黃米抗性淀粉的壓熱法制備及其添加量對(duì)餅干質(zhì)構(gòu)和GI值的影響

張素敏，崔 艷，王曉聞

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山西晉中 030801）

黃米，由糜子籽粒去皮后制成，栽培歷史十分悠久，在我國(guó)古代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域占有重要地位[1?2]。黃米營(yíng)養(yǎng)參數(shù)與比普通谷物類更優(yōu)。研究表明黃米的蛋白質(zhì)含量近似于玉米，約為11.3%～12.7%，脂肪的平均含量為3.23%[3?4]，脂肪酸含量較高，尤其是不飽和脂肪酸含量超過(guò)了總脂肪酸含量的九成。黃米還是高鈣、高鐵食物，其含量是大米、小麥、玉米等作物的數(shù)倍[5]。黃米中淀粉含量與大米、小米等的淀粉含量相近[6,7]，約為67.6%～75.1%，是制備抗性淀粉的優(yōu)良原料。

抗性淀粉是指一類不能夠被人體小腸吸收利用的淀粉及其分解產(chǎn)物[8?10]?？剐缘矸鄣姆纸庑枰谀c道菌群的協(xié)助下進(jìn)行，但其同樣可以促進(jìn)腸道有益菌群的生長(zhǎng)繁殖，增大糞便體積，促進(jìn)腸道的蠕動(dòng)，不僅可以顯著預(yù)防痔瘡、便秘等疾病，還可以稀釋一些刺激癌細(xì)胞生長(zhǎng)的有毒物質(zhì)[11?13]。同時(shí)，抗性淀粉還會(huì)參與調(diào)控機(jī)體糖代謝、脂質(zhì)代謝、脂肪酸的攝入與氧化等生理過(guò)程，在維持或改善機(jī)體血糖水平、脂質(zhì)代謝平衡方面都發(fā)揮著重要的作用[14?16]。由于其具有能夠抑制餐后血糖的快速升高，以及可以減少人體血清中的膽固醇和甘油三酯的含量等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。制備抗性淀粉的方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法，物理法主要有壓熱法、超聲法和微波法[17?19]，常用的物理方法有濕熱處理、壓熱處理等。

餅干是我們生活中最常見(jiàn)也是最重要的焙烤食品之一，傳統(tǒng)的餅干也是常見(jiàn)的高GI值的食品，降低餅干的GI將會(huì)成為開(kāi)發(fā)新型餅干產(chǎn)品的主要目標(biāo)之一[20?22]。有研究表明抗性淀粉可以有效地緩解高血糖癥[23?24]，目前將抗性淀粉添加到餅干的加工中已經(jīng)成為餅干加工研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。

因此，本文以黃米淀粉為原料，研究壓熱法制備黃米抗性淀粉的工藝，再對(duì)制備的抗性淀粉的透光率、溶解度、膨脹力等理化性質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)定，最后將制備的抗性淀粉代替部分面粉制作抗性淀粉餅干，研究了不同抗性淀粉的添加量對(duì)質(zhì)構(gòu)特性和血糖生成指數(shù)等的影響，以期為黃米的開(kāi)發(fā)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黃米 山西東方亮生命科技股份有限公司；低筋面粉、黃油、蔗糖、膨松劑、食鹽、雞蛋等餅干原料均為食品級(jí)，購(gòu)于本地超市；植物抗性淀粉（rs）酶聯(lián)免疫分析試劑盒 上海將來(lái)實(shí)業(yè)股份有限公司；普魯蘭酶（2000 u/mL） 北京酷爾化學(xué)科技有限公司；淀粉轉(zhuǎn)葡萄糖苷酶（50000 u/g） 江蘇博立生物制品有限公司；胃蛋白酶（250 u/mg） 合肥千盛生物科技有限公司；α-淀粉酶（3700 u/g） 北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司；胰酶（250 u/mg） 廣州達(dá)暉生物技術(shù)股份有限公司；NaOH、HCL、Tris-HCL、無(wú)水乙醇、KBr、NaCl、MgCl2、CaCl2等試劑 均為分析純，購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

WFM-10型超微粉碎震蕩磨 江陰市祥達(dá)機(jī)器制造有限公司；KDC-1044L型大容量低速離心機(jī)安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司；SCIENTZ-30YD/A型冷凍干燥機(jī) 寧波新芝凍干設(shè)備股份有限公司；DZKW-4型電子恒溫水浴鍋 北京中興偉業(yè)儀器有限公司；JJ-1型大功率電動(dòng)攪拌器 常州國(guó)華電器有限公司；SpectraMax i3x型多功能酶標(biāo)儀 美國(guó)Molecular Devices公司；LS-75HD型立式壓力蒸汽滅菌器 江陰濱江醫(yī)療設(shè)備有限公司；TMS-Pro型質(zhì)構(gòu)儀 美國(guó)Food Technology Corporation公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 黃米抗性淀粉的制備 稱取適量黃米淀粉于250 mL的錐形瓶中，加入蒸餾水，配成一定濃度的黃米淀粉乳，用玻璃棒攪拌均勻，放入立式壓力蒸汽滅菌器中進(jìn)行壓熱處理，取出后，在室溫下自然冷卻，放入4 ℃冰箱中貯藏24 h后，將內(nèi)容物在?18 ℃冰箱中冷凍過(guò)夜，再進(jìn)行冷凍干燥處理，從而得到黃米抗性淀粉。

1.2.2 黃米抗性淀粉含量的測(cè)定 根據(jù)植物抗性淀粉（RS）酶聯(lián)免疫分析試劑盒的使用方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，將酶標(biāo)板置于酶標(biāo)儀中，在450 nm下測(cè)定各孔吸光度；制作標(biāo)準(zhǔn)曲線（y=0.0028X?0.0358，R2=0.9997）根據(jù)所得吸光度確定稀釋樣品中抗性淀粉含量，乘以稀釋倍數(shù)，除以樣品質(zhì)量，即可得到樣品中抗性淀粉含量。抗性淀粉的產(chǎn)率按以下公式計(jì)算：

1.2.3 黃米抗性淀粉制備最佳條件的篩選

1.2.3.1 黃米淀粉乳濃度對(duì)抗性淀粉產(chǎn)率的影響稱取適量黃米淀粉于250 mL的錐形瓶中，加入蒸餾水，分別配成5%、10%、15%、20%的黃米淀粉乳，用玻璃棒攪拌均勻，放入立式壓力蒸汽滅菌鍋中，在120 ℃條件下壓熱40 min，壓熱后在室溫下自然冷卻，放入4 ℃冰箱中貯藏24 h后，將內(nèi)容物進(jìn)行凍干處理，取出粉碎，過(guò)100目篩。

1.2.3.2 壓熱時(shí)間對(duì)抗性淀粉產(chǎn)率的影響 稱取15 g黃米淀粉于錐形瓶中，配成15%的黃米淀粉乳，放置于立式壓力蒸汽滅菌鍋中，分別設(shè)置壓熱時(shí)間為30、40、50、60 min，壓熱溫度為120 ℃。壓熱后在室溫下自然冷卻，放入4 ℃冰箱中貯藏24 h后，將內(nèi)容物進(jìn)行凍干處理，取出粉碎，過(guò)100目篩。

1.2.3.3 壓熱溫度對(duì)抗性淀粉產(chǎn)率的影響 將濃度為15%的黃米淀粉乳，放置于立式壓力蒸汽滅菌鍋中，分別在100、110、120、130 ℃，壓熱時(shí)間為40 min條件下進(jìn)行壓熱處理，壓熱后在室溫下自然冷卻，放入冰箱中貯藏24 h后，將內(nèi)容物進(jìn)行凍干處理，取出粉碎，過(guò)100目篩。

1.2.4 壓熱處理前后黃米淀粉理化性質(zhì)的測(cè)定

1.2.4.1 壓熱處理前后黃米淀粉透光率的測(cè)定 配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的壓熱前后的黃米淀粉乳，在沸水中水浴30 min后冷卻至室溫（25 ℃左右），將其倒入比色皿中，同時(shí)利用蒸餾水作為本次試驗(yàn)的空白組，置于620 nm波長(zhǎng)的分光光度計(jì)下測(cè)定其透光率T[25]。

1.2.4.2 壓熱處理前后黃米淀粉溶解度和膨脹力的測(cè)定 準(zhǔn)確稱取一定量（M）的壓熱前后的黃米淀粉，加入適量蒸餾水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉乳，分別設(shè)置雙數(shù)顯恒溫磁力攪拌器的溫度為40、50、60、70、80 ℃，對(duì)淀粉乳進(jìn)行加熱攪拌30 min，然后將樣品倒入離心管中，在3000 r/min下離心10 min，收集上清液，在105 ℃下干燥后恒重后稱其質(zhì)量（m），沉淀重量為m1[26]。按照公式計(jì)算溶解度（%）和膨脹力（g/g）。

1.2.5 黃米淀粉和黃米抗性淀粉的電鏡測(cè)試 根據(jù)陳燕[27]的研究方法利用掃描電子顯微鏡對(duì)黃米淀粉及黃米抗性淀粉的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)定。將淀粉樣品研磨成粉，稱取一定質(zhì)量壓熱處理前后淀粉樣品均勻置于樣品臺(tái)上，進(jìn)行噴金處理，在500倍下拍攝樣品形貌。

1.2.6 黃米抗性淀粉的添加對(duì)餅干的質(zhì)構(gòu)及GI值的影響

1.2.6.1 黃米抗性淀粉韌性餅干的制作 基礎(chǔ)配方：低筋面粉200 g，黃油30 g，白砂糖16 g，水40 mL，全蛋液60 g，食鹽2 g，膨松劑2 g。在基礎(chǔ)配方的基礎(chǔ)上分別加入0、50、100 g黃米抗性淀粉代替面粉制作抗性淀粉餅干。將黃油、水、食鹽、白砂糖隔溫水溶化后稍放涼把蛋液加入，攪勻，低筋面粉、抗性淀粉與膨松劑混勻過(guò)篩，將上述液體倒入面粉中。揉5 min，加保鮮膜室溫放置30 min，搟平，用模具壓花，放入烤箱內(nèi)焙烤，設(shè)置焙烤溫度為上火160 ℃，下火180 ℃，焙烤時(shí)間為10 min。

1.2.6.2 黃米抗性淀粉餅干的質(zhì)構(gòu)特性檢測(cè) 采用三點(diǎn)彎曲測(cè)試黃米餅干質(zhì)構(gòu)。程序選擇三點(diǎn)彎曲（100 N力量感應(yīng)元）；當(dāng)探頭移動(dòng)到兩個(gè)支撐點(diǎn)下2 cm時(shí)給予探頭一個(gè)阻力，從而使探頭停止運(yùn)動(dòng)完成位移零點(diǎn)設(shè)置；設(shè)置回程距離為30 mm；放置樣品進(jìn)行檢驗(yàn)，并進(jìn)行三次平行試驗(yàn)，取平均值。

1.2.6.3 黃米抗性淀粉餅干體外消化實(shí)驗(yàn) 首先制作葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到回歸方程y=0.4471x?0.00214，R2=0.9991。將面粉餅干、添加25%和50%的黃米抗性淀粉餅干研磨成粉并各稱取1 g，置于50 mL錐形瓶中，加入3 mL磷酸緩沖液（0.1 moL/mL，pH6.9）和1 mLα-淀粉酶溶液，搖勻，加入10 mL磷酸緩沖液（0.1 mol/mL，pH6.9）、6 mL NaCl溶液（0.4 g/L）和0.05 g胃蛋白酶，使用2 moL/mL的HCl溶液調(diào)至pH為1.5，于37 ℃下攪拌30 min，加入10 mL磷酸緩沖液（0.1 moL/mL，pH6.9），加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的NaOH調(diào)至溶液pH為6.9，加入0.2 mL MgCl2-CaCl2溶液、0.2 mL胰酶溶液、0.4 mL淀粉轉(zhuǎn)葡萄糖苷酶溶液，加入蒸餾水至50 mL，于37 ℃搖床中，170 r/min搖床振蕩反應(yīng)，取1 mL水解樣液，置于沸水中5 min，滅酶，冷卻至室溫，取上清液進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)[12]。

取4 mL斐林試劑和6 mL蒸餾水混勻，作為空白試劑，測(cè)定溶液在590 nm的吸光度。

取1 mL水解液于試管中，加入0.1 mL淀粉轉(zhuǎn)葡萄糖苷酶溶液和3.9 mL蒸餾水，混勻。取2 mL混合后的溶液，加入4 mL斐林試劑和3 mL蒸餾水，混勻，測(cè)定溶液在590 nm的吸光度。帶入標(biāo)準(zhǔn)曲線中，計(jì)算得出葡萄糖含量，得到淀粉水解率，并繪制水解率與時(shí)間的關(guān)系曲線。

以淀粉水解率為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)，繪制淀粉水解率曲線，計(jì)算曲線下面積（AUC）進(jìn)而計(jì)算得出HI，HI=AUC樣品/AUC白面包×100

以白面包（或葡萄糖）作為對(duì)照，進(jìn)而計(jì)算得出GI，G I=0.862HI+8.189。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本文中所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)都采用SPSS16.0進(jìn)行分析。所有的圖都是采用GraphPad Prism5進(jìn)行繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 淀粉乳濃度對(duì)抗性淀粉產(chǎn)率的影響 如圖1所示，過(guò)低或過(guò)高的淀粉乳濃度都會(huì)降低抗性淀粉的產(chǎn)率，當(dāng)?shù)矸廴闈舛葹?0%時(shí)，抗性淀粉產(chǎn)率最高。這說(shuō)明過(guò)大或過(guò)小的淀粉乳濃度都不利于抗性淀粉的生成。當(dāng)?shù)矸廴闈舛冗^(guò)低時(shí)，淀粉分子之間相互分離，不容易締合，從而使其在重結(jié)晶的過(guò)程中不利于抗性淀粉的形成；淀粉乳濃度過(guò)大時(shí)，由于黏度較大，水分含量較低，淀粉顆粒無(wú)法充分溶脹，使得淀粉分子之間不易接近，難以形成有序排列，使得抗性淀粉產(chǎn)率降低[28]。因此，適宜的淀粉乳濃度選擇為10%。

圖1 淀粉乳濃度對(duì)黃米抗性淀粉產(chǎn)率的影響Fig.1 Effect of starch milk concentration on the yield of glutinous millet resistant starch

2.1.2 壓熱時(shí)間對(duì)抗性淀粉產(chǎn)率的影響 如圖2所示為120 ℃條件下壓熱不同時(shí)間后抗性淀粉的產(chǎn)率。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，抗性淀粉產(chǎn)率呈先增加后減小的趨勢(shì)。這是由于在較短時(shí)間內(nèi)，直鏈和支鏈淀粉分子運(yùn)動(dòng)不充分，并未被完全釋放，一定程度上影響了抗性淀粉的產(chǎn)生，而壓熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)又導(dǎo)致淀粉分子分解過(guò)度，支鏈和直鏈淀粉被完全釋放，甚至分解出更多的支鏈淀粉，它們之間劇烈運(yùn)動(dòng)，不易結(jié)晶[29]。因此，適宜的壓熱時(shí)間選擇為40 min。

圖2 壓熱時(shí)間對(duì)黃米抗性淀粉產(chǎn)率的影響Fig.2 Effect of autoclave time on the yield of glutinous millet resistant starch

2.1.3 壓熱溫度對(duì)抗性淀粉產(chǎn)率的影響 如圖3所示，隨著壓熱溫度的升高，黃米抗性淀粉的產(chǎn)率也在不斷增加，在120 ℃條件下抗性淀粉產(chǎn)率最高。隨著壓熱溫度的繼續(xù)升高，黃米抗性淀粉的產(chǎn)率又呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。這就說(shuō)明，抗性淀粉只有在適當(dāng)高溫的條件下才可以提高其含量。因?yàn)榇藭r(shí)黃米淀粉乳黏度降低，一定程度上促進(jìn)了淀粉分子間的氫鍵遭到破壞，大量的支鏈和直鏈淀粉分子溶出后再重新聚合排列形成致密的晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增加了黃米抗性淀粉的產(chǎn)率[30]。因此，適宜的壓熱溫度選擇為120 ℃。

圖3 壓熱溫度對(duì)黃米抗性淀粉產(chǎn)率的影響Fig.3 Effect of autoclave temperature on the yield of glutinous millet resistant starch

2.2 黃米淀粉及抗性淀粉理化性質(zhì)分析

2.2.1 黃米淀粉及抗性淀粉透光率的測(cè)定 由表1可知，經(jīng)過(guò)壓熱處理之后的黃米淀粉透光率顯著下降（P<0.05），這是由于抗性淀粉中的直鏈淀粉相互聚集使得淀粉發(fā)生凝沉，分子之間的締合作用使得光通過(guò)淀粉乳時(shí)發(fā)生散射現(xiàn)象，從而引起抗性淀粉透光率的下降[31]。

表1 黃米淀粉和黃米抗性淀粉透光率的比較Table 1 Comparison of light transmittance between yellow rice starch and yellow rice resistant starch

2.2.2 黃米淀粉及抗性淀粉溶解度的測(cè)定 黃米淀粉與黃米抗性淀粉在不同溫度下的溶解度和膨脹力如圖4、圖5所示。由圖4可以看出，當(dāng)溫度在40～60 ℃范圍內(nèi)時(shí)，二者的溶解度差異并不顯著，但隨著溫度的持續(xù)升高（70～90 ℃），兩種淀粉的溶解度均呈現(xiàn)明顯上升的趨勢(shì)，且原淀粉的溶解度顯著高于抗性淀粉（P<0.05），這是由于原淀粉在經(jīng)過(guò)高溫高壓處理之后容易形成致密的結(jié)晶，結(jié)晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，同時(shí)也增強(qiáng)了直鏈淀粉與支鏈淀粉之間的結(jié)合力，使得淀粉溶解度降低[32]。由圖5可知，隨著溫度升高，黃米淀粉和黃米抗性淀粉的膨脹力均呈明顯上升的趨勢(shì)；相同溫度下，黃米淀粉的膨脹力均高于黃米抗性淀粉的膨脹力，尤其當(dāng)溫度在70 ℃以上時(shí)，黃米淀粉的膨脹力顯著高于黃米抗性淀粉（P<0.05）。這是由于淀粉經(jīng)過(guò)壓熱法受高溫高壓作用，使得淀粉分子形成致密的晶體結(jié)構(gòu)，使得抗性淀粉的膨脹力降低。

圖4 黃米淀粉和黃米抗性淀粉在不同溫度下的溶解度對(duì)比Fig.4 Comparison of solubility of glutinous millet starch and resistant starch at different temperatures

圖5 黃米淀粉和黃米抗性淀粉在不同溫度下的膨脹力對(duì)比Fig.5 Comparison of swelling of glutinous millet starch and resistant starch at different temperatures

2.3 黃米淀粉和黃米抗性淀粉掃描電鏡結(jié)果分析

如圖6所示，壓熱前后黃米淀粉的形貌發(fā)生了明顯的變化，原淀粉顆粒分明，形態(tài)大部分為多邊形結(jié)構(gòu)，表面相對(duì)光滑平整，無(wú)孔隙裂痕，顆粒比較分散，但比較規(guī)整，顆粒粒徑較小；而抗性淀粉呈片狀，表面粗糙，存在孔狀凹陷，這是由于淀粉分子在經(jīng)過(guò)高溫高壓處理后，顆粒結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，淀粉發(fā)生糊化現(xiàn)象，可溶性淀粉分子被分解，表面形成了孔狀，且形狀不規(guī)則。

圖6 黃米原淀粉與抗性淀粉掃描電鏡圖（500×）Fig.6 Scanning electron microscope photo of glutinous millet starch and resistant starch (500×)

2.4 黃米抗性淀粉餅干的應(yīng)用分析

2.4.1 黃米抗性淀粉餅干質(zhì)構(gòu)特性的分析 分析表2可知，隨著抗性淀粉添加量的增加，餅干的剪切力顯著上升（P<0.05）。這是由于抗性淀粉可以直接影響面筋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而隨著餅干內(nèi)抗性淀粉含量的增加，抗性淀粉對(duì)餅干面團(tuán)結(jié)構(gòu)的影響愈發(fā)顯著，導(dǎo)致餅干硬度上升。然而，餅干的硬度在合適范圍內(nèi)時(shí)，消費(fèi)者才會(huì)有較好的口感，因此，需要綜合考慮口感等因素才能決定抗性淀粉的最佳添加量[32]。

表2 餅干質(zhì)構(gòu)特性對(duì)比Table 2 Comparison of biscuit texture characteristics

2.4.2 血糖生成指數(shù)結(jié)果分析 如表3所示，面粉餅干的GI值高達(dá)78.73，為高GI值食品（GI>70）；而加入黃米抗性淀粉之后，餅干的GI值顯著下降（P<0.05），隨著抗性淀粉添加量的增加，餅干的GI值逐漸減小，成為中GI值食品（50≤GI≤70）。餅干GI值的下降，是由于壓熱處理后黃米淀粉中抗性淀粉的含量增加，抗性淀粉一定程度上抑制了血糖指數(shù)的升高，隨著所添加到面團(tuán)中的壓熱處理后的淀粉的比例不斷升高，所制作的餅干中的抗性淀粉含量也逐漸升高，淀粉消化減緩，故GI值降低。

表3 黃米抗性淀粉添加量對(duì)餅干GI值的影響Table 3 Effect of adding amount of glutinous millet resistant starch on GI value of biscuits

3 結(jié)論

壓熱法制備黃米抗性淀粉的最佳工藝條件是：淀粉乳濃度10%，壓熱時(shí)間40 min，壓熱溫度為120 ℃，在此工藝條件下，黃米抗性淀粉的產(chǎn)率為30.64%。對(duì)制備的抗性淀粉的理化性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)等方面分析可知，黃米抗性淀粉的透光率、溶解度和膨脹力均比原淀粉明顯下降。經(jīng)掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)抗性淀粉表面疏松，呈片狀，表面粗糙，存在孔狀凹陷且形態(tài)不規(guī)則不完整，與黃米淀粉的顆粒形貌有明顯的差異。將黃米抗性淀粉代替部分面粉作成餅干，隨著抗性淀粉添加量的增大，餅干的剪切力明顯上升，說(shuō)明抗性淀粉對(duì)面筋的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)造成了明顯影響；同時(shí)，餅干的GI值降低，使得餅干從高GI值食品轉(zhuǎn)化為了中GI值食品，符合消費(fèi)者對(duì)中低GI值食品的需求，對(duì)人體健康具有潛在價(jià)值。