大米中蛋白质诱导淀粉抗消化机制

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大米(Oryza sativa L.)主要由淀粉、蛋白质和脂质组成,是世界上一半以上人口的重要主食之一。其中,淀粉是大米中主要碳水化合物,其消化行为是影响血糖响应的关键;蛋白质是大米中除淀粉以外含量最高的组分,是影响大米中淀粉消化性质的内源因子。目前关于大米全粉消化过程中内源蛋白对大米淀粉消化性质的影响及机制尚不明确。此外,蛋白质经胃蛋白酶、胰酶等蛋白酶水解后会释放肽与游离氨基酸等物质,故推测蛋白水解物也会对大米淀粉的消化产生影响。基于此,本课题从大米内源蛋白、蛋白水解物及蛋白水解释放的游离氨基酸等方面探究其对大米淀粉消化行为的影响及原因,明确大米中蛋白质诱导淀粉抗消化机制。首先,探究了大米内源蛋白对大米淀粉消化性质的影响。利用碱性蛋白酶脱除了3种大米全粉(粳米、糯米、籼米)中的蛋白质。脱除蛋白后,3种大米全粉中淀粉的水解率提高。X-射线衍射和红外光谱扫描分析发现,脱除蛋白后,大米全粉的相对结晶度分别从22.4%、25.8%和23.2%降低至19.4%、19.6%和18.9%;红外图谱中3280 cm-1处的吸收峰向高波数3290 cm-1处迁移,表明内源蛋白与大米淀粉结合形成了氢键,并提高了大米淀粉的长程及短程有序性,使淀粉结构变得致密有序。通过扫描电镜与激光共聚焦显微镜观察发现大米内源蛋白具有物理屏障作用,阻碍了消化酶与大米淀粉的接触,从而减缓了消化酶对淀粉的酶解。接着,探究了大米蛋白水解物对淀粉消化特性的影响。通过胃蛋白酶和胰酶水解制备了粳米蛋白水解物。添加蛋白及其水解物后,粳米淀粉的消化行为减弱,水解率降低。其中,蛋白水解物阻碍淀粉消化的效果比蛋白质明显,推测蛋白水解物中的游离氨基酸抑制了消化酶的活性。红外光谱扫描分析发现,糊化淀粉红外图谱中与O-H伸缩振动相关的吸收峰向低波数移动,表明淀粉与蛋白水解物之间发生了氢键作用。X-射线衍射进一步分析发现,淀粉V-型峰强度增强,表明内源蛋白水解释放的一些疏水肽或游离氨基酸与淀粉形成了复合物。差示扫描量热分析发现,天然及糊化淀粉的热稳定性均增强,焓变值分别从4.67和1.01 J/g增加至4.73和2.82 J/g,表明在蛋白水解物的存在下,淀粉晶体结构更加致密,因此淀粉的耐酶解性得到提高。进一步系统研究了内源蛋白水解物中的氨基酸对α-淀粉酶活性的影响并对作用机理进行了初探。结果表明,内源蛋白水解释放的氨基酸抑制了α-淀粉酶的活性,抑制率在0.2%~13.5%之间。其中,谷氨酸、天冬氨酸和赖氨酸对酶活的抑制效果比较显著,抑制率分别为13.5%、11.9%和10.6%。此外,不同浓度(0.01、0.1、0.5、1、3、5和10 mg/m L)的谷氨酸对α-淀粉酶活性的抑制率分别为12.03%、23.3%、26.2%、28.8%、37.8%、43.6%和54.1%。表明随着谷氨酸浓度的增加,其对α-淀粉酶活性的抑制效果逐渐增强。利用Lineweaver-Buck双倒数曲线、Dixon方程和Cornish-Bowden方程分析发现谷氨酸对α-淀粉酶活性的抑制类型为混合型竞争性抑制。表明谷氨酸可以和游离的淀粉酶结合,也可以和淀粉及淀粉酶形成的中间产物结合,抑制淀粉酶活性,从而减缓了大米淀粉的消化。最后,探究了淀粉与蛋白水解释放的游离氨基酸之间发生的相互作用及其对淀粉消化性质的影响。大米淀粉中添加谷氨酸、天冬氨酸和赖氨酸后,慢消化淀粉和抗性淀粉含量总和分别提高21.7%、15.8%和20.0%,表明氨基酸对慢消化淀粉和抗性淀粉的形成有促进作用。X-射线衍射及红外光谱扫描分析发现,与谷氨酸、天冬氨酸和赖氨酸复合后,大米淀粉的相对结晶度提高至6.1%、4.9%和4.5%,且1047 cm-1/1022 cm-1吸光度比值从0.561提高至0.678、0.641及0.583,与O-H伸缩振动相关的吸收峰发生红移,这些数据说明氨基酸提高了大米淀粉的长程和短程有序程度。差示扫描量热分析发现,添加谷氨酸、天冬氨酸和赖氨酸后,淀粉的晶体熔化峰明显右移,糊化温度分别从60.76°C提高至67.57、67.11和69.37°C,表明氨基酸与淀粉之间的氢键作用限制了淀粉链的流动,阻碍了淀粉晶体的熔化。因此,酶解淀粉颗粒的难度增大。
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