高粱抗性淀粉理化特性研究

◎ 高云龙，孙建国，谢云卓，王耀全，徐鹏城

（1.黑龙江飞鹤乳业有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000；2.飞鹤（哈尔滨）乳品有限公司，黑龙江 哈尔滨 150100）

高粱产量高、易成活、种植历史悠久，重点分布在我国吉辽黑东3省及北方省份。高粱含有大量淀粉，其应用价值与淀粉特质有很大关系。当前工业淀粉原料大多为玉米淀粉、大米和马铃薯淀粉，对高粱淀粉的应用则关注较少。高粱含有多种非淀粉多糖、原花青素、单宁、酚酸和植物固醇等，在健康食品和保健食品方面（抗击癌症、减肥和防心脑血管疾病）市场前景广阔[1]。

随着生活水平的提高，人们的饮食方式发生了变化，饮食中的三高（高热量、高盐、高脂肪）食品渐渐变多，为人们的健康带来了潜在危害，因此需要重点改善其膳食结构，多食用热量低且有保健效果的产品。抗性淀粉是这种新型的低热量功能性食品基料，能促进肠道有益菌丛的生长繁殖，是一种双歧杆菌增殖因子，还可延缓餐后血糖上升，有效控制糖尿病病情。

相较于其他农作物，高粱具有产量高、抗逆性强、用途广泛的特点，然而高粱的蛋白消化率低，适口性差，严重影响了其产品的应用价值。本项目将充分利用高粱开发具有保健功能的食物资源，确定高粱淀粉的理化特性与加工品质的关系，在此基础上进行高粱RS3抗性淀粉的制备，并鉴定与食品功能性有关的高粱淀粉化学组分，通过对这些组分的研究改善高粱的品质与功能特性，这将在促进新型、高品质高粱食品的开发方面具有现实意义。

早在20世纪，国外就开始对抗性淀粉展开了研究，认为这是一种与膳食纤维功能相似，但口感更优的一种食品配料，其生理功能及加工特征优良，具有广泛的应用前景[2]。抗性淀粉由结晶区和无定形区两部分组成，结晶区主要是由直链淀粉双螺旋相互叠加而成，无定形区则是由无序的淀粉构成，抗性淀粉的抗酶解能力主要源于直链淀粉晶体[3]。抗性淀粉具有独特的结构特点。①分子结构小，是以氢键连接的回生状的分散的线性多糖类物质，基本特性与淀粉相似，添加到食品中不影响食品的感观和质地[4]。②持水性低，颗粒粒度低，可膨化。③热稳定性高，高温才能糊化，因此可以作为原料添加到不同的食品领域。抗性淀粉属于多糖类物质，其功能与膳食纤维相近，对人体健康非常有益，但与膳食纤维相比又有许多不同和特殊优点。据最新研究显示，抗性淀粉能降低血糖、血脂、胆固醇，改善糖尿病症状[5]，以及缩短粪便在消化道内停留时间、增加排便、降低粪便pH值，降低二级胆汁酸等生理活性。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

高粱，采购于超市；耐高温α-淀粉酶；NaoH、Na2SO4等，均为分析纯。

1.2 仪器与设备

JJ-2型组织捣碎匀浆机DK-98电热恒温水浴锅（天津市泰斯特仪器有限公司）；722S型分光光度计TD4A型台式离心机（0～4 000 r·min-1）；FAI204B型电子天平（分度值0.1 mg）；DGG-9140B型电热恒温鼓风干燥箱（控温精度0.1 ℃）；BCD-256KT型电冰箱（冷藏室4 ℃）；平皿若干；80目筛。

1.3 试验方法

1.3.1 高粱淀粉的提取制备

挑取干净、无外壳的高粱籽粒500 g，清洗两次后，加200 mL蒸馏水（含0.2 g/100 mL的亚硫酸钠），用保鲜膜密封，放置在55 ℃的恒温水浴中60 min；倒出水后，在10 500 r·min-1（低速）下粉碎6 min。过滤（20目筛），将残留物质再次粉碎，直到全部样品都通过筛子；静置30 min，除去多余水分。用粉碎器在高速下粉碎3 min，用200目筛过滤，将筛上物重新粉碎至样品通过筛子；静置60 min，倒出除淀粉以外的其他物质；3 500 r·min-1离心30 min，去掉表面除淀粉以外的物质，重复操作3次，将操作后的所剩淀粉铺在平皿上，在50 ℃烘箱中烘干24 h；粉碎后装袋备测。

考察淀粉糊浓度、pH值、微波时间、微波功率和冷藏时间对抗性淀粉得率的影响。经过单因素试验分析发现，当淀粉糊质量分数为15%或10%、pH为10、微波功率为240 W、加热时间为3.5 min、冷藏时间为42 h时制得的抗性淀粉含量较高，且各方面表现良好。选取这一最优组合制备抗性淀粉，对抗性淀粉的理化性质进行研究探讨。

1.3.2 抗性淀粉品质特性的研究

分别测定抗性淀粉的持水力、淀粉糊透明度、冻融稳定性、溶解度以及抗性淀粉的抗酶解性分析，通过数据研究得出结论。

（1）淀粉的持水力。称取1 g淀粉，加入50 mL水，在室温下搅拌1 h。在离心机中以4 000 r·min-1离心10 min，静置10 min，倒出上清液，称量湿淀粉的质量，按照下列公式计算持水力：

式中：m0-湿淀粉质量，g；m-干淀粉质量，g。

（2）淀粉糊透明度。将淀粉配制成质量分数为1%的溶液（50 mL），沸水浴加热糊化，保温15 min，冷却至室温，在620 nm波长下测定淀粉糊在放置0 h、3 h、6 h、9 h、12 h、24 h、36 h、48 h和72 h后的透光率，并以蒸馏水作为空白参照样。

（3）淀粉糊溶解度。将50 mL质量分数为2%的淀粉糊分别在30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃和90 ℃的水浴中搅拌30 min，然后在3 000 r·min-1转速下离心15 min，移出上清液，105 ℃恒温干燥箱中烘干后称重，计算溶解度。计算公式如下：

式中：A-清液烘干至恒重后的残留物重量，g；W-样品干基重量，g。

（4）抗性淀粉的抗酶解性分析。将抗性淀粉提纯后，称取RS样品10 g，加入缓冲溶液配制成pH为5.1～5.5、浓度为20%的溶液，加入足量的耐高温α-淀粉酶，将样品置于95 ℃的恒温水浴振荡器中，水解2 h、4 h、6 h、9 h和12 h，分别测定不同时间的还原糖含量。

2 结果与分析

2.1 高粱淀粉的持水力

持水能力反映了淀粉与水的结合程度。持水力主要是淀粉与水混合后，水分子进入淀粉结晶区与暴露出的羟基形成氢键所致，淀粉的组成结构及成分对于水结合能力有较大影响[6]。

由图1可知，高粱的抗性淀粉的持水力比原淀粉的持水力要高。并且，随着高粱抗性淀粉含量的递减，持水力的增加程度随之增加，即抗性淀粉浓度为10 %的淀粉糊持水力要高于浓度为15%的淀粉糊。与其他的膳食纤维相比，高粱的抗性淀粉持水力相对较低，所以可以用于焙烤食品、软类饼干等生产，可以维持食物的色泽、光感等，口感良好。

图1 3种不同淀粉的水和能力差异图

2.2 高粱淀粉透光率

透光率是用来表征淀粉糊的透明程度，其主要影响因素是淀粉的来源和种类，其次是糊化后淀粉分子重新排列互相缔合的程度。用透明度的大小来反映淀粉与水的相互溶解程度以及淀粉分子在水中溶解膨胀分散的水平。分散程度愈好愈稳定，透过光线量就愈多，透光率就愈高。

由图2可知，随着储藏时间的增加，高粱淀粉和抗性淀粉的透光率均呈现下降趋势，到36 h之后趋于稳定；平均来看，高粱原淀粉的透光率略高于抗性淀粉的透光率，而两种浓度的抗性淀粉，在透光率这一指标上区别并不明显。对于添加淀粉质的食品来说，淀粉糊的透光率反映了淀粉与水的互溶能力以及膨胀溶解能力，会影响到食品的感官，从而影响人们对这些食品的接受程度[7]。

图2 3种淀粉在不同储藏时间下的差异图

2.3 高粱淀粉溶解度

淀粉与水之间相互作用的大小，一般用来表示不同类别的淀粉或者检验淀粉改性的水平。

高粱淀粉与抗性淀粉的溶解度在不同的温度下有不同的表现，由图3可知，随着温度的上升，高粱淀粉糊的溶解度也在上升，在30～60 ℃时较低，70 ℃以后随着温度的增加，溶解度剧增，到90 ℃时，原淀粉的溶解度明显高于同温度下的抗性淀粉，

图3 3种淀粉不同温度下的溶解度图

2.4 抗性淀粉的抗酶解性分析

抗性淀粉之所以能抵抗酶水解，是由于其结晶结构阻止了淀粉酶靠近结晶区域葡萄糖苷键，阻止了淀粉酶活性基团中结合部位与淀粉分子的结合，从而产生抗性。

从图4可以得出，水解时间越长，还原糖含量越高，抗酶解的能力越差；同一酶解时间内，高粱原淀粉测得的还原糖含量高于抗性淀粉还原糖含量；抗性淀粉中，淀粉糊浓度为15%的抗性淀粉被酶解的还原糖含量略高于浓度为10%的抗性淀粉，但差别并不明显。

图4 3种淀粉水解不同时间还原糖含量图

3 结论

（1）高粱淀粉经微波膨化之后，结构上发生了很大改变，由此推测结构改变会引起理化性质的多重改变。

（2）高粱的抗性淀粉的持水力比原淀粉的持水力高，并且随着高粱抗性淀粉浓度的减少，持水力的增大幅度随之扩大，即抗性淀粉浓度为10%的淀粉糊持水力要高于浓度为15%的淀粉糊。由此可见，抗性淀粉可作结构改良剂使用，添加在烘焙食品中，使其气孔均匀，中心组织柔软。

（3）高粱原淀粉的透光率略高于抗性淀粉的透光率，而两种浓度的抗性淀粉在透光率这一指标上区别并不明显。抗性淀粉的透光率低，在生产黏稠不透明的饮料中可用抗性淀粉来增加饮料的不透明度及悬浮度。

（4）与高粱原淀粉相比，抗性淀粉的溶解性较差，但冻融稳定性较好，这些优点可应用在保鲜或冷冻产品中，改善食品的加工工艺，确保食品生产、使用的过程中的色香味形趋于更佳状态。

（5）同一酶解时间内，高粱原淀粉的抗酶解性低于抗性淀粉的抗酶解性，因此抗性淀粉抵抗酸和淀粉酶的水解作用可在靶向性食品和药品研究中起到保护的作用，在制药和食品工业有着潜在的、巨大应用前景。