不同品種、成熟期鮮蓮中淀粉的結構特性研究

孫思薇 林鴻 楊炳昆 曾紹校 林少玲 鄭寶東 郭澤鑌

摘 ?要??蓮子淀粉的結構特性對帶殼蓮子加工品質和食用品質影響顯著。為提高帶殼蓮子調理食品的品質，本文采用場發(fā)射掃描電鏡、直鏈淀粉全自動分析儀、X-射線衍射儀、馬爾文激光粒度儀等儀器對4個蓮子品種蠟熟期和完熟期蓮子淀粉的結構特性進行研究。結果表明，同一品種不同成熟度蓮子淀粉中的直鏈淀粉、抗性淀粉含量和淀粉顆粒粒徑隨成熟度的增大而增大，而同一品種不同成熟度蓮子淀粉的結晶度隨鮮蓮成熟度的增大而減?。ǔV1號外）。在4個品種中，建選17號和建選35號鮮蓮中的淀粉含量在蠟熟期和完熟期都較高，而直鏈淀粉含量最低，對于延緩淀粉老化具有一定效果。

關鍵詞 ?不同成熟期;鮮蓮;淀粉;結構特性中圖分類號??TS231??????文獻標識碼??A

Quality Characteristics of Fresh Lotus Seed Starch in Different Species and?Maturity Stages

SUN Siwei^{1，2，3}，?LIN Hong^1，2，3，?YANG Bingkun^1，2，?ZENG Shaoxiao^1，2，3，?LIN Shaoling^1，2，?ZHENG Baodong^1，2，3，?GUO Zebin^{1，2，3*}

1. College of Food Science，?Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian?350002， China; 2. Fujian Provincial Key Laboratory of Quality Science and Processing Technology in Special Starch， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002， China; 3. China-Ireland International Cooperation Centre for Food Material Science and Structure Design， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian?350002， China

Abstract ?The quality characteristics of lotus seed starch have great influence on the processing quality and edible quality of shelled lotus seeds. In this project， the characteristics of the starch in four lotus varieties were compared using scanning electron microscope （SEM）， amylose automatic analyzer， X-ray diffractometer （XRD） and Malvern laser particle size analyzer. The quality characteristics of the?seed?starch?of the four lotus varieties during the dough stage and full ripe stage were measured and analyzed. The amylose content， resistant starch content and particle size of lotus seed?starch of different maturity stages of the same variety depended on?maturity levels， while the crystallization of lotus seed starch with different maturity degrees of the same variety decreased with the increase of the maturity of fresh lotus seeds?（except Jingguang No. 1）.?Among the four varieties， the starch content of Jianxuan No. 17 and Jianxuan No. 35 fresh lotus seeds?was higher in the dough stage and full ripe stage， while the content of amylose was much lower， which had a certain effect on inhibiting the starch retrogradation.

Keywords ?different maturity stage; fresh lotus seeds; starch; structural characteristics

DOI10.3969/j.issn.1000-2561.2019.09.023

蓮在中國已有幾千年歷史，被廣泛栽培和食用，主要分布在浙江、江蘇、江西、湖南、湖北、河北、福建等地區(qū)，以福建建蓮、湖南湘蓮、浙江衢蓮為上品，是我國的特色農(nóng)產(chǎn)品之一^[1]。蓮子中淀粉含量高，是高淀粉類食物，淀粉含量超過蓮子干基總量的50%～?60%^[2]，因此淀粉的結構特性直接關乎到蓮子產(chǎn)品的品質（如蓮子產(chǎn)品的黏稠度、口感）和所應采取的加工工藝^[3]。不同品種來源的植物淀粉的理化特性和結構特性存在顯著差異，即使是相同品種，成熟期不同，淀粉的結構特性也會存在著一定差異^[4]。

鮮蓮是福建省的特色農(nóng)產(chǎn)品，本課題組對其進行了大量研究，掃描電鏡結果表明建蓮淀粉顆粒大多呈橢圓形或卵形，少數(shù)淀粉顆粒呈圓形或多角形。而X-射線衍射表明淀粉顆粒的晶體結構為C型，是A型與B型的混合物^[5]。同時，不同品種淀粉中淀粉含量和直鏈淀粉含量存在顯著差異^[6]。不同方法制備的蓮子抗性淀粉分子量、結晶度、溶解度和熱穩(wěn)定性都有所差異^[7]。同時，課題組還對超高壓處理對蓮子淀粉改性的情況進行了研究，結果表明，超高壓處理一定程度上能夠實現(xiàn)蓮子淀粉的改性^[8]。但目前未見針對不同品種、不同成熟期蓮子淀粉品質的系統(tǒng)研究。因此，本研究以福建省主栽的4個品種的不同成熟期的鮮蓮為原料，對淀粉的顆粒形態(tài)、分子特性等結構特性進行研究，比較其理化特性的差異，探究其結構特性的變化規(guī)律，為篩選出更適宜加工的蓮子品種及帶殼蓮子調理食品加工工藝的優(yōu)化提供理論依據(jù)。

1??材料與方法

1.1材料

1.1.1 ?材料??4個不同品種鮮蓮：建選17號、建選35號、太空蓮35號和京廣1號，由福建省建甌市光祥蓮子專業(yè)合作社提供;在蓮子采收期（6—9月）帶蓬采樣。鮮蓮樣品分級標準參照許麗賓^[9]提出的不同成熟度鮮蓮的分級標準，如表1所示。

蓮蓬深綠有少許斑點，蓮殼表面呈青褐色;蓮子顆粒飽滿，大小均一，蓮子象牙黃，口感較硬，多為淀粉，無甜味;蓮芯呈墨綠色，苦味濃厚。

1.1.2??試劑??乙酸、乙醇標準品均為市售分析純;葡萄糖淀粉酶、葡萄糖測定試劑盒，南京建成生物科技有限公司。

1.1.3 ?儀器與設備??Nova Nano SEM 230型場發(fā)射掃描電鏡，美國 FEI公司;Brucker AXS型X-射線衍射儀，德國布魯克公司;IV型直鏈淀粉全自動分析儀，美國Flow Solution公司;HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州國華電器有限公司;KQ5200DE型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司;HI-5型多功能磁力攪拌器，常州國華電器有限公司;Mastersizer 3000型激光粒度分析儀，英國馬爾文儀器有限公司;FD-1C-80型冷凍干燥機，北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司;T6新世紀型紫外分光光度計，北京普析通用儀器有限公司。

1.2方法

1.2.1??蓮子淀粉提取^{[10] ??}采用傳統(tǒng)的水磨工藝提取蓮子淀粉。取適量的鮮蓮和2倍體積的蒸餾水，于高速組織搗碎機中破碎，過100目篩得濾液。往濾液中加入20倍體積蒸餾水攪拌混勻，待靜置沉淀6 h后棄去上清液，再加入20倍體積蒸餾水再靜置沉淀4 h，棄去上清液后于45 ℃電熱鼓風干燥箱中烘至水分含量在10%左右，粉碎過100目篩，即得蓮子淀粉樣品，將其置于干燥器中備用。

1.2.2 ?蓮子淀粉顆粒形態(tài)觀察^[11]???將鮮蓮冷凍干燥后截取橫切面，固定后放入離子濺射儀中噴金鍍膜。將制好的樣品放在場發(fā)射電子掃描顯微鏡（FE-SEM）下，分別用5000×、2000×的不同放大倍數(shù)、以不同的角度觀察淀粉的顆粒結構并拍照。

1.2.3 ?直鏈淀粉含量的測定???采用IV型直鏈淀粉全自動分析儀測定標準樣品和待測樣品溶液中直鏈淀粉含量。方法參考文獻[12]。

1.2.4 ?X-射線衍射測定晶體特性^[9]采用X-射線衍射儀測定淀粉樣品的結晶性能。設定X-射線發(fā)生器管壓40 kV，電流30 mA，發(fā)射狹縫0.25 nm，掃描角度2θ=5°～45°，連續(xù)掃描。采用Peakfit 4.12 軟件分析結果，結晶度計算方法如下^[13]：

×100%

式中，Ac：結晶區(qū)面積;Aa：無定形區(qū)面積。

1.2.5 ?抗性淀粉含量測定方法??（1）鮮蓮樣品的制備。蠟熟期、完熟期的鮮蓮子各取100?g放入高速組織搗碎機中加水搗成勻漿待測。

（2）總淀粉的測定。稱取相當于100 mg干物質量的樣品，加入4 mL?2 mol/L KOH溶液振蕩30 min，使得淀粉充分溶解，直至無生淀粉團生成。然后用乙酸溶液調節(jié)pH至4.5，加入0.5 mL葡萄糖淀粉酶液于60 ℃下恒溫40 min。待冷卻后加入5 mL?80%乙醇，搖勻、靜置、離心，取上清液。此操作反復2次，與第1次上清液合并并定容。用葡萄糖試劑盒測定溶液中葡萄糖含量，總淀粉含量為葡萄糖含量乘以轉化因子0.9。

（3）抗性淀粉與可消化淀粉含量的測定。參照Go?i等^[14]提出的抗性淀粉測定方法，略有改進。步驟如下：稱取相當于100 mg干物質量的樣品，在pH 1.5、37 ℃條件下，加入胃蛋白酶液，以去除原料中的蛋白;冷卻后用順馬來酸調節(jié)pH為6.9，加入α-淀粉酶液在37 ℃下恒溫振蕩16 h。然后在pH 4.5、60 ℃環(huán)境下，加入葡萄糖淀粉酶液使其恒溫反應，離心，棄上清液，取沉淀。沉淀物用KOH振蕩完全溶解，調節(jié)溶液pH至4.5，加入葡萄糖淀粉酶液60 ℃下恒溫反應，離心，取水解液。用葡萄糖測定試劑盒測定溶液中的葡萄糖濃度，由此計算抗性淀粉（RS）含量，可消化淀粉含量由總淀粉量減去抗性淀粉量即可。

（4）淀粉粒徑測定方法^[11]。稱取適量淀粉，加入蒸餾水，混合均勻后制成質量濃度為0.6 mg/mL的淀粉懸浮液，在樣品池中滴加配好的淀粉乳，遮光率達到6%～12%，開啟超聲波振蕩，使得淀粉顆粒均勻分布，然后測定粒度范圍及分布。重復

3次，取平均值。顆粒折射率為1.50，分散劑分散指數(shù)為1.33。

1.3數(shù)據(jù)處理

單因素試驗數(shù)據(jù)使用Excel 2003和Origin 8.5軟件進行處理，差異顯著性分析使用DPS 9.5軟件，P<0.05為具有統(tǒng)計學意義。

2??結果與分析?

2.1不同品種、成熟期蓮子淀粉顆粒表觀形態(tài)

淀粉顆粒的形態(tài)受到自身生長環(huán)境、成熟期和直/支鏈淀粉比等因素的影響^[15]。不同植物來源的淀粉顆粒形狀各異，大多呈圓形（或球形）、橢圓形（或卵形）和多角形（或不規(guī)則形）^[16]。同一品種來源的淀粉粒也會因為成熟度的不同、生長部位的不同而有差異^[17]。由圖1可見，4個品種完熟期的淀粉顆粒大小均大于蠟熟期的淀粉顆粒，說明淀粉顆粒在蠟熟期到完熟期的生長過程中不斷生長。而完熟期鮮蓮的淀粉顆粒相比蠟熟期形狀也更為規(guī)則，大小更為均一，更多呈現(xiàn)橢圓形或棒狀。

2.2不同品種、成熟期蓮子淀粉的直鏈淀粉含量

淀粉由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，淀粉的老化性質與直鏈淀粉和支鏈淀粉含量有關，其中起主導作用的是直鏈淀粉，因此選擇支鏈淀粉含量高的原料可在一定程度上抑制淀粉老化^[18]。由圖2可知，4個品種蓮子淀粉中的直鏈淀粉含量存在著一定差異，其中京廣1號蓮子淀粉中的直鏈淀粉含量最高，而建選17號蠟熟期和建選35號蠟熟期蓮子淀粉中的直鏈淀粉含量最低。同時，同1品種不同成熟度蓮子淀粉中的直鏈淀粉含量之間也存在一定差異，直鏈淀粉含量隨成熟度的增大而增大。建選17號和建選35號蠟熟期蓮子淀粉中的直鏈淀粉含量最低，因此，以其作為原料可抑制帶殼蓮子調理食品的老化作用，有利于更好地保持帶殼蓮子調理食品貯藏過程中的感官品質，并可在一定程度上延長帶殼蓮子調理食品的貨架期。

2.3不同品種、成熟期蓮子淀粉結晶特性的測定

淀粉中的支鏈淀粉結構致密，呈雙螺旋結構，構成淀粉的結晶區(qū);而直鏈淀粉結構松散，構成淀粉的無定型區(qū)，但兩者往往并無明確的界線^[19]。結晶部分的構造可以通過X-射線衍射進行分析，放大倍數(shù)分別是2000×（A₁、B₁、C₁、D₁、E₁、F₁、G₁、H₁）、5000×（A₂、B₂、C₂、D₂、E₂、F₂、G₂、H₂）;（A₁、A₂）、（B₁、B₂）、（C₁、C₂）、（D₁、D₂）、（E₁、E₂）、（F₁、F₂）、（G₁、G₂）和（H₁、H₂）分別是建選17號、建選35號、太空蓮35號、京廣1號鮮蓮蠟熟期、完熟期的場發(fā)射掃描電鏡圖。

The magnifications are 2000×（A₁，?B₁，?C1_，D₁，?E₁，?F₁，?G₁，?H₁）， 5000×（A₂，?B₂，?C₂，?D₂，?E₂，?F₂，?G₂，?H₂）?respectively; （A₁，?A₂）， （B₁，?B₂），（C₁，?C₂）， （D₁，?D₂）， （E₁，?E₂）， （F₁，?F₂）， （G₁，?G₂）?and?（H₁，?H₂） are the FE-SEM of Jianxuan No.?17， Jianxuan No.?35， Space lotus?No.?35 and Jingguang No.1 at dough stage and full ripe stage respectively.

衍射峰的位置和強度可以反映不同淀粉分子結晶區(qū)和無定型區(qū)比例的差異^[20]。不同的植物品種、環(huán)境因素以及淀粉所含水分的多少都會影響淀粉顆粒的結晶結構。由圖3以及表2可知，4個品種蠟熟期和完熟期的蓮子淀粉X-射線衍射峰較為相近，同時包含了A型晶體與B型晶體的結構特性，屬于典型的C型晶體衍射類型^[21]。衍射峰的位置主要集中在15°～23°之間，在2θ為17°附近衍射峰最強;在17.1°、17.9°和23.0°左右有明顯的衍射峰;在15.0°和19.9°附近出現(xiàn)較小的衍射峰。

而同一品種不同成熟度蓮子淀粉的結晶度存在一定差異，由表2可知，蓮子淀粉的結晶度隨鮮蓮成熟度的增大而減?。ǔV1號）。

直鏈淀粉（AC）含量是指直鏈淀粉占干基的比例。

2.4不同品種、成熟期鮮蓮抗性淀粉和可消化淀粉含量

研究發(fā)現(xiàn)，抗性淀粉可用于對糖尿病和肥胖癥的治療^[22-23]。而淀粉顆粒結構，直、支鏈淀粉比^[24-25]，鏈長度^[26]以及淀粉原料所含的內(nèi)源脂類都會影響淀粉中抗性淀粉的含量。由表3可知，4個品種不同成熟度蓮子淀粉中的抗性淀粉含量都較高，其中建選17號和建選35號蓮子淀粉中的抗性淀粉含量相比其他2個品種來說要更高一些。同時，同一品種不同成熟度蓮子淀粉中的抗性淀粉含量隨著成熟度的增大而增大，可能由于支鏈淀粉在生長過程中形成的長鏈分支結構導致了抗性淀粉含量較高?？剐缘矸劬哂械慕档褪澄餆嵝?sup>[27]、調節(jié)腸胃消化^[28]、預防糖尿病^[29]等功能，抗性淀粉含量及其在蓮子淀粉中所占比例也成為衡量蓮子淀粉結構特性的重要指標。

2.5不同品種、成熟期鮮蓮粒徑的大小

淀粉種類不同，淀粉顆粒大小也相差很大。一般以顆粒長軸的長度表示淀粉顆粒的大小，介于2～120 μm之間。同一種淀粉大小也不均勻，如玉米淀粉的最小顆粒粒徑為4 μm，最大的為26 μm，平均粒徑為15 μm^{[5， 30]}。由圖4可知，4個品種蓮子淀粉的粒徑大小集中在14～20 μm，不同品種蓮子淀粉的粒徑大小之間存在一定差異。建選35號蓮子的淀粉粒徑最大，完熟期淀粉粒徑為20.2 μm，蠟熟期淀粉粒徑為18.63 μm。太空蓮35號蠟熟期淀粉粒徑最小，為14.6 μm。而同一品種不同成熟度蓮子淀粉的粒徑大小與成熟度存在一定相關性，粒徑大小隨著成熟度的增大而增大，這與淀粉的累積有關。

2.6蓮子淀粉結構特性相關性分析

對蓮子淀粉結構特性進行Person相關性分析，結果如表4所示。由表4可知，蓮子中的淀粉含量與粒徑大小極顯著相關。同時，淀粉含量與抗性淀粉含量呈極顯著相關，可能的原因是淀粉顆粒越大，比表面積越小，與酶作用的面積越小，因而抗消化性越強。粒徑大小與抗性淀粉含量呈極顯著正相關。而淀粉含量與直鏈淀粉含量、結晶度都沒有呈現(xiàn)顯著相關性。

3??討論

本研究結果表明，同一品種不同成熟度蓮子淀粉的結晶度存在一定差異，4個品種蓮子淀粉的結晶度隨鮮蓮成熟度的增大而減?。ǔ司V1號）。而直鏈淀粉和抗性淀粉測定結果表明，同一品種不同成熟度蓮子淀粉中的直鏈淀粉和抗性淀粉含量隨成熟度的增大而增大。4個品種蓮子淀粉的粒徑大小都集中于14～20 μm，不同品種蓮子淀粉的粒徑大小之間存在一定差異。同一品種不同成熟度蓮子淀粉的粒徑大小與成熟度存在一定關系，粒徑大小隨著成熟度的增大而增大。并且成熟度較高的完熟期鮮蓮的淀粉顆粒與蠟熟期相比，形狀也更為規(guī)則，多數(shù)呈現(xiàn)橢圓形或棒狀。進一步對不同品種蓮子淀粉的結構特性進行Pearson相關性分析，抗性淀粉含量與粒徑大小呈極顯著正相關。根據(jù)本研究結果可選擇直鏈淀粉含量較低的建選17號和建選35號蠟熟期蓮子作為帶殼蓮子調理食品的主要原料。本研究為篩選出更適宜加工的蓮子品種以及帶殼蓮子調理食品加工工藝的優(yōu)化提供理論依據(jù)。

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