不同藜麥品種淀粉的理化性質與消化特性

江 帆 杜春微 任妍婧 梁雞保 杜雙奎

(西北農林科技大學食品科學與工程學院1，楊凌 712100)(渭南市計量測試所2，渭南 714000)(神木市農業技術推廣中心3，神木 719300)

藜麥(ChenopodiumquinoaWilld.)為一年生藜科雙子葉假谷物，最早種植于南美洲的安第斯山區[1]。我國藜麥種植可追溯到20世紀90年代，最初在西藏地區進行試種，目前青海、山西、河北、甘肅、陜西和吉林等地區已有種植，我國現已成為除原產國之外藜麥種植面積最大的國家[2]。藜麥是具有優質完全蛋白的堿性食物，氨基酸組成比例均衡，其中賴氨酸和組氨酸含量較高，并含有豐富的碳水化合物、酚類活性物質、礦物質和維生素，不飽和脂肪酸含量約占總脂肪酸的70%[3,4]。藜麥作為一種“類全谷物”食品，在促進新陳代謝、預防心血管疾病和保護胃腸道健康等功效得到了廣泛認可[5-7]。

藜麥中淀粉占58%～64%，藜麥淀粉顆粒粒徑為1.5～3.0 μm，屬于小顆粒淀粉，回生率較低，抗剪切能力強[8]，可作為功能性成分的包埋填充材料、生物薄膜或食品封裝材料，也可用于湯汁和調味汁等食品，以防止這些食品因淀粉回生而發生沉淀[9,10]。不同藜麥品種的淀粉在直/支鏈淀粉的比例、支鏈淀粉的結構及結晶特性均不同，因此其理化特性也有所不同。由于淀粉理化特性與消化特性直接影響淀粉相關制品的加工和應用價值，深入研究淀粉性質可以更好地利用淀粉資源[11,12]。

本研究以海藜、甘南、格爾木和靜樂4種藜麥淀粉為實驗材料，以玉米淀粉和馬鈴薯淀粉為對照，對其直鏈淀粉含量、支鏈淀粉鏈長分布、質構特性、凍融穩定性、凝沉性、酶水解率和體外消化性進行分析，比較不同藜麥品種淀粉間的差異性，以期為藜麥淀粉的開發利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藜麥淀粉: 海藜、 甘南、格爾木、靜樂4種藜麥品種采用濕磨法提取，純度>95.0%；玉米淀粉、馬鈴薯淀粉；3,5-二硝基水楊酸、豬胰α-淀粉酶、異淀粉酶、糖化酶，均為分析純。

1.2 儀器與設備

TA.XT plus物性測定儀，PA-1離子色譜柱，PAD-2脈沖安培檢測器，PB-10型標準pH計，UV-2500紫外可見分光光度計，DHG-9146A型電熱恒溫鼓風干燥箱，KQ-700DE型數控單槽式超聲波清洗器。

1.3 方法

1.3.1 直鏈淀粉含量測定

直鏈淀粉含量參考Jan等[13]方法測定并稍作改進。稱取70 mg淀粉，溶解于10 mL尿素-二甲基亞砜溶液中，立即振蕩后置于沸水浴中加熱10 min，間歇性攪拌，直至溶液幾乎澄清，轉至100 ℃烘箱中加熱1 h，冷卻至室溫，取0.5 mL液體于50 mL容量瓶中，加入25 mL蒸餾水和1 mL碘液，60 s顯色，定容至50 mL，等待15 min，以不加樣品液為空白，在635 nm下測定吸光度。

直鏈淀粉含量=

1.3.2 支鏈淀粉鏈長分布測定

根據Chen等[14]方法，采用高效陰離子交換色譜法與脈沖安培檢測器聯用，使用PA-1色譜柱對樣品中淀粉鏈長分布進行檢測。2 mg淀粉樣品分散于500 mL乙醇溶液(95%)和4.5 mL蒸餾水中，煮沸糊化60 min后，取2.5 mL糊化液與50 mL 600 mmol/L醋酸緩沖液(pH 4.4)和10 mLNaN3(3%)混合，再加入10 μL異淀粉酶(1 000 U/L)進行水解，將水解產物在室溫下真空干燥后，溶解于200 μL 0.1 mol/L NaOH中，用流動相A(水溶液)、流動相B(100 mmol/L NaOH，1 mol/L NaAC)、流動相C(100 mmol/L NaOH)進行梯度洗脫，流速控制為0.4 mL/min，柱溫為30 ℃，檢測不同鏈長對應的峰面積。

1.3.3 質構特性測定

參考Li等[15]方法測定淀粉凝膠的質構特性。選用TPA模式，探頭為P/0.5R，用探頭將凝膠壓縮至10 mm距離，2次壓縮，探頭測前下降速度1.0 mm/s，測試速度0.5 mm/s，測后上升速度1.0 mm/s。

1.3.4 凍融穩定性測定

參考翟亞菲等[16]方法測定淀粉糊的凍融穩定性。

1.3.5 凝沉性測定

參考張麗珍等[17]方法測定淀粉糊的凝沉性。

1.3.6 酶水解率

稱取100 mg淀粉于試管中，加入4 mL 0.5 mol/L 醋酸鈉緩沖溶液(pH 5.2)，充分混合后將試管放置于37 ℃恒溫振蕩水浴鍋中，平衡5 min后加入1 mL α-淀粉酶(3 000 U/mL)，在水解30、60、90、120、150、180 min時分別吸取100 μL樣品液，立即與1 mL 50%乙醇溶液混合，加入3 mL 蒸餾水，離心后取1 mL上清液，用3,5-二硝基水楊酸(DNS)法測定還原糖含量，計算酶解率。

1.3.7 體外消化特性

參考Englyst等[18]方法并稍作改進。取100 mg淀粉樣品置于錐形瓶中，加入0.5 mol/L醋酸鈉緩沖溶液(pH 5.2)10 mL，在37 ℃平衡10 min后，加入4 mL豬胰α-淀粉酶(3 000 U/mL)和1 mL葡萄糖化酶(2 500 U/mL)，混合物在恒溫水浴搖床中進行水解作用，分別于水解時間為20 min和120 min立即取出，沸水浴5 min使酶失活后離心，將上清液轉移到100 mL容量瓶中，定容，取0.5 mL用DNS法測定還原糖含量，計算快速消化淀粉(RDS)、慢速消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)含量。

式中：G20為水解20 min后葡萄糖含量/mg；FG為淀粉樣品中游離葡萄糖含量/mg；G120為水解120 min后葡萄糖含量/mg；TS為淀粉樣品中的總淀粉含量/mg。

2 結果與分析

2.1 直鏈淀粉含量

不同品種藜麥淀粉的直鏈淀粉含量有顯著差異(圖1)，其中海藜藜麥淀粉的直鏈淀粉含量最高，格爾木藜麥淀粉的直鏈淀粉含量最低，與Li等[19]研究結果相近(7.49%～10.88%)，所有藜麥淀粉的直鏈淀粉含量均顯著低于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉。不同淀粉的直鏈淀粉含量差異受淀粉來源和遺傳因素的內在因素影響，也受光照、溫度等外部因素影響[20]。直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例影響淀粉的功能特性和理化性質，如黏度、消化性和老化性等，直鏈淀粉含量高的淀粉具有更高的糊化溫度和抗消化性，成膜性好，適用于生產低脂食品和可生物降解薄膜；藜麥淀粉的支鏈淀粉含量高，因此具有更大的黏度，良好的凍融穩定性和溶解度，不易老化，有利于加工成增稠劑、保濕劑和載體等[21]。

注：不同字母表示差異顯著(P<0.05)。圖1 不同淀粉的直鏈淀粉含量

2.2 支鏈淀粉鏈長分布

支鏈淀粉的聚合度(DP)即為支鏈淀粉鏈的長度，依據支鏈淀粉的聚合度大小可將其分為A鏈(DP 6～12)、B1鏈(DP 13～24)、B2鏈(DP 25～36)和B3鏈(DP>36)[22]。由表1可以看出不同淀粉支鏈淀粉B1鏈所占比例最大，A鏈其次，B2鏈和B3鏈比例較少。相比玉米淀粉和馬鈴薯淀粉，不同品種藜麥淀粉含有更多的A鏈，表明藜麥淀粉含有更多的短支鏈淀粉；4種藜麥淀粉中甘南藜麥淀粉含有最多的短鏈(DP 6～24)和最少的長鏈(DP>36)。與Li等[23]的研究結果相比，本研究中藜麥支鏈淀粉的B1鏈分布與其一致(42.7%)，A鏈分布高于報道值(26.4%)，B3鏈和B2鏈分布低于報道值(13.1%和17.9%)，這可能與品種來源及測定方法不同有關。

表1 不同淀的支鏈淀粉鏈長分布分析/%

2.3 質構特性

不同淀粉凝膠的質構特性存在顯著差異(表2)，藜麥淀粉凝膠的硬度顯著小于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉，而彈性、內聚性和恢復性高于馬鈴薯淀粉，膠著性、咀嚼性高于玉米淀粉，表現出較好的彈性、內聚性和恢復力，表明藜麥淀粉凝膠內部結合緊密，抗壓能力強、耐剪切。藜麥淀粉凝膠的硬度與其支鏈淀粉中A鏈含量呈顯著負相關關系(r=-0.978，P<0.05)，與B1鏈含量呈顯著正相關關系(r= 0.971，P<0.05)，表明淀粉凝膠的硬度與支鏈淀粉短鏈含量有關；淀粉凝膠的恢復性與支鏈淀粉中B2鏈含量呈極顯著正相關關系(r=0.998，P<0.01)，表明支鏈淀粉的中長鏈含量顯著影響淀粉凝膠的恢復性。淀粉凝膠的質構特性還與凝膠化淀粉顆粒的剛度、凝膠分散相和連續相之間的相互作用等多種因素有關[24]。淀粉凝膠的質構特性可以反映出食品的品質特性，如形態、口感等，對于研發新食品、改善食品的感官性質、控制食品品質等有重要作用。

表2 不同淀粉的凝膠質構特性

2.4 凍融穩定性

所有淀粉糊的析水率均隨著凍融次數的增加而增加(表3)。藜麥淀粉糊凍融1～2次后的析水率明顯高于玉米淀粉糊和馬鈴薯淀粉糊。經過3～5次凍融，藜麥淀粉糊的析水率顯著低于玉米淀粉糊，而高于馬鈴薯淀粉糊，表明藜麥淀粉凍融穩定性好于玉米淀粉但不如馬鈴薯淀粉。前期凍融析水率的變化可能與直鏈淀粉的結晶作用引起有關，后期的變化是由于支鏈淀粉外側短鏈的重結晶作用有關[25]。馬鈴薯淀粉糊經3～5次凍融后，其結構較致密，仍為凝膠狀；而藜麥淀粉糊凍融后結構松散，持水能力降低；玉米淀粉糊經多次凍融后，結構疏松，內部孔隙大，持水能力最差。淀粉的凍融穩定性越好，應用范圍越廣，因此藜麥淀粉和馬鈴薯淀粉比玉米淀粉更適合應用于冷凍食品加工領域，有利于形成黏度高且結構比較致密的產品，能在冷凍儲藏期間保持品質穩定[26]。

表3 不同淀粉的凍融穩定性

2.5 凝沉性

不同淀粉糊的凝沉曲線如圖2所示。在整個凝沉過程中，凝沉率隨著靜置時間的延長而逐漸增加，但是在不同的凝沉時間段，各淀粉糊的凝沉率存在顯著性差異。玉米淀粉糊凝沉速度最快，且凝沉率最大；藜麥淀粉糊次之，在靜置18 h后上清液體積達到穩定；馬鈴薯淀粉糊幾乎沒有發生凝沉。4種藜麥淀粉中，海藜藜麥淀粉的凝沉率較高，可能與其直鏈淀粉含量較高有關。凝沉主要是糊化的淀粉靜置一段時間后，出現淀粉回生現象，游離的淀粉分子鏈重新聚集形成不可溶的顆粒或束狀結構，當達到一定程度時便發生沉降，直鏈淀粉含量越高越易發生凝沉[27]。支鏈淀粉分子因有支叉結構，空間阻隔作用大，不易發生凝沉現象，且對直鏈淀粉分子間的結合有一定的抑制作用[28]。藜麥淀粉的直鏈淀粉含量較低，凝沉率低且速度較慢。

圖2 不同淀粉糊的凝沉曲線

2.6 酶水解特性

不同生淀粉的體外酶水解曲線如圖3所示，所有淀粉的酶水解率均隨時間的延長而增大，在0～30 min時，淀粉的水解速度快；30 min后，水解速度逐漸減慢；水解120 min后，酶水解率趨于穩定。藜麥淀粉的酶解速度最快，不同藜麥品種淀粉間的酶解特性差異不大，最終水解率在61.37%～64.60%之間，低于孔露等[29]報道結果(69.52%～80.64%)，遠高于玉米淀粉(34.33%)和馬鈴薯淀粉的水解率(31.76%)。其中，格爾木藜麥淀粉酶解速度高于其他3種藜麥淀粉，這與其支鏈淀粉的A鏈含有最高，易被酶水解有關。淀粉1 h后的酶水解程度與A鏈(DP 6～12)的含量呈極顯著正相關關系(r=0.928，P<0.01)，這與Li等[30]研究結果一致。這是因為支鏈淀粉的短鏈不易形成雙螺旋，使淀粉更容易受到酶的水解[31]。淀粉顆粒大小也是影響體外消化性的重要因素，藜麥淀粉顆粒小，有較大的比表面積，會增大與消化酶的接觸，促進淀粉水解，酶解速度快且酶水解率高，而大顆粒的馬鈴薯淀粉則相反。

圖3 不同生淀粉的酶水解率曲線

2.7 體外消化特性

不同生淀粉的快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)含量見表4。4種藜麥淀粉RDS、SDS含量有顯著差異，RS含量差異不顯著，藜麥淀粉的RDS含量遠高于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉，表現出高的消化特性；SDS含量高于馬鈴薯淀粉，而低于玉米淀粉；RS含量遠低于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉。這與藜麥淀粉中直/支鏈淀粉比例低，短鏈含量高，顆粒小有關[32]。不同品種藜麥淀粉的SDS+RS含量顯著低于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉，其中格爾木藜麥淀粉的RDS含量最高，SDS+RS含量最低。類似報道表明藜麥淀粉比小麥淀粉更容易被消化，比蕎麥和燕麥淀粉具有更高的血糖值[33]。從淀粉角度分析，藜麥淀粉消化快，不適合作為抗消化食品，藜麥具有良好的功能特征，主要與藜麥中的蛋白質、不飽和脂肪酸、酚類化合物和植物甾醇種類和含量有關[7]。

表4 不同生淀粉的體外消化性/%

3 結論

不同品種藜麥淀粉在性質上存在一定差異。藜麥淀粉直鏈淀粉含量低，含有大量的短鏈支鏈淀粉，其中甘南藜麥淀粉含量最多；藜麥淀粉凝膠的彈性、內聚性和恢復性較好，膠著性和咀嚼性好于玉米淀粉但不如馬鈴薯淀粉，格爾木藜麥淀粉硬度最小；藜麥淀粉糊的凍融穩定性較好，凝沉率低，不易回生；格爾木藜麥淀粉酶水解速率最快，快速消化淀粉含量最高，藜麥淀粉不適合作為抗消化食物。