糯稻種質胚乳淀粉組分含量及其消化特性

陳雙琴，顧 雪，黃菊媛，李丹丹，李 娟，馬楊永杰，普世皇，李繼章，楊國明，文建成,*

（1.云南農業大學稻作研究所，云南 昆明 650500；2.臨滄市種子管理站，云南 臨滄 677000）

基于淀粉的消化速率，淀粉可分為快消化淀粉（rapidly digestible starch，RDS）、慢消化淀粉（slowly digestible starch，SDS）和抗性淀粉（resistant starch，RS）[1]。稻米淀粉組分含量差異與消化速率存在相關性，即食用RDS含量高的食物，餐后血糖升高較快，而SDS和RS含量高的食物則正好相反[2]。淀粉消化速率及餐后血糖反應受多方面因素的影響，如淀粉物理結構[3]、化學組成成分[4]、脂質復合物[5]等。要明確淀粉消化速率以及其對餐后血糖反應的影響，最可靠的方法是測定人體餐后血糖值。由于體內消化實驗需要耗費大量的人力和財力，因此，通常采用體外酶消化法模擬人體胃腸道環境測定食物中淀粉的消化速率，進而預測該食物的預測血糖指數（expected glycemic index，eGI）[6-8]。根據GI值的大小可將食物分為3 個不同類別，即低GI食物（GI≤55）、中GI食物（GI＝56～69）、高GI食物（GI≥70）[9]。低GI食物消化緩慢，持續緩慢地釋放能量，有助于人體健康[10-12]。

稻米是人類重要的能量來源，分為糯稻和黏稻。糯稻淀粉組成以支鏈淀粉為主，直鏈淀粉含量（amylose content，AC）極低，其米飯口感軟糯，深受部分人群偏愛，如云南一些傣族可以一日三餐食用而不厭。也有部分人群不接受糯稻，是因為食用后具有很強的飽腹感，難以消化[13]。然而，許多研究卻發現食用糯稻餐后消化快、血糖反應快[14]，是高GI食物[15-16]，不適合糖尿病患者食用[17]。因此在糯稻食用上，存在消化快、升糖快，或者消化慢、飽腹感強的兩種極端反應，對此問題的研究還鮮有報道。對此，本研究分析了65 個糯稻品種（系）胚乳淀粉組分含量差異，并采用體外酶消化法測定了這些糯稻米飯的消化速率、預測了eGI值，探討糯稻品種（系）胚乳淀粉組分含量差異對消化速率和血糖反應的影響。研究結果可為代謝疾病患者以及糯性食物食用者提供數據參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試材料共70 個水稻品種（系），其中65 個糯稻包括地方品種19 個和改良品種（系）46 個，對照品種為5 個非糯稻（黏稻）。所有材料均由云南農業大學稻作研究所提供。

胰酶（P1750-100G，12450 U）、α-淀粉酶（10080-25G，50 U/mg）、胃蛋白酶（P6887-10G，≥3200 U/mg）美國Sigma-Aldrich 公司；淀粉轉葡萄糖苷酶（3300 U/mL）、葡萄糖含量試劑盒（GOPOD氧化酶法）愛爾蘭Megazyme公司。

1.2 儀器與設備

SXJMJ-168精米機 臺州市華昌糧油機械有限公司；LG-02高速粉碎萬能機 紅光工貿有限公司；SHZ-B恒溫水浴振蕩鍋 上海博訊實業有限公司；P901酸度計測定儀 上海佑科儀器儀表有限公司。

1.3 方法

1.3.1 實驗種植

于2021年種植在云南省元陽縣水稻育種基地（海拔300 m，年均溫度23.0 ℃），1月下旬播種，3月上旬移栽，按順序排列種植，株行距15 cm×25 cm，兩次重復，小區面積4.5 m2。6月成熟，按小區收獲稻谷，自然晾干，剔除癟谷和雜質。試驗種植在同一塊田，水肥管理與當地大田生產一致。

1.3.2 樣品制備

將收獲的稻谷自然晾干，稻谷水分為14%，用精米機碾出精米，用LG-02高速粉碎萬能機制粉，過100 目篩放于密封袋保存備用。

1.3.3 稻米AC測定

依據GB/T 15683—2008《大米直鏈淀粉含量的測定》分析稻米AC。

1.3.4 胚乳淀粉組分測定

按Englyst等[1]的酶消化法進行，測定各樣品中總淀粉（total starch，TS）、RDS、SDS和RS的相對含量。計算公式如下：

式中：M20為水解20 min內產生的葡萄糖量/mg；MFG為未水解時淀粉中的游離葡萄糖量/mg；M120為水解20～120 min內產生的葡萄糖量/mg；MTS為樣品中TS質量/mg；0.9為葡萄糖換算成淀粉的系數。

1.3.5 eGI測定

稱取1 g精米樣品，按米水質量比1∶1.3，置于常壓蒸鍋中蒸30 min，每樣品3 次重復。將蒸好的鮮熱米飯咀嚼15 次，吐至預先加6 mL磷酸鉀緩沖液（pH 1.5）和100 μL胃蛋白酶溶液的小燒杯中，用5 mL磷酸鉀緩沖液（pH 6.9）漱口，漱完后將其吐至上述小燒杯中，調pH值為1.5，置于37 ℃水浴恒溫振蕩器中孵育30 min（轉速120 r/min）。孵育完后再調pH值為6.9，加1 mL胰α-淀粉酶溶液，再放于37 ℃水浴恒溫振蕩器中孵育（轉速120 r/min），分別在水解30、60、90、120、150、180 min時，取樣測定不同水解時間的葡萄糖含量，進一步計算淀粉的消化率（已消化淀粉含量占TS含量的比例）。參照Akerberg[18]和Lau等[19]的方法計算eGI。按以下公式計算：

式中：C標準為葡萄糖標準品的質量濃度（0.5 mg/mL）；V1為加入樣本體積（0.04 mL）；ΔA葡萄糖＝A測定-A對照；W為樣本質量/g；D為稀釋倍數；HI為水解指數/%，指被測食物體外水解曲線下面積與等量標準食物（白面包）體外水解曲線下面積之比。

1.4 數據統計

在軟件Excel上完成平均值計算，在past軟件上完成分布圖和相關性分析，在DPS軟件上完成方差分析。

2 結果與分析

2.1 糯稻品種胚乳淀粉組分含量分析

通過對65 個糯稻品種（系）分析，結果表明不同基因型糯稻胚乳淀粉組分含量差異很大（圖1和表1）。糯稻品種AC變幅為0.72%～1.79%，平均為1.12%，與他人的研究報道相似AC＜3.0%[20-21]。TS含量變幅為70.63%～76.72%，平均為73.23%，低于黏稻平均含量75.27%，差異達極顯著水平（P＝0.0098＜0.01）。有報道稻米TS含量為68.1%～85.3%，其中糯稻的含量高于黏稻[22]。RDS含量平均為44.77%，高于黏稻的含量43.96%，差異沒有達到顯著水平。糯稻RDS變幅為40.51%～52.37%，含量最高的3 個品種是滇秈糯17（52.37%）、意大利糯（49.31%）和天星糯2 號（49.05%）；含量最低的3 個品種是早熟糯（40.51%）、滇谷2036（41.16%）和滇谷2047（41.16%）。SDS含量平均為26.67%，與黏稻（26.94%）沒有差異。糯稻SDS變幅為19.92%～32.47%，含量最高的3 個品種都高于30%，分別是版納糯（32.47%）、早熟糯（31.75%）和景泰糯（31.25%）；含量最低的3 個品種是滇秈糯17（19.92%）、上允大白糯（21.92%）和云南黑糯（22.72%）。糯稻RS含量變幅為0.17%～3.79%，平均為1.79%，明顯低于黏稻的平均含量3.68%。

表1 糯稻品種胚乳淀粉組分含量的平均值Table 1 Average values of starch components in endosperm of glutinous rice varieties

圖1 糯稻品種胚乳淀粉組分含量的分布圖Fig.1 Distribution of endosperm starch components in glutinous rice varieties

上述結果與他人的結論一致，糯稻淀粉組分含量分析TS為78.05%、RDS為43.28%、SDS為27.85%[23]，不同產地糯米淀粉的TS為82%～87%、RDS為51.89%～58.02%、SDS為15.65%～20.79%[24]，糯稻RS低于非糯稻，RDS高于非糯稻[25]。研究結果表明，RDS、SDS和RS會影響淀粉的水解率和葡萄糖的釋放，從而影響GI[26]。RDS可在小腸中快速消化吸收，從而瞬間升高血糖，因此糯稻不適合糖尿病患者，因其含有較多的RDS[27]；SDS可維持適度穩定的血糖水平，減少饑餓感，而RS可抑制葡萄糖的釋放，從而最小化血糖反應，有助于預防高血糖[28-29]，SDS和RS能降低許多常見慢性疾病的風險[30]。

2.2 糯稻品種胚乳淀粉消化特性

2.2.1 糯稻品種淀粉的eGI

通過體外消化分析，測定了65 個糯稻品種胚乳淀粉的eGI，結果表明品種間的差異很大（圖2）。這些糯稻品種的eGI平均值為72.9，最高的品種是版納糯18（79.1），最低的品種是德恢2290（67.1）。其中，有54 個糯稻品種的eGI值高于黏稻品種，占總糯稻品種數的83.7%。有報道，秈糯的GI值為77.93～79.23[24]，糯米飯的GI值為87.0[31]，秈糯米飯的GI值為84.47[32]，國際血糖表中糯米GI為88±11[33]。不同研究顯示糯稻的GI值有差異，這些差異可能是由于品種基因型、所用分析方法、品種來源等條件不同所致。當然，從不同研究報道來看，糯稻淀粉的GI值都普遍高于黏稻，如黏稻淀粉GI為61.73～69.17[26,34]，在高AC品種中稻201的GI較低為60～63[35]。

圖2 65 個糯稻和5 個黏稻品種的eGI分布圖Fig.2 Distribution of expected glycemic index in 65 glutinous and five sticky rice varieties

2.2.2 糯稻胚乳淀粉消化率分析

從糯稻的消化率（已水解淀粉占TS的比例）看，有52 個糯稻品種的eGI值均高于70，屬于高GI品種，有13 個的eGI值在55～70之間，屬于中GI品種（表2）。高糖品種的eGI平均值為73.9，明顯高于中糖品種和黏稻品種（均為68.8），高了7.4%。在餐后30～180 min期間的6 個檢測時間點，高糖組糯稻的淀粉消化率高于黏稻組，其淀粉消化率平均增加了9.3%，其中在第30分鐘含量增加最多（16.2%），90 min含量增加最少（4.3%）；中糖組糯稻在第30、120、150分鐘和第180分鐘的消化率都高于黏稻，而在第60分鐘和第90分鐘的消化率卻低于黏稻。大部分糯稻品種的eGI高于黏稻，說明這部分糯稻的升血糖能力比黏稻強，這類糯稻的餐后血糖波動大，對于糖尿病患者、超重者或者是需要控制血糖的人來說都是不利的，例如版納糯18（79.09）、紅糯（78.81）和早熟糯（78.57）等。也發現少數糯稻品種的eGI值較低，比黏稻的還低，如德恢2290（67.13）、黑糯（67.18）和善巴東421（68.01），這對于喜歡糯食者，既享受了糯稻軟糯的口感，血糖反應還較低。

表2 糯米飯的體外消化率及eGI分析Table 2 In vitro digestibility and eGI analysis of glutinous rice

2.2.3 糯米飯體外消化糖含量動態變化

從糯米飯體外消化糖含量（不同消化時間產生的葡萄糖含量）的動態變化看，糯稻消化釋放糖快，且持續時間長。從滇谷2036（糯稻）和滇屯506（黏稻）的消化糖含量動態變化可知（圖3）。在餐后30 min，滇谷2036和滇屯506的消化糖含量激劇增加，但滇谷2036的消化糖含量和消化率均大于滇屯506，此時滇谷2036、滇屯506的消化糖含量和消化率在數值相同（32.52 mg/g和32.52%；27.56 mg/g和27.56%）。之后消化糖含量均持續下降，在第60分鐘滇谷2036的消化糖含量（11.23%）低于滇屯506（14.04%），但滇谷2036（43.76%）的消化率還是大于滇屯506（41.60%）。在第90分鐘二者的消化糖含量相當，分別為5.10%和4.81%，滇谷2036和滇屯506的消化率分別為48.86%和46.40%。在90～180 min期間，滇谷2036消化糖含量是持續略有增加的變化趨勢，滇屯506是持續減少的變化趨勢。在第180分鐘，滇谷2036的消化糖含量（11.61%）大于滇屯506（3.44%），滇谷2036（75.39%）的消化率也遠大于滇屯506（58.62%）。與滇屯506相比，滇谷2036在餐后30 min內能快速釋放大量糖，釋糖速率高致使血糖反應快，同時在90～180 min還能檢測到持續的糖釋放，讓人感覺耐餓和飽腹感。

圖3 稻米胚乳淀粉體外消化糖含量動態變化Fig.3 Dynamic changes in sugar content of rice endosperm starch during in vitro digestion

有研究報道稱稻米在餐后30 min時消化率高，之后隨著時間的延長消化率降低，而糯稻的消化率高于黏稻[36]，在180 min內的每個時間點都高于黏稻[37-38]。當然，也有報道稱與食用白米或普通糙米相比，每天吃兩次糯糙米米飯持續8 周，會改善II型糖尿病患者的血糖水平，是由于減少了餐后血糖漂移[39]。體外消化也發現糯稻支鏈淀粉含量高較難被淀粉酶水解[40]。事實上，淀粉結構特征、蛋白質以及脂質對淀粉的束縛、酚類物質含量等因素均可能影響淀粉的消化率[41-42]，影響糯稻消化特性和升糖能力的因素和機制比較復雜，受多方面因素的影響。

2.3 糯稻胚乳淀粉組分與產糖量的相關性

相關性分析結果表明，糯稻胚乳淀粉組分與不同消化時間產生的葡萄糖含量、eGI之間存在相關性（表3）。TS含量與在6 個檢測時間的葡萄糖含量、eGI之間沒有顯著相關性，但與eGI的相關性最大為0.658，顯示TS含量高則產生的糖多。這結果與他人的結論一致[34]。RDS含量與180、90 min和30 min的產糖量正相關，前兩項達到顯著水平。在消化過程中，最先被消化酶分解產生葡萄糖的是RDS，所以糯稻RDS含量高，在前30 min產生的葡萄糖含量多[22]。SDS含量與30 min和180 min生成的葡糖含量呈極顯著負相關，這說明SDS含量高，釋放糖緩慢而持續。RS含量與150 min生成的葡糖糖含量呈顯著負相關。AC與eGI值呈顯著負相關。許多研究結果也顯示，eGI值與RDS含量呈極顯著正相關性，與SDS含量、RS含量和AC都呈極顯著負相關[20,43-44]。還有報道，AC與RDS含量呈負相關，與RS含量呈正相關[45]，所以認為AC高是淀粉消化緩慢的重要因素[46]。

表3 糯稻胚乳淀粉組分含量與產糖量的相關性Table 3 Correlation of starch components with glucose contents at different digestion times and eGI in glutinous rice varieties

3 結論

對65 個糯稻種質胚乳淀粉分析，結果表明這些品種淀粉各組分含量差異大，AC為0.72%～1.79%，TS含量為70.63%～76.72%，RS含量為0.17%～3.79%，RDS含量為40.51%～52.37%，SDS含量為19.92%～32.47%。體外消化結果表明，這些品種胚乳淀粉的eGI值為67.1～79.1，平均值為72.9，其中高于70的品種數占總數的80%。在消化糖含量的動態變化上，糯稻在餐后30 min內能快速釋放大量糖，釋糖速率高且糖量多，致使血糖反應快，同時在90～180 min還能檢測到持續的糖釋放，釋放糖持續時間長，具有耐餓和飽腹感。相關性分析結果表明，糯稻胚乳淀粉組分與消化產葡萄糖量、eGI之間存在相關性。發現RDS有助于血糖的快速升高，SDS、RS和AC有助于平緩的血糖反應。總之，糯稻基本上都是屬于升血糖能力強的食物，需控制血糖水平的人群需謹慎食用。