西米淀粉結(jié)構(gòu)及消化特性

畢 玉，方 芳,2，洪 雁,2,*，顧正彪,2

（1.食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122；2.食品營(yíng)養(yǎng)與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，江南大學(xué)， 江蘇 無(wú)錫 214122）

西米淀粉結(jié)構(gòu)及消化特性

畢 玉1，方 芳1,2，洪 雁1,2,*，顧正彪1,2

（1.食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122；2.食品營(yíng)養(yǎng)與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，江南大學(xué)， 江蘇 無(wú)錫 214122）

以馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉作為參照，用Englyst法測(cè)定西米淀粉的消化特性，并研究其成糊特性、直鏈淀粉含量、分子鏈長(zhǎng)分布以及脂肪含量與消化特性的關(guān)系。結(jié)果表明：與馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉相比，西米淀粉具有較高含量的快消化淀粉（90.32%）和較低的抗消化淀粉含量（3.27%）。西米淀粉樣品較低的脂肪含量（0.11%）、較高的短鏈含量（聚合度10～30，83.57%）、較低的長(zhǎng)鏈含量（聚合度＞55，0.80%），較高的直鏈淀粉含量（29.3%）和較低的終值黏度（1 096.67 mPa·s）。對(duì)消化特性起主要影響作用的因素有鏈長(zhǎng)分布、直鏈淀粉含量和脂肪含量。

西米淀粉；消化特性；成糊特性；鏈長(zhǎng)分布；直鏈淀粉

西米淀粉，又名碩莪淀粉，是由棕櫚樹(shù)類的核或軟核通過(guò)機(jī)械處理（重?fù)?、碾磨、制粉）、浸泡、沉淀并烘干制成的一種可食用淀粉[1]。碩莪棕櫚作為西米淀粉來(lái)源的主要作物，具有長(zhǎng)久的經(jīng)濟(jì)壽命和很高的商用淀粉價(jià)值，不僅能夠抗病蟲(chóng)害、抗旱耐澇，而且淀粉產(chǎn)量高，具有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。碩莪淀粉在食品應(yīng)用方面，除了制作珍珠西米和彈丸西米，更因其 獨(dú)特的屬性可作為米粉、粉絲、面條的原料，改善食品的口感、減少斷碎，并可用作穩(wěn)定劑和增稠劑。高凌云等[2-3]研究表明，西米淀粉顆粒為橢球體，顆粒表面光滑、偏光十字明顯，在水相中的平均粒徑為27.3 μm，晶體結(jié)構(gòu)為C型，結(jié)晶度為25%；西米淀粉糊屬于非牛頓流體，抗剪切能力優(yōu)于馬鈴薯淀粉糊和木薯淀粉糊，具有一定的觸變性，在同一濃度和剪切速率下，表觀黏度隨溫度的增加而減小，在同一溫度和剪切速率下，表觀黏度隨濃度的增加而增加，而在同一溫度和濃度條件下，淀粉糊的表觀黏度隨剪切速率的增加而減小。汪建平等[4]對(duì)西米淀粉的改性進(jìn)行研究的結(jié)果表明，馬鈴薯淀粉較西米淀粉更易引入乙?；?，乙?；蟮矸垲w粒形狀未發(fā)生大的改變；乙?；笪髅椎矸酆婉R鈴薯淀粉粒徑均增大，起糊溫度、峰值溫度及峰值黏度均降低，熱穩(wěn)定性增加，凝沉性變?nèi)酢?/p>

然而近些年來(lái)，盡管西米淀粉在食品工業(yè)中的良好應(yīng)用前景已經(jīng)得到了科研工作者的重視，但是已有報(bào)道鮮有涉及西米淀粉消化特性的研究。淀粉是人類膳食中主要的碳水化合物，也是主要能量來(lái)源，它 的消化吸收可以分為3個(gè)階段：腔內(nèi)階段、刷狀緣階段和葡萄糖吸收階段[5]。1992年，英國(guó)學(xué)者Englyst等[6]在體外模擬的條件下依據(jù)淀粉的生物可利用性將淀粉分為快消化淀粉（rapidly digestible starch，RDS）、慢消化淀粉（slowly digestible starch，SDS）、抗消化淀粉（resistant starch，RS）。RDS指那些能在口腔和小腸中被迅速消化吸收的淀粉，屬于快速釋放能量的高血糖食品；SDS指那些能在小腸中被完全消化吸收但速度較慢的淀粉，可持續(xù)緩慢釋放能量，維持餐后血糖穩(wěn)態(tài)，防止出現(xiàn)胰島素抵抗；RS指在人體小腸內(nèi)無(wú)法消化吸收的淀粉，類似于膳食纖維只在大腸中被微生物發(fā)酵利用，促進(jìn)腸道健康[7-10]。

淀粉消化性的影響因素主要有淀粉植物來(lái)源、淀粉顆粒的形狀和結(jié)晶結(jié)構(gòu)、直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物、直鏈-支鏈淀粉比例和鏈長(zhǎng)分布[11-13]等。本實(shí)驗(yàn)以馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉作為參照，用Englyst法測(cè)定了西米淀粉的消化特性，并探究了成糊特性、直鏈淀粉含量、分子鏈長(zhǎng)分布以及脂肪含量與消化特性的關(guān)系，為西米淀粉在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

西米淀粉、馬鈴薯淀粉、紅薯淀粉均由北大荒馬鈴薯產(chǎn)業(yè)有限公司提供。

純直鏈淀粉、胰酶、轉(zhuǎn)化酶、胃蛋白酶、葡萄糖糖化酶 美國(guó)Sigma公司；純支鏈淀粉 瑞士Fluka公司；普魯蘭酶 諾維信（中國(guó)）生物技術(shù)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

MB25OHAUS水分分析儀 奧豪斯儀器（上海）有限公司；α-1101可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海譜元儀器有限公司；RVA-3D快速黏度分析 澳大利亞Newport Scientific儀器公司；Quanta-200掃描電子顯微鏡 荷蘭FEI公司；ARX-400型X射線衍射儀 德國(guó)Bruker公司；ICS-5000高效陰離子交換色譜（配有脈沖安培檢測(cè)器） 美國(guó)戴安公司。

1.3 方法

1.3.1 淀粉樣品中基本成分的測(cè)定

脂肪含量的測(cè)定參照GB/T 22427.3—2008《淀粉總脂肪測(cè)定》；淀粉含量的測(cè)定參照GB/T5009.9—2003《食品中淀粉的測(cè)定》使用蒽酮比色法測(cè)定淀粉含量。

1.3.2 西米淀粉分子鏈長(zhǎng)分布的測(cè)定

根據(jù)賀偉等[14]的方法，取40 mg淀粉于5 mL離心管中，加2 mL磷酸氫二鈉緩沖溶液（20 mg/mL），在95 ℃溫度條件下糊化3 min。冷卻至25 ℃后加入20 μL普魯蘭酶，于50 ℃水浴中反應(yīng)4 h，結(jié)束反應(yīng)后在8 000 r/min離心10 min，取上層清液稀釋10 倍后，過(guò)0.225 μm膜，用高效陰離子交換色譜-脈沖安培法測(cè)出鏈長(zhǎng)分布。

1.3.3 西米淀粉藍(lán)值的測(cè)定

參照洪雁等[15]的研究方法，稱取適量淀粉，配制成質(zhì)量濃度為0.5 mg/mL的淀粉乳。吸取定容好的樣品溶液1 mL，滴加0.5 mL l mol/L氫氧化鈉溶液，沸水浴3 min，冷卻后用0.5 mL 1 mol/L HCl中和，加入0.07～ 0.1 g酒石酸氧鉀和 0.5 mL碘液（2 mg/mL碘，20 mg/mL碘化鉀），將混合溶液全部轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，并用去離子水定容至刻度，室溫靜止20 min后，在波長(zhǎng)680 nm處用l cm的比色皿測(cè)吸光度，試樣中藍(lán)值的計(jì)算方法見(jiàn)公式（1）。

1.3.4 西米淀粉中直鏈淀粉含量的測(cè)定

參照洪雁等[16]的研究方法，樣品中直鏈淀粉和支鏈淀粉含量的測(cè)定：分別稱取西米淀粉、馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉50 mg，加入幾滴無(wú)水乙醇潤(rùn)濕，再加入10 mL 0.5 mol/L的NaOH溶液，在沸水浴中加熱溶解、冷卻后用蒸餾水定容，混勻。吸取2.5 mL樣品溶液于50 mL容量瓶中，加20 mL蒸餾水，用0.1 mol HCl溶液調(diào)pH值至3左右，加0.5 mL碘試劑（2 g KI溶于少量蒸餾水中，再加0.2 g碘，溶解后定容至100 mL），定容后放置10 min，在620 nm波長(zhǎng)處，用1 cm比色皿測(cè)定其吸光度。所測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=0.338 2x－0.004 4（R2=0.996 3），式中：y為吸光度，x為直鏈淀粉含量/%。

1.3.5 西米淀粉成糊特性的測(cè)定

參照方芳等[17]的方法。

1.3.6 西米淀粉體外消化特性的測(cè)定

稱取200 mg西米淀粉、馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉，分別加入2 mL 蒸餾水制備懸浮液，完全糊化并冷卻后加入4 mL 模擬胃液，于37℃水浴中反應(yīng)30 min。再加入2 mL pH 5.2的醋酸鈉緩沖溶液和少量玻璃珠，置于37 ℃水浴中振蕩30 min后加入2 mL模擬腸液，混合均勻后，置于37 ℃水浴中進(jìn)行反應(yīng)，分別在反應(yīng)20 min和120 min時(shí)取樣滅酶后用葡萄糖氧化酶法測(cè)定葡萄糖含量，從而算出樣品中RDS、SDS和RS的含量。試樣中RDS、SDS和RS的計(jì)算方法如式（2）～（4）所示。

式中：m20為淀粉被酶水解20 min后產(chǎn)生的葡萄糖量/mg；m120為淀粉被酶水解120 min后產(chǎn)生的葡萄糖量/mg；m為樣品中總淀粉質(zhì)量/mg。

2 結(jié)果與分析

2.1 西米淀粉消化特性的測(cè)定與分析

圖1 淀粉樣品的RDS、SDS和RS含量Fig.1 RDS, SDS and RS contents of starches

由圖1可知，西米淀粉、馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉的RDS含量都高于SDS和RS的含量，均在70%以上。其中西米淀粉的RDS含量最高，RS含量最低，說(shuō)明西米淀粉能快速被人體消化吸收，釋放人體所需要的能量。紅薯淀粉的SDS含量較高，這說(shuō)明紅薯淀粉較其他兩種淀粉更能維持人體內(nèi)的血糖平衡，有助于人們?cè)谌粘；顒?dòng)中保持長(zhǎng)時(shí)間的精力充沛。此外，西米淀粉的RS含量低于馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉。

由于淀粉來(lái)源與特性的差異，影響淀粉糊消化特性主要有淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的形成，鏈長(zhǎng)分布，直鏈/支鏈淀粉比例以及淀粉糊黏度等。本實(shí)驗(yàn)將從以下幾個(gè)方面進(jìn)一步分析西米淀粉消化特性的影響因素。

2.2 西米淀粉的脂肪含量

圖2 淀粉樣品的脂肪含量Fig.2 Fat contents of starches

由圖2可知，西米淀粉樣品中的脂肪含量低于馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉樣品，并且紅薯淀粉樣品中的脂肪含量略低于馬鈴薯淀粉樣品。脂肪可以與直鏈淀粉分子形成復(fù)合體，該復(fù)合體的形成不利于淀粉分子的消化吸收。因而在2.1節(jié)中西米淀粉表現(xiàn)出明顯低于馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉的RDS含量，但是由于其他因素的影響，脂肪含量差異并不能成為淀粉消化特性差異的唯一原因。

2.3 西米淀粉的直鏈淀粉含量

直鏈淀粉分子和支鏈淀粉分子在分子形狀、聚合度、分子質(zhì)量、碘反應(yīng)、吸附碘量及晶型結(jié)構(gòu)等方面都有很大的差異[18-19]。淀粉遇碘顯色是由于碘與直鏈淀粉形成螺旋構(gòu)象的深藍(lán)色復(fù)合物，復(fù)合物的顏色與鏈長(zhǎng)有關(guān)，若鏈長(zhǎng)縮短，則復(fù)合物顏色逐漸變紅[20]。藍(lán)值主要用于對(duì)直鏈淀粉含量的定性分析，直鏈淀粉的藍(lán)值為1.01～1.63，支鏈淀粉的藍(lán)值為0.08～0.38。實(shí)驗(yàn)測(cè)得西米淀粉、馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉的藍(lán)值如圖3所示，直鏈淀粉含量如圖4所示。

圖3 淀粉樣品的藍(lán)值Fig.3 Blue values of starches

圖4 淀粉樣品的直鏈淀粉含量Fig.4 Amylose Contents of starches

由圖3、4可知，直鏈淀粉含量依次為西米淀粉＞紅薯淀粉＞馬鈴薯淀粉，相對(duì)應(yīng)的，西米淀粉的支鏈淀粉含量小于紅薯淀粉進(jìn)而小于馬鈴薯淀粉。由于支鏈淀粉含有α-1,6糖苷鍵，該鍵不能在人體內(nèi)被酶水解，因而支鏈淀粉含量的差異解釋了2.1節(jié)中三者之間的抗消化淀粉含量差異，即西米淀粉的抗消化淀粉含量小于紅薯淀粉，且小于馬鈴薯淀粉。

2.4 西米淀粉的鏈長(zhǎng)分布

根據(jù)聚合度對(duì)支鏈淀粉鏈長(zhǎng)分布的峰區(qū)進(jìn)行分類，可以分為3類：峰l為長(zhǎng)鏈B區(qū)，聚合度在55以上；峰2位中等鏈B區(qū)，聚合度在30～55之間，峰3為短鏈的B區(qū)和A鏈區(qū)，聚合度在10～30之間[12,21]。

由表1可知，西米淀粉、馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉的鏈長(zhǎng)均以短鏈的B區(qū)和A鏈區(qū)為主，聚合度在10～3 0之間，西米淀粉的短鏈含量最高，為83.57%，馬鈴薯次之，紅薯最低。而西米淀粉的長(zhǎng)鏈B區(qū)含量為0.80%，低于于紅薯淀粉和馬鈴薯淀粉。Radhika等[22]研究表明：長(zhǎng)鏈B對(duì)淀粉顆粒結(jié)構(gòu)起到支撐作用，長(zhǎng)鏈B含量高，則淀粉顆粒完整和剛性越高，穩(wěn)定性增加，不易發(fā)生反應(yīng)，糊化溫度高，溶解性小。此外，長(zhǎng)鏈含量高，淀粉不易與消化酶發(fā)生反應(yīng)，不利于消化反應(yīng)的進(jìn)行。該數(shù)據(jù)進(jìn)一步支持了2.1節(jié)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，西米淀粉的快消化淀粉含量高于紅薯淀粉和馬鈴薯淀粉，而慢消化淀粉含量低于紅薯淀粉和馬鈴薯淀粉。

表1 淀粉樣品的鏈長(zhǎng)分布百分含量Table 1 Molecular chain length distribution of starches

2.5 西米淀粉的成糊特性

圖5 淀粉樣品的成糊特性Fig.5 Pasting properties of starches

淀粉在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中多以淀粉糊的形式存在，實(shí)驗(yàn)測(cè)得西米淀粉、馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉的糊化曲線如圖5所示。西米淀粉的成糊溫度74.90 ℃、峰值黏度1 127 mPa·s、崩解值533 mPa·s，均低于馬鈴薯淀粉而高于紅薯淀粉。較低的糊黏度有助于提高淀粉糊的流動(dòng)性，增加了與淀粉酶接觸的幾率從而促進(jìn)了淀粉的消化。而西米淀粉的回生值為510 mPa·s，高于馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉。說(shuō)明與馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉相比，西米淀粉具有居中的成糊難易程度和熱糊黏度和熱糊穩(wěn)定性，但是具有較低的冷糊穩(wěn)定性。此外，西米淀粉的終值黏度（1 096.67 mPa·s）低于紅薯淀粉（1 825.67 mPa·s）且低于馬鈴薯淀粉（1 376.33 mPa·s）。舒慶堯[23]、Sodhi[24]等研究表明，淀粉直鏈含量越高，峰值黏度、崩解值越小，而最終黏度、回生值越大，與所測(cè)得的直鏈淀粉含量結(jié)果一致。此外，淀粉的回生值越高，說(shuō)明在淀粉糊冷卻的過(guò)程中產(chǎn)生了更多的分子內(nèi)或者分子間氫鍵，該氫鍵的生成阻礙了淀粉酶的水解作用，進(jìn)而降低了淀粉的消化速率。在此實(shí)驗(yàn)中，淀粉糊特性的檢測(cè)數(shù)據(jù)與消化特性數(shù)據(jù)矛盾，說(shuō)明淀粉糊特性并不是影響淀粉消化特性的主要因素。

綜上所述，淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物對(duì)淀粉酶的阻礙作用，以及鏈長(zhǎng)分布和直鏈淀粉含量共同影響著西米淀粉、馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉的消化特性，而淀粉糊特性對(duì)消化特性的作用并不明顯。

3 結(jié) 論

該研究通過(guò)對(duì)西米淀粉、馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉的鏈長(zhǎng)分布、直鏈淀粉含量、脂質(zhì)含量以及成糊特性的測(cè)定，研究了上述3 種淀粉消化特性的影響因素。研究發(fā)現(xiàn)，鏈長(zhǎng)分布、直鏈淀粉含量以及脂質(zhì)的含量是淀粉消化特性的主要影響因素，而成糊特性對(duì)消化特性的影響作用并不顯著。其中西米淀粉的脂肪含量較低，直鏈淀粉含量較高，支鏈中的長(zhǎng)鏈含量較低、短鏈含量較高。在上述影響因素的共同作用下，西米淀粉的的RDS含量（90.32%）高于馬鈴薯淀粉（80.13%）和紅薯淀粉（72.57%）樣品，SDS含量（6.40%）低于馬鈴薯淀粉（5.93%）和紅薯淀粉（14.44%），RS含量（3.27%）低于馬鈴薯淀粉（13.94%）和紅薯淀粉（12.99%）樣品。

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Structure and Digestion Properties of Sago Starch

BI Yu1, FANG Fang1,2, HONG Yan1,2,*, GU Zheng-biao1,2
(1. State Key Laboratory of Food Science and Technology, School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China; 2. Synergetic Innovation Center of Food Safety and Nutrition, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)

Sago starch has high commercial value and a broad development potential in China. In this study, by comparing with potato starch and sweet potato starch, the digestibility of sago starch was examined using the Englyst method and the relations with pasting properties, amylose content, molecular chain length distribution or fat content were explored. The results showed that sago starch contained higher content of rapidly digestible starch (RDS, 90.32%) and lower resistant starch (RS) content (3.27%). Sago starch also contained lower level of fat content (0.11%), higher content of short chain (degree of polymerization (DP) 10–30, 83.57%), lower content of long-chain starches (DP ＞ 55, 0.80%), higher content of amylose (29.3%) and lower final viscosity value (1 096.67 mPa·s). The chain length distribution, amylose and lipid content played main roles in the starch digestion characteristics.

sago starch; digestion; pasting properties; chain length distribution; amylose

TS231

A

1002-6630（2014）13-0070-04

10.7506/spkx1002-6630-201413013

2013-09-17

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD37B01）

畢玉（1992—），女，本科，研究方向?yàn)榈矸圪Y源的開(kāi)發(fā)與利用。E-mail：740200819@qq.com

*通信作者：洪雁（1975—），女，副教授，博士研究生，研究方向?yàn)榈矸圪Y源的開(kāi)發(fā)與利用。E-mail：hongyan@jiangnan.edu.cn