葛珍珍，许明月，靳学远，高珊珊，赵光远，纵 伟,*

（1.郑州轻工业大学食品与生物工程学院，河南 郑州 450001；2.河南省冷链食品质量安全控制重点实验室，河南 郑州 450001；3.海南科技职业大学临床医药学院，海南 海口 571126）

凉皮是我国独特的传统食品，是淀粉在水中经过糊化和老化而形成的凝胶体[1]，因其适口性、速食性而备受喜爱，但淀粉的热不稳定性及易老化特性导致其储藏期较短、易发生品质劣变[2-3]，阻碍了凉皮的工业化生产进程。魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan，KGM）是从魔芋块茎中提取的一种天然高分子多糖[4]，因其较好的溶胀性、增稠性、持水性等被广泛应用到面制品中[5]。但KGM机械性能和稳定性较差[6]，且其分子质量高，吸水性强，在水溶液中形成高黏度而使其添加剂量受到限制，此外其凝胶性较低，需要提高浓度或与其他多糖复配使用。因此，通过脱乙酰基、氧化、羧甲基化等[7]改性对KGM进行处理，以拓展其在食品加工中的应用。

乙酰基是保持KGM结构与功能特性的关键基团[8]，脱乙酰化可使KGM的溶解度、黏度、热稳定性等[9]性质发生改变。Lin Xiaoyan等[10]研究发现，随着脱乙酰度的增加，KGM的热稳定性、流变特性均显著提高。冯观萍等[11]通过对比KGM脱乙酰前后的结构及性质变化，发现脱乙酰基魔芋葡甘聚糖（deacetylated KGM，DKGM）的持水性和黏度均显著降低。陈建[12]研究发现，提高脱乙酰度，有助于KGM凝胶化。此外，冯佳[13]研究发现，KGM可降低淀粉的糊化焓，提高淀粉的黏度和糊化温度。蔡攀福等[14]研究了KGM对面条蒸煮、质构特性和体外消化特性的影响，结果发现适量KGM可增加面条吸水率和膨胀率，降低烹煮损失率，提升口感，并减缓葡萄糖释放速率和淀粉水解率。但是目前DKGM的研究主要集中在复合膜的制备[15]、淀粉糊化[16]等方面，鲜见DKGM在凝胶型小麦淀粉基产品中的应用。

本研究通过制备不同脱乙酰度的DKGM，在对其结构表征的基础上，分析其黏度、持水性和热稳定性的变化，并研究高脱乙酰度的DKGM对凉皮质构特性和体外消化特性的影响，旨在为DKGM在小麦淀粉相关产品的开发提供一定理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

KGM（≥15000 mPa·s）、α-淀粉酶、糖化酶上海源叶生物科技有限公司；小麦粉 中粮面业营销管理（北京）有限公司；无水碳酸钠、葡萄糖、无水氯化钙、三水乙酸钠 天津市大茂化学试剂厂；其余有机溶剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

Avanti J-26S XPI大容量落地式高速离心机 山东省青岛立德创先科技有限公司；XY-FD-18冷冻干燥机 上海欣谕仪器有限公司；STA449F3同步热分析仪 德国耐驰仪器制造有限公司；Vertex 70型傅里叶变换红外光谱仪 美国赛默飞世尔科技公司；D8 ADVANCE多功能X射线衍射仪 德国布鲁克公司；NDJ-8S数字式黏度计 上海菁海仪器有限公司；Regulus 8100高分辨场发射扫描电子显微镜 日本日立公司；TA-XT plus物性分析仪 美国TA仪器公司。

1.3 方法

1.3.1 不同脱乙酰度DKGM的制备

参考宋儒坤[17]的方法并略作修改。分别称取1 g KGM置于100 mL不同质量分数（0.5%、1%、2%）的Na2CO3溶液中，室温下搅拌2 h后，加入相同体积的无水乙醇，充分搅拌后1484×g离心10 min。用无水乙醇和蒸馏水交替洗涤絮状沉淀，直到滤液pH值为中性，所得产物置于通风橱内挥干乙醇，冷冻干燥得到DKGM粉末，保存于干燥器中备用。

参考Hu Yan等[18]的方法测定脱乙酰度，并略作修改。称取1.0 g DKGM粉末与50 mL 50%乙醇溶液混合，50 ℃水浴1 h。加入1 mL 0.5 mol/L氢氧化钾溶液，置于30 ℃水浴锅48 h皂化。皂化结束后取出冷却至室温，用0.02 mol/L盐酸标准溶液进行滴定，酚酞为滴定指示剂，每组样品重复3 次，结果取平均值。按式（1）计算脱乙酰度，得到KGM、DKGM1、DKGM2和DKGM3的脱乙酰度分别为0%、48.23%、54.72%和72.70%。

式中：V0、V1、V2分别为空白实验组、KGM组、DKGM组所消耗盐酸体积/mL；ω0、ω1分别为KGM、DKGM的水分含量/%。

1.3.2 不同脱乙酰度DKGM的理化性质测定

1.3.2.1 傅里叶变换红外光谱测定

采用KBr压片法对KGM及不同脱乙酰度的DKGM样品进行红外光谱测定，扫描范围为4000～400 cm-1，扫描次数32，分辨率4 cm-1。

1.3.2.2 X 射线衍射图谱测定

参考Ouyang Dongmei等[19]的方法，并略作调整。分别取KGM及不同脱乙酰度的DKGM样品粉末3～5 g，管压40 kV，管流40 mA，扫描范围为5°～80°，以4°/min的扫描速率记录X射线衍射图谱。

1.3.2.3 扫描电子显微镜观察

将KGM及不同脱乙酰度的DKGM样品粉末粘在导电胶上，抽真空，喷金。使用扫描电子显微镜在高压3 kV、电流30 mA、分辨率3.5 nm、放大倍数500～2000 倍的条件下观察。

1.3.2.4 黏度测定

参考李美英[20]的方法。分别称取1.0 g KGM及不同脱乙酰度的DKGM样品，加入100 mL蒸馏水。室温搅拌2 h使其溶胀均匀，每隔30 min测定一次溶液黏度，重复测定直至黏度计读数达到最大值并开始明显下降为止。

1.3.2.5 持水力测定

参考李美英[20]的方法。精确称量300 mg样品加入10 mL蒸馏水中，混匀后室温静置1 h。4000 r/min离心20 min，弃掉上清液，用滤纸吸干残余水分后称其湿质量。按式（2）计算持水力，以每克样品所保持水的质量计。

式中：m1为称量的样品质量/g；m2为样品湿质量/g。

1.3.2.6 热稳定性测定

参考Li Jiwei等[21]的方法。将制得的KGM及不同脱乙酰度的DKGM样品，在氮气条件下，以10 ℃/min的速率从30 ℃升温到500 ℃。

1.3.3 凉皮制作

称取100 g面粉，加入50 g蒸馏水，揉成光滑面团，室温下静置30 min。用5000 mL蒸馏水分4 次进行洗面，将得到的淀粉溶液沉淀8 h后排掉上部清水，余下浓浆300 g（水分含量75.33%，淀粉含量17.99%）。将浓浆均匀分成5 等分，分别加入质量分数为0%、0.5%、1%、2%和3%的DKGM（脱乙酰度72.70%），搅拌30 min，备用。将溶液倒入圆盘中，水开后高温蒸煮3 min，取出圆盘，放入冰水中冷却至室温，随后揭下凉皮。

1.3.4 凉皮质构性质测定

参考Zhang Fusheng等[22]的方法，并略作修改。凉皮样品切成直径2 cm、厚度2 mm的圆片，采用TA-XT Plus物性测试仪进行测定，测定模式TPA，探头型号P/36R，触发类型为Auto。测定条件：测前速率2 mm/s，测试速率1 mm/s，测后速率1.00 mm/s，压缩程度30.0%，触发力5.0 g，时间间隔5.00 s，压缩2 次。

1.3.5 体外消化特性测定

参考高增明等[23]的方法，并稍作修改。将5 mL 2×104U/mL猪胰腺α-淀粉酶与2 g 1×105U/g糖化酶溶于100 mL蒸馏水，2320×g离心10 min，取上清液，得到混合酶溶液。分别称取10.0 g不同添加量的DKGM凉皮，加入100 mL蒸馏水打浆。取10.0 g浆液，分别加入25 mL乙酸钠缓冲液（0.1 mol/L、pH 5.2）、5 mL混合酶溶液，置于37 ℃振荡水浴锅中孵育。分别在第0、20、40、60、90、120、180分钟取1 mL水解物，加入20 mL 95%乙醇溶液灭酶处理，2320×g离心10 min。采用3,5-二硝基水杨酸法测定葡萄糖含量，取上清液2 mL，加入1.5 mL 3,5-二硝基水杨酸溶液，沸水浴5 min，定容至25 mL，在520 nm波长处测定吸光度。以葡萄糖为标准品作标准曲线，按照下列公式分别计算快速消化淀粉（rapidly digestible starch，RDS）、慢速消化淀粉（slowly digestible starch，SDS）和抗性淀粉（resistant starch，RS）含量和淀粉水解速率：

式（3）～（6）中：m20为淀粉酶水解20 min产生的葡萄糖质量/mg；m120为淀粉酶水解120 min产生的葡萄糖质量/mg；mTS为样品中总淀粉质量/mg；mG为淀粉酶水解处理前游离葡萄糖质量/mg。

1.4 数据处理

2 结果与分析

2.1 不同脱乙酰度DKGM的红外光谱分析

由图1可知，1735 cm-1附近是KGM乙酰基上—C＝O的特征伸缩振动峰，可用于表征乙酰基的存在[24]。从KGM到DKGM1、DKGM2、DKGM3的过程中，1735 cm-1附近吸收峰强度逐渐减弱，即吸收峰强度与脱乙酰度呈反比。此外，随着脱乙酰度增加，DKGM中3500 cm-1附近羟基伸缩振动的吸收峰，逐渐变宽并向低波数移动（3400 cm-1），表明KGM分子间形成了更多的氢键[25]。除上述特征峰外，DKGM中的其他峰几乎没有变化，说明反应前后分子链结构基本保持不变。该结果与罗媛[26]和Solo-de-Zaldívar[27]等的研究结果一致。

图1 不同脱乙酰度DKGM的红外光谱图Fig.1 Infrared spectra of DKGM with different deacetylation degrees

2.2 不同脱乙酰度DKGM的X射线衍射图谱分析

由图2可知，KGM在2θ20°附近出现一个宽衍射峰，表明KGM是一种无定型的非晶态物质，与Xu等[28]的研究结果一致。经脱乙酰改性后，在2θ11.96°、20.07°附近观察到两个衍射峰，且峰强度随着脱乙酰度的增大呈增大趋势，表明脱乙酰后KGM的晶体结构发生改变。该现象可能是由于DKGM体系空间位阻减小，更易于分子内和分子间的缔和[11]。

图2 不同脱乙酰度DKGM的X射线衍射图谱Fig.2 XRD patterns of DKGM with different deacetylation degrees

2.3 不同脱乙酰度DKGM的微观形貌

由图3可知，KGM脱乙酰基团前后的微观形貌存在明显差异。KGM颗粒表面相对光滑平整，呈不规则形状；而DKGM颗粒形貌发生改变，表面变得相对粗糙，出现纹理清晰的沟槽，且随着脱乙酰度的增大，DKGM颗粒结构被破坏得更加明显，出现一些孔洞，即乙酰基对维持KGM的微观结构至关重要。

图3 不同脱乙酰度DKGM的扫描电镜图Fig.3 SEM micrographs of DKGM with different deacetylation degrees

2.4 不同脱乙酰度DKGM的持水力和黏度分析

由表1可知，KGM的黏度和持水力均随脱乙酰度的增大而降低。研究表明，乙酰基的存在使KGM具有良好的水溶性[29]。乙酰基存在时，会产生空间位阻效应，从而阻碍KGM分子间氢键的缔合，使其形成具有空隙的双螺旋结构，增强持水性。而DKGM的双螺旋结构被破坏，螺条相互交织成网状结构，分子链聚集，导致其持水性下降[30]。多糖的黏度通常与其分子质量有关，脱乙酰度越高，DKGM黏度越低。此外，因DKGM亲水性下降而使分子构象不能充分扩展，从而降低其黏性，这与Ouyang Dongmei等[19]的研究结果一致。

表1 不同脱乙酰度DKGM的黏度和持水力Table 1 Viscosity and WHC of DKGM with different deacetylation degrees

2.5 不同脱乙酰度DKGM的热稳定性分析

由图4可知，KGM和DKGM在30～200 ℃范围内的质量损失基本一致，主要是因为其水分含量基本相同。KGM热分解温度在200 ℃左右，而DKGM热分解温度在260 ℃左右，即脱去乙酰基可有效提高KGM的热稳定性。在250～320 ℃范围内，DKGM的质量损失低于KGM，且DKGM1的质量损失低于DKGM3，DKGM2的质量损失与DKGM3基本相等，这可能是脱乙酰度越大，DKGM持水性越弱，结合水越易丧失。在320～500 ℃范围内，质量损失归因于样品的分解[31]；DKGM的最终质量损失小于KGM，且DKGM3比KGM最终质量损失减少了18.30%，这是由于KGM脱去乙酰基后，空间位阻减小，线性结构转变为微球状，分子链相互缠绕使内部结构更致密，从而提高DKGM的热稳定性。

图4 不同脱乙酰度DKGM的热重变化图Fig.4 Thermogravimetric curves of DKGM with different deacetylation degrees

2.6 添加DKGM对凉皮质构特性的影响

如表2所示，加入脱乙酰度72.20%的DKGM后，凉皮的硬度、咀嚼性和黏聚性呈相似趋势，均整体呈随DKGM添加量的增加而降低的趋势；弹性（除2%添加量）和内聚性随着DKGM添加量的增加无显著变化趋势，当添加量为3%时，两者与未添加DKGM相比均无显著变化（P＞0.05），与豁银强等[32]的结果类似。研究发现，淀粉凝胶的硬度与直链淀粉密切相关[33]，随着DKGM的添加，直链淀粉分子间相互作用受到抑制，从而使淀粉分子与DKGM互相缠绕，降低凝胶强度，形成质地柔软的凝胶，提升凉皮口感。此外，随着乙酰基的脱除，KGM的高黏度特征丧失，凉皮整体的黏聚性下降，使凉皮更加爽口。

表2 脱乙酰度72.20%的DKGM对凉皮质构特性的影响Table 2 Effects of DKGM with degree of deacetylation of 72.20% on textural properties of cold noodles

2.7 添加DKGM对凉皮体外消化特性的影响

人体餐后血糖升高取决于RDS含量，RS和SDS可控制血糖指数的升高，其中RS含量升高表明抗消化性能增加[34]。如表3所示，添加脱乙酰度72.20%的DKGM后，RDS、SDS和RS含量均发生变化。随DKGM添加量的增加，RDS含量由50.94%降低到28.03%，RS含量由23.20%增加到58.62%，说明DKGM能够降低小麦淀粉的消化性，且存在一定的剂量关系。这可能是DKGM与小麦淀粉通过氢键结合，覆盖在小麦淀粉颗粒表面，从而抑制了淀粉糊化，导致RDS含量降低，RS含量升高；与此同时，DKGM附着在淀粉颗粒表面，阻碍了淀粉酶和α-葡萄糖苷酶与淀粉颗粒接触，使可消化的淀粉相对减少[35]。除此之外，DKGM本身是一种α-葡萄糖苷酶抑制剂，能够与淀粉竞争性地与α-葡萄糖苷酶结合，从而抑制淀粉的消化。

表3 脱乙酰度72.20%的DKGM对凉皮体外消化特性的影响Table 3 Effect of DKGM with degree of deacetylation of 72.20% on in vitro digestibility of cold noodles%

由图5可知，水解0～60 min，所有样品的淀粉水解率均随消化时间的延长而增加，且添加DKGM凉皮的淀粉水解率低于空白组。此外，与空白组相比，水解60 min后，各组淀粉水解率相对趋于稳定，且添加3% DKGM的淀粉水解率低于其他组，说明DKGM限制了淀粉的消化。以上结果表明，高脱乙酰度DKGM的添加能够明显提高凉皮的抗消化能力。

图5 DKGM对凉皮淀粉水解率的影响Fig.5 Effect of DKGM on the rate of starch hydrolysis in cold noodles

3 结论

不同脱乙酰度对KGM结构特性、黏度、持水力有明显影响，且不同添加量DKGM（脱乙酰度为72.70%）对凉皮的质构、消化特性也有明显改变。脱乙酰度越大，KGM在1735 cm-1处的乙酰基特征吸收峰强度越弱，结晶度越明显，黏度和持水性越低。随DKGM添加量的增加，凉皮的咀嚼性和黏聚性整体均呈下降趋势，其体外消化产生的RDS含量降低，RS含量升高，表明DKGM的添加抑制了淀粉的水解，可明显改善凉皮的口感和消化特性，提升口感，为DKGM在凝胶型淀粉类食品，如凉粉、肠粉等中的应用提供一定参考。本实验分析了DKGM对凉皮质构和体外消化特性的影响，但其分子内的结构变化及分子间的作用机理还有待进一步研究。