张明丹，王敏，陈光选，彭丹丹，刘亚楠，刘娜

（河南工业大学生物工程学院，河南郑州 450001）

玉米胚部约占玉米籽粒的三分之一，故玉米较其它粮食具有更强的生命活动及更高的呼吸强度，储藏期间稳定性差[1,2]。随着储藏时间延长，玉米中淀粉会发生量变及结构变化，从而影响其商业价值[3]，玉米淀粉是玉米籽粒的主要组成部分（约占籽粒重量的75%左右），也是决定玉米品质的重要因素之一[4]。玉米淀粉是人类主要的食物来源以及重要的工业原料，约占世界淀粉市场总量的80%以上，在食品、农业饲料、石油、医用等多个行业中均有应用[5]。玉米储藏不当会造成巨大经济损失，因此，玉米的耐储性研究较为迫切。

耐储性研究主要为自然老化法和人工加速老化法，由于自然老化需较长时间，为便于研究老化机理，Rajjou[6]等提出人工加速老化的方法。Elliis[7]等认为，在-13 ℃～80 ℃进行老化处理，其老化规律一致，因此，人工老化处理方法已成为研究耐储性的通用方法。随老化时间的延长，玉米发芽指标、超氧化物歧化酶、过氧化物酶及过氧化氢酶随之降低，而浸出液可溶性糖质量分数及相对电导率总体升高[8-11]。商品淀粉进行高温高湿处理，使淀粉膨胀度及消化性降低，淀粉颗粒中心出现凹坑，颗粒结晶程度增加，淀粉透明度降低[12-14]。本文供试材料选用玉米籽粒，从玉米籽粒（玉米淀粉来源）为材料分析淀粉糊化及消化性质的变化。目前关于玉米籽粒的淀粉含量、淀粉相关酶活性、淀粉糊化特性及淀粉消化性变化研究较少。本研究采用高温（42 ℃）、高湿（100% RH）的人工老化处理方法，通过对3个玉米品种进行处理，模拟老化后的生理状态，研究其淀粉含量、淀粉酶活性（总淀粉酶、α-淀粉酶、淀粉去分支酶）、淀粉糊化特性及淀粉消化性的变化规律对人工老化处理的响应，以期为玉米淀粉的应用及玉米的合理储藏提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

材料：郑单958由河南秋乐种业有限公司提供；伟科702由河南金苑种业有限公司提供；浚单29由鹤壁农科院提供。

主要试剂：EDTA，郑州银丰化学试剂有限公司；β-巯基乙醇、MES，上海麦克林生化科技有限公司；3,5-二硝基水杨酸，国药集团化学试剂有限公司；30 ℃～60 ℃沸程石油醚，天津市天力化学试剂有限公司；以上试剂均为国产分析纯。直链淀粉标准品、支链淀粉标准品、麦芽糖标准品，北京索莱宝生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

HWS型智能恒温恒湿箱，宁波江南仪器厂；RVA-TecMaster快速粘度仪，波通瑞华科学仪器有限公司；Tecan多功能酶标仪，瑞士Tecan有限公司。

1.3 试验方法及测定指标

1.3.1 样品处理

将三个供试品系玉米用纱网袋封装，每袋500 g，每天放入高温（42 ℃）、高湿（100% RH）环境中1袋，共计7 d，第8 d时将玉米取出放在阴凉室温环境下晾2 d，以未经老化玉米做为对照（CK）。

1.3.2 淀粉含量的测定

淀粉含量的检测方法参照张越[15]等的方法，采用酸水解-斐林试剂滴定法，略有改动（石油醚代替乙醚以除去脂肪）。

称取约20 g玉米粒，湿法提取玉米淀粉[16]，所得玉米淀粉用于直链淀粉、支链淀粉含量及淀粉糊化及消化性的测定。直链淀粉、支链淀粉含量采用双波长分光光度法[17]。

1.3.3 淀粉酶的测定

采用DNS比色法。淀粉酶活性及α-淀粉酶活性参照李雯[18]的测定方法。淀粉去分支酶活性测定参照胡育峰[19]的方法，酶活定义为在30 ℃下每min水解支链淀粉产生1 μmol还原糖（麦芽糖）的酶量为1个酶活单位（U）。在520 nm测得麦芽糖标准曲线为y=0.4617x-0.0097，R2=0.9974。

1.3.4 淀粉糊化特性的测定

采用《小麦、黑麦及其粉类和淀粉糊化特性测定快速黏度仪法》GB/T 24853-2010测定玉米淀粉的糊化特性。

1.3.5 淀粉体外消化性的测定

淀粉消化性测定参照Englyst[20]提出的体外模拟酶水解法，具体做法参考张斌[21]等的方法。

1.4 试验数据统计及分析

所有实验均重复测定3次，结果取平均值。结果采用SAS 9.2进行差异性显著分析，SPSS 25进行皮尔逊相关性分析，Origin 8.5进行数据处理及绘图。

2 结果与分析

2.1 储藏期间淀粉含量及淀粉酶活性的变化

三个供试品系淀粉总含量均随老化时间的增加呈下降趋势且差异达显著性水平（p＜0.05）（表1），这与马平安研究结果一致[8]。三种玉米老化处理至第8 d，郑单958、伟科702及浚单29淀粉含量较对照组下降率分别为7.07%、5.73%、3.98%。由表1可知三种玉米淀粉含量以较稳定的速率下降，表明高温高湿储藏环境使玉米淀粉含量降低，我国90%淀粉生产行业以玉米作为原料，玉米淀粉的生产在玉米加工行业中占举足轻重的地位，因此玉米在储藏过程中淀粉含量的下降会对淀粉的生产产生负面影响。

表1 老化处理过程中不同品种玉米的淀粉含量Table 1 Starch content of different maize varieties during aging treatmen

测得支链淀粉和直链淀粉的最大吸收波长为550 nm和585 nm，按照双波长的等吸收点波长法作图可以确定支链淀粉的检测波长为550 nm和715 nm，直链淀粉的检测波长为464 nm和585 nm。直链淀粉测定的标准曲线为y=7.4407x-0.0179，其R2=0.999。支链淀粉测定的标准曲线为y=2.0561x-0.0225，其R2=0.9991。根据所得标准曲线测得玉米样品直链及支链淀粉含量如图1。

由图1a可以看出，整个老化储藏过程中三个供试品系玉米的直链淀粉（amylose，AM）含量总体呈上升趋势。老化处理过程中，伟科702直链淀粉含量均低于浚单29及郑单958。经老化处理后：伟科702、郑单958及浚单29直链淀粉较对照组增加率分别为20.89%，13.92%，16.41%。表明玉米在高温高湿储藏环境中会产生直链淀粉含量增加的现象，赵佳[22]等的研究也证明玉米淀粉经高温高湿处理，直链淀粉含量增加。一般情况下，直链淀粉含量越高的淀粉其抗酶解能力越强，由文中实验结果可以看出，高温高湿处理后随着玉米直链淀粉含量的增加，其消化产物的量也逐渐降低。

由图1b可以看出，经人工老化处理，三种玉米支链淀粉（amylopectin，AP）含量总体呈下降趋势，伟科702支链淀粉下降率及直链淀粉增加率均为三种玉米品种最高，说明伟科702淀粉结构较其余两个供试品系在高温高湿环境中易变化，结构稳定性对高温高湿耐受性较差。人工老化储藏过程中，三种供试品系在老化第2 d时支链淀粉含量均有不同幅度的增长，Lin[23]等认为这种现象可能是由于高度支化支链淀粉在淀粉去分支酶（starch debranching enzyme，DBE）的作用下向聚合度低的方向转移，短链支链淀粉含量增加。

图1 老化期间直链淀粉及支链淀粉含量变化趋势图Fig.1 Trend chart of amylose and amylopectin content changes during aging

玉米淀粉的直链淀粉及支链淀粉比例是决定玉米淀粉用途的重要因素，直链淀粉及支链淀粉含量与淀粉粘性相关，支链淀粉含量越高，淀粉粘性越大[24]，因此玉米淀粉粘性随着老化时间的延长而降低，其适口感也随之降低。玉米经人工老化储藏后，直链淀粉含量增加，玉米淀粉老化速度加快，食用品质降低[25]。

2.2 淀粉酶活性的变化

在储藏过程中，对玉米淀粉起降解作用的淀粉水解酶类主要有总淀粉酶，α-淀粉酶，DBE，玉米籽粒中淀粉酶活性变化见图2。

图2 老化期间淀粉酶活性变化趋势图Fig.2 Trend chart of amylase activity during aging

由图2a、b、c可以看出，在高温高湿人工老化条件下，三个供试品系玉米总淀粉酶、α-淀粉酶及DBE活性均随老化天数的延长而呈显著下降趋势（p＜0.05)。CK组：种间总淀粉酶、DBE与α-淀粉酶活性均表现出显著性差异（p＜0.05），郑单958三种酶活性均为供试品系中最高，伟科702次之，浚单29为最低。老化处理至第8 d三个供试品系酶活均有不同程度的下降，同品种间比较，DBE活性下降幅度最大，可能由于不同的酶活对湿热环境敏感性存在差异。结果表明，高温高湿老化使玉米总淀粉酶活性、α-淀粉酶活性及DBE活性下降显著，下降幅度范围为40%～56%，这与Walters[26]的研究结果一致。Ball[27]等构建Glucan triming模型，认为DBE可以专一裂解支链淀粉中的α-1，6糖苷键。随着老化时间延长，DBE作用于支链淀粉，支链淀粉侧链断裂，断裂部分为直链结构，使直链淀粉含量增加。由图2c可知，郑单958 DBE活性至老化第4 d出现极显著降低，同时郑单958直链淀粉含量增加速率显著下降。伟科702及浚单29至老化第5 d直链淀粉含量增加速率减慢，两者直链淀粉含量0～5 d的增加速率显著大于其5～8 d的增加速率（p＜0.01）。

总淀粉酶和α-淀粉酶与玉米储藏期间总淀粉含量的变化有关，这两者主要负责淀粉水解，使淀粉水解为还原糖。温雪瓶[28]等研究也发现玉米粉置于37 ℃环境储藏28 d，其α-淀粉酶活性下降81.58%，淀粉含量下降趋势稳定，可能由于其储藏时间长于本实验或所用材料处理方式不同，所以其α-淀粉酶活下降率高于本实验结果。郑单958、伟科702及浚单29在人工老化处理期间总淀粉酶活性、α-淀粉酶活性下降显著，而其淀粉含量以较稳定速率降低，说明在人工老化处理期间玉米中总淀粉酶及α-淀粉酶已充分发挥其作用。高温高湿条件加速α-淀粉酶、DBE活性下降的速率[29]，随α-淀粉酶活性的下降，籽粒的生命力也随之降低，从而导致玉米发芽率降低，从而影响玉米经济价值[8]。

2.3 储藏期间玉米淀粉糊化特性的变化

淀粉的糊化特性是影响淀粉加工的一项重要指标，高温高湿的储藏环境使玉米籽粒中淀粉发生量变及结构变化，从而影响淀粉的糊化特性。郑单958、伟科702及浚单29淀粉糊化均呈双峰结构。该老化过程中不同品系玉米的淀粉糊化特性及相关性分析结果如表2、表3。

由表2可以看出，老化处理前后对比三个供试品系PV、TV、FV、BD、SB均降低，PT、PTP有不同程度的增加（p＜0.05）。未老化处理组中，郑单958 PV、TV、FV、BD、SB均高于伟科702及浚单29，与对照组中郑单958支链淀粉含量高于伟科702及浚单29相一致。结果表明，PV、FV与直链淀粉含量成反比，这与侯汉学[30]等使用RVA测定不同直链淀粉含量玉米淀粉的糊化特性研究结果一致。Tester[31]等研究表明支链淀粉引起淀粉颗粒膨胀和糊化，而直链淀粉抑制淀粉的膨胀。因此，随玉米淀粉中直链淀粉含量的增加，淀粉越难糊化。直链淀粉含量影响淀粉的糊化特性，主要是由于玉米淀粉中直支比影响淀粉的结晶结构；直链淀粉主要分布在淀粉颗粒表面，与支链淀粉缠绕贯穿至结晶区和无定形区，直链淀粉于支链淀粉有“束缚”作用，直链淀粉含量增加，“束缚”作用随之增大，支链淀粉不能充分舒展，抑制淀粉的膨化及糊化，黏度随之降低；直链淀粉易与脂质形成复合物，抑制淀粉膨胀及糊化[32]。

由表3可知：人工老化对玉米淀粉糊化特性影响显著，老化时间与PV、BD、FV、SB显著正相关，与PT显著负相关。随老化处理时间延长，造成玉米淀粉糊化难度增加及淀粉黏度的降低，高温高湿处理使淀粉颗粒结构致密，颗粒糊化难度增加，直链淀粉-直链淀粉，支链淀粉-直链淀粉之间的作用增强，糊化后淀粉不易酶解，导致淀粉的消化率降低[29]，从而影响玉米淀粉感官、食用品质及商业用途。

2.4 储藏期间玉米淀粉体外消化性的变化

根据在人体内消化速度，可将淀粉分为快速消化淀粉（rapidly digestible starch，RDS）、慢消化淀粉（slowly digestible starch，SDS）和抗性淀粉（resistant starch，RS）[20]，三种玉米的直链淀粉与支链淀粉含量随人工老化处理时间的延长发生改变，从而影响玉米淀粉的消化性，结果如表4所示。

表2 老化处理过程中不同品种玉米的淀粉糊化特性Table 2 Starch gelatinization characteristics of different maize varieties during aging treatment

表3 老化处理时间与玉米淀粉糊化参数相关性分析Table 3 Correlation analysis between aging treatment time and gelatinization parameters of corn starch

表4 老化处理过程中不同品种玉米的消化特性Table 4 Digestion characteristics of different maize varieties during aging treatment

注：不同小写字母表示差异显著（p＜0.05）。

从表4可看出，人工老化处理使玉米淀粉的SDS和RS含量增加，老化至第8 d三个供试品系玉米淀粉的SDS和RS的含量达到最大值。对照组中RDS含量较高，老化处理后淀粉中RDS含量显著降低，伟科702的RDS含量减少了11.92%，为三种玉米中RDS减少最多的品种，与伟科702其直链淀粉及支链淀粉含量变化为三种玉米中最高者相呼应，说明支链淀粉及直链淀粉含量变化对玉米淀粉的消化性有影响，RS含量的增加伴随着直链淀粉含量的提高，普遍认为，SDS主要由支链淀粉老化形成，RS由直链淀粉老化形成[33]，RS较SDS难消化的原因可能是与支链淀粉相比，直链淀粉易与油脂等化合物形成复合物，导致其更难于被消化。

3 结论

3.1 42 ℃、100%RH的条件下，玉米籽粒经人工老化处理8 d：总淀粉含量及支链淀粉含量下降率幅度分别为3.98%～7.07%、4.20%～6.37%，直链淀粉含量增加率幅度为13.92%～20.89%（p＜0.05）；总淀粉酶、α-淀粉酶及DBE活性呈下降趋势（p＜0.05），下降率幅度为40.47%～55.71%，同品种比较三种酶活降低幅度，DBE活性下降幅度最大；其淀粉PV、TV、FV、BD、SB均降低（p＜0.05），降低幅度分别为11.82%～16.17%、3.45%～4.50%、13.67%～15.43%、21.52%～32.46%、24.31%～26.44%，PT及PTP分别增加0.47 min～0.66 min、0.05 ℃～0.1 ℃；玉米籽粒淀粉的消化性降低，RDS含量下降了11.12～11.92个百分点。

3.2 淀粉含量、支链淀粉含量、总淀粉酶、α-淀粉酶、DBE活性、RDS及PV、FV、BD、SB与老化处理时间呈负相关，直链淀粉含量、PT、SDS、RS与老化处理时间呈正相关。玉米经高温高湿人工老化处理后总淀粉含量及支链淀粉含量减少，直链淀粉含量增加，淀粉糊化黏度下降，淀粉消化率降低，不利于玉米淀粉的生产加工及人体消化利用，降低了其食用品质。