粳性和糯性糜子淀粉的理化性质

晁桂梅 周 瑜 高金锋 屈 洋 王 颖 冯佰利

粳性和糯性糜子淀粉的理化性质

晁桂梅1周 瑜1高金锋1屈 洋2王 颖3冯佰利1

（旱区作物逆境生物学国家重点实验室；西北农林科技大学1，杨凌 712100）
（宝鸡市农业科学研究所2，宝鸡 722400）
（云南省农业科学院经济作物研究所3，昆明 650205）

为揭示粳性、糯性糜子淀粉的理化特性及其差异，选用2个粳性糜子、2个糯性糜子品种为试验材料，以玉米淀粉、马铃薯淀粉为对照，比较了其淀粉的颗粒形态与大小、晶体结构、直链淀粉含量、透明度、冻融稳定性等理化性质。结果表明，粳性、糯性糜子淀粉颗粒形态均呈棱角圆滑的多面体形或球形，平均粒径分别为7.18、6.04μm，结晶构型均为A型；粳性糜子淀粉直链淀粉含量、冻融析水率高于糯性糜子淀粉，而透光率较低；粳性、糯性糜子淀粉的溶解度与膨胀度均随温度升高而增大，前者的溶解度、膨胀度较低；粳性糜子淀粉破损值低，热糊稳定性好，而糯性糜子淀粉的回生值低，冷糊稳定性好。因此，糜子淀粉可作为一种新型的淀粉资源应用于不同领域。

粳性糜子 糯性糜子 淀粉 理化性质

糜子（Panicum miliaceum L.）是我国西部干旱半干旱地区主要粮食作物，具有生育期短、耐旱、耐瘠薄等特点，常年种植面积约100万hm2［1］。糜子富含蛋白质、淀粉、膳食纤维及多种微量元素，如镁、铁、钙等，可以预防动脉硬化、胃肠道肿瘤和冠心病等疾病［2］，是21世纪新型的医食同源作物，糜子有粳、糯之分。糜子籽粒中淀粉质量分数为70%左右，其中粳性品种在72%以上，糯性品种在67%以上，不同品种之间差异较大［1］。

淀粉不仅是人们膳食中碳水化合物的主要来源，也是食品加工行业中所用的原料之一［3］。目前关于食用型淀粉的研究主要来自马铃薯［4］、玉米［5］、水稻［6］等作物，但随着人们生活水平的提高以及饮食结构的改变，糜子淀粉及其相关制品备受人们关注和青睐。有研究表明，糜子淀粉颗粒呈双峰分布，即小球形和大多角形，大球形颗粒较少，与谷子、稗子相比峰值黏度和破损值较高，而糊化温度和回生值较低［7］；糜子淀粉的糊化特性在品种间差异较大，热糊稳定性、冷糊稳定性均优于马铃薯淀粉［8］；糜子淀粉糊化的热焓值高于糯性大米淀粉和粳性小米淀粉［9］。此外，糜子中抗性淀粉含量较高，适用于糖尿病和心血管病患者食用［7］。

淀粉作为糜子籽粒中的主要成分，其理化性质直接影响到糜子的品质特性及加工性能。但总体看来，关于糜子淀粉的研究相对较少。本研究通过对不同粳、糯性糜子品种淀粉理化性质的研究与分析，揭示糜子淀粉以及粳、糯性糜子淀粉的理化性质及其差异，旨在为糜子品种选育及糜子淀粉开发应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试材料为粳性糜子品种2个，为PZ-00424和YYM0965；糯性糜子品种2个，为90322-2-33和内糜7号。试验材料来源于2012年种植于西北农林科技大学陕西榆林试验基地。参比淀粉为玉米淀粉（自制）和马铃薯淀粉（自制）。

1.2 仪器与设备

TDL-5-A型低速台式大容量离心机：上海安亭科学仪器厂；FW100型高速万能粉碎机：天津泰斯特仪器有限公司；JSM-6360LV型扫描电子显微镜：日本电子株式会社；D／Max2550VB+／PC型X-射线衍射仪：日本株式会社；RVA-3D型快速黏度测定仪：澳大利亚Newport Scientific仪器公司；UV1240型紫外可见分光光度计：日本京都岛津公司。

1.3 试验方法

1.3.1 糜子淀粉制备

参考王颖［9］的碱液浸泡法提取糜子淀粉。

1.3.2 淀粉微观结构

淀粉颗粒粉碎过200目筛后，将其固定于扫描电子显微镜的载物台上，并进行喷金处理，然后用JSM-6360LV型扫描电子显微镜观察淀粉粒形态与大小，电镜加速电压为15 kV，放大倍数为2 500倍［10］。

1.3.3 晶体结构

用D／Max2550VB+／PC型X-射线衍射仪在室温下测定淀粉结晶特性。参数设定为衍射角2θ：5°～50°；步长：0.02°；扫描速率：8（°）／min；靶型：Cu；管压、管流：40 kV、100 mA［11］。

1.3.4 直链淀粉含量

参照ISO 6647-1：2007［12］测定方法，以玉米直、支链淀粉标准品得到标准曲线，通过标准曲线方程及测得的样品吸光度值计算淀粉样品中直链淀粉含量。

1.3.5 淀粉糊的透明度

配制质量浓度为1 g／100 mL淀粉乳25 mL，采用杜双奎等［13］的研究方法，以蒸馏水为空白，在620 nm波长下测定淀粉糊的透光率。

1.3.6 冻融稳定性

配制质量浓度为6 g／100 mL的淀粉乳25 mL，在沸水浴中加热20 min，冷却至室温后称取淀粉糊重量，置于-20℃的冰箱内冷冻24 h，取出自然解冻。在3 000 r／min下离心20 min，除去上清液，称取沉淀物质量，计算析水率［14］。

析水率＝（淀粉糊重-沉淀物重）／淀粉糊重×100%

1.3.7 溶解度与膨胀度

准确称取0.500 g淀粉于25 mL离心管中，配制浓度为2 g／100mL 淀粉乳，分别于60、70、80、90 ℃水浴30 min，取出后3 000 r／min 离心20 min，分离上清液和沉淀物，由上层清液烘干后质量A（g）和离心管中剩余物质量P（g）。参照Jing等［15］的试验方法，计算溶解度（S）和膨胀度（B）：

式中：m为淀粉样品质量，以干基计／g。

1.3.8 糊化特性

称取淀粉2.0 g，加蒸馏水25.0 mL，搅拌均匀，采用快速黏度分析仪（RVA）进行测定，用TCW（thermal cycle for windows）配套软件记录和分析数据［10］。

1.4 数据统计与分析

各组试验数据均为3次重复的平均值，数据采用Excel2007、SAS9.0 软件分析，Sigmaplot10.0 作图，多重比较采用LSD最小显著差异检验法（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 淀粉颗粒形态与大小

图1所示，参试粳性糜子和糯性糜子淀粉颗粒形态基本没有差异，呈棱角圆滑的多面体形或球形，多角形颗粒较大且所占比例较高，与玉米淀粉颗粒相似，但与马铃薯淀粉颗粒形态不同。马铃薯淀粉颗粒多为卵圆形，颗粒大，少数为球形且颗粒小。糜子淀粉部分颗粒表面出现凹陷现象，可能是由小淀粉粒挤压所致，也可能是因糜子淀粉提取时碱液浸泡对其颗粒的侵蚀；这些凹痕可能影响淀粉糊化，因为它促进了水的渗透和直链淀粉的浸出，从而直接导致淀粉颗粒的膨胀［16］，同时这些凹痕为淀粉粒与基质蛋白镶嵌连接的位点［7］，并增大了淀粉颗粒的表面积，为淀粉酶解创造了条件［17］。淀粉颗粒的形态与大小因植物来源和生长条件的不同而存在较大差异［18-19］。参试粳性糜子品种PZ-00424和YYM0965淀粉的粒径范围分别为5.24～11.06μm和4.38～10.62 μm，平均为7.18 μm，略大于糯性糜子品种淀粉颗粒，90322-2-33和内糜7号的粒径范围分别为4.32～8.62μm和2.86～10.06μm，平均为6.04μm；而粳性、糯性糜子淀粉颗粒的粒径均小于玉米淀粉（12.15 μm）和马铃薯淀粉（33.67 μm）。根据Lindenboom 等［20］的研究，颗粒平均粒径为5～10μm的淀粉颗粒被定为“小型颗粒”，故粳性、糯性糜子淀粉颗粒均属于“小型颗粒”，而较小的颗粒因其具有更大的表面积，可以提高淀粉的消化率。淀粉颗粒的形态与大小影响淀粉的理化性质，如膨胀度、糊化特性、流变特性等，同时也影响淀粉的功能特性和烘焙特性［21-22］。

图1 不同种类淀粉颗粒的电镜扫描照片

2.2 晶体结构

淀粉颗粒的结晶结构随不同来源的植物品种而异，按淀粉的X射线衍射图形将它们分成A、B、C 3种类型，谷物淀粉大多数属A型，根茎和球根茎类的淀粉大多数属B型，而根和豆类的淀粉则属C型者居多；此外还有一种V型结构则是由直链淀粉和脂肪酸、乳化剂、丁醇以及碘等物质混合得到的，在天然淀粉中很少发现，在衍射图中的12.5°和19.5°有较强的特征衍射峰出现［23］。从图2可以看出，粳性、糯性糜子淀粉和玉米淀粉的X-射线衍射图谱相似，在2θ 角为15°、17°、18°、23°处均出现强衍射峰，即均为A型；而与马铃薯淀粉的衍射图谱不同，马铃薯淀粉在2θ 角为17.06°处出现强衍射峰，在5°、19.62°、21.98°处出现中等强度的衍射峰，结晶构型为B型。此外，糜子淀粉、玉米淀粉及马铃薯淀粉在2θ角为20°处均出现了弱强度的衍射峰，是因淀粉中还有少量脂类和蛋白质类物质存在［8，24］。粳性、糯性糜子淀粉和玉米淀粉的结晶构型虽均为A型，但其衍射强度和结晶度存在一定的差异，在2θ角为15°、17°、18°、23°处，粳性糜子品种淀粉的平均衍射强度（377.5、395.5、422.5、338.5 cps）和糯性糜子品种的相似（391.5、461.0、471.0、384.0 cps），均低于玉米淀粉（435.0、538.0、554.0、485.0 cps）；参试粳性、糯性糜子淀粉的结晶度相似，分别为45.36%、45.21%，略高于玉米淀粉（40.65%）和马铃薯淀粉（38.81%）。X-射线衍射图中的峰高、半峰宽与淀粉颗粒内部结晶区中的颗粒大小形状有关，结晶颗粒越大，衍射峰越高，半峰宽越小［25］。已有报道表明，衍射图谱除了受其植物来源的影响，还与其他因素如支链淀粉的链长、直链淀粉含量、水分的含量、淀粉的制备、生长条件及收获时的成熟度都有关系［26］。不同种类淀粉的X-射线衍射强度和结晶度的差异，进而导致其在淀粉理化性质上的差异，如淀粉的可消化性和回生特性均与淀粉的晶体结构有关［27］。

图2 不同种类淀粉的X-射线衍射图谱

2.3 直链淀粉含量

由表1可知，参试粳性糜子品种间淀粉中直链淀粉含量差异显著，其平均质量分数为27.15%，明显高于糯性糜子淀粉（1.36%），也高于对照玉米淀粉（23.95%）和马铃薯淀粉（22.21%）。糯性糜子品种间淀粉中直链淀粉含量差异不显著，均明显低于玉米淀粉和马铃薯淀粉。淀粉中直链淀粉含量因植物淀粉的来源而不同，并且是受生长期间气候和土壤条件，以及收获时间的影响［28］。研究表明，随着收获时间的推迟，马铃薯淀粉的直链淀粉质量分数从22% 下降到18%［29］；Kaur 等［30］发现马铃薯大颗粒淀粉直链淀粉含量高于中小颗粒。由于直链淀粉较支链淀粉易老化而不易糊化，对淀粉的透明度、膨胀度、冻融稳定性、糊化温度、黏度、及回生性等影响较大，进而影响到其食用与加工品质［31］。据报道，直链淀粉含量的提高有利于抗性淀粉（Resistant Starch，RS）形成和提取［27］。本研究中，粳性糜子淀粉中直链淀粉含量远大于糯性糜子淀粉，也大于玉米淀粉和马铃薯淀粉，说明粳性糜子淀粉中可能含有较高比例的抗性淀粉，较适合于肥胖、糖尿病等人群的食用。

表1 不同种类淀粉的直链淀粉质量分数、透光率、析水率／%

2.4 透明度

如表1所示，参试2个粳性糜子品种淀粉糊的透光率差异不显著，平均为15.31%，明显低于2个糯性糜子品种淀粉糊的透光率（31.50%），与玉米淀粉相似，低于马铃薯淀粉；糯性糜子品种淀粉糊的透光率差异不显著，均显著高于玉米淀粉和马铃薯淀粉。透明度是淀粉理化性质中一个最直观的指标，尤其是在制作凉粉、碗饦等传统食品，透明度是影响其外观品质的重要因素［32］。淀粉糊透明度的高低通常用透光率来反映，与淀粉颗粒大小、直链淀粉含量及直／支淀粉含量之比有关，直链淀粉含量增高及淀粉颗粒粒径的减小会降低淀粉糊的透明度［33］。参试淀粉中糯性糜子淀粉的透明度最大，是因为糯性糜子淀粉中直链淀粉非常低，而马铃薯淀粉因其淀粉颗粒最大，淀粉糊的透明度仅次于糯性糜子淀粉。所以，糯性糜子淀粉较适合应用于对产品透明度要求较高的加工行业。

2.5 冻融稳定性

由表1可以看出，参试各类淀粉均在1次冻融之后出现了分层现象，2个粳性糜子品种淀粉糊的析水率差异不显著，平均为47.49%，显著地高于糯性糜子淀粉（20.21%）、玉米淀粉（23.31%）及马铃薯淀粉（8.39%）。2个糯性糜子品种间淀粉糊的析水率差异不显著，略低于玉米淀粉，而高于马铃薯淀粉。淀粉的冻融稳定性影响其食品的感官、质地、风味，由析水率反映［14］，与淀粉颗粒的结构与大小、直链淀粉含量等有关［34］。析水率低的淀粉糊，其冻融稳定性一般比较好。因此，糯性糜子淀粉糊的冻融稳定性较好，优于粳性糜子淀粉和玉米淀粉，这与糯性糜子淀粉中直链淀粉含量较低有关［34］。但粳、糯糜子淀粉均在1次冻融之后有水析出，说明其冻融稳定性仍需进一步的改善和提高。

图3 不同种类淀粉的溶解度与膨胀度

2.6 溶解度与膨胀度

由图3a可知，参试各类淀粉的溶解度随着温度的升高而增大，60～80℃时，粳性、糯性糜子品种之间淀粉的溶解度差异不显著，但在达到90℃时，粳性糜子品种PZ-00424（22.67%）和YYM0965（28.40%）淀粉的溶解度低于糯性糜子品种90322-2-33（33.73%）和内糜7 号（35.10%），这与粳性糜子淀粉中直链淀粉含量相对较高有关［27］。在60℃和70℃时，粳性、糯性糜子淀粉的溶解度与玉米淀粉没有显著差异，但在80℃后，粳性、糯性糜子淀粉的溶解度略高于玉米淀粉，90℃时玉米淀粉的溶解度最低（11.53%），总体来说，玉米淀粉的溶解度随温度变化的幅度相对较小。粳性、糯性糜子淀粉的溶解度明显低于马铃薯淀粉，且马铃薯淀粉的溶解度随着温度的变化较为明显，60℃和90℃时马铃薯淀粉的溶解度分别为4.40%和47.04%。由图3b可知，参试各类淀粉的膨胀度均随着温度的升高而增大，在60℃和70℃时，粳性、糯性糜子淀粉的膨胀度没有显著差异，在80℃后粳性糜子淀粉的膨胀度低于糯性糜子淀粉，90℃时粳性、糯性糜子淀粉的膨胀度平均值分别为12.22%和18.46%，高于玉米淀粉（11.67%），而显著地低于马铃薯淀粉（59.98%）。由此可以得出，粳性、糯性糜子淀粉及玉米淀粉均属于限制型膨胀淀粉，且粳性糜子淀粉和玉米淀粉的膨胀度随温度变化幅度较小；而马铃薯淀粉属于高膨胀型淀粉，其膨胀度速度随温度变化较快，膨胀度较大［35］。在同一温度下，不同糜子品种间淀粉溶解度和膨胀度存在差异，可能与其淀粉的颗粒形态、大小及直链淀粉含量等有一定的关系［36］。

2.7 糊化特性

由表2可知，粳性糜子、糯性糜子、玉米、马铃薯淀粉糊化特性的各指标值均呈现显著性差异。参试粳性糜子品种淀粉的糊化温度（63.8℃）、回生值（999.0 cP）高于糯性糜子淀粉（62.8 ℃、541.5 cP），而峰值黏度（2 033.0 cP）、破损值（498.5 cP）低于糯性糜子淀粉（3 355.5、974.5 cP），此现象出现的主要原因可能是因为粳性糜子淀粉中直连淀粉含量较高［37］。粳性糜子淀粉的峰值黏度和回生值低于玉米淀粉和马铃薯淀粉，破损值介于二者之间；糯性糜子淀粉的峰值黏度和破损值介于玉米淀粉和马铃薯淀粉之间，回生值低于玉米淀粉和马铃薯淀粉。淀粉的糊化特性影响其食品蒸煮品质、口感效果及储存性能的重要性质［38］，主要受淀粉颗粒大小、结晶度、直链淀粉含量及支链淀粉结构等影响［39］。Eugenia等［19］研究发现直链淀粉含量与淀粉糊化的峰值黏度、最终黏度呈负相关，而与糊化温度、回生值呈正相关。分析表明，粳性糜子淀粉热糊稳定性优于糯性糜子淀粉和马铃薯淀粉，而糯性糜子淀粉具有易糊化，峰值黏度大，冷糊稳定性强，抗老化能力强的特点。玉米淀粉的热糊稳定性最强，马铃薯的热糊稳定性和冷糊稳定性均最差；马铃薯淀粉有较高的糊化黏度，可能是由于其淀粉颗粒较大、膨胀度较高［40］。在食品加工中，应根据不同的加工方式选择不同特性的淀粉，如高温罐制食品，一般要求淀粉糊具有较好的热稳定性，而冷冻食品要求淀粉的冻融稳定性好［41］，所以粳性糜子淀粉较适合于前者，而糯性糜子淀粉更适合用于后者。

表2 不同种类淀粉样品的RVA特征值

3 结论

糜子淀粉颗粒呈棱角圆滑的多面体形或球形，多角形颗粒较大且所占比例较高，粳性与糯性糜子淀粉颗粒在形态上差异不明显，且与玉米淀粉颗粒相似，与马铃薯淀粉颗粒差异较大；粳性糜子淀粉颗粒的粒径略大于糯性糜子淀粉，但二者均小于玉米淀粉和马铃薯淀粉，属于小型颗粒。粳性糜子淀粉、糯性糜子淀粉的结晶构型均为A型，其衍射强度和结晶度与玉米存在一定的差异。糯性糜子淀粉中直链淀粉含量最低，其透明度和冻融稳定性均优于粳性糜子淀粉。糜子淀粉的溶解度与膨胀度均随着温度的升高而增大，粳性糜子淀粉的溶解度与膨胀度均低于糯性，粳、糯性糜子淀粉均属于限制型膨胀淀粉。粳性糜子淀粉热糊稳定性优于糯性糜子淀粉和马铃薯淀粉，而糯性糜子淀粉冷糊稳定性好，抗老化能力强，且具有易糊化，峰值黏度大的特点。研究结果为进一步探索糜子淀粉在不同领域开发利用潜力提供了参考。

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Physicochemical Properties of Starch from Non-waxy Proso Millet and Waxy Proso Millet

Chao Guimei1Zhou Yu1Gao Jinfeng1Qu Yang2Wang Ying3Feng Baili1
（State Key Laboratory of Crop Stress Biology in Arid Areas，Northwest A＆F University1，Yangling 712100）
（Baoji Institute of Agricultural Sciences2，Baoji 722400）
（Industrial Crops Research Institute，Yunnan Academy Agricultural of Science3，Kunming 650205）

The granules morphology，microcrystalline structure，amylose content，transparency，freeze-thaw stability，solubility，swelling power，and pasting properties of starches of two non-waxy proso millet varieties and two waxy proso millet varieties were investigated to reveal the difference of the physicochemical properties of starches between non-waxy proso millet and waxy proso millet.The results showed that the starch granules morphology of non-waxy proso millet and waxy proso millet were polygonous and global shapes，and the polygonous granules were larger and more than the global ones；the average diameters of starch granules of non-waxy proso millet（7.18 μm）were larger than that of waxy proso millet（6.04 μm）.Type A microcrystalline structures were observed in starches of both non-waxy proso millet and waxy proso millet.The amylose content and drainage rate of starches of nonwaxy proso millet were higher than those of waxy proso millet，but the transmittance of starch pastes was lower than that of waxy proso millet（31.50%）.The solubility and swelling power of starches of both non-waxy proso millet and waxy proso millet increased with the rise of temperature，but the solubility and swelling power of starch of nonwaxy proso millet was lower than those of waxy proso millet.The peak viscosity and breakdown value of starch of non-waxy proso millet were both lower than those of waxy proso millet，but the setback value were higher than those of waxy proso millet，suggesting that the starches of non-waxy proso millet have better hot-pasting stability，while the starches of waxy proso millet were characterized by higher cold-paste stability and stronger anti-aging capacity.Therefore，starch of proso millet could be used as a new kind of starch resource in different fields.

non-waxy proso millet，waxy proso millet，starch，physicochemical properties

S516；S517；TS232

A

1003-0174（2016）11-0013-07

国家科技支撑计划（2014BAD07B03），国家自然科学基金（31371529），国家谷子糜子产业技术体系（CARS-07-12.5-A9）

2015-03-11

晁桂梅，女，1988年出生，博士，作物高效栽培

冯佰利，男，1966年出生，教授，博士生导师，小杂粮品种资源、育种、栽培及产业化开发