苦荞淀粉颗粒及淀粉糊性质研究

刘 瑞 冯佰利 晁桂梅 李 翠 高金锋 王鹏科 杨 璞 屈 洋

（旱区作物逆境生物学国家重点实验室 西北农林科技大学农学院1，杨凌 712100）

（宝鸡市农业科学研究所2，宝鸡 722400）

苦荞（Fagopyrum tataricum Gaertn）属蓼科荞麦属，起源于中国西南部和喜马拉雅山[1]，种植区主要集中在西南地区的四川、云南、贵州等省[2]。由于苦荞特殊的营养功能而备受人们关注，在亚洲国家，苦荞已被用来制造各种健康的食物，如面条、草药茶、饼干和蔬菜等已成为一种医食同源的健康食品资源[3]。淀粉是苦荞麦的主要组成成分，其理化特性既影响着苦荞麦制品的功能和营养特性，又关系到荞麦淀粉新用途的开发[3]。因此，开展苦荞淀粉特性研究，对于苦荞功能食品开发及利用具有重要意义。

荞麦粉中淀粉质量分数约为63%～76.8%[4]，其化学组成与玉米淀粉相似。钱建亚等[5]研究表明，荞麦淀粉中直链淀粉质量分数在21.3%～26.4%之间，而张国权等[6]报道荞麦淀粉中直链淀粉含量为25.82%～32.67%。Kim等[7-8]研究发现荞麦淀粉粒多呈多边形，粒度大小在2～14μm之间波动，平均为6.5μm，尺寸稍大于大米淀粉粒，而小于玉米淀粉粒[9]。June等[10]用 RVA分析比较了荞麦淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉的糊化特性，发现荞麦淀粉具有较高的峰黏度、热黏度和最终冷黏度；Li等[3]用RVA分析了荞麦淀粉和小麦淀粉的糊化特性，发现二者RVA曲线差异较大，但甜荞和苦荞之间差异较小；June等[10]研究发现，荞麦淀粉的糊化温度在63～81℃之间；荞麦淀粉的峰值温度（68.4℃）低于玉米淀粉（69.9℃），而高于小麦淀粉（61.2℃）；荞麦淀粉和小麦淀粉的糊化热函值ΔH（10.0 J／g）是相同的，但都明显地小于玉米淀粉（11.3 J／g）。Li等[3]通过测定6个荞麦品种淀粉的热稳定性，苦荞淀粉的 To、Tp、Tc多高于甜荞淀粉。刘航等[11]研究表明，苦荞的晶体结构是典型的A晶型，结晶度为29.89%，与谷物淀粉晶体结构特征吻合。糊化峰值黏度的 RVU值为258.25，最终黏度的 RVU值为389.58，苦荞糊化温度为77.7℃，糊化热焓（ΔH）为10.2 J／g。综上所述，关于苦荞淀粉性质研究虽然不少，但不同研究者的结果变异较大。

本研究以内蒙赤峰试点的7个苦荞品种为原料，并与市售的玉米淀粉比较，对苦荞淀粉的理化性质进行系统研究，旨在为苦荞淀粉的深加工以及品质的改良提供准确的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

参试苦荞品种 7个，分别为 CFKQ10-01、CFKQ10-05、CFKQ10-08、CFKQ10-09、CFKQ10-10、CFKQ10-12、CFKQ10-13，为 2012年收获的种子，内蒙古赤峰小杂粮试验点提供；玉米淀粉作为对照，为市售淀粉。

1.2 仪器与设备

UVmini1240分光光度计：日本岛津公司；RVA-3D快速黏度分析仪：澳大利亚新港科技有限公司；JSM-6360LV扫描电镜：日本JEOL公司；Q2000差示扫描量热仪（DSC）：美国TA公司。

1.3 试验方法

1.3.1 苦荞淀粉的制备

用高速万能粉碎机磨粉，过100目筛。按固液比1∶20（m／V）添加体积分数80%的乙醇，50℃下，功率为500W的超声波处理30 min对苦荞麦粉中的黄酮类物质进行清除。再以1∶10（g∶mL）固液比加入0.3%NaOH溶液，在30℃下磁力搅拌15 min后，置25℃下浸泡22 h后，过200目筛除去粗纤维和其他杂质，得到淀粉粗浆。4 000 r／min离心15 min，去除上清液，再用0.3%的NaOH溶液洗涤淀粉沉淀，重复上述操作3次。蒸馏水水洗3遍去除蛋白质，用0.1 mol／L的盐酸调节pH至7.0，在40℃烘箱干燥得到苦荞淀粉，收集置于4℃冰箱中备用[12]。

1.3.2 苦荞淀粉的颗粒形态

利用扫描电镜（SEM）对淀粉进行观察，将一定量的干淀粉充分分散在载物台上双面导电胶上，在真空条件下用SCD500离子溅射喷镀仪进行喷金处理，扫描电镜工作电压为100 V（日本标准），加速电压为15 kV。

1.3.3 苦荞淀粉透明度测定

配置质量浓度为1.0%的淀粉乳，沸水浴中加热15 min并不断搅拌，加入蒸馏水以保持淀粉糊原有体积，淀粉糊化完全后，冷却至25℃，以蒸馏水为空白（100%透光率），在620 nm波长下，分光光度计测定淀粉糊的透光率。

1.3.4 苦荞淀粉糊的凝沉曲线

配置质量浓度为1.0%的淀粉乳，沸水浴中加热15 min并不断搅拌，加入蒸馏水以保持淀粉糊原有体积，冷却至25℃，置于25.0 mL的具塞刻度试管中。在25℃静置24 h，，每隔2 h记录上层清液体积，绘制成清液体积百分比对时间的变化曲线，即为淀粉糊的凝沉曲线。

1.3.5 苦荞淀粉糊的冻融稳定性

将苦荞淀粉加水配成6.0%的淀粉乳，在沸水浴中加热糊化15 min并不断搅拌，加入蒸馏水以保持淀粉糊原有体积再冷却至室温，置于-20℃的冰箱中。以24 h为1个冻藏周期，取出，室温下自然解冻，离心处理（3 000 r／min，20 min），如此循环 5次，并计算出淀粉糊的析水率。

1.3.6 苦荞淀粉黏度分析

室温下利用快速黏度分析仪对淀粉进行黏度分析，称取淀粉2.0 g，加蒸馏水25.0 mL，搅拌均匀备用，配置质量分数为8.0%淀粉乳；参数设定为：50℃下保温1 min，在3.7 min内升温至95℃，保持2.5 min，然后在3.8 min内冷却至50℃，保持2 min，前10 s内以 960 r／min搅拌，之后的整个过程以160 r／min搅拌，整个过程历时13 min。结果由Thermal Cyclefor Windows配套软件分析起糊温度、峰值黏度、谷值黏度、破损值、最终黏度、回生值和峰值时间。

1.3.7 苦荞淀粉的热焓特性

采用差式扫描量热仪进行测定，并通过配套软件进行数据分析。称取3.0 mg荞麦淀粉，加9.0μL超纯水，将样品密封后放入4℃冰箱中平衡24 h，测试前置于室温下1 h，然后放入DSC中进行测定，扫描温度范围为40～100℃，扫描速率为10℃／min，以空铝盒为参照。对苦荞淀粉糊化的起始温度（To）、糊化完全时的相变峰值温度（Tp）和糊化完全时的相变终止温度（TC）、糊化过程吸收的热量（ΔH）4个特征参数进行测定与比较。

1.3.8 数据统计与分析

各组试验数据均为3次重复的平行样品值，数据采用Excel 2007、SAS 9.0进行统计分析，sigmaplot 10.0作图，显著性差异检验采用LSD最小显著差异法（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 苦荞淀粉的颗粒微观形态

图1结果显示，苦荞淀粉颗粒的立体形状均呈不规则的多角形或球形，多角形比例较高且颗粒较大，球形颗粒较少，且部分有凹陷，大小不均一；玉米淀粉颗粒呈多边型或圆形，颗粒大小较为均匀；用电镜标尺对淀粉颗粒的粒径进行估测，苦荞颗粒大小在2～14μm之间，平均为6.8μm，小于玉米淀粉颗粒12.8μm。CFKQ10-12苦荞淀粉颗最大，平均为9.6μm，CFKQ10-09苦荞颗粒的淀粉颗粒较小，约为5.5μm。此外，苦荞淀粉颗粒表面有可见的印痕和空洞，颗粒表面未见蛋白质片状沉积。

图1 苦荞淀粉颗粒微观形态

2.2 淀粉糊性质

2.2.1 糊的透明度

淀粉糊化后，其分子重新排列相互缔合的程度是影响淀粉糊透明度的重要因素[13]。图2可知，参试苦荞品种之间，苦荞与玉米淀粉糊的透明度均存在显著差异，7个苦荞品种淀粉糊的平均透明度为7.68%，变异系数为2.55%，明显低于玉米糊的透明度，其中CFKQ10-12和CFKQ10-10最高，分别为8.5%和8.2%；CFKQ10-09最小，为6.9%。

图2 苦荞淀粉糊的透明度

2.2.2 糊的凝沉性

如图3可知，玉米与苦荞淀粉糊的凝沉趋势比较类似，在凝沉的前10 h，各个品种的淀粉凝沉曲线几乎呈现直线变化，但10 h后，玉米淀粉上层清液体积不再有明显的增长，凝沉曲线趋于直线；苦荞淀粉糊的上清液体积分数在10 h后仍继续增长，直至16 h后，上清液体积增加平缓趋于直线；CFKQ10-08、CFKQ10-09、CFKQ10-10、CFKQ10-12等品种的淀粉糊凝沉速度较快，其中CFKQ10-09淀粉糊的凝沉速度最快，16 h后其上清液体积分数为83.8%，CFKQ10-01、CFKQ10-05、CFKQ10-13等品种的淀粉糊凝沉速度较慢，其中CFKQ10-13淀粉糊的凝沉速度最慢，24 h后，其上清液体积（65%）均小于其他苦荞品种，苦荞淀粉糊的上清液体积分数均高于玉米淀粉（41.7%）。

图3 苦荞淀粉糊的凝沉曲线

2.2.3 糊的冻融稳定性

图4 苦荞淀粉糊的冻融曲线

淀粉的冻融稳定性可以用析水率来反映，析水率越低，冻融稳定性越好，反之越差。由图4可知，随着冻融循环周期的增加，几种淀粉糊的析水率也逐渐升高；经过5次冻融循环，玉米淀粉糊的冻融析水率始终最高，其次是CFKQ10-09的析水率较大，在7个苦荞品种中析水率最大，为15.67%；CFKQ10-05的析水率始终最小；苦荞淀粉糊的冻融析水率在第1次析水率较低，在第2次、第3次显著增大，在第4、5次冻融析水率的增加较平缓；表明苦荞淀粉糊的冻融稳定性比玉米淀粉强，其中CFKQ10-05的冻融稳定性最好。

2.2.4 糊的黏度分析

从表1可以看出，苦荞淀粉的成糊温度在62.9～64.35℃之间，且品种之间差异不显著，玉米淀粉糊的黏度低于所有苦荞淀粉糊黏度；淀粉糊化时，当温度高于糊化温度时晶体崩解，淀粉颗粒开始溶胀，黏度突然升高，并逐渐达到峰值黏度，峰值黏度大小反映了淀粉的膨胀能力[14-15]；CFKQ10-05、CFKQ10-13的峰值黏度最大，CFKQ10-09、CFKQ10-10的峰值黏度最小；破损值是峰值黏度和谷值黏度之差，可以反映淀粉糊热稳定性，反映了淀粉糊在高温时的抗剪切能力，破损值越小，表示淀粉糊热稳定性越好[14]；CFKQ10-09、CFKQ10-10淀粉的破损值较小，表明其溶胀后的淀粉颗粒强度大，不易破裂，导致其热糊稳定性好。CFKQ10-05、CFKQ10-01、CFKQ10-12破损值相对较大，热糊稳定性较差；回生值是终值黏度与谷值黏度之差，反应淀粉冷糊的稳定性及老化能力，回生值越大，在一定程度上说明淀粉糊越容易老化[14]；淀粉的回升值以CFKQ10-09淀粉最小，CFKQ10-13淀粉的回升值最大；表明CFKQ10-13淀粉冷糊稳定性最差、冷却形成的凝胶性最高，容易老化。

表1 苦荞淀粉的黏滞性RVA谱特征值

2.2.5 糊的热焓特性

热焓值的大小可以反映淀粉糊化的难易程度[16]。热焓值之间存在着一定的差别，因为淀粉的糊化为吸热反应，所吸收的热能主要用于淀粉晶体的熔解、颗粒的膨胀和直链淀粉分子从淀粉颗粒中的释放，不同来源淀粉的膨胀速度和直链淀粉溶解速度、糊化能及其分配存在着差异[17-18]。由表2可知，苦荞淀粉的起始糊化温度在62.4～68.39℃，糊化终止温度为77.96～79.64℃，玉米淀粉的起始糊化温度为73.48℃，糊化终止温度为81.3℃，苦荞淀粉热焓值为10.03～12.34 J／g，玉米淀粉热焓值为13.06 J／g；苦荞淀粉的起始糊化温度、糊化终止温度、热焓值均比玉米低。说明苦荞淀粉比玉米淀粉容易糊化，苦荞品种之间的热焓值差异显著。

表2 苦荞淀粉的DSC特征值

3 讨论

淀粉颗粒形状因淀粉来源及生长部位和生长期间受到的压力不同而有差异[19]。相关研究表明，糜子淀粉和玉米淀粉多呈棱角圆滑的多面体型，颗粒大小不一，粒径范围为5.76～8.64μm[16]；马铃薯淀粉多为卵圆形[9]、豆类淀粉多为肾形[15]；本试验结果表明，苦荞淀粉颗粒均呈不规则的多面体球形，颗粒平均大小为6.8μm，与甜荞淀粉颗粒差异不大[20]，粒径小于玉米淀粉颗粒。

透明度是淀粉糊的重要外在特征，影响淀粉糊透明度的因素很多，在没有外因的情况下，主要取决于淀粉的来源和种类[21]。淀粉种类不同，淀粉粒的大小及疏松程度不同，造成了糊化后淀粉粒的溶胀分散程度上的差异；粒径较长的淀粉颗粒较易吸水膨胀，糊化后所形成的糊液比较透明。直链淀粉含量较高的淀粉，淀粉糊的透明度较低[13]。本研究表明，7个苦荞品种间淀粉糊的透明度存在显著性差异，各品种淀粉糊透明度介于6.9%～8.5%之间，与甜荞淀粉相近，小于玉米、马铃薯淀粉，高于糜子淀粉[16，20]。

淀粉的凝沉速率和凝沉程度通常受到直链／支链淀粉的比例和结构、温度、淀粉浆浓度、pH、脂质、添加剂和植物来源等因素的影响[21-23]。本研究可以看出，参试苦荞品种淀粉糊凝沉速度差异显著，可能与不同品种淀粉内直、支链淀粉含量以及粒度有关[4，6，24]。

淀粉的冻融稳定性用吸水率来评价，析水率小，说明冻融稳定性好[29]。李玲伊等[25]研究表明冻融稳定性与直链淀粉含量呈负相关性，与支链淀粉含量、膨胀度、透明度呈正相关性；本试验结果表明，冻融析水率随冻融循环次数增加而增大，苦荞品种的冻融稳定性存在显著性差异，其中CFKQ10-05的冻融稳定性最好，5次循环后的析水率仅为6.4%；CFKQ10-09的析水率较大为15.67%，其冻融稳定性较差。

淀粉糊化过程实质是微晶束溶融过程，糊化后淀粉—水体系行为直接表现为黏度增加[26]。淀粉黏度与淀粉的来源、颗粒形貌、粒径、相对分子质量、直链淀粉与支链淀粉的比例等因素有关[27]。RVA结果显示，CFKQ10-09、CFKQ10-10的峰值黏度、破损值均较小，说明这2种淀粉的热稳定性较好；CFKQ10-13淀粉的回升值最高，表明CFKQ10-13淀粉冷糊稳定性最差、冷却形成的凝胶性最高，容易老化；淀粉中的直链淀粉，其在很大程度上影响了淀粉的糊化性质。直链淀粉含量越高，淀粉的RVA峰值黏度和破损值相对较小，糊化温度相对越高，但回生值并不呈增加趋势，这与叶为标[26]及田晓红等[28]的研究结果基本一致。

4 结论

苦荞淀粉颗粒多为多边形、少许为球形或卵圆形、颗粒表面较为粗糙，颗粒平均粒径为6.8μm。苦荞淀粉糊的透明度较玉米差，容易老化，凝沉性较玉米淀粉糊的强，即沉降体积比较小，在连续冻融循环中，苦荞淀粉凝胶的析水率小于玉米淀粉凝胶，具有较好的冻融稳定性；苦荞淀粉的黏度远高于玉米淀粉，苦荞淀粉糊具有较强的热黏度稳定性、冷黏度稳定性和凝胶形成能力，可以作为食品工业的增稠剂、黏结剂和淀粉凝胶制品的理想原料。不同品种苦荞之间谷值黏度、最终黏度、破损值、回生值及峰值时间等淀粉特性差异显著。因此，在苦荞深加工过程中，应该根据不同的加工目标选择不同的苦荞品种。

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