叶面喷施铁氯e6对糯玉米淀粉理化性质及体外消化性的影响

《Food Science & Nutrition》：Effects of Foliar Application of Iron Chlorine e6 on the Starch Physicochemical Properties and In Vitro Digestibility of Waxy Maize

　　

叶面喷施铁氯e6（ICE6）是调控糯玉米籽粒品质的重要农艺措施。本研究考察了6个喷施剂量[0（T1）、22.5（T2）、45（T3）、67.5（T4）、90（T5）和180（T6）g ha^-1]下叶面喷施ICE6对糯玉米淀粉理化性质及体外消化性的影响。与T1相比，T5和T6处理分别使总淀粉和支链淀粉（amylopectin）含量显著提高8.29%–8.85%和8.39%–8.91%。同时，T4处理获得了最高的淀粉体积加权平均粒径。在淀粉粒径分布方面，中等粒径颗粒比例增加，大粒径颗粒比例降低。除调控淀粉积累外，ICE6还改善了淀粉颗粒形态和表面结构，降低了相对结晶度（relative crystallinity）和糊化焓（gelatinization enthalpy），提高了糊化粘度（pasting viscosity）。同时，ICE6降低了快消化淀粉（RDS）含量，增加了慢消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）含量。与T1相比，T4–T6处理使RDS显著降低13.13%–19.13%，RS显著增加23.34%–28.65%。Mantel检验（Mantel test）、主成分分析（PCA）和随机森林模型（random forest modeling）证实，淀粉粒径分布、糊化特性和热特性是消化性的核心调控因子。总体而言，叶面喷施ICE6的最适剂量为90 g ha^-1，这为改善糯玉米淀粉品质和开发优质淀粉生产的栽培措施提供了重要参考。

**研究背景与目的**
糯玉米（waxy maize）淀粉因其优良的加工特性和食用品质，在鲜食玉米产业中占据重要地位。支链淀粉（amylopectin）作为糯玉米淀粉的主要组分，显著影响其糊化、回生及消化特性。现有研究表明，植物生长调节剂可通过调控碳代谢关键酶活性，重塑淀粉多尺度结构，从而改善淀粉品质。然而，新型天然植物生长调节剂——铁氯e6（iron chlorine e6，ICE6）——作为一种具有卟啉核心结构的光敏剂，虽已被证实可提升光合效率并促进作物产量，但其对糯玉米淀粉理化性质及体外消化性的调控效应尚不明确。为此，研究人员在河北省秦皇岛市典型糯玉米产区开展田间试验，旨在明确叶面喷施ICE6对淀粉品质的影响，并确定最佳施用剂量，为优质淀粉生产的栽培技术提供理论依据。

**研究内容与结论**
研究人员以糯玉米品种“京科糯768”为材料，设置6个ICE6叶面喷施剂量（0、22.5、45、67.5、90、180 g ha^-1，分别记为T1–T6），在喇叭口期和开花期均匀喷施。通过系统地测定淀粉含量、颗粒形态与粒径分布、晶体与分子有序结构、糊化特性、热特性、膨胀势、溶解度、碘结合特性以及体外消化性，并结合Mantel检验、主成分分析和随机森林模型进行综合分析。结果表明：T5（90 g ha^-1）和T6处理显著提高了总淀粉和支链淀粉含量（分别增加8.29%–8.85%和8.39%–8.91%），同时优化了淀粉颗粒形态（T5处理颗粒最大、饱满且表面光滑），提高了中等粒径颗粒比例，降低了相对结晶度，增强了短程有序结构。糊化特性方面，T5和T6显著提高了峰值粘度（PV）、最终粘度（FV）和崩解值（BD），同时降低了回生值（SB）。热特性方面，各ICE6处理均显著降低了糊化焓（ΔH_gel）和回生焓（ΔH_ret），抑制了淀粉回生。体外消化性分析显示，T4–T6处理显著降低了快消化淀粉（RDS）含量（降低13.13%–19.13%），提高了抗性淀粉（RS）含量（增加23.34%–28.65%）。多变量分析证实，淀粉粒径分布、糊化特性和热特性是调控消化性的核心因子。综合各指标，最佳喷施剂量为90 g ha^-1（T5）。

**关键技术方法**
本研究的关键技术方法包括：（1）田间试验（河北秦皇岛，随机区组设计，6个ICE6剂量，3次重复）；（2）淀粉含量测定（双波长分光光度法测定直链/支链淀粉）；（3）淀粉颗粒形貌观察（扫描电镜SEM、光学显微镜和偏光显微镜）；（4）淀粉粒径分布测定（激光衍射粒度分析仪）；（5）晶体结构分析（X射线衍射XRD法和相对结晶度计算）；（6）短程有序结构分析（傅里叶变换红外光谱FTIR，计算1022/995 cm^-1和1045/1022 cm^-1吸收比）；（7）糊化特性测定（快速粘度分析仪RVA）；（8）热特性测定（差示扫描量热仪DSC）；（9）体外消化性测定（改良Englyst法，计算RDS、SDS和RS）；（10）统计分析（Mantel检验、主成分分析、随机森林模型）。

**结果分述**
- **3.1 籽粒淀粉含量**：通过测定可溶性糖、总淀粉、支链淀粉和直链淀粉含量，发现T5和T6显著提高了总淀粉和支链淀粉含量，直链淀粉无显著变化。
- **3.2 淀粉微观形态**：扫描电镜观察显示，所有处理淀粉颗粒形态以圆形、卵形和多角形为主；T5处理颗粒最大、最饱满且表面光滑，T6处理出现表面凹陷。
- **3.3 光学和偏光显微结构**：光学显微镜下，T3–T5处理颗粒分散性逐渐改善；偏光显微镜显示所有处理均具“马耳他十字”消光，T6处理晶体有序结构最佳。
- **3.4 淀粉粒径分布**：激光粒度分析表明，ICE6处理显著改变了体积分布比例，中颗粒（5–15 μm）比例增加，大颗粒（>15 μm）比例降低；T5处理平均粒径为15.07 μm，与T1无显著差异。
- **3.5 相对结晶度**：XRD图谱显示典型A型晶体结构，ICE6处理显著降低了相对结晶度（降幅11.56%–32.16%）。
- **3.6 短程有序结构**：FTIR分析显示，ICE6处理提高了淀粉表面有序度，降低了表面无序度；1022/995 cm^-1比值在T2、T4、T5、T6中显著降低。
- **3.7 糊化特性**：RVA测定表明，ICE6处理显著提高了峰值粘度（PV）、最终粘度（FV）和崩解值（BD），T5和T6效果最显著；回生值（SB）在T2和T5中显著降低。
- **3.8 热特性**：DSC测定显示，ICE6处理显著降低了糊化焓（ΔH_gel，降幅14.94%–48.92%）和回生焓（ΔH_ret，降幅29.61%–69.83%），且各处理抑制了淀粉回生。
- **3.9 透光率、膨胀势和溶解度**：透光率测定表明T5初始透光率最高但长期稳定性较差；膨胀势和溶解度随温度升高而增加，ICE6处理显著提高了二者（膨胀势增加12.71%–46.61%，溶解度增加7.49%–22.17%），T4和T5效果最佳。
- **3.10 蓝值、碘结合能力和最大吸收波长**：蓝值和碘结合能力对不同剂量ICE6响应各异，T5和T6处理显著降低了蓝值，但提高了最大吸收波长（λ_max）。
- **3.11 体外消化性**：T4–T6处理显著降低了RDS含量（降幅13.13%–19.13%），T4和T5显著增加了RS含量（增幅23.34%–28.65%），SDS含量在T2、T4、T5、T6中有增加趋势。
- **3.12 Mantel检验、主成分分析和随机森林模型**：Mantel检验显示RDS与支链淀粉含量、相对结晶度、糊化粘度、热焓等高度正相关；RS与相对结晶度、峰值粘度、最终粘度、回生焓正相关。PCA中PC1和PC2累积解释63.3%变异。随机森林模型表明支链淀粉含量、总淀粉含量、相对结晶度、小粒径颗粒比例和回生焓是RDS的关键预测因子；中粒径颗粒比例、崩解值和糊化焓与SDS相关；结晶度、回生焓、峰值粘度和最终粘度与RS相关。

**讨论总结**
讨论部分指出，ICE6通过增强光合作用与碳代谢效率，提高籽粒中可溶性糖和支链淀粉的积累；同时浓度依赖性调控ADP-葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）、淀粉合酶（SS）和淀粉分支酶（SBE）活性，优化淀粉颗粒发育与粒径分布。淀粉多尺度结构（颗粒形态、粒径分布、结晶度、短程有序性）的改变进一步影响糊化、热力学和膨胀性质。具体而言，ICE6处理通过降低大颗粒比例、增加中颗粒比例，促进淀粉糊化与膨胀，提高糊化粘度；通过削弱分子间氢键作用降低结晶度与糊化焓，抑制回生；这些结构变化最终通过改变酶可及性，降低RDS含量、提高SDS和RS含量，从而优化消化特性。

**研究结论**
本研究探讨了叶面喷施铁氯e6（ICE6）对糯玉米淀粉理化性质及体外消化性的影响。以90 g ha^-1叶面喷施ICE6，通过整合多尺度结构优化、增强理化性质和有利的消化调节，改善了淀粉品质。具体而言，该处理改善了颗粒形态、分散性和规则性，增加了中等粒径颗粒体积比例，提高了支链淀粉含量和表面有序度，降低了相对结晶度。这些结构增强转化为更优的理化性质，包括增加的膨胀势、溶解度、糊化粘度、糊化焓，这些共同通过降低快消化淀粉含量优化了淀粉消化特性。值得注意的是，ICE6是一种新型植物生长调节剂，其叶面喷施符合京津冀地区绿色农业发展战略，减少了对常规肥料的依赖，促进了可持续栽培实践。因此，本研究为优质糯玉米淀粉生产提供了理论参考，并支持面向鲜食糯玉米绿色优质发展的区域栽培措施制定。