊化產(chǎn)生影響，如添加纖維素酶輔助提取法獲得的涼粉草多糖可以抑制木薯淀粉中直鏈淀粉的浸出，使糊化受到抑制；而添加碳酸鈉輔助提取法獲得的多糖則可以促進(jìn)木薯淀粉中直鏈淀粉的浸出和糊化[44]。

通過熱加工處理，添加的NSPs 會(huì)附著在淀粉顆粒表面，導(dǎo)致淀粉的糊化溫度升高。Liu 等[45]添加黃原膠對(duì)板栗淀粉改性，發(fā)現(xiàn)干熱處理后板栗淀粉的糊化粘度降低，與處理時(shí)間呈負(fù)相關(guān)，與黃原膠的添加呈正相關(guān)。賈琰等[46]發(fā)現(xiàn)隨著羧甲基殼聚糖的增加，經(jīng)過干熱處理，淀粉的糊化初始溫度先降后升，而峰值粘度、谷值粘度和崩解值則降低。Ma 等[47]發(fā)現(xiàn)魔芋葡甘露聚糖可使玉米淀粉糊化溫度升高。

3.2 對(duì)淀粉老化特性的影響

分子量較小的NSPs 容易與直鏈淀粉結(jié)合，從而抑制直鏈淀粉的浸出；而分子量較大的NSPs 更易與復(fù)雜的支鏈淀粉形成氫鍵相互作用，相應(yīng)地限制支鏈淀粉的重排，抑制淀粉的長(zhǎng)期老化。如Zhang 等[48]發(fā)現(xiàn)添加小分子的沙蒿多糖可使小麥淀粉的粘度增加，抑制小麥淀粉中直鏈淀粉的重排，阻礙淀粉的短期老化。但直鏈淀粉含量越高，相互作用形成氫鍵的機(jī)會(huì)越大，分子間重排加劇，雙螺旋及有序的堆積形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)反而會(huì)促進(jìn)淀粉老化速率。Xiao 等[49]發(fā)現(xiàn)糯玉米淀粉凝膠老化早期與涼草粉多糖的相互作用會(huì)加速淀粉的短期老化，使淀粉的凝膠化程度增大，凝膠硬度增加，從而加速淀粉顆粒破裂、直鏈淀粉溶出。

NSPs 的添加與淀粉分子競(jìng)爭(zhēng)水分子，會(huì)對(duì)淀粉的老化產(chǎn)生抑制作用。如Xu 等[50]發(fā)現(xiàn)燕麥β-葡聚糖可以緩解面包貯藏過程中的品質(zhì)惡化、水分流失，從而抑制面包的老化。Xu 等[25]發(fā)現(xiàn)菊粉的加入，提高了小麥淀粉糊化起始溫度，降低小麥淀粉的浸出直鏈淀粉含量，可能是分散在淀粉分子間的菊粉，冷卻后可抑制淀粉的重結(jié)晶，延緩淀粉的老化。機(jī)械剪切力如高壓均質(zhì)處理通過破壞NSPs 主鏈和側(cè)鏈上的糖苷鍵，導(dǎo)致單糖結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，與淀粉復(fù)合能力增強(qiáng)，對(duì)淀粉糊的老化有抑制作用[51]。

3.3 對(duì)淀粉流變特性的影響

流變性是淀粉凝膠的重要特性之一。隨著NSPs 的加入，與淀粉相互作用增強(qiáng)，淀粉顆粒發(fā)生團(tuán)聚，體積增大，導(dǎo)致表觀粘度的增加；同時(shí)，淀粉顆粒的體積膨脹、破裂，直鏈淀粉浸出，使復(fù)合物凝膠的粘度增大。如涼粉草多糖與大米淀粉復(fù)合時(shí)，隨著濃度升高，直鏈淀粉和涼粉草多糖一起包裹在淀粉顆粒表面，增加淀粉顆粒的膨脹程度，使峰值粘度持續(xù)增加，同時(shí)，直鏈淀粉與涼粉草多糖通過氫鍵和靜電力相互作用，增強(qiáng)了復(fù)合物凝膠的粘彈性[14]，如圖3所示。

圖3 大米淀粉和涼粉草多糖的相互作用[14]Fig.3 Interaction of rice starch with Mesonachinensis polysaccharide[14]

NSPs 與淀粉相互作用可產(chǎn)生強(qiáng)烈的流動(dòng)阻力，淀粉分子發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致表觀粘度的增加，使復(fù)合物凝膠的粘度增大，如大麥β-葡聚糖與玉米淀粉相互作用形成的纏繞和重疊以及大麥β-葡聚糖本身的聚集，增強(qiáng)了玉米淀粉的粘度，從而限制了體系的水流動(dòng)性，減少了消化酶與淀粉的接觸，抑制體外消化[15]。Liu 等[52]發(fā)現(xiàn)無(wú)花果籽多糖-馬鈴薯淀粉凝膠的硬度隨無(wú)花果籽多糖的增加而增加，彈性不變。Zhou等[53]發(fā)現(xiàn)隨著黑木耳多糖濃度的增加，蕓豆淀粉的糊化粘度、淀粉顆粒溶脹度、粘彈性、凝膠強(qiáng)度、冷藏穩(wěn)定性和保水能力均有提高。此外果膠-玉米淀粉[54]復(fù)合物表現(xiàn)出假塑性和剪切稀化行為，隨著果膠濃度增加，玉米淀粉的儲(chǔ)能模量和損耗模量均有所增加。

淀粉在熱及非熱加工過程中，有序結(jié)構(gòu)通常被破壞，在淀粉鏈重排時(shí)相互作用增強(qiáng)，易形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)使淀粉粘度提高。在非熱加工方式下，通過擠壓等機(jī)械處理，使得NSPs-淀粉相互作用，淀粉的顆粒變小，發(fā)生破碎，從高分子轉(zhuǎn)變?yōu)榈头肿?，使?fù)合物的表觀粘度增加，如Zeng 等[55]發(fā)現(xiàn)擠壓后的黃原膠具有更高的粘度和良好的流變性，黃原膠-辛烯基琥珀酸酐淀粉復(fù)合物的粘度增強(qiáng)；相反，淀粉在剪切初期具有較高的穩(wěn)定性，但隨著剪切速率的增加，淀粉的穩(wěn)定性降低，導(dǎo)致表觀粘度下降。然而，在熱加工處理方式下，加熱使復(fù)合物的氫鍵斷開，淀粉的粘度下降。如Gou 等[56]發(fā)現(xiàn)干熱處理后甘薯淀粉糊化粘度下降。同時(shí)，Ji 等[57]發(fā)現(xiàn)濕熱處理顯著降低了山藥淀粉-殼聚糖凝膠的溶脹力和黏度。同時(shí)，微波處理通過破壞氫鍵相互作用力，從而使淀粉的表觀粘度增加，如Li 等[58]發(fā)現(xiàn)微波處理可導(dǎo)致魔芋葡甘聚糖分子內(nèi)纏繞和分子間相互作用減弱，使分散體更加粘稠。總之，在非熱加工條件下，隨著NSPs 的加入，使NSPs-淀粉的表觀粘度增大，當(dāng)存在機(jī)械作用力時(shí)，淀粉的穩(wěn)定性降低，表觀粘度下降；在熱加工條件下，淀粉的表觀粘度也降低。

4 NSPs 對(duì)淀粉消化特性的影響

表2 總結(jié)了部分淀粉與非淀粉多糖復(fù)合物的消化特性。NSPs 影響淀粉的消化特性主要是通過形成物理屏障，阻礙酶進(jìn)入淀粉內(nèi)部，改變淀粉結(jié)構(gòu)，如NSPs 含有的羥基或羧基基團(tuán)與淀粉相互作用，限制了α-淀粉酶與淀粉的接觸、或是與淀粉競(jìng)爭(zhēng)水降低糊化度、或通過增稠消化體系限制水分子運(yùn)動(dòng)，降低酶的水解速率。NSPs 與浸出的直鏈淀粉分子通過氫鍵作用而影響RDS、SDS 和RS 組分的含量。如β-葡聚糖通過氫鍵與豌豆淀粉顆粒相互作用，包裹在淀粉顆粒的表面，當(dāng)β-葡聚糖的添加量越高時(shí)，其包裹效果越好，使淀粉顆粒在糊化過程中未被完全破裂，難以消化，降低了α-淀粉酶酶解淀粉的機(jī)率[38]。同樣，當(dāng)添加β-葡聚糖，使其包裹玉米淀粉，纏繞或重疊形成復(fù)合物，消化酶也難以接觸到淀粉，RDS 下降，降低了淀粉的消化[15]，如圖4 所示。

表2 部分淀粉與非淀粉多糖復(fù)合物的消化特性Table 2 Digestibility of partially starch with non-starch polysaccharide complexes

圖4 β-葡聚糖與玉米淀粉之間以及β-葡聚糖自身聚集物的相互作用[15]Fig.4 Interaction between β-glucan with cornstarch and interaction of β-glucan self-aggregates[15]

不同的加工條件下，NSPs 對(duì)淀粉中RS 和SDS含量的影響有所不同，淀粉的消化速度也有所差別。如大米淀粉-魔芋葡甘聚糖在螺桿擠壓輔助下經(jīng)絡(luò)合作用形成復(fù)合物，添加魔芋葡甘聚糖后，RDS含量從48.06%顯著降低至36.47%，SDS 和RS 含量分別從16.81%提高至22.39%和35.13%提高至41.14%[32]。Xie 等[60]發(fā)現(xiàn)經(jīng)烘烤和翻炒加工的大麥殼淀粉消化率較低，分別為41.5%和38.9%；而蒸汽閃蒸的大麥殼淀粉的消化率較高，為48.2%，原因是β-葡聚糖引起大麥淀粉粘度升高，限制了酶的擴(kuò)散并延遲了淀粉的水解，起到了保護(hù)淀粉粒結(jié)構(gòu)的作用，同時(shí)由于β-葡聚糖的包裹，進(jìn)一步抑制淀粉的消化。此外，魔芋葡甘聚糖與燕麥和玉米淀粉共擠壓后，附著在淀粉顆粒表面，導(dǎo)致淀粉鏈重排，促使表面微觀結(jié)構(gòu)變粗糙，孔隙減少，晶型呈V 形，抑制了淀粉的消化，復(fù)合物的消化速率顯著降低[61]。

5 結(jié)論與展望

在NSPs 對(duì)淀粉的研究中，NSPs 的加入能與淀粉通過物理吸附或者非共價(jià)作用結(jié)合在淀粉顆粒表面，抑制顆粒膨脹和直鏈淀粉浸出，從而抑制直鏈淀粉重排聚集及結(jié)晶結(jié)構(gòu)的形成，延緩淀粉老化；熱加工處理NSPs 與淀粉復(fù)合過程中，NSPs 與淀粉氫鍵相互作用增強(qiáng)使淀粉顆粒發(fā)生團(tuán)聚、體積增大，因此淀粉的糊化溫度升高、表觀粘度增加；同時(shí)，NSPs在淀粉糊化過程中通過附著在淀粉顆粒表面來(lái)保護(hù)淀粉，減少淀粉在消化過程中與酶的接觸點(diǎn)，從而影響淀粉消化。

隨著相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域研究理論與技術(shù)的發(fā)展，不同NSPs 對(duì)淀粉理化性質(zhì)和功能性質(zhì)影響機(jī)制的探討持續(xù)增多，對(duì)NSPs 與淀粉的分子相互作用還需要開展以下工作：進(jìn)一步分析NSPs 的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)NSPs與淀粉相互作用的影響及規(guī)律，明確其構(gòu)效關(guān)系；研究NSPs 與淀粉分子相互作用的動(dòng)態(tài)變化過程，并對(duì)其分子相互作用模式、分子作用力、作用位點(diǎn)等分子反應(yīng)參數(shù)進(jìn)行分析；NSPs 對(duì)淀粉消化、營(yíng)養(yǎng)特性的影響及規(guī)律，并進(jìn)一步分析NSPs 對(duì)淀粉在生物體內(nèi)代謝的影響；探究NSPs-淀粉共混物的親水性及在食品生產(chǎn)過程中的運(yùn)用。本文從淀粉的結(jié)構(gòu)、理化、消化這三方面綜述了NSPs 對(duì)其的影響，以期為NSPs在淀粉加工及其他相關(guān)領(lǐng)域的資源化利用提供理論參考。

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