蔗糖對不同品種赤小豆淀粉性能的影響

翟愛華，韋 智，王雪純，張東杰

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江大慶 163319；2.國家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江大慶 163319）

赤小豆是一種膳食豆類，是東亞最早種植的作物之一。由于其營養(yǎng)豐富的蛋白質(zhì)和淀粉，以及甜美的口感，常常被廣泛用作慶?；顒又刑瘘c的原料[1]。淀粉類食品是最常見的一類食品，為健康飲食提供了能量和營養(yǎng)，而蔗糖是可食用淀粉類食品加工過程中十分常見的一類添加劑。因此，為了改進(jìn)淀粉類食品的風(fēng)味與營養(yǎng)，確定食品的最佳工藝條件需要進(jìn)一步研究添加蔗糖對此類食品中淀粉的理化性質(zhì)所產(chǎn)生的影響[2-3]。

近些年來國內(nèi)外關(guān)于添加糖對淀粉理化指標(biāo)的影響也有了許多研究。張珊等[4]研究糖對淀粉熱力學(xué)特性的影響，發(fā)現(xiàn)添加蔗糖能夠顯著增加淀粉的糊化溫度（P＜0.05），并且隨著蔗糖濃度的增加而升高；趙小梅等[5]研究淮山藥淀粉糊化及質(zhì)構(gòu)特性，發(fā)現(xiàn)淀粉的糊化焓也隨蔗糖濃度的增加而升高，而蠟質(zhì)淀粉變化不顯著；Desam等[6]發(fā)現(xiàn)增加蔗糖的濃度會降低淀粉的熱穩(wěn)定性，同時增加淀粉凝膠的黏性和咀嚼性。張曉宇[7]、楊玉玲等[8]研究糖對淀粉凝膠特性的影響，得出隨著蔗糖濃度的增加，淀粉凝膠的硬度和彈性均顯著增加，并且增加淀粉凝膠的凍融穩(wěn)定性。Anil等[9]、Xing等[10]利用快速黏度分析儀（rapid viscosity analysis，RVA）分析糖對淀粉糊化特性的影響，發(fā)現(xiàn)蔗糖對淀粉溶脹率的提升，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，同時可提高淀粉的峰值黏性和最終黏性，蔗糖在提高淀粉的峰值黏度方面比葡萄糖更有效。Slade等[11]通過研究蔗糖在蛋糕烘烤中的功能及其對蛋糕品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)在蛋糕老化過程中，蔗糖漿既是一種增塑劑又是一種溶劑，以減少糊狀淀粉的有害作用和水分的損失，以增加蛋糕的潤澤口感。焦昆鵬等[12]利用體外酶解探究添加水溶性大豆多糖對馬鈴薯淀粉消化特性的影響，結(jié)果顯示：水溶性大豆多糖在一定程度上降低了馬鈴薯淀粉的消化率。以上研究大多是關(guān)于蔗糖對淀粉糊化和凝膠性質(zhì)影響的研究，而關(guān)于蔗糖對赤小豆淀粉的研究較少。

本研究選用黑龍江最常見的三種赤小豆品種（珍珠紅、寶清紅、大紅袍）為主要原料，從赤小豆中提取淀粉，并研究添加蔗糖前后對不同品種赤小豆淀粉的糊化性能以及消化性能的影響，對其進(jìn)行分析，并明確其變化，為在蔗糖改變淀粉類食品中的應(yīng)用提出技術(shù)參數(shù)和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

赤小豆（大紅袍、寶清紅、珍珠紅） 來自黑龍江大慶市泰來縣農(nóng)場；蔗糖（分析純） 天津大茂化工藥劑廠。

Bettersize2000激光散射粒度分析儀 丹東市百特儀器有限公司；RVA4500型快速黏度分析儀瑞典波通儀器公司；DSC1型差示掃描量熱儀 瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司；TA.XT Plus質(zhì)構(gòu)儀美國Stable mini color grader MICGIA公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 赤小豆淀粉的制備 赤小豆淀粉采用Reddy等[13]的堿法提取。將赤小豆（100 g）在室溫下浸入500 mL 0.3% Na2SO3溶液中24 h。去皮沖洗后，在攪拌機中粉碎5 min，通過100和200目篩對漿液進(jìn)行篩分。將濾液加入蒸餾水中（比例為1:5），并在室溫下靜置12 h。去除上清液，將沉淀溶解在400 mL 0.02% NaOH中，并在4 ℃下沉淀2 h，然后倒出上清液。用蒸餾水洗滌沉淀的淀粉，直到pH為中性，然后在4000 r/min下離心10 min，然后在40 ℃下干燥24 h。將干淀粉研磨并通過100目篩，得到赤小豆淀粉。稱取1.0 g赤小豆淀粉樣品，加入100 mL蒸餾水?dāng)嚢杈鶆?，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉乳，試驗組以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的蔗糖溶液代替蒸餾水配制淀粉乳[14]。

1.2.2 理化指標(biāo)測定 水分含量測定參考GB 5009-2016[15]直接干燥法；淀粉含量測定參考GB 5009.9-2016[16]酸水解法；蛋白含量測定參考GB 5009.5-2016[17]凱氏定氮法；直鏈淀粉含量測定參考GB/T 15683-2008[18]；脂肪含量測定參考GB 5009.6-2016[19]索氏抽提法；透光率測定采用Craig等[20]的測定方法。取10 g樣品，每個樣品測定三次。

1.2.3 粒度分布測定 淀粉乳粒度分布參考Sukhija等[21]提出的方法測定。測定條件：樣品質(zhì)量分?jǐn)?shù)為34%，介質(zhì)折射率1，樣品折射率1.51。首先，將無水乙醇引入循環(huán)進(jìn)料樣品井，然后，對分散劑、環(huán)境散射光和電子噪聲進(jìn)行背景測量。減去背景后，邊攪拌邊添加樣品，最后調(diào)整樣品泵和攪拌器，以便將轉(zhuǎn)盤速度降低一半，以進(jìn)行樣品測定。

1.2.4 差示掃描量熱測定 淀粉差示掃描量熱測定參考Reddy等[22]提出的方法測定。將3.5 mg（干基）淀粉與7 μL蒸餾水混合后，添加到差示掃描量熱儀（DSC）樣品架中。測定條件：保護(hù)氣體為氮氣，流速50 mL/min，溫度范圍20～120 ℃，加熱速率10 ℃/min。

1.2.5 糊化特性測定 淀粉糊化特性參考Dorota等[23]提出的方法測定。將3.0 g（干基）淀粉與蒸餾水（25 mL）混合，置于快速粘度分析儀（RVA）測定罐中，用塑料槳手動均質(zhì)，以防止結(jié)塊。測定條件：將分散液在50 ℃的條件下以960 r/min的速率攪拌10 s，然后將轉(zhuǎn)速降至160 r/min，保持1 min，然后加熱至95 ℃并保持2.5 min，最后降溫至50 ℃并保持2 min。

1.2.6 凝沉性測定 參照Zhang等[24]提出的方法測定。將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉完整倒入100 mL帶有具體刻度的量筒中，靜置，每間隔12 h記錄一次淀粉糊發(fā)生沉降的刻度，觀察淀粉糊的凝沉情況，淀粉糊凝沉性是以上清液體積所占總體積的百分比來表示。

1.2.7 凝膠特性測定 參照Zhang等[24]的方法測定。將糊化后質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉乳密封，于4 ℃的冰箱中冷藏12 h，放置在質(zhì)構(gòu)儀上開始檢測。測定條件：探頭采用P/6，測前速度2.0 mm/s，測中與測后速度均為 1.0 mm/s，時間間隔為2 s，探頭下壓高度為 5 mm，觸發(fā)力5 g。

1.2.8 體外消化特性測定 采用Wang等[25]的方法測定赤小豆淀粉的消化特性。稱量0.2 g樣品于錐形瓶中，加入15 mL 0.2 mol·L-1醋酸鈉緩沖液（pH5.2），混勻后加入10 mL混合酶液（含290 U·mL-1豬胰α-淀粉酶和15 U·mL-1糖化酶），放置在37 ℃恒溫水浴中振蕩120 min。在20、120 min各取0.5 mL酶解液，加入4 mL無水乙醇，于4000 r·min-1離心10 min。取離心上清液，采用D-葡萄糖檢測試劑盒測定葡萄糖含量。每個樣品的快速消化淀粉（RDS）、慢速消化淀粉（SDS）、抗性淀粉（RS）的計算公式如下：

式中：G0為淀粉中游離的葡萄糖質(zhì)量（mg）；G20為20 min時釋放的葡萄糖質(zhì)量（mg）；G120為120 min時釋放的葡萄糖質(zhì)量（mg）；W為淀粉樣品的質(zhì)量（mg）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗每個處理重復(fù)三次，數(shù)據(jù)以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差的形式呈現(xiàn)；采用Excel、SPSS25.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，用GraphPad Prism 8軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 赤小豆淀粉理化指標(biāo)分析

由表1可知，三種赤小豆淀粉的理化成分差異顯著（P＜0.05）。水分含量在8.58%～11.04%之間，由于提取淀粉時采用了相同的干燥時間和溫度，因此，三種淀粉的水分含量在可接受范圍內(nèi)（＜15%）[26]。淀粉含量在73.29%～75.16%之間，大紅袍的含量最高，珍珠紅的含量最低。淀粉受到植物來源、氣候、農(nóng)藝條件以及收獲與分離過程的影響。三種赤小豆淀粉的蛋白質(zhì)與脂肪含量均較少，范圍分別為0.28%～0.35%、0.03%～0.07%，脂肪與蛋白質(zhì)主要為淀粉提取過程中的少量殘留。這與豆科植物淀粉顆粒中常見的低蛋白質(zhì)和脂肪含量一致[27]；蛋白質(zhì)和脂肪含量低反映了提取過程對純化淀粉的有效性。直鏈淀粉含量在28.35%～35.43%，通常來講，直鏈淀粉含量對淀粉類產(chǎn)品的功能和質(zhì)量性能的影響有著重要的作用，而直鏈淀粉含量差異可能是由基因型以及土壤和氣候條件造成的。此外，淀粉溶液的透光率與淀粉分子的分支大小有關(guān)，直鏈淀粉含量越高，淀粉越容易重結(jié)晶，產(chǎn)生回生現(xiàn)象，進(jìn)而使得透光率降低[28]。因此，直鏈淀粉含量最高的珍珠紅，透光率最低為5.93%。

表1 赤小豆淀粉理化指標(biāo)Table 1 Physicochemical indexes of adzuki bean starch

2.2 蔗糖對不同赤小豆淀粉乳粒徑的影響

由表2得知，三種赤小豆淀粉的平均粒徑范圍在35.58～43.29 μm之間，其中大紅袍赤小豆淀粉平均粒徑最低，珍珠紅赤小豆淀粉平均粒徑最高；粒度分布是具有不同粒度范圍的粒子數(shù)與粒子總數(shù)的比率，該指標(biāo)影響淀粉的使用和產(chǎn)品質(zhì)量，唐偲雨等[28]研究發(fā)現(xiàn)，粒徑較大的赤小豆淀粉糊化穩(wěn)定性好，凝膠性強，易于老化。當(dāng)?shù)矸哿捷^大時，淀粉在加熱過程中會表現(xiàn)出較低的凝膠化溫度，這是因為熱能使得淀粉顆粒的吸水性和溶脹性之間的相互作用導(dǎo)致淀粉無定形區(qū)域中的α-1,6糖苷鍵結(jié)構(gòu)松動，小分子淀粉與其他鏈交聯(lián)形成更大的顆粒結(jié)構(gòu)[29]。因此，粒徑相對較大的珍珠紅赤小豆淀粉，加工以后口感較差。當(dāng)加入10%蔗糖后，三種赤小豆淀粉的平均粒徑均顯著 （P＜0.05）降低。武曉娟等[30]認(rèn)為，豆子的大小對豆子的化學(xué)組成、未加糖豆沙的顆粒大小、紅色度和組織特性有顯著影響。

表2 不同赤小豆淀粉乳的粒徑分布Table 2 Particle size distribution of different red adzuki bean starch

2.3 蔗糖對不同赤小豆淀粉熱性能的影響

從表3可以看出，大紅袍淀粉的糊化起始溫度與熱焓值最高分別為62.92 ℃、7.47 J/g；寶清紅淀粉的糊化起始溫度與熱焓值居中分別為60.38 ℃、7.34 J/g；珍珠紅淀粉的糊化起始溫度與熱焓值最低分別為59.75 ℃、6.55 J/g。這是由于分子間的結(jié)合能力，隨著淀粉中直鏈淀粉含量的增加而變?nèi)?，隨著溫度的升高淀粉的親水基團(tuán)易與水分子結(jié)合，容易糊化，而熱焓值的差異是由于淀粉結(jié)晶區(qū)的雙螺旋鍵合力與其結(jié)構(gòu)和數(shù)量而導(dǎo)致；因此，直鏈淀粉含量高的珍珠紅，雙螺旋鏈比重低，隨著溫度的升高淀粉結(jié)晶區(qū)的相互作用力減弱，所需糊化焓少。加入10%蔗糖后，三種赤小豆淀粉的糊化溫度和熱焓值均顯著增加（P＜0.05）。當(dāng)體系中溫度低時，水分子很難打破淀粉分子的有序結(jié)構(gòu)，所以必須升高體系工作溫度提供更多的熱能才能打破其結(jié)構(gòu)，使得糊化程度降低[30]。同時，由于蔗糖分子與水分子建立比較穩(wěn)定的氫鍵，減少了水分子的自由度，阻止了水分子進(jìn)入淀粉顆粒的無定形區(qū)；所以當(dāng)氣溫低時，沒有足夠的水分子分解淀粉的晶體結(jié)構(gòu)，而高溫可以打破淀粉分子與羥基的結(jié)合以及蔗糖分子與水分子之間的氫鍵，使淀粉分子達(dá)到完全糊化狀態(tài)[30]。

表3 不同赤小豆淀粉的熱力學(xué)參數(shù)Table 3 Thermodynamic properties of different red adzuki bean starch

2.4 蔗糖對不同赤小豆淀粉糊化特性的影響

利用RVA測得3種赤豆淀粉的糊化特性指標(biāo)如表4所示。三種淀粉的峰值黏度在8614～11461 cP之間，谷值黏度在6329～5023 cP之間，其中珍珠紅淀粉峰值黏度最高，谷值黏度最低；大紅袍淀粉峰值黏度最低谷值黏度最高。這是因為，直鏈淀粉含量高的珍珠紅淀粉分子間的結(jié)合能力較差，再升溫過程中淀粉易被瓦解，使得峰值黏度變高；而直鏈淀粉含量高支鏈淀粉占比低，且支鏈淀粉具有較高的結(jié)合度，因此在糊化后期最終黏度降低[13]。當(dāng)添加10%的蔗糖后，三種淀粉的峰值黏度、谷值黏度均顯著下降（P＜0.05），衰減值、最終黏度和回生值均顯著上升。這是因為蔗糖分子增加了淀粉鏈的交聯(lián)面積，同時體系中的蔗糖分子與淀粉完全締合，而剩余的蔗糖分子與蛋白質(zhì)、脂肪和其他化合物形成糖—蛋白、糖—脂和其他聚合物，這些聚合物增大了攪拌槳的阻力，從而導(dǎo)致表觀黏度大大增加[14]。

表4 不同赤小豆淀粉的糊化性能參數(shù)Table 4 Gelatinization characteristics of different red adzuki bean starch

2.5 蔗糖對不同赤小豆淀粉凝沉性的影響

根據(jù)圖1得知，三種淀粉均發(fā)生了凝沉現(xiàn)象，當(dāng)放置36 h之后淀粉的凝沉速率變緩，穩(wěn)定性變好。而三種淀粉中的珍珠紅凝沉性強于其他淀粉。這是因為直鏈淀粉的鏈狀結(jié)構(gòu)在溶液中空間屏障小，易于定向，容易回生[31]，結(jié)果導(dǎo)致直鏈淀粉含量最高的珍珠紅凝沉性最強。當(dāng)加入10%的蔗糖后，淀粉的凝沉速率顯著（P＜0.05）減緩，增強了淀粉糊的穩(wěn)定性，因為蔗糖分子與像淀粉分子一樣帶有羥基的親水性化合物，二者均可通過氫鍵產(chǎn)生“親和性”，當(dāng)向體系中加入蔗糖后，蔗糖分子抑制淀粉分子間的氫鍵締合，使得淀粉分子不易形成凝膠[32]，因此降低了凝沉性。

圖1 不同赤小豆淀粉的凝沉性Fig.1 Retrogradation of different red adzuki bean starch

2.6 蔗糖對不同赤小豆淀粉凝膠特性的影響

凝膠是糊化后的淀粉經(jīng)過冷卻處理，淀粉分子再次以分子間氫鍵的形態(tài)所組成的三維空間網(wǎng)狀[33]；淀粉分子間的作用力強弱決定凝膠強度，淀粉凝膠的老化程度決定黏性強弱[34]。三種淀粉的凝膠強度如圖2所示。由圖2可以看出，珍珠紅的凝膠強度最大，穩(wěn)定性最強；大紅袍的凝膠強度最小，穩(wěn)定性最弱。這是因為淀粉的凝膠強度與直鏈淀粉含量具有較大關(guān)系，體系中的直鏈淀粉含量越高，分子間的間距越小，相互結(jié)合能力越強，進(jìn)而凝膠強度增大[35]。當(dāng)添加10%的蔗糖后，三種淀粉的凝膠強度和黏度有所下降但不顯著。Matthew等[36]研究發(fā)現(xiàn)糖分子與淀粉鏈的相互作用可以增加淀粉顆粒的硬度，增加淀粉顆粒膨脹的時間，在顆粒破裂前達(dá)到更高的峰值黏度。當(dāng)蔗糖添加量達(dá)到一定濃度時，淀粉的凝膠硬度降低是由于直鏈淀粉的浸出量減少，降低了連續(xù)網(wǎng)絡(luò)中的直鏈淀粉濃度[36]。

圖2 不同赤小豆淀粉的凝膠特性Fig.2 Gel properties of different red adzuki bean starch

2.7 蔗糖對不同赤小豆淀粉消化特性的影響

三種赤小豆淀粉的RDS、SDS和RS含量如圖3所示。由圖3可以看出，三種淀粉的RDS、SDS、RS含量間差異顯著（P＜0.05），珍珠紅含量最高、大紅袍含量最低。主要原因在于，大紅袍在三種淀粉中的平均粒徑最小，單位質(zhì)量比表面積小，導(dǎo)致酶的擴(kuò)散與吸收效果變差，減緩了酶解作用。此外，由于珍珠紅淀粉中直鏈淀粉含量最高，直鏈淀粉具有穩(wěn)定不易被破壞的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，因此對淀粉酶的抗性較強[37]。Li等[38]研究發(fā)現(xiàn)，高直鏈淀粉小麥粉產(chǎn)品相較普通小麥粉產(chǎn)品，消化速率慢，抗性淀粉含量高，因此具有增強營養(yǎng)功能的潛力。當(dāng)添加10%的蔗糖后，三種赤小豆淀粉的RDS含量均顯著（P＜0.05）下降；而三種赤小豆淀粉的SDS與RS含量有上升趨勢但不顯著。說明蔗糖具有潛在調(diào)節(jié)淀粉消化特性的作用，這是因為蔗糖具有競爭水分和包裹作用，當(dāng)蔗糖分子包裹在淀粉顆粒表面時，即阻礙了淀粉酶對淀粉的作用；又抑制了淀粉的吸水膨脹，從而導(dǎo)致淀粉顆粒糊化不完全，因此降低了淀粉消化性[39]。當(dāng)?shù)矸劢?jīng)過熱處理時，會促進(jìn)支鏈淀粉雙螺旋束和直鏈淀粉-蔗糖復(fù)合物的增多，使得SDS和RS的含量增加。

圖3 不同赤小豆淀粉的消化特性Fig.3 Digestive properties of different red adzuki bean starch

3 結(jié)論

以三個不同品種赤小豆中提取的淀粉為原料，對添加蔗糖前后淀粉的粒度分布、糊化性能、和體外消化性能研究。結(jié)果表明：直鏈淀粉含量最高的珍珠紅淀粉起始糊化溫度、最終黏度、熱焓值和峰值黏度最低而粒徑最大；SDS、RDS、RS含量顯著高于其他淀粉（P＜0.05），不易被消化。當(dāng)加入10%的蔗糖時，三種赤小豆淀粉的平均粒徑均顯著減?。≒＜0.05），起始糊化溫度和最終黏度顯著升高（P＜0.05），峰值黏度顯著降低（P＜0.05），但對凝膠強度和消化性的影響不大，后續(xù)實驗還需要進(jìn)一步研究添加蔗糖對赤小豆淀粉的微觀結(jié)構(gòu)，分子性能等影響變化，以揭示微觀結(jié)構(gòu)對糊化性能的聯(lián)系。