小紅栲抗性淀粉的理化功能特性

謝 濤 唐雅璐 - 劉艷蘭 n- 李曉文 - 劉永樂 - 易翠平 -

(1. 湖南工程學院化學化工學院，湖南 湘潭 411104； 2. 長沙理工大學化學與食品工程學院，湖南 長沙 410114)

小紅栲(Castanopsiscarlesi)屬殼斗科植物，中國江南各地廣泛分布，其果實產量非常豐富[1-2]。小紅栲種仁味甜可食，淀粉含量達60.5%[2]。關于小紅栲原淀粉的顆粒結構、結晶特性、糊化特性、酶解特性及一些加工特性等已進行了較為系統全面的研究[1-4]。筆者[5-6]還對幾種小紅栲變性淀粉的結構、糊化與回生等特性進行了研究。濕熱處理是變性淀粉加工中常見的物理改性方法之一，在中國越來越引起關注，研究內容涉及到濕熱處理條件對淀粉結構與性質的影響，不同種類淀粉經濕熱處理后結構和性能的變化，以及濕熱處理的潛在應用領域等許多方面。酸處理也是變性淀粉加工常用的輔助加工手段之一[3-4,7]。但小紅栲淀粉作為一種新興的淀粉資源，有關其濕熱處理和酸處理制備抗性淀粉方面的研究尚未見諸報道。試驗擬對小紅栲原淀粉(NS)分別經濕熱處理(HMT)、檸檬酸—濕熱復合處理(AH-HMT)制得的抗性淀粉(RS)產品的體外消化特性、結構特性、糊特性及益生特性等進行研究，以期為進一步將小紅栲淀粉開發成抗性淀粉產品的研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

1.1.1 材料與試劑

小紅栲原淀粉(NS)：淀粉含量91.03%、濕含量8.64%，實驗室自制；

培養基、酶制劑：參照文獻[7]制備；

培養基：上海源聚生物科技有限公司；

α-淀粉酶(15 000 U/g)、胰酶(20 000 U/g)：美國Sigma公司；

檸檬酸：食用級，上海源聚生物科技有限公司；

其他試劑均為AR級。

1.1.2 主要儀器

高效陰離子交換色譜：ICS2500型，美國Dionex公司；

全自動X射線衍射儀：D/max2500型，日本理學株式會社；

掃描電子顯微鏡：S-3400N型，日本日立公司；

快速黏度分析儀：RVA-4型，澳大利亞Warriewood公司；

質構分析儀：TA-XT Plus型，英國Surrey公司；

示差掃描量熱儀：DSC200型，德國Netzsch公司。

1.2 小紅栲抗性淀粉的制備

參考Kim等[8]方法，稍做修改。稱取小紅栲原淀粉適量，加入3.5倍質量的水中制成淀粉乳液，不加或加入0.5 g/100 g·淀粉的檸檬酸，將混勻乳液置于高壓滅菌鍋中110 ℃加熱1 h，冷至室溫，在4 ℃儲存12 h，再次循環。將樣品于40 ℃烘干、粉碎，過120目篩，得RS樣品；未加檸檬酸的稱作濕熱處理抗性淀粉(HMT RS)，加檸檬酸的稱作酸解—濕熱處理抗性淀粉(AH-HMT RS)。

1.3 體外消化動力學特性測定

按文獻[9]的方法進行，以完全糊化的冷凍干燥淀粉為對照。計算得到快速消化淀粉(RDS)、緩慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉含量，以及消化動力學參數水解速率常數(k)、相對消化率(Dr)和血糖指數(pGI)。

1.4 理化特性測定

1.4.1 平均聚合度(DP) 參照文獻[8]。

1.4.2 晶體結構 參照文獻[5]。

1.4.3 微觀結構 參照文獻[5]。

1.4.4 黏度特性 參照文獻[6]。

1.4.5 質構性質 使用TA-XT Plus質構分析儀測定。設定發生50%的形變，形變速率1.5 mm/s。

1.4.6 熱特性 參照文獻[6]。

1.5 益生特性測定

參照文獻[7]。

1.6 數據處理方法

全部數據均取3個平行的試驗均值，并運用SPSS 20.0分析不同因素對試驗結果影響的顯著性。

2 結果與分析

2.1 小紅栲抗性淀粉體外消化動力學的研究

如表1所示，小紅栲NS分別經濕熱處理、酸解—濕熱復合處理后，RDS、SDS、RS含量及體外消化動力學參數與pGI值均發生了顯著變化。與NS比，HMT RS中RDS減少66.63%、SDS增加2.18倍、RS增加3.62倍，AH-HMT RS中RDS減少96.12%、SDS增加1.56倍、RS增加6.76倍，而AH-HMT RS較之HMT RS中功能性成分SDS、RS的總含量又增加了32.93%。由此表明，濕熱處理有利于SDS、RS的形成，而輔以酸水解更進一步促進了其形成。從表1還可知，HMT RS與AH-HMT RS較之原淀粉的pGI值分別降低了31.43和41.75。而依據pGI值不同可將食物分為低pGI(<55)、中pGI和高pGI(>75)3類[10-12]。因此，小紅栲原淀粉屬高pGI食物，而小紅栲HMT RS與AH-HMT RS屬低pGI食物，適合于糖尿病、肥胖癥類病人食用。

2.2 小紅栲RS的結構特性

濕熱處理和酸解—濕熱復合變性小紅栲RS的DP見表1。與小紅栲原淀粉比，HMT RS與AH-HMT RS的DP都明顯下降，而且酸解引起RS的DP降低更為顯著，說明檸檬酸與濕熱復合處理對小紅栲淀粉中的直鏈淀粉、支鏈淀粉發生了不同程度的降解作用，產生更多的低分子質量水解產物。圖1是小紅栲RS的X-衍射圖譜，各樣品的晶體結構或多或少都是A-、B-與V-型晶體的混合體，小紅栲NS以A-型晶體占優，HMT RS與AH-HMT RS則B-型晶體占優。由表2可知，HMT RS與NS的總結晶度基本相等，但AH-HMT RS的總結晶度則較NS有顯著的提高。

表1 小紅栲RS的體外消化與血糖指數?

? 字母不同表示差別顯著(P<0.05)。

由圖2可知，小紅栲NS的顆粒完整、表面光滑，經濕熱處理后，完全糊化的淀粉分子在冷卻冷藏過程發生重組并堆積形成HMT RS的規則片層結構，但若有檸檬酸參與濕熱處理過程，則形成AH-HMT RS的小片層散亂堆積結構。

圖1 小紅栲RS的X-射線衍射圖譜

表2 小紅栲RS的平均聚合度、晶型及相對結晶度?

? 字母不同表示差別顯著(P<0.05)。

2.3 小紅栲RS的糊特性

與小紅栲NS糊相比，HMT RS和AH-HMT RS糊的峰值黏度(HV)、谷值黏度(LV)和冷卻黏度(CV)均顯著降低，特別是AH-HMT RS糊的HV、LV與CV值均降至14 mPa·s以下(表3)，說明濕熱處理有利于降低淀粉的黏度，而酸水解的協同作用則加劇其黏度的降低。AH-HMT RS在加熱過程中表現出很低的黏度，一方面是由于其在高溫下易于溶解[13]；另一方面，也可能是長支鏈淀粉受到酸的作用而使糖苷鍵被大量切斷，顯著降低了淀粉糊的黏度，嚴重時水解成小分子糊精而增加淀粉糊的溶解度[14]。較之小紅栲NS糊，小紅栲HMT RS與AH-HMT RS糊的回值(SB)、崩解值(BD)都顯著降低(表3)，說明淀粉顆粒內部分子鏈的重排增強了它們對剪切和加熱的抗性，也就是說小紅栲RS糊正是因為持續的剪切和加熱而變得更為穩定[15]。

圖2 小紅栲RS的掃描電鏡照片

從表4可知，小紅栲HMT RS和AH-HMT RS凝膠的硬度(HD)都比NS凝膠的HD值大，與已有的研究結果[16]相吻合。但由于AH-HMT RS凝膠的HD值僅比NS凝膠的HD值提高了16.33%，加之3種小紅栲淀粉凝膠的彈性(SP)和黏著性(AD)均很小且幾無差別，因此小紅栲NS、HMT RS或AH-HMT RS都只能形成低強度的不牢固凝膠。

表3 小紅栲RS的黏度特性?

? 字母不同表示差別顯著(P<0.05)。

表4 小紅栲RS的質構特性?

? 字母不同表示差別顯著(P<0.05)。

小紅栲NS、HMT RS和AH-HMT RS的起始糊化溫度(TO)、峰值糊化溫度(TP)、終止糊化溫度(TC)和熔融范圍(TC-TO)都相應地顯著增加，而ΔH明顯降低(表5)。TO、TP、TC和TC-TO的增加正好說明了熔融晶體是經HMT或AH-HMT處理后淀粉顆粒內部的分子鏈重排并重結晶而成。而且，HMT能夠降低淀粉顆粒內部無定形區對結晶區熔融的影響程度，從而增高其糊化溫度，這種現象在普通玉米淀粉和小麥淀粉中也有[17]。此外，ΔH值也可反映出在糊化過程中被拆散和熔解的雙螺旋數量[18]，ΔH值越高，被拆散和熔解的雙螺旋數量就越多。

2.4 小紅栲RS的益生特性

由表6、7可知，小紅栲HMT RS和AH-HMT RS對雙歧桿菌與乳酸桿菌的增殖作用在發酵至第24 h時達到最大；與空白對照相比，HMT RS對雙歧桿菌與乳酸桿菌均有顯著增殖作用，而AH-HMT RS的增殖作用尤其明顯，且樣品中RS含量越大這種增殖作用越強(表1)，這些結果與前人[19]的研究一致。由于大多數雙歧桿菌與乳酸桿菌不產淀粉水解酶類，故而不能分解利用淀粉，導致NS對兩者的增殖作用較之空白對照沒有顯著變化(表6)。然而，到目前為止尚未弄清楚RS的未消化部分是怎樣促進腸道菌群增殖生長的[10]。

RS主要的末端代謝產物是短鏈脂肪酸(SCFAs)。表7為大便接種物分批發酵過程中乙酸與丁酸的變化。以小紅栲NS作為唯一碳源與空白對照一樣，整個發酵過程中產酸一直維持在低水平；但以HMT RS或AH-HMT RS做唯一碳源時，如果增加樣品中RS的含量(表1)，不但產酸能力明顯提高，而且發酵前期(0→12 h)顯著積累的乙酸將(24→36 h)大大減少，同時伴有后期丁酸的積累顯著增加。這與前人[20]的研究是一致的。

表5 小紅栲RS的熱特性?

? 字母不同表示差別顯著(P<0.05)。

表6 大便培養物分批發酵過程中雙歧桿菌計數變化?

? 字母不同表示差別顯著(P<0.05)。

表7 大便培養物分批發酵過程中乙酸與丁酸的變化?

? 字母不同表示差別顯著(P<0.05)。

3 結論

與小紅栲原淀粉相比，濕熱處理與酸解—濕熱復合處理后的小紅栲變性淀粉，在結構特性、糊特性和熱力學特性等都發生了較大的變化，特別是濕熱處理促進了SDS、RS的形成，而酸解—濕熱復合處理更加劇了RDS向RS的轉化。小紅栲HMT RS或AH-HMT RS對雙歧桿菌、乳酸桿菌有明顯的增殖作用，但AH-HMT RS比HMT RS的增殖作用更強。初步說明小紅栲淀粉可以用作制備抗性淀粉的新原料，關于小紅栲HMT RS或AH-HMT RS的益生作用，將進一步采用動物喂飼試驗進行詳細的研究。