不同藜麥品種淀粉的理化性質(zhì)與消化特性

江 帆 杜春微 任妍婧 梁雞保 杜雙奎

(西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院1，楊凌 712100)(渭南市計(jì)量測(cè)試所2，渭南 714000)(神木市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心3，神木 719300)

藜麥(ChenopodiumquinoaWilld.)為一年生藜科雙子葉假谷物，最早種植于南美洲的安第斯山區(qū)[1]。我國(guó)藜麥種植可追溯到20世紀(jì)90年代，最初在西藏地區(qū)進(jìn)行試種，目前青海、山西、河北、甘肅、陜西和吉林等地區(qū)已有種植，我國(guó)現(xiàn)已成為除原產(chǎn)國(guó)之外藜麥種植面積最大的國(guó)家[2]。藜麥?zhǔn)蔷哂袃?yōu)質(zhì)完全蛋白的堿性食物，氨基酸組成比例均衡，其中賴氨酸和組氨酸含量較高，并含有豐富的碳水化合物、酚類活性物質(zhì)、礦物質(zhì)和維生素，不飽和脂肪酸含量約占總脂肪酸的70%[3,4]。藜麥作為一種“類全谷物”食品，在促進(jìn)新陳代謝、預(yù)防心血管疾病和保護(hù)胃腸道健康等功效得到了廣泛認(rèn)可[5-7]。

藜麥中淀粉占58%～64%，藜麥淀粉顆粒粒徑為1.5～3.0 μm，屬于小顆粒淀粉，回生率較低，抗剪切能力強(qiáng)[8]，可作為功能性成分的包埋填充材料、生物薄膜或食品封裝材料，也可用于湯汁和調(diào)味汁等食品，以防止這些食品因淀粉回生而發(fā)生沉淀[9,10]。不同藜麥品種的淀粉在直/支鏈淀粉的比例、支鏈淀粉的結(jié)構(gòu)及結(jié)晶特性均不同，因此其理化特性也有所不同。由于淀粉理化特性與消化特性直接影響淀粉相關(guān)制品的加工和應(yīng)用價(jià)值，深入研究淀粉性質(zhì)可以更好地利用淀粉資源[11,12]。

本研究以海藜、甘南、格爾木和靜樂(lè)4種藜麥淀粉為實(shí)驗(yàn)材料，以玉米淀粉和馬鈴薯淀粉為對(duì)照，對(duì)其直鏈淀粉含量、支鏈淀粉鏈長(zhǎng)分布、質(zhì)構(gòu)特性、凍融穩(wěn)定性、凝沉性、酶水解率和體外消化性進(jìn)行分析，比較不同藜麥品種淀粉間的差異性，以期為藜麥淀粉的開(kāi)發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藜麥淀粉: 海藜、 甘南、格爾木、靜樂(lè)4種藜麥品種采用濕磨法提取，純度>95.0%；玉米淀粉、馬鈴薯淀粉；3,5-二硝基水楊酸、豬胰α-淀粉酶、異淀粉酶、糖化酶，均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

TA.XT plus物性測(cè)定儀，PA-1離子色譜柱，PAD-2脈沖安培檢測(cè)器，PB-10型標(biāo)準(zhǔn)pH計(jì)，UV-2500紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，DHG-9146A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，KQ-700DE型數(shù)控單槽式超聲波清洗器。

1.3 方法

1.3.1 直鏈淀粉含量測(cè)定

直鏈淀粉含量參考Jan等[13]方法測(cè)定并稍作改進(jìn)。稱取70 mg淀粉，溶解于10 mL尿素-二甲基亞砜溶液中，立即振蕩后置于沸水浴中加熱10 min，間歇性攪拌，直至溶液幾乎澄清，轉(zhuǎn)至100 ℃烘箱中加熱1 h，冷卻至室溫，取0.5 mL液體于50 mL容量瓶中，加入25 mL蒸餾水和1 mL碘液，60 s顯色，定容至50 mL，等待15 min，以不加樣品液為空白，在635 nm下測(cè)定吸光度。

直鏈淀粉含量=

1.3.2 支鏈淀粉鏈長(zhǎng)分布測(cè)定

根據(jù)Chen等[14]方法，采用高效陰離子交換色譜法與脈沖安培檢測(cè)器聯(lián)用，使用PA-1色譜柱對(duì)樣品中淀粉鏈長(zhǎng)分布進(jìn)行檢測(cè)。2 mg淀粉樣品分散于500 mL乙醇溶液(95%)和4.5 mL蒸餾水中，煮沸糊化60 min后，取2.5 mL糊化液與50 mL 600 mmol/L醋酸緩沖液(pH 4.4)和10 mLNaN3(3%)混合，再加入10 μL異淀粉酶(1 000 U/L)進(jìn)行水解，將水解產(chǎn)物在室溫下真空干燥后，溶解于200 μL 0.1 mol/L NaOH中，用流動(dòng)相A(水溶液)、流動(dòng)相B(100 mmol/L NaOH，1 mol/L NaAC)、流動(dòng)相C(100 mmol/L NaOH)進(jìn)行梯度洗脫，流速控制為0.4 mL/min，柱溫為30 ℃，檢測(cè)不同鏈長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的峰面積。

1.3.3 質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定

參考Li等[15]方法測(cè)定淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)特性。選用TPA模式，探頭為P/0.5R，用探頭將凝膠壓縮至10 mm距離，2次壓縮，探頭測(cè)前下降速度1.0 mm/s，測(cè)試速度0.5 mm/s，測(cè)后上升速度1.0 mm/s。

1.3.4 凍融穩(wěn)定性測(cè)定

參考翟亞菲等[16]方法測(cè)定淀粉糊的凍融穩(wěn)定性。

1.3.5 凝沉性測(cè)定

參考張麗珍等[17]方法測(cè)定淀粉糊的凝沉性。

1.3.6 酶水解率

稱取100 mg淀粉于試管中，加入4 mL 0.5 mol/L 醋酸鈉緩沖溶液(pH 5.2)，充分混合后將試管放置于37 ℃恒溫振蕩水浴鍋中，平衡5 min后加入1 mL α-淀粉酶(3 000 U/mL)，在水解30、60、90、120、150、180 min時(shí)分別吸取100 μL樣品液，立即與1 mL 50%乙醇溶液混合，加入3 mL 蒸餾水，離心后取1 mL上清液，用3,5-二硝基水楊酸(DNS)法測(cè)定還原糖含量，計(jì)算酶解率。

1.3.7 體外消化特性

參考Englyst等[18]方法并稍作改進(jìn)。取100 mg淀粉樣品置于錐形瓶中，加入0.5 mol/L醋酸鈉緩沖溶液(pH 5.2)10 mL，在37 ℃平衡10 min后，加入4 mL豬胰α-淀粉酶(3 000 U/mL)和1 mL葡萄糖化酶(2 500 U/mL)，混合物在恒溫水浴搖床中進(jìn)行水解作用，分別于水解時(shí)間為20 min和120 min立即取出，沸水浴5 min使酶失活后離心，將上清液轉(zhuǎn)移到100 mL容量瓶中，定容，取0.5 mL用DNS法測(cè)定還原糖含量，計(jì)算快速消化淀粉(RDS)、慢速消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)含量。

式中：G20為水解20 min后葡萄糖含量/mg；FG為淀粉樣品中游離葡萄糖含量/mg；G120為水解120 min后葡萄糖含量/mg；TS為淀粉樣品中的總淀粉含量/mg。

2 結(jié)果與分析

2.1 直鏈淀粉含量

不同品種藜麥淀粉的直鏈淀粉含量有顯著差異(圖1)，其中海藜藜麥淀粉的直鏈淀粉含量最高，格爾木藜麥淀粉的直鏈淀粉含量最低，與Li等[19]研究結(jié)果相近(7.49%～10.88%)，所有藜麥淀粉的直鏈淀粉含量均顯著低于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉。不同淀粉的直鏈淀粉含量差異受淀粉來(lái)源和遺傳因素的內(nèi)在因素影響，也受光照、溫度等外部因素影響[20]。直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例影響淀粉的功能特性和理化性質(zhì)，如黏度、消化性和老化性等，直鏈淀粉含量高的淀粉具有更高的糊化溫度和抗消化性，成膜性好，適用于生產(chǎn)低脂食品和可生物降解薄膜；藜麥淀粉的支鏈淀粉含量高，因此具有更大的黏度，良好的凍融穩(wěn)定性和溶解度，不易老化，有利于加工成增稠劑、保濕劑和載體等[21]。

注：不同字母表示差異顯著(P<0.05)。圖1 不同淀粉的直鏈淀粉含量

2.2 支鏈淀粉鏈長(zhǎng)分布

支鏈淀粉的聚合度(DP)即為支鏈淀粉鏈的長(zhǎng)度，依據(jù)支鏈淀粉的聚合度大小可將其分為A鏈(DP 6～12)、B1鏈(DP 13～24)、B2鏈(DP 25～36)和B3鏈(DP>36)[22]。由表1可以看出不同淀粉支鏈淀粉B1鏈所占比例最大，A鏈其次，B2鏈和B3鏈比例較少。相比玉米淀粉和馬鈴薯淀粉，不同品種藜麥淀粉含有更多的A鏈，表明藜麥淀粉含有更多的短支鏈淀粉；4種藜麥淀粉中甘南藜麥淀粉含有最多的短鏈(DP 6～24)和最少的長(zhǎng)鏈(DP>36)。與Li等[23]的研究結(jié)果相比，本研究中藜麥支鏈淀粉的B1鏈分布與其一致(42.7%)，A鏈分布高于報(bào)道值(26.4%)，B3鏈和B2鏈分布低于報(bào)道值(13.1%和17.9%)，這可能與品種來(lái)源及測(cè)定方法不同有關(guān)。

表1 不同淀的支鏈淀粉鏈長(zhǎng)分布分析/%

2.3 質(zhì)構(gòu)特性

不同淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)特性存在顯著差異(表2)，藜麥淀粉凝膠的硬度顯著小于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉，而彈性、內(nèi)聚性和恢復(fù)性高于馬鈴薯淀粉，膠著性、咀嚼性高于玉米淀粉，表現(xiàn)出較好的彈性、內(nèi)聚性和恢復(fù)力，表明藜麥淀粉凝膠內(nèi)部結(jié)合緊密，抗壓能力強(qiáng)、耐剪切。藜麥淀粉凝膠的硬度與其支鏈淀粉中A鏈含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.978，P<0.05)，與B1鏈含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(r= 0.971，P<0.05)，表明淀粉凝膠的硬度與支鏈淀粉短鏈含量有關(guān)；淀粉凝膠的恢復(fù)性與支鏈淀粉中B2鏈含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.998，P<0.01)，表明支鏈淀粉的中長(zhǎng)鏈含量顯著影響淀粉凝膠的恢復(fù)性。淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)特性還與凝膠化淀粉顆粒的剛度、凝膠分散相和連續(xù)相之間的相互作用等多種因素有關(guān)[24]。淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)特性可以反映出食品的品質(zhì)特性，如形態(tài)、口感等，對(duì)于研發(fā)新食品、改善食品的感官性質(zhì)、控制食品品質(zhì)等有重要作用。

表2 不同淀粉的凝膠質(zhì)構(gòu)特性

2.4 凍融穩(wěn)定性

所有淀粉糊的析水率均隨著凍融次數(shù)的增加而增加(表3)。藜麥淀粉糊凍融1～2次后的析水率明顯高于玉米淀粉糊和馬鈴薯淀粉糊。經(jīng)過(guò)3～5次凍融，藜麥淀粉糊的析水率顯著低于玉米淀粉糊，而高于馬鈴薯淀粉糊，表明藜麥淀粉凍融穩(wěn)定性好于玉米淀粉但不如馬鈴薯淀粉。前期凍融析水率的變化可能與直鏈淀粉的結(jié)晶作用引起有關(guān)，后期的變化是由于支鏈淀粉外側(cè)短鏈的重結(jié)晶作用有關(guān)[25]。馬鈴薯淀粉糊經(jīng)3～5次凍融后，其結(jié)構(gòu)較致密，仍為凝膠狀；而藜麥淀粉糊凍融后結(jié)構(gòu)松散，持水能力降低；玉米淀粉糊經(jīng)多次凍融后，結(jié)構(gòu)疏松，內(nèi)部孔隙大，持水能力最差。淀粉的凍融穩(wěn)定性越好，應(yīng)用范圍越廣，因此藜麥淀粉和馬鈴薯淀粉比玉米淀粉更適合應(yīng)用于冷凍食品加工領(lǐng)域，有利于形成黏度高且結(jié)構(gòu)比較致密的產(chǎn)品，能在冷凍儲(chǔ)藏期間保持品質(zhì)穩(wěn)定[26]。

表3 不同淀粉的凍融穩(wěn)定性

2.5 凝沉性

不同淀粉糊的凝沉曲線如圖2所示。在整個(gè)凝沉過(guò)程中，凝沉率隨著靜置時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加，但是在不同的凝沉?xí)r間段，各淀粉糊的凝沉率存在顯著性差異。玉米淀粉糊凝沉速度最快，且凝沉率最大；藜麥淀粉糊次之，在靜置18 h后上清液體積達(dá)到穩(wěn)定；馬鈴薯淀粉糊幾乎沒(méi)有發(fā)生凝沉。4種藜麥淀粉中，海藜藜麥淀粉的凝沉率較高，可能與其直鏈淀粉含量較高有關(guān)。凝沉主要是糊化的淀粉靜置一段時(shí)間后，出現(xiàn)淀粉回生現(xiàn)象，游離的淀粉分子鏈重新聚集形成不可溶的顆?；蚴鵂罱Y(jié)構(gòu)，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)便發(fā)生沉降，直鏈淀粉含量越高越易發(fā)生凝沉[27]。支鏈淀粉分子因有支叉結(jié)構(gòu)，空間阻隔作用大，不易發(fā)生凝沉現(xiàn)象，且對(duì)直鏈淀粉分子間的結(jié)合有一定的抑制作用[28]。藜麥淀粉的直鏈淀粉含量較低，凝沉率低且速度較慢。

圖2 不同淀粉糊的凝沉曲線

2.6 酶水解特性

不同生淀粉的體外酶水解曲線如圖3所示，所有淀粉的酶水解率均隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，在0～30 min時(shí)，淀粉的水解速度快；30 min后，水解速度逐漸減慢；水解120 min后，酶水解率趨于穩(wěn)定。藜麥淀粉的酶解速度最快，不同藜麥品種淀粉間的酶解特性差異不大，最終水解率在61.37%～64.60%之間，低于孔露等[29]報(bào)道結(jié)果(69.52%～80.64%)，遠(yuǎn)高于玉米淀粉(34.33%)和馬鈴薯淀粉的水解率(31.76%)。其中，格爾木藜麥淀粉酶解速度高于其他3種藜麥淀粉，這與其支鏈淀粉的A鏈含有最高，易被酶水解有關(guān)。淀粉1 h后的酶水解程度與A鏈(DP 6～12)的含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.928，P<0.01)，這與Li等[30]研究結(jié)果一致。這是因?yàn)橹ф湹矸鄣亩替湶灰仔纬呻p螺旋，使淀粉更容易受到酶的水解[31]。淀粉顆粒大小也是影響體外消化性的重要因素，藜麥淀粉顆粒小，有較大的比表面積，會(huì)增大與消化酶的接觸，促進(jìn)淀粉水解，酶解速度快且酶水解率高，而大顆粒的馬鈴薯淀粉則相反。

圖3 不同生淀粉的酶水解率曲線

2.7 體外消化特性

不同生淀粉的快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)含量見(jiàn)表4。4種藜麥淀粉RDS、SDS含量有顯著差異，RS含量差異不顯著，藜麥淀粉的RDS含量遠(yuǎn)高于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉，表現(xiàn)出高的消化特性；SDS含量高于馬鈴薯淀粉，而低于玉米淀粉；RS含量遠(yuǎn)低于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉。這與藜麥淀粉中直/支鏈淀粉比例低，短鏈含量高，顆粒小有關(guān)[32]。不同品種藜麥淀粉的SDS+RS含量顯著低于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉，其中格爾木藜麥淀粉的RDS含量最高，SDS+RS含量最低。類似報(bào)道表明藜麥淀粉比小麥淀粉更容易被消化，比蕎麥和燕麥淀粉具有更高的血糖值[33]。從淀粉角度分析，藜麥淀粉消化快，不適合作為抗消化食品，藜麥具有良好的功能特征，主要與藜麥中的蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸、酚類化合物和植物甾醇種類和含量有關(guān)[7]。

表4 不同生淀粉的體外消化性/%

3 結(jié)論

不同品種藜麥淀粉在性質(zhì)上存在一定差異。藜麥淀粉直鏈淀粉含量低，含有大量的短鏈支鏈淀粉，其中甘南藜麥淀粉含量最多；藜麥淀粉凝膠的彈性、內(nèi)聚性和恢復(fù)性較好，膠著性和咀嚼性好于玉米淀粉但不如馬鈴薯淀粉，格爾木藜麥淀粉硬度最??；藜麥淀粉糊的凍融穩(wěn)定性較好，凝沉率低，不易回生；格爾木藜麥淀粉酶水解速率最快，快速消化淀粉含量最高，藜麥淀粉不適合作為抗消化食物。