燕麦发芽过程中淀粉理化特性的变化

徐建国

燕麦发芽过程中淀粉理化特性的变化

徐建国

(山西师范大学食品科学与工程系，临汾 041004)

以山西产裸燕麦为原料，在控制的条件下发芽72 h，每间隔12 h取样，测定燕麦淀粉的颗粒结构、溶解度等理化特性。结果表明，燕麦发芽过程中，其淀粉颗粒仍保持了原淀粉的外貌形态和X－射线衍射A型图谱特征。发芽处理使燕麦淀粉的溶解度增加，膨胀度减小，同时会导致淀粉冻融稳定性变差，易于老化。但适度的发芽可增加淀粉的透明度，增强淀粉糊的热稳定性和冷稳定性。

燕麦 淀粉 发芽

相关研究表明，适当的发芽处理可以降低或消除谷物中有害或抗营养物质的含量，提高消化率;增加谷物中限制性氨基酸和维生素等营养物质的含量，改善谷物食品的风味;可以有效提高生物活性成分，如γ－氨基丁酸、黄酮类物质等［1－2］。燕麦(Avena L．)作为一种人类和动物消费的谷物，营养丰富，且富含多种生物活性成分［3－4］，具有抗氧化、降血脂和降血糖等多种生理功能［4－6］。研究发现，发芽可使燕麦酚类物质、γ－氨基丁酸的含量增加［7－8］。淀粉是燕麦的主要营养成分，其理化性质与粮食的食用品质、加工特性直接相关。一些关于糙米的研究表明，糙米淀粉糊的理化特性会随着发芽的进行而发生变化，但有关发芽过程中燕麦淀粉理化性质的动态变化目前仍未有详细报道。试验以山西产裸燕麦籽粒为材料，研究了发芽过程中燕麦淀粉的颗粒结构、溶解度、膨胀度等理化性质的动态变化，以期为燕麦资源的进一步开发利用提供参考。

1 材料与方法

1．1 试验材料与试剂

裸燕麦:山西吕梁地区，于2008年秋天收获;氢氧化钠:西陇化工股份有限公司;碱性蛋白酶:南宁庞博生物工程有限公司。

1．2 主要仪器与设备

5840R冷冻离心机:Gene公司;TU－1900紫外分光光度计:北京普析通用有限公司;Quanta－200环境扫描电子显微镜:Philips－FEI公司;德国布拉本德微型糊化黏度仪:Brabender OHG;D8 Focus X－射线(粉末)衍射仪:德国Bruker公司。

1．3 试验方法

1．3．1 燕麦的浸泡和发芽

干燥的燕麦籽粒用1%的次氯酸钠溶液浸泡30 s消毒，冲洗干净，在25℃下用去离子水浸泡12 h，每4 h换水通气1次。浸泡结束后取部分样品记作S12，其余样品沥干水分后平铺在滤纸上，在培养箱中发芽72 h，发芽过程中保持相对湿度95%以上，每间隔12 h取样，样品分别记作G12、G24、G36、G48、G60、G72。所有样品取样后立即冷冻干燥，－20℃保存直到样品分析。

1．3．2 燕麦淀粉的制备

参照文献［9］所述方法，稍加修改。称取燕麦100 g，用微型植物粉碎机粉碎，加1 000 mL蒸馏水，用NaOH溶液调整pH为12左右，添加4 g碱性蛋白酶，置于在45℃恒温水浴中，振荡酶解4 h，静置30 min后，倒掉上层杂质，再以1∶5的料水比加入蒸馏水，摇匀后以4 000 r/min的转速离心15 min，刮去沉淀上层的杂质，重复3次，最后得到的淀粉在鼓风干燥箱中40℃烘干。

1．3．3 淀粉颗粒形貌及粒度大小分析

将淀粉样品均匀分布在导电双面胶的样品台面上，在真空条件下喷上一层铂金，然后固定在载物台上用扫描电子显微镜观察淀粉颗粒的形态和粒度大小。

1．3．4 淀粉颗粒的晶体结构

采用粉末衍射法测定［10］。X－射线衍射仪分析条件:特征射线Cu Kα，管流40 mA，管压40 kV，扫描范围2θ=4～60°，扫描速度12°/min。

1．3．5 淀粉糊的溶解度与膨胀度［11］

称取淀粉配制20 g/L的淀粉乳，30℃恒温加热并维持30 min，3 000 r/min离心20 min，取上清液烘干称重得水溶性淀粉质量A;另称重离心管下层膨胀淀粉质量P，计算溶解度和膨胀度:

溶解度S=(A/W)×100%

膨胀度B=P/［W×(100－S)］×100%

式中:W为淀粉样品质量/g。

1．3．6 淀粉糊透明度的测定［12］

称取燕麦种子淀粉1．0 g加入100 mL水，用沸水浴加热30 min，使淀粉完全糊化，加蒸馏水以保持体积不变，冷却至室温后在波长620 nm测定透光率。

1．3．7 淀粉老化值的测定［12］

将一定浓度的淀粉乳于沸水浴上加热并维持30 min，使淀粉完全糊化，期间补加蒸馏水保持体积不变。冷却至室温后，将一定量的淀粉糊置于－40℃冰箱放置24 h后取出，室温解冻后3 000 r/min离心15 min，称量得沉淀物质量，计算老化值。老化值=(离心前淀粉糊质量－离心后沉淀质量)/离心前淀粉糊质量×100%。

1．3．8 淀粉糊的冻融稳定性［11］

配置质量分数为6%的淀粉乳，在沸水浴中搅拌加热15 min，冷却至室温。取定量的淀粉糊置于离心管中，在－20～－18℃的冰箱中放置24 h后，取出、室温解冻。以3 000 r/min的速度离心15 min，称取沉淀物的质量，计算析水率。若无水析出，则继续冷冻直至有水析出为止。析水率=(糊的质量－离心管中沉淀物的质量)/糊的质量×100%。

1．3．9 淀粉黏度参数的测定

称取淀粉样品配置成8%的淀粉乳，加入Brabender糊化仪的回转杯中。设定测定参数为:回转杯的转速为250 r/min，淀粉乳从30℃开始升温计时，以7．5℃/min的速度升温至93℃，并保温10 min，再以同样的速度冷却到50℃，并保温10 min。

2 结果与分析

2．1 燕麦发芽过程中淀粉颗粒外貌的变化

由图1可以看出，燕麦淀粉颗粒几何图形不规则，极少数淀粉颗粒为球形，颗粒大，多为卵圆形和多角形，分布不均匀，颗粒较小，粒径差异大，平均粒径范围为1～6μm。燕麦发芽过程中，虽然淀粉含量及其组成发生了变化，但淀粉颗粒结构变化不明显。这与郑艺梅［1］对发芽糙米淀粉的研究结果一致。张国权［13］研究荞麦淀粉发现，发芽使荞麦粉中的部分淀粉颗粒水解而呈现多孔状，且发芽时间越长，多孔淀粉颗粒就越多。这种差异可能与发芽条件、籽粒的种类和结构及淀粉结构有关。

图1 发芽燕麦淀粉扫描电镜图

2．2 燕麦发芽过程中淀粉粒微晶结构的变化

燕麦及其处理样品淀粉X－射线衍射图谱及其特征谱线见图2。由图2和表1可以看出，燕麦淀粉在2θ为15、17、18和23°附近出现强衍射峰，与糜子、玉米及荞麦淀粉的微晶结构相似，为A型图谱［10，13］;淀粉在2θ为20°附近处出现了中等强度的衍射峰，说明制备的燕麦淀粉中有少量的脂类物质存在［14］。发芽处理得到的燕麦淀粉仍保留了原淀粉的衍射图谱特征峰，其X－射线衍射图谱仍为A型，但峰强度发生了一些变化，表明发芽过程中的淀粉水解反应主要发生在淀粉颗粒的无定形区［13］。随着发芽时间的延长，结晶度有逐渐增加趋势，但变化不明显，这与发芽过程中直链淀粉和支链淀粉含量及其比例的变化有关［15］。

图2 燕麦淀粉的X－射线衍射图谱

2．3 发芽过程中淀粉溶解度与膨胀度的变化

由图3可以看出，燕麦淀粉的溶解度随着发芽的进行而增大，在发芽36 h增加了1．3倍左右，达到最大值，之后溶解度逐渐下降。与之相反，发芽处理使燕麦淀粉的膨胀度减小。淀粉的溶解和膨胀与淀粉的分子大小、形态、直链和支链淀粉的比例以及支链淀粉中长链、短链所占的比例、温度有关。相对来说，发芽36～48 h的燕麦淀粉的溶解度和膨润力均较好。

图3 燕麦发芽过程中淀粉的溶解度及膨胀度

2．4 燕麦发芽过程中淀粉糊透明度的变化

淀粉糊的透明度直接影响到产品的外观及产品的可接受性。由图4可以看出，燕麦发芽后淀粉糊的透光率大致先减小后增加，并在发芽36 h后达到峰值，之后透明度逐渐下降。这与发芽糙米［15］和鹰嘴豆［16］淀粉化学改性后其淀粉糊的透明度的变化相一致。淀粉糊透明度的提高，有利于其在饮料中的应用。

图4 燕麦发芽过程中淀粉糊的透明度

2．5 燕麦发芽过程中淀粉糊老化值的变化

由图5可以看出，在不同发芽阶段的燕麦淀粉糊老化值的变化有差异，但与原粮相比，发芽燕麦淀粉糊的老化值均呈增加趋势。淀粉老化的本质是糊化的淀粉分子在冷却过程中氢键重新形成，使溶解度降低所致。因此，淀粉的老化与直链、支链淀粉含量直接相关。

图5 发芽过程中淀粉糊的老化值和冻融稳定性

2．6 发芽过程中淀粉糊冻融稳定性的变化

由图5可以看出，发芽过程中，燕麦淀粉糊冻融稳定性的变化趋势与其老化值的变化基本一致，即发芽也会导致淀粉冻融稳定性变差，在冻融中淀粉的胶体结构易破坏，使食品不能保持原有的质构，从而影响其品质，不宜在冷冻食品中使用。淀粉的冻融稳定性同样与直链淀粉含量有关。

2．7 燕麦发芽过程中淀粉糊化特性的变化

由表1可以看出，燕麦发芽过程中淀粉黏度特性存在一些差异。燕麦原粮淀粉的起始糊化温度(A)为60．2℃，在浸泡和发芽12 h时淀粉起始糊化温度降低，此后逐渐升高。燕麦淀粉的峰值黏度(B)为296 BU，在发芽24 h内峰值黏度没有变化，此后峰值黏度逐渐增大，发芽72 h增加了54．73%。燕麦淀粉糊在高温作用下，主要表现为93℃起始恒温糊化阻力(C)为250 BU，恒温结束起始降温糊化阻力(D)为148 BU。发芽过程中，淀粉起始恒温糊化阻力和起始降温糊化阻力在发芽12 h内没有明显变化，之后均明显增加。燕麦淀粉糊在降温及低温过程中，降温结束糊化阻力(E)和恒温结束糊化阻力(F)分别为382 BU和393 BU，二者在发芽过程中的变化趋势与起始恒温糊化阻力和恒温结束起始降温糊化阻力的变化趋势一致。燕麦淀粉的破损值(B～D)为148 BU，发芽12 h内破损值没有变化，之后破损值降低，发芽36 h破损值最小为92 BU，其淀粉热糊黏度稳定性最好。再延长发芽时间，其热黏度稳定性变差。燕麦淀粉的回生值(E～D)为134 BU，发芽时回生值逐渐降低，在发芽24 h回生值最小;在发芽24～36 h期间，回生值急剧增加，凝胶形成能力远远高于燕麦原粮，易于老化。F－E表示淀粉糊的冷稳定性，差值大则稳定性差。与原粮相比，发芽12 h内，燕麦淀粉糊的冷稳定性没有明显变化，之后，淀粉糊的冷稳定性有一定程度的增强。

表1 发芽过程中燕麦淀粉的黏度参数

3 结论

3．1 燕麦发芽过程中，淀粉颗粒外貌结构变化不明显;淀粉仍保留了原淀粉的衍射图谱特征峰，其X－射线衍射图谱仍为A型，但峰强度发生了一些变化。随着发芽时间的延长，结晶度有逐渐增加趋势，但变化不明显。

3．2 燕麦淀粉的溶解度随着发芽的进行而增大，在36 h达到最大值，与之相反，发芽处理使燕麦淀粉的膨胀度减小;燕麦发芽后淀粉糊的透光率大致先减小后增加，但发芽会导致淀粉冻融稳定性变差，易于老化。

3．3 燕麦发芽过程中，淀粉黏度特性存在一些差异。燕麦淀粉的起始糊化温度、峰值黏度、始恒温糊化阻力、起始降温糊化阻力、在发芽12 h内没有明显变化，之后均随着发芽的进行逐渐增加。燕麦淀粉糊在降温及低温过程中，其降温结束糊化阻力和恒温结束糊化阻力在发芽过程中的变化趋势与起始恒温糊化阻力和恒温结束起始降温糊化阻力的变化趋势一致。破损值和回生值在发芽过程中先降低后增加，分别在发芽36 h和24 h达到最小值。燕麦淀粉糊的冷稳定性发芽12 h内没有明显变化，之后，淀粉糊的冷稳定性有一定程度的增强。

［1］郑艺梅．发芽糙米营养特性、γ－氨基丁酸富集及生理功效的研究［D］．武汉:华中农业大学，2006

［2］张美莉．萌发荞麦种子内黄酮与蛋白质的动态变化及抗氧化研究［D］．北京:中国农业大学，2004

［3］Peterson DM．Oat tocols:concentration and stability in oat products and distribution within the kernel［J］．Cereal Chemistry，1995，72:21－24

［4］Peterson DM．Oat antioxidants［J］．Journal of Cereal Science，2001，33:115－129

［5］Emmons CL，Peterson DM，Paul GL．Antioxidant capacity of oat(Avena sativa L．)extracts．2．In vitro antioxidant aactivity and contents of phenolic and tocol antioxidants［J］．Journal of Agricultural Food Chemistry，1999，47:4894－4898

［6］Tapola N，Karvonen H，Niskanen L，et al．Glycemic responses of oat bran products in type2 diabetic patients［J］．Nutrition，Metabolism，and Cardiovascular Diseases，2005，15(4):255－261

［7］Xu J G，Tian C R，Hu Q P，et al．Dynamic changes in phenolic compounds and antioxidant activity in oats(Avena nuda L．)during steeping and germination［J］．Journal of Agricultural Food Chemistry，2009，57(21):10392－10398

［8］Xu JG，Hu QP，Duan JL，et al．Dynamic changes inγ－aminobutyric acid and glutamate decarboxylase activity in oats(Avena nuda L．)during steeping and germination［J］．Journal of Agricultural Food Chemistry．2010，58(17):9759－9763

［9］高嘉安主编．淀粉与淀粉制品工艺学［M］．北京:中国农业出版社，2001

［10］姚亚平，田呈瑞，张国权，等．糜子淀粉理化性质的分析［J］．中国粮油学报，2009，24(9):45－52

［11］Ahmad F B，Williams P A．Effect of galactomannans on the thermal and rheological properties of sago starch［J］．Journal of Agricultural Food Chemistry，2001，49:1578－1586

［12］邓宇．淀粉化学品及其应用［M］．北京:化学工业出版社，2000

［13］张国权．荞麦淀粉理化特性及改性研究［D］．杨凌:西北农林科技大学，2007

［14］Abe J I，Nakahma K H，Nagano H，et al．Properties of the raw starch digesting amylase of Aspergillus SP．K－27:a synergistic action of glucoamylase and Alpha－Amylase［J］．Carbohydrate Research，1988，175:85－92

［15］郑艺梅，刘杰，华平．发芽对糙米淀粉理化特性的影响［J］．食品与发酵工业，2006，32(10):47－50

［16］Rege A，Pai JS．Thermal and freeze－thaw properties of starch of chickpea(Cicer arietinum)［J］．Food Chemistry，1996，57(4):545－547．

Changes in the Physicochemical Properties of Starch in Oats(Avena nuda L．)during Germination

Xu Jianguo
(Departerment of Food Science and Engineering，Shanxi Normal University，Linfen 041004)

Oat grains cultivated in Shanxi Province germinated for 72 h under controlled conditions．Samplings were carried out every 12 h and the physicochemical properties of oat starch，such as the granular structure，solubility and so on．Results showed that during germination，the starch granules from oats still maintained the original shape，the A－type characteristics of the X－ray diffraction pattern．Germination increased the solubility and decreased swelling value of starch，and resulted in the poor freeze－thawing stability，which makes starch gets gelatinized easily．Moderately germination increased the transparency of starch from oats and enhanced the hot paste stability，cool paste stability．

oat(Avena nuda L．)，starch，germination

TS201．1

A

1003－0174(2012)05－0027－05

时间:2012－03－22 13:49

网络出版地址:http://www．cnki．net/kcms/detail/11．2864．TS．20120322．1349．001．html

山西省高校科技开发项目(2010112)

2011－09－30

徐建国，男，1971年出生，副教授，食品科学