4αGT和AS双酶制备增强型热可逆淀粉凝胶的机制研究

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热可逆淀粉凝胶兼具淀粉凝胶的经济价值高、易消化优势及重复热加工性能,应用前景广阔,其结构形成可能是由于支链淀粉侧链的重排以及长直链淀粉链的减少导致。4-α-糖基转移酶(4-α-glucanotransferase,4αGT,EC 2.4.1.25)是制备热可逆淀粉凝胶的重要酶制剂,但前期研究中发现,经过4αGT改性后,由于直链淀粉含量降低或支链淀粉外侧链延长不够导致对淀粉原有凝胶强度造成一定程度的损失。淀粉蔗糖酶(Amylosucrase,AS,EC 2.4.1.4)可以通过调控支链淀粉的分支链长度或合成较长线性链,提高淀粉凝胶强度。因此,本论文以玉米淀粉为研究对象,使用来源于Thermoproteus uzoniensis的4αGT(TuαGT)和来源于Neisseria polysaccharea的AS(Np AS)双酶处理制备增强型热可逆淀粉凝胶。基于产物分子结构变化,阐明双酶作用机制,并对产物的回生和凝胶性质进行表征,为淀粉凝胶的制备提供了理论依据。首先,单独利用TuαGT处理玉米淀粉,初探制备热可逆淀粉凝胶。以动态流变温度扫描曲线中G’和G"产生交汇点为热可逆现象的指标,确定制备热可逆淀粉凝胶工艺参数为:淀粉乳浓度2%(w/v),TuαGT加酶量10 U/g淀粉,改性时间4 h。此时,改性后玉米淀粉加热至60.5°C时出现交汇点,凝胶强度明显下降。此外,TuαGT酶解时间对产物结构有重要影响。随着TuαGT改性时间的增加,淀粉凝胶表观黏度先降低后升高,直链淀粉含量下降,支链淀粉中DP 6~12和DP>24的链比例升高,而DP 13~24的链比例降低,且产物的分子量和回生焓降低。其次,利用TuαGT与Np AS双酶处理玉米淀粉,制备增强型热可逆淀粉凝胶。通过调控蔗糖浓度、加酶量、改性时间等参数,经过动态流变温度扫描分析,确定双酶同步处理制备热可逆淀粉凝胶的工艺参数为:蔗糖浓度0.2 mol/L,TuαGT加酶量10U/g淀粉,Np AS加酶量0.5 U/g淀粉,改性时间3 h。此时,改性后玉米淀粉在温度升高至65.6°C时出现交汇点。此外,在双酶顺序处理中改变Np AS的预处理时间,产物温度扫描曲线中未出现交汇点。最后,通过对比不同改性时间双酶处理产物的分子结构、回生和凝胶特性,解析双酶同步和顺序处理的反应机制。结果表明,双酶同步处理后,直链淀粉含量下降,支链淀粉中DP 6~12和DP>36的链比例升高,DP 13~36的链比例降低,产物分子量下降,淀粉糊透明度提升。与双酶顺序处理相比,双酶同步处理的剩余直链淀粉含量更高,支链淀粉分支链短链更多,分子量更小。与TuαGT单酶处理相比,双酶同步处理的直链淀粉含量和DP>13的链比例升高,增强凝胶强度,效果更好,推测在直链淀粉含量为5.67%~7.33%且支链淀粉中DP>13的链比例为63.3%~75.5%时可能产生热可逆。双酶同步处理中,TuαGT与Np AS相互影响,TuαGT促进Np AS转糖基作用,Np AS促进TuαGT在支链淀粉中的链间歧化和水解作用。
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