高粱抗性淀粉理化特性研究

◎ 高云龍，孫建國，謝云卓，王耀全，徐鵬城

（1.黑龍江飛鶴乳業有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000；2.飛鶴（哈爾濱）乳品有限公司，黑龍江 哈爾濱 150100）

高粱產量高、易成活、種植歷史悠久，重點分布在我國吉遼黑東3省及北方省份。高粱含有大量淀粉，其應用價值與淀粉特質有很大關系。當前工業淀粉原料大多為玉米淀粉、大米和馬鈴薯淀粉，對高粱淀粉的應用則關注較少。高粱含有多種非淀粉多糖、原花青素、單寧、酚酸和植物固醇等，在健康食品和保健食品方面（抗擊癌癥、減肥和防心腦血管疾病）市場前景廣闊[1]。

隨著生活水平的提高，人們的飲食方式發生了變化，飲食中的三高（高熱量、高鹽、高脂肪）食品漸漸變多，為人們的健康帶來了潛在危害，因此需要重點改善其膳食結構，多食用熱量低且有保健效果的產品。抗性淀粉是這種新型的低熱量功能性食品基料，能促進腸道有益菌叢的生長繁殖，是一種雙歧桿菌增殖因子，還可延緩餐后血糖上升，有效控制糖尿病病情。

相較于其他農作物，高粱具有產量高、抗逆性強、用途廣泛的特點，然而高粱的蛋白消化率低，適口性差，嚴重影響了其產品的應用價值。本項目將充分利用高粱開發具有保健功能的食物資源，確定高粱淀粉的理化特性與加工品質的關系，在此基礎上進行高粱RS3抗性淀粉的制備，并鑒定與食品功能性有關的高粱淀粉化學組分，通過對這些組分的研究改善高粱的品質與功能特性，這將在促進新型、高品質高粱食品的開發方面具有現實意義。

早在20世紀，國外就開始對抗性淀粉展開了研究，認為這是一種與膳食纖維功能相似，但口感更優的一種食品配料，其生理功能及加工特征優良，具有廣泛的應用前景[2]。抗性淀粉由結晶區和無定形區兩部分組成，結晶區主要是由直鏈淀粉雙螺旋相互疊加而成，無定形區則是由無序的淀粉構成，抗性淀粉的抗酶解能力主要源于直鏈淀粉晶體[3]。抗性淀粉具有獨特的結構特點。①分子結構小，是以氫鍵連接的回生狀的分散的線性多糖類物質，基本特性與淀粉相似，添加到食品中不影響食品的感觀和質地[4]。②持水性低，顆粒粒度低，可膨化。③熱穩定性高，高溫才能糊化，因此可以作為原料添加到不同的食品領域。抗性淀粉屬于多糖類物質，其功能與膳食纖維相近，對人體健康非常有益，但與膳食纖維相比又有許多不同和特殊優點。據最新研究顯示，抗性淀粉能降低血糖、血脂、膽固醇，改善糖尿病癥狀[5]，以及縮短糞便在消化道內停留時間、增加排便、降低糞便pH值，降低二級膽汁酸等生理活性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高粱，采購于超市；耐高溫α-淀粉酶；NaoH、Na2SO4等，均為分析純。

1.2 儀器與設備

JJ-2型組織搗碎勻漿機DK-98電熱恒溫水浴鍋（天津市泰斯特儀器有限公司）；722S型分光光度計TD4A型臺式離心機（0～4 000 r·min-1）；FAI204B型電子天平（分度值0.1 mg）；DGG-9140B型電熱恒溫鼓風干燥箱（控溫精度0.1 ℃）；BCD-256KT型電冰箱（冷藏室4 ℃）；平皿若干；80目篩。

1.3 試驗方法

1.3.1 高粱淀粉的提取制備

挑取干凈、無外殼的高粱籽粒500 g，清洗兩次后，加200 mL蒸餾水（含0.2 g/100 mL的亞硫酸鈉），用保鮮膜密封，放置在55 ℃的恒溫水浴中60 min；倒出水后，在10 500 r·min-1（低速）下粉碎6 min。過濾（20目篩），將殘留物質再次粉碎，直到全部樣品都通過篩子；靜置30 min，除去多余水分。用粉碎器在高速下粉碎3 min，用200目篩過濾，將篩上物重新粉碎至樣品通過篩子；靜置60 min，倒出除淀粉以外的其他物質；3 500 r·min-1離心30 min，去掉表面除淀粉以外的物質，重復操作3次，將操作后的所剩淀粉鋪在平皿上，在50 ℃烘箱中烘干24 h；粉碎后裝袋備測。

考察淀粉糊濃度、pH值、微波時間、微波功率和冷藏時間對抗性淀粉得率的影響。經過單因素試驗分析發現，當淀粉糊質量分數為15%或10%、pH為10、微波功率為240 W、加熱時間為3.5 min、冷藏時間為42 h時制得的抗性淀粉含量較高，且各方面表現良好。選取這一最優組合制備抗性淀粉，對抗性淀粉的理化性質進行研究探討。

1.3.2 抗性淀粉品質特性的研究

分別測定抗性淀粉的持水力、淀粉糊透明度、凍融穩定性、溶解度以及抗性淀粉的抗酶解性分析，通過數據研究得出結論。

（1）淀粉的持水力。稱取1 g淀粉，加入50 mL水，在室溫下攪拌1 h。在離心機中以4 000 r·min-1離心10 min，靜置10 min，倒出上清液，稱量濕淀粉的質量，按照下列公式計算持水力：

式中：m0-濕淀粉質量，g；m-干淀粉質量，g。

（2）淀粉糊透明度。將淀粉配制成質量分數為1%的溶液（50 mL），沸水浴加熱糊化，保溫15 min，冷卻至室溫，在620 nm波長下測定淀粉糊在放置0 h、3 h、6 h、9 h、12 h、24 h、36 h、48 h和72 h后的透光率，并以蒸餾水作為空白參照樣。

（3）淀粉糊溶解度。將50 mL質量分數為2%的淀粉糊分別在30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃和90 ℃的水浴中攪拌30 min，然后在3 000 r·min-1轉速下離心15 min，移出上清液，105 ℃恒溫干燥箱中烘干后稱重，計算溶解度。計算公式如下：

式中：A-清液烘干至恒重后的殘留物重量，g；W-樣品干基重量，g。

（4）抗性淀粉的抗酶解性分析。將抗性淀粉提純后，稱取RS樣品10 g，加入緩沖溶液配制成pH為5.1～5.5、濃度為20%的溶液，加入足量的耐高溫α-淀粉酶，將樣品置于95 ℃的恒溫水浴振蕩器中，水解2 h、4 h、6 h、9 h和12 h，分別測定不同時間的還原糖含量。

2 結果與分析

2.1 高粱淀粉的持水力

持水能力反映了淀粉與水的結合程度。持水力主要是淀粉與水混合后，水分子進入淀粉結晶區與暴露出的羥基形成氫鍵所致，淀粉的組成結構及成分對于水結合能力有較大影響[6]。

由圖1可知，高粱的抗性淀粉的持水力比原淀粉的持水力要高。并且，隨著高粱抗性淀粉含量的遞減，持水力的增加程度隨之增加，即抗性淀粉濃度為10 %的淀粉糊持水力要高于濃度為15%的淀粉糊。與其他的膳食纖維相比，高粱的抗性淀粉持水力相對較低，所以可以用于焙烤食品、軟類餅干等生產，可以維持食物的色澤、光感等，口感良好。

圖1 3種不同淀粉的水和能力差異圖

2.2 高粱淀粉透光率

透光率是用來表征淀粉糊的透明程度，其主要影響因素是淀粉的來源和種類，其次是糊化后淀粉分子重新排列互相締合的程度。用透明度的大小來反映淀粉與水的相互溶解程度以及淀粉分子在水中溶解膨脹分散的水平。分散程度愈好愈穩定，透過光線量就愈多，透光率就愈高。

由圖2可知，隨著儲藏時間的增加，高粱淀粉和抗性淀粉的透光率均呈現下降趨勢，到36 h之后趨于穩定；平均來看，高粱原淀粉的透光率略高于抗性淀粉的透光率，而兩種濃度的抗性淀粉，在透光率這一指標上區別并不明顯。對于添加淀粉質的食品來說，淀粉糊的透光率反映了淀粉與水的互溶能力以及膨脹溶解能力，會影響到食品的感官，從而影響人們對這些食品的接受程度[7]。

圖2 3種淀粉在不同儲藏時間下的差異圖

2.3 高粱淀粉溶解度

淀粉與水之間相互作用的大小，一般用來表示不同類別的淀粉或者檢驗淀粉改性的水平。

高粱淀粉與抗性淀粉的溶解度在不同的溫度下有不同的表現，由圖3可知，隨著溫度的上升，高粱淀粉糊的溶解度也在上升，在30～60 ℃時較低，70 ℃以后隨著溫度的增加，溶解度劇增，到90 ℃時，原淀粉的溶解度明顯高于同溫度下的抗性淀粉，

圖3 3種淀粉不同溫度下的溶解度圖

2.4 抗性淀粉的抗酶解性分析

抗性淀粉之所以能抵抗酶水解，是由于其結晶結構阻止了淀粉酶靠近結晶區域葡萄糖苷鍵，阻止了淀粉酶活性基團中結合部位與淀粉分子的結合，從而產生抗性。

從圖4可以得出，水解時間越長，還原糖含量越高，抗酶解的能力越差；同一酶解時間內，高粱原淀粉測得的還原糖含量高于抗性淀粉還原糖含量；抗性淀粉中，淀粉糊濃度為15%的抗性淀粉被酶解的還原糖含量略高于濃度為10%的抗性淀粉，但差別并不明顯。

圖4 3種淀粉水解不同時間還原糖含量圖

3 結論

（1）高粱淀粉經微波膨化之后，結構上發生了很大改變，由此推測結構改變會引起理化性質的多重改變。

（2）高粱的抗性淀粉的持水力比原淀粉的持水力高，并且隨著高粱抗性淀粉濃度的減少，持水力的增大幅度隨之擴大，即抗性淀粉濃度為10%的淀粉糊持水力要高于濃度為15%的淀粉糊。由此可見，抗性淀粉可作結構改良劑使用，添加在烘焙食品中，使其氣孔均勻，中心組織柔軟。

（3）高粱原淀粉的透光率略高于抗性淀粉的透光率，而兩種濃度的抗性淀粉在透光率這一指標上區別并不明顯。抗性淀粉的透光率低，在生產黏稠不透明的飲料中可用抗性淀粉來增加飲料的不透明度及懸浮度。

（4）與高粱原淀粉相比，抗性淀粉的溶解性較差，但凍融穩定性較好，這些優點可應用在保鮮或冷凍產品中，改善食品的加工工藝，確保食品生產、使用的過程中的色香味形趨于更佳狀態。

（5）同一酶解時間內，高粱原淀粉的抗酶解性低于抗性淀粉的抗酶解性，因此抗性淀粉抵抗酸和淀粉酶的水解作用可在靶向性食品和藥品研究中起到保護的作用，在制藥和食品工業有著潛在的、巨大應用前景。