萌发苦荞淀粉的理化特性及消化性研究

周一鸣王 宏崔琳琳姜 玥周小理（上海应用技术大学香料香精技术与工程学院，上海 048）（上海商学院旅游与食品学院，上海 0035）

萌发苦荞淀粉的理化特性及消化性研究

周一鸣1王 宏1崔琳琳2姜 玥1周小理1
（上海应用技术大学香料香精技术与工程学院1，上海 201418）
（上海商学院旅游与食品学院2，上海 200235）

本试验以萌发苦荞为研究对象，对苦荞萌发过程中淀粉的组成，尤其是淀粉颗粒形态的变化规律以及消化特性进行了研究。试验结果表明：经萌发处理后苦荞淀粉组成发生了变化，其中总淀粉质量分数下降了28.35%，随着直链淀粉的增加，直链淀粉与支链淀粉的比例也随之增大，在第3d时达到0.63；萌发苦荞淀粉的组成也发生变化，其中慢消化淀粉含量明显提高（P＜0.05）；同时，适度萌发仅对淀粉颗粒的无定形区晶体结构产生影响，结晶度随着萌发时间增加逐渐增大，形成部分小分子聚合体。体外消化试验表明：较萌发前，苦荞淀粉消化性能明显改善。从萌发苦荞淀粉颗粒结构与体外消化性相关性分析结果可以看出体外消化率即血糖指数与萌发苦荞淀粉平均粒径呈显著正相关，与其结晶度呈显著负相关。从而揭示了萌发后苦荞淀粉粒径变小，结晶度变大，有利于血糖指数的降低。萌发苦荞淀粉血糖指数（GI）均小于55，属于低GI食品，是目前国内外营养与食品界推荐糖尿病人群理想食物。

萌发 苦荞 理化性质 消化性 血糖指数

苦荞为中国特有的农作物，其面积和产量位居世界第一。苦荞中含有60%～70%的淀粉，其中抗性淀粉质量分数为35%～48%，同玉米、小麦、大米、红薯相比，苦荞淀粉颗粒较小，分布均匀，多数为不规则多边形，少数颗粒为椭圆形，且多为非结晶区，对酸的水解更易敏感［1］。研究表明，苦荞淀粉属于低GI食品，且消化速度小于玉米淀粉和小麦淀粉［2-3］。目前，国内外对苦荞的研究大多集中在苦荞蛋白分离纯化和芦丁等黄酮类化合物提取、分离等方面［4］。对苦荞淀粉提取分离方法的研究也仅关注淀粉的提取分离得率，却忽视了苦荞淀粉的特性等问题［1］。此外，国内外在抗性淀粉（RS）制备中多采用单一或简单的组合方法制备，抗性淀粉的得率较低［2］。

萌发过程是植物从休眠的静态跃升为生理活动频繁的动态的过程，萌发期间其呼吸作用增强，酶的种类和数量显著增加。种子中储存的各种物质被转化和提升为可供新生命利用的高活性成分，使生物活性物质等营养成分含量和药用价值显著增加，并可能产生新的高活性物质，同时也形成了独特的风味及口感。研究表明，苦荞籽粒在萌发过程中，淀粉酶、蛋白酶等水解酶类非常活跃，促使胚乳中淀粉蛋白质等营养物质从不溶解状态水解为溶解状态其中淀粉的α-1，4-糖苷键被水解，支链淀粉长度变短，逐渐生成一些短链的直链淀粉［5］，是一种有效的提高抗性淀粉含量的方法。同时，萌发后苦荞中氨基酸更为均衡，总黄酮和芦丁含量显著增加［6］，萌发处理对于提高苦荞的食用与保健价值，增加淀粉糊对高温、酸、碱和剪切力的抗性，改善淀粉糊的凝胶性、成膜性等有着一定的益处［7］。

淀粉是植物体中储存的养分，也是人类能量来源的最重要的物质之一［8］。近年来，随着人们生活水平的提高，追求科学营养膳食平衡也已成为时尚广泛存在于淀粉及含淀粉的食物中的抗性淀粉所具有的预防糖尿病和肠道癌等心血管和肠道疾病的生理保健功能，已开始受到营养及食品研究领域的广泛关注。因此，具有较高营养价值和药用价值的苦荞制品将越来越受人们的欢迎，大力开发和研制苦荞保健食品有着广阔的市场前景、较高的经济价值和社会价值。本试验通过将苦荞萌发处理，重点对萌发苦荞淀粉的组成和颗粒结构，与其消化特性的相关性进行了研究，为萌发苦荞食品的深加工开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

苦荞：山西黑丰1号。

三羟甲基氨基甲烷、马来酸、三水合乙酸钠、3，5-二硝基水杨酸、四水合酒石酸钾钠等以上药品及试剂均为分析纯：国药集团化学试剂（上海）有限公司；葡萄糖苷淀粉酶、胃蛋白酶、猪胰 α-淀粉酶（19.6 U／mg）：上海正极生物科技有限公司；直链淀粉标准品、支链淀粉标准品：Sigma公司。

1.2 仪器与设备

MZ8T 2000型激光粒度分析仪：Malvern，UK；D／max-RAⅢ型X衍射仪：日本理学 Rigaku公司；UV2600紫外可见光分光光度计：岛津企业管理（中国）有限公司；TGL-16B型台式离心机：上海安亭科学仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 苦荞萌发处理

筛选籽粒饱满、成熟度好的苦荞，先用2%次氯酸溶液浸泡10min，再用0.1%H2O2中浸泡10 min杀菌，清水反复冲洗后再浸泡12 h，室温下催芽24 h播种，播种后每8 h浇水1次（浇水量以苗盘内基质湿润又不浸水为宜），每天用 15W紫外灯照射15 min，保持环境湿度（80%～90%）与温度（25～30℃），播种后连续4 d取样，1／2置于-80℃备用，用于酶活测定，1／2除去外壳，冷冻干燥后粉碎，80目筛分，低温密封保存备用。

1.3.2 苦荞淀粉的制备

参照刘瑞等［9］的方法。

1.3.3 萌发苦荞淀粉含量的测定

1.3.3.1 总淀粉含量的测定 参照GB 5514—2008《粮油检验粮食、油料中淀粉含量测定》。

1.3.3.2 抗性淀粉及直（支）链淀粉含量测定抗性淀粉含量测定参照Goni法［10］。直（支）链淀粉含量参照庄玮婧等［11］改良的碘比色法，利用直链淀粉与支链淀粉的混合标准物制备校正曲线，从校正曲线上读取样品中直链淀粉、支链淀粉含量。

1.3.4 萌发苦荞淀粉的颗粒粒径分析

利用MZ8T 2000型激光粒度分析仪测定［12］，每个样品重复3～5次。

1.3.5 萌发苦荞淀粉颗粒晶体结构分析

采用粉末衍射法［13］。

1.3.6 萌发苦荞淀粉的水解指数与血糖指数

含50 g碳水化合物试验食物血糖应答曲线下面积（Area Under the Curve，AUC）与含等量碳水化合物标准食物血糖应答之比被称之为血糖指数（Glycemic index，GI）。一般以葡萄糖作为标准，结果采用相对于标准物的百分数表示。采用Goni的体外消化动力学方法［10］，水解曲线下面积（Area under curve，AUC）按公式计算：

式中：C∞ 为反应平衡时的浓度；T1为最终的时间（180 min）；T2为反应初始时间（0 min）；K为一级反应动力学常数。

样品的水解指数HI为各样品与白面包水解曲线积分面积比值的百分数，根据Goin等［10］得到体内，体外淀粉水解指数（HI）和血糖指数（GI）之间良好相关性（R2=0.894），其线性回归方程为：

1.3.7 萌发苦荞淀粉体外消化性能的测定

称取0.2 g淀粉样品置于50 mL试管中，加入15 mL pH 5.2的0.2 mol／mL醋酸钠缓冲液，混匀后加入10 mL的猪胰α-淀粉酶（300 U／mL）和糖化酶（25 U／mL），置于37℃恒温水浴下振荡（转速为150 r／min）并准确计时。在水解20（G20）或120 min （G120）时分别取出0.5 mL水解液，加无水乙醇灭酶，离心处理后（3 000 r／min）的上清液在510 nm下采用DNS法［14］测定葡萄糖含量，淀粉含量为葡萄糖值乘以转化因子0.9，每样测定3个平行。具体计算公式：

式中：RDS、SDS、RS为快速消化淀粉、慢消化淀粉、抗性淀粉；G20、G120为淀粉酶水解20、120 min后产生的葡萄糖质量／mg；TS为样品中总淀粉质量／mg；FG为酶水解处理前淀粉中游离葡萄糖质量／mg。

1.3.8 数据分析

试验数据均以平均值±标准差（x±s）表示，采用SPSS19.0软件进行统计学分析，组间比较采用方差齐性检验和单因素方差分析（One Way ANOVA），以P＜0.05为差异有统计学意义。并以萌发3 d苦荞淀粉为例，利用SPSS19.0统计软件对萌发苦荞淀粉的理化性质与体外消化性进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 萌发苦荞淀粉的组成

表1为萌发处理前后苦荞淀粉的组成，由表1可以看出，随着萌发时间的增加，苦荞淀粉中总淀粉含量和直链淀粉（干基）含量均不断减少，总淀粉含量从78.72%下降到56.40%，下降了28.35%，而直链／支链比呈增大趋势，从0.45增大到了0.63，上升了40.00%，同时，萌发处理后苦荞淀粉中抗性淀粉含量变化呈现先增长后下降的趋势，在萌发2 d时达到最大值为29.69%，这主要是由于萌发过程中α-淀粉酶活性提高，不断作用于淀粉的α-1，4-糖苷键，将支链淀粉逐渐生成一些短链的直链淀粉，从而提高了其中直链／支链比例。

表1 萌发处理前后总淀粉含量及淀粉组成

2.2 萌发苦荞淀粉颗粒粒径分析

表2为萌发苦荞淀粉颗粒粒径分布，由表2可知，未萌发苦荞淀粉颗粒直径在3.94～8.98 μm，颗粒平均粒径为4.93 μm。萌发后苦荞淀粉随着萌发时间的增加，颗粒平均粒径由2.96 μm降低至0.63μm，下降了33.78%，这主要是由于苦荞籽粒在萌发过程中淀粉酶活力升高导致淀粉水解增多，导致苦荞淀粉发生降解。

表2 萌发苦荞淀粉颗粒粒径分布特征

2.3 萌发苦荞淀粉颗粒晶体结构分析

图1为萌发处理前后苦荞淀粉的X-射线衍射图，由图1可知，萌发前苦荞淀粉均在2θ为15.08° 17.29°、18.06°和23.22°附近出现强衍射峰，为A型图谱，萌发后得到的苦荞淀粉的特征峰与未萌发苦荞淀粉一致，只是衍射图谱的峰位置以及峰强度发生了变化，表明萌发过程中的淀粉水解反应主要发生在淀粉颗粒的无定形区。萌发1 d苦荞淀粉与未萌发前淀粉X-射线衍射图谱特征比较接近，萌发2 d和3 d的淀粉颗粒X-射线衍射变化明显。

图1 萌发苦荞淀粉X-射线衍射图

结晶度是指淀粉粒内部半结晶区的大小，由特征谱线分析表（表3）可知，萌发苦荞淀粉结晶度较高，为32.25%～35.83%，并且随着萌发时间的延长结晶度有逐渐增大的趋势，在第3天时达到最大。

表3 萌发苦荞淀粉颗粒晶型的分析

2.4 萌发苦荞淀粉的水解指数与血糖指数

表4为萌发处理前后苦荞淀粉的水解指数与血糖指数，由表4可知，萌发3 d苦荞淀粉的水解指数和血糖指数平衡浓度最低，萌发后苦荞淀粉样品动力学平衡浓度C∞和K都低于未萌发苦荞淀粉，这是由于萌发后苦荞淀粉中直链淀粉的比例增加，容易发生老化现象，同时抗性淀粉含量较高。未萌发苦荞淀粉的消化动力学常数大于萌发苦荞淀粉，表明未萌发苦荞淀粉体外消化达到平衡浓度的速度都比萌发苦荞淀粉快，这是由于萌发苦荞淀粉经萌发处理后，在淀粉酶作用下，淀粉分子链较短，分子聚合度较小，则分子容易聚集在一起而很难被酶作用，因此萌发后大小均匀的苦荞淀粉颗粒较难被酶解，而表现出较小的水解指数。水解指数是以白面包的体外消化为标准的，萌发后的苦荞淀粉水解指数范围在14.43%～24.80%，低于未萌发苦荞淀粉的26.50%。

根据Goin等［10］得到的线性回归方程GI=39.71+ 0.549HI，可计算得到血糖指数，其中未萌发苦荞淀粉的血糖指数最高，萌发3 d的苦荞淀粉血糖指数最低，可见，与未萌发苦荞淀粉相比，萌发3 d后的苦荞淀粉是一种更好的低GI食品原料。

表4 萌发处理前后苦荞淀粉的动力学平衡浓度（C∞），动力学常数（K），水解指数（HI），血糖指数（GI）

2.5 萌发苦荞淀粉体外消化营养片段分析

表5为萌发处理前后苦荞淀粉体外消化性的分类，由表5可以看出，萌发后的苦荞淀粉主要成分是慢消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS），在萌发过程中，部分RS在萌发过程中转化为SDS，慢消化淀粉（SDS）的比例由7.58%上升到18.70%，提高了2.47倍，这是由于萌发处理后苦荞淀粉中直链淀粉以及直链淀粉与支链淀粉比值随着萌发时间的增加而增大，促使直链淀粉-脂质复合物的含量也相应提高，由于该复合物对淀粉颗粒糊化、膨胀和溶解具有强烈的抑制作用，酶水解耐受性增强［16］。

表5 萌发苦荞淀粉中营养片断的体外消化分类

2.6 相关性分析

淀粉理化性质与体外消化性进行相关性分析结果如表6所示。从表6中可以看出，萌发苦荞淀粉的结晶度与颗粒直径大小呈极显著负相关（P＜0.05），说明与未萌发苦荞淀粉相比，萌发后的苦荞淀粉平均颗粒直径较小，其结晶度较大。可消化淀粉与抗性淀粉含量呈极显著负相关，这是由于可消化淀粉是总淀粉与抗性淀粉含量的差值。血糖指数与淀粉平均粒径呈显著正相关，这说明萌发苦荞淀粉的平均粒径越小，血糖指数越小，即：随着萌发时间的增加苦荞淀粉粒径不断减小，血糖指数（GI）也在变小；淀粉的结晶度与血糖指数呈显著负相关，即萌发苦荞淀粉的结晶度越大，其血糖指数越小。

表6 萌发苦荞淀粉理化性质与体外消化性的相关性分析

3 结论

苦荞经萌发处理后，通过对淀粉聚集态结构分析表明，适度萌发仅对淀粉颗粒的无定形区晶体结构产生影响，微晶区结构影响较小，其X-射线衍射图谱仍为A型，但衍射图谱的峰位置以及峰强度发生了一些变化，结晶度随着萌发时间增加逐渐增大，形成部分小分子聚合体。

萌发苦荞淀粉在淀粉酶的作用下，淀粉组成发生变化，慢消化淀粉含量明显提高，是未萌发苦荞淀粉的2.5倍；体外消化性能测定表明：体外消化性能较未萌发的苦荞淀粉也明显改善。由线性回归方程GI=39.71+0.549HI，可知血糖指数与消化率呈正相关。萌发苦荞淀粉血糖指数（GI）均小于55，较未萌发淀粉最大降幅可以达到12%，属于低GI食品。是糖尿病人群可以食用的理想食物。

从萌发苦荞淀粉颗粒结构与体外消化性相关性分析结果可以看出体外消化率即血糖指数与萌发苦荞淀粉平均粒径呈显著正相关，与其结晶度呈显著负相关。从而揭示了萌发后苦荞淀粉粒径变小，结晶度变大，有利于血糖指数的降低，有利于苦荞淀粉在预防和治疗“三高”人群保健食品中的应用。同时研究数据也表明：苦荞淀粉的颗粒粒径及结晶度与萌发时间密切相关，可通过萌发时间的控制，获得理想的苦荞淀粉体外消化性能，进一步降低苦荞淀粉血糖指数，同时也为萌发苦荞食品的深加工开发提供了参考。

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Physicochemical Properties and Digestibility of Germination of Buckwheat Starch

Zhou Yiming1Wang Hong1Cui Linlin2Jiang Yue1Zhou Xiaoli1
（School of Spice and Essence Technology and Engineering，Shanghai Institute of Technology1，Shanghai 201418）
（School of Tourism and Food，Shanghai Business School2，Shanghai 20035）

Using the germination of buckwheat as the research object，Buckwheat starch composition Was investigated during the germination，especially the changes of starch granule morphology and digestive characteristics.The experimental results showed that：buckwheat starch components after the germination change，of which the total starch content was decreased by 28.35%.With the increase of amylose，the proportion of amylose and amylopectin was also increased，on the third day reached 0.63；the composition of germinated buckwheat starch was also changed，of which the content of slowly digestion starch was significantly increased（P＜0.05）；Meanwhile，moderate germination only affects the crystal structure of amorphous regions of starch granules，crystallinity was increased gradually as germination days increases to form part of the small molecular aggregates.Digestive experiment in vitro indicates compared with the situation before germination，buckwheat starch digestion performance was improved significantly.From correlation analysis results of the germination of buckwheat starch granule structure and digestibility in vitro，in vitro digestibility of the glycemic index，i.e.glycemic index was positively related with the average particle size of germinated buckwheat starch，while negatively correlated with the degree of crystallinity.Therefore，it was showed smaller partical size of germinated buckwheat starch size and increased crystallinity can reduce the blood sugar index.The glycemic index（GI）of germinated buckwheat starch was less than 55，belonging to low GI food，and was currently the ideal food nutrition and food field at home and abroad.

germination，tartary buckwheat，physicochemical properties，digestive，glycemic Index

TS21

A

1003-0174（2017）03-0025-06

国家自然科学基金（31371761，31501437），国家燕麦荞麦产业技术体系项目（CARS-08-D-2-5）

2015-07-30

周一鸣，男，1981年出生，讲师，博士，功能食品开发，食品加工与工艺

周小理，女，1957年出生，教授，食品新资源深度开发与利用