不同品種稻米淀粉的理化性質(zhì)與鏈長分布關(guān)系研究

馬鳳蓮， 裴亞瓊，宋曉燕，任紅濤

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

不同品種稻米淀粉的理化性質(zhì)與鏈長分布關(guān)系研究

馬鳳蓮， 裴亞瓊，宋曉燕，任紅濤

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

以特糯2072、特優(yōu)2035、Ⅱ優(yōu)838和岡優(yōu)188 4 種直鏈淀粉含量不同的秈稻為材料，采用堿法提取淀粉，通過黏度速測儀(RVA)、激光粒度分析儀及離子交換色譜法研究稻米淀粉的糊化特性、粒徑分布與支鏈淀粉鏈長組成的相關(guān)性。結(jié)果表明，4 種稻米淀粉顆粒的平均粒徑為4.98～5.30 μm，與直鏈淀粉含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。4 種稻米淀粉糊化特性差異顯著，特優(yōu)2035 具有最高的峰值黏度，而特糯2072 的峰值黏度最低。支鏈淀粉的鏈長分布影響稻米淀粉的RVA譜特性，成糊溫度與DP6-11呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與DP12-23呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；崩解值與DP6-11呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，與DP12-23呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；而消減值與DP≥24呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。

稻米淀粉；粒徑分布；糊化性質(zhì)；鏈長分布

水稻是東亞、南亞和東南亞地區(qū)的重要糧食作物，對保障世界糧食安全具有舉足輕重的作用。稻米的主要成分是淀粉，約占其重量的70 %～80 %。稻米淀粉顆粒大小分布在 2～8 μm之間，為不規(guī)則多角形。稻米的品種是影響其淀粉顆粒大小與形狀的主要因素[1]，通常臘質(zhì)淀粉的粒徑較秈米的大，而粳米淀粉的粒徑最小。稻米淀粉顆粒大小也與生長地域有關(guān)，SINGH等[2]報(bào)道，印度生長稻米的淀粉粒徑為 2.4～5.4 μm。突變株淀粉顆粒的大小、形狀與普通稻米淀粉顆粒也存在明顯差異，突變株的淀粉顆粒外觀粗糙，其形狀較野生型淀粉更不規(guī)則[3]。淀粉顆粒由直鏈淀粉與支鏈淀粉構(gòu)成，其中支鏈淀粉占淀粉含量的75 %～80 %，其構(gòu)型直接影響淀粉食味品質(zhì)和理化性質(zhì)。CHUNG等[4]比較了4 種不同直鏈淀粉含量稻米淀粉理化性質(zhì)與支鏈淀粉鏈長分布、消化特性的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)消化特性與直鏈淀粉含量、DP6-12 和 DP13-24、相對結(jié)晶度顯著相關(guān)。WANG等[5]研究了10 種中國稻米理化性質(zhì)與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)糊化溫度(To，Tp和Tc)與短鏈(DP6-11)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與中鏈(DP12-23)呈顯著正相關(guān)關(guān)系。HSU等[6]比較了5 種不同直鏈淀粉含量米粉的消化特性，發(fā)現(xiàn)支鏈淀粉鏈長分布、冷膠黏度和消減值是影響米粉消化特性的最主要因素。CAI等[7]分析了10 種直鏈淀粉含量不同的稻米淀粉理化性質(zhì)與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，結(jié)果表明，直鏈淀粉含量、支鏈淀粉的分支度及含量、晶體結(jié)構(gòu)顯著影響淀粉的熱力學(xué)特性、膨脹特性、水解性及消化特性。直鏈淀粉含量和支鏈淀粉的鏈長分布是影響稻米淀粉理化性質(zhì)和食用品質(zhì)的關(guān)鍵因素，但是由于測定方法不同，測定結(jié)果存在差異。探討淀粉理化性質(zhì)-分子結(jié)構(gòu)-功能特性之間關(guān)系是遺傳育種和食品加工的基礎(chǔ)。本研究以特糯2072、特優(yōu)2035、Ⅱ優(yōu)838 和岡優(yōu)188 4 種直鏈淀粉含量不同的秈稻為材料，提取稻米淀粉，采用黏度速測儀、激光粒度分析儀及離子交換色譜測定稻米淀粉的糊化性質(zhì)、顆粒粒徑及支鏈淀粉的鏈長分布，分析淀粉理化性質(zhì)與鏈長結(jié)構(gòu)的相關(guān)性，為稻米淀粉的加工和利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

特糯2072，特優(yōu)2035，Ⅱ優(yōu)838 和岡優(yōu)188，均由河南省信陽農(nóng)科所提供。無水乙醇、氫氧化鈉、鹽酸、碘、碘化鉀、硼酸、硫酸銅、甲基紅、溴甲酚綠、醋酸、醋酸鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉等試劑均為分析純，NaOH為色譜純，異淀粉酶(15284-1MU, Sigma公司)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 直鏈淀粉含量的測定 參考GB/T 15683—2008的測定方法。

1.2.2 淀粉的分離 采用堿法分離淀粉，具體步驟：稱取一定量碾磨過的秈米，按照m(料,g)∶V(液,mL) = 1∶2.5 的料液比加入0.1 mol·L-1的NaOH溶液，然后過膠體磨。乳液于35 ℃恒溫水浴搖床中振蕩15 h，離心除去上清液。沉淀用蒸餾水洗滌3 次，用3 %的HCl溶液調(diào)pH為7.0，離心并去上清液，刮去沉淀物上層黃色雜質(zhì)后即為樣品，于40 ℃恒溫烘箱烘干、粉碎后備用。

1.2.3 水分測定 淀粉中水分含量采用恒溫烘干法(103±2)℃測定。

1.2.4 蛋白質(zhì)含量測定 淀粉中蛋白質(zhì)的殘留量采用凱氏定氮法測定，氮換算為蛋白質(zhì)的系數(shù)為5.95。

1.2.5 稻米淀粉糊化特性的測定 采用4-D型黏度速測儀(Rapid viscosity Analyzer，RVA)測定淀粉的糊化特性，參考AACC操作規(guī)程并稍作改動[8]：樣品量為3.00 g，蒸餾水加入量為25.0 mL，測定時間為13.0 min。RVA譜特征值包括峰值黏度(Peak viscosity，PKV)、熱漿黏度(Hot paste viscosity，HPV)、冷膠黏度(Cool paste viscosity，CPV)、崩解值(Breakdown viscosity，BDV)、消減值(Setback viscosity，SBV)和成糊溫度(Pasting temperature，PT)。

1.2.6 稻米淀粉顆粒粒徑測定 稻米淀粉的粒徑分布利用Rise-2006型激光粒度分析儀測定。樣品以無水乙醇分散，測試前超聲30 s。測試過程中，介質(zhì)折射率為1.36，攪拌速率為900 r·min-1，循環(huán)泵速率為1 500 r·min-1。粒徑分布以D10、D50、D90和Dav表示(D10、D50、D90、Dav分別代表顆粒累計(jì)分布為10 %的粒徑、中值粒徑、顆粒累計(jì)分布為90 %的粒徑、平均粒徑)。

1.2.7 稻米支鏈淀粉鏈長分布的測定 采用DionexICS-3000型離子色譜儀分析，其操作步驟為：稱取50 mg樣品，分散于5 mL醋酸-醋酸鈉(0.05 mol·L-1，pH=3.5)緩沖溶液中，然后將樣品置于沸水浴煮沸20 min，使之完全糊化。溶液冷卻至室溫后，加入20 μL異淀粉酶，在37 ℃恒溫水浴中水解48 h。取出樣品，于水浴中煮沸20 min使酶滅活，先過0.45 μm的濾膜，樣品稀釋10倍后再過0.22 μm濾膜，采用CarboPacTMPA10(4 mm × 250 mm)糖分析柱及CarboPacTMPA10(4 mm × 50 mm)糖保護(hù)柱進(jìn)樣分析。流動相A為水；流動相B為0.1 mol·L-1NaOH溶液；流動相C為0.1 mol·L-1NaOH溶液和1 mol·L-1NaAc溶液；流速為0.8 mL·min-1；柱溫為30 ℃；進(jìn)樣量為25 μL。

1.2.8 數(shù)據(jù)分析 數(shù)據(jù)采用Origin 8.0軟件進(jìn)行繪圖，相關(guān)性分析采用SPSS 19.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種稻米淀粉的理化性質(zhì)

特糯2072、特優(yōu)2035、Ⅱ優(yōu)838 和岡優(yōu)188 稻米淀粉的直鏈淀粉含量(Amylose Content, AC)、水分含量和蛋白質(zhì)殘留量見表1。本研究所選的4 種材料直鏈淀粉含量從1.90%～26.98%，范圍較寬[9]。樣品的蛋白質(zhì)殘留量為0.35%～0.46%，說明堿法提取淀粉的純度較高。

2.2 不同品種稻米淀粉糊化特性分析

對4 種不同直鏈淀粉含量稻米淀粉的糊化特性進(jìn)行分析，結(jié)果如表 2 所示。由表 2 可知，4種稻米淀粉的RVA譜特征值差異較大。特優(yōu)2035具有最高的峰值黏度，為4 066 mPa·s，而特糯2072的峰值黏度最低，為2 570 mPa·s。直鏈淀粉含量影響熱漿黏度和冷膠黏度，直鏈淀粉含量由1.90 %增加到26.98 %，熱漿黏度由1 398 mPa·s增至2 113 mPa·s，而冷膠黏度從1 751 mPa·s增至3 910 mPa·s。直鏈淀粉含量為18.01%～26.89%時，成糊溫度隨直鏈淀粉含量的增加而增加，從68.4 ℃增至76.4 ℃；但崩解值減小。BAO等[10]研究了236種非蠟質(zhì)稻米淀粉的理化特性與直鏈淀粉含量的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)直鏈淀粉與熱漿黏度、冷膠黏度、消減值呈正相關(guān)，而與崩解值呈負(fù)相關(guān)。特糯2072的RVA譜特征值與這一規(guī)律并不相符，說明蠟質(zhì)稻米淀粉與非蠟質(zhì)稻米淀粉具有不同的糊化特性，這與VANDEPUTTE等[11]的研究結(jié)果一致，他們比較了蠟質(zhì)稻米淀粉與非蠟質(zhì)稻米淀粉的糊化性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)蠟質(zhì)淀粉具有較高的糊化溫度。

表1 不同品種稻米淀粉的理化性質(zhì)Table 1 Physicochemical properties of different rice starches %

表2 不同品種稻米淀粉的RVA譜特征值Table 2 RVA parameters of different rice starches

2.3 不同品種稻米淀粉顆粒的粒徑分布

不同品種稻米淀粉顆粒粒徑分布如圖1和表3所示。由圖1和表3可以看出，各稻米淀粉粒徑分布差異不大，平均粒徑Dav為 4.98～5.30 μm。特糯2072具有最大的粒徑值(D10，D50，D90和Dav)，隨著直鏈淀粉含量增加，淀粉的粒徑稍有減小，但差異不大。粒徑的微分分布圖1-A表明，4種稻米淀粉的粒徑分布范圍隨著直鏈淀粉含量的增加漸寬，其中特糯2072粒度分布圖最窄，表明糯稻淀粉具有均勻的粒徑分布。1-B,1-C幾種稻米淀粉顆粒的粒度累積分布如圖1(B、C)所示，由圖1-B可知，幾種淀粉的粒度分布差異較小，粒度值均小于 8 μm，累積分布曲線具有較好的一致性。圖1-C為圖1-B的局部圖，顯示幾種淀粉的粒度仍存在差異，直鏈淀粉含量較高的淀粉顆粒的粒度分布范圍相應(yīng)較大，這與圖1-A一致。

圖1 不同品種稻米淀粉顆粒粒徑分布圖Fig. 1 Particle size distributions of different rice starch granules

2.4 不同品種稻米淀粉中支鏈淀粉的鏈長分布

淀粉鏈的長度，即聚合度(Degree of Polymerization，DP)，常以淀粉分子中脫水葡萄糖基元的平均數(shù)目來表示。支鏈淀粉的鏈長結(jié)構(gòu)是影響淀粉理化性質(zhì)的重要參數(shù)，支鏈分支簇的不同及其排列造成淀粉粒晶體結(jié)構(gòu)的差異，并最終導(dǎo)致物種間、品種間和組織間淀粉功能特性的變化[9, 12]。

圖 2 為 4 種稻米支鏈淀粉的鏈長分布圖，特糯2072、特優(yōu)2035 和Ⅱ優(yōu)838 的鏈長分布圖譜相似，在DP10-11時有最高峰，而岡優(yōu)188 的最高峰出現(xiàn)在DP15。4 種稻米淀粉的鏈長分布均為單峰圖譜，這與WANG等[5]的報(bào)道一致。依據(jù)聚合度，將支鏈淀粉的鏈長分布分為 4 部分：DP6-11、DP12-23、DP24-29和DP≥30。幾種稻米支鏈淀粉的鏈長分布如圖 3 和表 4 所示。稻米淀粉中，短鏈(DP6-11)和中間鏈(DP12-23)所占比例較高，分別為41.21%～54.51%和43.21%～58.51%；而長鏈所占比例較小。但直鏈淀粉含量不同，支鏈淀粉鏈長分布差異較大，其中特優(yōu)2035 的短鏈含量明顯高于其他幾個稻米品種。

圖2 不同品種稻米支鏈淀粉鏈長分布圖Fig. 2 Branch chain length distributions of amylopectin from different rice starches

Table 3 Particle size distributions of different rice starch granules μm

表4 不同品種稻米支鏈淀粉的鏈長分布Table 4 Branch chain length distributins of amylopectin from different rice starches %

2.5 不同稻米淀粉理化性質(zhì)的相關(guān)性分析

表 5 為不同品種稻米淀粉各理化性質(zhì)的相關(guān)性分析結(jié)果。由表中可知，冷膠黏度(CPV)與直鏈淀粉含量(AC)呈顯著正相關(guān)關(guān)系；淀粉顆粒的平均粒徑(Dav)與直鏈淀粉含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。稻米淀粉的鏈長分布影響其成糊溫度(PT)，成糊溫度與DP6-11呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與DP12-23呈顯著正相關(guān)關(guān)系。JANE等[13]以芋頭、綠豆、糯米、蓮藕、馬鈴薯等淀粉為材料，研究了A-型、B-型和C-型淀粉的鏈長分布、直鏈淀粉含量與糊化性質(zhì)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)支鏈淀粉的分支鏈越長，糊化溫度也越高。賀曉鵬等[14]采用改進(jìn)的熒光糖電泳法，分析了50 個秈、粳稻品種支鏈淀粉結(jié)構(gòu)與淀粉理化性質(zhì)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)支鏈淀粉的鏈長分布主要影響淀粉的起始成糊溫度和相對結(jié)晶度。BAO等[15]發(fā)現(xiàn)稻米淀粉糊化溫度與支鏈淀粉短的分支鏈含量(DP6-11)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與DP12-24呈正相關(guān)關(guān)系，這可能是因?yàn)槎讨ф満扛叩牡矸燮渚w結(jié)構(gòu)的完整性不如長支鏈含量高的淀粉，導(dǎo)致其起始糊化溫度降低[16]。由表 5 還可以發(fā)現(xiàn)，稻米淀粉的RVA黏度特征值也受其鏈長結(jié)構(gòu)的影響。其中崩解值與DP6-11呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，而與DP12-23呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；消減值(SBV)與DP≥24(因DP24-29和DP≥30含量較低，所以合并)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。

表5 稻米淀粉理化性質(zhì)與鏈長分布相關(guān)性分析Table 5 Correlations between physicochemical properties and chain length distribution of different rice starches

續(xù)表 Continuing table

注：*，表示在 0.05 水平顯著相關(guān)；**，表示在 0.01 水平顯著相關(guān)。

Note: *, significant at the 0.05 level; **, significant at the 0.01 level.

3 結(jié)論

1)4種稻米淀粉的糊化性質(zhì)差異顯著，非蠟質(zhì)稻米淀粉的成糊溫度隨著直鏈淀粉含量的增加，從68.35 ℃增至76.35 ℃；熱漿黏度、冷膠黏度也隨直鏈淀粉含量的增加呈遞增趨勢。

2)稻米淀粉顆粒平均粒徑為4.98～5.30 μm, 直鏈淀粉含量與淀粉顆粒平均粒徑呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，但粒度分布范圍隨直鏈淀粉含量的增加漸寬，顆粒均一性下降。

3)支鏈淀粉的鏈長分布影響稻米淀粉的糊化特性，成糊溫度與DP6-11呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與DP12-23呈顯著正相關(guān)關(guān)系；崩解值與DP6-11呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與DP12-23呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；而消減值與DP≥24呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

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Relationshipbetweenphysicochemicalpropertiesandbranchchainlengthdistributionsofdifferentricestarches

MA Fenglian, PEI Yaqiong, SONG Xiaoyan, REN Hongtao

(College of Food Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

Rice starches were separated from four kinds of indica rice, such as Tenuo 2072, Teyou 2035,Ⅱyou 838 and Gangyou 188. The pasting characteristics, particle size distribution, and branch chain length distribution of amylopectin were analyzed by rapid viscosity analyzer, laser particle analyzer, and ion chromatography, respectively. The results show that the average particle size of four rice starches ranged from 4.98～5.30 μm, which was negatively correlated with the amylose content (P<0.05). The pasting properties showed that Teyou 2035 had the highest peak viscosity, while Tenuo 2072 had the lowest peak viscosity. The chain length distribution of amylopectin had important effects on RVA profiles. The pasting temperature was negatively correlated with DP6-11, but was positively correlated with DP12-23 (P<0.05). Breakdown viscosity was positively correlated with DP6-11 (P<0.01), but was negatively correlated with DP12-23 (P<0.05). Moreover, setback viscosity was negatively correlated with DP≥24 (P<0.05).

rice starch; particle size distribution; pasting characteristics; branch chain length distribution

2017-03-23

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31201420，31671815)

馬鳳蓮(1988-)，女，河南開封人，碩士研究生，主要從事農(nóng)產(chǎn)品精深加工研究。

宋曉燕(1976-)，女，河南洛陽人，副教授，碩士研究生導(dǎo)師。

1000-2340(2017)04-0566-06

TS 235.1

A

(責(zé)任編輯：李 瑩)