“宜糖米”主成分及添加劑對抗性淀粉影響的研究

趙力超，于 榮，王 燕，劉 欣，曹 庸

(華南農業(yè)大學食品學院，廣東廣州510642)

抗性淀粉(Resistant Starch，RS)的特殊生理功能涵蓋控制血糖、調整血脂、增加腸道的有益菌、稀釋致癌物質、增加排泄物、促進礦物質的吸收等多個方面［1］。而且RS對結腸癌的預防作用大于傳統(tǒng)膳食纖維［2］。根據對消化酶抵抗機制的不同，可把抗性淀粉分為四類［3］。其中RSIII是指在淀粉老化過程中，高含量的直鏈淀粉被水化和加熱，直鏈淀粉和支鏈淀粉的線性部分排列為更加結晶的結構，使得淀粉難于消化。除已培育的高直鏈淀粉的玉米淀粉外，許多科學家在研究產生高直鏈淀粉含量淀粉的其它植物?！耙颂敲住奔词荵ang等［4］以浙江省農科院選育的優(yōu)異恢復系為起始材料，經航天誘變和理化誘變，再經篩選和培育獲得直鏈淀粉含量達30%以上的系列功能性水稻。以米為抗性淀粉的來源，可通過一日三餐攝取滿足消費者對抗性淀粉的保健需求，也可滿足消費者對碳水化合物的正常營養(yǎng)需求。但是，三型RS的缺點在于終產品中RS的含量受到的影響因素太多。廠家如果沒有掌握RS的生成規(guī)律，很難生產出規(guī)模化的產品，甚至最終產品的RS值很低。目前，關于抗性淀粉的影響因素及其作用機理，多數研究都集中于單個或幾個因素對抗性淀粉形成的影響，沒有系統(tǒng)定量地比較物料中主要成分及其相關產品中主要添加劑對RS形成的影響。此外，目前人們主要選用高直鏈玉米淀粉作為研究對象，但得出的關于機理和影響顯著性的相關結論并不完全適用于其他原料以指導相關產品的開發(fā)。因此，本文以宜糖米為原料，系統(tǒng)地研究了其組成成分及加工過程中可能遇到的添加劑對終產品米飯中RS形成影響。研究結果一方面可為抗性淀粉的形成機制研究提供基礎數據，另一方面可從生產上指導宜糖米相關成品和半成品的開發(fā)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

宜糖米 上海綠巨人生物科技有限公司;秈米、粳米、金穗、稻花香(粳米)、桂花香、百里香 購于廣州市金莎超市。

胃蛋白酶 活力單位3800U/g，上海德津實業(yè)有限公司;中溫α－淀粉酶 活力單位2000U/mL，武漢嘉凱隆科技發(fā)展有限公司;葡萄糖淀粉酶 活力單位50000U/g，無錫市雪梅酶制劑科技有限公司;直鏈淀粉 生物級，美國Sigma公司;3，5－二硝基水楊酸、碘、碘化鉀、氫氧化鈉、鹽酸、無水乙醇、冰乙酸、乙酸鈉、濃硫酸、無水葡萄糖、麥芽糖、蔗糖、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、氯化鉀、氫氧化鉀、結晶酚、硫酸鈉、無水乙醚、二甲基亞砜、分子單甘酯、十二烷基硫酸鈉、氯化鈉、氯化鈣 均為分析純，廣州化學試劑廠。

電動粉碎機 DWF－100型，河北省黃驊市科研器械廠;馬弗爐 HT－4－10型，武漢江宇電爐制造有限公司;索氏提取裝置 DSZ－LT型，上海砥實機械設備有限公司;精密pH計 PHS－3C型，上海精密科學儀器有限公司;紫外分光光度計 U－3010型，日本HITACHI公司;半自動凱氏定氮儀 KjeltecTM－2200型，瑞典FOSS公司;水浴震蕩器 HZS－H型，哈爾濱東聯(lián)電子技術開發(fā)有限公司;電熱鼓風干燥箱 101C－2型，上海實驗儀器廠有限公司;電熱恒溫水浴鍋 HH·S11－4型，上海悅豐儀器儀表有限公司;電子分析天平 BS110S型，北京賽多利斯有限公司;高速離心機 LG10－2.4A型，北京廣開源科貿有限公司;高溫滅菌鍋 YX280A型，上海三申醫(yī)療器械有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 抗性淀粉制備 壓熱法:稱取一定量磨碎的各種米(200目)，配制成質量分數為30%米粉乳液，用HCl調pH至6.0，放入高壓鍋中壓熱60min，取出后室溫下自然冷卻，放入4℃冰箱中回生24h，80℃下干燥18h，粉碎，過80目篩，得抗性淀粉成品。

1.2.2 脫蛋白淀粉制備 脫蛋白淀粉制備參考Wang 的方法［5］。

1.2.3 低脂淀粉制備 低脂淀粉制備參考Derycke的方法［6］。

1.2.4 脫脂淀粉制備 脫脂淀粉制備參考陸大雷的方法［7］。

1.2.5 脫蛋白脫脂淀粉制備 脫蛋白脫脂淀粉制備才用堿浸法脫蛋白［5］和索氏抽提法［7］脫脂。

1.2.6 檢測方法

1.2.6.1 RS含量測定 參考Goni的方法［8］。抗性淀粉的得率通過下式進行計算。

其中，葡萄糖含量為利用Goni方法處理后，利用葡萄糖標準曲線計算葡萄糖含量;0.9為葡萄糖換算成淀粉的系數。

1.2.6.2 淀粉主要化學成分含量測定 淀粉、灰分、蛋白質、脂肪及直鏈淀粉的測定采用國標法［9－14］。

1.2.7 內在因素的影響 分別選用脫蛋白淀粉、低脂淀粉、脫脂淀粉、脫蛋白脫脂淀粉，壓熱法處理后檢測RS含量，考察內源蛋白、內源脂類、直鏈淀粉對RS形成的影響。

1.2.8 添加劑的影響

1.2.8.1 外源酯類對RS形成的影響 稱取一定量的宜糖米淀粉，分別添加一定量的分子單甘酯、十二烷基硫酸鈉和橄欖油，使其分別占干淀粉質量的0%、1%、3%、5%、10%和15%，壓熱法處理后檢測RS含量，考察外源酯類對抗性淀粉形成的影響。

1.2.8.2 外源蛋白對RS形成的影響 稱取一定量的宜糖米淀粉，分別添加一定量的牛血清白蛋白和酪蛋白，使其分別占干淀粉量的0%、1%、3%、5%和10%，壓熱法處理后檢測RS含量，考察外源蛋白對抗性淀粉形成的影響。

1.2.8.3 膠體對RS形成的影響 稱取一定量的宜糖米淀粉，分別添加一定量的果膠和樹膠，使其分別占干淀粉量的0%、5%、10%、15%和20%，壓熱法處理后檢測RS含量，考察膠體對抗性淀粉形成的影響。

1.2.8.4 離子對RS形成的影響 稱取一定量的宜糖米淀粉，添加一定量的 KCl、NaCl、CaCl2，使其分別占干淀粉量的0%、5%、10%、15%、20%、25%和30%，壓熱法處理后檢測RS含量，考察離子對抗性淀粉形成的影響。

1.2.8.5 小分子糖類對RS形成的影響 稱取一定量的宜糖米淀粉，添加一定量的葡萄糖、蔗糖、麥芽糖，使其分別占干淀粉量的0%、5%、10%、15%、20%、25%和30%，壓熱法處理后檢測RS含量，考察幾種糖對抗性淀粉形成的影響。

1.2.9 數據分析 利用SPSS軟件進行每個影響因素回歸分析，建立回歸模型，根據分析所得的函數形式，進一步建立外源添加劑影響因素的總模型。由于單要素模型選擇中全部都是多項式形式，無對數、指數等函數形式，因此建模過程使用SPSS 20.0的多元回歸，直接建立外源添加劑對抗性淀粉得率的影響模型。再計算不同添加量下，各因素的影響程度。

2 結果與討論

2.1 宜糖米主要化學成分分析

宜糖米、秈米和粳米的主要化學成分測定結果見表1。

由表1可見，宜糖米直鏈淀粉的含量高達37.9%，是秈米和粳米的近2倍，其蛋白質、粗脂肪、直鏈淀粉、粗纖維和總淀粉含量也比秈米和粳米均有不同程度地提高。較高的脂肪和蛋白質含量可以改善稻米的風味和提高營養(yǎng)品質。

2.2 直鏈淀粉含量對抗性淀粉得率的影響

宜糖米、金穗米、稻花香米、桂花香米、百里香米中直鏈淀粉含量對RS得率的影響如圖1所示。

RS主要是由小部分的糊精和大部分的直鏈淀粉回生后聚合而成，其中RSIII基本上是由直鏈淀粉的回生形成。由圖1可看出，直鏈淀粉的含量和RS得率具有線性關系，隨著直鏈淀粉含量的增加，RS得率有明顯增加。經SPSS回歸分析，得到直鏈淀粉(X1)與 RS得率(Y)的回歸模型:Y=－7.449+0.559X1，R2=0.958，F(xiàn)=68.712，p ＜0.01。雖然從現(xiàn)有數據來看，直鏈淀粉含量和RS得率顯著線性相關，但有文獻報道，RS的生成不僅僅與直鏈淀粉的含量有關，還與其他因素有關［15－16］。

表1 不同大米的主要化學成分(%)Table 1 Chemical compositions of different rice(%)

圖1 直鏈淀粉含量對RS得率的影響Fig.1 The effects of amylose content on the yield of RS

2.3 內、外源脂類對抗性淀粉得率的影響

內、外源脂類對 RS得率的影響如圖2～圖3所示。

圖2 內源脂肪對宜糖米RS得率的影響Fig.2 The effects of endogenous lipid content on the yield of RS

由圖2可看出，內源脂類對RS的得率有明顯影響，一定量內酯(＜45%)的存在有助于RS的生成，但過多的內酯會降低RS的得率。對淀粉適當脫脂有利于抗性淀粉的形成，這與楊光等人［17］的研究結果一致。經SPSS回歸分析，得到內源脂肪(X2)影響RS得率(Y)的回歸模型:Y=13.675+0.055X2，R2=0.931，F(xiàn)=27.011，p＜0.01。由圖3 可看出，分子單甘酯(X3)、橄欖油(X4)和十二烷基硫酸鈉(X5)的添加量與抗性淀粉的得率(Y)呈負相關。三者的回歸模型分別為:Y=13.916－0.135X3+0.003X32，R2=0.982，F(xiàn)=82.338，p ＜ 0.01;Y=13.906－0.275X4+0.006X4

圖3 外源脂肪對宜糖米RS得率的影響Fig.3 The effects of exogenous lipid content on the yield of RS

2，R2=0.974，F(xiàn)=55.53，p ＜0.01;Y=13.717－0.558X5+0.023X52，R2=0.964，F(xiàn)=39.992，p ＜ 0.01。三種酯類對抗性淀粉得率影響大小順序為SDS＞橄欖油＞分子單甘酯。脂類能與直鏈淀粉結合，形成直鏈淀粉－脂復合物，剩余的部分直鏈淀粉在較低的溫度下形成直鏈淀粉晶體。而在存在多量脂類時，脂類能有效地爭奪直鏈淀粉，競爭性地抑制直鏈淀粉雙螺旋的形成和相互疊加形成直鏈淀粉的結晶。Matsunaga等人［18］也證實，向淀粉中添加蔗糖脂肪酸酯能有效地防止直鏈淀粉的回生，其機理為直鏈淀粉與蔗糖脂肪酸酯的親合力大于直鏈淀粉分子之間的親合力。

2.4 內、外源蛋白對抗性淀粉得率的影響

內、外源蛋白對 RS得率的影響如圖4～圖5所示。

圖4 內源蛋白對宜糖米RS得率的影響Fig.4 The effects of endogenous protein on the yield of RS

原宜糖米蛋白質含量為12%(表1)，當脫去蛋白后，RS得率由13.79% ±0.22%提升到16.94% ±0.32%(如圖4所示)。因此，內源蛋白會影響RS得率，原因可能是蛋白質對淀粉顆粒起著包埋作用，只有將這些蛋白質除去后，淀粉顆粒才易發(fā)生回生［19］。由圖5可以看出，添加了牛血清白蛋白(X6)和酪蛋白(X7)的米粉，RS產率隨蛋白質的添加呈下降趨勢，說明牛血清白蛋白和酪蛋白對RS的形成具有抑制作用，影響大小順序從圖中看為酪蛋白＞牛血清白蛋白?；貧w模型分別為:Y=14.070－0.269X6－0.013X62，R2=0.998，F(xiàn)=556.882，p ＜0.01;Y=13.501－0.348X7，R2=0.901，F(xiàn)=27.236，p ＜0.05。和內源蛋白作用類似，外源蛋白質也能與直鏈淀粉分子形成氫鍵而致使淀粉分子被束縛，從而抑制直鏈淀粉的回生，降低食物中 RS 的含量［20］。但 Mangala 等人［21］研究非碳化合物對RS的影響時發(fā)現(xiàn)，脫蛋白對抗性淀粉的形成影響甚微。

圖5 外源蛋白對宜糖米RS得率的影響Fig.5 The effects of exogenous protein content on the yield of RS

2.5 膠體對抗性淀粉得率的影響

兩種膠體對RS得率的影響如圖6所示。

圖6 膠體對宜糖米RS得率的影響Fig.6 The effects of colloids on the yield of RS

由圖6可看出，可溶性果膠(X8)和樹膠(X9)的添加量和抗性淀粉的得率呈負相關?；貧w模型分別為:Y=13.89－0.138X8，R2=0.982，F(xiàn)=165.737，p ＜0.01;Y=13.574－0.133X9，R2=0.966，F(xiàn)=86.422，p ＜0.01。隨著膠體的添加，膠體可以和直鏈淀粉競爭性結合，抗性淀粉形成結晶受阻，導致抗性淀粉的得率降低，因此添加果膠和樹膠等膠體會阻礙抗性淀粉的形成［22］。

2.6 離子對抗性淀粉得率的影響

不同離子對RS得率的影響如圖7所示。

圖7 離子對宜糖米RS得率的影響Fig.7 The effects of ions on the yield of RS

由圖7可看出，隨KCl、NaCl添加量的增加，RS得率先呈現(xiàn)增加的趨勢，分別在15%和20%離子濃度時，達到最大值，之后RS得率出現(xiàn)回落的趨勢。究其原因，低離子濃度時，離子與水發(fā)生作用使得水分子與淀粉分子結合力下降，直鏈淀粉的濃度相對增大，增加了直鏈淀粉分子之間相互結合的概率。但是隨著離子濃度的進一步增加，離子附于淀粉分子表面抑制了淀粉分子間氫鍵的形成［20］。而Ca2+的影響有些不同，隨離子濃度的增加，RS含量一直在減少，10%濃度時，降幅就已達23%。因為CaCl2形成的水溶液粘度較大，阻礙了淀粉分子之間的運動，并且Ca2+和Cl－的存在不利于淀粉分子之間氫鍵的形成。該結果與羅志剛［23］的研究結果一致。KCl(X10)、NaCl(X11)和CaCl2(X12)的回歸模型分別為:Y=13.077+0.386X10－0.013X102，R2=0.732，F(xiàn)=5.465，p ＜ 0.05;Y=13.500+0.361X11－0.009X112，R2=0.886，F(xiàn)=15.499，p ＜ 0.05;Y=14.523－0.376X12+0.02X122，R2=0.993，F(xiàn)=143.925，p ＜0.01。

2.7 小分子糖類對抗性淀粉得率的影響

糖對抗性淀粉得率的影響如圖8所示。

圖8 糖類對宜糖米RS得率的影響Fig.8 The effects of sugars on the yield of RS

由圖8可以看出，不同類型的糖對RS的影響趨勢相對一致，均為先升后降，只是分別達到最大RS得率的糖的添加量不同。糖類在低水分體系中充當增塑劑，可增加混和體系的自由體積。淀粉分子間的遷移和相互作用因自由空間的增加而交聯(lián)加劇，對形成RS有利［24］。但當糖的濃度超過一定的界限后會使RS的得率顯著降低。Farhat等［25］研究表明，雖然糖的存在可加速淀粉A型晶體向B型晶體的轉化，B型晶體的存在可提高RS的得率，但可溶性糖又會和淀粉競爭與水的結合，引起淀粉的糊化延遲，糊化淀粉重結晶度降低。圖8中，葡萄糖、蔗糖和麥芽糖雖然對RS的形成有影響，但這種影響在三種糖之間是有差異的。這可能是由于糖分子所具有的平伏鍵羥基的數目不同、糖分子的大小不同、對淀粉分子的空間構象影響不同所造成。葡萄糖(X13)、蔗糖(X14)和麥芽糖(X15)的回歸模型分別為:Y=13.219+0.567X13－0.020X132，R2=0.813，F(xiàn)=6.523，p ＜ 0.05;Y=14.000+0.824X14－0.53X142+0.001X143，R2=0.989，F(xiàn)=60.077，p ＜ 0.01;Y=13.843－0.198X15+0.007X152，R2=0.973，F(xiàn)=24.108，p ＜0.05。

2.8 外源添加劑對抗性淀粉得率影響的回歸分析

在建立抗性淀粉與各影響因素的單因素建模后，根據分析所得的函數形式，進一步建立外源添加劑影響因素的總模型。由于單要素模型選擇中全部都是多項式形式，無對數、指數等函數形式，因此建模過程使用SPSS 20.0的多元回歸，直接建立分子單甘酯(X3)、橄欖油(X4)和十二烷基硫酸鈉(X5)、牛血清白蛋白(X6)、酪蛋白(X7)、可溶性果膠(X8)、樹膠(X9)、KCl(X10)、NaCl(X11)、CaCl2(X12)、葡萄糖(X13)、蔗糖(X14)和麥芽糖(X15)對抗性淀粉所得率的影響模型。其中：均以一次項形式進入模型;X32、為對應影響因素的二次項，以逐步進入模型的方式進行選擇;X314為麥芽糖的三次方項，也以逐步方式進入模型。變量的篩選條件是5%顯著，最終包含在模型中的變量及系數的參數估計值如表2所示。

由于模型中全部自變量的單位均相同，因此回歸系數可通過直接比較系數來比較自變量對因變量的影響程度。又由于自變量包含多項式成分，本應對上述參數估計值進行合并，由于模型涉及高次項，因此偏導數不會排除變量，即變量取值會影響變量值的影響程度，因此分別計算0%、1%、3%、5%、10%、15%、20%、30%添加量下的影響程度。結果如表3所示。

從表3可以看出，在不同的添加量下，不同的添加劑對RS得率的影響并不一致。例如，在5%的添加量下，X14＞X13＞X7＞X15＞X5＞X6＞X11＞X10＞X4＞X9＞X8＞X12＞X3，但在10%的添加量下，X14＞X13＞X7＞X6＞X15＞X11＞X10＞X4＞X9＞X8＞X5＞X12＞X3。因此，在開發(fā)宜糖米高抗性淀粉新產品時，可以對照回歸方程控制原料的成分配比以降低或提高RS的得率。從而為宜糖米的開發(fā)利用提供重要依據。

表2 外源添加劑回歸系數Table 2 Regression coefficients of different additives

3 結論

本文對宜糖米的理化指標進行了測定，結果表明，宜糖米直鏈淀粉的含量高達37.9%，是普通秈米和粳米的近2倍，其蛋白質、粗脂肪、表觀直鏈淀粉、粗纖維和總淀粉含量也比普通秈米和粳米均有不同程度的提高。本身的理化特性決定了宜糖米是制備RS、研究RS有關機理的優(yōu)勢原料。

表3 外源添加劑的影響系數計算Table 3 Coefficient calculation of different additives

其次，本文系統(tǒng)研究了食品主要成分蛋白、脂肪、直鏈淀粉及相關產品添加劑如膠體類物質、小分子糖和鹽類對抗性淀粉形成的影響，這些物質對抗性淀粉的形成均有一定程度的影響，但是影響大小不一。在各影響因素中，直鏈淀粉含量和RS得率顯著正線性相關，內源蛋白和脂肪對RS得率有抑制作用，而外源添加劑在不同的添加量下，對RS得率的影響并不一致。該研究為宜糖米的開發(fā)利用提供重要依據。

［1］尚曉婭，高群玉，楊連生.抗性淀粉對糖、脂以及腸道代謝影響的研究進展［J］.食品工業(yè)科技，2005，26(4):179－182.

［2］Topping D L.Short－ chain fatty acids and human colonic function:Roles of resistant starch and nonstarch polysaccharides［J］.Physiological Reviews，2001，81(3):1031－1064.

［3］Hasjim J，Lee S O，Hendrich S，et al.Characterization of a novel resistant－ starch and its effects on postprandial plasmaglucose and insulin responses［J］.Cereal Chemistry，2010，87(4):257－262.

［4］Yang C Z，Zhang L L，Zhao H J，et al.Starch properties of mutant rice high in resistant starch［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2006，54(2):523－528.

［5］Wang L F.Rice starch isolation by neutral protease and highintensity ultrasound［J］.Journal of Cereal Science，2004，39(2):291－296.

［6］Derycke V，Vermeylen R，GoderisB，etal.Starch gelatinization and amylose－lipid interactions during rice parboiling investigated by temperature resolved wide angle X－ray scattering and differential scanning calorimetry［J］.Journal of Cereal Science，2005，42(3):334－343.

［7］陸大雷，王德成，趙久然，等.糯玉米粉、淀粉和脫脂淀粉的理化特性研究［J］.中國糧油學報，2009，24(1):54－59.

［8］Goni I，Manas E.Analysis of resistant starch:A method for foods and food products［J］.Food Chemistry，1996，56(4):445－449.

［9］中華人民共和國衛(wèi)生部.GB/T 5009.6－2003食品中脂肪的測定［S］.北京:中國標準出版社，2004.

［10］中華人民共和國衛(wèi)生部.GB 5009.3－2010食品中水分的測定［S］.北京:中國標準出版社，2010.

［11］中華人民共和國衛(wèi)生部.GB 5009.4－2010食品中灰分的測定［S］.北京:中國標準出版社，2010.

［12］中國國家標準化管理委員會.GB/T 5009.9－2008食品中淀粉的測定［S］.北京:中國標準出版社，2008.

［13］中國國家標準化管理委員會.GB 5009.5－2010食品中蛋白質的測定［S］.北京:中國標準出版社，2010.

［14］中華人民共和國衛(wèi)生部.GB/T 15683－2008大米直鏈淀粉含量的測定［S］.北京:中國標準出版社，2008.

［15］Eerlingen R C.Formation，analysis，structure and properties of type III enzyme resistant starch［J］.Journal of Cereal Science，1995，22(2):129－138.

［16］蹇華麗，高群玉，梁世中.鏈淀粉含量對抗性淀粉形成影響的研究［J］.糧食與油脂，2002(10):5－7.

［17］楊光，丁霄霖.內源脂類對抗性淀粉RSⅢ形成的影響［J］.無錫輕工大學學報，2000，19(6):594－596.

［18］Matsunaga A，Kainuma K.Studies on the Retrogradation of Starch in Starchy Foods.Part 3.Effect of the Addition of Sucrose Fatty Acid Ester on the Retrogradation of Corn Starch［J］.Starch－St?rke，1986，38(1):1－6.

［19］Elkhalifa A E O，Mohamed B E.Effect of reducing agents on the in vitro protein and starch digestibilities of cooked sorghum［J］.Food Chemistry，1999，66(3):323－326.

［20］Escarpa A，Morales M D.An approach to the influence of nutrients and other food constituents on resistant starch formation［J］.Food Chemistry，1997，60(4):527－532.

［21］Mangala S L，Tharanathan R N.Resistant starch from processed cereals:The influence of amylopectin and noncarbohydrate constituents in its formation［J］.Food Chemistry，1999，64(3):391－396.

［22］Torre M，Rodriguez A R，Saura－Calixto F.Study of the interactions of calcium ions with lignin，cellulose，and pectin［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，1992，40(10):1762－1766.

［23］羅志剛.鹽對顆粒態(tài)抗性淀粉形成的影響［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2006，32(4):15－17.

［24］羅志剛，高群玉，楊連生.糖對顆粒態(tài)抗性淀粉形成的影響［J］.中國糧油學報，2005(6):30－33.

［25］Farhat I A，Saez P，Blanshard J M V.The effect of sugars on the diffusion of water in starch gels:A pulsed field gradient NMR study［J］.International Journal of Food Science and Technology，1997，32(5):377－387.