普魯蘭多糖對(duì)大米淀粉糊化和老化特性的影響

熊曉輝，宋小琳，姚麗麗，陸利霞

（南京工業(yè)大學(xué)食品與輕工學(xué)院，江蘇南京211816）

我國(guó)是水稻生產(chǎn)大國(guó)，并且全國(guó)有2/3的人口以大米作為主食，大米中淀粉含量豐富，糊化后的大米淀粉在運(yùn)輸、儲(chǔ)存過(guò)程中會(huì)不可避免的發(fā)生老化，其性質(zhì)也會(huì)有所變化，如水溶性降低[1]、口感差、消化性能差等，進(jìn)而影響淀粉質(zhì)食品的感官特性，縮短了貨架期，導(dǎo)致資源浪費(fèi)。多糖對(duì)淀粉老化具有較好的延緩作用，目前研究報(bào)道較多，例如：β-葡聚糖、茶多糖、木葡聚糖等[2-4]。但是，有關(guān)普魯蘭多糖對(duì)大米淀粉抗回生方面的研究未見(jiàn)報(bào)道。普魯蘭多糖是一種直鏈狀多糖[5]，其成膜性、阻氣性、可塑性、黏性均較強(qiáng)，并且具有易溶于水、無(wú)毒無(wú)害、無(wú)色無(wú)味等優(yōu)良特性，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、輕工、化工和石油等領(lǐng)域[6]。本研究以實(shí)驗(yàn)室自提取高直鏈大米淀粉為原料，通過(guò)添加不同比例的普魯蘭多糖，與目前公認(rèn)的抗淀粉老化效果較好的海藻糖進(jìn)行比對(duì)研究，利用快速黏度分析儀（RVA）和差示掃描量熱儀（DSC）檢測(cè)大米淀粉的黏度性質(zhì)和熱力學(xué)性質(zhì)，通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）觀察大米淀粉顆粒的表觀特性，旨在為方便米飯、方便米粉、糕團(tuán)類食品等大米制品延緩老化的研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

氫氧化鈉、鹽酸、碘化鉀、碘、95%乙醇、冰乙酸、甲醇、乙醚 均為分析純；支鏈淀粉與直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)品 美國(guó)Sigma公司。

差示掃描量熱儀（DSC）美國(guó)PE公司；快速黏度分析儀（RVA）澳大利亞Newport Science公司；掃描電子顯微鏡（SEM）日本HITACHI公司；恒溫水浴鍋；離心機(jī)；分析天平；恒溫鼓風(fēng)干燥箱；紫外分光光度計(jì)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 大米淀粉的提取[7]稱取一定量的大米清洗，室溫下浸泡過(guò)夜，瀝干水分，研磨后過(guò)80目篩，60℃烘干，備用。100g大米粉在250mL 0.2%的NaOH中浸泡12h，室溫下攪拌5min，6000r/min離心5min，移除上清液及上層棕色物質(zhì)，用蒸餾水洗下層白色淀粉層，數(shù)次離心，水洗至上清液pH為6.0～7.0，固體物質(zhì)45℃干燥48h。

淀粉樣品中加入2倍體積的體積比為1∶1的乙醚/甲醇混合液體，充分混合并靜1h，6000r/min離心10min，反復(fù)離心3次，以最大限度的去除脂肪成分，室溫下放置兩天以便有機(jī)溶劑完全揮發(fā)，60℃烘干研磨，過(guò)100目篩，備用。

1.2.2 大米淀粉中直鏈淀粉、水分、灰分、蛋白質(zhì)、脂肪含量的測(cè)定 依次參照國(guó)標(biāo)GB/T 15683-2008、GB/T 5009.3-2010、GB/T 5009.4-2010、GB/T 5009.5-2010和GB/T 5009.6-2003執(zhí)行。

1.2.3 大米淀粉與普魯蘭多糖、海藻糖的混合比例[4]大米淀粉（Rice Starch，RS）中分別添加5%、10%、15%（占混合體系干基重）的普魯蘭多糖（Pullulan，P）、10%的海藻糖（Trechalose，T）。

1.2.4 大米淀粉的熱力學(xué)性質(zhì)測(cè)定（DSC）[8]25%淀粉糊于沸水浴中加熱攪拌20min，使其完全糊化，冷卻至室溫加蓋密封，防止水分蒸發(fā)，并在4℃條件下儲(chǔ)存7、14d后用DSC測(cè)定。

稱取40mg左右樣品到鋁坩堝中，測(cè)試條件：以10℃/min的速度從20℃加熱到105℃，空坩堝作參比，載氣為氮?dú)?，流?0mL/min。從DSC糊化曲線中確定糊化的初始溫度To、峰值溫度Tp、終值溫度Tc，根據(jù)峰面積計(jì)算糊化焓值ΔHg。

1.2.5 大米淀粉的黏度分析（RVA）[9]準(zhǔn)確量取25mL去離子水于鋁制坩堝中，稱取3.5g不同質(zhì)量比例的樣品與去離子水混合均勻，將坩堝放入RVA樣品室中，RVA的程序?yàn)椋?60r/min攪拌10s，50℃保持1min；后以12℃/min升至95℃，保持2.5min；以相同的速度降到50℃，保持1min。從RVA的黏度曲線中確定淀粉糊的谷黏度MV，峰黏度PV，終黏度FV，衰減值BKD（=PV-MV），回生值SB（=FV-PV）。

1.2.6 普魯蘭多糖對(duì)大米淀粉回生影響的掃描電鏡觀察（SEM）添加15%、25%普魯蘭多糖的淀粉溶液在沸水浴中加熱攪拌20min，確保完全糊化，糊化后的樣品冷卻至室溫，密封以防止水分蒸發(fā)，4℃冰箱中貯存14d后進(jìn)行冷凍干燥，研磨過(guò)100目篩，干燥的淀粉顆粒樣品用雙面膠固定在載物臺(tái)上，吹去多余淀粉，然后放入鍍金儀器中，用離子濺射鍍膜儀將樣品鍍金，取出放入掃描電鏡，以20kV的加速電壓在不同放大倍數(shù)下觀察淀粉顆粒形態(tài)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每個(gè)處理均重復(fù)三次，取其平均值。統(tǒng)計(jì)分析采用軟件Origin Pro 7.5，樣品進(jìn)行t檢驗(yàn)，p＜0.05具有顯著性差異。

2 結(jié)果與討論

2.1 大米淀粉中基本化學(xué)組分

以直鏈淀粉百分含量為橫坐標(biāo)，吸光值為縱坐標(biāo)得到標(biāo)準(zhǔn)曲線公式為：y=0.0075x+0.0382，R2=0.9969。大米淀粉中主要化學(xué)組分測(cè)定結(jié)果如表1所示。

表1 大米淀粉中主要化學(xué)組分的含量（%）Table 1 The main chemical compositions of rice starch（%）

2.2 糖類對(duì)大米淀粉糊化性質(zhì)的影響

表2 糖類對(duì)大米淀粉糊化溫度和焓值的影響Table 2 The effects of pullulan on gelatinization temperatures and enthalpy of rice starch

隨著普魯蘭多糖添加量從5%增加到15%，淀粉糊化焓值的減小值從0.69J/g上升到1.09J/g，這可能是由于普魯蘭多糖使水分子的自由度大大降低，水分子對(duì)大米淀粉顆粒的滲透以及對(duì)大米淀粉分子氫鍵的攻擊受到抑制，從而使糊化受到抑制，推遲了糊化時(shí)間，降低了糊化焓值，升高了糊化溫度[10]。10%海藻糖的添加也會(huì)使淀粉的糊化溫度升高，糊化焓值降低（降低了0.75J/g），這說(shuō)明，普魯蘭多糖和海藻糖對(duì)大米淀粉的糊化性質(zhì)具有相同趨勢(shì)的改變。

2.3 糖類對(duì)大米淀粉黏度特性的影響

由表3知，添加不同比例的普魯蘭多糖會(huì)使大米淀粉的峰黏度、谷黏度、終黏度降低；且普魯蘭多糖添加比例越大，高直鏈大米淀粉黏度降低越顯著。與空白樣品相比，普魯蘭多糖添加量為15%時(shí)，峰黏度、谷黏度、終黏度分別降低了2956.33、1828.33、4948.67cP，同時(shí)淀粉的糊化溫度從76.82℃升高到15%添加量時(shí)的77.80℃，這與DSC所測(cè)結(jié)果保持一致。普魯蘭多糖與水分子的結(jié)合能力顯著高于淀粉與水分子之間的結(jié)合力，從而使淀粉和水分子之間的相互作用減弱，同時(shí)加強(qiáng)了大米淀粉分子間的相互作用，因此大米淀粉分子尺寸隨普魯蘭多糖的添加而減小，引起黏度變小[10]。與空白樣品相比較，海藻糖的峰黏度、谷黏度和終黏度也有一定程度的降低，同時(shí)糊化溫度也升高。

表3 糖類對(duì)高直鏈大米淀粉的黏度特性的影響Table 3 The viscosity property of high amylose rice starch containing pullulan

表4 多糖對(duì)高直鏈大米淀粉老化特性的影響Table 4 The retrogradation property of high amylose rice starch containing pullulan

RVA中的回生值表示溫度降低時(shí)，分子聚集作用發(fā)生的程度，即老化的趨勢(shì)，回生值越低，老化越不明顯[11]。隨著普魯蘭多糖添加量，從0%增加到15%，大米淀粉的回生值從2463.67減小到471.33，而添加10%海藻糖時(shí)，大米淀粉的回生值為1761.00，表明普魯蘭多糖對(duì)淀粉老化起到較好的延緩作用，且普魯蘭多糖的添加量越大，對(duì)淀粉老化的影響也越大。

2.4 多糖對(duì)高直鏈大米淀粉老化特性的影響

糊化的淀粉經(jīng)存放后會(huì)有不同程度的老化。一般情況下，直鏈淀粉含量越高，淀粉的老化速率也就越快。本研究將糊化后的淀粉于4℃環(huán)境下分別貯存7、14d，觀察不同添加比例的普魯蘭多糖及10%海藻糖對(duì)高直鏈大米淀粉老化特性的影響。

由表4可知，隨儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)，對(duì)照樣的R從第7d的62.12%升高到第14d的77.24%；添加了不同比例普魯蘭多糖及10%海藻糖的大米淀粉的R亦有不同幅度的增加。相同老化時(shí)間內(nèi)，高直鏈大米淀粉的老化程度會(huì)隨著普魯蘭多糖的添加而降低，這說(shuō)明普魯蘭多糖在一定程度上能夠較好的延緩淀粉老化。海藻糖的抗老化效果比相同添加量的普魯蘭多糖的效果明顯，但是當(dāng)?shù)?4d時(shí)，添加15%普魯蘭多糖的淀粉R值與添加10%海藻糖的淀粉樣品R值相當(dāng)，預(yù)測(cè)當(dāng)普魯蘭多糖的添加量進(jìn)一步增大時(shí)，大米淀粉的老化值會(huì)有更加明顯的變化。

2.5 普魯蘭多糖對(duì)老化后大米淀粉微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖1中可以清楚的看到淀粉樣品顆粒的立體結(jié)構(gòu)，空白樣品在4℃下貯存14d后，變成了“石頭狀”硬塊（圖1（a）），而添加15%和25%普魯蘭多糖（圖1（b～c））的大米淀粉樣品出現(xiàn)一些網(wǎng)孔狀結(jié)構(gòu)，其中的網(wǎng)孔是冷凍干燥時(shí)脫水形成的，這說(shuō)明添加普魯蘭多糖的樣品在貯存14d后仍能保持大量水分，添加25%普魯蘭多糖的淀粉樣品網(wǎng)孔比添加15%普魯蘭多糖的淀粉樣品網(wǎng)孔更致密更規(guī)則，表明前者的保水性能更好。以上觀察結(jié)果表明，普魯蘭多糖具有較好的保水性，使淀粉的持水性能提高，再次說(shuō)明普魯蘭多糖具有延緩大米淀粉回生的能力[13]，25%普魯蘭多糖對(duì)淀粉老化的抑制效果最好。

圖1 添加普魯蘭多糖的大米淀粉樣品糊化后在4℃下貯存14d的SEM圖（300×）Fig.1 Scanning electron micrographs of granules of gelatinized rice starch samples containing various ratios of pullulan after 14d storage at 4℃（300×）

3 結(jié)論

3.1 普魯蘭多糖的添加會(huì)使大米淀粉的糊化溫度升高，但是糊化焓值會(huì)降低，這與海藻糖對(duì)淀粉糊化的影響是一致的。普魯蘭多糖對(duì)分別老化7d和14d的高直鏈大米淀粉也有降低老化焓值、降低老化程度的影響，添加15%普魯蘭多糖時(shí)效果較好，與添加10%的海藻糖效果相當(dāng)。

3.2 普魯蘭多糖可以降低大米淀粉的峰黏度、谷黏度、終黏度、衰減值和回生值，并且在一定范圍內(nèi)，這種變化隨著普魯蘭多糖添加量的增加而變大。15%的普魯蘭多糖比10%海藻糖的效果好，淀粉的老化值最小。

3.3 普魯蘭多糖能抑制大米淀粉重結(jié)晶，減少樣品水分流失，具有持水性，這些再次說(shuō)明普魯蘭多糖具有延緩大米淀粉回生的能力，在本實(shí)驗(yàn)的研究范圍內(nèi)，25%普魯蘭多糖對(duì)淀粉老化的抑制效果最好。

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