微波處理對枇杷核淀粉理化性質和消化性能的影響

林國榮，張麗芬，黃曉玲

（莆田學院環境與生物工程學院，福建省新型污染物生態毒理效應與控制重點實驗室，福建莆田 351100）

枇杷是薔薇科草本植物枇杷（Eriobotrya japonicaLindl.）的果實，原產于中國東南部[1]。目前我國已經是世界上主產枇杷的國家，產區主要集中于福建、江蘇、云南和四川等地方。枇杷為我國傳統藥食同源植物，長期以來一直在人們的日常生活中扮演著重要角色。枇杷葉、花、果實和枇杷核的功效、成分、品種與含量、生物活性等被逐步揭示[2]。枇杷核的味道比較苦澀，但是卻有改善咳嗽、痰多等癥狀的功效。枇杷核是枇杷罐頭的副產品，含有較多的淀粉，在食品、材料加工等方面具有較好的發展前景[3]，但很多人吃完枇杷以后，直接將枇杷核丟棄，這不僅造成了環境的污染，還導致了資源的極大浪費。

微波加熱有時間短、效率高、衛生、方便、節能等優點，能夠有效改善食品的營養和風味[4]。近年來，有部分研究者對輻照淀粉的物理、化學等性質及結構進行了研究。結果表明，微波處理技術會導致淀粉的顆粒外觀形態及結晶結構被破壞，從而對淀粉的理化性質造成影響[5?7]。蒲華寅等[8]研究表明微波處理均未改變淀粉的晶型，但隨著微波時間的延長，淀粉相對結晶度和短程有序度均呈下降趨勢，同時，微波可引起淀粉降解，導致處理后更易老化，進而引起淀粉糊透明度的降低。李曉璽等[9]研究表明高鏈玉米淀粉經微波改性后，顆粒形貌發生改變，表面出現凹凸、小孔，大部分淀粉顆粒發生破損、崩裂。目前國內外針對枇杷核淀粉的研究相對較少，林國榮等[10]研究枇杷核淀粉存在一個初始膨脹階段和迅速膨脹階段，為典型的二段膨脹過程，屬限制型膨脹淀粉，從而影響枇杷核淀粉的開發利用。本文通過微波處理枇杷核淀粉，研究了不同微波條件處理枇杷核淀粉后的顆粒形貌、晶體結構、糊化特性、溶解度和膨脹力、透明度以及體外模擬消化等指標，以期得到消化特性良好的枇杷核淀粉，有助于枇杷核被更加充分地開發和利用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

市售枇杷 2022 年3 月購買于云南省蒙自市的果實；亞硫酸鈉、檸檬酸、無水醋酸鈉、冰醋酸、無水乙醇、酒石酸鉀鈉、3,5-二硝基水楊酸、氫氧化鈉、苯酚 均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司；α-淀粉酶（10000 U/g）、糖化酶（100000 U/g）上海晨易生物科技有限公司。

DGG-9123A 熱恒溫鼓風干燥箱 上海森信實驗儀器有限公司；KQ-600DE 超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；SU8010 掃描電子顯微鏡 日本日立；TENSOR27 傅立葉變換紅外光譜儀 德國Bruker 公司；DSC214 差示掃描量熱儀 德國耐馳；XRD-6100 X 射線衍射儀 日本島津；Viscotester iQ 智能流變儀 美國Thermo Scientific HAAKE 。

1.2 實驗方法

1.2.1 枇杷核淀粉的制備 取枇杷果實中新鮮的枇杷核，稱取一定量枇杷核，將枇杷核清洗干凈后去皮，配制質量分數為0.15%的亞硫酸鈉的溶液并用0.1%檸檬酸調節至pH6.0，按照枇杷核和水1:2（g/g）的比例加入以上溶液，放入壓榨機中壓榨，壓榨過后漿液用濾網進行過濾，使枇杷核溶液的漿、渣分離，將濾渣再次按照以上比例加蒸餾水，重復以上步驟3 次，使枇杷核中的淀粉完全浸提出來。將濾液放置1 h，倒掉上層清液，將沉淀水洗，以4500 r/min離心10 min，倒掉上層清液，沉淀去掉上層部分，在40 ℃的干燥箱中干燥10 h，干燥之后的枇杷核淀粉經研磨成為細粉，過80 目篩，得到枇杷核粗淀粉備用[10]。

1.2.2 微波處理枇杷核淀粉 微波處理參考蒲華寅等[8]的方法并進行適當修改。分別稱取30 g 枇杷核淀粉六份，定容到100 mL，配制成質量分數為30%的淀粉乳。微波功率150 W，微波加熱時間分別為90、120、150 s；微波加熱時間90 s，微波功率分別為150（10%火力）、300（20%火力）、450 W（30%火力），冷卻后以4500 r/min 離心10 min，去掉上層清液，取沉淀，40 ℃干燥箱干燥10 h，粉碎，過80 目篩，得到的淀粉備用。

1.2.3 淀粉的顆粒形貌觀察 取不同微波處理條件下少許枇杷核淀粉，對已經完全烘干的淀粉進行鍍金處理后，置于高分辨場發射掃描電鏡樣品室中，電子槍加速電壓為10 kV，放大倍數1000，觀察不同條件下微波處理的淀粉的形貌差異，對其形態結構進行對比和分析。

1.2.4 淀粉的晶體結構測定 稱取1.0 g 枇杷核淀粉，放置在樣品板上，用玻璃片將粉末在樣品板凹槽中壓實，直到粉末和樣品板呈同一水平面，將樣品板放入衍射儀中，使用X-射線衍射儀分析枇杷核淀粉的晶體結構。測定條件：電壓40 kV，電流30 mA，掃描速度2.0°/min，掃描范圍5o～?40o（2θ）[11]。

1.2.5 淀粉糊化特性的測定 稱取3.0 g 枇杷核淀粉于燒杯中，配成質量分數為6.0%的淀粉乳，放在50 ℃的水浴鍋里面，用玻璃棒攪拌，在50 ℃時保持3 min，將粘度計的轉速調到30 r/min，并且記錄其黏度變化，之后將水浴鍋的溫度調至95 ℃，期間邊攪拌邊測定淀粉乳的黏度變化，每分鐘記錄一次，當溫度達到95 ℃時，保持5 min，并且記錄黏度變化，之后將溫度降低至50 ℃，得到樣品的溫度、黏度、時間變化，每個樣品測定3 次，得到樣品的峰值黏度、回生值、終值黏度、谷值黏度。

1.2.6 淀粉的溶解度和膨脹力測定 稱取1.5 g 枇杷核淀粉于50 mL 容量瓶，加水定容，在90 ℃水浴鍋里面充分糊化反應1 h，冷卻。4500 r/min 離心15 min，傾倒出表層清液到已經烘干的培養皿中，傾倒溶液之前先記錄烘干后的培養皿的質量，之后將倒出來的溶液放在110 ℃烘箱內烘至恒重。稱取被溶解的淀粉質量記為m0，稱取離心沉淀物的質量即為膨脹的淀粉的質量記為m1，計算的公式為：

式中：Q：溶解度；S：膨脹力；m0：上清液蒸干至恒重的質量，g；m1：離心后沉淀物的質量，g；m：淀粉總質量，g。

1.2.7 淀粉透明度的測定 稱取1.0 g 枇杷核淀粉于燒杯中，配制成質量分數為1.0%的淀粉溶液，在沸水浴中加熱、并且攪拌1 h，冷卻至室溫，振蕩均勻后，以去離子水為空白對照，于620 nm 波長下測定枇杷核淀粉糊的透光率T（%），記錄數據。

1.2.8 淀粉消化特性的測定

1.2.8.1 葡萄糖標準曲線的制作 準備6 根試管，分別標記為0～5 號管，分別添加0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mL 的1 mg/mL 葡萄糖標準溶液，然后依次添加蒸餾水0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、0 mL，在每根管中加0.5 mL DNS 試劑，在沸水浴中加熱5 min，涼水冷卻，最后每管里加入4.0 mL 蒸餾水，零號管調零，在540 nm 處測定其吸光度，繪制標準曲線。

1.2.8.2 樣品中葡萄糖含量的測定 參考Englyst 等[12]方法并稍作修正。稱取0.2 g 枇杷核淀粉，加入20 mL 0.2 mol/L 的醋酸鈉緩沖溶液，在沸水浴中加熱25 min，冷卻至室溫，于37 ℃水浴鍋加熱10 min，隨后添加1 mL 3000 U/mLα-淀粉酶和4 mL 2500 U/mL糖化酶，在水浴鍋里進行水解作用，最后依次在0、20、120 min 取樣0.5 mL，并加4.5 mL 無水乙醇溶液，將溶液在4000 r/min 的條件下離心10 min，取上層清液，用DNS 法測定試樣中的葡萄糖含量，并且計算出試樣中的快速消化淀粉（RDS）、慢消化淀粉（SDS）、抗性淀粉（RS）含量。

計算公式如下：

式中：G20：經過20 min 的淀粉酶水解產生的葡萄糖含量，mg；G120：經過120 min 淀粉酶水解后產生的葡萄糖含量，mg；G0：在淀粉酶水解前，試樣中的葡萄糖含量，mg；m：樣品質量，mg。

1.3 數據處理

實驗數據3 次重復，數據以均值±標準差表示；所有數據應用Excel 軟件、SPSS 軟件和Origin 2020b 軟件進行處理和分析。顯著性分析采用Duncan檢驗，P>0.05 判定為變化不顯著，P<0.05 判定為變化顯著。

2 結果與分析

2.1 不同微波處理條件對枇杷核淀粉顆粒形貌的影響

圖1 為掃描電鏡觀察到的不同微波處理時間枇杷核淀粉的顆粒形貌。圖1a 為原淀粉的顆粒形貌，可以看出，枇杷核淀粉的形狀不規則，大多數呈圓形或者半圓形[10]，淀粉顆粒表面光滑。由圖1b、c 可以看出，微波加熱時間段后，淀粉的形狀沒有發生明顯改變，隨著微波加熱時間的增加，團聚現象增加，歸因于微波加熱過程中產生的熱量使顆粒聚集成團簇狀[13]，可能是由于直鏈淀粉的逸出和支鏈淀粉膨脹，使其黏附性和相互作用力增強[14]。

圖1 不同微波時間處理對枇杷核淀粉顆粒形貌的影響Fig.1 Effect of different microwave treatment time on the granule morphology of loquat kernel starch

圖2 為不同微波加熱功率條件下淀粉的顆粒形貌圖。由圖2（a）、（b）兩圖可以看出，加熱功率為150 W 時，淀粉形貌沒有明顯變化。圖2d 表示原淀粉在450 W 處理后，淀粉表面出現了凹凸不平的裂痕，部分淀粉的形狀顆粒也開始破裂，呈現出部分糊化結構；圖2c 為微波加熱功率300 W，部分淀粉的顆粒發生了變化，其中有部分淀粉的顆粒表面開始發生顆粒的聚集，形狀有所改變。由此可見，提高微波加熱的功率對淀粉的顆粒形貌有一定影響，微波處理使淀粉表面出現了裂痕，與文獻報道的結果相一致[15]。

圖2 不同微波功率處理對枇杷核淀粉顆粒形貌的影響Fig.2 Effect of different microwave treatment power on the granule morphology of loquat kernel starch

2.2 不同微波處理條件對枇杷核淀粉晶體結構的影響

根據淀粉的X-射線衍射圖譜的不同，可以將淀粉的晶體結構A 型、B 型、C 型[16]，A 型淀粉的圖譜在15°、17°、18°、23°左右會有較明顯的衍射峰；B 型淀粉在5°、17°、22°、24°處有衍射峰；C 型是A 型與B 型的組合類型[17]。由圖3 可知，枇杷核淀粉在2θ為13°、17°、25.6°、38°處都產生了比較明顯的衍射峰，由此可初步判定枇杷核淀粉是A、B 型的組合類型，屬于C 型淀粉[3]。將原淀粉和其他經過微波處理的淀粉相比較，從衍射峰上看，每個淀粉樣品在17°、38°時都有衍射峰，經過相同功率微波處理90、150 s，以及經過相同時間微波功率300 W 處理的淀粉，在25.6°的衍射角處沒有出現明顯的衍射峰，可能是由于微波處理破壞枇杷核淀粉的結構，使其結晶區被破壞，相對結晶度降低，但是沒有在其他位置出現強的吸收峰，表明微波處理并未改變枇杷核淀粉的晶型[18]。

圖3 不同微波條件下枇杷核淀粉的X-射線衍射圖譜Fig.3 X-ray diffraction patterns of loquat kernel starch under different microwave conditions

2.3 不同微波處理條件對枇杷核淀粉糊化特性的影響

表1 是測定不同微波處理條件下枇杷核淀粉的黏度變化，結果用平均值±標準差表示。由表1 可知，在相同的微波火力下，微波加熱處理淀粉90、120、150 s 后，淀粉的各個黏度均明顯增加，說明微波加熱導致淀粉的熱穩定性變差，比未經處理的原淀粉更易發生老化。同時，隨著微波加熱時間的增加，淀粉的黏度和回生值升高，微波加熱提高了淀粉的老化程度，可能是因為微波加熱影響了枇杷核淀粉的晶體結構，使淀粉的結晶結構變得松散，鏈之間的相互作用力減弱[15]。

表1 不同微波處理對枇杷核淀粉糊化特性的影響Table 1 Effect of different microwave treatment on gelatinization properties of loquat kernel starch

由表1 可知，經過功率150、300、450 W 微波加熱相同時間之后，淀粉的黏度和回生值均呈上升趨勢，微波處理使淀粉顆粒結構疏松，分子鏈中糖苷鍵被斷開，形成大量短直鏈淀粉，這些短直鏈淀粉由于分子量較小容易定向排列，形成微晶結構，從而導致了回生值的增加[19]。峰值黏度與原淀粉相比發生較大的提高，微波加熱對淀粉的糊化特性產生影響，改變了淀粉的老化程度。隨著微波處理的時間和火力的提高，淀粉的老化程度也逐漸提高。

2.4 不同微波處理條件對枇杷核淀粉的溶解度和膨脹力的影響

溶解度和膨脹力反映了淀粉和水之間相互作用的大小[20]。由表2 中可以看出，微波加熱的時間和功率對淀粉的溶解度和膨脹力會產生一定的影響。由表2 可知，隨著微波加熱時間的增加，淀粉的溶解度和膨脹力也顯著增加（P<0.05），這表明枇杷核淀粉的溶解度變化對于微波較敏感，不同處理可得到不同溶解度的淀粉[21]。由表2 可知，微波加熱90 s，處理功率分別為150、300、450 W，與原淀粉相比，淀粉的溶解度隨著微波功率的提高而顯著增加（P<0.05），而膨脹力隨著微波功率的提高先增加后減少。因為微波處理使枇杷核淀粉顆粒內部部分直鏈淀粉降解，并引起淀粉內部結構重新排列，使得淀粉分子內部鍵能變弱，使淀粉的致密化程度降低，顆粒內部的淀粉分子易溶出，增加淀粉顆粒與水結合能力，所以使淀粉得溶解度與膨潤力提高[22]。

表2 不同微波處理對枇杷核淀粉溶解度和膨脹力的影響Table 2 Effect of different microwave treatment on solubility and swelling power of loquat kernel starch

2.5 不同微波處理條件對枇杷核淀粉透明度的影響

淀粉的透明度是淀粉吸附水分的重要指標，隨著淀粉的分散程度的增大，其透明度也隨之提高。另外，淀粉的結構及分子鏈長度也會影響淀粉的透明度[23]。由表3 可知，微波加熱不同時間對淀粉的透光率產生了一定的影響，枇杷核淀粉經微波處理后淀粉糊的透光率均高于原淀粉；隨著微波時間延長，淀粉短時間微波處理后其透過率先增大后隨時間延長而減小。表明微波處理破壞了淀粉的結構，提高了淀粉和水的結合能力，從而增加了淀粉的透明度。

表3 不同微波處理對枇杷核淀粉透光率的影響Table 3 Effect of different microwave treatment on the transmittance of loquat kernel starch

由表3 可知，在加熱時間相同的前提下，隨著微波加熱功率的提高，淀粉的透光率逐漸降低。淀粉在微波處理功率為450 W 時透明度下降趨勢比較明顯，由于微波輻射會使淀粉支鏈發生降解，從而形成更多的直鏈淀粉，而直鏈淀粉分子量小，易于相互凝聚而使得淀粉發生回生，造成淀粉顆粒的持水能力下降，從而導致透光率下降（P<0.05）。說明微波處理的火力增加對淀粉的透明度影響較大，會降低淀粉的穩定性[8]。

2.6 不同微波處理條件對枇杷核淀粉消化特性的影響

由表4 可知，原淀粉的RDS 含量為9.45%，SDS為6.75%，RS 為83.80%，其中抗性淀粉的含量最高，在人體消化道內基本不消化吸收抗性淀粉，在胃腸道中滯留時間比較長[24]。微波加熱時間越長，RDS 含量增加，SDS 減少，RS 減少，相對于原淀粉，微波處理后RS 含量均有所提高，因為微波使溫度升高，有利于重排行為的進行，所以隨溫度升高，RS 升高，但過高的溫度容易引起淀粉的糊化和焦化，反而降低RS 含量。在一定條件下，淀粉分子在微波作用下的重排需要一定時間，延長反應時間，有利于重排的進行，但當微波作用達到一定時間時，重排達到平衡狀態，再延長反應時間對RS 含量影響不大，而且延長反應時間，可能導致微波淀粉顆粒中晶體結構的破壞，反而不利于RS 提高[25?27]。微波加熱時間為150 s時，淀粉的RDS 含量最高達12.03%，可能是微波加熱使淀粉的顆粒表面出現裂痕，從而使酶更加容易進入到淀粉顆粒的內部，使RDS 含量增加[28]。

表4 不同微波處理對枇杷核淀粉消化特性的影響Table 4 Effect of different microwave treatment on digestibility of loquat kernel starch

由表4 可見，隨著微波加熱功率的提高，淀粉的RDS 含量呈上升趨勢，SDS 含量先增加再減少，RS減小，但RS 含量都高于原淀粉。微波加熱功率為450 W 時，淀粉的RDS 含量最高達13.45%，總之，微波處理對淀粉的慢消化淀粉影響最明顯，減小的趨勢比較大。RDS 含量變化是因為較高的溫度將淀粉細胞壁破壞，使得淀粉與蛋白質、纖維等物質的作用減弱，增大了消化酶與樣品的接觸面積[29]，提高了淀粉的易消化程度。

3 結論

微波加熱時間和功率的不同，對淀粉的影響程度也不同。微波處理對枇杷核淀粉的晶型沒有影響，仍為C 型；隨著微波加熱的時間和功率的提高，枇杷核淀粉的糊化特性（峰值黏度、谷值黏度、終值黏度）、溶解度與膨潤力呈現逐漸上升趨勢，且枇杷核淀粉表面形貌發生一定變化。枇杷核原淀粉的快消化淀粉（RDS）、慢消化淀粉（SDS）、抗性淀粉（RS）的含量分別為9.45%、6.75%、83.8%，經過微波處理加熱時間和功率增加，RDS 的含量增加至12.03%和13.45%，而SDS 的含量下降至2.93%和2.03%，說明微波處理能夠在一定程度上改變枇杷核淀粉的消化性。這些研究結果表明，微波處理可以改變枇杷核淀粉的結構，從而改變枇杷核淀粉的某些性質，可以作為一種前處理手段以滿足某些加工生產的需求，同時也為微波處理枇杷核淀粉的結構性質變化提供了一定的理論依據。微波處理改性淀粉的研究較多，但微波處理改性淀粉的機理仍需深入研究。微波處理過程中，食品中存在的其他組分與淀粉的相互作用、這些相互作用對淀粉質構特性的影響和微波處理改性淀粉的應用等也有待進一步研究。