杨景焘，赵 芳，刘 振，杨开伦

(新疆农业大学/新疆肉乳用草食动物营养重点实验室，乌鲁木齐　830052)



α-淀粉酶体外酶解三种不同加工处理玉米中淀粉消化性的比较研究

杨景焘，赵 芳，刘 振，杨开伦

(新疆农业大学/新疆肉乳用草食动物营养重点实验室，乌鲁木齐830052)

【目的】通过体外酶解实验，研究粉碎、蒸汽压片和膨化加工方式对玉米淀粉消化性的影响。【方法】用α-淀粉酶分别对粉碎、蒸汽压片及膨化加工处理后的玉米进行8 h的酶解，测定酶解过程中各时间点，还原糖生成量、每小时净还原糖产生量及玉米中直链淀粉和支链淀粉的消化量与消化率等指标。【结果】8 h内产生还原糖总量，膨化加工方式高于蒸汽压片加工19.8%，高于粉碎加工65.6%；直链淀粉和支链淀粉累积消化量分别高于蒸汽压片加工53.2%和92.2%；高于粉碎加工125.2%和253.7%。【结论】蒸汽压片加工与膨化加工均可以提高玉米淀粉利用率，且膨化加工提高最为显著(P<0.05)。

体外酶解法；α-淀粉酶；粉碎玉米；蒸汽压片玉米；膨化玉米

0　引 言

【研究意义】玉米是我国畜牧生产中最常用的能量饲料之一。在玉米籽实中70%以上为淀粉，其中直链淀粉约占27%，支链淀粉约占73%。所以，提高玉米中淀粉的利用率是改善玉米营养价值的一个有效途径。【前人研究进展】玉米淀粉主要以淀粉颗粒形态紧密排列在胚乳中，各淀粉链间以氢键结合，有序排列形成结晶区。小肠是淀粉主要的消化场所。在小肠内，淀粉通过被α-淀粉酶酶解，生成还原糖的形式被消化吸收。因此，α-淀粉酶的敏感性决定了淀粉的消化性能，而淀粉颗粒的结晶结构类型又影响α-淀粉酶的敏感性[1-4]。Wheeler 等[5]研究认为改善淀粉颗粒的物理结构可以改善淀粉在小肠内的消化。通过适当的加工处理可以改变淀粉的结构，引起淀粉类型的改变，提高淀粉的利用率。Hale[6]总结了干处理、湿处理两大类共18种饲料加工处理方法。Nocek和Tammiga将谷物饲料的加工手段分为物理方法和物理化学方法，物理方法主要包括对干燥谷物进行裂解、粉碎、滚压和制粒；物理化学方法是指用热水和加热相结合的方法处理谷物使其糊化[7]。【本研究切入点】每种处理方法在加工手段上的差异都会使饲料淀粉的消化特性发生改变。目前，玉米的生产加工方式主要有粉碎、制粒、蒸汽压片、水浸处理、焙烧、膨化、挤压、碾压等多种。粉碎加工在猪、鸡单胃动物的配合饲料中较为常见，蒸汽压片加工在反刍动物中应用较广泛，而膨化加工主要应用于幼龄动物饲料中。此三种加工方式在畜牧生产中较有代表性，所以试验选用这三种加工方式，即粉碎加工、蒸汽压片加工、膨化加工。【拟解决的关键问题】通过α-淀粉酶体外酶解试验,研究加工处理方式对玉米淀粉消化性的影响。

1 　材料与方法

1.1 材 料

粉碎玉米：新疆乌鲁木齐市地区市面出售的玉米，过60目粉碎后，用球磨仪超微粉碎处理。

蒸汽压片玉米：由山东省嘉祥县创新牧业饲料有限公司提供，过60目粉碎后，用球磨仪超微粉碎处理。

膨化玉米：由河北省卓磊贸易有限公司藁城市恒宜植物蛋白厂提供，过60目粉碎后，用球磨仪超微粉碎处理。

1.2方 法

1.2 .1试验设计

试验采用α-淀粉酶一步水解法。准确称取经超微粉碎的粉碎、蒸汽压片、膨化加工处理的玉米样品各0.6 g，分别按标记好的试验组与对照组顺序加入到三角瓶中(300 mL)，每个三角瓶加入0.05M、pH 7.2磷酸盐缓冲液60 mL充分混匀。再加入1 mL α-淀粉酶溶液(12 mg/mL)。三角瓶放入恒温水浴摇床内培养，温度为37℃，振荡速率为100 r/min。分别在反应的第0、0.5、1、2、4、6和8 h时间点吸取样品液，放入沸水浴中灭活5 min后，放入-20℃冰箱冷冻储存，待测定，试验重复3次。

1.2.2 测定指标1.2.2.1还原糖的测定[8]

采用DNS法测定粉碎玉米、蒸汽压片玉米、膨化玉米加酶组与未加酶组各时间点的还原糖生成量。

DNS的配制：称取91.0 g酒石酸钾钠溶解于500 mL 水中，加入3,5-二硝基水杨酸3.15 g ，NaOH 10.5 g，不断搅拌，并小心加热，温度控制在45℃内，再加入2.5 g苯酚和2.5 g亚硫酸钠搅拌均匀，冷却至室温后定容至1 000 mL，贮于棕色试剂瓶中，放置1周后使用。

还原糖标准曲线的制定：准确称取100 mg分析纯的无水葡萄糖(预先在105℃干燥至恒质量)，用少量蒸馏水溶解后，转移至100 mL容量瓶中，定容至刻度，摇匀，浓度为1 mg/mL。取6支10 mL刻度试管，分别按表1添加试剂。将各管混合均匀，在沸水浴中加热5 min，取出后立即冷却到室温，再从每管中吸取0.6 mL溶液于10 mL试管中，加入2.4 mL蒸馏水，混匀后在520 nm波长处测OD值。表1

表1还原糖标准曲线试剂加入量
Table 1 The standard curve of reducing sugar reagent dosage(mL)

项目Item123456葡萄糖标准Clucosestandard00.20.40.60.81.0蒸馏水Distilledwater1.00.80.60.40.20DNS溶液DNSsilution1.01.01.01.01.01.0

使用TU-1810分光光度计在520 nm波长下测定吸光度值。以还原糖含量为横坐标，吸光度值为纵坐标绘制标准曲线。图1

图1 还原糖标准曲线
Fig. 1 The standard curve of reducing sugar

1.2.2.2 直链淀粉与支链淀粉的测定[9-12]

采用双波长法测定粉碎玉米、蒸汽压片玉米、膨化玉米加酶组与未加酶组各时间的点的支链淀粉、直链淀粉含量。

直链淀粉标准溶液：准确称取10 mg直链淀粉标准品到10 mL硬质玻璃试管，加入1.5 mol/L NaOH溶液5 mL，置于沸水浴中待其完全溶解后冷却，转移到50 mL容量瓶中，加入1.5 mol/L HCl溶液5 mL后，用0.2 mol/L、pH 3.5乙酸-乙酸钠缓冲液定容。

支链淀粉标准溶液：同直链淀粉标准溶液的配制。

直链淀粉标准曲线的制作：

取7支10 mL试管，分别按表2添加试剂。混匀后，避光静置15 min后比色。表2

使用TU-1810分光光度计在测定波长615 nm、参比波长410 nm 下分别测定吸光度值。以吸光度差值△A=(A615 nm-A410 nm)为横坐标，以直链淀粉含量为纵坐标绘制标准曲线。图2

表2直链淀粉标准曲线试剂加入量
Table 2Amount of amylose reagent standard curve(mL)

项目Item123456直链淀粉标液Amylosestandardsolution00.10.20.40.71.0蒸馏水Distilledwater1.00.90.80.60.30乙酸-乙酸钠缓冲液HAc-NaAc4.04.04.04.04.04.0碘试剂(ml)Iodinereagent0.20.20.20.20.20.2

图2直链淀粉标准曲线
Fig. 2 The standard curve of amylose

支链淀粉标准曲线的制作：同直连淀粉标准曲线的制作。

使用TU-1810分光光度计在测定波长550 nm、参比波长750 nm 下分别测定吸光度值。以吸光度差值△A=(A550 nm-A750 nm)为横坐标，以支链淀粉含量为纵坐标绘制标准曲线。图3

图3支链淀粉标准曲线
Fig. 3The standard curve of branched chain starch

1.3数据统计

试验利用SPSS的ANOVA分析方法进行统计处理，各处理的平均数差异采用Duncan法进行比较。

表3不同加工方式对玉米粉还原糖的的累积生成量
Table 3Effects of different types of manufacturing corn meal on accumulation production of reducing sugar (mg)

时间点Time(h)玉米粉Cornflour蒸汽压片玉米粉Steam-flakedcorn膨化玉米粉Extrudedcorn0.5h3.08±0.77b4.99±0.23a3.8±0.15b1h8.07±0.97c11.76±0.12b19.18±0.56a2h14.90±0.71c18.16±0.41b28.58±0.29a4h20.79±0.11c26.20±0.33b38.8±0.56a6h24.90±1.03c31.28±0.87b41.26±0.27a8h25.87±0.54c35.75±0.90b42.85±0.02a

注：肩注小写字母不同表示差异显著(P<0.05)，肩注小写字母相同表示差异不显著(P>0.05)，下同

Note：Different shoulder lowercase letters represent significant differences (P<0.05), the same shoulder lowercase letters denote no significant difference (P> 0.05)，the same as below

2 　结果与分析

2.1 加工方式对还原糖生成量的影响

淀粉被α-淀粉酶酶解后的主要产物为还原糖，因此产生还原糖的变化，可以在一定程度上反应出淀粉被酶解的情况。

结果表明，经过α-淀粉酶降解后，这三种加工方式处理的玉米均产生还原糖，且产生量在采样时间段内，均呈递增趋势。膨化加工方式上升最明显，其次为蒸汽压片加工方式，最后为粉碎加工方式。表4

图4 还原糖的累积生成量(mg/600 mg底物)
Fig.4 Reducing sugar accumulation plant (mg/600mg substrate)

以相邻采样时间点的累积还原糖产生量差值绝对值作为产生的净还原糖，近似认为可被肠道吸收的糖，以提供能量。表4、图5

膨化加工方式与蒸汽压片加工方式处理玉米8 h内的累积还原糖产生量，都显著高于粉碎方式处理的玉米(P<0.05)。膨化加工方式处理的玉米，8 h 内产生还原糖总量最多，高于蒸汽压片方式处理玉米19.8%，高于粉碎方式处理玉米65.6%。蒸汽加工与膨化加工方式，提高了还原糖的生成量，且膨化加工提高效果更显著(P<0.05)。表3，图4

图5 还原糖每小时净生成量
Fig.5Reducing sugar per hour net quantity
表4还原糖每小时净生成量(mg/600 mg底物)
Table 4 Reducing sugar per hour net quantity(mg/600 mg/ substrate)

时间点Time(h)粉碎玉米Cornflour蒸汽压片玉米Steam-flakedcorn膨化玉米Extrudedcorn0.5h6.27±0.39c8.40±0.35b14.66±0.41a1h8.22±0.28c13.51±0.82b21.87±0.38a2h7.26±0.47b6.40±0.57b9.40±0.28a4h3.0±0.27c4.02±0.20b5.11±0.68a6h2.17±0.19ab2.54±0.59a1.22±0.56b8h0.90±0.66b2.23±0.14a0.80±0.29b

在培养0～1 h，每小时净还原糖产生量呈现迅速上升趋势；在1 h采样时间点时，三种加工方式每小时产生的净还原糖量均为培养全程的最大值。说明0～1 h，玉米淀粉的酶解效率最高。在0～4 h，膨化加工方式与蒸汽压片加工方式每小时净还原糖产生量均显著高于粉碎加工方式(P<0.05)。膨化加工方式处理玉米，每小时净还原糖量仍为最高。虽然在6～8 h，膨化加工方式每小时净还原糖产生量显著低于蒸汽压片加工方式(P<0.05)，与粉碎加工方式相比差异不显著(P>0.05)。但膨化加工方式培养全程的酶解效率依然为最高，其次为蒸汽压片加工方式，最后为粉碎加工方式。图5，表4

2.2 加工方式对直链淀粉、支链淀粉的影响

以不加酶组的直链淀粉和支链淀粉含量为总淀粉含量，其与各时间点的淀粉含量的差值为累积消化量。

图6直链淀粉消化量
Fig. 6The digestion of amylose

结果表明，三种加工方式处理玉米，在0～2 h，直链淀粉累积消化量增加迅速，随后增加缓慢，趋于平稳。粉碎加工方式处理玉米，其支链淀粉累积消化量在1 h后，便趋于平稳不增加；蒸汽加工方式与膨化加工方式的玉米，其支链淀粉累积消化量在到达2 h后，才趋于平稳，不增加。图6，图7

图7支链淀粉消化量
Fig. 7 The digestion of amylopectin starch

蒸汽压片加工方式与膨化加工方式处理玉米的直链淀粉与支链淀粉累积消化量均显著高于粉碎处理玉米(P<0.05)。膨化处理玉米的直链淀粉与支链淀粉累积消化量最高，分别高于蒸汽压片方式处理玉米53.2%和92.2%；高于粉碎方式处理玉米125.2%和253.7%。蒸汽加工与膨化加工方式，提高了直链淀粉与支链淀粉的消化量，且膨化加工提高效果更明显。表5

表5不同加工方式对玉米粉直链淀粉、支链淀粉累积消耗量的影响
Table 5 Effects of different types of manufacturing corn meal on cumulative consumption of amylose and amylopectin(mg)

时间点Time(h)粉碎玉米Cornflour蒸汽压片玉米Steam-flakedcorn膨化玉米Extrudedcorn直链淀粉0.5h0.98±0.07c2.87±0.84b11.31±0.35aAmylose1h1.89±0.16c7.34±0.57b16.32±0.33a2h7.28±0.04c10.15±0.37b17.94±0.50a4h7.65±0.40c11.62±0.11b18.12±0.44a6h7.82±0.45c11.82±0.29b18.13±0.55a8h8.05±0.65c11.83±0.69b18.13±0.50a支链淀粉0.5h9.53±0.48c29.61±0.46b184.44±1.57aAmylopectin1h60.17±1.01c78.02±0.37b203.06±3.24a2h63.67±1.87c119.09±1.36b230.46±3.75a4h65.75±1.48c121.00±0.26b232.91±3.59a6h65.45±1.01c121.05±0.63b232.97±3.83a8h65.92±1.05c121.29±1.32b233.18±3.62a

结果表明，三种加工方式处理玉米，在0～2 h时间段内，直链淀粉消化率增加迅速，随后增加缓慢，趋于平稳。三种加工方式处理玉米，其支链淀粉消化率在1 h时间点后，便趋于平稳不增加。说明支链淀粉比直链淀粉更容易被α-淀粉酶酶解。图8，图9

图8直链淀粉的消化率

Fig. 8The digestibility of amylose

图9支链淀粉消化率
Fig. 9The digestibility of amylopectin

蒸汽压片方式和膨化加工方式处理玉米的直链淀粉与支链淀粉的累积消化率均显著高于粉碎加工方式处理玉米(P<0.05)。膨化加工方式处理玉米的直链淀粉和支链淀粉的累积消化率均最高，分别高于蒸汽压片方式处理5.17%和3.62%，高于粉碎加工方式处理14.38%和20.28%。这一结果与直链淀粉和支链淀粉消化量的变化结果相符合。表6

表6 不同加工方式对玉米粉直链淀粉、支链淀粉消耗率的影响
Table 6 Effects of different types of manufacturing corn meal on consumption rate of amylose and amylopectin (%)

时间点Time(h)玉米粉组Cornflour蒸汽压片玉米组Steam-flakedcorn膨化玉米组Extrudedcorn直链淀粉0.5h8.47±0.06c19.13±0.04b51.43±0.90a(Amylose)1h16.21±0.47c49.28±1.99b74.77±0.03a2h62.59±0.09c67.88±0.41b82.21±0.98a4h65.79±3.19c77.72±1.64b83.07±0.55a6h67.21±3.58b79.00±0.38a83.09±1.05a8h69.11±3.37b79.04±2.23a83.13±0.79a支链淀粉0.5h13.20±0.97c23.17±0.07b78.61±0.70a(Amylopectin)1h69.30±1.83c78.62±3.28b86.54±0.14a2h82.90±2.04c93.16±0.70b98.22±0.12a4h86.05±2.84c94.67±1.56b99.26±0.21a6h86.11±3.64b95.05±1.29a99.28±0.11a8h86.87±2.22b95.89±0.73a99.37±0.19a

3　讨 论

淀粉在玉米中的含量最高，其消化特性与其组织结构之间密切相关，通过加工处理可以打破其组织间的结构。试验表明，与粉碎加工处理相比，通过蒸汽压片加工方式和膨化加工方式处理玉米，均显著提高了玉米淀粉的酶解效率、消化量和消化率，且膨化加工方式处理玉米，效果最为显著(P<0.05)。

在王磊等[13]研究报道中，可以知道蒸汽压片玉米的淀粉消化率为98%，高于粉碎玉米的88%。在史新鹏等[14]的研究报道中，可知道经过蒸汽压片技术调制的玉米其淀粉消化道利用率可达99%，普通加工技术玉米消化率仅达70%左右。而在Zinn等[15]的研究报道中，也提到蒸汽压片技术能够将玉米的淀粉消化率从90%提高到 99%。在齐利智等[16]研究报道中，又可以知道膨化加工与未经膨化加工处理玉米相比，膨化加工可以显著提高玉米淀粉在小肠的消化率(P<0.05)，且消化率受膨化温度的影响。从Oates[17]的研究报道中也可以知道，膨化加工显著增加了玉米淀粉在回肠的消化率。

相对于粉碎加工，蒸汽加工或膨化加工可以提高玉米中淀粉的利用率(P<0.05)，试验结果与报道相符合。

蒸汽压片加工的机理实际是一个淀粉凝胶化的过程。淀粉在有水的条件下加热，会破坏其结晶结构，形成α-淀粉，这种构形淀粉容易被淀粉酶分解。发生凝胶化后的淀粉，其颗粒分子间的氢键被破坏，淀粉颗粒之间有序的排列被打开，使其更容易被酶分解。另外，在加工过程中，通过两轧辊的压力作用，可以改变玉米中蛋白质的空间结构，使淀粉颗粒更容易暴露，大大增加了与酶接触的机会[18-19]。

膨化加工的机理实际是淀粉在水分、热、机械剪切及压力差等的综合作用下发生的糊化过程。迅速升高的温度及螺旋叶片的揉搓使网袋状淀粉颗粒加速吸水，晶体结构解体，氢键断裂，淀粉颗粒膨胀崩解。高温、高压及机械剪切使淀粉糊化度升高，淀粉链变短[20-21]。

此两种加工方式均在不同程度上改变了淀粉的组织结构，但蒸汽压片玉米与膨化玉米相比较的研究报道较少，暂未见有单一比较说明二者玉米淀粉利用率的报道。

试验单一通过α-淀粉酶针对不同加工方式玉米在特定条件下体外酶解，可以简单、快速的反应出、酶与底物的作用关系，可以为实际应用提供理论依据。但试验存在许多问题未解决，如：体外酶解时间、消化参数等与实际动物机体内情况存在差异；试验所用的玉米因来源不同，可能存在差异等。因此，还需进一步完善方法，在动物消化生理的水平上进一步研究，才能为实际生产应用提供更合理的数据支持。

4　结 论

与粉碎加工相比，研究通过膨化加工方式与蒸汽压片加工方式处理玉米，显著增加了还原糖的生成量和淀粉的消化量，提高了玉米淀粉的酶解效率和消化率，且膨化加工方式处理玉米，效果最为显著(P<0.05)。通过膨化加工与蒸汽压片加工可以改善玉米的利用价值，改善效果膨化加工优于蒸汽压片加工，蒸汽压片加工优于粉碎加工。

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Fund project:Supported by "Twelfth Five-year Plan" National Science and Technology Program in Rural Areas (2012BAD45B01)

α-amylase in Vitro Digestion Crushing, Vapor Pressure, Extrusion Processing of Corn Starch Digestibility of Research

YANG Jing-tao, ZHAO Fang, LIU Zhen, YANG Kai-lun

(XinjiangKeyLaboratoryofHerbivore'sNutritionforMeatandMilkProduction,Urumqi830052,China)

【Objective】 In this study, in vitro enzymatic hydrolysis experiments were carried out to study the crushing impact of steam-flaked and puffed processing methods for corn starch digestibility.【Method】α- amylase was applied to pulverize, flake and puff corn after 8 hours of hydrolysis and measure enzyme solution process at each time point, the production of reducing sugar and an hour net reducing sugar and corn amylase starch and amylopectin digestion and digestive rate and other indicators.【Result】The total amount of sugar produced within eight hours was 19.8% higher than the vapor pressure extrusion processing and 65.6% higher than the crushing process; digestion amount of amylose and amylopectin accumulation were 53.2% and 92.2% higher than the vapor pressure of the film processing,and 253.7% and 125.2% higher than the grinding process.【Conclusion】The utilization ratio fo corn starch can be improved by flaked processing and extrusion processing and the effect is the most significant (P<0.05).

in vitro enzymatic hydrolysis；α-amylase；crushed corn; steam-flaked corn;expanded corn

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.04.021

2015-10-21

"十二五"农村领域国家科技计划课题(2012BAD45B01)

杨景焘(1988-)，男，黑龙江人，硕士研究生，研究方向为动物营养与饲料科学，(E-mail)yjtme@163.com

杨开伦(1966-)，男，云南人，教授，博士生导师，研究方向为动物营养代谢与饲料资源开发，(E-mail)yangkailun2002@aliyun.com

S188+.3

A

1001-4330(2016)04-0744-08