黑糯米和血糯米淀粉結(jié)構(gòu)及物化性質(zhì)的對比分析

焦雪艷 鄧昌月 錢雨哲 張瑩瑩 張 強(qiáng) 王乃富 周裔彬

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶與食品科技學(xué)院，合肥 230036)

糯米在我國北方又稱江米，屬于喬本科植物水稻的一種去殼種仁。糯米淀粉中支鏈淀粉質(zhì)量極高，相對于普通淀粉而言具有低糊化溫度、高透明度、高保水性、較強(qiáng)的抗老化和凍融穩(wěn)定性等特點。因口感香糯黏滑，常被用于制作年糕、元宵、粽子等風(fēng)味小吃。黑糯米、血糯米是2種常見的有色糯米，其表皮分別呈黑色、紫紅色，具有極高的營養(yǎng)價值。黑糯米富含氨基酸、微量元素、花色苷，具有抗癌、抗過敏、抗肥胖和預(yù)防動脈硬化、心血管疾病等功效。因表皮質(zhì)地細(xì)密，可溶性、蒸煮品質(zhì)差，多作為輔料用于制作黑糯米酒、黑糯米醋、黑糯米粑、黑糯米酥、黑米吐司面包、黑米面條米粉等產(chǎn)品。血糯米富含蛋白質(zhì)、脂肪、氨基酸和維生素，具有健脾養(yǎng)胃、明目活血、治療神經(jīng)衰弱等功能，可用于制作血糯八寶飯、血糯米酒釀、血糯米軟曲奇、血糯米冰淇淋等產(chǎn)品。目前有許多相關(guān)研究報道，肖昕等[1]對黑米淀粉性質(zhì)研究表明，黑米淀粉的膨潤力和溶解度隨溫度增加而增大，當(dāng)溫度達(dá)到55 ℃時，黑米淀粉糊化速度迅速增加，淀粉結(jié)構(gòu)被破壞；陳旭等[2]對黑米蒸煮品質(zhì)研究表明，4種黑米蒸煮后硬度范圍為698～892 g，咀嚼性范圍為92～155 g；張杰[3]對黑米淀粉性質(zhì)研究表明，黑米淀粉顆粒形貌為不規(guī)則的多角形結(jié)構(gòu)，直鏈淀粉質(zhì)量為18%，快消化淀粉(rapidly digestible starch，RDS)質(zhì)量較高，達(dá)到84.30%，屬于高RDS質(zhì)量淀粉；張正茂等[4]對7種糯性谷物淀粉研究表明，糯性淀粉易糊化，血糯米和圓糯米、糯玉米淀粉糊化溫度最小，均為60 ℃；血糯米、糯玉米淀粉剪切過后有變稠的趨勢，形成更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)；周穎[5]對血糯米、粳糯米、秈糯米糕老化特性研究表明，糯米糕的硬度與相對結(jié)晶度(relative crystallinity, RC)、熱焓值(gelatinization enthalpy, ΔHgel)呈顯著正相關(guān)，推測淀粉老化回生影響糯米糕的硬度。目前關(guān)于黑糯米、血糯米淀粉的研究多是單獨與非糯性淀粉的比較，對于同時對此2種糯性淀粉的對比研究較少。

淀粉是糯米中主要成分，淀粉由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成。直鏈和支鏈淀粉的質(zhì)量、比例會影響淀粉的加工特性，進(jìn)而影響糯米產(chǎn)品的品質(zhì)[6]。為了開發(fā)出具有高附加值的糯米淀粉產(chǎn)品、拓寬其應(yīng)用，有必要對其結(jié)構(gòu)和物化性質(zhì)進(jìn)行研究，以指導(dǎo)工業(yè)上根據(jù)產(chǎn)品需要選擇合適的糯米原材料。研究對黑糯米、血糯米淀粉表觀結(jié)構(gòu)、球晶結(jié)構(gòu)、支鏈鏈長、結(jié)晶結(jié)構(gòu)、短程結(jié)構(gòu)、黏度性質(zhì)、糊化性質(zhì)、老化性質(zhì)進(jìn)行對比分析，以期為指導(dǎo)糯米原材料的選用及其在食品工業(yè)中的合理開發(fā)利用和深加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黑糯米、血糯米均為市售，異淀粉酶(EC 3.2.1.68，酶活≥1 000 U/μL)。

1.2 儀器與設(shè)備

1.3 方法

1.3.1 2種糯米淀粉的制備

取適量糯米于蒸餾水中浸泡3～5 h，浸泡好的糯米加足量蒸餾水多次磨漿后收集漿液，過100目篩，加入0.2%NaOH浸泡12 h后去上清液收集下層沉淀，反復(fù)水洗，每次倒掉上清液，刮去表層黃棕色膠狀物，直到得到純白淀粉為止，在35 ℃烘箱干燥24～48 h得到淀粉粒，再經(jīng)粉碎過100目篩得糯米淀粉(黑糯米淀粉以干基計，水分12.88%，灰分0.32%，蛋白質(zhì)3.44%，脂肪0.22%，淀粉83.39%，直鏈淀粉5.61%；血糯米淀粉以干基計，水分13.33%，灰分0.53%，蛋白質(zhì)2.22%，脂肪0.13%，淀粉82.27%，直鏈淀粉3.13%)，置于干燥器中室溫保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 淀粉表觀結(jié)構(gòu)測定

將淀粉樣品用導(dǎo)電雙面膠固定在樣品臺上并進(jìn)行噴金，然后用掃描電鏡在加速電壓3.0 kV、放大2 000倍的測試條件下觀察淀粉顆粒形態(tài)。

1.3.3 淀粉球晶結(jié)構(gòu)測定

配制50%水/甘油溶液淀粉，加入淀粉樣品形成懸濁液，然后在交叉偏振光下使用雙目顯微鏡觀察淀粉樣品。

1.3.4 支鏈淀粉鏈長分布測定

本文在梳理相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，運用面板數(shù)據(jù)時間固定效應(yīng)模型，探討商業(yè)銀行人力資本與企業(yè)價值的相關(guān)性。通過實證分析可知，人力資本是企業(yè)發(fā)展的重要支撐，是企業(yè)持續(xù)繁榮的中堅力量，能夠有效促進(jìn)商業(yè)銀行企業(yè)價值的提升。因此，如何將自身豐富的人力資源轉(zhuǎn)化為更有競爭力的人才優(yōu)勢，是當(dāng)前商業(yè)銀行實現(xiàn)發(fā)展壯大，提升企業(yè)價值的關(guān)鍵。而商業(yè)銀行人力資本的積累可從擴(kuò)大人力資本投資和建立合理的人力資本激勵機(jī)制入手。

支鏈淀粉分離純化：取10 g淀粉，用無水乙醇完全浸潤(30 mL)，加入300 mL 0.5 mol/L的NaOH溶液，沸水浴30 min后，冷卻至室溫，用2 mol/LHCl調(diào)pH至中性，將樣品轉(zhuǎn)移至1 000 mL圓底燒瓶，加入3∶1正丁醇-異戊醇混合物(200 mL)，沸水浴冷凝回流1 h，轉(zhuǎn)移至泡沫箱中緩慢冷卻20 h，然后置于4 ℃冰箱24 h。取出離心(8 000 r/min，20 min，4 ℃)，去除沉淀物；將上層膠狀溶液倒入1 000 mL圓底燒瓶，加入40 mL 1∶1的正丁醇-異戊醇混合液，沸水浴持續(xù)回流攪動1 h，持續(xù)上述操作多次，直至沒有沉淀。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，加入2倍體積的乙醇沉淀，將純化的支鏈淀粉放置在鼓風(fēng)干燥箱中干燥。

鏈長分布通過高效陰離子交換色譜配備脈沖安培檢測器測定。稱取5 mg純化干燥的支鏈淀粉，加5 mL雙蒸水，沸水浴60 min，間斷混勻；然后取2.5 mL糊化的樣品，加入125 μL CH3COONa、25 μL NaN3和5 μL異淀粉酶，38 ℃放置24 h。加入375 μL NaBH4，室溫放置24 h。取600 μL于離心管中，室溫干燥，然后溶于600 μL流動相中，離心(12 000 r/min，10 min)，取上清上樣。流動相為：A相：雙蒸水；B相：100 mmol/L NaOH；C相：100 mmol/L NaOH-500 mmol/L CH3COONa；流速：0.5 mL/min[7]。

1.3.5 淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)測定

用X射線衍射儀對淀粉樣品進(jìn)行測定，測定條件：特征射線Cu靶，衍射儀電壓為40 kV，電流為80 mA，掃描角度為5°～50°，步長為0.02°，掃描速度為8(°)/min。用MDI Jade軟件分析衍射圖譜、計算相對結(jié)晶度。

1.3.6 淀粉短程結(jié)構(gòu)測定

紅外光譜測定采用溴化鉀(KBr)壓片法。取100 mg的KBr于瑪瑙缽中研碎，添加1 mg樣品，研勻，壓片。將其在2 000 ～500 cm-1波數(shù)范圍內(nèi)掃描，以波數(shù)(cm-1)為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，得到紅外吸收光譜。

1.3.7 淀粉黏度性質(zhì)測定

采用快速黏度分析儀(rapid viscosity analyzer, RVA)測定淀粉的黏滯性。準(zhǔn)確稱取3 g淀粉放入RVA專用鋁盒中，加入25 mL蒸餾水(按12%濕基試樣水分補償)，用小型塑料螺旋槳充分?jǐn)嚢韬螅瑢VA專用鋁盒卡入旋轉(zhuǎn)塔中進(jìn)行測量，程序設(shè)置為：初始溫度50 ℃保持1 min，以12 ℃/min升到95 ℃(3.75 min)，在95 ℃保持2.5 min，再以12 ℃/min降至50 ℃(3.75 min)并保持1.5 min，整個測定過程歷時12.5 min，螺旋槳在起始10 s內(nèi)轉(zhuǎn)速為960 r/min，后以160 r/min的速度旋轉(zhuǎn)。測得黏度特性曲線，用RVA配套軟件記錄和分析數(shù)據(jù)。

1.3.8 淀粉糊化性質(zhì)測定

準(zhǔn)確稱取2 mg淀粉樣品置于PE標(biāo)準(zhǔn)液體皿中，用移液槍加入6 μL的蒸餾水(樣品∶水=1∶3)，使待測樣品與蒸餾水混合，將PE液體皿進(jìn)行密封并在室溫下平衡水分24 h，平衡后將樣品放入差示掃描量熱(differential scanning calorimeter, DSC)儀進(jìn)行測定，溫度掃描范圍為30～110 ℃，升溫速率設(shè)定為5 ℃/min，以空液體皿作對照，每個樣品做3次平行，經(jīng)軟件處理得到樣品的吸熱曲線。

1.3.9 淀粉老化性質(zhì)測定

將經(jīng)1.3.8方法糊化后的樣品放置在4 ℃低溫環(huán)境下保藏，于第14天取出，在室溫下平衡1 h后，進(jìn)行老化實驗，實驗參數(shù)同1.3.8。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)使用Origin軟件作圖，Excel軟件進(jìn)行平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差的計算。

2 結(jié)果與分析

2.1 淀粉表觀結(jié)構(gòu)

由圖1可知，2種糯米淀粉顆粒表面光滑，無任何邊緣鋸齒，均呈現(xiàn)不規(guī)則的多角形，棱角分明。有些淀粉顆粒表面出現(xiàn)孔洞，少量顆粒表面有輕微裂痕。孔洞可能是在用堿浸泡法提取淀粉過程中，淀粉顆粒受到一定程度的破損所致[8]。裂痕可能是在淀粉制備過程中外在產(chǎn)生的機(jī)械剪切、摩擦作用造成。總體來說，2種淀粉顆粒形態(tài)沒有明顯差異，這是因為淀粉顆粒形狀和大小的異同取決于淀粉的植物來源[9]，黑糯米、血糯米淀粉屬于相近科屬故顆粒形態(tài)沒有明顯差異。

圖1 黑糯米和血糯米淀粉掃描電鏡圖(2 000×)

2.2 淀粉球晶結(jié)構(gòu)

淀粉分子鏈在結(jié)晶區(qū)有序排列，在無定型區(qū)無序排列，這2種結(jié)構(gòu)在密度和折射率上存在差異，從而導(dǎo)致偏振光通過淀粉時產(chǎn)生各向異性，形成雙折射現(xiàn)象[10]。不同品種淀粉顆粒大小、相對結(jié)晶度和微晶取向的差異會導(dǎo)致雙折射現(xiàn)象的位置、形狀有較大差別[11,12]。在偏振光下黑糯米、血糯米淀粉均具有典型的雙折射現(xiàn)象且呈現(xiàn)垂直十字交叉，臍點接近顆粒中心，可明顯看出黑糯米淀粉較血糯米淀粉產(chǎn)生更大更清晰的雙折射(圖2)，這可能是由2種淀粉在結(jié)晶區(qū)、無定型區(qū)的差異導(dǎo)致。

圖2 黑糯米和血糯米淀粉偏光十字圖(80×)

2.3 支鏈淀粉鏈長分布

按照聚合度(degree of polymerization, DP)，支鏈淀粉鏈長可分為：A鏈(DP≤12)、B1鏈(DP 13～24)、B2鏈(DP 25～36)和B3鏈(DP≥37)。選擇DP 6～76的峰進(jìn)行積分，以聚合度為橫坐標(biāo)，相對峰面積為縱坐標(biāo)，作DP-Area圖，如圖3所示。2種淀粉支鏈鏈長分布無明顯差異，均有兩個明顯的峰，且峰值都分別出現(xiàn)在DP 12和DP 40。黑糯米淀粉支鏈中A鏈、B1鏈、B2鏈、B3鏈質(zhì)量分別為30.96%、47.49%、11.33%、10.22%，血糯米淀粉支鏈中A鏈、B1鏈、B2鏈、B3鏈質(zhì)量分別為31.24%、47.39%、11.45%、9.92%。2種淀粉支鏈鏈長無顯著性差異。與血糯米淀粉相比，黑糯米淀粉支鏈中A鏈、B2鏈所占比例較低，B1鏈、B3鏈所占比例較高。

圖3 2種糯米淀粉支鏈鏈長分布

2種淀粉支鏈中A鏈、B3鏈質(zhì)量分別相差0.28%、0.3%，相差較多；B1鏈、B2鏈質(zhì)量分別相差0.1%、0.12%，相差較少。

2.4 淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)

不同植物來源的淀粉通常表現(xiàn)出不同的晶體類型，可分為A型、B型、C型三種[13]。一般谷類胚乳含A型淀粉，植物貯藏塊莖含B型淀粉，部分植物根莖和豆科植物胚含C型淀粉[14]。由圖4可知，黑糯米淀粉在15.1°、23.1°有明顯的衍射峰，在17.02°、17.96°處為相連的雙峰；血糯米淀粉在15.16°、22.94°有明顯的衍射峰，在17.02°、18.04°處為相連的雙峰。2種淀粉出峰度數(shù)無顯著性差異，均屬于A型晶體。黑糯米淀粉相對結(jié)晶度(23.15%)比血糯米(22.11%)要高，這可能是由2種淀粉中直鏈質(zhì)量、支鏈鏈長分布不同造成。

圖4 2種糯米淀粉XRD圖譜

2.5 淀粉短程結(jié)構(gòu)

紅外光譜對淀粉鏈的構(gòu)象和螺旋的有序比較敏感，通過去卷積處理淀粉的紅外光譜圖，可以定量研究其有序區(qū)域與無定型區(qū)域的比例[15]。1 045 cm-1附近的吸收峰與淀粉的有序結(jié)構(gòu)有關(guān)，表示結(jié)晶區(qū)的結(jié)構(gòu)特征；1 022 cm-1附近的吸收峰與淀粉的無序結(jié)構(gòu)有關(guān)，表示非結(jié)晶區(qū)的結(jié)構(gòu)特征[16]；995 cm-1附近的吸收峰為C—O—H的彎曲振動。1 045cm-1/1 022 cm-1峰強(qiáng)度比值反映淀粉的有序程度，1 022 cm-1/995 cm-1峰強(qiáng)度比值反映淀粉的無序程度[17]。由圖5可知，2種淀粉紅外光譜吸收峰相似，在出峰位置和強(qiáng)度上存在差別，但無顯著性差異。黑糯米、血糯米淀粉1 045 cm-1/1 022 cm-1比值分別為0.793、0.784，黑糯米比值較高，說明其有序程度較高；黑糯米、血糯米淀粉1 022 cm-1/995 cm-1比值分別為1.376、1.428，黑糯米比值較低，說明其無序程度較低。與XRD結(jié)果相一致。

圖5 2種糯米淀粉FT-IR去卷積圖譜

2.6 淀粉黏度性質(zhì)

由圖6可知，2種糯米淀粉RVA黏度曲線有較大差異。血糯米淀粉短時間內(nèi)達(dá)到峰值黏度，之后迅速下降，冷卻過程中譜線平緩；黑糯米淀粉達(dá)到峰值黏度所用時間較長，冷卻過程中黏度回升明顯，最終黏度高于血糯米淀粉。峰值黏度(Peak viscosity, PV)反映淀粉的水結(jié)合能力，可能與溶脹力有關(guān)[18]。溶脹力主要由直鏈淀粉分子控制[19]，直鏈淀粉質(zhì)量高會導(dǎo)致PV值較低。由表1可知，血糯米淀粉PV值(3 672 mPa·s)顯著高于黑糯米(2 891 mPa·s)，說明血糯米淀粉具有更大的增稠潛力，PV值較大可能是由于直鏈淀粉質(zhì)量較低。最終黏度(Final viscosity, FV)是在冷卻階段結(jié)束時的最高黏度。是由于溫度下降后，被直鏈淀粉和支鏈淀粉包圍的水分子運動減少，而導(dǎo)致黏度再次上升[20]。黑糯米淀粉FV值(2 589 mPa·s)顯著高于血糯米FV值(1 903 mPa·s)。崩解值(Breakdown, BD)反映淀粉的熱穩(wěn)定性和耐剪切性[21]。血糯米淀粉BD值(2 230 mPa·s)顯著高于黑糯米(1 548 mPa·s)，說明血糯米淀粉顆粒崩解嚴(yán)重，溶脹后顆粒強(qiáng)度小，易于破裂，導(dǎo)致熱穩(wěn)定性差；加熱過程中不穩(wěn)定，黏度下降明顯，耐剪切性差。回升值(Setback, SB)是由于淀粉分子在降溫過程中重排引起的，與老化直接相關(guān)。黑糯米淀粉SB值(1 246 mPa·s)顯著高于血糯米SB值(461 mPa·s)，說明黑糯米淀粉重結(jié)晶能力較強(qiáng)，冷糊穩(wěn)定性較差，這可能與其較高的直鏈淀粉質(zhì)量有關(guān)。黑糯米淀粉糊化溫度(PTemp)值(71.80 ℃)顯著高于血糯米PTemp值(67.49 ℃)，說明黑糯米淀粉顆粒具有更強(qiáng)的抗溶脹和抗破裂能力，結(jié)構(gòu)破壞和糊化需要更高的加熱溫度。

圖6 2種糯米淀粉RVA圖譜

表1 2種糯米淀粉RVA參數(shù)

表2 2種糯米淀粉糊化、老化參數(shù)

2.7 淀粉糊化性質(zhì)

2種淀粉起始溫度(onset temperature,To)、峰值溫度(peak temperature,Tp)、終止溫度(conclusion temperature,Tc)和熱焓ΔHgel參數(shù)見表2。糊化溫度主要與直鏈淀粉質(zhì)量、短支鏈(DP6～12)有關(guān)，直鏈淀粉質(zhì)量越高、短支鏈比例越低，糊化溫度越高[22,23]。黑糯米淀粉To、Tp、Tc分別為57.05、62.50、67.23 ℃，血糯米淀粉To、Tp、Tc分別為55.51、62.11、66.98 ℃，黑糯米淀粉均相對較高，這可能是因為黑糯米淀粉直鏈質(zhì)量較高，短支鏈質(zhì)量較低。熱焓ΔHgel反映淀粉在相轉(zhuǎn)變過程中所需要的能量。黑糯米淀粉ΔHgel值(11.80 J/g)顯著高于血糯米ΔHgel值(10.39 J/g)。這可能是因為黑糯米淀粉相對結(jié)晶度、雙螺旋質(zhì)量較高，導(dǎo)致其糊化需要較多的能量，因此具有較大的糊化焓。

2.8 淀粉老化性質(zhì)

2種淀粉糊在4 ℃條件下保存14 d后測得結(jié)果見表2。老化與直鏈淀粉、支鏈淀粉、蛋白質(zhì)、脂類、水分等因素有關(guān)[24]。直鏈淀粉質(zhì)量越高、支鏈淀粉中A鏈比例越低、B1鏈比例越高，越容易發(fā)生老化[25]。從表中可看出黑糯米淀粉ΔHret值(1.56 J/g)顯著高于血糯米ΔHret值(0.56 J/g)，表明黑糯米淀粉老化程度較大，冷藏穩(wěn)定性較差；血糯米淀粉老化程度較小，相比較更適合應(yīng)用于對抗老化要求較高的食品領(lǐng)域。這可能是因為黑糯米淀粉直鏈質(zhì)量較高，支鏈中A鏈比例較低，B1鏈比例較高。黑糯米淀粉老化程度較大與RVA中其較高的回升值(SB)是一致的。

3 結(jié)論

黑糯米和血糯米淀粉顆粒均呈現(xiàn)不規(guī)則的多角形；均具有雙折射現(xiàn)象，黑糯米淀粉雙折射更明顯。2種淀粉支鏈中A鏈、B3鏈質(zhì)量相差較多，B1鏈、B2鏈質(zhì)量相差較少。2種淀粉均屬于A型晶體，黑糯米淀粉相對結(jié)晶度較高，因此其糊化需要較多的能量，具有較大的糊化焓。黑糯米淀粉有序程度較高，血糯米淀粉無序程度較高。血糯米淀粉更容易發(fā)生糊化，其峰值黏度顯著高于黑糯米淀粉，具有更大的增稠潛力；血糯米淀粉不易發(fā)生老化，其ΔHret值顯著低于黑糯米淀粉，更適合應(yīng)用于對抗老化要求較高的食品領(lǐng)域。