大豆低聚糖对大米粉老化性质的影响及其机理研究

王建宇?冯晓光?韩贵成?杨肖飞?陈湘宁

摘 要：为了更好的在大米粉中使用功能性低聚糖（大豆低聚糖），本实验研究了大豆低聚糖对大米粉老化性质的影响，并研究其作用机理。添加大豆低聚糖可以改善大米凝胶的质构特性。碘结合实验表明大豆低聚糖可以降低大米凝胶的结晶度，延缓凝胶老化。而傅里叶红外光谱证明了大豆低聚糖延缓大米凝胶老化是通过与淀粉链形成分子间氢键从而阻止淀粉链的相互靠近、降低结晶度。因此，大豆低聚糖可用于抑制大米类食品的老化、延长货架期。

关键词：大豆低聚糖;大米;老化;结晶度

大米是人类最重要的粮食作物之一。大米中粗淀粉的含量约为80%[1]，一般煮熟后食用，大米在煮熟过程中淀粉会发生糊化，待食品冷却下来后淀粉会发生老化。淀粉的老化会影响食品的感官品质、营养价值以及货架期，往往被认为是有害变化[2]。因此抑制淀粉的老化对改善淀粉基食品的品质很重要。

大豆低聚糖是一种功能性低聚糖，其主要成分是蔗糖、棉籽糖、水苏糖。近些年来，人们发现大豆低聚糖具有促进双歧杆菌增殖、降血压与降血脂等生理功效，因而大豆低聚糖的应用得到重视[3]。然而，大豆低聚糖是否可以延缓大米类食品的老化至今尚未研究。因此，研究大豆低聚糖对大米凝胶的影响具有重要意义。本实验旨在通过测量大米凝胶的老化特性来研究凝胶的老化进程，通过观察大米凝胶的傅里叶红外光谱来研究大豆低聚糖与淀粉的相互作用机理。这项研究可为大豆低聚糖在淀粉基食品中的应用提供科学指导。

1 材料与方法

1.1 材料

大米购自当地的超市，其主要组成为粗淀粉80.9%、蛋白质6.4%、脂质1.4%、水分含量11.1%以及直链淀粉22.09%。大豆低聚糖（纯度为85%，30%的水苏糖，25%的棉子糖，30%的蔗糖）、蔗糖、棉籽糖以及水苏糖由北京昌华志成有限公司提供。其他化学试剂均为分析纯。

1.2 方法

1.2.1 样品的制备

将大米用粉碎机打碎，之后通过100目筛，称取适量的大米粉于烧杯中，然后分别加入不同量的大豆低聚糖、水苏糖、棉籽糖以及蔗糖（0%，5%，10%），按大米粉与水1∶2（m∶V）的比例加入蒸馏水。搅拌均匀后，在沸水浴中放置30min，取出放置至室温，最后在4℃的冰箱中贮藏，留作备用。

1.2.2 质构的测定

将1.2.1节贮藏1、7、14 d的大米凝胶取出，使用TVT-6700质构分析仪（中国，Perten公司）对凝胶进行质构测试，用5mm圆柱探针进行测量，其他测试参数设定为初始速度为1.0 cmm/s，测试速度为1.0 mm/s，返回速度：2.0 mm/s，触发力：5 g。

1.2.3 碘结合能力的测定

将1.2.1中贮藏0、1、7、14 d与35 d的凝胶取出，使用前人的方法进行碘结合实验，并做了适当的修改[4]。首先用100%的酒精对样品进行脱水，然后在35℃的真空干燥箱中干燥6h，将样品研磨之后通过100目筛。将样品粉末（30mg）溶解在0.01M的氢氧化钠（3mL）溶液中，待溶解后，加入0.01M的盐酸（3mL）中和至中性，之后加入蒸馏水至50mL。取稀释液5mL，并先后加入0.2%I2-2%KI溶液2mL（w/w）和醋酸缓冲液（0.1M，pH4.0）5mL，最后加入蒸馏水调节总体积为50mL，并在25℃下静置15min。在600nm处测量样品的吸光值，大米凝胶与碘结合的抗性程度按照公式（1）计算。

（1）

式（1）中：A0代表第0天凝胶的吸光值，AT表示第t天凝胶的吸光值，A∞代表第35天凝胶的吸光值，X（t）代表凝胶与碘结合的抗性程度。

1.2.4 傅里叶红外光谱

将1.2.1节贮藏14d的大米凝胶取出。然后在38℃的真空干燥箱中干燥12h，对干燥样品进行研磨并通过100目筛。将凝胶粉末与KBr混合（比例为1.5∶100），充分研磨之后压片。使用TENSOR27傅立叶变换红外光谱（Bruker Corporation，Ettlingen，德国）在500～4 000 cm-1波长范围内测定大米凝胶的光谱信息。

1.3 数据分析

实验均重复3次，取平均值。用SPSS 22.0统计软件进行Tukey显著性分析，显著性水平为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 质构特性

凝胶的硬度可以反映淀粉的老化程度，即硬度越大，淀粉的老化越严重[6]。从表1中可以观察到，随着大米凝胶贮藏时间的延长，凝胶的硬度值逐渐变大。这表明在贮藏过程中，淀粉分子不断重新结合，并形成晶体。添加的糖浓度5%时，可以看出所有的糖都具有降低大米凝胶硬度的作用，但是不同的糖之间降低凝胶硬度的差异并不大。而当糖的添加量到10%时，糖降低凝胶硬度的效果更加明显，并且不同的糖之间也产生了明显的差异。其中，水苏糖降低凝胶的硬度值最明显，其次是棉籽糖。这些结果表明大豆低聚糖及其成分都可以降低凝胶的硬度，延缓淀粉的老化，而水苏糖的效果最明显，并且随着添加糖的量增加其效果越好。

综上，由于添加10%糖濃度时，降低大米凝胶硬度的效果更明显，并且不同糖之间的差异性可以更好的观察到，因此，本实验选择10%的糖添加量作为接下来的研究重点。

2.2 碘结合能力

老化的淀粉与碘结合的抗性程度可以评价淀粉的老化度[5]。从表2中可以观察到大米凝胶贮藏1d时，凝胶的抗性程度差异不显著（P>0.05）。而贮藏到第7d时，与储存1 d相比，凝胶的抗性程度显著增加了（P<0.05），空白组增加了20.09%，而实验组蔗糖、棉籽糖、水苏糖以及大豆低聚糖分别增加了17.62%、12.92%、7.98%以及12.55%，可以看出水苏糖组的大米凝胶抗性程度增加的最少，其次是棉籽糖组，这些结果可以看出大豆低聚糖及其成分可以延缓淀粉的老化，降低结晶度，而水苏糖的效果最好。当贮藏到第14d时，不同组大米凝胶抗性程度差异与第7d相似，不做累述。

2.3 傅里叶红外光谱

傅里叶红外光谱用来探究大豆低聚糖及其成分延缓大米凝胶老化的机理。从图1可以看出在添加糖之后，大米凝胶并没有出现新的吸收峰，说明糖与大米凝胶没有形成新的共价键。所有的大米凝胶在3 400 cm-1附近有一个强的吸收峰，这个峰与淀粉的O-H拉伸振动相关，与氢键的形成也有关[7]。大米凝胶在添加糖之后，这个吸收峰明显变窄了，表明添加糖的凝胶形成了较少的氢键。另外，添加糖之后该吸收峰发生了红移，说明大豆低聚糖及其成分确实与淀粉分子形成了分子间氢键[8]。因此，大豆低聚糖及其成分通过与淀粉分子形成分子间氢键来阻碍淀粉分子间的相互靠近，从而抑制了大米凝胶的老化。

3 结论

这项研究发现大豆低聚糖及其成分对大米凝胶的老化具有抑制作用，并且水苏糖的抑制效果最好。傅里叶红外光谱进一步表明，添加糖会延缓大米凝胶的老化，阻碍淀粉分子之间的靠近。这项研究表明，大豆低聚糖及其成分可以作为食品改良剂添加到大米类食品中，延长食品的货架期。

参考文献

[1]Champagne，ET.Rice Starch-Composition and Characteristics[J].Cereal Foods World，1996，41（11）：833.

[2]刘成梅，王日思，罗舜菁，等.两种分子质量大豆可溶性膳食纤维对大米淀粉老化性质的影响[J].中国食品学报，2019，19（10）：110-116.

[3]黄思满，钟机，陈丽娇.大豆低聚糖的生理功能与研究进展[J].现代食品，2016（1）：110-111.

[4]Zhang Bao，Bai Bin，Pan Yi，et al.Effects of pectin with different molecular weight on gelatinization behavior， textural properties，retrogradation and in vitro digestibility of corn starch[J].Food Chemistry，2018（264）：58-63.

[5]Yaoqi Tian，Yuxiang Bai，Yin Li，et al.Use of the resistance effect between retrograded starch and iodine for evaluating retrogradation properties of rice starch[J].Food Chemistry，2011，125（4）：1291-1293.

[6]Zhang Haihua，Sun Binghua，Zhang Shikang，et al.Inhibition of wheat starch retrogradation by tea derivatives[J].Carbohydrate Polymers，2015，134：413–417.

[7]Lian Xijun，Zhu Wei，Wen Yan，et al.Effects of soy protein hydrolysates on maize starch retrogradation studied by IR spectra and ESI-MS analysis， International Journal of Biological Macromolecules，2013，59，143–150.

[8]Im Kyung Oh，In Young Bae，Hyeon Gyu Lee.Complexation of high amylose rice starch and hydrocolloid through dry heat treatment： Physical property and in vitro starch digestibility[J].Journal of Cereal Science，2018，79，341-347.

作者簡介：王建宇（1993—），男，河北沧州人，硕士。研究方向：淀粉的老化。

通讯作者：陈湘宁（1972—），女，广东兴宁人，博士，教授。研究方向：即食鲜切蔬菜。