苦蕎淀粉顆粒及淀粉糊性質研究

劉 瑞 馮佰利 晁桂梅 李 翠 高金鋒 王鵬科 楊 璞 屈 洋

（旱區作物逆境生物學國家重點實驗室 西北農林科技大學農學院1，楊凌 712100）

（寶雞市農業科學研究所2，寶雞 722400）

苦蕎（Fagopyrum tataricum Gaertn）屬蓼科蕎麥屬，起源于中國西南部和喜馬拉雅山[1]，種植區主要集中在西南地區的四川、云南、貴州等省[2]。由于苦蕎特殊的營養功能而備受人們關注，在亞洲國家，苦蕎已被用來制造各種健康的食物，如面條、草藥茶、餅干和蔬菜等已成為一種醫食同源的健康食品資源[3]。淀粉是苦蕎麥的主要組成成分，其理化特性既影響著苦蕎麥制品的功能和營養特性，又關系到蕎麥淀粉新用途的開發[3]。因此，開展苦蕎淀粉特性研究，對于苦蕎功能食品開發及利用具有重要意義。

蕎麥粉中淀粉質量分數約為63%～76.8%[4]，其化學組成與玉米淀粉相似。錢建亞等[5]研究表明，蕎麥淀粉中直鏈淀粉質量分數在21.3%～26.4%之間，而張國權等[6]報道蕎麥淀粉中直鏈淀粉含量為25.82%～32.67%。Kim等[7-8]研究發現蕎麥淀粉粒多呈多邊形，粒度大小在2～14μm之間波動，平均為6.5μm，尺寸稍大于大米淀粉粒，而小于玉米淀粉粒[9]。June等[10]用 RVA分析比較了蕎麥淀粉、玉米淀粉、小麥淀粉的糊化特性，發現蕎麥淀粉具有較高的峰黏度、熱黏度和最終冷黏度；Li等[3]用RVA分析了蕎麥淀粉和小麥淀粉的糊化特性，發現二者RVA曲線差異較大，但甜蕎和苦蕎之間差異較小；June等[10]研究發現，蕎麥淀粉的糊化溫度在63～81℃之間；蕎麥淀粉的峰值溫度（68.4℃）低于玉米淀粉（69.9℃），而高于小麥淀粉（61.2℃）；蕎麥淀粉和小麥淀粉的糊化熱函值ΔH（10.0 J／g）是相同的，但都明顯地小于玉米淀粉（11.3 J／g）。Li等[3]通過測定6個蕎麥品種淀粉的熱穩定性，苦蕎淀粉的 To、Tp、Tc多高于甜蕎淀粉。劉航等[11]研究表明，苦蕎的晶體結構是典型的A晶型，結晶度為29.89%，與谷物淀粉晶體結構特征吻合。糊化峰值黏度的 RVU值為258.25，最終黏度的 RVU值為389.58，苦蕎糊化溫度為77.7℃，糊化熱焓（ΔH）為10.2 J／g。綜上所述，關于苦蕎淀粉性質研究雖然不少，但不同研究者的結果變異較大。

本研究以內蒙赤峰試點的7個苦蕎品種為原料，并與市售的玉米淀粉比較，對苦蕎淀粉的理化性質進行系統研究，旨在為苦蕎淀粉的深加工以及品質的改良提供準確的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

參試苦蕎品種 7個，分別為 CFKQ10-01、CFKQ10-05、CFKQ10-08、CFKQ10-09、CFKQ10-10、CFKQ10-12、CFKQ10-13，為 2012年收獲的種子，內蒙古赤峰小雜糧試驗點提供；玉米淀粉作為對照，為市售淀粉。

1.2 儀器與設備

UVmini1240分光光度計：日本島津公司；RVA-3D快速黏度分析儀：澳大利亞新港科技有限公司；JSM-6360LV掃描電鏡：日本JEOL公司；Q2000差示掃描量熱儀（DSC）：美國TA公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 苦蕎淀粉的制備

用高速萬能粉碎機磨粉，過100目篩。按固液比1∶20（m／V）添加體積分數80%的乙醇，50℃下，功率為500W的超聲波處理30 min對苦蕎麥粉中的黃酮類物質進行清除。再以1∶10（g∶mL）固液比加入0.3%NaOH溶液，在30℃下磁力攪拌15 min后，置25℃下浸泡22 h后，過200目篩除去粗纖維和其他雜質，得到淀粉粗漿。4 000 r／min離心15 min，去除上清液，再用0.3%的NaOH溶液洗滌淀粉沉淀，重復上述操作3次。蒸餾水水洗3遍去除蛋白質，用0.1 mol／L的鹽酸調節pH至7.0，在40℃烘箱干燥得到苦蕎淀粉，收集置于4℃冰箱中備用[12]。

1.3.2 苦蕎淀粉的顆粒形態

利用掃描電鏡（SEM）對淀粉進行觀察，將一定量的干淀粉充分分散在載物臺上雙面導電膠上，在真空條件下用SCD500離子濺射噴鍍儀進行噴金處理，掃描電鏡工作電壓為100 V（日本標準），加速電壓為15 kV。

1.3.3 苦蕎淀粉透明度測定

配置質量濃度為1.0%的淀粉乳，沸水浴中加熱15 min并不斷攪拌，加入蒸餾水以保持淀粉糊原有體積，淀粉糊化完全后，冷卻至25℃，以蒸餾水為空白（100%透光率），在620 nm波長下，分光光度計測定淀粉糊的透光率。

1.3.4 苦蕎淀粉糊的凝沉曲線

配置質量濃度為1.0%的淀粉乳，沸水浴中加熱15 min并不斷攪拌，加入蒸餾水以保持淀粉糊原有體積，冷卻至25℃，置于25.0 mL的具塞刻度試管中。在25℃靜置24 h，，每隔2 h記錄上層清液體積，繪制成清液體積百分比對時間的變化曲線，即為淀粉糊的凝沉曲線。

1.3.5 苦蕎淀粉糊的凍融穩定性

將苦蕎淀粉加水配成6.0%的淀粉乳，在沸水浴中加熱糊化15 min并不斷攪拌，加入蒸餾水以保持淀粉糊原有體積再冷卻至室溫，置于-20℃的冰箱中。以24 h為1個凍藏周期，取出，室溫下自然解凍，離心處理（3 000 r／min，20 min），如此循環 5次，并計算出淀粉糊的析水率。

1.3.6 苦蕎淀粉黏度分析

室溫下利用快速黏度分析儀對淀粉進行黏度分析，稱取淀粉2.0 g，加蒸餾水25.0 mL，攪拌均勻備用，配置質量分數為8.0%淀粉乳；參數設定為：50℃下保溫1 min，在3.7 min內升溫至95℃，保持2.5 min，然后在3.8 min內冷卻至50℃，保持2 min，前10 s內以 960 r／min攪拌，之后的整個過程以160 r／min攪拌，整個過程歷時13 min。結果由Thermal Cyclefor Windows配套軟件分析起糊溫度、峰值黏度、谷值黏度、破損值、最終黏度、回生值和峰值時間。

1.3.7 苦蕎淀粉的熱焓特性

采用差式掃描量熱儀進行測定，并通過配套軟件進行數據分析。稱取3.0 mg蕎麥淀粉，加9.0μL超純水，將樣品密封后放入4℃冰箱中平衡24 h，測試前置于室溫下1 h，然后放入DSC中進行測定，掃描溫度范圍為40～100℃，掃描速率為10℃／min，以空鋁盒為參照。對苦蕎淀粉糊化的起始溫度（To）、糊化完全時的相變峰值溫度（Tp）和糊化完全時的相變終止溫度（TC）、糊化過程吸收的熱量（ΔH）4個特征參數進行測定與比較。

1.3.8 數據統計與分析

各組試驗數據均為3次重復的平行樣品值，數據采用Excel 2007、SAS 9.0進行統計分析，sigmaplot 10.0作圖，顯著性差異檢驗采用LSD最小顯著差異法（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 苦蕎淀粉的顆粒微觀形態

圖1結果顯示，苦蕎淀粉顆粒的立體形狀均呈不規則的多角形或球形，多角形比例較高且顆粒較大，球形顆粒較少，且部分有凹陷，大小不均一；玉米淀粉顆粒呈多邊型或圓形，顆粒大小較為均勻；用電鏡標尺對淀粉顆粒的粒徑進行估測，苦蕎顆粒大小在2～14μm之間，平均為6.8μm，小于玉米淀粉顆粒12.8μm。CFKQ10-12苦蕎淀粉顆最大，平均為9.6μm，CFKQ10-09苦蕎顆粒的淀粉顆粒較小，約為5.5μm。此外，苦蕎淀粉顆粒表面有可見的印痕和空洞，顆粒表面未見蛋白質片狀沉積。

圖1 苦蕎淀粉顆粒微觀形態

2.2 淀粉糊性質

2.2.1 糊的透明度

淀粉糊化后，其分子重新排列相互締合的程度是影響淀粉糊透明度的重要因素[13]。圖2可知，參試苦蕎品種之間，苦蕎與玉米淀粉糊的透明度均存在顯著差異，7個苦蕎品種淀粉糊的平均透明度為7.68%，變異系數為2.55%，明顯低于玉米糊的透明度，其中CFKQ10-12和CFKQ10-10最高，分別為8.5%和8.2%；CFKQ10-09最小，為6.9%。

圖2 苦蕎淀粉糊的透明度

2.2.2 糊的凝沉性

如圖3可知，玉米與苦蕎淀粉糊的凝沉趨勢比較類似，在凝沉的前10 h，各個品種的淀粉凝沉曲線幾乎呈現直線變化，但10 h后，玉米淀粉上層清液體積不再有明顯的增長，凝沉曲線趨于直線；苦蕎淀粉糊的上清液體積分數在10 h后仍繼續增長，直至16 h后，上清液體積增加平緩趨于直線；CFKQ10-08、CFKQ10-09、CFKQ10-10、CFKQ10-12等品種的淀粉糊凝沉速度較快，其中CFKQ10-09淀粉糊的凝沉速度最快，16 h后其上清液體積分數為83.8%，CFKQ10-01、CFKQ10-05、CFKQ10-13等品種的淀粉糊凝沉速度較慢，其中CFKQ10-13淀粉糊的凝沉速度最慢，24 h后，其上清液體積（65%）均小于其他苦蕎品種，苦蕎淀粉糊的上清液體積分數均高于玉米淀粉（41.7%）。

圖3 苦蕎淀粉糊的凝沉曲線

2.2.3 糊的凍融穩定性

圖4 苦蕎淀粉糊的凍融曲線

淀粉的凍融穩定性可以用析水率來反映，析水率越低，凍融穩定性越好，反之越差。由圖4可知，隨著凍融循環周期的增加，幾種淀粉糊的析水率也逐漸升高；經過5次凍融循環，玉米淀粉糊的凍融析水率始終最高，其次是CFKQ10-09的析水率較大，在7個苦蕎品種中析水率最大，為15.67%；CFKQ10-05的析水率始終最小；苦蕎淀粉糊的凍融析水率在第1次析水率較低，在第2次、第3次顯著增大，在第4、5次凍融析水率的增加較平緩；表明苦蕎淀粉糊的凍融穩定性比玉米淀粉強，其中CFKQ10-05的凍融穩定性最好。

2.2.4 糊的黏度分析

從表1可以看出，苦蕎淀粉的成糊溫度在62.9～64.35℃之間，且品種之間差異不顯著，玉米淀粉糊的黏度低于所有苦蕎淀粉糊黏度；淀粉糊化時，當溫度高于糊化溫度時晶體崩解，淀粉顆粒開始溶脹，黏度突然升高，并逐漸達到峰值黏度，峰值黏度大小反映了淀粉的膨脹能力[14-15]；CFKQ10-05、CFKQ10-13的峰值黏度最大，CFKQ10-09、CFKQ10-10的峰值黏度最小；破損值是峰值黏度和谷值黏度之差，可以反映淀粉糊熱穩定性，反映了淀粉糊在高溫時的抗剪切能力，破損值越小，表示淀粉糊熱穩定性越好[14]；CFKQ10-09、CFKQ10-10淀粉的破損值較小，表明其溶脹后的淀粉顆粒強度大，不易破裂，導致其熱糊穩定性好。CFKQ10-05、CFKQ10-01、CFKQ10-12破損值相對較大，熱糊穩定性較差；回生值是終值黏度與谷值黏度之差，反應淀粉冷糊的穩定性及老化能力，回生值越大，在一定程度上說明淀粉糊越容易老化[14]；淀粉的回升值以CFKQ10-09淀粉最小，CFKQ10-13淀粉的回升值最大；表明CFKQ10-13淀粉冷糊穩定性最差、冷卻形成的凝膠性最高，容易老化。

表1 苦蕎淀粉的黏滯性RVA譜特征值

2.2.5 糊的熱焓特性

熱焓值的大小可以反映淀粉糊化的難易程度[16]。熱焓值之間存在著一定的差別，因為淀粉的糊化為吸熱反應，所吸收的熱能主要用于淀粉晶體的熔解、顆粒的膨脹和直鏈淀粉分子從淀粉顆粒中的釋放，不同來源淀粉的膨脹速度和直鏈淀粉溶解速度、糊化能及其分配存在著差異[17-18]。由表2可知，苦蕎淀粉的起始糊化溫度在62.4～68.39℃，糊化終止溫度為77.96～79.64℃，玉米淀粉的起始糊化溫度為73.48℃，糊化終止溫度為81.3℃，苦蕎淀粉熱焓值為10.03～12.34 J／g，玉米淀粉熱焓值為13.06 J／g；苦蕎淀粉的起始糊化溫度、糊化終止溫度、熱焓值均比玉米低。說明苦蕎淀粉比玉米淀粉容易糊化，苦蕎品種之間的熱焓值差異顯著。

表2 苦蕎淀粉的DSC特征值

3 討論

淀粉顆粒形狀因淀粉來源及生長部位和生長期間受到的壓力不同而有差異[19]。相關研究表明，糜子淀粉和玉米淀粉多呈棱角圓滑的多面體型，顆粒大小不一，粒徑范圍為5.76～8.64μm[16]；馬鈴薯淀粉多為卵圓形[9]、豆類淀粉多為腎形[15]；本試驗結果表明，苦蕎淀粉顆粒均呈不規則的多面體球形，顆粒平均大小為6.8μm，與甜蕎淀粉顆粒差異不大[20]，粒徑小于玉米淀粉顆粒。

透明度是淀粉糊的重要外在特征，影響淀粉糊透明度的因素很多，在沒有外因的情況下，主要取決于淀粉的來源和種類[21]。淀粉種類不同，淀粉粒的大小及疏松程度不同，造成了糊化后淀粉粒的溶脹分散程度上的差異；粒徑較長的淀粉顆粒較易吸水膨脹，糊化后所形成的糊液比較透明。直鏈淀粉含量較高的淀粉，淀粉糊的透明度較低[13]。本研究表明，7個苦蕎品種間淀粉糊的透明度存在顯著性差異，各品種淀粉糊透明度介于6.9%～8.5%之間，與甜蕎淀粉相近，小于玉米、馬鈴薯淀粉，高于糜子淀粉[16，20]。

淀粉的凝沉速率和凝沉程度通常受到直鏈／支鏈淀粉的比例和結構、溫度、淀粉漿濃度、pH、脂質、添加劑和植物來源等因素的影響[21-23]。本研究可以看出，參試苦蕎品種淀粉糊凝沉速度差異顯著，可能與不同品種淀粉內直、支鏈淀粉含量以及粒度有關[4，6，24]。

淀粉的凍融穩定性用吸水率來評價，析水率小，說明凍融穩定性好[29]。李玲伊等[25]研究表明凍融穩定性與直鏈淀粉含量呈負相關性，與支鏈淀粉含量、膨脹度、透明度呈正相關性；本試驗結果表明，凍融析水率隨凍融循環次數增加而增大，苦蕎品種的凍融穩定性存在顯著性差異，其中CFKQ10-05的凍融穩定性最好，5次循環后的析水率僅為6.4%；CFKQ10-09的析水率較大為15.67%，其凍融穩定性較差。

淀粉糊化過程實質是微晶束溶融過程，糊化后淀粉—水體系行為直接表現為黏度增加[26]。淀粉黏度與淀粉的來源、顆粒形貌、粒徑、相對分子質量、直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例等因素有關[27]。RVA結果顯示，CFKQ10-09、CFKQ10-10的峰值黏度、破損值均較小，說明這2種淀粉的熱穩定性較好；CFKQ10-13淀粉的回升值最高，表明CFKQ10-13淀粉冷糊穩定性最差、冷卻形成的凝膠性最高，容易老化；淀粉中的直鏈淀粉，其在很大程度上影響了淀粉的糊化性質。直鏈淀粉含量越高，淀粉的RVA峰值黏度和破損值相對較小，糊化溫度相對越高，但回生值并不呈增加趨勢，這與葉為標[26]及田曉紅等[28]的研究結果基本一致。

4 結論

苦蕎淀粉顆粒多為多邊形、少許為球形或卵圓形、顆粒表面較為粗糙，顆粒平均粒徑為6.8μm。苦蕎淀粉糊的透明度較玉米差，容易老化，凝沉性較玉米淀粉糊的強，即沉降體積比較小，在連續凍融循環中，苦蕎淀粉凝膠的析水率小于玉米淀粉凝膠，具有較好的凍融穩定性；苦蕎淀粉的黏度遠高于玉米淀粉，苦蕎淀粉糊具有較強的熱黏度穩定性、冷黏度穩定性和凝膠形成能力，可以作為食品工業的增稠劑、黏結劑和淀粉凝膠制品的理想原料。不同品種苦蕎之間谷值黏度、最終黏度、破損值、回生值及峰值時間等淀粉特性差異顯著。因此，在苦蕎深加工過程中，應該根據不同的加工目標選擇不同的苦蕎品種。

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