短柄枹栎种子淀粉的理化性质研究

李松南，李雅琴，金姗姗，张舒，周裔彬（安徽农业大学茶与食品科技学院，安徽合肥230036）

短柄枹栎种子淀粉的理化性质研究

李松南，李雅琴，金姗姗，张舒，周裔彬*
（安徽农业大学茶与食品科技学院，安徽合肥230036）

碱法提取的短柄枹栎种子淀粉纯度很高，含有0.59%的脂肪、0.95%的蛋白质，未检测到灰分和粗纤维。短柄枹栎种子淀粉的溶解度和膨胀度随温度的上升而增加，在糊化温度附近变化较大；淀粉糊的浑浊度随着时间呈现先下降然后稳定的趋势；短柄枹栎种子淀粉糊的凝沉稳定性比玉米淀粉好；3%和5%的短柄枹栎种子淀粉糊，属于假塑性流体，用幂律模型拟合效果好；短柄枹栎种子淀粉的快消化淀粉、慢消化淀粉和抗性淀粉分别为29.52%、12.39%和55.0%，其水解指数和血糖指数分别为40.35%和42.98%，属于一种低GI食物。

短柄枹栎；种子淀粉；理化特性；抗性淀粉；低血糖指数

短柄枹栎（Quercus glandulifera Bl.）是壳斗科（Fagaceae）栎属（Quercus）植物种的一个野生品种。我国是世界栎属植物分布中心之一，全国约有90种，绝大数为乔木树种，南北各地多有分布［1］，但是本文研究的是矮丛灌木的短柄枹栎。

短柄枹栎种子呈卵圆形，基部三分之一为壳斗所包围，鳞片短而密贴。短柄枹栎主要分布在中国的安徽、江西、湖南和广东等省，产量丰富，但利用率很低［2］。短柄枹栎种子富含淀粉，含量可达82.66%，是有待开发利用的野生淀粉资源。短柄枹栎种子淀粉颗粒呈圆形、三角形和椭圆形等形状，粒径范围在3.3 μm～126.3 μm，是典型的A型晶体，相对结晶度为23.53%，直链淀粉含量为25.39%，糊化温度为66.53℃，糊化焓值为4.33 J/g［3］，但目前关于短柄枹栎种子淀粉理化性质，如溶解性、膨胀度、透明度、流变学等方面的研究未见报道。为此，本研究以短柄枹栎种子为原料分离出种子淀粉，对其进行溶解度、膨胀度、浑浊度、凝沉性、流变学性质、质构特性等理化性质进行测定，为短柄枹栎种子淀粉的开发利用提供参考，也有利于野生淀粉资源的开发和利用。

1　材料与方法

1.1材料

短柄枹栎种子（以下简称栎子）：来自江西九江，颗粒饱满，色泽正常，用于淀粉提取；玉米淀粉样品：来自当地市场；所用试剂均为分析纯。

1.2仪器

JP-300A高速多功能粉碎机：浙江永康市久品工贸有限公司；SEMXL-20型扫描电子显微镜：荷兰Philips公司；UV-5系列紫外可见分光光度计：上海元析仪器有限公司；RST-Plus Rheo3000流变仪：美国博勒飞有限公司。

2　方法

2.1淀粉制备的工艺流程［4］

栎子→去壳→粉碎→碱液浸泡→过筛→淀粉粗浆→离心→刮去黄褐色软层→加等体积蒸馏水冲洗→直到上清液成中性→离心取沉淀→40℃干燥→栎子淀粉

2.2基本化学成分的测定

水分：GB 5009.3-2010《食品安全国家标准食品中水分的测定》；灰分：GB 5009.4-2010《食品安全国家标准食品中灰分的测定》；脂肪：GB/T 5009.6-2003《食品中脂肪的测定》；蛋白质：GB 5009.5-2010《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》；粗纤维：GB/T 5009.10-2003《植物类食品中粗纤维的测定》。

2.3淀粉糊的溶解度与膨胀度

称取0.5 g栎子淀粉悬浮于30 mL水中，分别在55、65、75、85、95℃下加热30 min，取出冷却至室温后3 000 r/min下离心15 min，倒出上清液，称量沉淀的质量。上清液在120℃下烘12 h后称量质量［5］。平行3次试验，用玉米淀粉作对照，溶解度和膨胀度计算公式如下：

2.4淀粉糊的浑浊度

称取一定量的栎子淀粉，加适量蒸馏水调成质量分数为1%的淀粉乳，在沸水浴中加热20 min，使之充分糊化。待糊化完全后，放置在4℃条件下，每24 h测定溶液在640 nm下的吸光值［6］。平行3次试验，用玉米淀粉作为对照。

2.5淀粉糊的凝沉性质

质量分数为1%的栎子淀粉糊溶液100 mL放入100 mL的带塞量筒中，摇匀，常温静置24 h，每隔2 h记录上层清液的体积，用清液的体积分数随时间的变化来绘制曲线，从而表示淀粉糊的凝沉性［7］。平行3次试验，用玉米淀粉作为对照。

2.6淀粉糊的流变学性质

分别配制1%、3%和5%的栎子淀粉糊，选择CC40的转子，测量剪切速率从0 s-1～1 000 s-1进行递增，间隔10 s，由计算机自动采集数据。采用幂率方程流变模型［7］对数据进行回归拟合，并用复相关系数R2表示方程的拟合精密度。

幂率方程：τ=Kγn

式中：τ表示剪切应力，Pa；K表示稠度系数，Pa· sn；γ表示剪切速率，s-1；n表示流体指数。

2.7淀粉的体外消化特性

称取200 mg栎子淀粉，溶解于15 mL 0.2 mol/L磷酸盐缓冲溶液（pH5.2）。37℃下5 min后，加入5 mL猪胰腺α-淀粉酶（290 U/mL）和糖化酶（15 U/mL），继续在37℃下以150 r/min恒速振荡。分别在0、10、20、30、40、60、90、120、180 min时取0.5 mL水解液，加入4 mL无水乙醇灭酶，用葡萄糖氧化酶/过氧化物酶试剂盒测定其葡萄糖含量，水解淀粉的含量为0.9倍葡萄糖的含量［8］，平行3次。

根据体外消化的时间，淀粉可以分为快消化淀粉（RSD，rapidly digested starch，20 min内被水解的部分），慢消化淀粉（SDS，slowly digested starch，20 min～120 min内消化的部分）和抗性淀粉（RS，resistant starch，120 min后未被消化的部分）。水解指数（HI，Hydrolysis index）和血糖指数（GI，Glycemic index）可以通过如下公式［9］计算得到：

水解指数/%=（样品释放葡萄糖总量/白面包释放葡萄糖总量）×100

血糖指数/%=0.862×水解指数+8.198

3　结果与分析

3.1淀粉的基本成分分析

栎子淀粉的基本成分分析见表1。

表1　 栎子淀粉的基本成分分析Table 1　Chemistry compositions of starch obtained from Q.glandulifera Bl.seed

由表1可知，栎子淀粉的水分、蛋白质和脂肪含量分别为7.02%、0.07%和0.59%，不含灰分和粗纤维。蛋白质和脂肪的含量很低，说明提取的淀粉纯度很高。

3.2淀粉糊的溶解度和膨胀度

淀粉粒的无定型相是亲水的，浸入水中就吸水，先是有限的可逆膨胀，而后是整个颗粒膨胀，并且伴有水化热的释放。在60℃～80℃的热水中，天然淀粉发生溶胀，直链淀粉分子从淀粉粒向水中扩散，形成胶体溶液，而支链淀粉则仍保留在淀粉粒中。淀粉的溶解特性常用溶解度、膨胀度来表示，反映了无定型和晶体区域内部淀粉链之相互作用的大小。栎子和玉米淀粉糊的溶解度见图1，膨胀度见图2。

图1　栎子和玉米淀粉糊的溶解度Fig.1　Effect of temperature on solubility of Q.glandulifera Bl.seed and corn starch paste

图2　 栎子和玉米淀粉糊的膨胀度Fig.2　Effect of temperature on swelling power of Q.glandulifera Bl.seed and corn starch paste

溶解度反映了淀粉颗粒在膨胀中的溶解能力，除了随着温度的升高而增加以外还受淀粉颗粒的大小，直链与支链淀粉的比例，直链与支链淀粉分子的分子量和分布、支链度和长度以及形态等影响［10］。由图1可以看出，栎子淀粉的溶解度随温度的升高而上升，当温度低于65℃时，栎子淀粉溶解度小于玉米淀粉，当温度大于75℃后，栎子淀粉溶解度大于玉米淀粉，而且在65℃～75℃时有一个飞跃，糊化温度可能在这个温度范围内，与栎子淀粉的糊化温度为66.53℃一致［3］。在未达到糊化温度前，栎子淀粉溶解度小于玉米淀粉，达到糊化温度后溶解度较玉米淀粉高，这很可能与淀粉颗粒的大小、直链淀粉含量以及支链淀粉分子链长分布有关。

随着温度的上升，未溶解的淀粉颗粒由于吸水而膨胀，因此淀粉的膨胀度随温度的上升而增加，与本文试验结果一致。膨胀度反映了淀粉颗粒吸收水的能力，与支链淀粉的含量以及淀粉颗粒的尺寸大小相关。从图2中可以看出栎子淀粉的膨胀度变化趋势和溶解度变化趋势相似，不过在65℃～75℃变化最为明显。淀粉的溶解度和膨胀度与糊化温度有关，都取决于淀粉的分子晶体结构。栎子淀粉和玉米淀粉在溶解度和膨胀度上的差异恰恰是反映了两者分子内部晶体结构的不同。

3.3淀粉糊的浑浊度

栎子和玉米淀粉糊的浑浊度见图3。

图3　栎子和玉米淀粉糊的浑浊度Fig.3　Turbility of Q.glandulifera Bl.seed and corn starch paste during storage

淀粉糊的混浊度主要反映淀粉回生强度以及回生速率。栎子淀粉糊的浑浊度随着时间呈现先下降然后稳定的趋势，跟玉米淀粉糊变化趋势相同。淀粉老化回生主要与直链淀粉含量、支链淀粉分子链长分布以及分子量大小等相关，而老化过程中短期变化（小于1 d）主要受到淀粉的直链淀粉含量的影响［11］。

3.4淀粉糊的凝沉稳定性

栎子和玉米淀粉糊的凝沉稳定性见图4。

图4　短柄枹栎种子和玉米淀粉糊的凝沉稳定性Fig.4　Retrogradation resistance of Q.glandulifera Bl.seed and corn starch paste

淀粉的凝沉也称作淀粉的沉化、回生，是淀粉从溶解、分散、无定形状态返回至不溶解、聚集或结晶状态的过程。稀淀粉溶液长时间放置会逐渐变浑浊，最终产生不溶性的白色沉淀。从图4可以看出，栎子淀粉糊的上清液体积在48 h前随时间线性上升，48 h后趋于稳定，总体来说栎子淀粉的上清液体积一直大于玉米淀粉，沉淀率小，凝沉稳定性好，这可能与栎子淀粉直链淀粉含量比玉米淀粉高和直、支链淀粉分子量有关。

3.5淀粉糊的流变学特性

浓度为1%、3%和5%的栎子淀粉糊的流变学性质如图5所示。

图5　不同浓度的栎子淀粉糊的流变学特性Fig.5　Effect of concentration on rheological property of Q.glandulifera Bl.seed starch paste

通常剪切应力与剪切速率之间成线性关系的，称为牛顿流体型，非线性关系为非牛顿型流体，显然3%和5%的栎子淀粉糊均属于非牛顿流体。其次，3%和5%的栎子淀粉糊表观黏度都随着剪切速率的增加而减小，这是典型的剪切稀化现象，说明3%和5%的淀粉糊属于假塑性流体。而同一剪切条件下，淀粉糊的表观黏度随着浓度的升高而增加，这可能是因为淀粉糊的浓度增加使分子间纠缠效果增加而导致。

栎子淀粉的流变学幂率方程参数见表2。

对曲线按幂律模型进行线性回归拟合，所得到的流变指数如表2所示，1%和3%的栎子淀粉糊的拟合相关性系数在0.99以上，其中3%栎子淀粉糊拟合效果最好，1%次之，5%最差。在幂率方程τ=Kγn中，K、n值是两个重要流变参数。K为稠度系数（Pa·sn），相当于黏度的量度；n为流型指数（或幂律指数），表示非牛顿程度的量度，当n=1时，即为牛顿液体；当n＜1，为假塑性流体；当n＞1，为膨胀性流体。因此，3%和5%的栎子淀粉糊属于假塑性流体，与图5的结论相符，而1%的栎子淀粉糊的n值＞1，属于膨胀性流体，可能是因为淀粉糊浓度太低，而且体系接近于水。

3.6淀粉糊的体外消化特性

栎子淀粉的快消化淀粉、慢消化淀粉、抗性淀粉、水解指数和血糖指数如表3所示。

表2　栎子淀粉的流变学幂率方程参数Table 2　Rheological parameters on power rate equation of Quercus starch

表3　栎子淀粉的体外消化特性Table 3　Digestibility characteristic of Q.glandulifera Bl.seed and corn starch

栎子淀粉的快消化淀粉、慢消化淀粉和抗性淀粉分别为29.52%、12.39%和55.0%。栎子淀粉的抗性淀粉含量最多，是玉米淀粉的2倍［12］。天然植物淀粉消化特性的不同，取决与很多因素，如淀粉来源［13］、淀粉颗粒大小［14］、直链与支链淀粉的比例［15］和结晶度［16］等。

水解指数是样品水解曲线和横坐标所围成的面积与白面包进行对比计算得来的。根据Granfeldt建立的方程式GI=0.862×HI+8.198［9］，可以预测样品的血糖指数，因此栎子淀粉的水解指数和血糖指数分别为40.35%和42.98%，如表3所示。食物血糖生成指数被用来衡量食物中碳水化合物对血糖浓度的影响。当血糖生成指数在55以下时，可认为该食物为低GI食物；当血糖生成指数在55～70之间时，该食物为中等GI食物；当血糖生成指数在70以上时，该食物为高GI食物［17］，因此可以判断栎子淀粉为低GI食物。高GI的食物，进入胃肠后消化快、吸收率高，葡萄糖释放快，血糖升得高；低GI食物，在胃肠中停留时间长，吸收率低，葡萄糖释放缓慢，血糖升得低，所以利用食物血糖生成指数，合理安排膳食，对于调节和控制人体血糖大有好处。

4　结论

通过碱洗的方法提取出的短柄枹栎种子淀粉纯度很高，其溶解度和膨胀度随温度的上升而增加，浑浊度随着时间先下降后趋于稳定，凝沉稳定性比玉米淀粉好，3%和5%的短柄枹栎种子淀粉糊均属于假塑性流体，短柄枹栎种子淀粉中的抗性淀粉最多，其血糖指数为42.98%，属于一种低GI食物，对于调节和控制人体血糖有着重要的意义。

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Study on Physicochemical Properties of Quercus glandulifera Bl.Seed Starch

LI Song-nan，LI Ya-qin，JIN Shan-shan，ZHANG Shu，ZHOU Yi-bin*
（School of Tea and Food Technology，Anhui Agricultural University，Hefei 230036，Anhui，China）

Q.glandulifera Bl.seed starch obtained by alkaline eluting contained 0.59%crude fat of dry matter，0.95%crude protein of dry matter，and a low content of dietary fiber and total ash，which indicated the extracted starch purity was high.Swelling power and solubility of Q.glandulifera Bl.seed starch increased with the rise of temperature，larger changes near the gelatinization temperature；turbidity of starch paste showed the tendency of decline and then stable with time；retrogradation property of starch paste was better than corn starch；3% and 5%starch paste was pseudoplastic fluid，and the fitting effects in the power law model for linear regression were good；Q.glandulifera Bl.seed starch consisted of 29.52%rapidly digested starch，12.39%slowly digested starch，and 55%resistant starch.Hydrolysis index and glycemic index of Q.glandulifera Bl.seed starch were 40.35%and 42.98%，respectively，belonging to a kind of low GI food.

Q.glanduliferaBl.；seedstarch；physicochemicalproperties；resistantstarch；lowGI

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.15.014

李松南（1993—），男（汉），硕士研究生，研究方向：食品资源开发与利用。

周裔彬（1967—），教授，研究生导师，研究方向：食品化学及农产品精深加工。

2015-08-13