糯稻种质胚乳淀粉组分含量及其消化特性

陈双琴，顾 雪，黄菊媛，李丹丹，李 娟，马杨永杰，普世皇，李继章，杨国明，文建成,*

（1.云南农业大学稻作研究所，云南 昆明 650500；2.临沧市种子管理站，云南 临沧 677000）

基于淀粉的消化速率，淀粉可分为快消化淀粉（rapidly digestible starch，RDS）、慢消化淀粉（slowly digestible starch，SDS）和抗性淀粉（resistant starch，RS）[1]。稻米淀粉组分含量差异与消化速率存在相关性，即食用RDS含量高的食物，餐后血糖升高较快，而SDS和RS含量高的食物则正好相反[2]。淀粉消化速率及餐后血糖反应受多方面因素的影响，如淀粉物理结构[3]、化学组成成分[4]、脂质复合物[5]等。要明确淀粉消化速率以及其对餐后血糖反应的影响，最可靠的方法是测定人体餐后血糖值。由于体内消化实验需要耗费大量的人力和财力，因此，通常采用体外酶消化法模拟人体胃肠道环境测定食物中淀粉的消化速率，进而预测该食物的预测血糖指数（expected glycemic index，eGI）[6-8]。根据GI值的大小可将食物分为3 个不同类别，即低GI食物（GI≤55）、中GI食物（GI＝56～69）、高GI食物（GI≥70）[9]。低GI食物消化缓慢，持续缓慢地释放能量，有助于人体健康[10-12]。

稻米是人类重要的能量来源，分为糯稻和黏稻。糯稻淀粉组成以支链淀粉为主，直链淀粉含量（amylose content，AC）极低，其米饭口感软糯，深受部分人群偏爱，如云南一些傣族可以一日三餐食用而不厌。也有部分人群不接受糯稻，是因为食用后具有很强的饱腹感，难以消化[13]。然而，许多研究却发现食用糯稻餐后消化快、血糖反应快[14]，是高GI食物[15-16]，不适合糖尿病患者食用[17]。因此在糯稻食用上，存在消化快、升糖快，或者消化慢、饱腹感强的两种极端反应，对此问题的研究还鲜有报道。对此，本研究分析了65 个糯稻品种（系）胚乳淀粉组分含量差异，并采用体外酶消化法测定了这些糯稻米饭的消化速率、预测了eGI值，探讨糯稻品种（系）胚乳淀粉组分含量差异对消化速率和血糖反应的影响。研究结果可为代谢疾病患者以及糯性食物食用者提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试材料共70 个水稻品种（系），其中65 个糯稻包括地方品种19 个和改良品种（系）46 个，对照品种为5 个非糯稻（黏稻）。所有材料均由云南农业大学稻作研究所提供。

胰酶（P1750-100G，12450 U）、α-淀粉酶（10080-25G，50 U/mg）、胃蛋白酶（P6887-10G，≥3200 U/mg）美国Sigma-Aldrich 公司；淀粉转葡萄糖苷酶（3300 U/mL）、葡萄糖含量试剂盒（GOPOD氧化酶法）爱尔兰Megazyme公司。

1.2 仪器与设备

SXJMJ-168精米机 台州市华昌粮油机械有限公司；LG-02高速粉碎万能机 红光工贸有限公司；SHZ-B恒温水浴振荡锅 上海博讯实业有限公司；P901酸度计测定仪 上海佑科仪器仪表有限公司。

1.3 方法

1.3.1 实验种植

于2021年种植在云南省元阳县水稻育种基地（海拔300 m，年均温度23.0 ℃），1月下旬播种，3月上旬移栽，按顺序排列种植，株行距15 cm×25 cm，两次重复，小区面积4.5 m2。6月成熟，按小区收获稻谷，自然晾干，剔除瘪谷和杂质。试验种植在同一块田，水肥管理与当地大田生产一致。

1.3.2 样品制备

将收获的稻谷自然晾干，稻谷水分为14%，用精米机碾出精米，用LG-02高速粉碎万能机制粉，过100 目筛放于密封袋保存备用。

1.3.3 稻米AC测定

依据GB/T 15683—2008《大米直链淀粉含量的测定》分析稻米AC。

1.3.4 胚乳淀粉组分测定

按Englyst等[1]的酶消化法进行，测定各样品中总淀粉（total starch，TS）、RDS、SDS和RS的相对含量。计算公式如下：

式中：M20为水解20 min内产生的葡萄糖量/mg；MFG为未水解时淀粉中的游离葡萄糖量/mg；M120为水解20～120 min内产生的葡萄糖量/mg；MTS为样品中TS质量/mg；0.9为葡萄糖换算成淀粉的系数。

1.3.5 eGI测定

称取1 g精米样品，按米水质量比1∶1.3，置于常压蒸锅中蒸30 min，每样品3 次重复。将蒸好的鲜热米饭咀嚼15 次，吐至预先加6 mL磷酸钾缓冲液（pH 1.5）和100 μL胃蛋白酶溶液的小烧杯中，用5 mL磷酸钾缓冲液（pH 6.9）漱口，漱完后将其吐至上述小烧杯中，调pH值为1.5，置于37 ℃水浴恒温振荡器中孵育30 min（转速120 r/min）。孵育完后再调pH值为6.9，加1 mL胰α-淀粉酶溶液，再放于37 ℃水浴恒温振荡器中孵育（转速120 r/min），分别在水解30、60、90、120、150、180 min时，取样测定不同水解时间的葡萄糖含量，进一步计算淀粉的消化率（已消化淀粉含量占TS含量的比例）。参照Akerberg[18]和Lau等[19]的方法计算eGI。按以下公式计算：

式中：C标准为葡萄糖标准品的质量浓度（0.5 mg/mL）；V1为加入样本体积（0.04 mL）；ΔA葡萄糖＝A测定-A对照；W为样本质量/g；D为稀释倍数；HI为水解指数/%，指被测食物体外水解曲线下面积与等量标准食物（白面包）体外水解曲线下面积之比。

1.4 数据统计

在软件Excel上完成平均值计算，在past软件上完成分布图和相关性分析，在DPS软件上完成方差分析。

2 结果与分析

2.1 糯稻品种胚乳淀粉组分含量分析

通过对65 个糯稻品种（系）分析，结果表明不同基因型糯稻胚乳淀粉组分含量差异很大（图1和表1）。糯稻品种AC变幅为0.72%～1.79%，平均为1.12%，与他人的研究报道相似AC＜3.0%[20-21]。TS含量变幅为70.63%～76.72%，平均为73.23%，低于黏稻平均含量75.27%，差异达极显著水平（P＝0.0098＜0.01）。有报道稻米TS含量为68.1%～85.3%，其中糯稻的含量高于黏稻[22]。RDS含量平均为44.77%，高于黏稻的含量43.96%，差异没有达到显著水平。糯稻RDS变幅为40.51%～52.37%，含量最高的3 个品种是滇籼糯17（52.37%）、意大利糯（49.31%）和天星糯2 号（49.05%）；含量最低的3 个品种是早熟糯（40.51%）、滇谷2036（41.16%）和滇谷2047（41.16%）。SDS含量平均为26.67%，与黏稻（26.94%）没有差异。糯稻SDS变幅为19.92%～32.47%，含量最高的3 个品种都高于30%，分别是版纳糯（32.47%）、早熟糯（31.75%）和景泰糯（31.25%）；含量最低的3 个品种是滇籼糯17（19.92%）、上允大白糯（21.92%）和云南黑糯（22.72%）。糯稻RS含量变幅为0.17%～3.79%，平均为1.79%，明显低于黏稻的平均含量3.68%。

表1 糯稻品种胚乳淀粉组分含量的平均值Table 1 Average values of starch components in endosperm of glutinous rice varieties

图1 糯稻品种胚乳淀粉组分含量的分布图Fig.1 Distribution of endosperm starch components in glutinous rice varieties

上述结果与他人的结论一致，糯稻淀粉组分含量分析TS为78.05%、RDS为43.28%、SDS为27.85%[23]，不同产地糯米淀粉的TS为82%～87%、RDS为51.89%～58.02%、SDS为15.65%～20.79%[24]，糯稻RS低于非糯稻，RDS高于非糯稻[25]。研究结果表明，RDS、SDS和RS会影响淀粉的水解率和葡萄糖的释放，从而影响GI[26]。RDS可在小肠中快速消化吸收，从而瞬间升高血糖，因此糯稻不适合糖尿病患者，因其含有较多的RDS[27]；SDS可维持适度稳定的血糖水平，减少饥饿感，而RS可抑制葡萄糖的释放，从而最小化血糖反应，有助于预防高血糖[28-29]，SDS和RS能降低许多常见慢性疾病的风险[30]。

2.2 糯稻品种胚乳淀粉消化特性

2.2.1 糯稻品种淀粉的eGI

通过体外消化分析，测定了65 个糯稻品种胚乳淀粉的eGI，结果表明品种间的差异很大（图2）。这些糯稻品种的eGI平均值为72.9，最高的品种是版纳糯18（79.1），最低的品种是德恢2290（67.1）。其中，有54 个糯稻品种的eGI值高于黏稻品种，占总糯稻品种数的83.7%。有报道，籼糯的GI值为77.93～79.23[24]，糯米饭的GI值为87.0[31]，籼糯米饭的GI值为84.47[32]，国际血糖表中糯米GI为88±11[33]。不同研究显示糯稻的GI值有差异，这些差异可能是由于品种基因型、所用分析方法、品种来源等条件不同所致。当然，从不同研究报道来看，糯稻淀粉的GI值都普遍高于黏稻，如黏稻淀粉GI为61.73～69.17[26,34]，在高AC品种中稻201的GI较低为60～63[35]。

图2 65 个糯稻和5 个黏稻品种的eGI分布图Fig.2 Distribution of expected glycemic index in 65 glutinous and five sticky rice varieties

2.2.2 糯稻胚乳淀粉消化率分析

从糯稻的消化率（已水解淀粉占TS的比例）看，有52 个糯稻品种的eGI值均高于70，属于高GI品种，有13 个的eGI值在55～70之间，属于中GI品种（表2）。高糖品种的eGI平均值为73.9，明显高于中糖品种和黏稻品种（均为68.8），高了7.4%。在餐后30～180 min期间的6 个检测时间点，高糖组糯稻的淀粉消化率高于黏稻组，其淀粉消化率平均增加了9.3%，其中在第30分钟含量增加最多（16.2%），90 min含量增加最少（4.3%）；中糖组糯稻在第30、120、150分钟和第180分钟的消化率都高于黏稻，而在第60分钟和第90分钟的消化率却低于黏稻。大部分糯稻品种的eGI高于黏稻，说明这部分糯稻的升血糖能力比黏稻强，这类糯稻的餐后血糖波动大，对于糖尿病患者、超重者或者是需要控制血糖的人来说都是不利的，例如版纳糯18（79.09）、红糯（78.81）和早熟糯（78.57）等。也发现少数糯稻品种的eGI值较低，比黏稻的还低，如德恢2290（67.13）、黑糯（67.18）和善巴东421（68.01），这对于喜欢糯食者，既享受了糯稻软糯的口感，血糖反应还较低。

表2 糯米饭的体外消化率及eGI分析Table 2 In vitro digestibility and eGI analysis of glutinous rice

2.2.3 糯米饭体外消化糖含量动态变化

从糯米饭体外消化糖含量（不同消化时间产生的葡萄糖含量）的动态变化看，糯稻消化释放糖快，且持续时间长。从滇谷2036（糯稻）和滇屯506（黏稻）的消化糖含量动态变化可知（图3）。在餐后30 min，滇谷2036和滇屯506的消化糖含量激剧增加，但滇谷2036的消化糖含量和消化率均大于滇屯506，此时滇谷2036、滇屯506的消化糖含量和消化率在数值相同（32.52 mg/g和32.52%；27.56 mg/g和27.56%）。之后消化糖含量均持续下降，在第60分钟滇谷2036的消化糖含量（11.23%）低于滇屯506（14.04%），但滇谷2036（43.76%）的消化率还是大于滇屯506（41.60%）。在第90分钟二者的消化糖含量相当，分别为5.10%和4.81%，滇谷2036和滇屯506的消化率分别为48.86%和46.40%。在90～180 min期间，滇谷2036消化糖含量是持续略有增加的变化趋势，滇屯506是持续减少的变化趋势。在第180分钟，滇谷2036的消化糖含量（11.61%）大于滇屯506（3.44%），滇谷2036（75.39%）的消化率也远大于滇屯506（58.62%）。与滇屯506相比，滇谷2036在餐后30 min内能快速释放大量糖，释糖速率高致使血糖反应快，同时在90～180 min还能检测到持续的糖释放，让人感觉耐饿和饱腹感。

图3 稻米胚乳淀粉体外消化糖含量动态变化Fig.3 Dynamic changes in sugar content of rice endosperm starch during in vitro digestion

有研究报道称稻米在餐后30 min时消化率高，之后随着时间的延长消化率降低，而糯稻的消化率高于黏稻[36]，在180 min内的每个时间点都高于黏稻[37-38]。当然，也有报道称与食用白米或普通糙米相比，每天吃两次糯糙米米饭持续8 周，会改善II型糖尿病患者的血糖水平，是由于减少了餐后血糖漂移[39]。体外消化也发现糯稻支链淀粉含量高较难被淀粉酶水解[40]。事实上，淀粉结构特征、蛋白质以及脂质对淀粉的束缚、酚类物质含量等因素均可能影响淀粉的消化率[41-42]，影响糯稻消化特性和升糖能力的因素和机制比较复杂，受多方面因素的影响。

2.3 糯稻胚乳淀粉组分与产糖量的相关性

相关性分析结果表明，糯稻胚乳淀粉组分与不同消化时间产生的葡萄糖含量、eGI之间存在相关性（表3）。TS含量与在6 个检测时间的葡萄糖含量、eGI之间没有显著相关性，但与eGI的相关性最大为0.658，显示TS含量高则产生的糖多。这结果与他人的结论一致[34]。RDS含量与180、90 min和30 min的产糖量正相关，前两项达到显著水平。在消化过程中，最先被消化酶分解产生葡萄糖的是RDS，所以糯稻RDS含量高，在前30 min产生的葡萄糖含量多[22]。SDS含量与30 min和180 min生成的葡糖含量呈极显著负相关，这说明SDS含量高，释放糖缓慢而持续。RS含量与150 min生成的葡糖糖含量呈显著负相关。AC与eGI值呈显著负相关。许多研究结果也显示，eGI值与RDS含量呈极显著正相关性，与SDS含量、RS含量和AC都呈极显著负相关[20,43-44]。还有报道，AC与RDS含量呈负相关，与RS含量呈正相关[45]，所以认为AC高是淀粉消化缓慢的重要因素[46]。

表3 糯稻胚乳淀粉组分含量与产糖量的相关性Table 3 Correlation of starch components with glucose contents at different digestion times and eGI in glutinous rice varieties

3 结论

对65 个糯稻种质胚乳淀粉分析，结果表明这些品种淀粉各组分含量差异大，AC为0.72%～1.79%，TS含量为70.63%～76.72%，RS含量为0.17%～3.79%，RDS含量为40.51%～52.37%，SDS含量为19.92%～32.47%。体外消化结果表明，这些品种胚乳淀粉的eGI值为67.1～79.1，平均值为72.9，其中高于70的品种数占总数的80%。在消化糖含量的动态变化上，糯稻在餐后30 min内能快速释放大量糖，释糖速率高且糖量多，致使血糖反应快，同时在90～180 min还能检测到持续的糖释放，释放糖持续时间长，具有耐饿和饱腹感。相关性分析结果表明，糯稻胚乳淀粉组分与消化产葡萄糖量、eGI之间存在相关性。发现RDS有助于血糖的快速升高，SDS、RS和AC有助于平缓的血糖反应。总之，糯稻基本上都是属于升血糖能力强的食物，需控制血糖水平的人群需谨慎食用。