不同分子量大豆可溶性膳食纤维对大米淀粉糊化及流变性质的影响

王日思，万 婕，刘成梅，周国辉（南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌330047）

不同分子量大豆可溶性膳食纤维对大米淀粉糊化及流变性质的影响

王日思，万 婕*，刘成梅，周国辉
（南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌330047）

为了考察不同分子量大豆可溶性膳食纤维（soybean soluble dietary fiber，SSDF）对大米淀粉（rice starch，RS）糊化及流变性质的影响，本文采用快速黏度分析仪（RVA）及流变仪研究了两种分子量段（HSSDF，27.8 ku和LSSDF，9.3 ku）大豆可溶性膳食纤维的作用。RVA曲线表明添加HSSDF可提高RS的峰值黏度及最终黏度，添加LSSDF可使RS的最终黏度值降低，而峰值黏度无明显变化。两种不同分子量段的SSDF均可提高RS的起始糊化温度，降低回复值及崩解值。动态流变学实验表明，添加两种不同分子量段SSDF均可显著降低RS的储能模量值。静态流变学实验表明，添加HSSDF可使RS的稠度系数K升高，混合体系具有更高的黏度。加入两种不同分子量段的SSDF均可使混合体系流体指数n值降低，触变环面积减少，体系更加稳定。研究表明不同分子量段SSDF对RS复合体系糊化及流变学特性有显著影响，且HSSDF对大米淀粉的作用更为显著。本论文可为大豆膳食纤维在大米制品中的应用提供一定的理论基础。

大米淀粉，大豆可溶性膳食纤维，分子量，糊化特性，流变学特性

大米淀粉（Rice starch，RS）具有致敏性低，口感及外观优良，凝胶质地平滑等优点，故被广泛应用于食品工业中［1］。然而，与其他谷类淀粉相似，大米淀粉也具有易老化，热稳定性差，不耐剪切等缺陷［2］。越来越多的研究发现，添加少量的非淀粉性多糖即可有效地弥补淀粉的这些缺陷［3-4］。如Teresa Witczak等［5］发现添加不同聚合度的菊糖可显著降低土豆淀粉老化焓值，以及土豆淀粉-菊糖混合体系稠度系数K值。Techawipharat等［6］研究纤维素及卡拉胶对大米淀粉糊化、流变性质的影响，结果表明这些胶体可提高淀粉的糊化温度，峰值及最终黏度，混合体系呈现刚性减弱的弱凝胶性质。

大豆可溶性膳食纤维（Soybean soluble dietary fiber，SSDF）是一种从豆渣中提取的，具有较强的持水，持油，增强肠道蠕动及降低胆固醇等功能的可溶性多糖［7］。大豆可溶性膳食纤维已经被尝试添加到淀粉基食物中以增加这些食物的营养价值。尽管已有大量文献报道了大豆可溶性膳食纤维对淀粉理化性质的影响［8-9］，但未见关于不同分子量段的大豆可溶性膳食纤维对淀粉糊化及流变性质影响的研究，而分子量被认为是多糖影响淀粉基食品品质的重要因素［10］。本文利用快速黏度分析仪（Rapid visco analyser，RVA）、流变仪等手段比较两种不同分子量段的大豆可溶性膳食纤维对大米淀粉糊化及流变性质的影响，为膳食纤维对淀粉基食品体系的改性研究提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

大米淀粉（RS） Sigma公司，直链淀粉含量：20.39%±0.19%；豆渣 农贸市场采购；大豆可溶性膳食纤维 郑州荔诺生物科技有限公司；葡聚糖标品（T-10、T-40、T-70、T-500、T2000） 美国Pharmacia公司。

MCR302流变仪 奥地利Anton-Paar公司；RVATEC MASTER 瑞典Perten公司；高效液相色谱仪 美国Agilent公司。

1.2 实验方法

1.2.1 可溶性膳食纤维的制备及分子量测定 本文中使用的大分子量大豆可溶性膳食纤维（HSSDF）是以豆渣为原料，参照高辰等［11］方法制得；并采用高效凝胶渗透色谱法（HPGPC）［12］进行分子量测定。小分子量大豆可溶性膳食纤维（LSSDF）则采用AOAC 985.29法由市售大豆可溶性膳食纤维提纯（纯度大于90%）获得。分子量测定方法同上。

1.2.2 RS-LSSDF与RS-HSSDF复合体系的制备 将RS与LSSDF或HSSDF按质量比95∶5（w/w）进行混合，制成复合体系。以不添加膳食纤维的原淀粉作为对照组。

1.2.3 糊化性质的测定 参照Sun等［13］的方法，取3 g混合样品，放入RVA专用铝盒中，加入25 mL去离子水搅拌均匀，配成淀粉乳，随后采用RVA进行测定。RVA程序设置如下：50℃保持1 min；经过3.75 min后升温至95℃，保温2.5 min，经过3.75 min降温至50℃，之后保持1 min。糊化参数由软件自动计算，包括糊化时间、峰值黏度、最终黏度、崩解值及回复值。

1.2.4 流变学性质的测定

1.2.4.1 稳态剪切流变测试 参照Zhu等［14］方法，将制备好的复合体系配制成5%的悬浮液。用移液管取约2 mL样品置于流变仪不锈钢平台上，平衡1 min后，在剪切压力为5 Pa条件下，从20℃开始程序升温至95℃，再从95℃降温至25℃，升降温速率均为10℃/min。冷却至25℃的样品进行稳态流变测试。剪切速率从0.01 s-1增加到300 s-1，再从300 s-1降低至0.01 s-1，测定剪切应力随剪切速率的变化。稳态剪切流变数据采用Power Law模型进行回归分析。复相关系数R2表示方程拟合精度。

式中，δ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。

1.2.4.2 动态黏弹流变测试 参照Zhu等［14］方法，将制备好的复合体系配制成25%的悬浮液。用移液管取约2 mL样品置于流变仪不锈钢平台上，固定角频率为1 Hz，应变2%，平衡1 min后进行温度扫描测试，测试程序为：从25℃开始程序升温至95℃，再从95℃降温至25℃，升降温速率均为3℃/min。将冷却至25℃的样品平衡1 min，随后进行频率扫描测试。测试过程保持25℃，应变2%，频率变化范围0.1～20 Hz。记录储能模量（G′），损耗模量（G″）。频率扫描数据采用以下方式拟合：

式中：G′表示储能模量（Pa）；f表示频率（Hz）；KG表示斜率。

1.3 数据分析

所有实验均重复3次，采用SPSS 19.0中的方差分析（ANOVA）进行差异显著性分析，以p＜0.05表示有显著性差异。

2 结果与分析

2.1 不同分子量段SSDF的分子量分布情况

高效液相凝胶色谱法（HPGPC）是测定多糖分子量最有效的方法之一［15］。采用TR对葡聚糖标品的logMW值进行回归处理，得到标准曲线TR=-2.6421logMW+25.786，R2=0.9953。

图1 不同分子量大豆可溶性膳食纤维的凝胶色谱图Fig1 The gel filtration chromatography of SSDF with different molecular weights

由图1可知，HSSDF的主峰保留时间为11.4 min，根据上述标准曲线求得HSSDF的重均分子量为27.8 ku。LSSDF主峰保留时间为15.3 min，重均分子量为9.3 ku。

2.2 不同分子量段SSDF对RS糊化特性影响

图2 不同分子量段SSDF对RS的RVA黏度曲线的影响Fig.2 Effect of SSDF with different molecular weights on RVA pasting profiles of RS

由图2可知，加入不同分子量段的SSDF对RS的糊化温度、峰值黏度、回复值及崩解值等都有显著影响。与原淀粉相比，加入HSSDF、LSSDF均可提高RS的糊化温度，其中，添加LSSDF、HSSDF的RS糊化温度从79.2℃分别提高至81.0℃及83.5℃。这可能是由于膳食纤维与淀粉间存在热力学相分离特性，每一组分溶液单独存在于各自独立的微相中，使得淀粉的有效浓度增加，从而让淀粉的糊化更为困难［16］。然而，不同分子量段SSDF对RS的峰值黏度和最终黏度的影响却有所不同。由表1可知，添加LSSDF后的RS峰值黏度变化不大，最终黏度有所下降。与原淀粉相比，RS+LSSDF的最终黏度值从4057 mPa·s下降至3647 mPa·s。而添加HSSDF后RS的峰值黏度及最终黏度显著上升。与原淀粉相比，RS+HSSDF的峰值黏度从2724 mPa·s上升至3789 mPa·s，最终黏度值上升至4490 mPa·s。不同分子量段SSDF对RS黏度影响的不同可能是因为两种SSDF自身黏度的差异。LSSDF由于本身黏度较低，附着于淀粉分子表面有一定润滑作用，减少了糊化过程中淀粉颗粒的磨损破坏及组分渗出，使得体系最终黏度有所降低［17］。而HSSDF由于其黏度较大，在糊化过程中与淀粉分子共同竞争水分子，一定程度增大了淀粉溶液的有效浓度，致使体系黏度增大［18］。

表1同时表明，添加SSDF的RS崩解值及回复值显著降低（p＜0.05），其中RS-HSSDF混合体系的崩解值及回复值最低。崩解值的降低表明淀粉颗粒可与可溶性膳食纤维紧密结合，在加热过程中抑制直链淀粉渗出，从而提高淀粉颗粒的耐热稳定性［19］。而回复值是衡量淀粉糊短期回生程度的指标［20］，从表1可以看出，添加两种不同分子量段的SSDF均可显著降低淀粉回复值，表明添加SSDF可以抑制淀粉的短期回生，提高大米淀粉的储藏稳定性。

表1 不同分子量段的SSDF对RS糊化性质的影响Table1 Effect of SSDF with different molecular weight on pasting properties of rice starch

2.3 不同分子量段SSDF对RS流变特性影响

2.3.1 稳态流变学特性 不同分子量段SSDF对RS的稳态剪切流变曲线如图3所示。用Power-law模型对稳态流变数据进行拟合时，复相关系数R2＞0.99，说明Power-law模型和流变数据的相关性很好。图3显示：对于所有的淀粉糊样品，剪切应力均随剪切速率的增大而增加，上行曲线的剪切应力数据均显著大于下行曲线的剪切应力，且围绕成一个顺时针的滞后环，表明大米淀粉糊具有触变性［21］。表2表明，与原淀粉相比，加入HSSDF的RS混合体系上行线和下行线的稠度系数K都有所增加，说明体系的稠度增强，复合体系表现出更高的黏性。这可能是因为大分子物质的相互缠结使得体系黏度增加［22］。此外，由表2可知，所有淀粉糊样品的流体行为指数均小于1 （0.49～0.62），表明混合体系为典型的假塑性流体［23］。与原淀粉相比，加入SSDF的淀粉体系的流体指数n都有所降低，表明SSDF的加入使淀粉体系的假塑性增强［24］。

图3 不同分子量段SSDF对RS的稳态剪切流变曲线的影响Fig.3 Effect of SSDF with different molecular weight on static rheological curves of rice starch

触变性是水溶性高分子溶液重要流变学特性之一，触变环的面积可以表示淀粉结构被破坏所需要的能量［23］。由图3及表2可知，加入SSDF后，混合体系触变环面积明显变小，与原淀粉相比，添加LSSDF及HSSDF的RS混合体系触变环面积分别降低267 Pa/s 及468 Pa/s，说明可溶性膳食纤维的加入可提高体系的剪切稳定性，以HSSDF对RS混合体系剪切稳定性的提高更为明显。

表2 不同分子量段SSDF与RS复合体系幂律方程拟合参数Table2 Power law parameters of rice starch containing SSDF with different molecular weight

2.3.2 动态流变学特性 动态流变学在非破坏性区域内以频率或者温度变化作为因子，通过研究储能模量（G′）及损耗模量（G″）的变化情况，从而提供体系结构信息［25］。

图4 不同分子量段SSDF对RS的温度扫描曲线的影响Fig.4 Effect of SSDF with different molecular weight on temperature sweep curves of rice starch

图4是不同分子量段的SSDF与RS在糊化过程中的储能模量变化图。图4表明：SSDF的加入使淀粉浆糊化过程中的峰值温度升高，储能模量降低。与原淀粉相比，两种不同分子量段的SSDF-RS混合体系在加热过程中的起始糊化温度（TG′0）及峰值温度（TG′max）都有所提高。RS-LSSDF及RS-HSSDF体系的TG′max分别提高至80.7℃及84.8℃。此结果与RVA测试中糊化温度的变化结果一致。与原淀粉相比，LSSDF-RS复合体系的储能模量从3020 Pa降至1900 Pa。而HSSDFRS复合体系的储能模量从3020 Pa降至1130 Pa，表明SSDF的加入可降低淀粉胶的固体性质，尤以HSSDF对淀粉胶的固体性质降低更为明显。

图5 不同分子量段SSDF对RS的动态频率扫描曲线的影响Fig.5 Effect of SSDF with different molecular weight on dynamic frequency sweep curves of rice starch

不同分子量段的SSDF与RS复合体系的动态频率扫描曲线见图5。由图5可知，淀粉体系的储能模量随频率的增大而增大，表现出良好的频率依赖性。SSDF的加入明显降低了淀粉胶的储能模量，HSSDF对淀粉凝胶体系储能模量的影响更为明显。此结果与温度扫描中体系储能模量的变化结果一致。

3 结论

本论文研究了两种不同分子量段SSDF对RS糊化及流变性质的影响。RVA结果表明，添加两种不同分子量段的SSDF均可提高RS的起始糊化温度。与原淀粉相比，SSDF可显著提高复合体系的耐热稳定性及储藏稳定性。流变学结果表明：添加SSDF可显著降低RS的储能模量，复合体系具有良好的频率依赖性。加入不同分子量段SSDF的RS复合体系均为假塑性流体，复合体系假塑性增强，触变环面积减小，体系剪切稳定性提高。此结果可为大豆可溶性膳食纤维加入大米制品中的应用提供一定的理论基础。

［1］Banchathanakij R，Suphantharika M.Effect of different βglucans on the gelatinisation and retrogradation of rice starch［J］.Food Chemistry，2009，114（1）：5-14.

［2］ViturawongY，AchayuthakanP，SuphantharikaM.Gelatinization and rheological properties of rice starch/xanthan mixtures：Effects of molecular weight of xanthan and different salts［J］.Food Chemistry，2008，111（1）：106-114.

［3］Feng T，Su Q，Zhuang H，et al.Ghost structures，pasting，rheological and textural properties between Mesona Blumes gum and various starches［J］.Journal of Food Quality，2014，37（2）：73-82.

［4］Heyman B，De Vos W H，Depypere F，et al.Guar and xanthan gum differentially affect shear induced breakdown of native waxy maize starch［J］.Food Hydrocolloids，2014，35（54）：546-556.

［5］Witczak T，Witczak M，Ziobro R.Effect of inulin and pectin on rheological and thermal properties of potato starch paste and gel［J］.Journal of Food Engineering，2014，124：72-79.

［6］Techawipharat J，Suphantharika M，BeMiller JN.Effects of cellulose derivatives and carrageenans on the pasting，paste，and gel properties of rice starches［J］.Carbohydrate Polymers，2008，73（3）：417-426.

［7］陈霞，张延坤.豆渣膳食纤维制备工艺的研究［J］.大豆科学，2001，20（2）：128-132.

［8］Tan Y，Li J，Li J，et al.Effect of soluble soybean polysaccharides on retrogradation behavior of starch［J］.Science and Technology of Food Industry，2008，29（4）：93-94，98.

［9］Ishihara S，Nakauma M，Funami T，et al.Functions of gum arabic and soybean soluble polysaccharide in cooked rice as a texture modifier［J］.Bioscience，Biotechnology，and Biochemistry，2010，74（1）：101-107.

［10］BeMiller J N.Pasting，paste，and gel properties of starchhydrocolloid combinations［J］.Carbohydrate Polymers，2011，86 （2）：386-423.

［11］高辰，朱杰，王明芳，等.豆渣可溶性膳食纤维的提取分析及抗氧化研究［J］.食品研究与开发，2013，34（10）：23-27.

［12］Li J-E，Nie S-P，Xie M-Y，et al.Isolation and partial characterization of a neutral polysaccharide from Mosla chinensis Maxim.cv.Jiangxiangru and its antioxidant and immunomodulatory activities［J］.Journal of Functional Foods，2014（6）：410-418.

［13］Sun Q，Si F，Xiong L，et al.Effect of dry heating with ionic gums on physicochemical properties of starch［J］.Food chemistry，2013，136（3）：1421-1425.

［14］Zhu F，Wang Y-J.Rheological and thermal properties of rice starch and rutin mixtures［J］.Food Research International，2012，49（2）：757-762.

［15］López-Barajas M，López-Tamames E，Buxaderas S.Improved size-exclusion high-performance liquid chromatographic method for the simple analysis of grape juice and wine polysaccharides ［J］.Journal of Chromatography A，1998，823（1）：339-347.

［16］Shi X，Bemiller JN.Effects of food gums on viscosities of starch suspensions during pasting［J］.Carbohydrate polymers，2002，50（1）：7-18.

［17］Funami T，Nakauma M，Noda S，et al.Effects of some anionic polysaccharides on the gelatinization and retrogradation behaviors of wheat starch：Soybean-soluble polysaccharide and gum arabic［J］.Food hydrocolloids，2008，22（8）：1528-1540.

［18］Funami T，Kataoka Y，Noda S，et al.Functions of fenugreek gum with various molecular weights on the gelatinization and retrogradation behaviors of corn starch—2：Characterizations of starch and investigations of corn starch/fenugreek gum composite system at a relatively low starch concentration；5 w/v%［J］.Food hydrocolloids，2008，22（5）：777-787.

［19］Chen L，Ren F，Zhang Z，et al.Effect of pullulan on the short-term and long-term retrogradation of rice starch［J］.Carbohydrate polymers，2015，115：415-421.

［20］Karim A A，Norziah M H，Seow C C.Methods for the study of starch retrogradation［J］.Food chemistry，2000，71（1）：9-36.

［21］Acquarone V M，Rao M A.Influence of sucrose on the rheology and granule size of cross-linked waxy maize starch dispersions heated at two temperatures［J］.Carbohydrate Polymers，2003，51（4）：451-458.

［22］姜莹，周雅婷.明胶分子量与黏度的关系［J］.明胶科学与技术，2010，30（3）：132-135.

［23］唐敏敏，洪雁，顾正彪，等.黄原胶对绿豆淀粉糊化和流变特性的影响［J］.食品科学，2013，34（21）：42-46.

［24］Achayuthakan P，Suphantharika M.Pasting and rheological properties of waxy corn starch as affected by guar gum and xanthan gum［J］.Carbohydrate Polymers，2008，71（1）：9-17.

［25］Miri T，Norton I T，Spyropoulos F，et al.Practical food rheology：an interpretive approach［M］.Briminghan：Blackwell Publishing Ltd，2011：7-28.

Effect of different molecular weight soybean soluble dietary fibers on pasting and rheological properties of rice starch

WANG Ri-si，WAN Jie*，LIU Cheng-mei，ZHOU Guo-hui
（State Key Laboratory of Food Science and Technology，Nanchang University，Nanchang 330047，China）

In order to study the effect of soybean soluble dietary fiber（SSDF）with different molecular weight on pasting and rheological of rice starch（RS），rapid visco analyzer（RVA），rheology were employed to investigate the effect of soybean soluble dietary fibers with molecular weight of 27.8 ku for HSSDF and of 9.3 ku for LSSDF.Results of RVA indicated that HSSDF increased the peak and final viscosity of RS，while LSSDF decreased the final viscosity of RS and had no obvious change in peak viscosity.Both of them increased initial pasting temperature but decreased the values of breakdown and setback of RS.Dynamic rheological studies suggested that the addition of SSDF considerably decreased the values of storage modulus of RS.In static rheological studies，adding HSSDF increased consistency coefficient K of RS，both of these two different SSDF shortened lag ring area and fluid index n of RS pastes，made the system more stable.Studies have shown that different molecular weight SSDF，especially the HSSDF，had a significant impact on the RS pasting and rheological properties.This paper could provide certain theoretical basis for application of SSDF in rice products.

rice starch；soybean soluble dietary fibers；molecular weight；pasting properties；rheological properties

TS231

A

1002-0306（2016）06-0124-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.06.016

2015－08－03

王日思（1992-），女，在读硕士研究生，研究方向：食品科学与工程，E-mail：ncuskwangrisi@163.com。

万婕（1983-），女，博士，副研究员，研究方向：食物资源的开发与利用，E-mail：wanjiencu@aliyun.com。

国家自然科学基金（31360407）。