穇子抗性淀粉理化性質及體外消化研究

陳家麗 劉婧潔 肖攀飛 王 樂 馬麗婭 李赤翎,

(1. 長沙理工大學化學與食品工程學院，湖南 長沙 410007；2. 鹿寨縣市場監督管理局，廣西 柳州 545600；3. 內蒙古紅太陽食品有限公司，內蒙古 呼和浩特 010000)

穇子(EleusinecoracanaGaertn)，是一種耐貯藏、耐旱和耐澇的一年生草本植物，是土壤貧瘠的半干旱熱帶地區重要的糧食作物。《本草綱目》[1]中記載：穇子籽粒體積較小，呈茶褐色，具有補中益氣、厚腸胃的作用。與其他雜糧相比，穇子淀粉含量較高，為79.89%；與傳統主糧相比，穇子營養價值較高，富含膳食纖維(5.54%)、單寧(1.64 mg/g)、鈣(822.4 mg/100 g)和鐵(91 mg/100 g)[2]。據研究，穇子具有抑制癌細胞和腫瘤細胞生長、抗氧化和抗炎等生理功效[3]，還具有良好的降血糖作用[4]。穇子降血糖作用的原因，可能是由于其多酚抑制了淀粉酶活性[5]，或者是因為穇子中富含膳食纖維[6]，但至今未有定論，也未對其抗性淀粉進行分析。抗性淀粉(RS)能夠預防結腸癌，降低血脂水平，緩解餐后血糖上升，預防糖尿病等[7]。其中RS3由于具有較強的抗酶解性，是國內外研究最多的抗性淀粉類型[8]。

目前，國內外對穇子的研究主要集中在其種皮多酚物質上[9-10]，而對其抗性淀粉的研究鮮有報道。試驗擬通過超聲—壓熱法制備穇子RS3，重點研究其理化性質和消化特性，旨在為進一步揭示穇子降血糖的原因和深度開發穇子功能性產品提供參考和依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

穇子：購于廣西玉林；

普通玉米：市售；

耐高溫α-淀粉酶：酶活30 U/mg，上海麥克林生化科技有限公司；

胃蛋白酶：酶活500 U/mg，西格瑪奧德里奇(上海)貿易有限公司；

胰蛋白酶：酶活2 000 U/g，河南圣斯德實業有限公司；

葡萄糖淀粉酶：酶活1×105U/mL，上海麥克林生化科技有限公司；

抗性淀粉檢測試劑盒：愛爾蘭Megazyme公司；

氫氧化鈉、氫氧化鉀、馬來酸、磷酸氫二鈉、檸檬酸、冰醋酸、乙醇、液體石蠟等：分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 主要儀器與設備

磨粉機：JYS-M01型，九陽股份有限公司；

超聲波微波組合反應系統：XO-SM200型，南京先歐儀器制造公司；

立式壓力蒸汽滅菌器：BXM-30R型，上海博訊實業有限公司醫療設備廠；

臺式低速離心機：L550型，湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司；

掃描電子顯微鏡：FEI Quanta-200型，美國FEI公司；

差示掃描量熱儀：DSC214 Polym型，德國耐馳公司；

水浴恒溫振蕩器：LKTC-B1-T型，金壇市良友儀器有限公司；

可見光分光光度計：S22pc型，寧波日諾泰科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 RS3的制備流程

原材料→粉碎過篩→原粉→石油醚脫脂→堿法脫蛋白→淀粉→配制淀粉乳(濃度為45%)→超聲處理(300 W，55 min)→壓熱處理(115 ℃，15 min)→冷藏(5 ℃，7 d)→干燥(80 ℃)→粉碎過篩(100 目)→RS3

1.3.2 RS3的純化 根據文獻[11]，修改如下：稱取40 g上述RS3，加入pH為6.0的磷酸氫二鈉—檸檬酸緩沖液，配制成10%的淀粉乳，以5 U/g RS3的量加入耐高溫α-淀粉酶，90 ℃水浴振蕩30 min，取出冷卻至室溫，調pH為4.5，然后以5 U/g RS3的量加入葡萄糖淀粉酶，60 ℃水浴振蕩30 min，取出冷卻至室溫，3 500 r/min離心15 min，棄上清液，沉淀水洗3次后收集，80 ℃干燥，粉碎，過篩，105 ℃干燥樣品粉末至恒重，即得RS3純品。

1.3.3 理化性質的測定

(1) 溶解度和膨脹度：根據文獻[12]。

(2) 析水率和凝沉性：根據文獻[13]。

(3) 掃描電鏡：根據文獻[14-15]并修改。雙面膠帶貼于掃描鏡的圓形載物臺上，蘸取少量的樣品涂于雙面膠上，并使其分布均勻，置于噴金機上，真空條件下進行鍍金處理，然后固定在載物臺上，在20 kV測試電壓下，觀察樣品微觀形態。

(4) 熱力學性能：根據文獻[16-17]并修改。樣品質量2.5 mg；去離子水體積5 μL；測定溫度范圍25～220 ℃；升溫速率10 ℃/min。加熱結束后用氮氣降溫。

1.3.4 體外消化特性 根據文獻[18]，修改如下：稱取適量樣品，加入蒸餾水和玻璃珠以模擬口腔咀嚼，用渦旋震蕩器使其分散，然后加入α-淀粉酶模擬唾液，37 ℃水浴振蕩消化90 s；接著加入鹽酸和胃蛋白酶模擬胃部消化1 h；1 h后加入Na2CO3調pH 6.8，將胃蛋白酶滅活，再加入KH2PO4—NaOH緩沖溶液、胰蛋白酶和葡萄糖淀粉酶模擬小腸消化，用DNS法測0，20，120 min時的葡萄糖含量，計算消化淀粉，并進一步將消化的淀粉分為20 min內消化的易消化淀粉(RDS)，20～120 min內消化的緩慢消化淀粉(SDS)以及120 min內未消化的抗性淀粉(RS)。

1.4 數據分析

采用Excel、Origin 8.0和 SPSS Statistics 24.0等軟件進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 溶解度、膨脹度、析水率和凝沉性

由表1可知，穇子RS3的溶解度為14.87%，顯著大于原粉和淀粉，與余世鋒等[19]的研究結果類似。在95 ℃的熱水中，直鏈淀粉的溶解度比支鏈淀粉高[19]，RS3由大量直鏈淀粉聚合而成，在加熱溶解過程中，RS3解離并擴散成小分子物質，所以溶解度更大，但比玉米RS3的小。穇子RS3的膨脹度為6.84%，其顆粒內部結構較為緊密，難以吸水導致膨脹度較小，并且小于玉米RS3的。

表1 不同樣品的溶解度、膨脹度、析水率和凝沉性?Table 1 Solubility, swelling degree, water release rate and coagulability of different samples %

穇子RS3的析水率比穇子原粉的大，但比穇子淀粉的小。穇子RS3中基本無蛋白質、脂肪等其他組分，水分較原粉容易析出；在制備穇子RS3的過程中，高溫高壓處理使淀粉重組為結構緊密的晶體，導致析水率降低，從而子RS3的凍融穩定性高于穇子淀粉的；而且，子RS3的凍融穩定性比玉米RS3的好，更適合添加到冷凍食品中。穇子淀粉制備成RS3后，增加了短小直鏈淀粉含量，分子間較難結合沉淀，導致RS3凝沉值顯著降低；但穇子RS3的凝沉值遠大于玉米RS3的，如果添加到果凍和軟糖中，將有利于快速形成凝膠[20]。

2.2 掃描電鏡

如圖1所示，不同樣品的顆粒大小、形態等存在明顯差異。穇子原粉經簡單的粉碎過篩，淀粉顆粒結構并未遭到破壞，如圖1(a)所示，眾多的淀粉顆粒經蛋白粘結在一起；脫脂脫蛋白后，顆粒結構被破壞，得到如圖1(b)所示的穇子淀粉，其呈大小不一的小顆粒珍珠狀，表面相對光滑；穇子RS3顆粒粒徑較大，結構較為緊密，呈不規則碎石片狀，表面粗糙且凹凸不平。超聲和壓熱處理使淀粉顆粒形態發生明顯變化，由原來的球狀結晶變為片狀結晶，可歸因于RS3中高含量的直鏈淀粉，其不利于球晶的形成[21]；RS3表面凹凸不平，可能是在冷藏過程中，淀粉分子遇冷，外表面壓力大于分子內部，從而導致顆粒外表面塌陷[22]。電鏡下可看到RS3具有更緊密的結構，更有利于抵抗酶水解。比較圖1(c)和(d)可知，玉米RS3顆粒形貌與穇子RS3存在明顯差異，玉米RS3表面相對較光滑，結構較為疏松。

圖1 不同樣品的電鏡掃描圖Figure 1 Electron microscopy scans of different samples (×1 000)

2.3 熱力學特性

如表2所示，穇子RS3的糊化峰值溫度(Tp)、糊化終止溫度(Tc)和糊化焓(ΔH)均顯著高于原粉和淀粉。在超聲—壓熱—回生過程中，穇子RS3分子重新排列，分子間的相互作用加強，從而糊化需要的溫度升高，熱穩定性增加。穇子RS3的熱穩定性還顯著高于玉米RS3的，說明穇子RS3較適合添加到油炸、烘焙等食品中。

表2 不同樣品的熱力學特性參數?Table 2 Thermodynamic characteristics parameters of different samples

2.4 淀粉消化特性

淀粉經過超聲—壓熱處理后，分子重排，形成較為緊密的RS3結構而難以消化，但通過大腸發酵后，會產生類似膳食纖維的作用。如表3所示，不同來源的淀粉消化特性差異較大，穇子淀粉的SDS和RS遠遠大于玉米淀粉的，表明其具有更強的體外抗消化作用，因此，可以利用穇子開發出調節血糖的食品。

表3 不同樣品的淀粉消化特性?Table 3 Starch digestibility of different samples %

超聲—壓熱處理制備得到的RS3，RS含量顯著增加，但仍有部分被水解。其原因可能與RS3的純度及制備方式有關；也可能是消化過程中RS3分子再一次重排，導致部分RS3水解成葡萄糖。

3 結論

研究采用超聲—壓熱處理對穇子淀粉進行改性，制得穇子RS3型抗性淀粉，其溶解度、凍融穩定性、抗凝沉性和熱穩定性增加，而膨脹度降低，使其更適合添加到冷凍、油炸和烘焙等食品中，進一步改善品質。電鏡掃描發現，與玉米RS3型抗性淀粉相比，穇子RS3型抗性淀粉表面較粗糙，結構較緊密。通過熱力學分析發現穇子RS3型抗性淀粉的熱穩定性比玉米RS3型抗性淀粉的高，且淀粉顆粒結構較緊密，這可能是導致其溶解度、膨脹度和析水率較小的原因。

無論是穇子RS3型抗性淀粉還是玉米RS3型抗性淀粉，與其各自的淀粉相比，抗性淀粉顯著增加，不過仍然有部分RS3型抗性淀粉被消化成葡萄糖。分析其原因：① RS3型抗性淀粉中可能存在少量未被徹底除去的蛋白質，妨礙淀粉酶的水解作用，在胃蛋白酶的作用下，蛋白質水解，淀粉才能夠與淀粉酶作用水解成葡萄糖；② 在胃酸的強酸性作用下，使部分原來包裹在RS3型抗性淀粉結晶區內的無定形區暴露出來，這一部分淀粉被降解成葡萄糖；其具體原因還有待進一步探究。通過比較玉米和穇子的RS3型抗性淀粉的抗消化值，也說明不同來源的RS3型抗性淀粉，體外抗消化特性有所差異。穇子淀粉表現出較高的抗消化性，應該也是穇子具有明顯降低血糖作用的重要原因。