大豆低聚糖對小麥粉凝膠性質與體外消化率的影響

王建宇，陳湘寧，馮曉光，周 婧，劉慧君

（北京農學院 食品科學與工程學院/北京市變質生物和農藥農產品檢測與控制北京市重點實驗室，北京 102206）

自人類文明誕生以來，世界各地就在種植小麥。小麥是人類最重要的糧食作物之一，高居谷類作物總產量的第2 位，僅次于玉米［1］。小麥經常用于制作日常食用的食品，包括饅頭、面條、餃子和餛飩。小麥中含有65%～70%的小麥淀粉，11%～13%的蛋白質，以及一些脂類、維生素和礦物質等其他成分。淀粉是小麥的主要成分，對小麥食品的保濕、黏度、質地、口感和保質期等有重要貢獻［2］。但是淀粉基食品在貯藏過程中容易發(fā)生淀粉老化，淀粉的老化會影響食品的感官品質、營養(yǎng)價值和保質期，往往被認為是有害的變化［3］。因此抑制淀粉的老化對改善淀粉基食品的質量很重要。

老化是指糊化淀粉的直鏈淀粉和支鏈淀粉重新聚集以形成更有序的結構，并在冷卻或儲存后通過氫鍵重新結合的過程。淀粉老化受淀粉濃度、直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例、儲存溫度以及添加物等的影響。添加天然添加劑可以抑制淀粉的老化，包括碳水化合物、氨基酸和多酚類物質。添加劑與淀粉鏈相互作用，以阻止淀粉分子相互靠近并提高淀粉的持水能力，從而延緩了老化［4］。

大豆低聚糖是1 種功能性低聚糖，其主要成分是蔗糖（二糖）、棉籽糖（三糖）、水蘇糖（四糖）。在過去，大豆低聚糖由于難以被消化吸收，而不被人們所重視。然而，近些年來人們發(fā)現(xiàn)大豆低聚糖具有促進雙歧桿菌增殖、促進營養(yǎng)生成和吸收、降血壓與降血脂、保護肝臟等生理功效，從而大豆低聚糖的應用得到重視。而且大豆低聚糖無色透明，甜度為蔗糖的70% ,熱值為蔗糖的50%，熱量為8.36 J/g，也可以替代蔗糖作為低熱能量的甜味劑加入到食品 中［5-6］。然而，大豆低聚糖對小麥類食品的老化是否具有抑制作用尚未被研究過，因此，研究大豆低聚糖對小麥凝膠的影響具有重要的意義。本實驗意在通過測量小麥凝膠的質構特性、凍融穩(wěn)定性與結晶性來研究凝膠的老化進程，以及通過淀粉消化的快慢來研究大豆低聚糖對小麥凝膠體外消化率的影響，并且與蔗糖相對比。這項研究有助于增進人們對大豆低聚糖在小麥類食品中應用的了解。

1 材料方法

1.1 材料與試劑

小麥購自當?shù)氐某?，大豆低聚糖（純度?5%，30%的水蘇糖，25%的棉子糖，30%的蔗糖）、蔗糖、豬胰腺的α-淀粉酶（0.174 g，50 U / mg）、 淀粉葡糖苷酶（1×105U / mL）以及葡萄糖測定試劑盒等試劑均購自北京暢華志誠科技有限公司。磷酸鹽緩沖液（0.2 mol/L，pH 5.8）由磷酸氫二鈉和磷酸二氫鈉配置。

1.2 實驗儀器

實驗所用儀器見表1。

1.3 方法

1.3.1 小麥成分的測定 粗淀粉測定采用 1%鹽酸旋光法［7］；直鏈淀粉測定采用GB/T15683—2008；蛋白質測定采用凱氏定氮法；脂肪測定采用GB 5009.6—2016；水分測定采用GB/T 5009.3—2010；灰分測定采用GB 5009.4—2010。

1.3.2 樣品的制備 使用萬能粉碎機將小麥打碎并通過100 目篩，稱取一定量的小麥粉于燒杯中，在其中分別加入不同量的大豆低聚糖或蔗糖（0%，5%，10%），按小麥粉與水1∶2（m∶V）的比例加入蒸餾水。攪拌均勻后，在95 ℃的水浴鍋加熱30 min，放置室溫之后，放入4 ℃的冰箱中貯藏，備用。

1.3.3 質構的測定 分別將貯藏0 d 與7 d 的樣品取出，使用TVT-6700 質構分析儀（中國，Perten 公司）對其進行質構測試。將樣品切成圓柱體（高1 cm，直徑1.2 cm），用5 mm 圓柱探針進行測量，初始速度為1.0 mm/s，測試速度為1.0 mm/s，返回速度：2.0 mm/s，觸發(fā)力：5 g，樣品形變量：25%，2 次壓縮間隔：10 s。樣品的硬度和彈性通過Perten 分析軟件獲得。

1.3.4 凍融穩(wěn)定性的測定 小麥凝膠的凍融穩(wěn)定性根據(jù)Zhang 等人的方法進行測量，并稍作修改［8］。將小麥粉懸浮在去離子水中以制備8%（m∶V：以干基計）的混合溶液。然后添加不同比例的糖（0%，5%，10%，與小麥粉的比例：m∶m）。將混合物在95 ℃的水浴中加熱30 min，然后將6 g 小麥凝膠轉移到10 mL 塑料離心管中，并在25 ℃靜置2 h。然后，將試管在-20 ℃冷凍22 h，之后在25 ℃解凍2 h。此凍融循環(huán)重復了7 次。為了測量析水率，將每個解凍之后的離心管在3 000 g 下離心15 min。倒出上清液，稱量殘余物。析水率的計算公式如下：

1.3.5 碘結合能力的測定 分別將貯藏0、7、35 d的樣品取出，使用Tian 等人的方法進行碘結合實驗，并做了適當?shù)男薷模?］。將這些凝膠用無水乙醇脫水，然后在35 ℃真空干燥箱中干燥6 h，研磨并通過100目篩。將樣品（30 mg）溶解到0.01 mol/L 的氫氧化鈉（3 mL）溶液中，待溶解后，分別加入0.01 mol/L 的鹽酸（3 mL）中和至pH=7.0，加入蒸餾水至 50 mL。取稀釋液5 mL，并先后加入0.2%I2～2%KI溶液2 mL（w∶w）和醋酸緩沖液（0.1 mol/L，pH4.0）5 mL，加入蒸餾水調節(jié)總體積為50 mL，并在25 ℃下靜置15 min。最后在600 nm 處測量樣品的吸光值。凝膠對碘結合的抗性程度由下面公式計算：

A0代表第0 天凝膠的吸光值，AT表示第t 天凝膠的吸光值，A∞代表第35 天凝膠的吸光值，X(t)代表凝膠與碘結合的抗性程度。

1.3.6 X-射線衍射 分別將貯藏0 d 與7 d 的樣品取出，立即在40 ℃的真空干燥箱中干燥10 h，然后研磨以通過200 目篩。使用D8 ADVANCE X-射線衍射儀（Bruker 公司，德國）對樣品進行X-射線衍射分析。測試條件：采用Cu-Ka 射線，管壓為 40 kV，管流為40 mA，掃描范圍為3°到40°（2θ），掃描速度為2°/min。通過 MDI Jade 5.0 軟件對 X-射線衍射圖譜進行分析處理。

1.3.7 體外消化率 將在4 ℃下保存7 d 的樣品取出，立即在40 ℃的真空干燥箱中干燥10 h，然后研磨以通過100 目篩。使用之前的方法測量樣品的體外消化率，并做適當?shù)男薷模?］。將豬胰腺的α-淀粉酶（0.174 g，50 U / mg）在磁力攪拌下懸浮于5 mL磷酸鹽緩沖液（0.2 mol/L，pH 5.8）中30 min，然后以1 500 g 離心5 min。將上清液轉移至燒杯中，并與5.1×10-3mL 淀粉葡糖苷酶（1×105U / mL）混合。將200 mg 樣品與15 mL 磷酸鹽緩沖液（0.2 mol/L，pH 5.8）在100 mL 離心管中混合。然后，將離心管放在35 ℃的水浴中攪拌5 min，添加5 mL混合酶溶液。將反應體系保持在35 ℃的水浴搖床（160 r/min）中，在20 min 與120 min 時取出0.5 mL 水解液，加入4.5 mL 100%乙醇來殺死酶。然后將混合溶液以3 000 g 離心10 min，取出上清液，使用葡萄糖測定試劑盒測定上清液中的葡萄糖含量。

樣品的快速消化淀粉（RDS），慢速消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）的百分比（%）計算如下：

其中G20是20 min 釋放的葡萄糖含量（mg），G120是120 min 釋放的葡萄糖含量（mg），F(xiàn)G 是小麥凝膠中游離葡萄糖的含量（mg），TS 是小麥凝膠中淀粉的含量（mg）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

每次實驗均重復3 次，取平均值。用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件進行Tukey 顯著性分析，顯著水平為P＜ 0.05。

2 結果與分析

2.1 小麥的成分

經過測定，小麥的成分組成為：70%粗淀粉、24%直鏈淀粉、12.7%水分、11.2%蛋白質、1.6%脂肪以及1%灰分?？梢钥闯龃诵←湆儆谄胀ㄐ←湥皇桥葱←?，直鏈淀粉的含量適中。

2.2 質構特性分析

小麥凝膠的硬度與彈性可以有效地反映淀粉的老化程度，硬度越大、彈性越小，淀粉老化越嚴 重［10-11］。從圖1 可以看出，隨著貯藏天數(shù)的延長，凝膠的硬度明顯增大、彈性明顯下降，說明這期間淀粉分子不斷的重新結合、發(fā)生重結晶。第0 天，加入糖并沒有顯著影響小麥凝膠的硬度與彈性。但是，貯藏時間的延長使樣品之間硬度、彈性產生明顯的差異，從結果可以看出，加入糖之后硬度顯著地下降，而彈性顯著地增加（P＜0.05），說明大豆低聚糖和蔗糖都有抑制淀粉老化的作用，而加入大豆低聚糖的小麥凝膠硬度更低、彈性更高，表明大豆低聚糖的抑制效果要比蔗糖好。另外，可以觀察到隨著添加糖的量增加，硬度上升的更少、彈性降低的更少，意味著糖濃度越高，抑制淀粉老化的效果越好，小麥凝膠質構特性越好。

圖1 小麥凝膠的硬度與彈性Fig. 1 The hardness and springiness of the wheat gel

2.3 析水率分析

凝膠在冷凍和解凍過程中承受物理變化的能力通常被稱為“凍融”穩(wěn)定性，可以作為淀粉老化的指標，經常以析水率作為指標來評估凍融循環(huán)期間凝膠的凍融穩(wěn)定性［12］。從結果可以看出，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，析水率的值逐漸增大，表明在凍融循環(huán)的過程中，淀粉老化的程度不斷加劇。然而，后面的循環(huán)中析水率的值變化很小，這與前人研究的結果相一致［8］(圖2)。

圖2 小麥凝膠的析水率Fig. 2 The syneresis of the wheat gel

在圖2 中，添加糖之后析水率的值顯著地降低（P＜0.05)，其中大豆低聚糖的降低效果更好，表明大豆低聚糖和蔗糖都可以提高小麥凝膠的凍融穩(wěn)定性，而大豆低聚糖的效果更明顯。另外，隨著糖濃度的增加，小麥凝膠的凍融穩(wěn)定性顯著地提高（P＜0.05)。

2.4 碘結合能力分析

利用老化淀粉與碘結合的抗性程度可以用來評價淀粉的老化程度［9］。當凝膠貯藏到第7 天時，凝膠與碘已經產生了抗性，說明凝膠已經發(fā)生了老化?？瞻捉M具有最大的抗性程度，而且隨著糖濃度增加，抗性程度逐漸減弱，表明糖具有抑制淀粉老化的作用，以及糖的添加量越多，其抑制作用越強。另外，大豆低聚糖的抑制作用顯著強于蔗糖。從質構特性、析水率、碘結合能力的分析中可以得出：糖都有抑制淀粉老化的作用，并且10%的糖濃度效果更顯著。所以，接下來的研究以10%的糖濃度為主（表2）。

表2 小麥凝膠與碘結合的抗性Table 2 Resistance of wheat gel to iodine %

2.5 X-射線衍射分析

淀粉老化會增加淀粉凝膠的結晶度，對應于X-射線衍射峰的高度增加和寬度減?。?］，因此X-射線衍射技術被用來進一步驗證糖對小麥凝膠老化的抑制作用。充分糊化的淀粉凝膠X-射線衍射圖呈現(xiàn)出線性曲線，具有無定形的性質［13-15］。但是小麥凝膠在20°附近具有清晰的衍射峰，它是由直鏈淀粉與天然存在的脂肪酸或磷脂組成［8］，這可能是由于小麥粉中含有更多的脂質造成的。小麥粉呈現(xiàn)出典型的A-型晶體的衍射峰，即在15°、17°、18°和23°附近具有強的衍射峰，相對結晶度為39.58%，該結果與先前的研究相一致［16-18］。貯藏7 d 之后的小麥凝膠衍射峰發(fā)生變化，在5.6°、17°、22°、24°附近具有清晰的衍射峰，這是典型的B-型晶體，B-型晶體是淀粉老化的典型晶型，說明淀粉發(fā)生了老化。從圖3 的衍射線可以看出，加入糖之后，B-型晶體對應的衍射峰強度變弱，證明2 種糖都可以減弱淀粉的重結晶，而大豆低聚糖的效果要比蔗糖的更明顯，該結果與樣品的相對結晶度相一致。X-射線衍射的結果從機理上證明了2 種糖都可以抑制小麥凝膠的老化，而大豆低聚糖的抑制效果更好。

圖3 樣品的X-射線衍射圖Fig.3 the X-ray diffraction pattern of samples

2.6 體外消化率分析

RDS 能夠在短時間內引起餐后血糖和胰島素水平的急劇升高。RDS 已顯示出與一系列健康并發(fā)癥相關，例如糖尿病和糖尿病前期。而SDS 可提供相對較慢和較長的葡萄糖釋放，并防止餐后血糖濃度發(fā)生較大變化，通常是最理想的膳食淀粉形式。 RS在某種程度上可以歸類于膳食纖維，并且RS 可以給人體帶來一些功能和健康益處，包括降血糖作用，預防結直腸癌以及增強維生素和礦物質吸收等［19-21］。 因此，研究糖對小麥凝膠RDS，SDS 和RS 的比例的影響對人體健康具有實際的指導意義。

隨著貯藏時間的增加，RDS 所占比例顯著地下降，而SDS 與RS 所占的比例增加?？上矸酆康慕档涂赡苁怯捎谠谫A藏過程中凝膠的結晶度有所增加，而凝膠越高的結晶度，它具有的抗酶水解作用就越強，從而降低了可消化淀粉的含量［22］，這與X-射線衍射測量的結果相一致。在第7 天添加糖并沒有顯著改變RDS 的含量，而在第0 天添加糖減少了RDS 的含量，說明糖可以減少糊化的小麥凝膠RDS 的比例。添加糖之后，小麥凝膠SDS 的量明顯增加，而大豆低聚糖的效果更明顯，說明在小麥凝膠中添加大豆低聚糖具有更好的膳食淀粉形式。淀粉基食品的SDS 歸因于不完善晶體結構，表明添加糖增加了不完善晶體的含量［23］。糖降低了小麥凝膠的RS 含量，而大豆低聚糖使小麥凝膠RS 含量降低更多，這可能歸因于糖具有抑制淀粉老化的作用，減少了淀粉的結晶度而降低了RS 的含量（表3）。

表3 小麥凝膠的體外消化率Table 3 The in vitro digestibility of wheat gel %

3 結論

大豆低聚糖對小麥凝膠的老化具有抑制作用，并且抑制效果優(yōu)于蔗糖。X-射線衍射分析進一步表明，添加糖會降低小麥凝膠的相對結晶度，阻止淀粉的重結晶。另外，添加大豆低聚糖會增加凝膠SDS 的含量，而減少RS 的含量，這與大豆低聚糖延緩淀粉老化相關?？偠灾?，這項研究表明大豆低聚糖可以作為食品改良劑添加到小麥類食品中，延長食品的貨架期。