小红栲抗性淀粉的理化功能特性

谢 涛 唐雅璐 - 刘艳兰 n- 李晓文 - 刘永乐 - 易翠平 -

(1. 湖南工程学院化学化工学院，湖南 湘潭 411104； 2. 长沙理工大学化学与食品工程学院，湖南 长沙 410114)

小红栲(Castanopsiscarlesi)属壳斗科植物，中国江南各地广泛分布，其果实产量非常丰富[1-2]。小红栲种仁味甜可食，淀粉含量达60.5%[2]。关于小红栲原淀粉的颗粒结构、结晶特性、糊化特性、酶解特性及一些加工特性等已进行了较为系统全面的研究[1-4]。笔者[5-6]还对几种小红栲变性淀粉的结构、糊化与回生等特性进行了研究。湿热处理是变性淀粉加工中常见的物理改性方法之一，在中国越来越引起关注，研究内容涉及到湿热处理条件对淀粉结构与性质的影响，不同种类淀粉经湿热处理后结构和性能的变化，以及湿热处理的潜在应用领域等许多方面。酸处理也是变性淀粉加工常用的辅助加工手段之一[3-4,7]。但小红栲淀粉作为一种新兴的淀粉资源，有关其湿热处理和酸处理制备抗性淀粉方面的研究尚未见诸报道。试验拟对小红栲原淀粉(NS)分别经湿热处理(HMT)、柠檬酸—湿热复合处理(AH-HMT)制得的抗性淀粉(RS)产品的体外消化特性、结构特性、糊特性及益生特性等进行研究，以期为进一步将小红栲淀粉开发成抗性淀粉产品的研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

1.1.1 材料与试剂

小红栲原淀粉(NS)：淀粉含量91.03%、湿含量8.64%，实验室自制；

培养基、酶制剂：参照文献[7]制备；

培养基：上海源聚生物科技有限公司；

α-淀粉酶(15 000 U/g)、胰酶(20 000 U/g)：美国Sigma公司；

柠檬酸：食用级，上海源聚生物科技有限公司；

其他试剂均为AR级。

1.1.2 主要仪器

高效阴离子交换色谱：ICS2500型，美国Dionex公司；

全自动X射线衍射仪：D/max2500型，日本理学株式会社；

扫描电子显微镜：S-3400N型，日本日立公司；

快速黏度分析仪：RVA-4型，澳大利亚Warriewood公司；

质构分析仪：TA-XT Plus型，英国Surrey公司；

示差扫描量热仪：DSC200型，德国Netzsch公司。

1.2 小红栲抗性淀粉的制备

参考Kim等[8]方法，稍做修改。称取小红栲原淀粉适量，加入3.5倍质量的水中制成淀粉乳液，不加或加入0.5 g/100 g·淀粉的柠檬酸，将混匀乳液置于高压灭菌锅中110 ℃加热1 h，冷至室温，在4 ℃储存12 h，再次循环。将样品于40 ℃烘干、粉碎，过120目筛，得RS样品；未加柠檬酸的称作湿热处理抗性淀粉(HMT RS)，加柠檬酸的称作酸解—湿热处理抗性淀粉(AH-HMT RS)。

1.3 体外消化动力学特性测定

按文献[9]的方法进行，以完全糊化的冷冻干燥淀粉为对照。计算得到快速消化淀粉(RDS)、缓慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉含量，以及消化动力学参数水解速率常数(k)、相对消化率(Dr)和血糖指数(pGI)。

1.4 理化特性测定

1.4.1 平均聚合度(DP) 参照文献[8]。

1.4.2 晶体结构 参照文献[5]。

1.4.3 微观结构 参照文献[5]。

1.4.4 黏度特性 参照文献[6]。

1.4.5 质构性质 使用TA-XT Plus质构分析仪测定。设定发生50%的形变，形变速率1.5 mm/s。

1.4.6 热特性 参照文献[6]。

1.5 益生特性测定

参照文献[7]。

1.6 数据处理方法

全部数据均取3个平行的试验均值，并运用SPSS 20.0分析不同因素对试验结果影响的显著性。

2 结果与分析

2.1 小红栲抗性淀粉体外消化动力学的研究

如表1所示，小红栲NS分别经湿热处理、酸解—湿热复合处理后，RDS、SDS、RS含量及体外消化动力学参数与pGI值均发生了显著变化。与NS比，HMT RS中RDS减少66.63%、SDS增加2.18倍、RS增加3.62倍，AH-HMT RS中RDS减少96.12%、SDS增加1.56倍、RS增加6.76倍，而AH-HMT RS较之HMT RS中功能性成分SDS、RS的总含量又增加了32.93%。由此表明，湿热处理有利于SDS、RS的形成，而辅以酸水解更进一步促进了其形成。从表1还可知，HMT RS与AH-HMT RS较之原淀粉的pGI值分别降低了31.43和41.75。而依据pGI值不同可将食物分为低pGI(<55)、中pGI和高pGI(>75)3类[10-12]。因此，小红栲原淀粉属高pGI食物，而小红栲HMT RS与AH-HMT RS属低pGI食物，适合于糖尿病、肥胖症类病人食用。

2.2 小红栲RS的结构特性

湿热处理和酸解—湿热复合变性小红栲RS的DP见表1。与小红栲原淀粉比，HMT RS与AH-HMT RS的DP都明显下降，而且酸解引起RS的DP降低更为显著，说明柠檬酸与湿热复合处理对小红栲淀粉中的直链淀粉、支链淀粉发生了不同程度的降解作用，产生更多的低分子质量水解产物。图1是小红栲RS的X-衍射图谱，各样品的晶体结构或多或少都是A-、B-与V-型晶体的混合体，小红栲NS以A-型晶体占优，HMT RS与AH-HMT RS则B-型晶体占优。由表2可知，HMT RS与NS的总结晶度基本相等，但AH-HMT RS的总结晶度则较NS有显著的提高。

表1 小红栲RS的体外消化与血糖指数†

† 字母不同表示差别显著(P<0.05)。

由图2可知，小红栲NS的颗粒完整、表面光滑，经湿热处理后，完全糊化的淀粉分子在冷却冷藏过程发生重组并堆积形成HMT RS的规则片层结构，但若有柠檬酸参与湿热处理过程，则形成AH-HMT RS的小片层散乱堆积结构。

图1 小红栲RS的X-射线衍射图谱

表2 小红栲RS的平均聚合度、晶型及相对结晶度†

† 字母不同表示差别显著(P<0.05)。

2.3 小红栲RS的糊特性

与小红栲NS糊相比，HMT RS和AH-HMT RS糊的峰值黏度(HV)、谷值黏度(LV)和冷却黏度(CV)均显著降低，特别是AH-HMT RS糊的HV、LV与CV值均降至14 mPa·s以下(表3)，说明湿热处理有利于降低淀粉的黏度，而酸水解的协同作用则加剧其黏度的降低。AH-HMT RS在加热过程中表现出很低的黏度，一方面是由于其在高温下易于溶解[13]；另一方面，也可能是长支链淀粉受到酸的作用而使糖苷键被大量切断，显著降低了淀粉糊的黏度，严重时水解成小分子糊精而增加淀粉糊的溶解度[14]。较之小红栲NS糊，小红栲HMT RS与AH-HMT RS糊的回值(SB)、崩解值(BD)都显著降低(表3)，说明淀粉颗粒内部分子链的重排增强了它们对剪切和加热的抗性，也就是说小红栲RS糊正是因为持续的剪切和加热而变得更为稳定[15]。

图2 小红栲RS的扫描电镜照片

从表4可知，小红栲HMT RS和AH-HMT RS凝胶的硬度(HD)都比NS凝胶的HD值大，与已有的研究结果[16]相吻合。但由于AH-HMT RS凝胶的HD值仅比NS凝胶的HD值提高了16.33%，加之3种小红栲淀粉凝胶的弹性(SP)和黏着性(AD)均很小且几无差别，因此小红栲NS、HMT RS或AH-HMT RS都只能形成低强度的不牢固凝胶。

表3 小红栲RS的黏度特性†

† 字母不同表示差别显著(P<0.05)。

表4 小红栲RS的质构特性†

† 字母不同表示差别显著(P<0.05)。

小红栲NS、HMT RS和AH-HMT RS的起始糊化温度(TO)、峰值糊化温度(TP)、终止糊化温度(TC)和熔融范围(TC-TO)都相应地显著增加，而ΔH明显降低(表5)。TO、TP、TC和TC-TO的增加正好说明了熔融晶体是经HMT或AH-HMT处理后淀粉颗粒内部的分子链重排并重结晶而成。而且，HMT能够降低淀粉颗粒内部无定形区对结晶区熔融的影响程度，从而增高其糊化温度，这种现象在普通玉米淀粉和小麦淀粉中也有[17]。此外，ΔH值也可反映出在糊化过程中被拆散和熔解的双螺旋数量[18]，ΔH值越高，被拆散和熔解的双螺旋数量就越多。

2.4 小红栲RS的益生特性

由表6、7可知，小红栲HMT RS和AH-HMT RS对双歧杆菌与乳酸杆菌的增殖作用在发酵至第24 h时达到最大；与空白对照相比，HMT RS对双歧杆菌与乳酸杆菌均有显著增殖作用，而AH-HMT RS的增殖作用尤其明显，且样品中RS含量越大这种增殖作用越强(表1)，这些结果与前人[19]的研究一致。由于大多数双歧杆菌与乳酸杆菌不产淀粉水解酶类，故而不能分解利用淀粉，导致NS对两者的增殖作用较之空白对照没有显著变化(表6)。然而，到目前为止尚未弄清楚RS的未消化部分是怎样促进肠道菌群增殖生长的[10]。

RS主要的末端代谢产物是短链脂肪酸(SCFAs)。表7为大便接种物分批发酵过程中乙酸与丁酸的变化。以小红栲NS作为唯一碳源与空白对照一样，整个发酵过程中产酸一直维持在低水平；但以HMT RS或AH-HMT RS做唯一碳源时，如果增加样品中RS的含量(表1)，不但产酸能力明显提高，而且发酵前期(0→12 h)显著积累的乙酸将(24→36 h)大大减少，同时伴有后期丁酸的积累显著增加。这与前人[20]的研究是一致的。

表5 小红栲RS的热特性†

† 字母不同表示差别显著(P<0.05)。

表6 大便培养物分批发酵过程中双歧杆菌计数变化†

† 字母不同表示差别显著(P<0.05)。

表7 大便培养物分批发酵过程中乙酸与丁酸的变化†

† 字母不同表示差别显著(P<0.05)。

3 结论

与小红栲原淀粉相比，湿热处理与酸解—湿热复合处理后的小红栲变性淀粉，在结构特性、糊特性和热力学特性等都发生了较大的变化，特别是湿热处理促进了SDS、RS的形成，而酸解—湿热复合处理更加剧了RDS向RS的转化。小红栲HMT RS或AH-HMT RS对双歧杆菌、乳酸杆菌有明显的增殖作用，但AH-HMT RS比HMT RS的增殖作用更强。初步说明小红栲淀粉可以用作制备抗性淀粉的新原料，关于小红栲HMT RS或AH-HMT RS的益生作用，将进一步采用动物喂饲试验进行详细的研究。