糯稻種質(zhì)胚乳淀粉組分含量及其消化特性

陳雙琴，顧 雪，黃菊媛，李丹丹，李 娟，馬楊永杰，普世皇，李繼章，楊國明，文建成,*

（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)稻作研究所，云南 昆明 650500；2.臨滄市種子管理站，云南 臨滄 677000）

基于淀粉的消化速率，淀粉可分為快消化淀粉（rapidly digestible starch，RDS）、慢消化淀粉（slowly digestible starch，SDS）和抗性淀粉（resistant starch，RS）[1]。稻米淀粉組分含量差異與消化速率存在相關(guān)性，即食用RDS含量高的食物，餐后血糖升高較快，而SDS和RS含量高的食物則正好相反[2]。淀粉消化速率及餐后血糖反應(yīng)受多方面因素的影響，如淀粉物理結(jié)構(gòu)[3]、化學(xué)組成成分[4]、脂質(zhì)復(fù)合物[5]等。要明確淀粉消化速率以及其對餐后血糖反應(yīng)的影響，最可靠的方法是測定人體餐后血糖值。由于體內(nèi)消化實驗需要耗費大量的人力和財力，因此，通常采用體外酶消化法模擬人體胃腸道環(huán)境測定食物中淀粉的消化速率，進(jìn)而預(yù)測該食物的預(yù)測血糖指數(shù)（expected glycemic index，eGI）[6-8]。根據(jù)GI值的大小可將食物分為3 個不同類別，即低GI食物（GI≤55）、中GI食物（GI＝56～69）、高GI食物（GI≥70）[9]。低GI食物消化緩慢，持續(xù)緩慢地釋放能量，有助于人體健康[10-12]。

稻米是人類重要的能量來源，分為糯稻和黏稻。糯稻淀粉組成以支鏈淀粉為主，直鏈淀粉含量（amylose content，AC）極低，其米飯口感軟糯，深受部分人群偏愛，如云南一些傣族可以一日三餐食用而不厭。也有部分人群不接受糯稻，是因為食用后具有很強(qiáng)的飽腹感，難以消化[13]。然而，許多研究卻發(fā)現(xiàn)食用糯稻餐后消化快、血糖反應(yīng)快[14]，是高GI食物[15-16]，不適合糖尿病患者食用[17]。因此在糯稻食用上，存在消化快、升糖快，或者消化慢、飽腹感強(qiáng)的兩種極端反應(yīng)，對此問題的研究還鮮有報道。對此，本研究分析了65 個糯稻品種（系）胚乳淀粉組分含量差異，并采用體外酶消化法測定了這些糯稻米飯的消化速率、預(yù)測了eGI值，探討糯稻品種（系）胚乳淀粉組分含量差異對消化速率和血糖反應(yīng)的影響。研究結(jié)果可為代謝疾病患者以及糯性食物食用者提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試材料共70 個水稻品種（系），其中65 個糯稻包括地方品種19 個和改良品種（系）46 個，對照品種為5 個非糯稻（黏稻）。所有材料均由云南農(nóng)業(yè)大學(xué)稻作研究所提供。

胰酶（P1750-100G，12450 U）、α-淀粉酶（10080-25G，50 U/mg）、胃蛋白酶（P6887-10G，≥3200 U/mg）美國Sigma-Aldrich 公司；淀粉轉(zhuǎn)葡萄糖苷酶（3300 U/mL）、葡萄糖含量試劑盒（GOPOD氧化酶法）愛爾蘭Megazyme公司。

1.2 儀器與設(shè)備

SXJMJ-168精米機(jī) 臺州市華昌糧油機(jī)械有限公司；LG-02高速粉碎萬能機(jī) 紅光工貿(mào)有限公司；SHZ-B恒溫水浴振蕩鍋 上海博訊實業(yè)有限公司；P901酸度計測定儀 上海佑科儀器儀表有限公司。

1.3 方法

1.3.1 實驗種植

于2021年種植在云南省元陽縣水稻育種基地（海拔300 m，年均溫度23.0 ℃），1月下旬播種，3月上旬移栽，按順序排列種植，株行距15 cm×25 cm，兩次重復(fù)，小區(qū)面積4.5 m2。6月成熟，按小區(qū)收獲稻谷，自然晾干，剔除癟谷和雜質(zhì)。試驗種植在同一塊田，水肥管理與當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)一致。

1.3.2 樣品制備

將收獲的稻谷自然晾干，稻谷水分為14%，用精米機(jī)碾出精米，用LG-02高速粉碎萬能機(jī)制粉，過100 目篩放于密封袋保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.3 稻米AC測定

依據(jù)GB/T 15683—2008《大米直鏈淀粉含量的測定》分析稻米AC。

1.3.4 胚乳淀粉組分測定

按Englyst等[1]的酶消化法進(jìn)行，測定各樣品中總淀粉（total starch，TS）、RDS、SDS和RS的相對含量。計算公式如下：

式中：M20為水解20 min內(nèi)產(chǎn)生的葡萄糖量/mg；MFG為未水解時淀粉中的游離葡萄糖量/mg；M120為水解20～120 min內(nèi)產(chǎn)生的葡萄糖量/mg；MTS為樣品中TS質(zhì)量/mg；0.9為葡萄糖換算成淀粉的系數(shù)。

1.3.5 eGI測定

稱取1 g精米樣品，按米水質(zhì)量比1∶1.3，置于常壓蒸鍋中蒸30 min，每樣品3 次重復(fù)。將蒸好的鮮熱米飯咀嚼15 次，吐至預(yù)先加6 mL磷酸鉀緩沖液（pH 1.5）和100 μL胃蛋白酶溶液的小燒杯中，用5 mL磷酸鉀緩沖液（pH 6.9）漱口，漱完后將其吐至上述小燒杯中，調(diào)pH值為1.5，置于37 ℃水浴恒溫振蕩器中孵育30 min（轉(zhuǎn)速120 r/min）。孵育完后再調(diào)pH值為6.9，加1 mL胰α-淀粉酶溶液，再放于37 ℃水浴恒溫振蕩器中孵育（轉(zhuǎn)速120 r/min），分別在水解30、60、90、120、150、180 min時，取樣測定不同水解時間的葡萄糖含量，進(jìn)一步計算淀粉的消化率（已消化淀粉含量占TS含量的比例）。參照Akerberg[18]和Lau等[19]的方法計算eGI。按以下公式計算：

式中：C標(biāo)準(zhǔn)為葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品的質(zhì)量濃度（0.5 mg/mL）；V1為加入樣本體積（0.04 mL）；ΔA葡萄糖＝A測定-A對照；W為樣本質(zhì)量/g；D為稀釋倍數(shù)；HI為水解指數(shù)/%，指被測食物體外水解曲線下面積與等量標(biāo)準(zhǔn)食物（白面包）體外水解曲線下面積之比。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

在軟件Excel上完成平均值計算，在past軟件上完成分布圖和相關(guān)性分析，在DPS軟件上完成方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 糯稻品種胚乳淀粉組分含量分析

通過對65 個糯稻品種（系）分析，結(jié)果表明不同基因型糯稻胚乳淀粉組分含量差異很大（圖1和表1）。糯稻品種AC變幅為0.72%～1.79%，平均為1.12%，與他人的研究報道相似AC＜3.0%[20-21]。TS含量變幅為70.63%～76.72%，平均為73.23%，低于黏稻平均含量75.27%，差異達(dá)極顯著水平（P＝0.0098＜0.01）。有報道稻米TS含量為68.1%～85.3%，其中糯稻的含量高于黏稻[22]。RDS含量平均為44.77%，高于黏稻的含量43.96%，差異沒有達(dá)到顯著水平。糯稻RDS變幅為40.51%～52.37%，含量最高的3 個品種是滇秈糯17（52.37%）、意大利糯（49.31%）和天星糯2 號（49.05%）；含量最低的3 個品種是早熟糯（40.51%）、滇谷2036（41.16%）和滇谷2047（41.16%）。SDS含量平均為26.67%，與黏稻（26.94%）沒有差異。糯稻SDS變幅為19.92%～32.47%，含量最高的3 個品種都高于30%，分別是版納糯（32.47%）、早熟糯（31.75%）和景泰糯（31.25%）；含量最低的3 個品種是滇秈糯17（19.92%）、上允大白糯（21.92%）和云南黑糯（22.72%）。糯稻RS含量變幅為0.17%～3.79%，平均為1.79%，明顯低于黏稻的平均含量3.68%。

表1 糯稻品種胚乳淀粉組分含量的平均值Table 1 Average values of starch components in endosperm of glutinous rice varieties

圖1 糯稻品種胚乳淀粉組分含量的分布圖Fig.1 Distribution of endosperm starch components in glutinous rice varieties

上述結(jié)果與他人的結(jié)論一致，糯稻淀粉組分含量分析TS為78.05%、RDS為43.28%、SDS為27.85%[23]，不同產(chǎn)地糯米淀粉的TS為82%～87%、RDS為51.89%～58.02%、SDS為15.65%～20.79%[24]，糯稻RS低于非糯稻，RDS高于非糯稻[25]。研究結(jié)果表明，RDS、SDS和RS會影響淀粉的水解率和葡萄糖的釋放，從而影響GI[26]。RDS可在小腸中快速消化吸收，從而瞬間升高血糖，因此糯稻不適合糖尿病患者，因其含有較多的RDS[27]；SDS可維持適度穩(wěn)定的血糖水平，減少饑餓感，而RS可抑制葡萄糖的釋放，從而最小化血糖反應(yīng)，有助于預(yù)防高血糖[28-29]，SDS和RS能降低許多常見慢性疾病的風(fēng)險[30]。

2.2 糯稻品種胚乳淀粉消化特性

2.2.1 糯稻品種淀粉的eGI

通過體外消化分析，測定了65 個糯稻品種胚乳淀粉的eGI，結(jié)果表明品種間的差異很大（圖2）。這些糯稻品種的eGI平均值為72.9，最高的品種是版納糯18（79.1），最低的品種是德恢2290（67.1）。其中，有54 個糯稻品種的eGI值高于黏稻品種，占總糯稻品種數(shù)的83.7%。有報道，秈糯的GI值為77.93～79.23[24]，糯米飯的GI值為87.0[31]，秈糯米飯的GI值為84.47[32]，國際血糖表中糯米GI為88±11[33]。不同研究顯示糯稻的GI值有差異，這些差異可能是由于品種基因型、所用分析方法、品種來源等條件不同所致。當(dāng)然，從不同研究報道來看，糯稻淀粉的GI值都普遍高于黏稻，如黏稻淀粉GI為61.73～69.17[26,34]，在高AC品種中稻201的GI較低為60～63[35]。

圖2 65 個糯稻和5 個黏稻品種的eGI分布圖Fig.2 Distribution of expected glycemic index in 65 glutinous and five sticky rice varieties

2.2.2 糯稻胚乳淀粉消化率分析

從糯稻的消化率（已水解淀粉占TS的比例）看，有52 個糯稻品種的eGI值均高于70，屬于高GI品種，有13 個的eGI值在55～70之間，屬于中GI品種（表2）。高糖品種的eGI平均值為73.9，明顯高于中糖品種和黏稻品種（均為68.8），高了7.4%。在餐后30～180 min期間的6 個檢測時間點，高糖組糯稻的淀粉消化率高于黏稻組，其淀粉消化率平均增加了9.3%，其中在第30分鐘含量增加最多（16.2%），90 min含量增加最少（4.3%）；中糖組糯稻在第30、120、150分鐘和第180分鐘的消化率都高于黏稻，而在第60分鐘和第90分鐘的消化率卻低于黏稻。大部分糯稻品種的eGI高于黏稻，說明這部分糯稻的升血糖能力比黏稻強(qiáng)，這類糯稻的餐后血糖波動大，對于糖尿病患者、超重者或者是需要控制血糖的人來說都是不利的，例如版納糯18（79.09）、紅糯（78.81）和早熟糯（78.57）等。也發(fā)現(xiàn)少數(shù)糯稻品種的eGI值較低，比黏稻的還低，如德恢2290（67.13）、黑糯（67.18）和善巴東421（68.01），這對于喜歡糯食者，既享受了糯稻軟糯的口感，血糖反應(yīng)還較低。

表2 糯米飯的體外消化率及eGI分析Table 2 In vitro digestibility and eGI analysis of glutinous rice

2.2.3 糯米飯體外消化糖含量動態(tài)變化

從糯米飯體外消化糖含量（不同消化時間產(chǎn)生的葡萄糖含量）的動態(tài)變化看，糯稻消化釋放糖快，且持續(xù)時間長。從滇谷2036（糯稻）和滇屯506（黏稻）的消化糖含量動態(tài)變化可知（圖3）。在餐后30 min，滇谷2036和滇屯506的消化糖含量激劇增加，但滇谷2036的消化糖含量和消化率均大于滇屯506，此時滇谷2036、滇屯506的消化糖含量和消化率在數(shù)值相同（32.52 mg/g和32.52%；27.56 mg/g和27.56%）。之后消化糖含量均持續(xù)下降，在第60分鐘滇谷2036的消化糖含量（11.23%）低于滇屯506（14.04%），但滇谷2036（43.76%）的消化率還是大于滇屯506（41.60%）。在第90分鐘二者的消化糖含量相當(dāng)，分別為5.10%和4.81%，滇谷2036和滇屯506的消化率分別為48.86%和46.40%。在90～180 min期間，滇谷2036消化糖含量是持續(xù)略有增加的變化趨勢，滇屯506是持續(xù)減少的變化趨勢。在第180分鐘，滇谷2036的消化糖含量（11.61%）大于滇屯506（3.44%），滇谷2036（75.39%）的消化率也遠(yuǎn)大于滇屯506（58.62%）。與滇屯506相比，滇谷2036在餐后30 min內(nèi)能快速釋放大量糖，釋糖速率高致使血糖反應(yīng)快，同時在90～180 min還能檢測到持續(xù)的糖釋放，讓人感覺耐餓和飽腹感。

圖3 稻米胚乳淀粉體外消化糖含量動態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes in sugar content of rice endosperm starch during in vitro digestion

有研究報道稱稻米在餐后30 min時消化率高，之后隨著時間的延長消化率降低，而糯稻的消化率高于黏稻[36]，在180 min內(nèi)的每個時間點都高于黏稻[37-38]。當(dāng)然，也有報道稱與食用白米或普通糙米相比，每天吃兩次糯糙米米飯持續(xù)8 周，會改善II型糖尿病患者的血糖水平，是由于減少了餐后血糖漂移[39]。體外消化也發(fā)現(xiàn)糯稻支鏈淀粉含量高較難被淀粉酶水解[40]。事實上，淀粉結(jié)構(gòu)特征、蛋白質(zhì)以及脂質(zhì)對淀粉的束縛、酚類物質(zhì)含量等因素均可能影響淀粉的消化率[41-42]，影響糯稻消化特性和升糖能力的因素和機(jī)制比較復(fù)雜，受多方面因素的影響。

2.3 糯稻胚乳淀粉組分與產(chǎn)糖量的相關(guān)性

相關(guān)性分析結(jié)果表明，糯稻胚乳淀粉組分與不同消化時間產(chǎn)生的葡萄糖含量、eGI之間存在相關(guān)性（表3）。TS含量與在6 個檢測時間的葡萄糖含量、eGI之間沒有顯著相關(guān)性，但與eGI的相關(guān)性最大為0.658，顯示TS含量高則產(chǎn)生的糖多。這結(jié)果與他人的結(jié)論一致[34]。RDS含量與180、90 min和30 min的產(chǎn)糖量正相關(guān)，前兩項達(dá)到顯著水平。在消化過程中，最先被消化酶分解產(chǎn)生葡萄糖的是RDS，所以糯稻RDS含量高，在前30 min產(chǎn)生的葡萄糖含量多[22]。SDS含量與30 min和180 min生成的葡糖含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，這說明SDS含量高，釋放糖緩慢而持續(xù)。RS含量與150 min生成的葡糖糖含量呈顯著負(fù)相關(guān)。AC與eGI值呈顯著負(fù)相關(guān)。許多研究結(jié)果也顯示，eGI值與RDS含量呈極顯著正相關(guān)性，與SDS含量、RS含量和AC都呈極顯著負(fù)相關(guān)[20,43-44]。還有報道，AC與RDS含量呈負(fù)相關(guān)，與RS含量呈正相關(guān)[45]，所以認(rèn)為AC高是淀粉消化緩慢的重要因素[46]。

表3 糯稻胚乳淀粉組分含量與產(chǎn)糖量的相關(guān)性Table 3 Correlation of starch components with glucose contents at different digestion times and eGI in glutinous rice varieties

3 結(jié)論

對65 個糯稻種質(zhì)胚乳淀粉分析，結(jié)果表明這些品種淀粉各組分含量差異大，AC為0.72%～1.79%，TS含量為70.63%～76.72%，RS含量為0.17%～3.79%，RDS含量為40.51%～52.37%，SDS含量為19.92%～32.47%。體外消化結(jié)果表明，這些品種胚乳淀粉的eGI值為67.1～79.1，平均值為72.9，其中高于70的品種數(shù)占總數(shù)的80%。在消化糖含量的動態(tài)變化上，糯稻在餐后30 min內(nèi)能快速釋放大量糖，釋糖速率高且糖量多，致使血糖反應(yīng)快，同時在90～180 min還能檢測到持續(xù)的糖釋放，釋放糖持續(xù)時間長，具有耐餓和飽腹感。相關(guān)性分析結(jié)果表明，糯稻胚乳淀粉組分與消化產(chǎn)葡萄糖量、eGI之間存在相關(guān)性。發(fā)現(xiàn)RDS有助于血糖的快速升高，SDS、RS和AC有助于平緩的血糖反應(yīng)。總之，糯稻基本上都是屬于升血糖能力強(qiáng)的食物，需控制血糖水平的人群需謹(jǐn)慎食用。