板栗中碳水化合物的種類和抗消化性

覃海兵，莫開菊,*，汪興平

(1.湖北民族學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 恩施 445000；2.生物資源保護與利用湖北省重點實驗室，湖北 恩施 445000)

板栗中碳水化合物的種類和抗消化性

覃海兵1,2，莫開菊1,2,*，汪興平1,2

(1.湖北民族學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 恩施 445000；2.生物資源保護與利用湖北省重點實驗室，湖北 恩施 445000)

采用HPLC-RI和常規(guī)化學(xué)方法研究板栗中碳水化合物的種類與抗消化特性的關(guān)系。結(jié)果表明：板栗中淀粉含量為35.77%，直鏈淀粉所占比例為30.16%；生板栗中抗性淀粉含量為27.44%，占總淀粉的比例為68.93%；熟板栗中抗性淀粉含量為5.46%，占總淀粉的比例為13.36%；熟板栗中抗性淀粉的含量在冷藏24h內(nèi)呈上升趨勢，24h后含量變小。板栗純淀粉中的抗性淀粉含量隨時間延長呈上升趨勢，在48h內(nèi)，抗性淀粉的含量由14.66%上升到了20.15%；板栗中可溶性糖主要有蔗糖、鼠李糖，此外還有葡萄糖、果糖、麥芽糖和棉子糖，而棉子糖不能被人體消化吸收。結(jié)論：板栗中高含量的抗性淀粉和棉子糖是造成板栗生吃難消化，熟食易滯氣的主要原因。

板栗；可溶性糖；抗性淀粉

Abstract：HPLC-RI and routine chemical methods were used to investigate the relationship between the types of carbohydrate and the digestion-resistant properties in chestnut in this paper. Results showed that chestnut was composed of 35.77% starch and 30.16% amylase. Fresh chestnut had 27.44% resistant starch, accounting for 68.93% of total starch; however, ripe chestnut had 5.46% resistant starch, accounting for 13.36% of total starch. The content of resistant starch in ripe chestnut exhibited an increase trend. The content of resistant starch was increased from 14.66% to 20.15% within 48 h. The soluble sugar in chestnut mainly included sucrose, rhamnose, glucose, fructose, maltose and raffinose, while raffinose could not be digested and absorbed in human body. Therefore, the resistant starch and raffinose with high content is the major reason why fresh chestnut is difficult to digest and ripe chestnut is easy to induce flatulence.

Key words：chestnut；soluble sugar；resistant starch

板栗(castanea mollissimablume)屬殼斗科(Fagaceae)栗屬堅果類植物，是我國傳統(tǒng)的農(nóng)副產(chǎn)品，世界上重要的干果之一，素有木本糧食、干果之王、鐵桿莊稼之美稱[1]。我國板栗產(chǎn)業(yè)正迅猛發(fā)展，據(jù)中國板栗商務(wù)網(wǎng)內(nèi)部資料顯示，我國板栗2009年產(chǎn)量達100萬t[2]，占當年世界板栗產(chǎn)量的65%～70%。

板栗果實富含蛋白質(zhì)、淀粉，營養(yǎng)豐富、味道鮮美、風味獨特、粉質(zhì)細膩，是制作美味食品的良好原料，栗果可養(yǎng)胃健脾、補腎強筋、活血止血，具有較高的醫(yī)療保健價值[3]。20世紀八九十年代國內(nèi)外學(xué)者的研究由于分析技術(shù)的限制，多止步于測定板栗中碳水化合物的含量，用于分析營養(yǎng)成分組成，對碳水化合物種類的研究較少；近幾年趙國強等[4]、劉敏等[5]、張冬松等[6]和Barreira等[7]對板栗可溶性碳水化合物種類和含量進行了研究。

本實驗研究板栗中的總淀粉、總可溶性糖、還原糖種類、可消化淀粉以及抗性淀粉的含量，旨在從板栗的碳水化合物的組成和特性角度解釋“栗子生吃難消化，熟食易滯氣”的現(xiàn)象，為板栗產(chǎn)品的合理開發(fā)和食用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

沙地油栗(Shadi Glossary Chestnut) 湖北省恩施市沙地板栗基地。

直鏈淀粉、支鏈淀粉(均為分析純)、耐高溫α-淀粉酶(400U/mL) Sigma公司；糖化復(fù)合酶(2000U/g) 北京東華強盛生物科技有限公司；胃蛋白酶(1200U/g)、鼠李糖(Rham)、葡萄糖(Glc)、麥芽糖(Mal)、蔗糖(Ser)、棉子糖(Raf) 國藥集團化學(xué)試劑公司。所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

P680高效液相色譜系統(tǒng) 戴安中國公司；722S分光光度計 上?？泼缞W科學(xué)儀器有限公司；AL204型電子天平 梅特勒-托利多儀器有限公司；PHSJ-4A型實驗室pH計 上海精密科學(xué)儀器有限公司；飛鴿牌LXJ-ⅡB離心機 上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 板栗樣品處理和淀粉的提取

工藝流程：板栗→去皮殼→破碎→打漿→離心→收集上清液和沉淀

操作要點：上清液加4倍體積乙醇沉淀，離心；沉淀用80%乙醇洗滌，離心；上清液用于測定還原糖和總可溶性糖含量和種類；沉淀用于測定可消化淀粉、抗性淀粉和總淀粉含量。

1.3.2 板栗中各種成分的測定

水分的測定：常壓干燥法[8]；蛋白質(zhì)的測定：微量凱氏定氮法[8]；粗脂肪的測定：索氏提取法[8]；灰分的測定：灼燒重量法[8]；直鏈淀粉和支鏈淀粉的測定：碘比色法[8]?？偪扇苄蕴呛繙y定：蒽酮比色法[9]；板栗中還原糖含量的測定：3,5-二硝基水楊酸法[9]；總淀粉含量測定：酸水解法[8]。

可溶性糖種類測定：參照文獻[10]，準確稱取10g板栗干粉(生板栗切碎，60℃鼓風干燥制取)，加入20mL 90%的乙醇，置于60℃水浴鍋提取30min，10000×g離心15min，殘渣加入20mL 90%的乙醇再提一次，合并上清液于90℃水浴鍋蒸干。先用10mL含50%乙腈的水溶液溶解糖，用時再將溶液配成含80%乙腈的溶液。經(jīng)0.45μm濾膜過濾后取10μL測定。色譜條件：戴安p680高效液相色譜儀，色譜柱為Agilent NH2柱(250mm×4.6mm)，柱溫20℃。流速1.3mL/min，RID示差檢測器溫度為45℃，流動相乙腈、水的體積比為8:2。

1.3.3 生、熟板栗中可消化淀粉與抗性淀粉含量測定

參照文獻[11]，略作修改。稱取5.0000g板栗漿(m板栗:V水=1:1)至50mL離心管中，先用80%乙醇溶出可溶性糖，重復(fù)3次。沉淀加入10mL pH1.7 HCl-KCl緩沖液和0.05g胃蛋白酶，于37℃水浴振蕩16h。調(diào)pH值到6.5～7.0，加入磷酸鹽緩沖液和一定量的耐高溫α-淀粉酶，37℃水浴振蕩4h。調(diào)pH值到4.5后，加入糖化復(fù)合酶，55℃水浴振蕩1h。取出試管加入等量乙醇沉淀未消化的淀粉，離心后將上清液轉(zhuǎn)移至一個50mL的容量瓶中，沉淀再用乙醇洗滌3次，合并上清液，定容后測定已消化的葡萄糖含量(DG)。加10mL 4mol/L KOH溶液至沉淀中，攪拌均勻后放入超聲波清洗器中振蕩20min，然后用6mol/L的HCl溶液中和，調(diào)pH值到4.5后加入糖化復(fù)合酶，55℃水浴振蕩。用碘液觀測是否反應(yīng)完全，反應(yīng)完全冷卻至室溫后定容過濾，測定葡萄糖含量(RG)。

葡萄糖含量測定：采用DNS法。結(jié)果乘以系數(shù)0.9折算為淀粉含量，即可消化淀粉含量(DS)=DG×0.9；抗性淀粉含量(RS)=RG×0.9。另計算RS占總淀粉的百分比/%=RS/(DS+RS)×100。

另取3份沉淀在沸水浴中糊化20min冷卻至室溫后放入4℃冰箱，放置24h后采用同樣方法測定其中的可消化淀粉和抗性淀粉的含量。即為熟板栗中的可消化淀粉和抗性淀粉。

1.3.4 熟板栗中抗性淀粉含量隨時間變化關(guān)系

樣品處理：稱取5.0000g板栗漿(m板栗:V水=1:1)至50mL離心管中，先用80%乙醇溶出可溶性糖，離心收集沉淀，重復(fù)3次。沉淀在沸水浴中糊化20min，冷卻至室溫，然后放入4℃冰箱，每隔6h取出一組，測定其中的抗性淀粉含量。測定方法同1.3.3節(jié)。

1.3.5 板栗純淀粉中抗性淀粉含量隨時間變化關(guān)系

樣品處理：稱取生板栗淀粉0.5000g至50mL離心管中，加入4.5mL蒸餾水，搖勻后沸水浴糊化20min，冷卻至室溫，放入4℃冰箱，每隔6h取出一組，測定其中的抗性淀粉含量。測定方法同1.3.3節(jié)。

2 結(jié)果與分析

2.1 板栗中總淀粉、可溶性糖、還原糖和水分的含量

采用常規(guī)方法研究了板栗中總淀粉、總可溶性糖、還原糖和水分含量，結(jié)果見表1。

表1 板栗中總淀粉、總可溶性糖、還原糖及水分的含量(±s)Table 1 Contents of total starch, total soluble sugar, reducing sugar and water in chestnut (±s)

表1 板栗中總淀粉、總可溶性糖、還原糖及水分的含量(±s)Table 1 Contents of total starch, total soluble sugar, reducing sugar and water in chestnut (±s)

注：括號內(nèi)數(shù)據(jù)為重復(fù)測定次數(shù)。

項目 總淀粉 可溶性糖 還原糖 水分含量/%35.77±2.22(9)8.66±0.43(9)3.98±2.3(9)40.56±0.005(11)

從表1可以看出，板栗中可溶性糖含量為8.66%，總淀粉含量為35.77%，碳水化合物含量達到了48.41%，這與mran等[12]測定的可溶性糖含量10.32～22.79g/100g、碳水化合物含量75.32～86.31g/100g的結(jié)果基本一致。世界各地板栗中的碳水化合物含量基本相差不大，McCarthy等[13]測定的結(jié)果顯示：美洲、中國和歐洲的板栗中分別含有48.58%、49.07%和40.28%的碳水化合物，以及少量的蛋白質(zhì)和脂肪酸，碳水化合物是板栗中主要的營養(yǎng)物質(zhì)。

2.2 板栗中可溶性糖的種類測定結(jié)果

圖1 板栗中可溶性糖的HPLC圖譜Fig.1 HPLC separation of soluble sugars in chestnut

本實驗采用HPLC-RI法測定了板栗中的可溶性糖種類，圖1表明板栗中可溶性糖有鼠李糖、葡萄糖、蔗糖和棉子糖，可能含有果糖和麥芽糖。研究發(fā)現(xiàn)板栗可溶性糖中蔗糖含量很大， 這與Barreira等[7]利用HPLCRI分析了葡萄牙4個不同地方板栗中可溶性糖的組成，發(fā)現(xiàn)板栗中均含有葡萄糖、蔗糖和果糖，其中蔗糖含量最高的結(jié)果一致。與劉敏等[5]、張冬松等[6]對板栗藥用部分進行分離純化，利用核磁共振分析提純物化學(xué)組成，發(fā)現(xiàn)板栗中含有葡萄糖、蔗糖、果糖和麥芽糖的結(jié)果也一致。

2.3 板栗淀粉中常規(guī)化學(xué)成分測定結(jié)果

淀粉中的蛋白質(zhì)、粗脂肪、灰分及直鏈淀粉含量、分子質(zhì)量和鏈長直接影響淀粉糊的透明度、老化、回生等理化性質(zhì)。本實驗取材的沙地油栗直鏈淀粉含量較高。由表2可知，達到了30.16%，大于馬鈴薯淀粉(21%)和玉米淀粉28%)。這與葉興乾等[14]的板栗淀粉中直鏈淀粉含量為30%的測定結(jié)果比較一致。板栗淀粉中灰分為0.136%，灰分的主要組成是磷酸鹽基團，帶負電荷的磷酸基能賦予淀粉電解質(zhì)的特征，從而影響淀粉糊的特性。同時，其蛋白質(zhì)含量為0.88%，粗脂肪含量為1.44%，都比普通的玉米淀粉(0.35%、0.8%)和馬鈴薯淀粉(0.1%、0.1%)高，它們也會對淀粉糊的特性產(chǎn)生影響[15]。蛋白質(zhì)、粗脂肪和灰分含量與McCarthy等[13]的結(jié)果有差異，可能與樣品處理方式有關(guān)。

表2 板栗淀粉的常規(guī)化學(xué)成分測定結(jié)果Table 2 Determination of general chemical composition in chestnut

2.4 生、熟板栗中可消化淀粉以及抗性淀粉的含量

抗性淀粉是一種特殊的膳食纖維，它在哺乳動物小腸中不被酶所消化，具有很好的持水力和膨脹度，人食用之后可以增加食糜的容量，擴大食糜中膨脹物質(zhì)的比例，產(chǎn)生黏滯性，造成難以消化[16]。由表3可以看出，生板栗中的抗性淀粉的含量占總淀粉含量的百分比達到了68.93%。

表3 生、熟板栗中可消化淀粉以及抗性淀粉含量的測定結(jié)果Table 3 Contents of digestible starch (DS) and resistant starch (RS) in fresh and ripe chestnut

熟板栗經(jīng)過高溫糊化，淀粉由β晶型(RS2)轉(zhuǎn)變成單分子態(tài)的α型，從而由抗消化變成了可消化，實際測定的是RS3型抗性淀粉的含量為5.46%，占總淀粉含量的13.36%。

2.5 熟板栗中抗性淀粉含量隨貯藏時間變化特性

圖2 熟板栗中抗性淀粉隨貯藏時間變化曲線Fig.2 Time course curve of resistant starch in ripe chestnut during storage

由圖2可知，熟板栗中抗性淀粉的含量在冷藏過程初期呈上升趨勢。24h后由于淀粉糊回生和微生物的繁殖，將一部分淀粉發(fā)酵降解，抗性淀粉含量變小。這與Campas-Baypoli等[17]比較室溫和低溫環(huán)境下淀粉糊質(zhì)地及抗性淀粉含量的研究結(jié)果一致。

2.6 板栗純淀粉中抗性淀粉含量隨貯藏時間變化特性

圖3 板栗純淀粉中抗性淀粉隨貯藏時間變化曲線Fig.3 Time course curve of resistant starch in chestnut amylum during storage

由圖3可知，純淀粉中的抗性淀粉含量變化隨時間延長呈上升趨勢。板栗純淀粉經(jīng)糊化后在放置過程中前12h抗性淀粉的含量由14.66%上升到了18.87%，隨著冷藏時間的延長，抗性淀粉含量增加趨勢變緩，后36h抗性淀粉的含量僅上升了1.28%。這可能是在冷藏初期直鏈淀粉和支鏈淀粉已經(jīng)老化結(jié)晶完全，故延長冷藏時間對抗性淀粉形成的影響減小[18]。

3 結(jié)論與討論

3.1 板栗中主要的碳水化合物及特點

板栗中總淀粉的含量為35.77%，直鏈淀粉占總淀粉含量的30.16%，支鏈淀粉占69.84%，總可溶性糖含量為8.66%，其中含有棉子糖，還原糖含量為3.98%。生板栗中抗性淀粉的含量高達27.44%，占總淀粉的68.93%，板栗熟化后，存放24h，其中的抗性淀粉含量為5.46%，占淀粉總量的13.36%。

3.2 板栗中碳水化合物的消化特點

板栗可養(yǎng)胃健脾、補腎強筋、活血止血，具有較高的醫(yī)療保健價值。栗子雖養(yǎng)人，但生吃過多，難以消化，而熟食過多，又容易阻滯腸胃?？傊謇蹙哂须y以消耗的特征。本實驗對其糖水化合物的分析表明，其可溶性糖的種類及直鏈淀粉的含量和特性是主要原因。板栗中棉子糖含量高，人體內(nèi)缺乏分解棉子糖的α-半乳糖苷酶，因此不能直接分解、吸收、利用棉子糖。

生板栗中的抗性淀粉所占比例為68.93%。在生板栗中主要存在抗性淀粉RS1和RS2。RS1由于淀粉顆粒因細胞壁保護而受限于植物細胞中，或因蛋白質(zhì)成分之遮蔽而使小腸淀粉酶不易接近，因此發(fā)生酶抗性。此類型RS1容易受到飲食時咀嚼作用及加工過程中粉碎及碾磨作用的影響而改變其含量；RS2是指天然具有抗消化性的淀粉，因其物質(zhì)結(jié)構(gòu)如結(jié)晶結(jié)構(gòu)，密度大等特點而產(chǎn)生抗消化性，這類淀粉主要是高直鏈淀粉。

板栗淀粉中直鏈淀粉的比例較大，達到了30.16%，大于馬鈴薯淀粉和玉米淀粉。直鏈淀粉含量大利于形成更多的抗性淀粉RS3[19]。RS3是糊化后的淀粉在冷卻或儲存過程中部分重結(jié)晶所生成。熟板栗經(jīng)過高溫糊化，在低溫下存放，淀粉由β晶型(RS2)轉(zhuǎn)變成單分子態(tài)的α型，從而由抗消化變成了可消化，但在冷卻過程中單分子態(tài)的α型淀粉又重結(jié)晶，產(chǎn)生抗性淀粉。經(jīng)測定，熟板栗在存放24h內(nèi)，其抗性淀粉含量從3.45%增加到5.53%。而板栗純淀粉經(jīng)糊化后冷卻存放48h后，其中抗性淀粉的含量從14.66%上升為20.15%。這驗證了板栗中高含量的直連淀粉容易產(chǎn)生抗性淀粉，也是導(dǎo)致板栗食后不易消化的主要原因。

3.3 板栗中碳水化合物的生理活性分析

板栗中包含了RS1、RS2和RS3型抗性淀粉和棉籽糖。它們都可以歸納為膳食纖維之列。膳食纖維在胃和小腸不能被消化，但是當未消化的食物進入大腸以后，供雙歧桿菌發(fā)酵增殖，可以產(chǎn)生短鏈脂肪酸和其他一些產(chǎn)物，這些發(fā)酵產(chǎn)物對人體非常有益[20]，能抑制病原菌生長、改善腸胃功能。棉子糖還具有保護肝臟、增強免疫、降低血清膽固醇、抗癌、促進微量元素(鈣、鎂、磷)的吸收等功能[21]?！侗静菥V目》載“有人內(nèi)寒，暴泄如注，令食板栗20～30枚頓愈”[1]，這與板栗中的抗性淀粉有無關(guān)系，值得深入探討。

因此板栗中的棉子糖和抗性淀粉既是其難以消化的因子，又是其發(fā)揮生理功能的主要成分。

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Types and Digestion-resistant Properties of Carbohydrate in Chestnut

QIN Hai-bing1,2，MO Kai-ju1,2,*，WANG Xing-ping1,2
(1. School of Biological Science and Technology, Hubei University for Nationalities, Enshi 445000, China；2. Key Laboratory of Biological Resources Protection and Utilization of Hubei Province, Enshi 445000, China)

TS201.23

A

1002-6630(2010)21-0191-04

2010-07-09

湖北省教育廳重大項目(2003Z002)

覃海兵(1983—)，男，碩士研究生，研究方向為天然產(chǎn)物化學(xué)。E-mail：tacitblue.126.com@126.com

*通信作者：莫開菊(1965—)，女，教授，碩士，研究方向為天然產(chǎn)物化學(xué)。E-mail：hbmymkj@163.com