不同藜麦品种淀粉的理化性质与消化特性

江 帆 杜春微 任妍婧 梁鸡保 杜双奎

(西北农林科技大学食品科学与工程学院1，杨凌 712100)(渭南市计量测试所2，渭南 714000)(神木市农业技术推广中心3，神木 719300)

藜麦(ChenopodiumquinoaWilld.)为一年生藜科双子叶假谷物，最早种植于南美洲的安第斯山区[1]。我国藜麦种植可追溯到20世纪90年代，最初在西藏地区进行试种，目前青海、山西、河北、甘肃、陕西和吉林等地区已有种植，我国现已成为除原产国之外藜麦种植面积最大的国家[2]。藜麦是具有优质完全蛋白的碱性食物，氨基酸组成比例均衡，其中赖氨酸和组氨酸含量较高，并含有丰富的碳水化合物、酚类活性物质、矿物质和维生素，不饱和脂肪酸含量约占总脂肪酸的70%[3,4]。藜麦作为一种“类全谷物”食品，在促进新陈代谢、预防心血管疾病和保护胃肠道健康等功效得到了广泛认可[5-7]。

藜麦中淀粉占58%～64%，藜麦淀粉颗粒粒径为1.5～3.0 μm，属于小颗粒淀粉，回生率较低，抗剪切能力强[8]，可作为功能性成分的包埋填充材料、生物薄膜或食品封装材料，也可用于汤汁和调味汁等食品，以防止这些食品因淀粉回生而发生沉淀[9,10]。不同藜麦品种的淀粉在直/支链淀粉的比例、支链淀粉的结构及结晶特性均不同，因此其理化特性也有所不同。由于淀粉理化特性与消化特性直接影响淀粉相关制品的加工和应用价值，深入研究淀粉性质可以更好地利用淀粉资源[11,12]。

本研究以海藜、甘南、格尔木和静乐4种藜麦淀粉为实验材料，以玉米淀粉和马铃薯淀粉为对照，对其直链淀粉含量、支链淀粉链长分布、质构特性、冻融稳定性、凝沉性、酶水解率和体外消化性进行分析，比较不同藜麦品种淀粉间的差异性，以期为藜麦淀粉的开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

藜麦淀粉: 海藜、 甘南、格尔木、静乐4种藜麦品种采用湿磨法提取，纯度>95.0%；玉米淀粉、马铃薯淀粉；3,5-二硝基水杨酸、猪胰α-淀粉酶、异淀粉酶、糖化酶，均为分析纯。

1.2 仪器与设备

TA.XT plus物性测定仪，PA-1离子色谱柱，PAD-2脉冲安培检测器，PB-10型标准pH计，UV-2500紫外可见分光光度计，DHG-9146A型电热恒温鼓风干燥箱，KQ-700DE型数控单槽式超声波清洗器。

1.3 方法

1.3.1 直链淀粉含量测定

直链淀粉含量参考Jan等[13]方法测定并稍作改进。称取70 mg淀粉，溶解于10 mL尿素-二甲基亚砜溶液中，立即振荡后置于沸水浴中加热10 min，间歇性搅拌，直至溶液几乎澄清，转至100 ℃烘箱中加热1 h，冷却至室温，取0.5 mL液体于50 mL容量瓶中，加入25 mL蒸馏水和1 mL碘液，60 s显色，定容至50 mL，等待15 min，以不加样品液为空白，在635 nm下测定吸光度。

直链淀粉含量=

1.3.2 支链淀粉链长分布测定

根据Chen等[14]方法，采用高效阴离子交换色谱法与脉冲安培检测器联用，使用PA-1色谱柱对样品中淀粉链长分布进行检测。2 mg淀粉样品分散于500 mL乙醇溶液(95%)和4.5 mL蒸馏水中，煮沸糊化60 min后，取2.5 mL糊化液与50 mL 600 mmol/L醋酸缓冲液(pH 4.4)和10 mLNaN3(3%)混合，再加入10 μL异淀粉酶(1 000 U/L)进行水解，将水解产物在室温下真空干燥后，溶解于200 μL 0.1 mol/L NaOH中，用流动相A(水溶液)、流动相B(100 mmol/L NaOH，1 mol/L NaAC)、流动相C(100 mmol/L NaOH)进行梯度洗脱，流速控制为0.4 mL/min，柱温为30 ℃，检测不同链长对应的峰面积。

1.3.3 质构特性测定

参考Li等[15]方法测定淀粉凝胶的质构特性。选用TPA模式，探头为P/0.5R，用探头将凝胶压缩至10 mm距离，2次压缩，探头测前下降速度1.0 mm/s，测试速度0.5 mm/s，测后上升速度1.0 mm/s。

1.3.4 冻融稳定性测定

参考翟亚菲等[16]方法测定淀粉糊的冻融稳定性。

1.3.5 凝沉性测定

参考张丽珍等[17]方法测定淀粉糊的凝沉性。

1.3.6 酶水解率

称取100 mg淀粉于试管中，加入4 mL 0.5 mol/L 醋酸钠缓冲溶液(pH 5.2)，充分混合后将试管放置于37 ℃恒温振荡水浴锅中，平衡5 min后加入1 mL α-淀粉酶(3 000 U/mL)，在水解30、60、90、120、150、180 min时分别吸取100 μL样品液，立即与1 mL 50%乙醇溶液混合，加入3 mL 蒸馏水，离心后取1 mL上清液，用3,5-二硝基水杨酸(DNS)法测定还原糖含量，计算酶解率。

1.3.7 体外消化特性

参考Englyst等[18]方法并稍作改进。取100 mg淀粉样品置于锥形瓶中，加入0.5 mol/L醋酸钠缓冲溶液(pH 5.2)10 mL，在37 ℃平衡10 min后，加入4 mL猪胰α-淀粉酶(3 000 U/mL)和1 mL葡萄糖化酶(2 500 U/mL)，混合物在恒温水浴摇床中进行水解作用，分别于水解时间为20 min和120 min立即取出，沸水浴5 min使酶失活后离心，将上清液转移到100 mL容量瓶中，定容，取0.5 mL用DNS法测定还原糖含量，计算快速消化淀粉(RDS)、慢速消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)含量。

式中：G20为水解20 min后葡萄糖含量/mg；FG为淀粉样品中游离葡萄糖含量/mg；G120为水解120 min后葡萄糖含量/mg；TS为淀粉样品中的总淀粉含量/mg。

2 结果与分析

2.1 直链淀粉含量

不同品种藜麦淀粉的直链淀粉含量有显著差异(图1)，其中海藜藜麦淀粉的直链淀粉含量最高，格尔木藜麦淀粉的直链淀粉含量最低，与Li等[19]研究结果相近(7.49%～10.88%)，所有藜麦淀粉的直链淀粉含量均显著低于玉米淀粉和马铃薯淀粉。不同淀粉的直链淀粉含量差异受淀粉来源和遗传因素的内在因素影响，也受光照、温度等外部因素影响[20]。直链淀粉与支链淀粉的比例影响淀粉的功能特性和理化性质，如黏度、消化性和老化性等，直链淀粉含量高的淀粉具有更高的糊化温度和抗消化性，成膜性好，适用于生产低脂食品和可生物降解薄膜；藜麦淀粉的支链淀粉含量高，因此具有更大的黏度，良好的冻融稳定性和溶解度，不易老化，有利于加工成增稠剂、保湿剂和载体等[21]。

注：不同字母表示差异显著(P<0.05)。图1 不同淀粉的直链淀粉含量

2.2 支链淀粉链长分布

支链淀粉的聚合度(DP)即为支链淀粉链的长度，依据支链淀粉的聚合度大小可将其分为A链(DP 6～12)、B1链(DP 13～24)、B2链(DP 25～36)和B3链(DP>36)[22]。由表1可以看出不同淀粉支链淀粉B1链所占比例最大，A链其次，B2链和B3链比例较少。相比玉米淀粉和马铃薯淀粉，不同品种藜麦淀粉含有更多的A链，表明藜麦淀粉含有更多的短支链淀粉；4种藜麦淀粉中甘南藜麦淀粉含有最多的短链(DP 6～24)和最少的长链(DP>36)。与Li等[23]的研究结果相比，本研究中藜麦支链淀粉的B1链分布与其一致(42.7%)，A链分布高于报道值(26.4%)，B3链和B2链分布低于报道值(13.1%和17.9%)，这可能与品种来源及测定方法不同有关。

表1 不同淀的支链淀粉链长分布分析/%

2.3 质构特性

不同淀粉凝胶的质构特性存在显著差异(表2)，藜麦淀粉凝胶的硬度显著小于玉米淀粉和马铃薯淀粉，而弹性、内聚性和恢复性高于马铃薯淀粉，胶着性、咀嚼性高于玉米淀粉，表现出较好的弹性、内聚性和恢复力，表明藜麦淀粉凝胶内部结合紧密，抗压能力强、耐剪切。藜麦淀粉凝胶的硬度与其支链淀粉中A链含量呈显著负相关关系(r=-0.978，P<0.05)，与B1链含量呈显著正相关关系(r= 0.971，P<0.05)，表明淀粉凝胶的硬度与支链淀粉短链含量有关；淀粉凝胶的恢复性与支链淀粉中B2链含量呈极显著正相关关系(r=0.998，P<0.01)，表明支链淀粉的中长链含量显著影响淀粉凝胶的恢复性。淀粉凝胶的质构特性还与凝胶化淀粉颗粒的刚度、凝胶分散相和连续相之间的相互作用等多种因素有关[24]。淀粉凝胶的质构特性可以反映出食品的品质特性，如形态、口感等，对于研发新食品、改善食品的感官性质、控制食品品质等有重要作用。

表2 不同淀粉的凝胶质构特性

2.4 冻融稳定性

所有淀粉糊的析水率均随着冻融次数的增加而增加(表3)。藜麦淀粉糊冻融1～2次后的析水率明显高于玉米淀粉糊和马铃薯淀粉糊。经过3～5次冻融，藜麦淀粉糊的析水率显著低于玉米淀粉糊，而高于马铃薯淀粉糊，表明藜麦淀粉冻融稳定性好于玉米淀粉但不如马铃薯淀粉。前期冻融析水率的变化可能与直链淀粉的结晶作用引起有关，后期的变化是由于支链淀粉外侧短链的重结晶作用有关[25]。马铃薯淀粉糊经3～5次冻融后，其结构较致密，仍为凝胶状；而藜麦淀粉糊冻融后结构松散，持水能力降低；玉米淀粉糊经多次冻融后，结构疏松，内部孔隙大，持水能力最差。淀粉的冻融稳定性越好，应用范围越广，因此藜麦淀粉和马铃薯淀粉比玉米淀粉更适合应用于冷冻食品加工领域，有利于形成黏度高且结构比较致密的产品，能在冷冻储藏期间保持品质稳定[26]。

表3 不同淀粉的冻融稳定性

2.5 凝沉性

不同淀粉糊的凝沉曲线如图2所示。在整个凝沉过程中，凝沉率随着静置时间的延长而逐渐增加，但是在不同的凝沉时间段，各淀粉糊的凝沉率存在显著性差异。玉米淀粉糊凝沉速度最快，且凝沉率最大；藜麦淀粉糊次之，在静置18 h后上清液体积达到稳定；马铃薯淀粉糊几乎没有发生凝沉。4种藜麦淀粉中，海藜藜麦淀粉的凝沉率较高，可能与其直链淀粉含量较高有关。凝沉主要是糊化的淀粉静置一段时间后，出现淀粉回生现象，游离的淀粉分子链重新聚集形成不可溶的颗粒或束状结构，当达到一定程度时便发生沉降，直链淀粉含量越高越易发生凝沉[27]。支链淀粉分子因有支叉结构，空间阻隔作用大，不易发生凝沉现象，且对直链淀粉分子间的结合有一定的抑制作用[28]。藜麦淀粉的直链淀粉含量较低，凝沉率低且速度较慢。

图2 不同淀粉糊的凝沉曲线

2.6 酶水解特性

不同生淀粉的体外酶水解曲线如图3所示，所有淀粉的酶水解率均随时间的延长而增大，在0～30 min时，淀粉的水解速度快；30 min后，水解速度逐渐减慢；水解120 min后，酶水解率趋于稳定。藜麦淀粉的酶解速度最快，不同藜麦品种淀粉间的酶解特性差异不大，最终水解率在61.37%～64.60%之间，低于孔露等[29]报道结果(69.52%～80.64%)，远高于玉米淀粉(34.33%)和马铃薯淀粉的水解率(31.76%)。其中，格尔木藜麦淀粉酶解速度高于其他3种藜麦淀粉，这与其支链淀粉的A链含有最高，易被酶水解有关。淀粉1 h后的酶水解程度与A链(DP 6～12)的含量呈极显著正相关关系(r=0.928，P<0.01)，这与Li等[30]研究结果一致。这是因为支链淀粉的短链不易形成双螺旋，使淀粉更容易受到酶的水解[31]。淀粉颗粒大小也是影响体外消化性的重要因素，藜麦淀粉颗粒小，有较大的比表面积，会增大与消化酶的接触，促进淀粉水解，酶解速度快且酶水解率高，而大颗粒的马铃薯淀粉则相反。

图3 不同生淀粉的酶水解率曲线

2.7 体外消化特性

不同生淀粉的快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)含量见表4。4种藜麦淀粉RDS、SDS含量有显著差异，RS含量差异不显著，藜麦淀粉的RDS含量远高于玉米淀粉和马铃薯淀粉，表现出高的消化特性；SDS含量高于马铃薯淀粉，而低于玉米淀粉；RS含量远低于玉米淀粉和马铃薯淀粉。这与藜麦淀粉中直/支链淀粉比例低，短链含量高，颗粒小有关[32]。不同品种藜麦淀粉的SDS+RS含量显著低于玉米淀粉和马铃薯淀粉，其中格尔木藜麦淀粉的RDS含量最高，SDS+RS含量最低。类似报道表明藜麦淀粉比小麦淀粉更容易被消化，比荞麦和燕麦淀粉具有更高的血糖值[33]。从淀粉角度分析，藜麦淀粉消化快，不适合作为抗消化食品，藜麦具有良好的功能特征，主要与藜麦中的蛋白质、不饱和脂肪酸、酚类化合物和植物甾醇种类和含量有关[7]。

表4 不同生淀粉的体外消化性/%

3 结论

不同品种藜麦淀粉在性质上存在一定差异。藜麦淀粉直链淀粉含量低，含有大量的短链支链淀粉，其中甘南藜麦淀粉含量最多；藜麦淀粉凝胶的弹性、内聚性和恢复性较好，胶着性和咀嚼性好于玉米淀粉但不如马铃薯淀粉，格尔木藜麦淀粉硬度最小；藜麦淀粉糊的冻融稳定性较好，凝沉率低，不易回生；格尔木藜麦淀粉酶水解速率最快，快速消化淀粉含量最高，藜麦淀粉不适合作为抗消化食物。