脫脂脫蛋白質(zhì)對(duì)黑麥粉理化特性及體外消化特性的影響

崔亞楠， 張 暉， 齊希光， 王 立， 錢(qián)海峰

（江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122）

黑麥營(yíng)養(yǎng)豐富，又被稱為“蛋白麥”、“富硒麥”，黑麥中富含淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、B族維生素、磷、鉀等多種營(yíng)養(yǎng)成分。黑麥中蛋白質(zhì)及鈣的含量均略高于小麥[1-4]。相關(guān)研究表明，雜交黑麥（西北野生小麥與東北等地耐寒小麥雜交而成）中硒、鈣、鋅、鐵、磷等微量元素的含量要比普通小麥高出50%～70%[5]。黑龍江省北大荒麥業(yè)種植的黑麥其微量元素如磷、鐵、鈣的含量分別比普通小麥高出33.0%、81.03%、132.3%[5]。另外，黑麥中含有77.1 mg/kg的硒、39 mg/kg的碘，這是普通小麥所沒(méi)有的。

黑麥面包是俄羅斯西北部、德國(guó)北部、芬蘭、丹麥等國(guó)的一種傳統(tǒng)飲食。除了制作面包外，黑麥還可用于釀造啤酒，制造動(dòng)物飼料等[6]。

研究表明，較高的黑麥攝入量可以減少罹患心臟病、高膽固醇血癥、肥胖等疾病的風(fēng)險(xiǎn)[7-9]。Biskup等的研究表明在膳食中增加黑麥的攝入量可能對(duì)二型糖尿病具有預(yù)防作用[10]。通常來(lái)說(shuō)，食物對(duì)糖尿病的防治作用與其消化特性有關(guān)。影響黑麥消化特性的因素眾多，但是目前國(guó)內(nèi)外對(duì)黑麥的研究主要集中在黑麥中功能成分的分離提取及黑麥面包的品質(zhì)改良上，黑麥粉的理化性質(zhì)和淀粉消化特性的相關(guān)研究則鮮有報(bào)道[11-12]。作者研究了蛋白質(zhì)、脂肪對(duì)于黑麥粉糊化特性、溶脹度、可溶指數(shù)等理化特性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料及主要試劑

黑麥：市售；豬胰α-淀粉酶、淀粉轉(zhuǎn)葡萄糖苷酶：Sigma公司產(chǎn)品；直鏈淀粉試劑盒（Amylose assay Kit）、Megazyme；堿性蛋白酶：上海金穗生物科技有限公司產(chǎn)品；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

電熱可調(diào)溫鼓風(fēng)干燥箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；不銹五谷雜糧磨粉機(jī)CLF-150；浙江省溫嶺市創(chuàng)力藥材器械廠產(chǎn)品；L-550低速大容量離心機(jī)：湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開(kāi)發(fā)有限公司產(chǎn)品；SKY-110WX水浴恒溫振蕩器：上海蘇坤實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)品；CR21G3號(hào)冷凍離心機(jī)：日本HITACHI公司產(chǎn)品；紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（T6新世紀(jì)）：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司產(chǎn)品；全自動(dòng)還原糖測(cè)定儀：山東省科學(xué)院生物研究所產(chǎn)品；SH220N石墨消解儀、脂肪測(cè)定儀SOX406：海能儀器股份有限公司產(chǎn)品；S-4800場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡：日本日立株式會(huì)社產(chǎn)品；RVA-3D型快速黏度分析儀（RVA）：澳大利亞 Newport科學(xué)儀器公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 黑麥粉的制備 黑麥用磨粉機(jī)粉碎至全部通過(guò)60目篩，裝入封口袋于-20℃貯存。

1.3.2 黑麥淀粉的制備 淀粉提取參考chung等人的方法并做適當(dāng)調(diào)整[13]。黑麥（100 g）洗凈后，用0.05%亞硫酸鈉溶液在室溫下浸泡18 h，傾去溶液。去離子水洗滌3次，加適量去離子水后打碎，膠磨10 min，膠磨結(jié)束后的液體過(guò)120目篩。篩上物加適量去離子水后再次膠磨5 min，并將液體過(guò)120目篩，棄去篩上物。篩下液體靜置30 min，傾去上清液。將剩余液體用低速大容量離心機(jī)在3000 r/min離心15 min，傾去上清液，用刮勺將沉淀物表面的黃褐色雜質(zhì)刮除。用適量去離子水使沉淀物重新懸浮，再次離心，傾去上清液，刮除雜質(zhì)。重復(fù)以上步驟3次至雜質(zhì)完全除去。將得到的沉淀物在平皿上攤平攤薄，并用微量去離子水沖洗離心杯，將溶液一起轉(zhuǎn)移到平皿中。45℃干燥12 h。研磨粉碎，裝袋，-20℃貯存。

1.3.3 脫脂黑麥粉的制備 參考張杰等的方法并做適當(dāng)改動(dòng)[14]。將適量黑麥粉置于燒杯中，加入石油醚（質(zhì)量體積比為1 g∶7 mL）。在室溫下，用置頂式攪拌器攪拌 3 h，離心除去石油醚（3000 r/min，15 min）。重新加入石油醚，重復(fù)以上步驟一次。將所得沉淀物平攤在平皿中，在通風(fēng)櫥中放置一段時(shí)間，待溶劑完全揮發(fā)后，于45℃干燥12 h。研磨粉碎，裝袋，-20℃貯存。

1.3.4 脫蛋白黑麥粉的制備 參考張慧等人的方法[11]。取100 g黑麥粉置于600 mL高腳燒杯中，加入 300 mL 的堿性蛋白酶（ 100 U/mL，pH 11），置于45℃水浴鍋中酶解40 min，期間使用置頂式攪拌器攪拌均勻。酶解完成后，用低速大容量離心機(jī)在4000 r/min離心10 min。再以相同的方法酶解沉淀物一次。沉淀物用去離子水反復(fù)洗滌直至溶液呈中性，離心，傾去上層溶液。將沉淀物鋪于平皿中，45℃干燥12 h。研磨粉碎，裝袋，-20℃貯存。

1.3.5 基本組成成分測(cè)定 水分含量測(cè)定：快速水分測(cè)定儀測(cè)定；粗蛋白質(zhì)含量測(cè)定：采用自動(dòng)定氮儀進(jìn)行測(cè)定；淀粉含量的測(cè)定：GB/T 5514—2008；粗脂肪含量的測(cè)定：采用索氏抽提法，具體操作參照 GB/T 5009.6—2003；直鏈淀粉含量的測(cè)定：直鏈淀粉試劑盒法。

1.3.6 黑麥粉糊化特性的測(cè)定 參照GB/T 24853—2010《小麥、黑麥及其粉類(lèi)和淀粉糊化特性測(cè)定快速粘度儀法》進(jìn)行糊化特性的測(cè)定。

1.3.7 微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)定 取適量顆粒，利用導(dǎo)電膠將其粘在樣品臺(tái)上，經(jīng)IB-5離子濺射儀鍍金后，使用SU1510型掃描電子顯微鏡（SEM）進(jìn)行拍照。

1.3.8 溶脹度和可溶指數(shù)的測(cè)定 參考Shi等人的方法[15]。用電子天平稱取0.1 g樣品于50 mL離心管中，準(zhǔn)確記錄樣品及離心管質(zhì)量。加入10 mL去離子水，漩渦震蕩混合均勻。將離心管分別置于60、70、80、90℃的振蕩水浴鍋中振蕩1 h。振蕩結(jié)束后，將離心管置于冰水中迅速冷卻至室溫。4000 g離心15 min，將上清液轉(zhuǎn)移至已恒重稱量的稱量皿中，105℃烘至恒重，記錄質(zhì)量。稱量并記錄離心管及沉淀物質(zhì)量。

1.3.9 體外淀粉消化法及估計(jì)血糖生成指數(shù) 參考Englyst、Wang等人的方法[16-17]。準(zhǔn)確稱量含600 mg淀粉的樣品于測(cè)試管中，加入10 mL去離子水，漩渦震蕩混合均勻。沸水浴加熱30 min，期間不斷震蕩試管以避免結(jié)塊。將測(cè)試管移入37℃振蕩水浴鍋中，每個(gè)試管均加入5個(gè)玻璃珠、10毫升醋酸鈉緩沖液（0.2 mol/L，pH 5.2），溫育 30 min。 加入新鮮制備的混合酶溶液5 mL，37℃水浴振蕩。在20、30、60、90、120、180 min 分別取 1 mL 水解液， 煮沸滅酶后，用還原糖測(cè)定儀測(cè)定其葡萄糖含量。參考Goni等的方法計(jì)算樣品的消化動(dòng)力學(xué)及估計(jì)血糖生成指數(shù)[18]。

1.3.10 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 所有數(shù)據(jù)均進(jìn)行了3次重復(fù)測(cè)定，采用SPSS19.0和 Origin 8.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質(zhì)黑麥、黑麥淀粉基本組成成分

樣品的基本化學(xué)組成如表1所示。黑麥經(jīng)脫脂處理后脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)由原料中的1.87%降至0.37%，脫脂率達(dá)80.21%，脫脂處理后蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)略有下降，淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高。經(jīng)脫蛋白質(zhì)處理后，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)由原料中的19.86%降至4.40%，蛋白質(zhì)去除率達(dá)77.84%，且經(jīng)脫蛋白質(zhì)處理后，脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)亦有下降。

表1 主要化學(xué)組成成分Table1 Chemical composition of samples

2.2 黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質(zhì)黑麥、黑麥淀粉的糊化特性

樣品的糊化特性如表2所示。經(jīng)不同處理后，樣品的糊化溫度、峰值黏度、谷值黏度、終值黏度、衰減值、回生值分別在 73.08～86.8℃，1831.5～6028 cp，1097～5007 cp，2393～7389.5 cp，557.5～1483 cp，1024.5～2382.5 cp之間。樣品之間的糊化特性差異顯著，說(shuō)明蛋白質(zhì)和脂肪對(duì)于樣品的糊化特性具有顯著影響。與黑麥粉相比，脫脂黑麥、脫蛋白質(zhì)黑麥、黑麥淀粉的糊化溫度均下降，峰值黏度、衰減值、回生值均上升，說(shuō)明脫脂黑麥、脫蛋白質(zhì)黑麥、黑麥淀粉比黑麥粉更容易糊化；與黑麥粉相比，脫脂黑麥、脫蛋白質(zhì)黑麥、黑麥淀粉的粘滯性增大，熱穩(wěn)定性降低，說(shuō)明脫脂黑麥、脫蛋白質(zhì)黑麥、黑麥淀粉比黑麥粉更容易老化。糊化溫度反映了淀粉糊化的難易程度，經(jīng)處理后糊化溫度下降可能是因?yàn)樘幚砗蟮牡矸垲w粒在加熱過(guò)程中更易膨脹和破裂。衰減值反映了淀粉糊的穩(wěn)定性，脫脂、脫蛋白、提淀粉處理使得淀粉顆粒結(jié)構(gòu)遭到破壞，因此穩(wěn)定性下降、衰減值增加。峰值黏度的增加與處理后淀粉膨潤(rùn)度的增加相一致?；厣翟酱?，淀粉越容易老化。Myles認(rèn)為終值黏度的增加可能是由直鏈淀粉聚集引起的，黑麥粉經(jīng)處理后，回生值和終值黏度均增加這意味著經(jīng)處理后樣品中的直鏈淀粉更容易聚集，與表1中測(cè)得的經(jīng)不同處理后樣品中直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加相一致[19]。Jane等認(rèn)為直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)及脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)均可以影響糊化特性[20]。在淀粉膨脹及糊化過(guò)程中，直鏈淀粉與脂肪形成復(fù)合物從而抑制淀粉的膨脹[21]。Han和Lim的研究顯示蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)也可以影響糊化特性[22-23]。蛋白質(zhì)通過(guò)結(jié)合更多的水來(lái)抑制淀粉吸水膨脹[24-25]。劉曉娟等認(rèn)為蛋白質(zhì)的含量越高，谷物顆粒結(jié)構(gòu)就越緊密，淀粉粒之間的縫隙也就越小，從而使得淀粉顆粒吸水速度減慢，吸水量減少[26]。脂肪和蛋白質(zhì)通過(guò)阻止淀粉顆粒的膨脹，使淀粉顆粒更加穩(wěn)定，從而影響糊化特性[27]。

表2 黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質(zhì)黑麥、黑麥淀粉的糊化特性Table2 Pasting properties of samples

2.3 黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質(zhì)黑麥、黑麥淀粉的溶解度及膨潤(rùn)度

黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質(zhì)黑麥、黑麥淀粉的溶解度及膨潤(rùn)度分別如圖1、圖2所示。脫脂、脫蛋白質(zhì)及提淀粉處理使得黑麥的溶解度及膨潤(rùn)度發(fā)生了變化。由圖1可以看出，60～80℃時(shí)脫脂黑麥的溶解度始終高于黑麥，90℃脫脂黑麥與黑麥的溶解度基本持平，說(shuō)明脂肪對(duì)水分進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部有阻礙作用。而脫蛋白黑麥和黑麥淀粉的溶解度始終低于黑麥。熊柳等的研究表明薏米溶解度始終高于薏米淀粉與本研究中黑麥的溶解度始終高于黑麥淀粉相一致[28]。熊柳認(rèn)為造成薏米與薏米淀粉溶解度差異的原因是薏米粉中含有大量的可溶性成分。圖1顯示，脫蛋白質(zhì)黑麥的溶解度也始終低于黑麥，因此，脫蛋白質(zhì)黑麥及黑麥淀粉溶解度的下降可能是因?yàn)槊摰鞍准疤岬矸圻^(guò)程中可溶性成分的損失造成的。

圖1 黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質(zhì)黑麥、黑麥淀粉的溶解度Fig.1 Swelling power and starch solubility of samples

圖 2 黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質(zhì)黑麥、黑麥淀粉的膨潤(rùn)度Fig.2 Starch solubility of samples

由圖2可以看出，脫脂黑麥、黑麥淀粉的膨潤(rùn)度始終高于黑麥，脫蛋白質(zhì)黑麥的膨潤(rùn)度與黑麥相差不大。膨潤(rùn)度反映了淀粉的水合能力，膨潤(rùn)度高，水合能力強(qiáng)。相關(guān)研究表明，膨潤(rùn)度主要是由直鏈淀粉-脂肪復(fù)合物及支鏈淀粉分子結(jié)構(gòu)決定的[29-33]。脫脂及提淀粉處理使得黑麥中的大部分脂肪被除去，脂肪-淀粉復(fù)合物結(jié)構(gòu)被破壞，膨潤(rùn)度上升。蛋白質(zhì)一般填充于淀粉顆粒之間或存在于淀粉表面，可以結(jié)合一定數(shù)量的水分子。脫蛋白質(zhì)后，一方面，蛋白質(zhì)固定的水相對(duì)分子質(zhì)量減少；另一方面，淀粉表面及縫隙中的蛋白質(zhì)被除去，水分更容易進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部，淀粉顆粒吸水膨脹。所以，脫蛋白質(zhì)黑麥與黑麥膨潤(rùn)度相差不大。

2.4 黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質(zhì)黑麥、黑麥淀粉的微觀結(jié)構(gòu)

黑麥粉、脫脂黑麥粉、脫蛋白質(zhì)黑麥粉、黑麥淀粉的微觀結(jié)構(gòu)如圖3所示。在黑麥粉中，淀粉顆粒相互粘連聚集，淀粉顆粒為卵圓形或不規(guī)則多邊形，顆粒表面附著雜質(zhì)，粗糙不平。脫脂黑麥粉中淀粉顆粒之間粘連聚集減少，顆粒相對(duì)分散。脫蛋白質(zhì)黑麥粉的淀粉顆粒表面較為光滑，顆粒之間仍存在粘連現(xiàn)象，淀粉顆粒形狀較為規(guī)則，多為橢圓形或圓形。黑麥淀粉顆粒表面光滑，為卵圓形或圓形，顆粒之間聚集較少，顆粒大小不均，有破損顆粒出現(xiàn)。

圖3 樣品顆粒表面掃描電鏡圖（×1000）Fig.3 Micrographs of samples

2.5 黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質(zhì)黑麥、黑麥淀粉的體外淀粉消化特性及血糖生成指數(shù)

黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質(zhì)黑麥、黑麥淀粉的體外淀粉消化特性如圖4所示。在消化初期，所有樣品均呈現(xiàn)較高的消化增長(zhǎng)率，在90 min以后，淀粉水解率趨于平緩。脫脂黑麥、脫蛋白質(zhì)黑麥、黑麥淀粉中快消化淀粉（RDS）的含量均高于黑麥。脫脂黑麥、脫蛋白質(zhì)黑麥、黑麥淀粉中抗性淀粉（RS）的含量均低于黑麥。4種樣品的估計(jì)血糖生成指數(shù)（eGI）從低到高依次為：黑麥（69.19）＜脫脂黑麥（76.77）＜脫蛋白質(zhì)黑麥（79.73）＜黑麥淀粉（81.08）。 脫脂肪、脫蛋白質(zhì)、提淀粉處理后，黑麥的估計(jì)血糖生成指數(shù)均顯著提高，說(shuō)明脂肪、蛋白質(zhì)對(duì)黑麥的消化具有顯著影響。附著在淀粉顆粒表面或填充于淀粉顆粒之間的蛋白質(zhì)和脂肪可以通過(guò)減少淀粉酶與淀粉顆粒的接觸來(lái)限制淀粉的水解速率[34-35]。脂肪與淀粉形成淀粉脂肪復(fù)合物，也可以影響淀粉的水解速率[36-37]。脂肪、蛋白質(zhì)脫除后，淀粉酶易于滲入淀粉顆粒內(nèi)部，淀粉水解率增大，估計(jì)血糖生成指數(shù)升高。

圖4 黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質(zhì)黑麥、黑麥淀粉的體外淀粉消化特性Fig.4 Starch hydrolysis kinetics of samples

脫脂肪、脫蛋白質(zhì)、提淀粉處理后，黑麥的淀粉水解速率增快，最大水解值增高。而且蛋白質(zhì)對(duì)淀粉消化的影響大于脂肪，這一結(jié)果與Ren等在小米中所得的結(jié)果一致，但與Annor等在kodo米中得到的結(jié)論不同[38-39]。Ren認(rèn)為造成這種差異的原因可能是因?yàn)椴煌现械矸叟c蛋白質(zhì)、脂肪之間的相互作用不同。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質(zhì)黑麥和黑麥淀粉的化學(xué)組成、微觀結(jié)構(gòu)、糊化特性、溶解度、膨潤(rùn)度及體外消化特性的測(cè)定，研究了脂肪和蛋白質(zhì)對(duì)黑麥理化特性及體外淀粉消化特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)：脫脂、脫蛋白質(zhì)、提淀粉處理使得黑麥的糊化溫度下降，峰值黏度、谷值黏度、終值黏度、衰減值、回生值變大；溶解度和膨潤(rùn)度發(fā)生變化；淀粉水解速率增加；蛋白質(zhì)對(duì)淀粉消化的影響大于脂肪。