短柄枹櫟種子淀粉的理化性質研究

李松南，李雅琴，金姍姍，張舒，周裔彬（安徽農業大學茶與食品科技學院，安徽合肥230036）

短柄枹櫟種子淀粉的理化性質研究

李松南，李雅琴，金姍姍，張舒，周裔彬*
（安徽農業大學茶與食品科技學院，安徽合肥230036）

堿法提取的短柄枹櫟種子淀粉純度很高，含有0.59%的脂肪、0.95%的蛋白質，未檢測到灰分和粗纖維。短柄枹櫟種子淀粉的溶解度和膨脹度隨溫度的上升而增加，在糊化溫度附近變化較大；淀粉糊的渾濁度隨著時間呈現先下降然后穩定的趨勢；短柄枹櫟種子淀粉糊的凝沉穩定性比玉米淀粉好；3%和5%的短柄枹櫟種子淀粉糊，屬于假塑性流體，用冪律模型擬合效果好；短柄枹櫟種子淀粉的快消化淀粉、慢消化淀粉和抗性淀粉分別為29.52%、12.39%和55.0%，其水解指數和血糖指數分別為40.35%和42.98%，屬于一種低GI食物。

短柄枹櫟；種子淀粉；理化特性；抗性淀粉；低血糖指數

短柄枹櫟（Quercus glandulifera Bl.）是殼斗科（Fagaceae）櫟屬（Quercus）植物種的一個野生品種。我國是世界櫟屬植物分布中心之一，全國約有90種，絕大數為喬木樹種，南北各地多有分布［1］，但是本文研究的是矮叢灌木的短柄枹櫟。

短柄枹櫟種子呈卵圓形，基部三分之一為殼斗所包圍，鱗片短而密貼。短柄枹櫟主要分布在中國的安徽、江西、湖南和廣東等省，產量豐富，但利用率很低［2］。短柄枹櫟種子富含淀粉，含量可達82.66%，是有待開發利用的野生淀粉資源。短柄枹櫟種子淀粉顆粒呈圓形、三角形和橢圓形等形狀，粒徑范圍在3.3 μm～126.3 μm，是典型的A型晶體，相對結晶度為23.53%，直鏈淀粉含量為25.39%，糊化溫度為66.53℃，糊化焓值為4.33 J/g［3］，但目前關于短柄枹櫟種子淀粉理化性質，如溶解性、膨脹度、透明度、流變學等方面的研究未見報道。為此，本研究以短柄枹櫟種子為原料分離出種子淀粉，對其進行溶解度、膨脹度、渾濁度、凝沉性、流變學性質、質構特性等理化性質進行測定，為短柄枹櫟種子淀粉的開發利用提供參考，也有利于野生淀粉資源的開發和利用。

1　材料與方法

1.1材料

短柄枹櫟種子（以下簡稱櫟子）：來自江西九江，顆粒飽滿，色澤正常，用于淀粉提取；玉米淀粉樣品：來自當地市場；所用試劑均為分析純。

1.2儀器

JP-300A高速多功能粉碎機：浙江永康市久品工貿有限公司；SEMXL-20型掃描電子顯微鏡：荷蘭Philips公司；UV-5系列紫外可見分光光度計：上海元析儀器有限公司；RST-Plus Rheo3000流變儀：美國博勒飛有限公司。

2　方法

2.1淀粉制備的工藝流程［4］

櫟子→去殼→粉碎→堿液浸泡→過篩→淀粉粗漿→離心→刮去黃褐色軟層→加等體積蒸餾水沖洗→直到上清液成中性→離心取沉淀→40℃干燥→櫟子淀粉

2.2基本化學成分的測定

水分：GB 5009.3-2010《食品安全國家標準食品中水分的測定》；灰分：GB 5009.4-2010《食品安全國家標準食品中灰分的測定》；脂肪：GB/T 5009.6-2003《食品中脂肪的測定》；蛋白質：GB 5009.5-2010《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》；粗纖維：GB/T 5009.10-2003《植物類食品中粗纖維的測定》。

2.3淀粉糊的溶解度與膨脹度

稱取0.5 g櫟子淀粉懸浮于30 mL水中，分別在55、65、75、85、95℃下加熱30 min，取出冷卻至室溫后3 000 r/min下離心15 min，倒出上清液，稱量沉淀的質量。上清液在120℃下烘12 h后稱量質量［5］。平行3次試驗，用玉米淀粉作對照，溶解度和膨脹度計算公式如下：

2.4淀粉糊的渾濁度

稱取一定量的櫟子淀粉，加適量蒸餾水調成質量分數為1%的淀粉乳，在沸水浴中加熱20 min，使之充分糊化。待糊化完全后，放置在4℃條件下，每24 h測定溶液在640 nm下的吸光值［6］。平行3次試驗，用玉米淀粉作為對照。

2.5淀粉糊的凝沉性質

質量分數為1%的櫟子淀粉糊溶液100 mL放入100 mL的帶塞量筒中，搖勻，常溫靜置24 h，每隔2 h記錄上層清液的體積，用清液的體積分數隨時間的變化來繪制曲線，從而表示淀粉糊的凝沉性［7］。平行3次試驗，用玉米淀粉作為對照。

2.6淀粉糊的流變學性質

分別配制1%、3%和5%的櫟子淀粉糊，選擇CC40的轉子，測量剪切速率從0 s-1～1 000 s-1進行遞增，間隔10 s，由計算機自動采集數據。采用冪率方程流變模型［7］對數據進行回歸擬合，并用復相關系數R2表示方程的擬合精密度。

冪率方程：τ=Kγn

式中：τ表示剪切應力，Pa；K表示稠度系數，Pa· sn；γ表示剪切速率，s-1；n表示流體指數。

2.7淀粉的體外消化特性

稱取200 mg櫟子淀粉，溶解于15 mL 0.2 mol/L磷酸鹽緩沖溶液（pH5.2）。37℃下5 min后，加入5 mL豬胰腺α-淀粉酶（290 U/mL）和糖化酶（15 U/mL），繼續在37℃下以150 r/min恒速振蕩。分別在0、10、20、30、40、60、90、120、180 min時取0.5 mL水解液，加入4 mL無水乙醇滅酶，用葡萄糖氧化酶/過氧化物酶試劑盒測定其葡萄糖含量，水解淀粉的含量為0.9倍葡萄糖的含量［8］，平行3次。

根據體外消化的時間，淀粉可以分為快消化淀粉（RSD，rapidly digested starch，20 min內被水解的部分），慢消化淀粉（SDS，slowly digested starch，20 min～120 min內消化的部分）和抗性淀粉（RS，resistant starch，120 min后未被消化的部分）。水解指數（HI，Hydrolysis index）和血糖指數（GI，Glycemic index）可以通過如下公式［9］計算得到：

水解指數/%=（樣品釋放葡萄糖總量/白面包釋放葡萄糖總量）×100

血糖指數/%=0.862×水解指數+8.198

3　結果與分析

3.1淀粉的基本成分分析

櫟子淀粉的基本成分分析見表1。

表1　 櫟子淀粉的基本成分分析Table 1　Chemistry compositions of starch obtained from Q.glandulifera Bl.seed

由表1可知，櫟子淀粉的水分、蛋白質和脂肪含量分別為7.02%、0.07%和0.59%，不含灰分和粗纖維。蛋白質和脂肪的含量很低，說明提取的淀粉純度很高。

3.2淀粉糊的溶解度和膨脹度

淀粉粒的無定型相是親水的，浸入水中就吸水，先是有限的可逆膨脹，而后是整個顆粒膨脹，并且伴有水化熱的釋放。在60℃～80℃的熱水中，天然淀粉發生溶脹，直鏈淀粉分子從淀粉粒向水中擴散，形成膠體溶液，而支鏈淀粉則仍保留在淀粉粒中。淀粉的溶解特性常用溶解度、膨脹度來表示，反映了無定型和晶體區域內部淀粉鏈之相互作用的大小。櫟子和玉米淀粉糊的溶解度見圖1，膨脹度見圖2。

圖1　櫟子和玉米淀粉糊的溶解度Fig.1　Effect of temperature on solubility of Q.glandulifera Bl.seed and corn starch paste

圖2　 櫟子和玉米淀粉糊的膨脹度Fig.2　Effect of temperature on swelling power of Q.glandulifera Bl.seed and corn starch paste

溶解度反映了淀粉顆粒在膨脹中的溶解能力，除了隨著溫度的升高而增加以外還受淀粉顆粒的大小，直鏈與支鏈淀粉的比例，直鏈與支鏈淀粉分子的分子量和分布、支鏈度和長度以及形態等影響［10］。由圖1可以看出，櫟子淀粉的溶解度隨溫度的升高而上升，當溫度低于65℃時，櫟子淀粉溶解度小于玉米淀粉，當溫度大于75℃后，櫟子淀粉溶解度大于玉米淀粉，而且在65℃～75℃時有一個飛躍，糊化溫度可能在這個溫度范圍內，與櫟子淀粉的糊化溫度為66.53℃一致［3］。在未達到糊化溫度前，櫟子淀粉溶解度小于玉米淀粉，達到糊化溫度后溶解度較玉米淀粉高，這很可能與淀粉顆粒的大小、直鏈淀粉含量以及支鏈淀粉分子鏈長分布有關。

隨著溫度的上升，未溶解的淀粉顆粒由于吸水而膨脹，因此淀粉的膨脹度隨溫度的上升而增加，與本文試驗結果一致。膨脹度反映了淀粉顆粒吸收水的能力，與支鏈淀粉的含量以及淀粉顆粒的尺寸大小相關。從圖2中可以看出櫟子淀粉的膨脹度變化趨勢和溶解度變化趨勢相似，不過在65℃～75℃變化最為明顯。淀粉的溶解度和膨脹度與糊化溫度有關，都取決于淀粉的分子晶體結構。櫟子淀粉和玉米淀粉在溶解度和膨脹度上的差異恰恰是反映了兩者分子內部晶體結構的不同。

3.3淀粉糊的渾濁度

櫟子和玉米淀粉糊的渾濁度見圖3。

圖3　櫟子和玉米淀粉糊的渾濁度Fig.3　Turbility of Q.glandulifera Bl.seed and corn starch paste during storage

淀粉糊的混濁度主要反映淀粉回生強度以及回生速率。櫟子淀粉糊的渾濁度隨著時間呈現先下降然后穩定的趨勢，跟玉米淀粉糊變化趨勢相同。淀粉老化回生主要與直鏈淀粉含量、支鏈淀粉分子鏈長分布以及分子量大小等相關，而老化過程中短期變化（小于1 d）主要受到淀粉的直鏈淀粉含量的影響［11］。

3.4淀粉糊的凝沉穩定性

櫟子和玉米淀粉糊的凝沉穩定性見圖4。

圖4　短柄枹櫟種子和玉米淀粉糊的凝沉穩定性Fig.4　Retrogradation resistance of Q.glandulifera Bl.seed and corn starch paste

淀粉的凝沉也稱作淀粉的沉化、回生，是淀粉從溶解、分散、無定形狀態返回至不溶解、聚集或結晶狀態的過程。稀淀粉溶液長時間放置會逐漸變渾濁，最終產生不溶性的白色沉淀。從圖4可以看出，櫟子淀粉糊的上清液體積在48 h前隨時間線性上升，48 h后趨于穩定，總體來說櫟子淀粉的上清液體積一直大于玉米淀粉，沉淀率小，凝沉穩定性好，這可能與櫟子淀粉直鏈淀粉含量比玉米淀粉高和直、支鏈淀粉分子量有關。

3.5淀粉糊的流變學特性

濃度為1%、3%和5%的櫟子淀粉糊的流變學性質如圖5所示。

圖5　不同濃度的櫟子淀粉糊的流變學特性Fig.5　Effect of concentration on rheological property of Q.glandulifera Bl.seed starch paste

通常剪切應力與剪切速率之間成線性關系的，稱為牛頓流體型，非線性關系為非牛頓型流體，顯然3%和5%的櫟子淀粉糊均屬于非牛頓流體。其次，3%和5%的櫟子淀粉糊表觀黏度都隨著剪切速率的增加而減小，這是典型的剪切稀化現象，說明3%和5%的淀粉糊屬于假塑性流體。而同一剪切條件下，淀粉糊的表觀黏度隨著濃度的升高而增加，這可能是因為淀粉糊的濃度增加使分子間糾纏效果增加而導致。

櫟子淀粉的流變學冪率方程參數見表2。

對曲線按冪律模型進行線性回歸擬合，所得到的流變指數如表2所示，1%和3%的櫟子淀粉糊的擬合相關性系數在0.99以上，其中3%櫟子淀粉糊擬合效果最好，1%次之，5%最差。在冪率方程τ=Kγn中，K、n值是兩個重要流變參數。K為稠度系數（Pa·sn），相當于黏度的量度；n為流型指數（或冪律指數），表示非牛頓程度的量度，當n=1時，即為牛頓液體；當n＜1，為假塑性流體；當n＞1，為膨脹性流體。因此，3%和5%的櫟子淀粉糊屬于假塑性流體，與圖5的結論相符，而1%的櫟子淀粉糊的n值＞1，屬于膨脹性流體，可能是因為淀粉糊濃度太低，而且體系接近于水。

3.6淀粉糊的體外消化特性

櫟子淀粉的快消化淀粉、慢消化淀粉、抗性淀粉、水解指數和血糖指數如表3所示。

表2　櫟子淀粉的流變學冪率方程參數Table 2　Rheological parameters on power rate equation of Quercus starch

表3　櫟子淀粉的體外消化特性Table 3　Digestibility characteristic of Q.glandulifera Bl.seed and corn starch

櫟子淀粉的快消化淀粉、慢消化淀粉和抗性淀粉分別為29.52%、12.39%和55.0%。櫟子淀粉的抗性淀粉含量最多，是玉米淀粉的2倍［12］。天然植物淀粉消化特性的不同，取決與很多因素，如淀粉來源［13］、淀粉顆粒大小［14］、直鏈與支鏈淀粉的比例［15］和結晶度［16］等。

水解指數是樣品水解曲線和橫坐標所圍成的面積與白面包進行對比計算得來的。根據Granfeldt建立的方程式GI=0.862×HI+8.198［9］，可以預測樣品的血糖指數，因此櫟子淀粉的水解指數和血糖指數分別為40.35%和42.98%，如表3所示。食物血糖生成指數被用來衡量食物中碳水化合物對血糖濃度的影響。當血糖生成指數在55以下時，可認為該食物為低GI食物；當血糖生成指數在55～70之間時，該食物為中等GI食物；當血糖生成指數在70以上時，該食物為高GI食物［17］，因此可以判斷櫟子淀粉為低GI食物。高GI的食物，進入胃腸后消化快、吸收率高，葡萄糖釋放快，血糖升得高；低GI食物，在胃腸中停留時間長，吸收率低，葡萄糖釋放緩慢，血糖升得低，所以利用食物血糖生成指數，合理安排膳食，對于調節和控制人體血糖大有好處。

4　結論

通過堿洗的方法提取出的短柄枹櫟種子淀粉純度很高，其溶解度和膨脹度隨溫度的上升而增加，渾濁度隨著時間先下降后趨于穩定，凝沉穩定性比玉米淀粉好，3%和5%的短柄枹櫟種子淀粉糊均屬于假塑性流體，短柄枹櫟種子淀粉中的抗性淀粉最多，其血糖指數為42.98%，屬于一種低GI食物，對于調節和控制人體血糖有著重要的意義。

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Study on Physicochemical Properties of Quercus glandulifera Bl.Seed Starch

LI Song-nan，LI Ya-qin，JIN Shan-shan，ZHANG Shu，ZHOU Yi-bin*
（School of Tea and Food Technology，Anhui Agricultural University，Hefei 230036，Anhui，China）

Q.glandulifera Bl.seed starch obtained by alkaline eluting contained 0.59%crude fat of dry matter，0.95%crude protein of dry matter，and a low content of dietary fiber and total ash，which indicated the extracted starch purity was high.Swelling power and solubility of Q.glandulifera Bl.seed starch increased with the rise of temperature，larger changes near the gelatinization temperature；turbidity of starch paste showed the tendency of decline and then stable with time；retrogradation property of starch paste was better than corn starch；3% and 5%starch paste was pseudoplastic fluid，and the fitting effects in the power law model for linear regression were good；Q.glandulifera Bl.seed starch consisted of 29.52%rapidly digested starch，12.39%slowly digested starch，and 55%resistant starch.Hydrolysis index and glycemic index of Q.glandulifera Bl.seed starch were 40.35%and 42.98%，respectively，belonging to a kind of low GI food.

Q.glanduliferaBl.；seedstarch；physicochemicalproperties；resistantstarch；lowGI

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.15.014

李松南（1993—），男（漢），碩士研究生，研究方向：食品資源開發與利用。

周裔彬（1967—），教授，研究生導師，研究方向：食品化學及農產品精深加工。

2015-08-13