【摘 要】
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目前的食品工业中,存在低度交联木薯淀粉不能满足凝胶强度需求,而添加更高交联度的淀粉会劣化食品口感的问题。已有研究使用黑曲霉α-淀粉酶将低度磷酸交联木薯淀粉（CS）凝胶的杨氏模量提高100%,并提出凝胶强化机制:α-淀粉酶的水解影响了淀粉结构,导致淀粉溶胀时浸出的组分中线性链段含量提升,强化淀粉凝胶网络。但目前研究所使用的工具酶过于单一并受专利保护,无法满足强凝胶CS的广泛生产需求,且相关机制并不全
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目前的食品工业中,存在低度交联木薯淀粉不能满足凝胶强度需求,而添加更高交联度的淀粉会劣化食品口感的问题。已有研究使用黑曲霉α-淀粉酶将低度磷酸交联木薯淀粉（CS）凝胶的杨氏模量提高100%,并提出凝胶强化机制:α-淀粉酶的水解影响了淀粉结构,导致淀粉溶胀时浸出的组分中线性链段含量提升,强化淀粉凝胶网络。但目前研究所使用的工具酶过于单一并受专利保护,无法满足强凝胶CS的广泛生产需求,且相关机制并不全面,缺乏对淀粉晶态及详细分子结构的研究。根据前述的凝胶强化机制,推测具有较强淀粉分子降解能力的α-淀粉酶能够更快水解浸出组分中的支链淀粉,满足凝胶强化机制。基于非真菌来源淀粉酶、商业化生淀粉酶、较强淀粉分子降解能力三个筛选原则,选取了商业化的α-淀粉酶,A-淀粉酶及N-淀粉酶作为新的工具酶,制备凝胶强化的CS,通过系统分析改性淀粉结构,阐述酶的强化凝胶机制。首先,通过多重水解测定及酶解淀粉分子量的测定,验证了A-及N-淀粉酶的较强的淀粉分子降解能力。使用A-及N-淀粉酶对磷酸交联木薯淀粉改性,改性淀粉糊化特性及溶胀行为表征结果为,N-淀粉酶将CS糊化峰值粘度降低20%,尾粘度降低75%,同时显著提升CS膨胀力（SP）和溶解度（SOL）（p＜0.05）,而A-淀粉酶对糊化粘度、SP和SOL基本无影响,表明A-及N-淀粉酶对CS的水解模式可能不同。凝胶动态流变学测定发现A-及N-淀粉酶改性23 h可分别将CS凝胶储能模量提高10%和29%,A-及N-淀粉酶都具有强化凝胶的改性效果,但N-淀粉酶强于A-淀粉酶。前人的机制研究仅涉及了分子结构变化,而本研究通过表征改性淀粉分子结构和晶态结构变化,推导了两种酶的改性机制:SEM观测结果表明A-淀粉酶对CS的水解模式为浅表侵蚀,而N-淀粉酶侵蚀更为深入。所有样品XRD图谱未明显变化,酶解后的淀粉结晶度高于对照组,表明淀粉晶态结构相对完整,两种淀粉酶均水解了淀粉颗粒无定形区。SAXS测定表明N-淀粉酶对淀粉颗粒结构的破坏程度更高,结合分子结构表征中N-淀粉酶显著降低直链和支链淀粉分子量（p＜0.05）,但支链淀粉侧链分布未受影响的结果,表明N-淀粉酶水解触及了淀粉结晶区的无定形片层。A-淀粉酶未显著水解支链淀粉,仅将直链淀粉相对含量由22.59%提升至25.51%。凝胶强化机制推测:N-淀粉酶广泛水解交联淀粉,产生了更小且促进分子重排的直链淀粉及支链淀粉,强化了凝胶结构。而A-淀粉酶提高了线性链段含量,强化了淀粉凝胶网络,但受限于浅表侵蚀的水解模式,对淀粉整体结构影响轻微,凝胶增强幅度有限。A-及N-淀粉酶凝胶强化机制同样适用于其他品类淀粉:使用N-淀粉酶改性高交联木薯淀粉,凝胶强度由7 Pa提升至4074 Pa,而A-淀粉酶将凝胶由7 Pa提升至21 Pa,提升远弱于N-淀粉酶。此外,A-及N-淀粉酶提升天然淀粉凝胶的幅度分别为:木薯,A,122%,N,2419%;小麦,A,15%,N,23%;玉米,A,8%,N,13%,马铃薯,A,无提升,N,7%。
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