滑子菇多糖对玉米淀粉理化特性的影响

赵 辉，张艳荣*，杨 岩，樊红秀，刘婷婷，王大为

（1 吉林农业大学食品科学与工程学院 长春 130000 2 农业农村部食用菌加工技术集成科研基地 长春 130000）

滑子菇（Pholiota nameko）又名珍珠菇、光帽鳞伞，现主产区为我国河北北部、辽宁、黑龙江等地[1]。滑子菇富含多种养物质，其中多糖含量高达57.12%[2]，具有抗氧化[3]、降血脂[4]等生理活性。滑子菇多糖（Pholiota nameko polysaccharide，PNP）是一种高分子黏性多糖，具备较强的增稠及凝胶特性[5]，在食品以及保健品中可用作增稠剂、胶凝剂、乳化稳定剂[6]。

玉米淀粉（Corn starch，CS）资源丰富、廉价易得[7]，具有良好乳化性、增稠性、胶凝性、保水性等功能特性，在奶类制品、布丁、菜肴中常用作增稠稳定剂以提高食品的质地[8]。然而，天然的玉米淀粉热稳定性较差，抗剪切能力弱，对酸的耐受性低，且淀粉易老化[9]，导致产品口感以及品质变劣，降低产品的货架期[10]。

为改善淀粉在加工特性方面的不足，目前国内外采用物理、化学、生物法对天然淀粉的结构及理化性质进行改善[11-13]。物理改性方法是目前最节约环保、简单快捷的方法，近年来在天然淀粉中加入非淀粉多糖以改善淀粉的不足[14]。例如，Xiao 等[15]发现罗望子多糖对淀粉糊的回生有抑制作用，可以限制长期贮存过程中的水分散失。Xie 等[16]发现无花果多糖提高了马铃薯淀粉的加工特性，显著降低了淀粉的消化率。Kong 等[17]发现冬虫夏草多糖的添加对淀粉分子的凝胶化和消化率以及产品的物理质量有重要影响。Abdellatief 等[18]发现在糯米粉中加入双孢菇多糖会影响淀粉颗粒的分解、凝胶和重新聚集，进而影响食品基质的流变和物理特性。

相关文献研究表明，多糖对淀粉的加工学特性的影响取决于多糖的种类、结构、分子质量以及原淀粉的来源[19-21]，而PNP 具有良好的增稠乳化性，在对淀粉基食品中的应用有很大潜力。目前有关PNP 对淀粉基食品理化特性的影响机理尚未见研究报道。本文以PNP 为研究对象，利用多功能糊化黏度仪、流变仪、冷冻电子显微镜等技术探究PNP 对CS 糊化特性、流变学特性、质构特性、热特性以及微观结构的影响，旨在探讨PNP 与CS间的相互作用，揭示PNP 对CS 品质形成的量效关系。

1.1 材料与试剂

滑子菇，东宁英奈尔山产品责任有限公司；
玉米淀粉，吉林敖东生物科技股份有限公司；
无水乙醇，天津市富宇精细化工有限公司；
正丁醇（分析纯级）、三氯甲烷（分析纯级），上海麦克林生化科技股份有限公司。

1.2 仪器与设备

FCF 型高压反应釜，长春吉豫科教仪器设备有限公司；
JMS-80DBX 胶体磨，山东龙兴化工机械集团；
RST-CC 型多功能糊化黏度仪，美国博勒飞仪器有限公司；
DiscoveryHR-1 流变仪，美国TA有限公司；
TA.XTplus 型质构仪，山东盛泰仪器有限公司；
25XX 型差示扫描量热分析仪，深圳希创辉科技公司；
IR PRESTIGE-21 傅里叶变换红外光谱仪，天津恒创立达科技发展有限公司；
Mini-Flex-600-C 型X-射线衍射仪，日本理学株式会社；
Phenom-World BV 型冷冻电子显微镜，荷兰飞纳科学仪器有限公司。

1.3 PNP 的提取

滑子菇除杂、清洗，将20 g 湿重滑子菇按料液比1 ∶20 加入蒸馏水，用高压反应釜在110 ℃，1 MPa 下进行加压蒸煮50 min，室温冷却后用胶体磨进行匀浆处理，离心取上层清液，55 ℃减压浓缩至原体积的1/3，再加入4 倍体积的90%乙醇，在4 ℃冰箱中醇沉过夜，离心（3 800 r/min，20 min）取沉淀，加4 倍体积的水进行复溶，加入1/4 Sevage 试剂（V正丁醇∶V氯仿=1∶4）除蛋白，吸取上清液，用冻干机冻干，即得PNP，备用。

1.4 测试样品的制备

准确称取7.2 g 玉米淀粉，添加不同质量浓度的PNP（0，0.3，0.6，0.9，1.2，1.5 g/mL），再向混合物中加入120 mL 的去离子水，干基为6%。磁力搅拌20 min，使样品均匀混合。配制成不同质量浓度的滑子菇多糖-玉米淀粉复配体系（PNP-CS）。

1.5 糊化曲线的测定

将准备好的样品倒入铝质坩埚中，用小型螺旋桨充分预搅后，将铝制坩埚卡入多功能糊化黏度仪的旋转塔中，按下塔帽启动测量。测定程序设置如下：旋转浆以200 s-1的剪切速率进行测量，悬浮液在初始温度50 ℃下平衡10 s，然后以3.92 ℃/min 的速率升温至97 ℃，在95 ℃下保持6 min，再以12 ℃/min 的速率降温至50 ℃，保持50 ℃到程序终止（总时长65 min）。

1.6 流变特性的测定

将1.5 节中糊化后的样品，立刻转置平皿中，静置5 min，以冷却至室温。使用40 mm 不锈钢夹具进行动态黏弹性和静态流动扫描测试，测试时用滴管吸取一定量的样品缓慢滴于样品台上，防止产生气泡，平板下降至与样品接触后，用擦镜纸擦拭掉多余样品，平行板边缘涂上一层硅油，以防止测试过程中水分的蒸发。固定夹具间隙为1 000 μm，测试温度为25 ℃。

动态流变性测定条件如下：模式选择振荡频率，应变为1%，角频率为0.1～100 rad/s，记录样品G′、G″的变化。

静态流变性测定条件如下：模式选择流动扫描，剪切速率0.1～500 s-1，记录样品黏度、剪切应力的变化。

1.7 热力学特性的测定

配制不同质量浓度（0，0.3，0.6，0.9，1.2，1.5 g/mL）的PNP 溶液5 mL，加入2.5 g CS，磁力搅拌20 min，使样品分散均匀。用移液器枪移取10 μL样品，于DSC 专用坩埚，用压盖器压严，在4 ℃冰箱中平衡24 h 后测试。测试参数：20 ℃保温60 s，以10 ℃/min 的升温速率升温至110 ℃，并在扫描过程中用氮气（30 mL/min）吹扫样品周围。

1.8 质构分析

将1.5 节中糊化后的样品转移到内径为25 mm、高度为15 mm 的玻璃容器中。将成形的糊状物在4 ℃下储存24 h 以形成凝胶。将形成的凝胶用带30 kg 重力感应源质构分析仪进行测定，选择P 36r 探头，TPA 测试模式，将样品压缩2 次，时间间隔为5 s。测量期间的温度为25 ℃。测试前、测试和测试后的速度为1 mm/s。测试距离为4 mm。

1.9 红外光谱扫描分析

将1.5 节中糊化后的样品，于4 ℃冰箱冷藏24 h，放入冷冻冰箱冷冻12 h，于真空冷冻干燥机中冻干（0.05 MPa，-55 ℃），将冻干后的样品粉碎，过200 目筛，于80 ℃烘箱中烘干至恒重。取2 mg样品，按1∶100 的质量比加入溴化钾，在玛瑙坩埚中研磨成粉末后压成薄片。通过傅里叶红外光谱仪（FT-IR）测定其结构，波长范围4 000～400 cm-1，分辨率4 cm-1，记录吸收峰。

1.10 X 射线扫描

将1.5 节中糊化后的样品，于4 ℃冰箱冷藏24 h，放入冷冻冰箱冷冻12 h，于真空冷冻干燥机中冻干（0.05 MPa，-55 ℃），将冻干后的样品粉碎，过200 目筛，于80 ℃烘箱中烘干至恒重。取0.5 g样品放置在载玻片的凹槽内，用盖玻片将样品压实，用力向侧方拉拽，使样品呈一个平面并无裂痕，擦净多余样品。设置参数：发散狭缝1.25°，防发散狭缝1.25°，接收狭缝0.3 mm，扫面范围2°～60°，步宽0.02°，扫描速度4°/min。

1.11 冷冻电镜观察

将1.5 节中糊化后的样品转移到内径为25 mm、高度为15 mm 的玻璃容器中。将成形的糊状物在4 ℃下储存24 h 以形成凝胶。将PNP-CS 用双面胶固定于样品杯上，-25 ℃进行预冷，将样品冻透后放入样品槽中，使舱门内部环境为真空环境，于电子冷冻显微镜下观察并拍照。试验条件为电压值：5 kV；
放大倍数：44.8 μm，6 000 倍。

1.12 数据分析

同一试验条件下至少设计3 个平行样，取其平均值，使用SPSS Statistics Software 22.0 对试验数据进行ANOVA 差异显著性分析，P<0.05 为显著性差异。采用Origin 8.0 进行绘图分析。使用Jade6 计算结晶度。

2.1 糊化特性

由表1 可知，当PNP 质量浓度为0～1.5 g/mL时，复配体系的峰值黏度从54.75 mPa·s 增加至93.1 mPa·s，谷值黏度从46.01 mPa·s 增加至88.11 mPa·s，最终黏度从53.16 mPa·s 增加至92.89 mPa·s，出现这种现象的原因可能是：一是PNP 是亲水性胶体，它的加入会影响复配体系内自由的水分配，导致流动相中的水分大量减少[22]，提高了淀粉颗粒的刚性，增强了PNP 与CS 的相互作用，使PNP 与CS 分子之间的交联更为紧密[23]。二是PNP 拥有良好的增稠性能，多糖附着在淀粉颗粒表面，增加了淀粉颗粒的体积，从而使PNP-CS 复配体系黏度升高[24]。糊化温度升高，表明PNP 减缓了糊化的过程，这可能由于淀粉颗粒表面水活性的降低。

图1 PNP-CS 复配体系的糊化曲线Fig.1 Gelatinization curves of PNP-CS compound system

回生值是最终黏度与谷值黏度之差，表示膨化淀粉颗粒的重新缔合程度以及短期老化程度[25]。由表1 可知，随着PNP 质量浓度的增加，PNP-CS复配体系的最终黏度增加，回生值先降低再升高，在质量浓度为0.9 g/mL 时，PNP-CS 复配体系的回生值最低，表明此时PNP 与溢出的直链淀粉相互作用最强，PNP 干扰了直链淀粉的重排，阻碍淀粉初始网络结构的形成，延缓玉米淀粉的短期老化[26]。

崩解值是峰值黏度与谷值黏度之差，表示淀粉颗粒的损伤程度以及稳定性[27]。从表1 中可以看出，随着PNP 质量浓度的增加，崩解值呈现先降低后升高的趋势，当多糖质量浓度为0.9 g/mL时，PNP 对CS 的保护作用最为明显，这是因为适量的多糖可以提高热处理和机械的抵抗力，低质量浓度的PNP 可以包裹在CS 颗粒的表面，抑制了淀粉颗粒的断裂；
高质量浓度的PNP 与CS 分子之间形成了更紧密的交联，限制了淀粉颗粒的降解。

表1 PNP-CS 复配体系的糊化特性参数Table 1 Gelatinization characteristic parameters of PNP-CS compound system

2.2 流变特性

2.2.1 静态流变学 由图2 可知，随着剪切速率的增大，PNP-CS 复配体系的剪切应力逐渐增大，造成这种现象的原因是PNP 的加入使PNP 分子和CS 分子间通过氢键相互作用更强，分子间的纠缠力更大，使PNP-CS 复配体系发生流动的外力更大[28]。由图3 可知，随着剪切速率的增加，PNPCS 复配体系的表观黏度逐渐降低，表现出剪切稀化的假塑性行为。与CS 相比，PNP 的加入提高了PNP-CS 复配体系的黏度。这是由于PNP 本身具有良好的增稠性，PNP 加到CS 里后，可以附着在CS 表面，增加了淀粉颗粒溶胀的体积，从而促使表观黏度上升，这与糊化特性分析结果一致，PNP能够增加体系黏度。

图2 PNP-CS 复配体系静态流变曲线Fig.2 Steady shear flow curves of PNP-CS compound system

图3 PNP-CS 复配体系黏度曲线Fig.3 Apparent viscosity curves of PNP-CS compound system

所有样品的流变曲线用幂律模型描述剪切速率与黏度之间的相关性，R2均大于0.99，具有显著的相关性。由表2 可知，稠度系数K值随着PNP质量浓度的增加逐渐增大，这是由于随着PNP 的增加PNP-CS 复配体系的黏度逐渐上升所导致的。n值远低于1，说明PNP-CS 复配体系为非牛顿流体，表现出假塑性行为。随着PNP 质量浓度的增加，n值逐渐减小，表明PNP 能减慢复配体系的流动速度，使其假塑性增强。

表2 PNP-CS 复配体系静态流变拟合曲线Table 2 Steady shear flow fitting curves of PNP-CS compound systems

2.2.2 动态流变学 由图4～5 可知，储能模量G"和损耗模量G"" 随着PNP 质量浓度的增大显著增大，这可能是因为PNP 分子和CS 分子相互交联，复配体系内部的分子链之间的缠结点增多，PNP与CS 之间的相互作用略强于直链淀粉与支链淀粉的相互作用，从而强化了凝胶体系的网络结构，提高PNP-CS 复配体系的黏弹性。此外，G"" 远低于G"，说明此复配体系呈固体行为，是典型的弱凝胶系统。由图6 可知，tanα 随着PNP 质量浓度的增加而增加，因此，可以推断PNP 对CS 的黏性影响较大，这与糊化特性、质构特性分析结果一致。

图4 PNP-CS 复配体系动态储能模量曲线Fig.4 Energy storage modulus curves of PNP-CS compound system

图6 PNP-CS 复配体系的损耗角正切值变化曲线Fig.6 Loss Angle tangent change curves of PNP-CS compound system

2.3 热力学特性

从表3 可知，随着PNP 质量浓度的增高，起始温度（T0）、峰值温度（Tp）也随之升高，这是因为PNP 与CS 竞争可利用水，PNP 质量浓度越大，可利用水越少，从而减缓淀粉的吸水膨胀，因此T0、Tp升高。

△H可以表示短期回生率，△H越小，回生程度越小，抗老化效果越强。由表3 可知，随着PNP质量浓度的增加，△H先降低后上升，在PNP 质量浓度为0.9 g/mL 时，△H最低，抗老化效果最强。此外，△H还可以表示凝胶化过程中破坏淀粉结晶区的双螺旋结构所需要的能量，淀粉颗粒从有序结构变成无序结构的转变引起的焓值的变化[29]。△H先降低后升高，表明低质量浓度PNP 使复配体系的结构变得不规则，形成了有序度弱、结晶度差的网络结构，从而使破坏淀粉颗粒结构所需的能量变低，高质量浓度PNP 使复配体系的直链淀粉重排速度加快，形成了结晶度强的网络结构。

表3 PNP-CS 复配体系热力学特性参数Table 3 Thermodynamic characteristics of PNP-CS compound systems

2.4 质构特性

由表4 可知，随PNP 质量浓度的增高，硬度显著下降，这是因为低质量浓度的PNP 包裹在CS颗粒表面，限制了直链淀粉的溢出，直链淀粉重新排列速度变缓慢，凝胶网络结构不紧密，导致凝胶硬度下降，这与糊化特性、冷冻电镜的测试结果相一致，因此可以推断，PNP 可以延缓老化，从而减缓了凝胶变硬的速度[30]。高质量浓度的PNP 减弱了分子间的氢键作用，加快了直链淀粉溢出与重排，因此硬度下降不显著。由表4 还可以看出，随着多糖质量浓度的增加，PNP-CS 复配体系的黏附性逐渐增大，这与糊化特性试验结果一致。随着PNP 质量浓度的增加，PNP-CS 复配体系的弹性变化不显著。

表4 PNP-CS 复配体系质构特性参数Table 4 Texture parameters of PNP-CS compound systems

图5 PNP-CS 复配体系动态损耗模量曲线Fig.5 Loss modulus curves of PNP-CS compound system

2.5 X 射线扫描

由图7a 可知，糊化前的CS 衍射角在15.2°和23.1°有特征单峰，在17°～18°之间有特征双峰，是典型的A 型淀粉结晶，由图7b 可知，糊化后的PNP-CS 复配体系衍射角在16.3°和20.2°有连续的2 个衍射峰。PNP 的添加虽不能改变晶型结构，但糊化不仅晶型结构被改变，特征峰消失，而且衍射峰变宽变钝，说明糊化严重破坏了淀粉颗粒，扰乱了结晶区淀粉，使直链淀粉的重新排列受抑制。

图7 PNP-CS 复配体系糊化前（a）、糊化后（b）的X 射线图谱Fig.7 The XRD of PNP-CS compound system before（a）and after（b）gelatinization

由表5～6 可知，未糊化的CS 的结晶度高达43.04%，随着PNP 质量浓度的增加，结晶度逐渐降低。糊化使NP-CS 复配体系结晶度显著降低，糊化后的CS 的结晶度降至19.06%，下降幅度高达55.7%。由表6 可知，当PNP 质量浓度在0～0.9 g/mL 范围时，随着多糖质量浓度的增加，结晶度下降，在PNP 质量浓度为0.9 g/mL 时，PNP-CS 复配体系的结晶度最低，只有13.13%，下降幅度高达69.5%。这是由于低质量浓度PNP 分子与CS之间竞相吸收游离的水分，使淀粉不能与水充分结合，进而抑制回生过程中直链淀粉的重结晶。当多糖质量浓度大于0.9 g/mL 时，结晶度增加幅度较小，高质量浓度PNP 使复配体系的直链淀粉重排速度加快，这与DSC 研究结果一致。

表5 PNP-CS 复配体系的相对结晶度（糊化前）Table 5 Relative crystallinity of PNP-CS compound systems（before gelatinization）

表6 PNP-CS 复配体系的相对结晶度（糊化后）Table 6 Relative crystallinity of PNP-CS compound systems（after gelatinization）

2.6 红外光谱扫描分析

红外光谱图可以通过峰强度、峰形、谱带频率的变化，描述大分子之间的相互作用力。3 390 cm-1处的宽吸收峰是O-H 伸缩振动引起的，2 930 cm-1处为对称-CH 和反对称拉伸-CH2和振动吸收峰，1 650 cm-1处的吸收峰是-CHO 伸缩振动，1 420 cm-1处吸收峰是C-O-O 的伸缩振动，1 370 cm-1处吸收峰是CH 弯曲振动，1 200～750 cm-1处吸收峰是多糖类吸收峰，1 155 cm-1处吸收峰是C-C 键伸缩振动，1 022 cm-1处尖锐吸收峰是淀粉中CO-H 的脱水葡萄糖环中的C-O 键伸缩振动[31]。

由图8 可知，添加PNP 后未出现新的吸收峰，与CS 相比，PNP-CS 复配体系的吸收峰出现的位置非常相似，表明在PNP-CS 复配体系中没有发生共价键结合，PNP 与CS 是通过氢键结合的。随着PNP 质量浓度的增加，吸收峰强度先升高后降低，在PNP 质量浓度为0.9 g/mL 时，吸收峰强度最大，表明适当质量浓度的PNP 使复配体系中的氢键作用增强，抑制了直链淀粉的浸出及重新排列，延缓了玉米淀粉的老化以及重结晶。当PNP 质量浓度大于1.2 g/mL 时，随着PNP 质量浓度的增加，直链与支链淀粉分子链段之间的距离加大，使PNP-CS 复配体系中的氢键作用减弱，加快了直链淀粉浸出及重排，因此吸收峰减弱。

图8 PNP-CS 复配体系的红外光谱图Fig.8 FT-IR spectrogram of PNP-CS compound system

2.7 冷冻电镜观察

由图9 可知，随着PNP 质量浓度的增加，PNP-CS 复配体系孔隙尺寸变大，孔隙结构密度变低，增加了孔壁的灵活性。孔隙的大小还与水分子的分布有关，孔隙变大，表明淀粉与水分子的结合受抑制的程度越大，从而影响了PNP-CS 的凝胶特性。此外，亲水胶体中的羟基可通过氢键使淀粉分子重新聚集，随着PNP 质量浓度的增加，氢键的作用力增强，使多糖分子与淀粉分子之间的作用力强于直链淀粉与支链淀粉之间的作用力，产生了更大的孔洞。当PNP 质量浓度为0.6 g/mL 时（图9c），PNP-CS 的内部结构呈孔隙均匀的蜂窝状。当PNP 质量浓度的大于0.6 g/mL 时（图9c、9d），PNP-CS 复配体系的孔隙变得不规则，凝胶网络结构变得不完整，出现裂痕，凝胶强度降低，表明PNP 能够有效抑制淀粉的老化，提示适当质量浓度的PNP 可以改善凝胶微观结构，使凝胶网络结构更均匀，而高质量浓度的PNP 使凝胶网络结构出现较大孔洞，可抑制淀粉的凝沉及老化。

图9 PNP-CS 复配体系的微观结构Fig.9 Microstructure of PNP- CS compound system

本研究表明，不同的PNP 质量浓度对CS 的糊化特性、流变特性、质构特性、热力学特性、以及微观结构均具有显著影响。随着PNP 质量浓度的增大，复配体系的峰值黏度、谷值黏度、终值黏度、糊化温度不断增加，当PNP 质量浓度为0.9 g/mL时，回生值、崩解值最低，表明PNP 提高了复配体系黏度和稳定性。流变结果表明，PNP-CS 复配体系是典型的非牛顿流体，PNP 的添加可使PNP-CS的流动性降低，假塑性增强，体系黏弹性升高。在PNP 质量浓度为0.9 g/mL 时，其凝胶硬度、糊化焓、结晶度最低，表明可有效延缓玉米淀粉老化。FT-IR 结果表明，PNP 与CS 是通过氢键发生相互作用的，低质量浓度PNP 使复配体系氢键作用增强，高质量浓度PNP 使复配体系氢键作用减弱。从电镜图中看出，当PNP 质量浓度为0.6 g/mL 时，PNP-CS 的内部结构呈孔隙均匀的蜂窝状。PNP 的添加不仅提高了CS 的营养价值，而且改善了CS的物化特性，减慢CS 老化速度，延长货架期。以上结论为PNP 在淀粉基食品中的应用奠定了基础。