不同品种稻米淀粉的理化性质与链长分布关系研究

马凤莲， 裴亚琼，宋晓燕，任红涛

(河南农业大学食品科学技术学院，河南 郑州 450002)

不同品种稻米淀粉的理化性质与链长分布关系研究

马凤莲， 裴亚琼，宋晓燕，任红涛

(河南农业大学食品科学技术学院，河南 郑州 450002)

以特糯2072、特优2035、Ⅱ优838和冈优188 4 种直链淀粉含量不同的籼稻为材料，采用碱法提取淀粉，通过黏度速测仪(RVA)、激光粒度分析仪及离子交换色谱法研究稻米淀粉的糊化特性、粒径分布与支链淀粉链长组成的相关性。结果表明，4 种稻米淀粉颗粒的平均粒径为4.98～5.30 μm，与直链淀粉含量呈显著负相关关系(P<0.05)。4 种稻米淀粉糊化特性差异显著，特优2035 具有最高的峰值黏度，而特糯2072 的峰值黏度最低。支链淀粉的链长分布影响稻米淀粉的RVA谱特性，成糊温度与DP6-11呈显著负相关关系，与DP12-23呈显著正相关关系(P<0.05)；崩解值与DP6-11呈极显著正相关关系(P<0.01)，与DP12-23呈显著负相关关系(P<0.05)；而消减值与DP≥24呈显著负相关关系(P<0.05)。

稻米淀粉；粒径分布；糊化性质；链长分布

水稻是东亚、南亚和东南亚地区的重要粮食作物，对保障世界粮食安全具有举足轻重的作用。稻米的主要成分是淀粉，约占其重量的70 %～80 %。稻米淀粉颗粒大小分布在 2～8 μm之间，为不规则多角形。稻米的品种是影响其淀粉颗粒大小与形状的主要因素[1]，通常腊质淀粉的粒径较籼米的大，而粳米淀粉的粒径最小。稻米淀粉颗粒大小也与生长地域有关，SINGH等[2]报道，印度生长稻米的淀粉粒径为 2.4～5.4 μm。突变株淀粉颗粒的大小、形状与普通稻米淀粉颗粒也存在明显差异，突变株的淀粉颗粒外观粗糙，其形状较野生型淀粉更不规则[3]。淀粉颗粒由直链淀粉与支链淀粉构成，其中支链淀粉占淀粉含量的75 %～80 %，其构型直接影响淀粉食味品质和理化性质。CHUNG等[4]比较了4 种不同直链淀粉含量稻米淀粉理化性质与支链淀粉链长分布、消化特性的相关性，发现消化特性与直链淀粉含量、DP6-12 和 DP13-24、相对结晶度显著相关。WANG等[5]研究了10 种中国稻米理化性质与分子结构的关系，发现糊化温度(To，Tp和Tc)与短链(DP6-11)呈显著负相关关系，而与中链(DP12-23)呈显著正相关关系。HSU等[6]比较了5 种不同直链淀粉含量米粉的消化特性，发现支链淀粉链长分布、冷胶黏度和消减值是影响米粉消化特性的最主要因素。CAI等[7]分析了10 种直链淀粉含量不同的稻米淀粉理化性质与分子结构的关系，结果表明，直链淀粉含量、支链淀粉的分支度及含量、晶体结构显著影响淀粉的热力学特性、膨胀特性、水解性及消化特性。直链淀粉含量和支链淀粉的链长分布是影响稻米淀粉理化性质和食用品质的关键因素，但是由于测定方法不同，测定结果存在差异。探讨淀粉理化性质-分子结构-功能特性之间关系是遗传育种和食品加工的基础。本研究以特糯2072、特优2035、Ⅱ优838 和冈优188 4 种直链淀粉含量不同的籼稻为材料，提取稻米淀粉，采用黏度速测仪、激光粒度分析仪及离子交换色谱测定稻米淀粉的糊化性质、颗粒粒径及支链淀粉的链长分布，分析淀粉理化性质与链长结构的相关性，为稻米淀粉的加工和利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

特糯2072，特优2035，Ⅱ优838 和冈优188，均由河南省信阳农科所提供。无水乙醇、氢氧化钠、盐酸、碘、碘化钾、硼酸、硫酸铜、甲基红、溴甲酚绿、醋酸、醋酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠等试剂均为分析纯，NaOH为色谱纯，异淀粉酶(15284-1MU, Sigma公司)。

1.2 试验方法

1.2.1 直链淀粉含量的测定 参考GB/T 15683—2008的测定方法。

1.2.2 淀粉的分离 采用碱法分离淀粉，具体步骤：称取一定量碾磨过的籼米，按照m(料,g)∶V(液,mL) = 1∶2.5 的料液比加入0.1 mol·L-1的NaOH溶液，然后过胶体磨。乳液于35 ℃恒温水浴摇床中振荡15 h，离心除去上清液。沉淀用蒸馏水洗涤3 次，用3 %的HCl溶液调pH为7.0，离心并去上清液，刮去沉淀物上层黄色杂质后即为样品，于40 ℃恒温烘箱烘干、粉碎后备用。

1.2.3 水分测定 淀粉中水分含量采用恒温烘干法(103±2)℃测定。

1.2.4 蛋白质含量测定 淀粉中蛋白质的残留量采用凯氏定氮法测定，氮换算为蛋白质的系数为5.95。

1.2.5 稻米淀粉糊化特性的测定 采用4-D型黏度速测仪(Rapid viscosity Analyzer，RVA)测定淀粉的糊化特性，参考AACC操作规程并稍作改动[8]：样品量为3.00 g，蒸馏水加入量为25.0 mL，测定时间为13.0 min。RVA谱特征值包括峰值黏度(Peak viscosity，PKV)、热浆黏度(Hot paste viscosity，HPV)、冷胶黏度(Cool paste viscosity，CPV)、崩解值(Breakdown viscosity，BDV)、消减值(Setback viscosity，SBV)和成糊温度(Pasting temperature，PT)。

1.2.6 稻米淀粉颗粒粒径测定 稻米淀粉的粒径分布利用Rise-2006型激光粒度分析仪测定。样品以无水乙醇分散，测试前超声30 s。测试过程中，介质折射率为1.36，搅拌速率为900 r·min-1，循环泵速率为1 500 r·min-1。粒径分布以D10、D50、D90和Dav表示(D10、D50、D90、Dav分别代表颗粒累计分布为10 %的粒径、中值粒径、颗粒累计分布为90 %的粒径、平均粒径)。

1.2.7 稻米支链淀粉链长分布的测定 采用DionexICS-3000型离子色谱仪分析，其操作步骤为：称取50 mg样品，分散于5 mL醋酸-醋酸钠(0.05 mol·L-1，pH=3.5)缓冲溶液中，然后将样品置于沸水浴煮沸20 min，使之完全糊化。溶液冷却至室温后，加入20 μL异淀粉酶，在37 ℃恒温水浴中水解48 h。取出样品，于水浴中煮沸20 min使酶灭活，先过0.45 μm的滤膜，样品稀释10倍后再过0.22 μm滤膜，采用CarboPacTMPA10(4 mm × 250 mm)糖分析柱及CarboPacTMPA10(4 mm × 50 mm)糖保护柱进样分析。流动相A为水；流动相B为0.1 mol·L-1NaOH溶液；流动相C为0.1 mol·L-1NaOH溶液和1 mol·L-1NaAc溶液；流速为0.8 mL·min-1；柱温为30 ℃；进样量为25 μL。

1.2.8 数据分析 数据采用Origin 8.0软件进行绘图，相关性分析采用SPSS 19.0软件。

2 结果与分析

2.1 不同品种稻米淀粉的理化性质

特糯2072、特优2035、Ⅱ优838 和冈优188 稻米淀粉的直链淀粉含量(Amylose Content, AC)、水分含量和蛋白质残留量见表1。本研究所选的4 种材料直链淀粉含量从1.90%～26.98%，范围较宽[9]。样品的蛋白质残留量为0.35%～0.46%，说明碱法提取淀粉的纯度较高。

2.2 不同品种稻米淀粉糊化特性分析

对4 种不同直链淀粉含量稻米淀粉的糊化特性进行分析，结果如表 2 所示。由表 2 可知，4种稻米淀粉的RVA谱特征值差异较大。特优2035具有最高的峰值黏度，为4 066 mPa·s，而特糯2072的峰值黏度最低，为2 570 mPa·s。直链淀粉含量影响热浆黏度和冷胶黏度，直链淀粉含量由1.90 %增加到26.98 %，热浆黏度由1 398 mPa·s增至2 113 mPa·s，而冷胶黏度从1 751 mPa·s增至3 910 mPa·s。直链淀粉含量为18.01%～26.89%时，成糊温度随直链淀粉含量的增加而增加，从68.4 ℃增至76.4 ℃；但崩解值减小。BAO等[10]研究了236种非蜡质稻米淀粉的理化特性与直链淀粉含量的相关性，发现直链淀粉与热浆黏度、冷胶黏度、消减值呈正相关，而与崩解值呈负相关。特糯2072的RVA谱特征值与这一规律并不相符，说明蜡质稻米淀粉与非蜡质稻米淀粉具有不同的糊化特性，这与VANDEPUTTE等[11]的研究结果一致，他们比较了蜡质稻米淀粉与非蜡质稻米淀粉的糊化性质，发现蜡质淀粉具有较高的糊化温度。

表1 不同品种稻米淀粉的理化性质Table 1 Physicochemical properties of different rice starches %

表2 不同品种稻米淀粉的RVA谱特征值Table 2 RVA parameters of different rice starches

2.3 不同品种稻米淀粉颗粒的粒径分布

不同品种稻米淀粉颗粒粒径分布如图1和表3所示。由图1和表3可以看出，各稻米淀粉粒径分布差异不大，平均粒径Dav为 4.98～5.30 μm。特糯2072具有最大的粒径值(D10，D50，D90和Dav)，随着直链淀粉含量增加，淀粉的粒径稍有减小，但差异不大。粒径的微分分布图1-A表明，4种稻米淀粉的粒径分布范围随着直链淀粉含量的增加渐宽，其中特糯2072粒度分布图最窄，表明糯稻淀粉具有均匀的粒径分布。1-B,1-C几种稻米淀粉颗粒的粒度累积分布如图1(B、C)所示，由图1-B可知，几种淀粉的粒度分布差异较小，粒度值均小于 8 μm，累积分布曲线具有较好的一致性。图1-C为图1-B的局部图，显示几种淀粉的粒度仍存在差异，直链淀粉含量较高的淀粉颗粒的粒度分布范围相应较大，这与图1-A一致。

图1 不同品种稻米淀粉颗粒粒径分布图Fig. 1 Particle size distributions of different rice starch granules

2.4 不同品种稻米淀粉中支链淀粉的链长分布

淀粉链的长度，即聚合度(Degree of Polymerization，DP)，常以淀粉分子中脱水葡萄糖基元的平均数目来表示。支链淀粉的链长结构是影响淀粉理化性质的重要参数，支链分支簇的不同及其排列造成淀粉粒晶体结构的差异，并最终导致物种间、品种间和组织间淀粉功能特性的变化[9, 12]。

图 2 为 4 种稻米支链淀粉的链长分布图，特糯2072、特优2035 和Ⅱ优838 的链长分布图谱相似，在DP10-11时有最高峰，而冈优188 的最高峰出现在DP15。4 种稻米淀粉的链长分布均为单峰图谱，这与WANG等[5]的报道一致。依据聚合度，将支链淀粉的链长分布分为 4 部分：DP6-11、DP12-23、DP24-29和DP≥30。几种稻米支链淀粉的链长分布如图 3 和表 4 所示。稻米淀粉中，短链(DP6-11)和中间链(DP12-23)所占比例较高，分别为41.21%～54.51%和43.21%～58.51%；而长链所占比例较小。但直链淀粉含量不同，支链淀粉链长分布差异较大，其中特优2035 的短链含量明显高于其他几个稻米品种。

图2 不同品种稻米支链淀粉链长分布图Fig. 2 Branch chain length distributions of amylopectin from different rice starches

Table 3 Particle size distributions of different rice starch granules μm

表4 不同品种稻米支链淀粉的链长分布Table 4 Branch chain length distributins of amylopectin from different rice starches %

2.5 不同稻米淀粉理化性质的相关性分析

表 5 为不同品种稻米淀粉各理化性质的相关性分析结果。由表中可知，冷胶黏度(CPV)与直链淀粉含量(AC)呈显著正相关关系；淀粉颗粒的平均粒径(Dav)与直链淀粉含量呈显著负相关关系。稻米淀粉的链长分布影响其成糊温度(PT)，成糊温度与DP6-11呈显著负相关关系，而与DP12-23呈显著正相关关系。JANE等[13]以芋头、绿豆、糯米、莲藕、马铃薯等淀粉为材料，研究了A-型、B-型和C-型淀粉的链长分布、直链淀粉含量与糊化性质的关系，发现支链淀粉的分支链越长，糊化温度也越高。贺晓鹏等[14]采用改进的荧光糖电泳法，分析了50 个籼、粳稻品种支链淀粉结构与淀粉理化性质的关系，发现支链淀粉的链长分布主要影响淀粉的起始成糊温度和相对结晶度。BAO等[15]发现稻米淀粉糊化温度与支链淀粉短的分支链含量(DP6-11)呈负相关关系，而与DP12-24呈正相关关系，这可能是因为短支链含量高的淀粉其晶体结构的完整性不如长支链含量高的淀粉，导致其起始糊化温度降低[16]。由表 5 还可以发现，稻米淀粉的RVA黏度特征值也受其链长结构的影响。其中崩解值与DP6-11呈极显著正相关关系，而与DP12-23呈显著负相关关系；消减值(SBV)与DP≥24(因DP24-29和DP≥30含量较低，所以合并)呈显著负相关关系(P<0.05)。

表5 稻米淀粉理化性质与链长分布相关性分析Table 5 Correlations between physicochemical properties and chain length distribution of different rice starches

续表 Continuing table

注：*，表示在 0.05 水平显著相关；**，表示在 0.01 水平显著相关。

Note: *, significant at the 0.05 level; **, significant at the 0.01 level.

3 结论

1)4种稻米淀粉的糊化性质差异显著，非蜡质稻米淀粉的成糊温度随着直链淀粉含量的增加，从68.35 ℃增至76.35 ℃；热浆黏度、冷胶黏度也随直链淀粉含量的增加呈递增趋势。

2)稻米淀粉颗粒平均粒径为4.98～5.30 μm, 直链淀粉含量与淀粉颗粒平均粒径呈显著负相关关系，但粒度分布范围随直链淀粉含量的增加渐宽，颗粒均一性下降。

3)支链淀粉的链长分布影响稻米淀粉的糊化特性，成糊温度与DP6-11呈显著负相关关系，与DP12-23呈显著正相关关系；崩解值与DP6-11呈极显著正相关关系，与DP12-23呈显著负相关关系；而消减值与DP≥24呈显著负相关关系。

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Relationshipbetweenphysicochemicalpropertiesandbranchchainlengthdistributionsofdifferentricestarches

MA Fenglian, PEI Yaqiong, SONG Xiaoyan, REN Hongtao

(College of Food Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

Rice starches were separated from four kinds of indica rice, such as Tenuo 2072, Teyou 2035,Ⅱyou 838 and Gangyou 188. The pasting characteristics, particle size distribution, and branch chain length distribution of amylopectin were analyzed by rapid viscosity analyzer, laser particle analyzer, and ion chromatography, respectively. The results show that the average particle size of four rice starches ranged from 4.98～5.30 μm, which was negatively correlated with the amylose content (P<0.05). The pasting properties showed that Teyou 2035 had the highest peak viscosity, while Tenuo 2072 had the lowest peak viscosity. The chain length distribution of amylopectin had important effects on RVA profiles. The pasting temperature was negatively correlated with DP6-11, but was positively correlated with DP12-23 (P<0.05). Breakdown viscosity was positively correlated with DP6-11 (P<0.01), but was negatively correlated with DP12-23 (P<0.05). Moreover, setback viscosity was negatively correlated with DP≥24 (P<0.05).

rice starch; particle size distribution; pasting characteristics; branch chain length distribution

2017-03-23

国家自然科学基金项目(31201420，31671815)

马凤莲(1988-)，女，河南开封人，硕士研究生，主要从事农产品精深加工研究。

宋晓燕(1976-)，女，河南洛阳人，副教授，硕士研究生导师。

1000-2340(2017)04-0566-06

TS 235.1

A

(责任编辑：李 莹)