青稞淀粉大中小颗粒淀粉的分级及颗粒糊化特性的相关性研究

刘 娣，杨梦恬，沈淑民，肖志刚，孔祥礼

（1. 沈阳师范大学粮食学院，辽宁沈阳 110034；2. 浙江大学农业与生物技术学院，浙江杭州 310029）

青稞淀粉大中小颗粒淀粉的分级及颗粒糊化特性的相关性研究

刘 娣1，杨梦恬1，沈淑民2，*肖志刚1，*孔祥礼1

（1. 沈阳师范大学粮食学院，辽宁沈阳 110034；2. 浙江大学农业与生物技术学院，浙江杭州 310029）

探讨了青稞淀粉大、中、小颗粒直径的大小及颗粒形态与直链淀粉含量的关系，以及对热力学性质的影响。结果表明，青稞淀粉颗粒的直径越大，颗粒越圆，形状越规则；直径越大的青稞淀粉颗粒，直链淀粉含量越高，颗粒大小与直链淀粉含量呈正相关；小颗粒有更高的初始温度、峰值温度和终止温度，但是糊化焓却最低，初始温度、峰值温度和终止温度与颗粒大小呈正相关，糊化焓与颗粒大小呈负相关。

淀粉颗粒；直链淀粉；糊化

（1. College of Grain Science and Technology， Shenyang Normal University， Shenyang， Liaoning 110034， China；2. College of Agriculture and Biotechnology， Zhejiang University， Hangzhou， Zhejiang 310029， China）

0 引言

青稞主要生长在我国西北、西南及青藏高原等地区。青稞亦称为裸麦，据文献记载，青稞属禾本科、一年生草本植物，是大麦的一个变种[1]。青稞含有丰富的纤维、维生素、矿物质和蛋白质，同时低脂肪、低糖，且富含微量元素硒，具有抗癌的作用。青稞以其较高的营养价值日益引起人们的关注[2]。

淀粉是青稞籽粒的主要成分，占青稞干质量的60%～75%。青稞淀粉在淀粉颗粒呈双峰颗粒尺寸分布，即呈透镜状大的A型淀粉颗粒和小的B型淀粉颗粒[3]。相关人员研究了小麦的这2种颗粒，但是对于青稞并未见到报道。大、小颗粒淀粉在大小、形态、化学组成、理化性质等方面都存在明显差异，淀粉颗粒的研究对食品和非食品领域都有着重要的意义。

试验在前人研究的基础上将颗粒更加细致地分级分离， 最终分成大 （＞15 μm）、 中 （5～15 μm） 和小（＜5 μm） 3种颗粒级，并观察它们的形态结构，探究颗粒大小与直链淀粉含量的关系及其对热力学性质的影响。

1 材料与方法

唐古风蓝淀粉，实验室制备；

氢氧化钠、乙酸、盐酸、碘、碘化钾，均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司提供。

Thermo Fisher型高速冷冻离心机、电子分析天平、紫外风光光度计、Thermo Fisher型光学显微镜，泰默飞世尔科技（中国）有限公司产品；扫描电子显微镜。

1.3.1 青稞淀粉的制备

采用碱法提取青稞淀粉[4]。取200 g青稞籽粒浸泡在去离子水中，置于4 ℃冰箱中10 h后，倒掉过量的水，添加质量分数为0.25%的氢氧化钠溶液（基于质量比1∶3） 研磨3 min，将所获得浆液再次放入4 ℃冰箱中12 h，取出过270目筛，期间不断用去离子水冲洗悬浮液，直到筛子上无残留淀粉。滤出液用离心机（3 000 r/min） 离心15 min，倒掉上清液并小心刮掉上层黄色蛋白；下层的淀粉再次浸泡在去离子水中，用0.1 mol/L的盐酸溶液调至中性后，按上述步骤进行离心，再去掉淡黄色表层。整个过程重复至少3次，最大程度地保证了提取淀粉的纯度。所获得的淀粉用95%乙醇进行洗涤，之后放于40 ℃烘箱中24 h，拿出后研磨并通过70目筛。

1.3.2 青稞淀粉大、中、小颗粒的分级分离

将原淀粉按照粒径大小不同，分成大、中、小3种淀粉颗粒。具体方法如下：于室温下将淀粉悬浊液（10%，W/V；500 mL去离子水） 在高脚杯中沉降，1 h后将包含小淀粉颗粒的上层250 mL悬浊液小心倾倒出，再向高脚杯中倒入250 mL去离子水。此过程重复10次，直到在显微镜下观察上层的250 mL上清液中没有小颗粒淀粉的存在。收集全部的上清液，并离心获得小颗粒淀粉。中间颗粒淀粉的收集除了沉降时间为30 min外，其他过程与小颗粒相同。最后，高脚杯底部的沉淀为大颗粒淀粉。所获得的各粒级淀粉用95%乙醇进行洗涤，放于40 ℃烘箱中24 h，取出后研磨并通过70目筛。

1.3.3 淀粉粒径分布的测定

淀粉粒径分布采用Beckman Coulter LS 13320型粒度分析仪进行测定。

1.3.4 淀粉颗粒表面结构的观察

采用扫描电镜（SEM），在2 000倍下分别观察青稞样品不同大小颗粒的形态结构。

1.3.5 直链淀粉含量的测定

参照GB/T 15683—2008的方法。

1.3.6 热力学性质的测定

淀粉的热力学性质分析是通过差示热量扫描仪（DSC-Q20型，TA，New castle，DE，USA） 进行，根据所测样品的水分含量计算，称取干质量约2 mg淀粉直接放到铝盘中，再用微注射器加入6 μL蒸馏水，将铝盘密封，于室温下平衡至少1 h，再用1个空盘作为所有测量的参考。扫描温度的范围和加热频率分别为30～120 ℃和10 ℃/min，测定的转化温度包括起始温度（To）、峰值温度（Tp）、终止温度（Tc） 和糊化焓 （ΔHg）。

1.3.7 数据分析

测定的数据均设置3组平行，以平均值±标准差的形式表示。利用SPSS 13.0对试验数据进行相关性分析。

2 结果与分析

青稞淀粉颗粒大小粒径分布见表1。

表1 青稞淀粉颗粒大小粒径分布

由表1可知，青稞淀粉的颗粒粒径范围在4～20 μm。从体积百分比上可以看出，随着颗粒尺寸的减小，体积百分比随之减小，体积百分比与颗粒大小呈正相关。相反，数量百分比与颗粒尺寸呈负相关，大颗粒淀粉拥有最大的体积百分比和最小的数量百分比，粒径越小的淀粉，数量就越多。

青稞大、中、小淀粉颗粒（从左至右）放大倍数为1 000×的电镜观测见图1。

图1 青稞大、中、小淀粉颗粒（从左至右）放大倍数为1 000×的电镜观测

由图1不同放大倍数可以看出，大、中、小颗粒为盘状或透镜状，表面光滑，且直径越大的颗粒越圆形状越规则，小颗粒呈球形和不规则状，并含有少量蛋白质和破碎颗粒，伴有团聚的现象。粒径和形状的差异对青稞淀粉的理化性质存在一定影响。

青稞淀粉中直链淀粉含量见表2。

表2 青稞淀粉中直链淀粉含量/ %

由表2可知，每个品种之间大、中、小3种颗粒之间存在着显著的差异。直径越大的颗粒，直链淀粉含量越高。已有研究表明，直链淀粉含量与颗粒大小有关，颗粒越小，直链淀粉含量越低，与试验研究的结果相吻合。

DSC测得样品后，获得起始温度To、峰值温度（Tp）、终止温度（Tc） 和糊化焓（ΔHg）。

青稞淀粉的热力学性质见表3。

表3 青稞淀粉的热力学性质

由表3可知，小颗粒有更高的起始温度、峰值温度和终止温度，但是糊化焓却最低。一般来说，分子间缔合程度大，分子排列紧密，拆散分子间的氢键、拆开微晶束要消耗更多外能，这样的淀粉粒糊化温度就高，反之则易于糊化。而青稞淀粉在同一淀粉中，淀粉粒大的糊化温度较低，而淀粉粒小的糊化温度较高。

3 结论

试验将淀粉颗粒分成大、中、小3种颗粒，并初步观察了青稞品种唐古风蓝的颗粒形貌、颗粒大小，并探讨了颗粒大小与直链淀粉含量、热力学性质的关系。结果表明，越小的颗粒占据越少的体积百分比和越大的数量百分比，青稞颗粒呈盘状或透镜状，直径越大的颗粒越圆越扁；直链淀粉含量也受颗粒大小所影响，颗粒越大，直链淀粉含量越高；热力学参数显示，颗粒直径越小，糊化温度越高。但由于样品的限制，仅研究了1种，在接下来的工作中需要进一步研究，使结果具有普遍性，另外也要更加系统地研究淀粉其他理化性质与淀粉颗粒大小之间的关系，为淀粉在食品和非食品领域的应用提供理论基础。

[1]孟凡磊.西藏青稞品种的遗传多样性分析及其改良 [D].杨凌：西北农林科技大学，2008.

[2]李春平.临潭县高寒阴湿区青稞配方施肥试验初报 [J].中国农技推广，2013，29（5）：38-39.

[3]郑学玲，张玉玉，张杰.青稞淀粉和小麦淀粉的理化性质比较研究 [J].中国粮油学报，2010，25（10）：52-56.

[4]Kong X，S Kaspapis， P Zhu， et al.Physicochemical and structural characteristics of starches from Chinese hull-less barley cultivars[J].International Journal of Food Science&Technology， 2016， 51 （2）： 509-518.◇

TS231

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.10.004

1671-9646（2017） 10a-0016-03

2017-09-27

辽宁省高等学校优秀科技人才支持计划（LR2015062）；国家星火重点项目（2015GA650007）。

刘 娣（1992— ），女，在读硕士，研究方向为粮食油脂及植物蛋白工程。

*通讯作者：肖志刚（1972— ），男，博士，教授，研究方向为粮食油脂及植物蛋白工程。孔祥礼（1980— ），男，博士，副教授，研究方向为食品生物物理学、谷物科学。