蛋白质、脂肪对豆类理化特性及体外消化特性的影响

崔亚楠 张 晖 王 立 钱海峰 齐希光

(江南大学， 无锡 214122)

鹰嘴豆(chickpea)，又名鸡豌豆、桃豆、脑豆子，是野豌豆族鹰嘴豆属植物中的一个栽培品种，一年生或两年生草本植物。鹰嘴豆富含多种氨基酸，是较好的膳食蛋白来源。同时鹰嘴豆还具有一定的药用价值，其在减缓及预防糖尿病、心血管疾病和肿瘤的发生方面效果显著[1]。

花芸豆，为菜豆属(PhaseolusvulgarisL.)的一种，品种较多，营养丰富。芸豆属医食同源食物，具有清热解毒及抗炎等多种药理作用。食用花芸豆可以增强饱腹感，有利于糖尿病患者控制餐后血糖水平[2]。

蛋白质和脂肪可以影响食物的血糖生成指数[3-5]。蛋白质对淀粉具有包埋作用，限制了淀粉酶与淀粉的接触，使淀粉难以消化吸收。脂肪能够延迟胃排空并可刺激肠抑胃肽的释放，进而使胰岛素分泌增强。脂肪与直链淀粉形成的直链淀粉-脂肪复合物可减缓淀粉消化速度、降低淀粉在小肠中的吸收率、降低餐后血糖反应。但是目前国内外关于天然蛋白质、脂肪对豆类消化特性的研究鲜有报道。本实验研究了蛋白质、脂肪对于鹰嘴豆及花芸豆糊化特性、溶胀度、可溶指数等理化特性的影响；并对鹰嘴豆、花芸豆的体外消化特性进行了研究，对于探究天然蛋白质、脂肪对豆类血糖生成指数的影响具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

谷物和豆类：枣庄七珍坊食品有限公司；猪胰α-淀粉酶(290 U/mL)、淀粉转葡萄糖苷酶、胰酶：Sigma(中国)有限公司；直链淀粉试剂盒：Megazyme(中国)有限公司；碱性蛋白酶：上海金穗生物科技有限公司；其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器及设备

SGD-IV型还原糖测定仪：山东省科学院生物研究所；海能SH220N石墨消解仪：海能仪器股份有限公司；脂肪测定仪SOX406：海能仪器股份有限公司；日立S-4800场发射扫描电子显微镜：日本日立株式会社；RVA-3D型快速黏度分析仪(RVA)：澳大利亚Newport科学仪器公司；S3500激光粒度分析仪：美国Microtrac公司。

1.3 试验方法

1.3.1 豆类粉的制备

鹰嘴豆、花芸豆用磨粉机粉碎至全部通过60目筛,装入封口袋于-20 ℃储存。

1.3.2 脱脂豆类粉的制备

参考张杰等[6]的方法并做适当改动。将适量粉碎过筛的豆类粉置于烧杯中，加入石油醚(原料:石油醚=1:7)。在室温下，用置顶式搅拌器搅拌3 h。离心除去石油醚(3 000 r/min，15 min)。重新加入石油醚，重复以上步骤1次。将所得沉淀物平摊在平皿中，在通风橱中放置一段时间，待溶剂完全挥发后，45 ℃干燥12 h。研磨粉碎，装袋，-20 ℃储存。

1.3.3 脱蛋白豆类粉的制备

参考张慧等[7]的方法。取100 g粉碎过筛的豆类粉置于600 mL高脚烧杯中，加入300 mL的碱性蛋白酶溶液(100 U/mL，pH 11)，混合均匀后置于45 ℃水浴锅中酶解40 min，酶解期间使用置顶式搅拌器不断搅拌。酶解完成后，用低速大容量离心机在4 000 r/min离心10 min。再用碱性蛋白酶以相同的方法酶解沉淀物1次，酶解完成后，沉淀物用去离子水反复洗涤至洗液呈中性。脱水，45 ℃干燥12 h。研磨粉碎，装袋，-20 ℃储存。

1.3.4 豆类淀粉的制备

淀粉提取参考chung等[3]的方法并做适当调整。豆类原料(100 g)洗净后，用0.05%亚硫酸钠溶液在室温下浸泡18 h，倾去溶液，清水洗涤3次。手工剥除豆类表皮，加适量去离子水后打碎，胶体磨胶磨10 min，胶磨结束后，液体过120目筛。筛上物加适量去离子水后再次胶磨5 min，并将液体过120目筛。弃去筛上物，筛下液体静置30 min，倾去上清液。将剩余液体用低速大容量离心机在3 000 r/min离心15 min，倾去上清液，用刮勺将沉淀物表面的黄褐色杂质除去。用适量去离子水使沉淀物重新悬浮，离心、倾去上清液、刮除杂质，重复此步骤直至黄褐色杂质被完全除去。将得到的沉淀物在平皿上摊平摊薄，并用微量去离子水冲洗离心杯，将洗液一并转移到平皿中，45 ℃干燥12 h。研磨粉碎，装袋，-20 ℃储存。

1.3.5 基本组成成分测定

水分含量测定：快速水分测定仪测定。粗蛋白含量测定：采用自动定氮仪进行测定。淀粉含量的测定：GB/T 5514—2008。粗脂肪含量的测定：采用索氏抽提法，具体操作参照GB/T 5009.6—2003。直链淀粉含量的测定：直链淀粉试剂盒法。

1.3.6 糊化特性测定

参照GB/T 24853—2010《小麦、黑麦及其粉类和淀粉糊化特性测定快速黏度仪法》对谷物粉、豆类粉进行糊化特性的测定。

1.3.7 溶胀度和可溶指数测定

参考Shi等[8]的方法。

1.3.8 微观结构测定

取微量样品颗粒，利用导电胶将其粘在样品台上，然后经IB-5离子溅射仪镀金100 A后，使用SU1510型扫描电子显微镜(SEM)进行拍照，加速电压5 kV。

1.3.9 体外淀粉消化法及估计血糖生成指数

参考Englyst[9]的方法。准确称量含600 mg淀粉的样品于测试管中，加入10 mL去离子水，漩涡震荡、混合均匀。沸水浴加热30 min，在沸水浴期间不断震荡试管以避免结块。将测试管移入37 ℃振荡水浴锅中，加入5个玻璃珠，10 mL醋酸钠缓冲液(0.2 mol/L，pH 5.2)，摇匀后温育30 min。加入新鲜制备的混合酶溶液5 mL，水浴振荡，于20、30、60、90、120、180 min分别取1 mL水解液，沸水浴灭酶，用还原糖测定仪测定其葡萄糖含量。以白面包为标准参考物，参考Goni等[10]的方法计算eGI。

1.3.10 数据统计与分析

所有数据均进行了3次重复测定，并采用SPSS 19.0和Origin 8.0对数据进行处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 豆类、脱脂豆类、脱蛋白豆类、豆类淀粉基本组成成分

样品基本组成如表1所示。花芸豆经脱脂处理后脱脂率为98.01%，脱脂后花芸豆淀粉含量、直链淀粉含量均增加，蛋白质含量略有下降。花芸豆经脱蛋白处理后，蛋白质去除率为67.38%，脱蛋白花芸豆淀粉含量、直链淀粉含量均增加，脂肪含量下降。提淀粉处理使得花芸豆中的蛋白质和脂肪基本都被除去。

表1 豆类、脱脂豆类、脱蛋白豆类、豆类淀粉基本组成成分

注：表中数值为平均值±标准误差(n=3)，“—”表示未检出。

鹰嘴豆经脱脂处理后，脱脂率为93.56%，脱脂后鹰嘴豆淀粉含量、直链淀粉含量均增加，蛋白质含量下降；鹰嘴豆经脱蛋白处理后，蛋白质去除率为64.30%，脱蛋白鹰嘴豆淀粉含量、直链淀粉含量均增加，脂肪含量下降；鹰嘴豆淀粉中蛋白质质量分数为1.47%，脂肪含量未检出。

表2 豆类、脱脂豆类、脱蛋白豆类、豆类淀粉的糊化特性

注：数值为平均值±标准误差(n=3)，同列中不同字母表示有显著性差异(P<0.05)，a为最小值。

2.2 豆类、脱脂豆类、脱蛋白豆类、豆类淀粉的糊化特性

样品的糊化特性如表2所示。与豆类粉相比，脱脂豆类、脱蛋白豆类、豆类淀粉的糊化温度均下降，说明脱脂豆类、脱蛋白豆类、豆类淀粉更容易糊化。处理后豆类糊化温度降低可能是因为处理后的淀粉颗粒在加热过程中更易膨胀和破裂。脱脂后豆类衰减值略有增加说明脂肪去除后淀粉结构遭到破坏，稳定性下降。脱蛋白后豆类衰减值显著增加(P<0.05)，说明蛋白质对淀粉糊稳定性的影响大于脂肪。提淀粉后，豆类衰减值进一步增大，淀粉糊稳定性下降。豆类淀粉回生值较高，说明豆类淀粉更容易老化，这可能与豆类淀粉中直链淀粉含量较高有关。回生值越大，淀粉冷却过程中分子内或分子间生成的氢键越多。氢键可以阻碍淀粉酶对淀粉的水解作用，从而使淀粉消化速率降低[11]。豆类淀粉终值黏度高，这可能是由直链淀粉聚集引起的。

2.3 豆类、脱脂豆类、脱蛋白豆类、豆类淀粉的溶解度及膨润度

由图1可以看出，60～90 ℃温度范围内，脱脂花芸豆与花芸豆溶解度相差不大，二者的溶解度均显著高于脱蛋白花芸豆及花芸豆淀粉的溶解度。60～90 ℃温度范围内，脱蛋白花芸豆溶解度始终高于花芸豆淀粉溶解度。由图1可知，60～80 ℃温度范围内鹰嘴豆溶解度略高于脱脂鹰嘴豆，80～90 ℃鹰嘴豆溶解度与脱脂鹰嘴豆溶解度基本持平。鹰嘴豆和脱脂鹰嘴豆溶解度均显著高于脱蛋白鹰嘴豆溶解度、鹰嘴豆淀粉溶解度。这是因为豆类中可溶性成分多，脱蛋白及提淀粉过程中可溶性成分损失，从而使脱蛋白豆类粉和豆类淀粉溶解度下降。

图1 豆类、脱脂豆类、脱蛋白豆类、豆类淀粉的溶解度

图2 豆类、脱脂豆类、脱蛋白豆类、豆类淀粉的膨润度

膨润度反映了淀粉的水合能力，膨润度高、水合能力强，淀粉酶易于进入淀粉颗粒内部，从而使淀粉水解速率增大[8]。相关研究表明，膨润度主要是由直链淀粉-脂肪复合物及支链淀粉分子结构决定的[12]。由图2可以看出，60～90 ℃温度范围内，花芸豆淀粉膨润度最高。60、70 ℃时花芸豆4个样品之间膨润度差异不大，80～90 ℃温度范围内，样品膨润度从高到低依次为：花芸豆淀粉、脱蛋白花芸豆、脱脂花芸豆、花芸豆。由图2可以看出，60、70 ℃时鹰嘴豆四个样品之间膨润度差异不大。60～90 ℃温度范围内，脱脂鹰嘴豆和脱蛋白鹰嘴豆膨润度基本持平。80、90 ℃时，鹰嘴豆淀粉膨润度高于脱蛋白鹰嘴豆、脱脂鹰嘴豆，鹰嘴豆膨润度略低于脱蛋白鹰嘴豆、脱脂鹰嘴豆。80～90 ℃温度范围内，豆类经脱蛋白、脱脂、提淀粉处理后膨润度增加，说明脱脂豆类、脱蛋白豆类、豆类淀粉在加热过程中更易吸水膨胀，从而导致其糊化温度下降，这与表2所示结果一致。2.4 豆类、脱脂豆类、脱蛋白豆类、豆类淀粉的粒度分布

豆类、脱脂豆类、脱蛋白豆类、豆类淀粉的粒度分布如表3所示。鹰嘴豆粉平均粒径小于花芸豆粉平均粒径。花芸豆平均粒径大，颗粒比表面积小，淀粉酶与淀粉接触面积小，淀粉水解速率慢、eGI低。脱脂、脱蛋白、提淀粉均使颗粒粒径减小、比表面积增大，淀粉水解速率增加。因此，经脱脂、脱蛋白处理后豆类eGI升高。脱蛋白花芸豆与脱脂花芸豆平均粒径差异显著(P<0.05)，脱蛋白鹰嘴豆粉与脱脂鹰嘴豆粉平均粒径差异显著(P<0.05)，这是造成脱蛋白豆类粉eGI大于脱脂豆类粉eGI的原因之一。

表3 豆类、脱脂豆类、脱蛋白豆类、豆类淀粉粒径范围及平均粒径

注：数值为平均值±标准误差(n=3)，同列中不同字母表示有显著性差异(P<0.05)，a为最小值。

2.5 豆类、脱脂豆类、脱蛋白豆类、豆类淀粉的微观结构

豆类、脱脂豆类、脱蛋白豆类、豆类淀粉的微观结构如图3所示。花芸豆粉颗粒较大，表面粗糙不平且附着有小颗粒及其他杂质，颗粒之间相互粘连，多为椭圆形、豌豆形或不规则多边形。脱脂花芸豆颗粒之间粘连减少，颗粒表面更加粗糙，小颗粒增加。与花芸豆颗粒相比，脱蛋白花芸豆颗粒表面更加粗糙，颗粒之间粘连现象减少。花芸豆淀粉颗粒表面光滑，形状规则多为圆形或椭圆形，大小相对均一。

鹰嘴豆粉颗粒之间相互粘连，表面粗糙不平附着小颗粒和其他杂质，颗粒形状较为规则，多为圆形或椭圆形。脱脂鹰嘴豆颗粒之间粘连减少，出现破损颗粒，小颗粒数量增加。脱蛋白鹰嘴豆中大颗粒消失，小颗粒之间彼此粘连，与鹰嘴豆中颗粒相比，脱蛋白鹰嘴豆小颗粒表面比较光滑。鹰嘴豆淀粉颗粒形状多为卵圆形，少数淀粉颗粒为不规则多边形，淀粉颗粒表面附有少量杂质，部分淀粉颗粒表面出现裂缝或凹陷。

蛋白质脱除后，豆类全粉颗粒表面膜状物消失，蛋白质对淀粉颗粒包埋作用减弱，淀粉酶易于与淀粉颗粒接触，淀粉水解速率增大、eGI升高。脱脂肪后，破碎淀粉颗粒增加，颗粒之间粘连聚集减少，淀粉酶易于渗入淀粉颗粒内部，淀粉水解速率增大、eGI升高。

注：a1花芸豆粉；a2脱脂花芸豆；a3脱蛋白花芸豆；a4花芸豆淀粉；b1鹰嘴豆粉；b2脱脂鹰嘴豆；b3脱蛋白鹰嘴豆；b4鹰嘴豆淀粉。图3 样品颗粒表面扫描电镜图(×1 000)

2.6 豆类、脱脂豆类、脱蛋白豆类、豆类淀粉体外消化进程及eGI

豆类、脱脂豆类、脱蛋白豆类、豆类淀粉的体外消化曲线如图4所示，豆类、脱脂豆类、脱蛋白豆类、豆类淀粉eGI如图5所示。在消化初期，所有样品均呈现较高的淀粉水解增长率。水解30 min后，淀粉水解率趋于平缓。4种花芸豆样品eGI由低到高依次为：花芸豆(64.41)<脱脂花芸豆(66.55)<脱蛋白花芸豆(76.68)<花芸豆淀粉(80.21)。4种鹰嘴豆样品eGI由低到高依次为：鹰嘴豆(65.43)<脱脂鹰嘴豆(68.61)<脱蛋白鹰嘴豆(76.75)<鹰嘴豆淀粉(78.78)。

以上数据表明脱脂对豆类eGI影响较小，脱蛋白对豆类eGI影响较大。这可能是因为豆类淀粉外层被蛋白质和纤维包裹，使得淀粉酶与糊化淀粉难以接触，从而使淀粉水解率降低。脱除蛋白质后，蛋白质对淀粉的包埋作用消失，淀粉水解率增大、eGI升高。而与蛋白质相比，脂肪含量少，所以脂肪对豆类eGI影响较小。

图4 豆类、脱脂豆类、脱蛋白豆类、豆类淀粉的体外消化曲线

图5 豆类、脱脂豆类、脱蛋白豆类、豆类淀粉估计血糖生成指数

2.7 豆类中蛋白质含量、脂肪含量与eGI相关性分析

蛋白质含量、蛋白质/淀粉、脂肪含量、脂肪/淀粉与豆类eGI之间的相关性如表4所示。蛋白质含量、蛋白质/淀粉与eGI呈极显著负相关，这主要是因为豆类中淀粉与蛋白质结合较紧密，淀粉被蛋白质紧密包裹，蛋白酶等首先要对淀粉外层的蛋白质进行分解，这可能延缓了酶对淀粉的水解作用，淀粉分子难以被酶类水解，从而使双糖和单糖释放速度减慢、eGI下降[13]。

脂肪含量、脂肪/淀粉与eGI无显著相关性。Wolever等[14]以糖尿病患者为试验对象研究了食物中蛋白质含量、脂肪含量与GI的相关性，结果表明GI与蛋白质含量呈负相关，GI与脂肪含量无显著相关性(P<0.05)，Henry等[15]的研究结果与Wolever一致。

表4 豆类中蛋白质含量、脂肪含量与eGI相关性分析

注：图中**表示相关性极显著(P<0.01)。

3 结论

本实验研究了脂肪和蛋白质对豆类理化特性及体外淀粉消化特性的影响。研究发现，脱脂、脱蛋白、提淀粉处理使得豆类糊化温度下降，峰值黏度、终值黏度、衰减值、回生值变大；溶解度和膨润度发生变化；平均粒径减小；淀粉水解速率增加，估计血糖生成指数(eGI)升高。蛋白质对淀粉消化的影响大于脂肪。试验结果表明蛋白质含量与eGI相关系数为：-0.993，蛋白质/淀粉与eGI相关系数为：-0.997。脂肪含量、脂肪/淀粉与eGI无显著相关性。

[1]傅樱花，张富春.鹰嘴豆中具有降血糖效果的功能成分分析[J].食品工业，2011(5):85-88 FU YINGHUA,ZHANG FUHUN.Analysis of Functional Components on Hypoglycemic Effect of Chickpea[J].The Food Industry,2011(5):85-88

[2]KAURA S,SINGHA N,SODHI N S,et al.Diversity in properties of seed and flour of kidney bean germplasm[J].Food Chemistry,2009,117(2):282-289

[3]JENKINS D J A,WOLEVER T M S,TAYLOR R H,et al.Glycemic index of foods:a physiological basis for carbohydrate exchange[J].The American Journal of Clinical Nutrition,1981,34(3):362-366

[4]OWEN B,WOLEVER T M S.Effect of fat on glycaemic response in normal subjects:a dose-response study[J].Nutrition Research,2003,23(10):1341-1347

[5]WOLEVER T M S,KATZMANRELLE L,JENKINS AL,et al.Glycemic index of 102 complex carbohydrate foods in patients with diabetes[J].Nutrition Research,1994,14(5):651-669

[6]张杰，何义萍，韩小贤，等.脱脂对燕麦淀粉理化性质影响研究[J].中国粮油学报，2013(3):17-22 ZHANG JIE,HE YIPING,HAN XIAOXIAN,et al.Effects of Defatting on the Physiochemical Properties of Buckwheat Starch[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association,2013(3):17-22

[7]张慧，洪雁，顾正彪，等.3种谷物全粉中淀粉的消化性及影响因素[J].食品与发酵工业，2012(11):26-31 ZHANG HUI,HONG YAN,GU ZHENGBIAO,et al.Three kinds of grain starch digestibility and influencing factors[J].Food and Fermentation Industries,2012(11):26-31

[8]SHI M,GU F,WU J,et al.Preparation,physicochemical properties,and in vitro digestibility of cross-linked resistant starch from pea starch[J].Starch-Starke,2013,65(11-12):947-953

[9]ENGLYST H N,KINGMAN S M,CUMMINGS J H.Classification and measurement of nutritionally important starch fractions[J].European Journal of Clinical Nutrition,1992,46(2):33-50

[10]GONI I,GARCIA-A A,SAURA-C F.A starch hydrolysis procedure to estimate glycemic index[J].Nutrition Research,1997,17(3):427-437

[11]毕玉，洪雁，顾正彪，等.西米淀粉结构及消化特性[J].食品科学，2014(13):70-73 BI YU,HONG YAN,GU ZHENGBIAO,et al.Structure and Digestion Properties of Sago Starch[J].Food Science,2014(13):70-73

[12]JIANG Q Q,GAO W Y,SHI Y P.Comparison of starches from five plants of sect.stenophora uline and sect.lasiophyton uline of dioscorea grown in China[J].Journal of the Science of Food and as Agriculture,2015,95(4):836-842

[13]韩小存.低血糖指数豆类品种的筛选及其在面制品中的应用[D].郑州:河南工业大学，2013 HAN XIAOCUN.The screening of low glycemic index of beans and application in its flour products[D].Zheng Zhou:Henan University of Technology,2013

[14]WOLEVER T M S,KATZMANRELLE L,JENKINS A L,et al.Glycaemic index of 102 complex carbohydrate foods in patients with diabetes[J].Nutrition Research,1994,14(5):651-669

[15]HENRY C J K,LIGHTOWLER H J,STRIK C M,et al.Glycaemic index and glycaemic load values of commercially available products in the UK[J].Britain Journal of Nutrition,2005,94(6):922-930.