淀粉粒表面蛋白和脂对水稻淀粉水解动态的影响

胡 盼，范孝旭，王 娟，韦存虚

(扬州大学生物科学与技术学院，江苏扬州 225009)



淀粉粒表面蛋白和脂对水稻淀粉水解动态的影响

胡 盼，范孝旭，王 娟，韦存虚

(扬州大学生物科学与技术学院，江苏扬州 225009)

[目的]明确淀粉粒表面蛋白和脂对水稻淀粉水解动态的影响。[方法]利用十二烷基硫酸钠脱去淀粉粒表面蛋白和脂、α-淀粉酶和淀粉葡糖苷酶水解淀粉，测定淀粉被酶水解成葡萄糖的动态。[结果]淀粉粒表面蛋白和脂降低淀粉水解速度，这种影响在糯性淀粉中表现不明显，而在直链淀粉含量较高的淀粉中表现较显著。[结论]淀粉粒表面蛋白和脂影响淀粉水解。

水稻；淀粉粒；表面蛋白和脂；水解

淀粉主要是由直链淀粉和支链淀粉组成的半晶体颗粒结构，也包含少量的蛋白和脂类物质。淀粉中的蛋白和脂分为两类：表面结合蛋白和脂与内部结合蛋白和脂。表面结合蛋白主要由贮藏蛋白组成，通过表面吸附结合上去；脂是表面结合脂类的总称，它通过疏松连接或者吸附到淀粉颗粒表层。颗粒内部结合蛋白和脂在淀粉粒内部发挥重要作用，很难从淀粉粒中分离下来[1]。通常禾谷类胚乳淀粉比植物根和茎淀粉带有更多的表面蛋白和脂，它们的存在影响淀粉的功能特性和用途[2]。淀粉在食品工业和非食品工业应用中，需要对淀粉进行水解，其中酶水解是最常用的方式之一。淀粉酶水解也参与许多生物反应过程，如淀粉在植物体内的代谢、在人类肠道系统中的消化等。笔者以不同直链淀粉含量的水稻淀粉为材料，研究了淀粉粒表面蛋白和脂对淀粉水解的影响，以期为淀粉的利用提供参考。

1　材料与方法

1.1材料以水稻品种广陵香糯(Guang-ling-xiang-nuo，GLXN)、武香9915(Wu-xiang 9915，WX)和特青(Te-qing，TQ)为材料，它们于2015年种植于扬州大学试验田，成熟籽粒去糙后的精米用于分离淀粉。

1.2方法

1.2.1天然淀粉粒的分离。参考Wei等[3]的方法，从精米中分离天然淀粉粒。精米在去离子水中于4 ℃浸泡过夜，研体中充分研磨，淀粉水悬浮液过100、200和400目筛网，7 129 r/min离心10 min，倒去上清液，将沉淀上层非白色的脏物去除干净。白色的淀粉沉淀用去离子水洗3次，无水乙醇洗2次，冷冻干燥后，过100目筛网获得原淀粉粉末。

1.2.2淀粉粒表面蛋白和脂的去除。参考Debet等[1]的方法去除淀粉粒表面蛋白和脂。天然淀粉用2%(W/V)的十二烷基硫酸钠(SDS)配制成20%(W/V)的悬浮液，于20 ℃磁力搅拌30 min，7 129 r/min离心10 min，淀粉沉淀再用SDS溶液悬浮、搅拌和离心2次，去离子水洗5次，无水乙醇洗2次，冷冻干燥后，过100目筛网获得去除表面蛋白和脂的淀粉粉末。

1.2.3淀粉水解度测定。参考Carciofi等[4]的方法，利用猪胰腺α-淀粉酶(PPA)和来源于黑曲霉淀粉葡糖苷酶(AMG)的混合酶液对淀粉进行水解动态测定。10 mg淀粉悬浮在2 mL酶液[20.0 mmol/L磷酸钠缓冲液，pH 6.0，6.7 mmol/L NaCl，0.01% NaN3，2.5 mmol/L CaCl2，4 U PPA(Sigma A3176)，4 U AMG(Megazyme E-AMGDF)]中，37 ℃、1 000 r/min恒温混匀仪中反应。反应结束后立即加入240 μL 0.1 mol/L HCl和2 mL 50%无水乙醇终止酶解反应，然后11 929 r/min离心5 min。上清液中的葡萄糖含量用D-葡萄糖分析试剂盒(Megazyme，K-GLUC)测定，转换成降解的淀粉量。淀粉中总淀粉含量测定采用淀粉总量检测试剂盒(Megazyme K-TSTA)。淀粉水解度=水解淀粉量/样品中的总淀粉量。试验重复3次。

1.2.4淀粉水解动力学分析。参考Zhang等[5]的方法，利用一级动力学方程C=1-e-kt对淀粉水解动态数据进行线性拟合，其中t表示时间(h)，C表示在t时间内水解的淀粉量，K为消化速率常数(h-1)。

1.3数据处理用SPSS 16.0统计软件进行方差分析(Tukey法)、线性回归分析和相关性分析。相关系数的比较采用Pearson相关系数和显著性的双侧检验。

2　结果与分析

2.1淀粉水解动态淀粉被PPA和AMG双酶水解成葡萄糖，其水解动态见图1。广陵香糯淀粉水解最快，其次是武香9915淀粉，而特青淀粉水解最慢。直链淀粉能够抑制淀粉的水解，其含量与淀粉的水解度呈负相关[6]。在该研究中，广陵香糯、武香9915和特青淀粉的直链淀粉含量分别为0.2%、16.8%和26.1%[7]，这种直链淀粉含量明显的差异导致了它们水解度的不同。淀粉脱蛋白和脂后，其水解度明显增加，并且这种增加主要表现在早期水解过程中，对特青淀粉影响最明显，其次是武香9915淀粉。这一结果表明，淀粉粒表面蛋白和脂抑制淀粉水解，尤其对直链淀粉含量高的淀粉影响最明显。

图1　淀粉水解动态曲线Fig.1　Dynamic curve of starch hydrolysis

图2　淀粉水解动态线性拟合Fig.2　Linear fitting of hydrolysis dynamics of starch

样品Sample一元线性回归方程Unitarylinearregressionequation相关系数(R)Correlationcoefficient水解速率常数Hydrolysisratecoefficient∥h-1GLXNy=-0.4622x-0.3094-0.9480.460±0.004eGLXN-SDSy=-0.4898x-0.3291-0.9450.488±0.012fWXy=-0.2782x-0.1735-0.9710.278±0.007cWX-SDSy=-0.3133x-0.1963-0.9710.312±0.010dTQy=-0.1232x-0.0753-0.9700.123±0.001aTQ-SDSy=-0.1496x-0.0943-0.9700.149±0.004b

注：水解速率常数数据为平均值±标准差；同列数据后不同字母表示不同处理间在0.05水平差异显著。

Note：Data of hydrolysis rate coefficient were mean ± standard deviation.Different letters in the same row indicated significant differences among treatments at 0.05 level.

2.2淀粉水解动力学早期淀粉水解动态可以用一级动力学方程表示[5]。淀粉0～4 h的水解动态线性拟合见图2，其拟合参数见表1。相关系数表明，武香9915和特青淀粉的拟合度较高，而广陵香糯淀粉的拟合度稍差。水解速率常数表明，广陵香糯淀粉水解最快，其次是武香9915淀粉，而特青淀粉最慢。淀粉粒表面蛋白和脂去除后，明显提高了淀粉的水解速率常数。PPA是内切酶，能够水解淀粉分子内部的α-1，4-糖苷键；AMG是外切酶，可以从淀粉的非还原性末端依次水解出1个D-葡萄糖残基。当淀粉被PPA水解时，PPA首先在淀粉粒表面产生作用，通过在淀粉粒内形成一个通道，PPA进入颗粒内部，然后从淀粉粒内部向外水解淀粉。而AMG水解淀粉是从淀粉颗粒外层向内部进行[8]。淀粉酶的水解是一个非常复杂的过程，淀粉表面蛋白和脂的存在降低了酶与淀粉的相互接触，降低了淀粉的水解速率[2]。在该研究中，淀粉表面蛋白和脂的去除提高了酶与淀粉的接触和吸附，明显增加了淀粉的水解速率。

3　结论

淀粉粒表面蛋白和脂能够抑制淀粉的水解，这种抑制作用在糯性淀粉中表现不明显，而随着直链淀粉含量的升高，抑制作用越来越明显。去除表面蛋白和脂能够显著提高淀粉的水解速率。

[1] DEBET M R，GIDLEY M J.Three classes of starch granule swelling：Influence of surface proteins and lipids[J].Carbohydrate polymers，2006，64：452-465.

[2] WANG S，LUO H，ZHANG J，et al. Alkali-induced changes in functional properties and in vitro digestibility of wheat starch：The role of surface proteins and lipids[J].Journal of agricultural and food chemistry，2014，62：3636-3643.

[3] WEI C，XU B，QIN F，et al. C-type starch from high-amylose rice resistant starch granules modified by antisense RNA inhibition of starch branching enzyme[J].Journal of agricultural and food chemistry，2010，58：7383-7388.

[4] CARCIOLFI M，BLENNOW A，JENSEN S L，et al. Concerted suppression of all starch branching enzyme genes in barley produces amylose-only starch granules[J].BMC plant biology，2012，12:223.

[5] ZHANG B，DHITAL S，GIDLEY M J.Synergistic and antagonistic effects of α-amylase and amyloglucosidase on starch digestion[J].Biomacromolecules，2013，14：1945-1954.

[6] CAI J，MAN J，HUANG J，et al. Relationship between structure and functional properties of normal rice starches with different amylose contents[J].Carbohydrate polymers，2015，125：35-44.

[7] MAN J，YANG Y，HUANG J，et al. Effect of simultaneous inhibition of starch branching enzymes I and IIb on the crystalline structure of rice starches with different amylose content[J].Journal of agricultural and food chemistry，2013，61：9930-9937.

[8] LI J H，VASANTHAN T，HOOVER R，et al. Starch from hull-less barley：V.In-vitro susceptibility of waxy，normal，and high-amylose starches towards hydrolysis by alpha-amylases and amyloglucosidase[J].Food chemistry，2004，84：621-632.

Effects of Surface Proteins and Lipids on Hydrolysis Dynamics of Rice Starch

HU Pan, FAN Xiao-xu, WANG Juan et al

(College of Bioscience and Biotechnology, Yangzhou University, Yangzhou, Jiangsu 225009)

[Objective] To reveal the effects of surface proteins and lipids on hydrolysis dynamics of rice starch. [Method] The surface proteins and lipids were removed from starch granules using the sodium dodecyl sulfate. The starch was hydrolyzed by α-amylase and amyloglucosidase. The starch hydrolysis was measured. [Result] The surface proteins and lipids decreased the hydrolysis rate. The effect was not conspicuous in waxy starch, but was conspicuous in starch with high amylose content. [Conclusion] The surface proteins and lipids have certain impacts on the hydrolysis of starch.

Rice; Starch granule; Surface proteins and lipids; Hydrolysis

国家自然科学基金面上项目(31270221)。

胡盼(1987- )，男，江苏泗洪人，硕士研究生，研究方向：植物淀粉发育和特性。

2016-05-31

S 511

A

0517-6611(2016)21-001-02