大豆低聚糖對大米粉老化性質的影響及其機理研究

王建宇?馮曉光?韓貴成?楊肖飛?陳湘寧

摘 要：為了更好的在大米粉中使用功能性低聚糖（大豆低聚糖），本實驗研究了大豆低聚糖對大米粉老化性質的影響，并研究其作用機理。添加大豆低聚糖可以改善大米凝膠的質構特性。碘結合實驗表明大豆低聚糖可以降低大米凝膠的結晶度，延緩凝膠老化。而傅里葉紅外光譜證明了大豆低聚糖延緩大米凝膠老化是通過與淀粉鏈形成分子間氫鍵從而阻止淀粉鏈的相互靠近、降低結晶度。因此，大豆低聚糖可用于抑制大米類食品的老化、延長貨架期。

關鍵詞：大豆低聚糖;大米;老化;結晶度

大米是人類最重要的糧食作物之一。大米中粗淀粉的含量約為80%[1]，一般煮熟后食用，大米在煮熟過程中淀粉會發生糊化，待食品冷卻下來后淀粉會發生老化。淀粉的老化會影響食品的感官品質、營養價值以及貨架期，往往被認為是有害變化[2]。因此抑制淀粉的老化對改善淀粉基食品的品質很重要。

大豆低聚糖是一種功能性低聚糖，其主要成分是蔗糖、棉籽糖、水蘇糖。近些年來，人們發現大豆低聚糖具有促進雙歧桿菌增殖、降血壓與降血脂等生理功效，因而大豆低聚糖的應用得到重視[3]。然而，大豆低聚糖是否可以延緩大米類食品的老化至今尚未研究。因此，研究大豆低聚糖對大米凝膠的影響具有重要意義。本實驗旨在通過測量大米凝膠的老化特性來研究凝膠的老化進程，通過觀察大米凝膠的傅里葉紅外光譜來研究大豆低聚糖與淀粉的相互作用機理。這項研究可為大豆低聚糖在淀粉基食品中的應用提供科學指導。

1 材料與方法

1.1 材料

大米購自當地的超市，其主要組成為粗淀粉80.9%、蛋白質6.4%、脂質1.4%、水分含量11.1%以及直鏈淀粉22.09%。大豆低聚糖（純度為85%，30%的水蘇糖，25%的棉子糖，30%的蔗糖）、蔗糖、棉籽糖以及水蘇糖由北京昌華志成有限公司提供。其他化學試劑均為分析純。

1.2 方法

1.2.1 樣品的制備

將大米用粉碎機打碎，之后通過100目篩，稱取適量的大米粉于燒杯中，然后分別加入不同量的大豆低聚糖、水蘇糖、棉籽糖以及蔗糖（0%，5%，10%），按大米粉與水1∶2（m∶V）的比例加入蒸餾水。攪拌均勻后，在沸水浴中放置30min，取出放置至室溫，最后在4℃的冰箱中貯藏，留作備用。

1.2.2 質構的測定

將1.2.1節貯藏1、7、14 d的大米凝膠取出，使用TVT-6700質構分析儀（中國，Perten公司）對凝膠進行質構測試，用5mm圓柱探針進行測量，其他測試參數設定為初始速度為1.0 cmm/s，測試速度為1.0 mm/s，返回速度：2.0 mm/s，觸發力：5 g。

1.2.3 碘結合能力的測定

將1.2.1中貯藏0、1、7、14 d與35 d的凝膠取出，使用前人的方法進行碘結合實驗，并做了適當的修改[4]。首先用100%的酒精對樣品進行脫水，然后在35℃的真空干燥箱中干燥6h，將樣品研磨之后通過100目篩。將樣品粉末（30mg）溶解在0.01M的氫氧化鈉（3mL）溶液中，待溶解后，加入0.01M的鹽酸（3mL）中和至中性，之后加入蒸餾水至50mL。取稀釋液5mL，并先后加入0.2%I2-2%KI溶液2mL（w/w）和醋酸緩沖液（0.1M，pH4.0）5mL，最后加入蒸餾水調節總體積為50mL，并在25℃下靜置15min。在600nm處測量樣品的吸光值，大米凝膠與碘結合的抗性程度按照公式（1）計算。

（1）

式（1）中：A0代表第0天凝膠的吸光值，AT表示第t天凝膠的吸光值，A∞代表第35天凝膠的吸光值，X（t）代表凝膠與碘結合的抗性程度。

1.2.4 傅里葉紅外光譜

將1.2.1節貯藏14d的大米凝膠取出。然后在38℃的真空干燥箱中干燥12h，對干燥樣品進行研磨并通過100目篩。將凝膠粉末與KBr混合（比例為1.5∶100），充分研磨之后壓片。使用TENSOR27傅立葉變換紅外光譜（Bruker Corporation，Ettlingen，德國）在500～4 000 cm-1波長范圍內測定大米凝膠的光譜信息。

1.3 數據分析

實驗均重復3次，取平均值。用SPSS 22.0統計軟件進行Tukey顯著性分析，顯著性水平為P<0.05。

2 結果與分析

2.1 質構特性

凝膠的硬度可以反映淀粉的老化程度，即硬度越大，淀粉的老化越嚴重[6]。從表1中可以觀察到，隨著大米凝膠貯藏時間的延長，凝膠的硬度值逐漸變大。這表明在貯藏過程中，淀粉分子不斷重新結合，并形成晶體。添加的糖濃度5%時，可以看出所有的糖都具有降低大米凝膠硬度的作用，但是不同的糖之間降低凝膠硬度的差異并不大。而當糖的添加量到10%時，糖降低凝膠硬度的效果更加明顯，并且不同的糖之間也產生了明顯的差異。其中，水蘇糖降低凝膠的硬度值最明顯，其次是棉籽糖。這些結果表明大豆低聚糖及其成分都可以降低凝膠的硬度，延緩淀粉的老化，而水蘇糖的效果最明顯，并且隨著添加糖的量增加其效果越好。

綜上，由于添加10%糖濃度時，降低大米凝膠硬度的效果更明顯，并且不同糖之間的差異性可以更好的觀察到，因此，本實驗選擇10%的糖添加量作為接下來的研究重點。

2.2 碘結合能力

老化的淀粉與碘結合的抗性程度可以評價淀粉的老化度[5]。從表2中可以觀察到大米凝膠貯藏1d時，凝膠的抗性程度差異不顯著（P>0.05）。而貯藏到第7d時，與儲存1 d相比，凝膠的抗性程度顯著增加了（P<0.05），空白組增加了20.09%，而實驗組蔗糖、棉籽糖、水蘇糖以及大豆低聚糖分別增加了17.62%、12.92%、7.98%以及12.55%，可以看出水蘇糖組的大米凝膠抗性程度增加的最少，其次是棉籽糖組，這些結果可以看出大豆低聚糖及其成分可以延緩淀粉的老化，降低結晶度，而水蘇糖的效果最好。當貯藏到第14d時，不同組大米凝膠抗性程度差異與第7d相似，不做累述。

2.3 傅里葉紅外光譜

傅里葉紅外光譜用來探究大豆低聚糖及其成分延緩大米凝膠老化的機理。從圖1可以看出在添加糖之后，大米凝膠并沒有出現新的吸收峰，說明糖與大米凝膠沒有形成新的共價鍵。所有的大米凝膠在3 400 cm-1附近有一個強的吸收峰，這個峰與淀粉的O-H拉伸振動相關，與氫鍵的形成也有關[7]。大米凝膠在添加糖之后，這個吸收峰明顯變窄了，表明添加糖的凝膠形成了較少的氫鍵。另外，添加糖之后該吸收峰發生了紅移，說明大豆低聚糖及其成分確實與淀粉分子形成了分子間氫鍵[8]。因此，大豆低聚糖及其成分通過與淀粉分子形成分子間氫鍵來阻礙淀粉分子間的相互靠近，從而抑制了大米凝膠的老化。

3 結論

這項研究發現大豆低聚糖及其成分對大米凝膠的老化具有抑制作用，并且水蘇糖的抑制效果最好。傅里葉紅外光譜進一步表明，添加糖會延緩大米凝膠的老化，阻礙淀粉分子之間的靠近。這項研究表明，大豆低聚糖及其成分可以作為食品改良劑添加到大米類食品中，延長食品的貨架期。

參考文獻

[1]Champagne，ET.Rice Starch-Composition and Characteristics[J].Cereal Foods World，1996，41（11）：833.

[2]劉成梅，王日思，羅舜菁，等.兩種分子質量大豆可溶性膳食纖維對大米淀粉老化性質的影響[J].中國食品學報，2019，19（10）：110-116.

[3]黃思滿，鐘機，陳麗嬌.大豆低聚糖的生理功能與研究進展[J].現代食品，2016（1）：110-111.

[4]Zhang Bao，Bai Bin，Pan Yi，et al.Effects of pectin with different molecular weight on gelatinization behavior， textural properties，retrogradation and in vitro digestibility of corn starch[J].Food Chemistry，2018（264）：58-63.

[5]Yaoqi Tian，Yuxiang Bai，Yin Li，et al.Use of the resistance effect between retrograded starch and iodine for evaluating retrogradation properties of rice starch[J].Food Chemistry，2011，125（4）：1291-1293.

[6]Zhang Haihua，Sun Binghua，Zhang Shikang，et al.Inhibition of wheat starch retrogradation by tea derivatives[J].Carbohydrate Polymers，2015，134：413–417.

[7]Lian Xijun，Zhu Wei，Wen Yan，et al.Effects of soy protein hydrolysates on maize starch retrogradation studied by IR spectra and ESI-MS analysis， International Journal of Biological Macromolecules，2013，59，143–150.

[8]Im Kyung Oh，In Young Bae，Hyeon Gyu Lee.Complexation of high amylose rice starch and hydrocolloid through dry heat treatment： Physical property and in vitro starch digestibility[J].Journal of Cereal Science，2018，79，341-347.

作者簡介：王建宇（1993—），男，河北滄州人，碩士。研究方向：淀粉的老化。

通訊作者：陳湘寧（1972—），女，廣東興寧人，博士，教授。研究方向：即食鮮切蔬菜。