糜黍淀粉理化性质及消化特性

张丽珍，冀佩双，罗旭枭，穆虹彰，秦雁鹏，牛　宇，乔志军

（1.山西大学生命科学学院，山西 太原 030006；2.山西省农业科学院农业资源与经济研究所，山西 太原 030006；3.山西省农业科学院，农业部黄土高原作物基因资源与种质创制重点实验室，山西 太原 030006）

糜黍淀粉理化性质及消化特性

张丽珍1，冀佩双1，罗旭枭1，穆虹彰1，秦雁鹏1，牛宇2，乔志军3

（1.山西大学生命科学学院，山西 太原 030006；2.山西省农业科学院农业资源与经济研究所，山西 太原 030006；3.山西省农业科学院，农业部黄土高原作物基因资源与种质创制重点实验室，山西 太原 030006）

以黍子面和糜子面为原料，用碱法制备黍子淀粉和糜子淀粉，对其颗粒形态、红外光谱特性、透光率、溶解度、持水力、凝沉稳定性以及消化性等性质进行研究。结果表明：黍子淀粉中支链淀粉含量为91.78%，直链淀粉含量为8.21%；糜子淀粉中支链淀粉含量为65.28%，直链淀粉含量为34.72%。糜子面粉、黍子面粉及其淀粉中的抗性淀粉含量均超过50%，糜子面和糜子淀粉中的抗性淀粉含量均分别高于黍子面和黍子淀粉。黍子淀粉的透光率高于糜子淀粉。糜子淀粉凝沉稳定性强于黍子淀粉。糜子淀粉和黍子淀粉的溶解度、持水力随温度的升高，呈现上升趋势。

黍米；糜米；淀粉；理化性质；消化特性

糜黍（Panieum miliaceum L.）在植物分类学上是同一种植物，又称糜子、黍稷，属于禾本科黍属（Panicum miliaceum），是我国干旱和半干旱地区主要的粮食作物之一，脱壳后俗称黄米，也是我国主要制米作物之一［1-2］。糜黍营养丰富，富含蛋白质、淀粉、脂肪、维生素和矿物质，具有很高的营养价值［3］。根据淀粉中直链淀粉的含量，可将其区分为粳性和糯性。籽粒为粳性类型的叫糜子，糯性类型的叫黍子［4］。为了解其食用品质和综合利用潜能，国内外从糜子淀粉的颗粒结构、糊化特性、凝胶质构特性等方面进行了研究。Devisetti等［5］研究发现在缺乏面筋蛋白的糜子面粉中添加水溶胶会显著提升其酥性饼干的品质。Sun Qingjie等［6］研究了干热处理对糜子淀粉和糜子淀粉糊化特性及颗粒结构的影响。据王颖等［7］研究表明与糯米淀粉相比，糜子淀粉的透明度高、凝沉性好、冻融稳定性差，认为糜子淀粉是食品工业中增稠剂、黏结剂和淀粉衍生制品等的理想原料。

Sun Qingjie等［8］研究了用酶法和结晶法制备的淀粉晶体形态，姚亚平等［9］观察发现糜子淀粉颗粒形状呈小球形和大多角形双分布，但大球形颗粒很少，Kumari［10］及Yañnez［11］等认为这种淀粉具有抗性淀粉的性质，适用于糖尿病和心血管病患者食用。王璐等［12］研究了大黄米等几种糯性食物的消化性发现支链淀粉含量高的糯性大黄米快消化淀粉（ready digestible starch，RDS）含量高于非糯性大黄米中的RDS。本实验根据直链淀粉的组成将糜黍分为粳性糜与糯性黍进行比较，测定糜黍中直链淀粉含量、支链淀粉含量、持水力、溶解度和沉凝稳定性、透光率等理化特性及其消化特性，为进一步推进粳性和糯性糜黍商业化分类应用做探讨。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

糜子面、黍子面由河曲县农友农作物种植专业合作社提供。

异丙醇、醋酸、乙醇 天津市风船化学试剂科技有限公司；氢氧化钠 天津市天新精细化工开发中心；醋酸钠 天津市登封化学试剂厂；α-胰淀粉酶（290 U/mL）、葡萄糖淀粉酶（15 U/mL）、葡萄糖标准溶液（1.0 mg/mL）、抗性淀粉检测试剂盒 爱尔兰Megazyme公司。以上试剂均为分析纯。

1.2仪器与设备

冷冻离心机 德国Sigma公司；扫描电子显微镜日本电子株式会社；数显恒温水浴锅 江苏金坛市环宇科学仪器厂；Infinite M200 PRO全波长多功能微孔板检测仪 帝肯（上海）贸易有限公司；QL-901漩涡振荡器 海门市其林贝尔仪器制造有限公司；电热恒温鼓风干燥箱 东南仪器有限公司。

1.3方法

1.3.1淀粉制备

淀粉制备参考夏雪娟等［13］的方法。分别取100 g糜子面、黍子面，用质量分数0.08%的NaOH溶液以料液比1∶3（m/V）浸泡过夜，之后反复更换浸泡液，直至浸泡液澄清，6 000 r/min离心12 min收集沉淀。沉淀以料液比1∶4（m/V）添加异丙醇浸泡进行脱脂处理，若浸泡液变黄则需要更换异丙醇浸泡液，直至浸泡液无色透明。离心弃去浸泡液，水洗沉淀3～4 次。将收集到的白色沉淀反复过250 目筛2～3 次后离心，得到的淀粉置于55 ℃干燥箱中干燥24 h后取出研磨。

1.3.2糜黍中直、支链淀粉含量测定

糜黍中直、支链淀粉含量参照双波长法［14］测定。按照等吸收点作图法确定测定直链淀粉的波长对为590 nm和440 nm，测定支链淀粉的波长对为756 nm和536 nm。分别准确称取0.10 g 1.3.1节制备的脱脂淀粉样品、直链淀粉标准品、支链淀粉标准品，用蒸馏水溶解，定容至100 mL。吸取样品液2.5 mL，加蒸馏水25 mL，用0.1 mol/L HCI溶液调节pH值为3.5，样品组加0.5 mL碘试剂，空白组不加碘试剂，定容至50 mL，待测。根据标准曲线所得回归方程计算样品中直、支链淀粉含量，重复3 次。直、支链淀粉含量之和为样品总淀粉含量。

1.3.3扫描电子显微镜观察

将淀粉样品均匀分布在黏有导电双面胶的样品台面上，进行喷金固定，然后用JSM-35C高分辨率扫描电子显微镜选取不同放大倍数对淀粉颗粒形态与结构进行观察，并拍摄照片，电子显微镜加速电压为25 kV。

1.3.4红外光谱扫描

将淀粉样品置于干燥箱中烘干。称取干燥的溴化钾置于玛瑙研钵中，研磨，再加入一定量干燥好的淀粉样品，继续研磨。将研磨好的混合物灌注到压膜器中，压片，取出，进行红外光谱扫描，波数范围为400～4 000 cm-1。

1.3.5淀粉透光率测定

称取淀粉样品，配成质量分数l%的淀粉乳，沸水浴中水浴30 min并一直搅拌，期间保持淀粉糊体积不变，反应后冷却至室温，在620 nm波长处分别测定放置0、24、48 h时淀粉糊的透光率，以蒸馏水透光率作为空白组（透光率为100%）。

1.3.6淀粉溶解度测定

将装有20 mL 5 g/100 mL淀粉悬浮液的离心管在50、60、70 ℃水浴锅中水浴30 min，冷却至室温后，3 000 r/min离心15 min。倾斜45°放置10 min，充分除去水分，将上清液烘干后称质量。按式（1）计算淀粉溶解度。

式中：ms为上清液烘干后所得固体的质量/g；m0为淀粉样品质量/g。式（2）同。

1.3.7淀粉持水力测定

将20 mL 5 g/100 mL淀粉悬浮液在50、60、70 ℃水浴锅中水浴30 min后，3 000 r/min离心15 min，弃去上清液，将装有沉淀物的离心管以45°放置10 min，除去水分，称其质量。持水力按式（2）计算。

式中：m1为离心管的质量/g；m2为沉淀和离心管的质量/g。

1.3.8淀粉凝沉性测定

配制质量分数l%的淀粉乳，在沸水浴中加热30 min，使之糊化，然后将淀粉糊倒入25 mL量筒中，室温条件下静置，记录上清液的体积，观察48 h。凝沉主要是由于直链淀粉分子间的结合形成较大的颗粒或束状结构，当体积增大到一定程度时，就形成了凝沉。用凝沉体积随时间的变化情况来表示淀粉糊的凝沉性质。

1.3.9淀粉体外消化特性测定

淀粉样品的体外消化特性测定参照Englyst等［15］的体外模拟酶水解法。准确称取0.2 g待测样品放入试管中，加入15 mL pH 5.2的醋酸钠缓冲液，混匀。放入37 ℃水浴锅中先平衡10 min，再加入5 mL的酶液（α-胰淀粉酶和葡萄糖淀粉酶混合溶液）。置于37 ℃恒温水浴振荡，在20 min和120 min时，取0.5 mL水解液与4 mL无水乙醇混合，使酶液中的α-胰淀粉酶和葡萄糖淀粉酶失活，然后将混合物5 000 r/min离心10 min，取上清液用葡萄糖氧化酶法测定葡萄糖含量：取0.1 mL上清液，加入3 mL葡萄糖氧化酶混匀，在50 ℃水浴锅中反应20 min，测510 nm波长处的吸光度。以葡萄糖标准品系列质量浓度为横坐标，510 nm波长处测得的吸光度与空白组吸光度的差值为纵坐标，绘制葡萄糖质量浓度与吸光度差值的标准曲线。根据在人体内的消化特点，将淀粉分为RDS、慢消化淀粉（slow digestible starch，SDS）和抗性淀粉（resistant starch，RS）三类。RDS指20 min内可在小肠被快速消化的淀粉，SDS指20～120 min在小肠内缓慢被完全消化的淀粉，RS指120 min后没被小肠消化吸收的淀粉，三者含量分别按式（3）～（5）计算。

式中：m20为酶解20 min 后释放的葡萄糖质量/mg；m120为酶解120 min后释放的葡萄糖质量/mg；mTS为总淀粉干基质量/mg。

1.4数据统计分析

测定重复3 次取平均值为结果，所得数据用Excel分析软件进行分析。

2　结果与分析

2.1糜黍中直链淀粉和支链淀粉的含量

测得直链淀粉标准曲线方程为y=7.332 6x-0.039 3（R2=0.996 4），支链淀粉的标准曲线方程为y=0.666x+ 0.012 3（R2=0.994 6），线性关系均良好。

图1　糜黍样品中直链淀粉与支链淀粉含量Fig.1　Amylose and amylopectin contents of proso millet flour and starch

由图1可知，黍子面中的总淀粉含量（73.08%）高于糜子面中的总淀粉含量（68.31%）。黍子面中的淀粉组成几乎全为支链淀粉，呈现糯性。糜子面中直链淀粉含量为28.76%，支链淀粉含量为39.55%。与田翔等［16］对糜子淀粉的研究结果一致，糜子直链淀粉含量较高，为粳性，黍子直链淀粉含量较低，为糯性。碱法制备的黍子淀粉中可以检测到直链淀粉含量为8.21%，支链淀粉含量为91.78%；碱法制备的糜子淀粉中仍是支链淀粉含量（65.28%）高于直链淀粉含量（34.72%）。糜子淀粉中直链淀粉含量大于小麦、玉米、马铃薯淀粉，与甘薯淀粉接近，小于木薯、绿豆、豌豆淀粉［17-18］。糜子面中直链淀粉含量大于小麦、高粱、糯米粉、籼米粉等，黍子面中直链淀粉含量为0%，糜子面淀粉组成和总淀粉含量与糯米粉类似［17-18］。在黍子面中没有测到直链淀粉，但在经脱脂处理制备到的黍子淀粉中检测到直链淀粉含量为8.21%，这是因为禾谷类淀粉的直链淀粉会与磷脂等类脂成分形成复合物，而这些类脂-直链淀粉复合物无碘吸收值。

2.2淀粉的透光率

图2　糜黍淀粉透光率Fig.2　Transmittance of proso millet starches

由图2可知，黍子淀粉的透光率明显高于糜子淀粉，这与黍子淀粉中支链淀粉含量高于糜子淀粉一致。因为直链淀粉含量越高，淀粉分子之间重新排列、互相缔合程度较大，其透光率越低。随着放置时间的延长，糜子淀粉和黍子淀粉的透光率变化不大。与其他谷物淀粉相比，无论是黍子淀粉还是糜子淀粉，其透光率均远低于马铃薯、木薯、糯玉米的透光率，黍子淀粉透光率高于糯小麦、红薯、小米、绿豆透光率，糜子淀粉透光率与小麦透光率相差不大［19-21］。

2.3扫描电子显微镜观察

图3　糜黍淀粉扫描电子显微镜图Fig.3　Scanning electron micrographs of proso millet starches

由图3可知，黍子淀粉和糜子淀粉均为单粒淀粉体。黍子的淀粉颗粒多数呈晶状多面体，大小较为均衡，偶见圆球体；糜子淀粉颗粒有不规则的多面球体、晶状多面体，排列疏松，外形差异大。糜子淀粉颗粒表面可见的印痕和空洞多于黍子淀粉。与姚亚平等［9］对糜子淀粉颗粒形态的研究结果一致，与玉米淀粉颗粒形状类似，与马铃薯淀粉、绿豆淀粉、芸豆淀粉颗粒形态有较大差异［22-23］。

2.4淀粉红外扫描光谱

图4　糜黍淀粉红外扫描光谱Fig.4　Infrared spectra of proso millet starches

由图4可知，在3 390.63 cm-1处出现较强的羟基缔合的O—H伸缩振动吸收峰，在2 931.60 cm-1和2 929.67 cm-1是饱和的C—H键的伸缩振动吸收峰，1 647.10cm-1处为醛基C=O的伸缩振动吸收峰。黍子淀粉在1 155.28、1 081.99 cm-1处为与伯、仲醇羟基相连的C—O的伸缩振动吸收峰，糜子淀粉在1 155.28、1 080.06 cm-1处为与伯、仲醇羟基相连的C—O伸缩振动吸收峰。1 018.34 cm-1处是吡喃糖环的C—O伸缩振动吸收峰。927.70、929.63 cm-1处是D-吡喃葡萄糖的Ⅰ型吸收带（吡喃环的环非对称伸缩振动）。862.12 cm-1处是D-吡喃葡萄糖的α型吸收带，766 cm-1处为D-吡喃葡萄糖的Ⅲ型吸收带（吡喃环的环对称伸缩振动）。糜子淀粉和黍子淀粉的光谱吸收峰非常相似，仅在吸收峰强度和峰位上有微小差异，与付蕾等［24］对普通玉米淀粉的红外光谱分析结果类似。

2.5淀粉持水力、溶解度

图5　糜黍淀粉持水力Fig.5　Water-holding capacity of proso millet starches

图6　糜黍淀粉溶解度Fig.6　Solubility of proso millet starches

由图5、6可知，黍子淀粉和糜子淀粉的持水力、溶解度随着温度的升高而增大，70 ℃时，糜黍淀粉持水力和溶解度大幅提升。黍子淀粉的持水力在70 ℃时比60 ℃增大了2.75 倍，糜子淀粉的持水力在70 ℃时比60 ℃增大了3.28 倍。黍子淀粉的溶解度在70 ℃时比60 ℃增大了2.18 倍，糜子淀粉的溶解度在70 ℃时比60 ℃增大了4.14 倍。同一温度下，黍子淀粉的溶解度大于糜子淀粉的溶解度。淀粉的溶解主要是直链淀粉和小的支链淀粉从膨胀的颗粒中逸出，与支链淀粉含量呈正相关，高支链淀粉的溶解度高于低支链淀粉的溶解度。这与小米淀粉溶解度与直链、支链淀粉的比例的相关性一致［17］。两者淀粉溶解度均小于玉米、马铃薯、蕨根的淀粉溶解度［17］。

2.6淀粉凝沉性

图7　糜黍淀粉凝沉稳定性Fig.7　Retrogradation curve of proso millet starches pastes

直链淀粉构成比例越大，淀粉的凝沉体积越大，凝沉性越强［25］。由图7可知，糜子淀粉和黍子淀粉的凝沉体积差异显著。糜子淀粉比黍子淀粉凝沉性强。黍子淀粉凝沉速率缓慢，在0～7 h时没有沉降，8～24 h时沉降体积开始增大，26 h时凝沉停止，沉降体积为2 mL/25 mL，之后保持不变。糜子淀粉凝沉速率很快，在0～9 h呈现较快的上升趋势，9 h时沉降体积达到了15.2 mL/25 mL，之后上清液体积微幅增加，48 h沉降体积为16 mL/25 mL。这与糜子淀粉直链淀粉含量高的结果是一致的。黍子淀粉凝沉性与马铃薯淀粉凝沉性接近，糜子淀粉的凝沉性小于玉米和豌豆淀粉凝沉性，与绿豆淀粉凝沉性相差不大［26］。

2.7淀粉消化特性

图8　糜黍样品体外消化特性Fig.8　Digestibility of proso millet starches

由图8可知，黍子面中RDS和RS含量少于黍子淀粉；糜子面中所含的RDS和RS少于糜子淀粉；黍子面中所含的SDS多于黍子淀粉，糜子面中所含的SDS多于糜子淀粉。这表明在采用碱水解蛋白质结合离心分离工艺制备淀粉的过程中，破坏了蛋白与淀粉的天然结合网络，缺少了蛋白质网络结构组成对消化酶的阻抑作用，使得淀粉中RDS含量高于其面中的含量。这与熊柳等［27］对薏米粉及薏米淀粉消化特性的研究是一致的。

黍子面、黍子淀粉、糜子面、糜子淀粉的RS含量分别为52.89%、59.35%、67.31%、70.24%，均远高于其他禾谷类块根类及豆类淀粉中RS的含量［28］。这与姚亚平等［9］根据淀粉颗粒形态及结构组成预测的结果是一致的。体外模拟消化实验结果表明其RS含量确实高。糯性的黍子面及黍子淀粉中RDS含量均高于粳性糜子面及糜子淀粉中的含量，糯性黍子面及黍子淀粉中的RS含量均低于粳性的糜子面及糜子淀粉中的含量。这与王璐等［12］关于几种糯性食品中对糯性大黄米和非糯性大黄米RDS、RS的结果比较是一致的。

3　结 论

本研究对黍子面、糜子面及用碱法制备的淀粉的性质进行了对比，两种淀粉颗粒的形状大多为不规则的多面体，糜子淀粉颗粒表面可见的印痕和空洞多于黍子淀粉。

黍子面中不含直链淀粉，为糯性。糜子面中直链淀粉的含量为28.76%，支链淀粉的含量为39.55%。黍子淀粉中支链淀粉含量为91.78%，直链淀粉含量为8.21%；糜子淀粉中支链淀粉含量为65.28%，直链淀粉含量34.72%。糜子面、黍子面及糜子淀粉和黍子淀粉中RS的含量都较高，糜子面RS含量为67.31%，黍子面RS含量为52.89%，糜子淀粉RS含量为70.24%，黍子淀粉RS含量为59.35%。糜子面和糜子淀粉中的RS含量分别高于黍子面及黍子淀粉中的RS含量。黍子面和黍子淀粉的RDS含量分别高于糜子面和糜子淀粉中的含量。糜子淀粉中的RDS的含量多于糜子面，SDS含量低于糜子面；黍子淀粉中的RDS的含量多于黍子面，SDS含量低于黍子面。

黍子淀粉的透光率要优于糜子淀粉。糜子淀粉凝沉性要强于黍子淀粉。黍子淀粉和糜子淀粉的持水力、溶解度随温度的升高呈现上升趋势。同一温度下，黍子淀粉的溶解度大于糜子淀粉的溶解度。

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Physicochemical Properties and Digestibility of Proso Millet Starch

ZHANG Lizhen1， JI Peishuang1， LUO Xuxiao1， MU Hongzhang1， QIN Yanpeng1， NIU Yu2， QIAO Zhijun3
（1. School of Life Science， Shanxi University， Taiyuan 030006， China；2. Institute of Agricultural Resources and Economy， Shanxi Academy of Agricultural Sciences， Taiyuan 030006， China；3. Key Laboratory of Crop Gene Resources and Germplasm Enhancement on Loess Plateau， Ministry of Agriculture，Shanxi Academy of Agricultural Sciences， Taiyuan 030006， China）

In this experiment， glutinous and nonglutinous proso millet starch were prepared from glutinous and nonglutinous proso millet flour by an alkaline method and their granule morphology， infrared spectral characteristics， transmittance，solubility， water-holding capacity， retrogradation stability and digestibility were explored. The results showed that the amylopectin content was 91.78% and amylose content was 8.21% in glutinous proso millet starch. The amylopectin content was 65.28% and amylose content was 34.72% in nonglutinous proso millet starch. The contents of resistant starch in nonglutinous proso millet fl our and starch were higher than those in nonglutinous proso millet fl our and starch， and all four values were over 50%. Glutinous proso millet starch showed better transparency and weaker retrogradation stability than did nonglutinous proso millet starch. Water-holding capacity and solubility of both glutinous and nonglutinous proso millet starch showed an upward trend with increasing temperature.

glutinous proso millet； nonglutinous proso millet； starch； physicochemical properties； digestibility

10.7506/spkx1002-6630-201619013

TS231

A

1002-6630（2016）19-0076-06

张丽珍， 冀佩双， 罗旭枭， 等. 糜黍淀粉理化性质及消化特性［J］. 食品科学， 2016， 37（19）： 76-81. DOI：10.7506/spkx1002-6630-201619013. http：//www.spkx.net.cn

ZHANG Lizhen， JI Peishuang， LUO Xuxiao， et al. Physicochemical properties and digestibility of proso millet starch［J］. Food Science， 2016， 37（19）： 76-81. （in Chinese with English abstract） DOI：10.7506/spkx1002-6630-201619013. http：//www.spkx.net.cn

］ 魏仰浩. 糜黍皮壳率的研究［J］. 作物学报， 1981（2）: 134-136. DOI:10.3321/j.issn:0496-3490.1981.02.009.

2016-01-28

国家现代农业（谷子糜子）产业技术体系建设专项（CARS-07-12.5-A12）；“十二五”国家科技支撑计划项目（2014BAD07B03-01）；山西省回国留学人员科研资助项目（2015-018）

张丽珍（1977—），女，教授，博士，研究方向为生物资源的筛选及利用。E-mail：lizhen@sxu.edu.cn