脂類和顆粒結(jié)合蛋白對小麥A、B淀粉理化性質(zhì)的影響

吳桂玲 李文浩 劉立品 張 偉 張國權(quán)

脂類和顆粒結(jié)合蛋白對小麥A、B淀粉理化性質(zhì)的影響

吳桂玲 李文浩 劉立品 張 偉 張國權(quán)

（西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，楊凌 712100）

淀粉顆粒中的脂類和顆粒結(jié)合蛋白對其理化和結(jié)構(gòu)性質(zhì)存在一定影響，研究了小麥A、B淀粉經(jīng)脫脂、脫蛋白處理后其化學(xué)組成、顆粒形態(tài)、糊特性等性質(zhì)。結(jié)果表明：脫脂處理對小麥A、B淀粉的晶體類型、溶解度、膨脹度、起始溫度、峰值溫度、終值溫度、熱焓值、峰值黏度、谷黏度、衰減值、最終黏度、峰值時(shí)間、成糊溫度均無顯著性影響，相對結(jié)晶度降低。脫蛋白處理使小麥淀粉溶解度和膨脹度隨溫度的增長趨勢顯著增加，相對結(jié)晶度、起始溫度、峰值溫度、終值溫度、峰值黏度、衰減值、回生值顯著增大，谷黏度和峰值時(shí)間顯著降低，對晶體類型、熱焓值無顯著影響。脫蛋白處理對小麥A、B淀粉理化性質(zhì)的影響顯著高于脫脂處理。

A淀粉 B淀粉 脫脂處理 脫蛋白處理 理化特性

小麥淀粉以顆粒狀態(tài)存在于胚乳中，約占籽粒干重的65%～70%，是決定小麥品質(zhì)的重要因素之一［1］。小麥淀粉根據(jù)粒徑可分為A型和B型淀粉，A淀粉粒徑大于10μm，呈透鏡狀，重量占胚乳總淀粉粒的70%～80%，但數(shù)量還不到總淀粉粒的10%；B淀粉粒徑小于10μm，呈球形，占胚乳總淀粉質(zhì)量小于30%，而數(shù)量占總淀粉粒的90%以上［2］。淀粉顆粒大小、形狀和分布是淀粉重要的形態(tài)特征，對淀粉理化特性及食品加工有重要影響［3］。淀粉粒通常含有少量的顆粒結(jié)合蛋白和脂類物質(zhì)，且數(shù)量在不同淀粉之間存在一定的差異，如B淀粉體積小、數(shù)量多，比表面積相對大，可結(jié)合更多的蛋白質(zhì)和脂類［4］。

淀粉與蛋白質(zhì)和脂類的單一或多重作用對淀粉的理化特性有很大影響，與脂類可形成淀粉－脂質(zhì)復(fù)合物，與蛋白質(zhì)共存可發(fā)生共聚改性現(xiàn)象，淀粉顆粒脫脂、脫蛋白都可引起其理化性質(zhì)的改變［5］。目前對脂類和顆粒結(jié)合蛋白對小麥A、B淀粉理化性質(zhì)影響的研究還鮮見報(bào)道。豫麥49－198為河南省小麥推廣面積三大品種之一，黃淮麥區(qū)主栽品種。本文以豫麥49－198小麥品種為材料，對其進(jìn)行脫脂、脫蛋白處理，研究不同處理后小麥A、B淀粉組成、顆粒形態(tài)、糊特性等，系統(tǒng)分析脂類和蛋白質(zhì)對小麥A、B淀粉顆粒的影響機(jī)制，為小麥A、B淀粉更好的應(yīng)用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥樣品豫麥49－198：陜西咸陽種子公司；氫氧化鈉、鹽酸、濃硫酸、硼酸、硫酸鉀、無水乙醚等均為分析純。

1.2 試驗(yàn)方法與儀器設(shè)備

1.2.1 小麥淀粉的制備與A、B淀粉的分離

小麥籽粒用LSM20型實(shí)驗(yàn)?zāi)シ蹤C(jī)制成小麥粉。采用面團(tuán)法向小麥粉中加入60%的蒸餾水調(diào)制成面團(tuán)，靜置20 min，水洗面團(tuán)，淀粉漿過100目篩后3 000 r／min離心10 min，倒掉上清液，刮去最上層淡黃色物質(zhì)，收集下層淀粉，45℃烘箱烘干即得小麥全淀粉樣品。

A、B淀粉的分離方法參考單玉琳等［6］并加以改進(jìn)。稱取50 g小麥淀粉懸浮于400 mL去離子水中，靜置1 h，吸取上層懸浮液250 mL，加水至原刻度，重復(fù)9次，收集全部上層懸浮液于P16砂芯漏斗中抽慮，濾液4 000 r／min離心20 min，收集下層沉淀，烘干得B淀粉。將砂芯漏斗中殘余淀粉與燒杯中的剩余沉淀部分合并，3 500 r／min離心10 min，收集下層沉淀，烘干得A淀粉。

1.2.2 小麥A、B淀粉的脫脂處理

稱取3 g小麥淀粉，放入索氏抽提器中，無水乙醚抽提12 h，烘干后即為脫脂樣品。

1.2.3 小麥A、B淀粉的脫蛋白處理

稱取3 g小麥淀粉，加入25 mL 0.2%NaOH溶液，30℃下水浴振蕩30 min后4000 r／min離心10 min，棄去上清液，重復(fù)3次。沉淀用25 mL蒸餾水洗5次，離心棄上清液，沉淀烘干后即為脫蛋白樣品。

1.2.4 淀粉化學(xué)組成

水分：參照GB 5497—1985 105℃恒重法測定；總淀粉：Megazyme淀粉總量檢測試劑盒（K－TSTA）；粗蛋白：半微量凱氏定氮法，參照GB 5009.5—2010測定；粗脂肪：參照GB／T 5512—2008測定；灰分：參照GB 5009.4—2010測定。

1.2.5 淀粉顆粒特性

1.2.5.1 淀粉顆粒粒度分布

采用英國馬爾文公司MASTERS12ER－2000型激光粒度儀測定，將淀粉懸浮于水中超聲波分散20 s后進(jìn)樣，激光衍射法進(jìn)行自動分析。

1.2.5.2 掃描電子顯微鏡觀察

采用日本日立高新技術(shù)公司S－3400N掃描電子顯微鏡觀察，將待測樣品均勻分布在有導(dǎo)電雙面膠的樣品臺上，放在HVS－SGB噴金機(jī)上，真空條件下噴一層鉑金，然后固定在載物臺上，掃描電子顯微鏡下觀察。

1.2.5.3 偏光十字觀察

采用麥克奧迪實(shí)業(yè)集團(tuán)DMBA400數(shù)碼顯微鏡觀察，參照Zhang等［7］的方法。將10 mg待測樣品均勻分散在1 mL容量瓶，取一滴淀粉懸浮液轉(zhuǎn)移到載玻片上，蓋上蓋玻片，偏光顯微鏡下觀察。

1.2.5.4 X－射線衍射晶體衍射圖譜

采用日本理學(xué)公司D／max2200PC型X－射線衍射儀測定，采用步進(jìn)掃描法。測定條件：特征射線為Cu靶；管壓為40 kV；電流為100 mA；測量角度為2θ ＝4°～60°；步長為0.02°；掃描速度為6（°）／min。

1.2.6 溶解度與膨脹度

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%的淀粉乳，分別在50、60、70、80、90 ℃ 的水浴加熱并攪拌30 min，冷卻后3 000 r／min離心20 min，分離上層清液，烘干稱重為水溶淀粉量，計(jì)算溶解度，下層為膨脹淀粉部分，由膨脹淀粉質(zhì)量計(jì)算膨脹度。溶解度和膨脹度計(jì)算公式如下：

1.2.7 熱力學(xué)特性

采用美國TA儀器公司Q2000型差式掃描量熱分析儀測定。稱取3～5 mg淀粉于鋁制干鍋中，加入一定量去離子水混勻（樣品∶水＝1∶2），密封加蓋后置于4℃冰箱放置24 h后取出測定，以空干鍋為對照，升溫速率為10℃／min，溫度范圍為30～120℃，氮?dú)饬魉?0 mL／min，得到DSC熱效應(yīng)曲線，計(jì)算起始溫度（To）、峰值溫度（Tp）、終值溫度（Tc）、熱焓值（ΔH）4個(gè)特征參數(shù)。

1.2.8 黏度特性

采用澳大利亞Newport scientific儀器公司的快速黏度分析儀測定，用TCW（Thermal cline for windows）配套軟件記錄和分析數(shù)據(jù)。根據(jù)AACC76－21方法：稱取3 g淀粉，加入25 mL蒸餾水，混勻于RVA專用盒內(nèi)，采用升溫－降溫循環(huán)：保持50℃ 1 min；3.75 min內(nèi)加熱到95℃；在95℃保持2.5 min，3.75 min內(nèi)降到50℃，在50℃保持2 min。測得黏度曲線，分析峰值黏度（Peak viscosity）、谷值（Trough viscosity）、衰減值（Breakdown）、最終黏度（Final vis

cosity）、回生值（Setback）、峰值時(shí)間（Peaking time）及成糊溫度（Pasting temperature）。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)重復(fù)測定3次，采用SPSS 16.0和Origian 7.5進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 淀粉基本組成分析

由表1可以看到各樣品的總淀粉含量均較高，達(dá)97%以上，且各樣品間無顯著性差異；未處理淀粉樣品中粗蛋白含量高低依次為B淀粉、全淀粉和A淀粉，這是因?yàn)锽淀粉粒體積小、數(shù)量多，比表面積相對較大，可以結(jié)合較多的蛋白質(zhì)［8］。脫蛋白處理后，淀粉中粗蛋白含量顯著降低，且在全淀粉、A淀粉、B淀粉間無顯著差異，本研究脫蛋白方法可能較好的去除淀粉顆粒表面結(jié)合蛋白，而未能去除淀粉顆粒內(nèi)部的內(nèi)鑲蛋白［9］；脫脂處理前粗脂肪含量在全淀粉、A淀粉和B淀粉間無顯著性差異，脫脂后，淀粉中未檢測出粗脂肪，表明脫脂效果良好；灰分含量均較低且B淀粉中灰分含量顯著高于A淀粉，脫脂、脫蛋白處理對小麥A、B淀粉中灰分含量影響不顯著。

表1 小麥淀粉的基本組成（干基）

2.2 淀粉顆粒特性

2.2.1 粒度分布

圖1顯示，小麥全淀粉呈雙峰分布，分布范圍為0.55～45.71μm，體積平均粒徑為18.81μm，A淀粉、B淀粉均呈單峰分布，分布范圍分別是8.71～45.71μm和0.55～39.81μm，體積平均粒徑分別為22.71μm和10.31μm，表明本研究方法對小麥A、B淀粉進(jìn)行了較好的分離。

圖1 小麥全淀粉、A淀粉、B淀粉顆粒的體積粒度分布

2.2.2 顆粒形態(tài)

由圖2可看出，小麥全淀粉由顆粒較大的A淀粉和顆粒較小的B淀粉組成。A淀粉主要為橢圓形或圓形，表面較光滑，呈現(xiàn)直徑越大其形狀越圓扁的特征，其表面還可以看到有B淀粉不規(guī)則的壓痕及明顯的生長環(huán)，如圖D、E、F所示。B淀粉為不規(guī)則球形或多邊形，形狀較多樣化，可能還包括A淀粉的破損部分。B淀粉有團(tuán)聚的現(xiàn)象，且顆粒較大的B型淀粉與顆粒較小的各自聚集［10］，數(shù)量上明顯多于A淀粉，如圖G、H、I所示。

由圖2可知，脫脂后小麥淀粉顆粒表面較未脫脂光滑，可能是脫脂前淀粉顆粒表面結(jié)合了少量脂質(zhì)，未能使淀粉顆粒完全暴露出來。脫蛋白后小麥淀粉顆粒表面凹陷程度較大，且分布較為均勻，尤其B淀粉更為明顯，可能是脫蛋白前淀粉顆粒越小越容易結(jié)合蛋白質(zhì)、戊聚糖等黏性物質(zhì)，這與測定B淀粉蛋白含量顯著高于原淀粉和A淀粉結(jié)果相符。

圖2 小麥淀粉的掃描電鏡圖（1 000X）和偏光十字（400X）

淀粉顆粒偏光十字的明顯程度、位置和形狀與淀粉的來源有關(guān)［11］，這一現(xiàn)象的產(chǎn)生源于淀粉內(nèi)部的微晶結(jié)構(gòu)具有雙折射現(xiàn)象。由圖2可以看出，小麥淀粉的偏光十字較明顯，臍點(diǎn)均位于淀粉顆粒的中心位置，大部分A淀粉顆粒表現(xiàn)為垂直十字交叉，而大部分B淀粉顆粒的偏光十字不規(guī)則，呈現(xiàn)X型，且A淀粉顆粒的偏光十字明顯程度高于B淀粉。脫脂、脫蛋白處理后淀粉顆粒的偏光十字的位置和形狀無顯著性差異，但明顯程度增加。

2.2.3 X－射線衍射

由表2和圖3可知，小麥全淀粉、A淀粉、B淀粉均表現(xiàn)出相同的衍射特性，衍射角2θ為15°、17°、18°、20°和23°表現(xiàn)出較強(qiáng)的衍射鋒，為典型的A型衍射特征。小麥A、B淀粉在2θ為18°的尖峰強(qiáng)度相對較高，2θ為20°的尖峰強(qiáng)度相對較低。A淀粉的相對結(jié)晶度高于B淀粉，表明A淀粉結(jié)構(gòu)較為緊湊，內(nèi)部結(jié)晶區(qū)域多于B淀粉。

圖3 小麥淀粉的X－射線衍射圖譜

脫脂、脫蛋白處理后小麥淀粉仍為A型特征，說明脫脂、脫蛋白沒有改變A、B淀粉的晶型。脫脂處理后，小麥淀粉的相對結(jié)晶度減小，可能是因?yàn)槊撝沟矸垲w粒內(nèi)結(jié)晶區(qū)的晶胞結(jié)構(gòu)和微晶排列發(fā)生變化，使結(jié)晶區(qū)比例減小。脫蛋白處理后其相對結(jié)晶度增加，可能是因?yàn)槊摰鞍滋幚硎剐←溨ф湹矸蹅?cè)鏈形成雙螺旋疊加方式及微晶尺寸的改變，使結(jié)晶區(qū)比例增加［12］。

2.3 溶解度與膨脹度

膨脹力與溶解度均反應(yīng)淀粉與水之間相互作用的大小，受淀粉分子量、直支鏈淀粉含量及比例、晶體結(jié)構(gòu)等因素影響［13］。由表3可知，小麥A、B淀粉的溶解度隨著溫度的升高而增大，尤其60℃之后，淀粉的溶解度增大趨勢顯著增加。這是因?yàn)殡S著溫度的升高，水分進(jìn)入到淀粉顆粒內(nèi)部，開始吸水膨脹，同時(shí)無定形區(qū)直鏈淀粉因受熱作用而逐漸溶于水中，從而使溶解度增大。脫脂處理使其溶解度無顯著性變化，脫蛋白處理后的小麥淀粉溶解度隨溫度的增長趨勢顯著增大，說明蛋白質(zhì)的存在會阻礙水分子進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部，對淀粉的溶解度有抑制作用。

由表4可知，小麥A、B淀粉的膨脹度隨著溫度的升高而增大，尤其70℃之后，淀粉的膨脹度顯著增加，其變化趨勢與溶解度相同。這是因?yàn)榈矸鄞嬖谝粋€(gè)初期膨脹階段和快速膨脹階段，隨著溫度升高到接近淀粉的糊化溫度，淀粉的微晶束結(jié)構(gòu)開始松動，從而使暴露出來的極性基團(tuán)與水結(jié)合，急劇吸收周圍的水分，造成其膨脹度快速增加［14］。脫脂處理對小麥淀粉膨脹度無顯著性影響。70℃之前，脫蛋白處理的小麥淀粉膨脹度低于未處理和脫脂處理的小麥淀粉，70℃之后，脫蛋白處理的小麥淀粉膨脹度顯著高于未處理和脫脂處理的小麥淀粉，這是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)填充在淀粉顆粒之間并在淀粉表面形成矩陣固定住一定數(shù)量的水分子，使其不易溶解，從而導(dǎo)致其膨脹度較高，但溫度高于糊化溫度后，矩陣形態(tài)遭到破壞［15］。

表2 小麥淀粉顆粒的X－射線衍射特征值

表3 小麥淀粉的溶解度

2.4 淀粉熱特性

由表5和圖4a可知，A淀粉的起始溫度、峰值溫度、熱焓值高于全淀粉和B淀粉，這與直鏈淀粉含量有關(guān)，直鏈淀粉含量越高，相變起始溫度越高［16］。糊化溫度反應(yīng)了淀粉晶體結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性，A淀粉的結(jié)晶度高于B淀粉，內(nèi)部支鏈淀粉的雙螺旋結(jié)構(gòu)更為緊密，因而糊化過程所需的熱焓較高［17］。

脫脂處理對小麥淀粉的起始糊化溫度、峰值溫度、終值溫度、熱焓值均無顯著性影響。與未處理和脫脂處理相比，脫蛋白處理使小麥淀粉的起始糊化溫度、峰值溫度、終值溫度顯著增大，熱焓值無顯著變化，這是因?yàn)槊摰鞍滋幚碛欣诮Y(jié)晶結(jié)構(gòu)的形成，顆粒結(jié)構(gòu)變得更加緊密，與X－射線衍射結(jié)果相符。

2.5 淀粉黏度特性

由表5可知，A淀粉的峰值黏度、谷黏度、最終黏度、回生值顯著高于B淀粉和全淀粉，峰值時(shí)間和成糊溫度顯著低于B淀粉和全淀粉，說明A淀粉比B淀粉容易糊化，因?yàn)锽淀粉為小顆粒淀粉，小顆粒淀粉之間堆積緊密造成糊化比較困難，從而使B淀粉的成糊溫度較高。衰減值反應(yīng)淀粉糊的熱穩(wěn)定性，衰減值越大熱穩(wěn)定性越不好，說明A淀粉比B淀粉的熱穩(wěn)定性差。回生值在一定程度上說明淀粉糊的老化的程度，回生值越大，越容易老化，所以A淀粉比B淀粉容易老化。

由圖4b可知，脫脂處理使小麥全淀粉峰值黏度、谷黏度、衰減值、最終黏度、回生值和峰值時(shí)間顯著增大，成糊溫度無顯著差異，說明脫脂后小麥全淀粉更容易老化，且熱穩(wěn)定性降低。這主要是因?yàn)橹痉肿釉诘矸鄯肿拥穆菪Y(jié)構(gòu)中形成復(fù)合物，這種復(fù)合物能在淀粉受熱時(shí)阻止淀粉顆粒的腫脹，淀粉顆粒更加穩(wěn)定，從而影響淀粉的黏度特性［18］。脫脂處理對小麥A淀粉和B淀粉的峰值黏度、谷黏度、衰減值、最終黏度、峰值時(shí)間、成糊溫度方面無顯著影響，使A淀粉的回生值減小，原淀粉和B淀粉的回生值增大。與未處理和脫脂處理相比，脫蛋白處理使小麥淀粉峰值黏度、衰減值、回生值顯著增大，谷黏度和峰值時(shí)間顯著降低，說明脫蛋白可使小麥淀粉在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到峰值，且使其黏滯性增加［19］。脫蛋白處理使全淀粉和A淀粉的成糊溫度無顯著性差異，B淀粉的成糊溫度顯著降低，說明脫蛋白使B淀粉的排列緊密結(jié)構(gòu)變得疏散均勻，與掃描電鏡圖結(jié)果相符。

表4 小麥淀粉的膨脹度

表5 小麥淀粉的熱特性和黏度特性參數(shù)

圖4 小麥淀粉的DSC和RVA曲線圖

3 結(jié)論

小麥淀粉由顆粒較大的A淀粉和顆粒較小的B淀粉組成，呈雙峰型分布，偏光十字較明顯，典型的A型衍射特征。脫脂、脫蛋白處理后小麥淀粉顆粒表面較光滑，分散程度較高，偏光十字更加明顯，仍為A型特征。脫脂處理使小麥淀粉的相對結(jié)晶度減小，脫蛋白處理使其相對結(jié)晶度增大。

脫脂處理對小麥A、B淀粉的溶解度、膨脹度、起始溫度、峰值溫度、終值溫度、熱焓值、峰值黏度、谷黏度、衰減值、最終黏度、峰值時(shí)間、成糊溫度均無顯著性影響，使A淀粉的回生值減小，B淀粉的回生值增大。脫蛋白處理使小麥淀粉溶解度和膨脹度隨溫度的增長趨勢顯著增加，起始溫度、峰值溫度、終值溫度、峰值黏度、衰減值、回生值顯著增大，谷黏度和峰值時(shí)間顯著降低，對熱焓值無顯著影響。脫蛋白處理對小麥A、B淀粉理化性質(zhì)的影響顯著高于脫脂處理。

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Effects of Lipids and Granule Associated Proteins on Physiochemical Properties of A，B Wheat Starches

Wu Guiling Li Wenhao Liu Lipin Zhang Wei Zhang Guoquan
（College of Food Science and Engineering，Northwest A＆F University，Yangling，Shaanxi 712100）

Lipids and granule associated proteins within starch granules have a certain effect on its physiochemical and structural properties.Chemical composition，particle morphology and paste properties，etc.of defat and deprotein treated A－，B－wheat starch were studied in the paper.The results showed that the defat treatment of A－，B－wheat starch had no significant effects on crystal type，solubility，swelling power，initial temperature，peak temperature，final temperature，enthalpy，peak viscosity，grain viscosity，pad value，final viscosity，peak time and pasting temperature，and the relative crystallinity was decreased.Solubility and swelling capacity of the deprotein treated wheat starches were significantly increased along with growth trend of temperature，relative crystallinity，onset temperature，peak temperature，final temperature，peak viscosity，pad value and setback value were significantly increased，grain viscosity and peak time were significantly decreased，no significant effect was found on crystal type and enthalpy.Effects of deprotein treatment on physiochemical properties of A－，B－wheat starch were significantly higher that of defat treatment.

A － Starch，B － Starch，defat treatment，deprotein treatment，physiochemical properties

TS231

A

1003－0174（2016）08－0017－07

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31301557），國家現(xiàn)代小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（MATS）

2014－12－23

吳桂玲，女，1988年出生，碩士，糧食、油脂及植物蛋白工程

張國權(quán)，男，1968年出生，教授，谷物品質(zhì)評價(jià)及淀粉工程技術(shù)