脂类和颗粒结合蛋白对小麦A、B淀粉理化性质的影响

吴桂玲 李文浩 刘立品 张 伟 张国权

脂类和颗粒结合蛋白对小麦A、B淀粉理化性质的影响

吴桂玲 李文浩 刘立品 张 伟 张国权

（西北农林科技大学食品科学与工程学院，杨凌 712100）

淀粉颗粒中的脂类和颗粒结合蛋白对其理化和结构性质存在一定影响，研究了小麦A、B淀粉经脱脂、脱蛋白处理后其化学组成、颗粒形态、糊特性等性质。结果表明：脱脂处理对小麦A、B淀粉的晶体类型、溶解度、膨胀度、起始温度、峰值温度、终值温度、热焓值、峰值黏度、谷黏度、衰减值、最终黏度、峰值时间、成糊温度均无显著性影响，相对结晶度降低。脱蛋白处理使小麦淀粉溶解度和膨胀度随温度的增长趋势显著增加，相对结晶度、起始温度、峰值温度、终值温度、峰值黏度、衰减值、回生值显著增大，谷黏度和峰值时间显著降低，对晶体类型、热焓值无显著影响。脱蛋白处理对小麦A、B淀粉理化性质的影响显著高于脱脂处理。

A淀粉 B淀粉 脱脂处理 脱蛋白处理 理化特性

小麦淀粉以颗粒状态存在于胚乳中，约占籽粒干重的65%～70%，是决定小麦品质的重要因素之一［1］。小麦淀粉根据粒径可分为A型和B型淀粉，A淀粉粒径大于10μm，呈透镜状，重量占胚乳总淀粉粒的70%～80%，但数量还不到总淀粉粒的10%；B淀粉粒径小于10μm，呈球形，占胚乳总淀粉质量小于30%，而数量占总淀粉粒的90%以上［2］。淀粉颗粒大小、形状和分布是淀粉重要的形态特征，对淀粉理化特性及食品加工有重要影响［3］。淀粉粒通常含有少量的颗粒结合蛋白和脂类物质，且数量在不同淀粉之间存在一定的差异，如B淀粉体积小、数量多，比表面积相对大，可结合更多的蛋白质和脂类［4］。

淀粉与蛋白质和脂类的单一或多重作用对淀粉的理化特性有很大影响，与脂类可形成淀粉－脂质复合物，与蛋白质共存可发生共聚改性现象，淀粉颗粒脱脂、脱蛋白都可引起其理化性质的改变［5］。目前对脂类和颗粒结合蛋白对小麦A、B淀粉理化性质影响的研究还鲜见报道。豫麦49－198为河南省小麦推广面积三大品种之一，黄淮麦区主栽品种。本文以豫麦49－198小麦品种为材料，对其进行脱脂、脱蛋白处理，研究不同处理后小麦A、B淀粉组成、颗粒形态、糊特性等，系统分析脂类和蛋白质对小麦A、B淀粉颗粒的影响机制，为小麦A、B淀粉更好的应用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小麦样品豫麦49－198：陕西咸阳种子公司；氢氧化钠、盐酸、浓硫酸、硼酸、硫酸钾、无水乙醚等均为分析纯。

1.2 试验方法与仪器设备

1.2.1 小麦淀粉的制备与A、B淀粉的分离

小麦籽粒用LSM20型实验磨粉机制成小麦粉。采用面团法向小麦粉中加入60%的蒸馏水调制成面团，静置20 min，水洗面团，淀粉浆过100目筛后3 000 r／min离心10 min，倒掉上清液，刮去最上层淡黄色物质，收集下层淀粉，45℃烘箱烘干即得小麦全淀粉样品。

A、B淀粉的分离方法参考单玉琳等［6］并加以改进。称取50 g小麦淀粉悬浮于400 mL去离子水中，静置1 h，吸取上层悬浮液250 mL，加水至原刻度，重复9次，收集全部上层悬浮液于P16砂芯漏斗中抽虑，滤液4 000 r／min离心20 min，收集下层沉淀，烘干得B淀粉。将砂芯漏斗中残余淀粉与烧杯中的剩余沉淀部分合并，3 500 r／min离心10 min，收集下层沉淀，烘干得A淀粉。

1.2.2 小麦A、B淀粉的脱脂处理

称取3 g小麦淀粉，放入索氏抽提器中，无水乙醚抽提12 h，烘干后即为脱脂样品。

1.2.3 小麦A、B淀粉的脱蛋白处理

称取3 g小麦淀粉，加入25 mL 0.2%NaOH溶液，30℃下水浴振荡30 min后4000 r／min离心10 min，弃去上清液，重复3次。沉淀用25 mL蒸馏水洗5次，离心弃上清液，沉淀烘干后即为脱蛋白样品。

1.2.4 淀粉化学组成

水分：参照GB 5497—1985 105℃恒重法测定；总淀粉：Megazyme淀粉总量检测试剂盒（K－TSTA）；粗蛋白：半微量凯氏定氮法，参照GB 5009.5—2010测定；粗脂肪：参照GB／T 5512—2008测定；灰分：参照GB 5009.4—2010测定。

1.2.5 淀粉颗粒特性

1.2.5.1 淀粉颗粒粒度分布

采用英国马尔文公司MASTERS12ER－2000型激光粒度仪测定，将淀粉悬浮于水中超声波分散20 s后进样，激光衍射法进行自动分析。

1.2.5.2 扫描电子显微镜观察

采用日本日立高新技术公司S－3400N扫描电子显微镜观察，将待测样品均匀分布在有导电双面胶的样品台上，放在HVS－SGB喷金机上，真空条件下喷一层铂金，然后固定在载物台上，扫描电子显微镜下观察。

1.2.5.3 偏光十字观察

采用麦克奥迪实业集团DMBA400数码显微镜观察，参照Zhang等［7］的方法。将10 mg待测样品均匀分散在1 mL容量瓶，取一滴淀粉悬浮液转移到载玻片上，盖上盖玻片，偏光显微镜下观察。

1.2.5.4 X－射线衍射晶体衍射图谱

采用日本理学公司D／max2200PC型X－射线衍射仪测定，采用步进扫描法。测定条件：特征射线为Cu靶；管压为40 kV；电流为100 mA；测量角度为2θ ＝4°～60°；步长为0.02°；扫描速度为6（°）／min。

1.2.6 溶解度与膨胀度

将质量分数2.0%的淀粉乳，分别在50、60、70、80、90 ℃ 的水浴加热并搅拌30 min，冷却后3 000 r／min离心20 min，分离上层清液，烘干称重为水溶淀粉量，计算溶解度，下层为膨胀淀粉部分，由膨胀淀粉质量计算膨胀度。溶解度和膨胀度计算公式如下：

1.2.7 热力学特性

采用美国TA仪器公司Q2000型差式扫描量热分析仪测定。称取3～5 mg淀粉于铝制干锅中，加入一定量去离子水混匀（样品∶水＝1∶2），密封加盖后置于4℃冰箱放置24 h后取出测定，以空干锅为对照，升温速率为10℃／min，温度范围为30～120℃，氮气流速50 mL／min，得到DSC热效应曲线，计算起始温度（To）、峰值温度（Tp）、终值温度（Tc）、热焓值（ΔH）4个特征参数。

1.2.8 黏度特性

采用澳大利亚Newport scientific仪器公司的快速黏度分析仪测定，用TCW（Thermal cline for windows）配套软件记录和分析数据。根据AACC76－21方法：称取3 g淀粉，加入25 mL蒸馏水，混匀于RVA专用盒内，采用升温－降温循环：保持50℃ 1 min；3.75 min内加热到95℃；在95℃保持2.5 min，3.75 min内降到50℃，在50℃保持2 min。测得黏度曲线，分析峰值黏度（Peak viscosity）、谷值（Trough viscosity）、衰减值（Breakdown）、最终黏度（Final vis

cosity）、回生值（Setback）、峰值时间（Peaking time）及成糊温度（Pasting temperature）。

1.3 数据处理与分析

数据重复测定3次，采用SPSS 16.0和Origian 7.5进行数据处理与图形绘制。

2 结果与分析

2.1 淀粉基本组成分析

由表1可以看到各样品的总淀粉含量均较高，达97%以上，且各样品间无显著性差异；未处理淀粉样品中粗蛋白含量高低依次为B淀粉、全淀粉和A淀粉，这是因为B淀粉粒体积小、数量多，比表面积相对较大，可以结合较多的蛋白质［8］。脱蛋白处理后，淀粉中粗蛋白含量显著降低，且在全淀粉、A淀粉、B淀粉间无显著差异，本研究脱蛋白方法可能较好的去除淀粉颗粒表面结合蛋白，而未能去除淀粉颗粒内部的内镶蛋白［9］；脱脂处理前粗脂肪含量在全淀粉、A淀粉和B淀粉间无显著性差异，脱脂后，淀粉中未检测出粗脂肪，表明脱脂效果良好；灰分含量均较低且B淀粉中灰分含量显著高于A淀粉，脱脂、脱蛋白处理对小麦A、B淀粉中灰分含量影响不显著。

表1 小麦淀粉的基本组成（干基）

2.2 淀粉颗粒特性

2.2.1 粒度分布

图1显示，小麦全淀粉呈双峰分布，分布范围为0.55～45.71μm，体积平均粒径为18.81μm，A淀粉、B淀粉均呈单峰分布，分布范围分别是8.71～45.71μm和0.55～39.81μm，体积平均粒径分别为22.71μm和10.31μm，表明本研究方法对小麦A、B淀粉进行了较好的分离。

图1 小麦全淀粉、A淀粉、B淀粉颗粒的体积粒度分布

2.2.2 颗粒形态

由图2可看出，小麦全淀粉由颗粒较大的A淀粉和颗粒较小的B淀粉组成。A淀粉主要为椭圆形或圆形，表面较光滑，呈现直径越大其形状越圆扁的特征，其表面还可以看到有B淀粉不规则的压痕及明显的生长环，如图D、E、F所示。B淀粉为不规则球形或多边形，形状较多样化，可能还包括A淀粉的破损部分。B淀粉有团聚的现象，且颗粒较大的B型淀粉与颗粒较小的各自聚集［10］，数量上明显多于A淀粉，如图G、H、I所示。

由图2可知，脱脂后小麦淀粉颗粒表面较未脱脂光滑，可能是脱脂前淀粉颗粒表面结合了少量脂质，未能使淀粉颗粒完全暴露出来。脱蛋白后小麦淀粉颗粒表面凹陷程度较大，且分布较为均匀，尤其B淀粉更为明显，可能是脱蛋白前淀粉颗粒越小越容易结合蛋白质、戊聚糖等黏性物质，这与测定B淀粉蛋白含量显著高于原淀粉和A淀粉结果相符。

图2 小麦淀粉的扫描电镜图（1 000X）和偏光十字（400X）

淀粉颗粒偏光十字的明显程度、位置和形状与淀粉的来源有关［11］，这一现象的产生源于淀粉内部的微晶结构具有双折射现象。由图2可以看出，小麦淀粉的偏光十字较明显，脐点均位于淀粉颗粒的中心位置，大部分A淀粉颗粒表现为垂直十字交叉，而大部分B淀粉颗粒的偏光十字不规则，呈现X型，且A淀粉颗粒的偏光十字明显程度高于B淀粉。脱脂、脱蛋白处理后淀粉颗粒的偏光十字的位置和形状无显著性差异，但明显程度增加。

2.2.3 X－射线衍射

由表2和图3可知，小麦全淀粉、A淀粉、B淀粉均表现出相同的衍射特性，衍射角2θ为15°、17°、18°、20°和23°表现出较强的衍射锋，为典型的A型衍射特征。小麦A、B淀粉在2θ为18°的尖峰强度相对较高，2θ为20°的尖峰强度相对较低。A淀粉的相对结晶度高于B淀粉，表明A淀粉结构较为紧凑，内部结晶区域多于B淀粉。

图3 小麦淀粉的X－射线衍射图谱

脱脂、脱蛋白处理后小麦淀粉仍为A型特征，说明脱脂、脱蛋白没有改变A、B淀粉的晶型。脱脂处理后，小麦淀粉的相对结晶度减小，可能是因为脱脂使淀粉颗粒内结晶区的晶胞结构和微晶排列发生变化，使结晶区比例减小。脱蛋白处理后其相对结晶度增加，可能是因为脱蛋白处理使小麦支链淀粉侧链形成双螺旋叠加方式及微晶尺寸的改变，使结晶区比例增加［12］。

2.3 溶解度与膨胀度

膨胀力与溶解度均反应淀粉与水之间相互作用的大小，受淀粉分子量、直支链淀粉含量及比例、晶体结构等因素影响［13］。由表3可知，小麦A、B淀粉的溶解度随着温度的升高而增大，尤其60℃之后，淀粉的溶解度增大趋势显著增加。这是因为随着温度的升高，水分进入到淀粉颗粒内部，开始吸水膨胀，同时无定形区直链淀粉因受热作用而逐渐溶于水中，从而使溶解度增大。脱脂处理使其溶解度无显著性变化，脱蛋白处理后的小麦淀粉溶解度随温度的增长趋势显著增大，说明蛋白质的存在会阻碍水分子进入淀粉颗粒内部，对淀粉的溶解度有抑制作用。

由表4可知，小麦A、B淀粉的膨胀度随着温度的升高而增大，尤其70℃之后，淀粉的膨胀度显著增加，其变化趋势与溶解度相同。这是因为淀粉存在一个初期膨胀阶段和快速膨胀阶段，随着温度升高到接近淀粉的糊化温度，淀粉的微晶束结构开始松动，从而使暴露出来的极性基团与水结合，急剧吸收周围的水分，造成其膨胀度快速增加［14］。脱脂处理对小麦淀粉膨胀度无显著性影响。70℃之前，脱蛋白处理的小麦淀粉膨胀度低于未处理和脱脂处理的小麦淀粉，70℃之后，脱蛋白处理的小麦淀粉膨胀度显著高于未处理和脱脂处理的小麦淀粉，这是因为蛋白质填充在淀粉颗粒之间并在淀粉表面形成矩阵固定住一定数量的水分子，使其不易溶解，从而导致其膨胀度较高，但温度高于糊化温度后，矩阵形态遭到破坏［15］。

表2 小麦淀粉颗粒的X－射线衍射特征值

表3 小麦淀粉的溶解度

2.4 淀粉热特性

由表5和图4a可知，A淀粉的起始温度、峰值温度、热焓值高于全淀粉和B淀粉，这与直链淀粉含量有关，直链淀粉含量越高，相变起始温度越高［16］。糊化温度反应了淀粉晶体结构的热稳定性，A淀粉的结晶度高于B淀粉，内部支链淀粉的双螺旋结构更为紧密，因而糊化过程所需的热焓较高［17］。

脱脂处理对小麦淀粉的起始糊化温度、峰值温度、终值温度、热焓值均无显著性影响。与未处理和脱脂处理相比，脱蛋白处理使小麦淀粉的起始糊化温度、峰值温度、终值温度显著增大，热焓值无显著变化，这是因为脱蛋白处理有利于结晶结构的形成，颗粒结构变得更加紧密，与X－射线衍射结果相符。

2.5 淀粉黏度特性

由表5可知，A淀粉的峰值黏度、谷黏度、最终黏度、回生值显著高于B淀粉和全淀粉，峰值时间和成糊温度显著低于B淀粉和全淀粉，说明A淀粉比B淀粉容易糊化，因为B淀粉为小颗粒淀粉，小颗粒淀粉之间堆积紧密造成糊化比较困难，从而使B淀粉的成糊温度较高。衰减值反应淀粉糊的热稳定性，衰减值越大热稳定性越不好，说明A淀粉比B淀粉的热稳定性差。回生值在一定程度上说明淀粉糊的老化的程度，回生值越大，越容易老化，所以A淀粉比B淀粉容易老化。

由图4b可知，脱脂处理使小麦全淀粉峰值黏度、谷黏度、衰减值、最终黏度、回生值和峰值时间显著增大，成糊温度无显著差异，说明脱脂后小麦全淀粉更容易老化，且热稳定性降低。这主要是因为脂肪分子在淀粉分子的螺旋结构中形成复合物，这种复合物能在淀粉受热时阻止淀粉颗粒的肿胀，淀粉颗粒更加稳定，从而影响淀粉的黏度特性［18］。脱脂处理对小麦A淀粉和B淀粉的峰值黏度、谷黏度、衰减值、最终黏度、峰值时间、成糊温度方面无显著影响，使A淀粉的回生值减小，原淀粉和B淀粉的回生值增大。与未处理和脱脂处理相比，脱蛋白处理使小麦淀粉峰值黏度、衰减值、回生值显著增大，谷黏度和峰值时间显著降低，说明脱蛋白可使小麦淀粉在较短时间内达到峰值，且使其黏滞性增加［19］。脱蛋白处理使全淀粉和A淀粉的成糊温度无显著性差异，B淀粉的成糊温度显著降低，说明脱蛋白使B淀粉的排列紧密结构变得疏散均匀，与扫描电镜图结果相符。

表4 小麦淀粉的膨胀度

表5 小麦淀粉的热特性和黏度特性参数

图4 小麦淀粉的DSC和RVA曲线图

3 结论

小麦淀粉由颗粒较大的A淀粉和颗粒较小的B淀粉组成，呈双峰型分布，偏光十字较明显，典型的A型衍射特征。脱脂、脱蛋白处理后小麦淀粉颗粒表面较光滑，分散程度较高，偏光十字更加明显，仍为A型特征。脱脂处理使小麦淀粉的相对结晶度减小，脱蛋白处理使其相对结晶度增大。

脱脂处理对小麦A、B淀粉的溶解度、膨胀度、起始温度、峰值温度、终值温度、热焓值、峰值黏度、谷黏度、衰减值、最终黏度、峰值时间、成糊温度均无显著性影响，使A淀粉的回生值减小，B淀粉的回生值增大。脱蛋白处理使小麦淀粉溶解度和膨胀度随温度的增长趋势显著增加，起始温度、峰值温度、终值温度、峰值黏度、衰减值、回生值显著增大，谷黏度和峰值时间显著降低，对热焓值无显著影响。脱蛋白处理对小麦A、B淀粉理化性质的影响显著高于脱脂处理。

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Effects of Lipids and Granule Associated Proteins on Physiochemical Properties of A，B Wheat Starches

Wu Guiling Li Wenhao Liu Lipin Zhang Wei Zhang Guoquan
（College of Food Science and Engineering，Northwest A＆F University，Yangling，Shaanxi 712100）

Lipids and granule associated proteins within starch granules have a certain effect on its physiochemical and structural properties.Chemical composition，particle morphology and paste properties，etc.of defat and deprotein treated A－，B－wheat starch were studied in the paper.The results showed that the defat treatment of A－，B－wheat starch had no significant effects on crystal type，solubility，swelling power，initial temperature，peak temperature，final temperature，enthalpy，peak viscosity，grain viscosity，pad value，final viscosity，peak time and pasting temperature，and the relative crystallinity was decreased.Solubility and swelling capacity of the deprotein treated wheat starches were significantly increased along with growth trend of temperature，relative crystallinity，onset temperature，peak temperature，final temperature，peak viscosity，pad value and setback value were significantly increased，grain viscosity and peak time were significantly decreased，no significant effect was found on crystal type and enthalpy.Effects of deprotein treatment on physiochemical properties of A－，B－wheat starch were significantly higher that of defat treatment.

A － Starch，B － Starch，defat treatment，deprotein treatment，physiochemical properties

TS231

A

1003－0174（2016）08－0017－07

国家自然科学基金项目（31301557），国家现代小麦产业技术体系建设专项（MATS）

2014－12－23

吴桂玲，女，1988年出生，硕士，粮食、油脂及植物蛋白工程

张国权，男，1968年出生，教授，谷物品质评价及淀粉工程技术