三種山藥淀粉性質(zhì)的差異分析

朱贊江，汪瀟，褚浩，趙彩宏，向國紅，2，陳致印，敬媛蓉

(1.湖南人文科技學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，湖南 婁底 417000；2.婁底市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，湖南 婁底 417000；3.婁底市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖南 婁底 417000)

山藥，又名薯蕷、懷參、土薯，是薯蕷屬薯蕷科植物薯蕷(DioscoreaoppositeThunb.)的干燥塊莖[1].山藥原產(chǎn)于中國，在中國北部、中部和南部較暖的丘陵及淺山都有廣泛的種植[2].鐵棍山藥、白玉山藥都是中國典型山藥品種，青樹坪山藥作為湖南地方特色品種，產(chǎn)自“全國重點鎮(zhèn)”湖南雙峰青樹坪鎮(zhèn)，具有山藥界的“丑”山藥之名，青樹坪山藥外形毛多、疙瘩多、彎曲不整齊，但口感細膩，性粉，粉中帶糯，可媲美河南鐵棍山藥.山藥營養(yǎng)豐富，富含淀粉、維生素、微量元素、多糖、氨基酸、薯蕷皂甙、尿囊素等營養(yǎng)元素[3-7].中醫(yī)認(rèn)為，山藥具有益精氣、健脾胃、滋肺腎等功效[8].國內(nèi)外多項研究表明，山藥提取物具有良好的調(diào)節(jié)腸胃，抗氧化，延緩衰老，降血糖、血脂，免疫調(diào)節(jié)，抗腫瘤，抗突變等生理功能[9-11].

淀粉是薯蕷中最豐富的碳水化合物，山藥中淀粉一般占干基60%～85%左右[12]，其淀粉由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，但直鏈與支鏈淀粉含量的比率，因山藥品種、基因類型、生長環(huán)境的不同而有所差異[13].淀粉的組成不僅影響食用口感，而且對功效也影響顯著[12].目前有關(guān)鐵棍山藥淀粉的研究已有文獻報道，但青樹坪山藥淀粉的研究尚未見報道.因此，本研究將鐵棍山藥作為對照，將其淀粉與青樹坪山藥、白玉山藥淀粉作比較，測定直鏈淀粉與支鏈淀粉比率，分析淀粉透明度、膨潤力、穩(wěn)定性等性質(zhì)，旨為當(dāng)?shù)厣剿幍木罴庸ぬ峁┘夹g(shù)支撐.

1 材料與儀器

1.1 試驗材料

青樹坪山藥、鐵棍山藥、白玉山藥來自青樹坪山藥種植基地鮮樣(河南焦作品種)；支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)品，Sigma公司；直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)品，Sigma公司；碘化鉀(KI)，廣東化學(xué)試劑工程技術(shù)研究開發(fā)中心；氫氧化鈉(NaOH)，湖南匯虹試劑有限公司；氫氧化鉀(KOH)，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；碘(I2)，湖南匯虹試劑有限公司；鹽酸(HCl)，邵陽市方華化工有限公司化學(xué)試劑廠.

1.2 試驗儀器

101型電熱鼓風(fēng)干燥箱，北京中興偉業(yè)儀器有限公司；TDL-5C低速大容量離心機，上海安亭科技儀器廠；雷磁phs-3E pH計，儀電科學(xué)儀器；FA2004分析天平，上海良平儀器儀表有限公司；HH-8數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；7230G可見分光光度計，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；索氏提取器加熱抽提CY-SXT-02脂肪測定儀，杭州川一實驗儀器有限公司.

2 試驗方法

2.1 3種山藥栽培管理方式

3種山藥均是在青樹坪山藥種植基地露天栽培，籬架種植，各50株，株距0.3 m，行距0.5 m，混合種植，分品種標(biāo)識，統(tǒng)一肥水管理，統(tǒng)一采樣.因此，本研究結(jié)果的差異可以排除栽培管理及其他因素的影響.

2.2 淀粉含量的測定

2.2.1 淀粉標(biāo)準(zhǔn)液的制備 稱取直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)品0.1000 g，置于100 mL容量瓶中，加入0.5 mol/L KOH 10 mL，在85℃恒溫水浴鍋中進行溶解，邊溶解邊攪拌15 min，后冷卻至室溫，加去離子水定容至100 mL，即為1 mg/mL直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)溶液.支鏈淀粉的標(biāo)準(zhǔn)溶液制備同上，現(xiàn)配現(xiàn)用.

2.2.2 直鏈淀粉與支鏈淀粉檢測波長的測定 吸取10.0 mL支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)液和5.0 mL直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)液，分別置于100 mL的燒杯中，加入去離子水25 mL，用0.1 mol/L HCl溶液調(diào)pH到3.0，再分別加入0.5 mL碘試劑，用50 mL容量瓶定容[14].室溫下靜置30 min后，用去離子水作為空白對照，在分光光度計400～800 nm波段光譜掃描，分別獲得支鏈淀粉和直鏈淀粉的吸收光譜圖，根據(jù)等吸收點作圖，確定直鏈淀粉的測定波長(λ1)、參比波長(λ3)和支鏈淀粉的測定波長(λ2)、參比波長(λ4).

2.2.3 雙波長淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作 在400～800 nm之間進行掃描，得到直鏈淀粉與支鏈淀粉的掃描曲線，確定了直鏈淀粉的測定波長(λ1)為618 nm，參比波長(λ3)為437 nm；支鏈淀粉的測定波長(λ2)為775 nm，參比波長(λ4)為540 nm.

圖1 直鏈淀粉與支鏈淀粉掃描曲線Figure 1 Scanning curve of amylose and amylopection

分別稱取直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)品0、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、1.8 mg，置于7個50 mL容量瓶中，加入25 mL去離子水，用0.1 mol/L HCl溶液調(diào)pH至3.5，加入碘試劑0.5 mL，再用去離子水定容.室溫下靜置25 min，以去離子水為空白，用1 cm比色杯在λ1、λ3這兩個波長下分別測定Aλ1、Aλ3，得ΔA直=Aλ3-Aλ1，得到的ΔA直為縱坐標(biāo)，以直鏈淀粉的含量(mg)為橫坐標(biāo)，得雙波長直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖2).

分別稱取支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)品0、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、5.0 mg，置于7只50 mL容量瓶中，加入25 mL去離子水，用0.1 mol/L HCl溶液調(diào)pH至3.5，加入碘試劑0.5 mL，再用去離子水定容.室溫下靜置25 min，以去離子水為空白對照，用1 cm比色杯在λ2、λ4這兩波長下分別測定其Aλ2、Aλ4，即得ΔA支=Aλ2-Aλ4.以ΔA支為縱坐標(biāo)，以支鏈淀粉的含量(mg)為橫坐標(biāo)，得雙波長支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖3).

圖2 直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線Figure 2 Standard curve of amylose

圖3 支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線Figure 3 Standard curve of amylopectin

2.2.4 山藥中脂肪的測定 利用索氏脂肪抽提器，加入石油醚80 mL，加熱回流脫脂4 h，再將樣品放入鼓風(fēng)干燥箱中干燥至恒質(zhì)量，平行3次，測得粗脂肪的含量.

2.2.5 山藥淀粉含量的測定 稱取0.100 g脫脂后的樣品，加入10 mL 1 mol/L的KOH溶液，在80 ℃恒溫水浴鍋中進行溶解，邊溶解邊攪拌15 min，室溫下用50 mL容量瓶定容，靜置30 min后過濾，所有待測樣品液取濾液3 mL，加入30 mL去離子水，用0.1 mol/L HCl溶液調(diào)pH至3.0，再加入0.5 mL碘試劑，待測液與空白液均用去離子水定容至50 mL.室溫下靜置30 min，以去離子水為空白對照，測定待測樣品的吸收光值，根據(jù)前面的支鏈淀粉與直鏈淀粉的雙波長標(biāo)準(zhǔn)曲線計算出樣品中待測樣品中的直鏈淀粉和支鏈淀粉含量[15]，二者之和即為烘干樣品中總淀粉含量.支鏈淀粉與直鏈淀粉計算公式如下：

目前不少軍工科研單位固定資產(chǎn)投資項目計劃制定不科學(xué)、不合理，建設(shè)周期呈現(xiàn)前松后緊的狀況，導(dǎo)致批復(fù)周期內(nèi)無法完成項目建設(shè)，項目周期一拖再拖，影響科研任務(wù)的開展。另一方面，項目的經(jīng)費預(yù)算計劃隨意申報，導(dǎo)致項目執(zhí)行力差。許多單位為了保證項目的執(zhí)行率，出現(xiàn)年底突擊花錢的現(xiàn)象，大大地增加了項目的投資風(fēng)險，存在著重大隱患。

直鏈淀粉(%)=X直×50×50×10/3×M×1000×(1-P1)×100

(1)

支鏈淀粉(%)=X支×50×50×10/3×M×1000×(1-P1)×100

(2)

總淀粉(%)=支鏈淀粉(%)+直鏈淀粉(%)

(3)

式中，X直為查雙波長直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線得樣品液中直鏈淀粉含量(mg)；X支為查雙波長支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線得樣品液中支鏈淀粉含量(mg)；M為烘干樣品質(zhì)量(此式中M=1)；P1為樣品中粗脂肪含量.

2.3 山藥淀粉的性質(zhì)測定

2.3.1 山藥淀粉的制備 對新鮮待測山藥進行清洗，去皮，切片，放入榨汁機，并加入去離子水，以水與料液的比例為6∶1進行粉碎，靜置5 min，再進行一次粉碎處理，倒入容器內(nèi).用0.1 mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至11.5，在50 ℃的恒溫條件下，邊加熱邊攪拌90 min，靜置6 h，分層.倒去上清液，得到山藥漿，對山藥漿進行3次洗滌，每次用紗布進行過濾，再用0.1 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)pH至11.5，靜置12 h，將上層清液以及下層淀粉上的有色物質(zhì)一并去除，得到的山藥淀粉漿液用3 000 r/min離心20 min，用電熱鼓風(fēng)干燥箱50 ℃的條件下干燥12 h，用研缽研碎，過100目篩得到山藥淀粉成品.

2.3.2 透明度的測定 根據(jù)李鑫等[16]的方法，準(zhǔn)確稱取1.00 g的烘干至恒質(zhì)量的山藥淀粉樣品，加入去離子水至100 g，配成1%的山藥淀粉乳液，在沸水浴中加熱30 min糊化，邊加熱邊攪拌，完全糊化后，冷卻至室溫.以去離子水為空白對照，用紫外分光光度計在620 nm的波長下測定山藥淀粉樣品的透光率，平行測定3次，取平均值.

2.3.3 凝沉性的測定 準(zhǔn)確稱取1.00 g烘干至恒質(zhì)量的山藥淀粉樣品，加入去離子水至100 g，配成1%的山藥淀粉乳液，沸水浴加熱糊化20 min，室溫下冷卻，在 25 mL的具塞帶刻度的試管內(nèi)加入20 mL冷卻的淀粉樣品糊液，搖勻后靜置，每30 min記錄上清液的體積(mL)、沉淀體積(mL)及其沉淀現(xiàn)象，平行測定3次，取平均值[17].

溶解度(%)=(T1/T)×100

(5)

膨潤力(%)=T2×100/T×(100-Y)

(6)

式中：T為山藥淀粉樣品的質(zhì)量，g；T1為上清液中溶解的山藥淀粉質(zhì)量，g；T2為下層沉淀的質(zhì)量，g；Y為山藥淀粉樣品的溶解度，%.

2.3.5 凍融穩(wěn)定性的測定 稱取4.0 g干燥至恒質(zhì)量的山藥淀粉樣品，置于燒杯中，加入去離子水至100 g，得4%山藥淀粉乳液，沸水浴30 min，并不斷攪拌，冷卻至室溫，放入離心管內(nèi)在-15 ℃的條件下冷凍24 h，25 ℃條件下解凍2 h，再重復(fù)上述操作一次后，在3 000 r/min下離心30 min，倒掉上清液，準(zhǔn)確稱取下層沉淀的質(zhì)量T1，按照公式(7)計算析水率[19].平行測定3次，取平均值.

析水率(%)=(T-T1)/T×100

(7)

式中：T為山藥淀粉糊的質(zhì)量，g；T1為沉淀物質(zhì)的質(zhì)量，g.

2.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用GraphPad 8.0分析作圖和T檢驗.

3 結(jié)果與分析

3.1 3種山藥直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉含量

總淀粉由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，直鏈淀粉和支鏈淀粉比例的差異，與山藥粉脆口感直接相關(guān)[20].從圖4可知，青樹坪山藥的總淀粉含量明顯高于鐵棍山藥和白玉山藥，且支鏈淀粉的含量大約是直鏈淀粉含量的2倍，達到47.49%.白玉山藥總淀粉含量低于青樹坪山藥，但高于鐵棍山藥，支鏈淀粉和直鏈淀粉的含量相當(dāng).鐵棍山藥的總淀粉含量最低，且支鏈淀粉的含量比直鏈淀粉的含量少5%左右.由T檢驗可知，3種山藥的支鏈淀粉和總淀粉的含量之間均有極顯著差異(P<0.01).

圖4 3種山藥淀粉含量Figure 4 Three kinds of yam starch content

3.2 3種山藥脂肪含量的比較

由圖5可知，3種山藥的脂肪含量都較低，均不到0.1%，但三者差別很大.相比較而言，鐵棍山藥的脂肪含量略高于青樹坪山藥，是白玉山藥脂肪含量的2倍有余.青樹坪山藥的脂肪含量與鐵棍山藥的脂肪含量存在顯著差異(P<0.05)，鐵棍山藥與白玉山藥，青樹坪山藥與白玉山藥的脂肪含量存在顯著差異(P<0.05).脂肪含量會影響直鏈和支鏈淀粉含量的計算，其顯著的差異也可能是導(dǎo)致直鏈和支鏈淀粉含量差異的影響因素之一.

圖5 3種山藥的脂肪含量Figure 5 Fat content of three kinds of yam

3.3 3種山藥淀粉透明度的比較

淀粉的透明度受直鏈淀粉與支鏈淀粉含量的影響，在淀粉加熱糊化的過程中，由于淀粉的分散性不穩(wěn)定，容易導(dǎo)致淀粉老化，從而使光線不能透過[21].如圖6可知，鐵棍山藥淀粉的透明度明顯低于青樹坪山藥和白玉山藥，表明鐵棍山藥的淀粉分散不穩(wěn)定，較易糊化，從而使光反射.同時，由T檢驗可知，青樹坪山藥與白玉山藥，鐵棍山藥與白玉山藥，青樹坪山藥與鐵棍山藥淀粉的透明度之間均存在極顯著差異(P<0.01)，故利用淀粉透明度制作產(chǎn)品時，3種山藥淀粉的適制性有明顯的區(qū)別.

圖6 3種山藥淀粉的透明度Figure 6 The transparency of three kinds of yam starch

3.4 3種山藥淀粉凝沉性的比較

凝沉性主要是淀粉分子之間發(fā)生重新排列的一個過程，凝沉性的強弱主要由沉淀時間決定，預(yù)先達到穩(wěn)定狀態(tài)，則凝沉性較佳.凝成作用的強弱與淀粉的品種與類型、直鏈淀粉與支鏈淀粉的含量比例有密切關(guān)系[22].由圖7可知，3種山藥淀粉的沉淀體積隨著時間的延長,都呈現(xiàn)下降趨勢，尤其在120 min之內(nèi)，下降趨勢非常明顯，而后相對趨于穩(wěn)定.然而，在相同時間里，3種山藥淀粉糊液的凝沉性變化存在較大的差異，鐵棍山藥的沉淀體積下降速度最快，在90 min之內(nèi)，由最初的20 mL下降至2.5 mL，而后達到穩(wěn)定，而白玉山藥和青樹坪山藥沉降體積穩(wěn)定時間相對較長.說明了形成凝膠能力強弱依次是鐵棍山藥>青樹坪山藥>白玉山藥，凝膠能力的強弱也反應(yīng)了淀粉的一個回生作用，白玉山藥淀粉不容易發(fā)生回生，而鐵棍山藥易發(fā)生回生現(xiàn)象.

圖7 3種山藥淀粉的凝沉性Figure 7 The congeability of three kinds of yam starch

3.5 3種山藥淀粉溶解度和膨潤力的比較

淀粉的溶解度和膨潤力可以反映淀粉的吸水能力，它與受直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例等因素有關(guān).從圖8～9可知，3種山藥淀粉的溶解度相對較低，最高值都未達到20%，但3種山藥淀粉在不同的溫度下差異較大.3種山藥淀粉的膨潤力最低值在40%左右，最高值將近80%，且隨溫度的變化相對較小.具體而言，當(dāng)溫度在50～90 ℃時，青樹坪山藥和鐵棍山藥溶解度隨溫度變化相對較小，而白玉山藥淀粉溶解度變化較大，且除50 ℃時，白玉山藥與鐵棍山藥的淀粉溶解度存在極顯著差異(P<0.01)，和90 ℃時青樹坪山藥與鐵棍山藥淀粉差異不顯著外，其余溫度，青樹坪山藥與鐵棍山藥，青樹坪山藥與白玉山藥，鐵棍山藥與白玉山藥淀粉兩兩之間都存在極顯著差異(P<0.01).在70 ℃時，白玉山藥淀粉的溶解度最強，接近20%.青樹坪山藥淀粉的膨潤力隨溫度變化不大，當(dāng)溫度在50～70 ℃時，隨著溫度的升高，白玉山藥和鐵棍山藥淀粉的膨潤力都在逐步上升，而后隨著溫度的升高，變化漸小，在50～60 ℃，青樹坪山藥與白玉山藥，青樹坪山藥與鐵棍山藥兩兩之間的淀粉膨潤力存在顯著差異，隨著溫度的升高，其差異性逐漸縮小.

圖8 3種山藥淀粉的膨潤力Figure 8 The swelling power of three kinds of yam starch

圖9 3種山藥淀粉的溶解度Figure 9 The dissolution of three kinds of yam starch

3.8 3種山藥淀粉凍融穩(wěn)定性的比較

析水的多少直接反應(yīng)淀粉凍融穩(wěn)定性，直鏈淀粉容易老化，不能較好的鎖住水分，使得凍融性較差，3種山藥凍融穩(wěn)定性見圖10.由析水率反映出3種山藥淀粉的凍融穩(wěn)定性依次為白玉山藥>青樹坪山藥>鐵棍山藥，白玉山藥淀粉相對于其他兩種山藥淀粉更適合做冷凍食品；另外鐵棍山藥直鏈淀粉含量位于中間位置.由方差分析可知，青樹坪山藥與鐵棍山藥，青樹坪山藥與白玉山藥淀粉的凍融穩(wěn)定性都存在極顯著差異(P<0.01).

圖10 3種山藥淀粉的析水率Figure 10 Water separation rate of three kinds of yam starch

4 討論

淀粉作為食品工業(yè)重要的原料，一直是淀粉科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點和難點[23].淀粉的性質(zhì)差異會導(dǎo)致產(chǎn)品的品質(zhì)差異，淀粉的性質(zhì)與淀粉來源、淀粉所處的環(huán)境密切相關(guān).山藥是藥食同源的作物.它作為鮮材燉湯時，青樹坪山藥湯較濃稠，質(zhì)地粉糯，而鐵棍山藥湯汁較為清澈，質(zhì)地脆性較好，這可能與兩者總淀粉含量和支鏈淀粉含量差別較大有關(guān).作為鮮材炒制時，青樹坪山藥較易黏連，故而炒之前一般需經(jīng)水洗，減少黏連的程度，而鐵棍山藥和白玉山藥黏稠程度較低，這可能是由于淀粉受熱影響，發(fā)生糊化現(xiàn)象所致，也可能是因兩者黏多糖含量的差異有關(guān).

本研究認(rèn)為，青樹坪山藥總淀粉和支鏈淀粉含量高，淀粉的透明度好，但是膨潤力不佳，適宜用于淀粉膜的加工[24]，也可用于提高淀粉皮的亮度和透明性，或作為品質(zhì)改良劑用于面包和糕點加工，制作果醬、沙司、肉汁等食品[25].鐵棍山藥的淀粉凝成性好，淀粉易回生，易老化，透明度和凍融穩(wěn)定性差，適宜作食品增稠劑和穩(wěn)定劑[26].白玉山藥淀粉具有較好的溶解度，膨潤力較大，凍融穩(wěn)定性好，凝成性差，不易回生，適宜做冷凍食品，色拉調(diào)味汁的增稠劑、交聯(lián)淀粉[27]及淀粉膠黏劑等[28].

5 結(jié)論

用雙波長比色法測定了青樹坪山藥、鐵棍山藥、白玉山藥的直鏈淀粉、支鏈淀粉及總淀粉含量，測定得出，3種山藥淀粉的透明度、凝沉性、溶解度、膨潤力、凍融穩(wěn)定性等存在明顯差異.青樹坪山藥支鏈淀粉的含量遠遠高于鐵棍山藥和白玉山藥，而3種山藥的直鏈淀粉相差不大，故青樹坪山藥總淀粉含量較高.3種山藥透明度的高低為青樹坪山藥>白玉山藥>鐵棍山藥；鐵棍山藥的凝沉性高于青樹坪山藥和白玉山藥；3種山藥淀粉的溶解度和膨潤力隨著溫度的變化差異較大；白玉山藥淀粉的凍融穩(wěn)定性好于青樹坪山藥和鐵棍山藥.