发芽对普通玉米和糯玉米淀粉理化特性的影响

徐广海 姜常松 张成冉 孙晴晴 张海艳

(山东省旱作农业技术重点实验室；青岛农业大学农学院1，青岛 266000) (海阳农业技术推广站2，烟台 264000)

玉米是人们的主要食用谷物之一，但大部分营养素不能被人体直接吸收利用，90%的酚类物质与水不溶性多糖结合，摄入后需要被酶分解出酚类或转化成水溶性多糖酚酸后才能被人体利用，发挥其抗氧化活性，并且玉米蛋白质中氨基酸构成不合理，蛋白质生物价较低[1]。研究发现，发芽使玉米的粗蛋白、还原糖、γ-氨基丁酸、维生素及矿物质含量显著提高，能在一定程度上调整玉米的营养结构，提高矿物质和维生素的生物利用率[2]。玉米发芽后，生理代谢活动旺盛，淀粉酶和蛋白酶活性明显增强，使不溶性的大分子物质降解为更易被消化吸收的可溶性成分[3]。因此，发芽被认为是一种增强玉米营养价值和消化性的方法[4]。

姚英政等[5]比较了发芽前后玉米营养成分的变化，发现发芽降低了种子淀粉含量。张钟等[6]分析了发芽对黑糯玉米淀粉特性的影响，发现发芽后淀粉的溶解度和膨胀势降低，透明度升高。目前关于发芽对玉米淀粉特性影响的研究多针对某一发芽阶段和某一类型玉米，对于不同发芽阶段不同类型玉米淀粉理化特性的研究鲜见报道。普通玉米和糯玉米是玉米属的不同亚种，糯玉米因其籽粒淀粉几乎全由支链淀粉组成而特性优良、用途广泛。本文以普通玉米和糯玉米种子为材料，进行不同发芽时间处理，分析和比较发芽对其淀粉膨胀势、溶解度、热特性、晶体特性等理化性质的影响，有利于进一步探索玉米的加工技术和工艺，为发芽玉米的加工利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试普通玉米品种为郑单958、糯玉米品种为京科糯2000。

1.2 仪器

PQX-300D多段可编程人工气候箱，JYL-C16D磨浆机，LXJ-IIB离心机，HH-6数显恒温水浴锅，电热恒温鼓风干燥箱，UV-9100紫外可见分光光度计，快速黏度分析仪RVA，岛津DSC-60差示扫描量热仪，D8 ADVANCE X-射线多晶衍射仪。

1.3 方法

1.3.1 种子发芽

取适量种子，0.1%NaClO溶液浸泡消毒15 min，去离子水冲洗干净，25 ℃条件下浸泡12 h，每4 h换水通气1次。浸泡的种子，置于铺有两层滤纸的培养皿中，在25 ℃、98%空气湿度的培养箱中发芽。

发芽后12、24、36、48、60、72 h分别取样，样品用蒸馏水冲洗干净，45 ℃下烘至含水量(14±2)%。磨粉至细度不大于100目，密封于塑料袋内，4 ℃保存待用。以消毒后未发芽种子为对照(CK)。

1.3.2 淀粉样品制备

参考张钟等[7]的方法，并加以改进。取待测样品，用0.1% NaHSO3浸泡48 h。蒸馏水清洗，研磨，过100目筛。室温静置2 h，沉淀转入50 mL离心管，3 000 g离心10 min，刮去上层沉淀，加水，振荡，离心，重复3次。加过量无水乙醇，振荡5 min，3 000 g离心10 min，重复3次。所得淀粉，40 ℃烘箱烘干备用。

1.3.3 透光率

参考吴雪辉等[8]的方法。准确称取0.20 g淀粉样品，加20 mL蒸馏水，配制成淀粉乳，沸水浴1 h，保持糊体积为20 mL，冷却至室温。以蒸馏水为空白(透光率100%)，用紫外可见分光光度计在650 nm波长处测定糊的透光率(%)。

1.3.4 蓝值、碘结合力

准确称取0.08 g样品，用少量无水乙醇润湿淀粉，加DMSO 9 mL和6 mol/L的尿素1 mL，沸水浴振荡1 h，待冷却后吸取0.1 mL溶液，加9.7 mL去离子水和0.2 mL碘试剂(2% KI和0.2% I2)，迅速混匀后静置15 min。用紫外可见分光光度计于635、520 nm下比色，以不加样品为对照。蓝值为635 nm处的吸光值，碘结合力是635 nm和520 nm处的吸光值之比。

1.3.5 膨润力、溶解度

参考李秀娟等[9]的方法。称取干淀粉0.25 g(m)，加5 mL蒸馏水，90 ℃水浴30 min，配置成淀粉乳，离心，上清液烘干称水溶性淀粉重量(m1)，称离心管下层膨胀淀粉重量(m2)。根据公式计算膨润力和溶解度：

1.3.6 热特性

参考Lu等[10]的方法。称取5 mg淀粉，加10 μL超纯水，密封于铝盒中，室温下平衡2 h后进行测定。用DSC分析仪测量，10 ℃ /min使铝盒温度由20 ℃升至100 ℃，空白铝盒作参照，用配套软件分析记录起始温度(To)、峰值温度(Tp)、终值温度(Tc)、胶凝化热焓值(ΔHgel)。测量后的样品4 ℃冰箱保存7 d，同样的方法测其回生特性。其中，回生值(%R)为回生淀粉的热焓值(ΔHret)和原淀粉的热焓值(ΔHgel)之比。

1.3.7 晶体特性

参考陆大雷等[11]的方法，样品在100%相对湿度环境下平衡24 h后，采用D8 ADVANCE X-射线多晶衍射仪进行测定。测试条件：Cu靶，波长为1.541 8 A，电压为40 kV，电流为40 mA，衍射角2θ的旋转范围为5°～45°，步长0.02°，扫描速度0.1s/步，每个样品扫描3.3 min。用Jade软件计算结晶度和尖峰强度。

1.4 数据分析

利用DPS 7.05统计软件，对数据进行方差分析，LSD法测验显著性。OriginPro 9.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 发芽对普通玉米和糯玉米淀粉透光率的影响

透光率是衡量淀粉糊透明度的重要指标。透光率越大，说明淀粉糊的透明度越好[6]。由图1可以看出，糯玉米透光率显著高于普通玉米。与CK相比，两种类型玉米发芽种子淀粉的透光率显著增大，且随着发芽时间的延长，透光率逐渐升高；发芽72 h时，普通玉米和糯玉米淀粉的透光率分别比CK升高30.07%、21.67%。说明，发芽能提高种子淀粉糊的透明度，且对普通玉米的提高作用大于糯玉米。

图1 发芽对淀粉透光率的影响

2.2 发芽对普通玉米和糯玉米淀粉蓝值和碘结合力的影响

由图2可以看出，随着发芽时间的延长，两种类型玉米的蓝值均表现为发芽12 h时急剧降低、之后降低缓慢并逐渐趋于稳定，且普通玉米的降低程度更明显；碘结合力呈持续降低的变化趋势，且糯玉米的降低幅度较大。可见，发芽能降低玉米淀粉的蓝值与碘结合力，具体影响因玉米类型存在差异。

注：实心代表蓝值的变化，空心代表碘结合力的变化。图2 发芽对淀粉蓝值和碘结合力的影响

2.3 发芽对普通玉米和糯玉米淀粉膨润力和溶解度的影响

膨润力和溶解度反映了淀粉与水之间的相互作用，膨胀的过程伴随着颗粒的溶解。从图3可以看出，两种类型玉米经过发芽处理的淀粉膨润力整体上低于未发芽处理。随着发芽时间的延长，普通玉米淀粉的膨润力呈先降低后升高的变化，在发芽48 h时达到最低；糯玉米淀粉的膨润力在发芽0～24 h期间呈降低趋势，发芽24～48 h期间呈升高趋势，之后趋于稳定。整个发芽期间，普通玉米淀粉的膨润力显著高于糯玉米。

从图3可以看出，与未发芽处理相比，两种类型玉米发芽处理的淀粉溶解度升高。随着发芽时间的延长，普通玉米淀粉的溶解度呈先升高后降低的变化，在发芽36 h时达最高；糯玉米淀粉的溶解度先迅速升高，在发芽48 h时达最高，之后开始趋于稳定。整个发芽期间，糯玉米淀粉的溶解度显著高于普通玉米。

注：实心代表膨润力的变化，空心代表溶解度的变化。图3 发芽对淀粉膨润力和溶解度的影响

2.4 发芽对普通玉米和糯玉米淀粉热特性的影响

由表1可以看出，发芽对玉米淀粉的热特性有显著影响。随着发芽时间的延长，普通玉米淀粉的胶凝化和回生参数均表现为先升高后降低的变化，且在发芽36 h时达到峰值。对于糯玉米，与CK相比，发芽后胶凝化起始温度、终值温度、峰值温度降低；随着发芽时间的延长，胶凝化热焓值和回生热焓值呈先升高后降低的变化，在发芽48 h时最高。可见，一定发芽时间处理能改变普通玉米和糯玉米淀粉颗粒结构，形成部分难糊化的淀粉聚集体，使热焓值增加。

表1 发芽对淀粉热特性的影响

2.5 发芽对普通玉米和糯玉米淀粉晶体特性的影响

晶体结构是影响淀粉功能的重要因素[12]。X-射线衍射被广泛用于研究淀粉的晶体结构[13]。从图4可以看出，两种类型玉米的各处理样品均在2θ为15°和23°附近分别有一单峰，在2θ为17°～18°区域有一相连的双峰，在2θ为20°附近有一微弱的单峰，表现为典型的A型衍射特征。

图4 玉米淀粉的X-ray衍射图谱

从表2可以看出，发芽前期，两种类型玉米淀粉的结晶度变化不显著；随着发芽时间的延长，普通玉米和糯玉米淀粉的结晶度分别在发芽60 h和48 h最高，之后有所降低。发芽对普通玉米各衍射角尖峰强度的影响没有规律，但在发芽60 h时各衍射角尖峰强度表现最高；随着发芽时间的延长，糯玉米各衍射角尖峰强度呈先升高后降低的变化，在发芽48 h时最高。可见，发芽能提高玉米淀粉的结晶度，对尖峰强度也有一定的影响。

表2 发芽对淀粉晶体特性的影响

3 讨论

3.1 透光率

本试验中，发芽后，普通玉米和糯玉米淀粉的透光率升高。这与在黑糯玉米[6]和糙米[14]上的研究一致。直链淀粉含量是影响淀粉糊透明度的重要因素[15]。Xu等[16]研究发现，发芽糙米直链淀粉含量降低。发芽后，具有低直链淀粉的淀粉分子流动动力学半径较小，在糊液中空间位阻较小，淀粉分子不易发生相互缔合，则在淀粉糊中无残存的淀粉颗粒以及回生后所形成的凝胶束，这可能是淀粉糊透明的原因[17]。然而，陈春旭等[18]和杨春等[19]研究发现，苦荞发芽后淀粉透明度下降；徐建国[20]研究认为，燕麦发芽后淀粉糊的透明度先减小后增加、在发芽36 h达到峰值后逐渐下降。这与本文结果不一致，可能与作物种类、发芽时间以及淀粉颗粒或表面的物质成分有关。

3.2 蓝值和碘结合力

淀粉的碘结合特性与直链淀粉的浓度及淀粉结构有一定关系[21]。杨欢等[22]在糯玉米上的研究认为，直链淀粉一般以螺旋构象存在，通过氢键作用使分子内基团进一步折叠，当直链淀粉与碘液接触时，能够固定更多的碘分子，所以淀粉碘结合力可简单评估直链淀粉含量和淀粉中长链比例。Xu等[16]在糙米上的研究认为，发芽后直链淀粉含量降低，淀粉分子链长变短。因此，推测发芽后直链淀粉含量降低和淀粉链长变短是本实验玉米淀粉蓝值和碘结合力降低的主要原因。

3.3 膨胀势和溶解度

淀粉膨胀主要反映支链淀粉的特性，淀粉溶解则是直链淀粉从膨胀的颗粒中逸出[23]。本实验中，发芽处理后，两种类型玉米淀粉膨胀势升高，溶解度降低。可能是因为发芽时内源淀粉酶被激活，引起直链淀粉和支链淀粉含量下降，分子间结合变得疏松，极性基团易暴露在外与水结合，导致淀粉膨胀势增大、溶解度减少[18]。本实验中，随着发芽时间的延长，膨胀势先降低后升高，溶解度先升高后降低。这与徐建国等[24]对燕麦的研究一致，但与陈春旭[18]对苦荞的研究不一致，可能与作物种类、发芽条件及淀粉组成和结构等有关，具体原因还有待进一步研究。

3.4 热特性

谢笔钧等[25]对发芽燕麦淀粉热特性的研究发现，以发芽72 h为界，前后两段的糊化焓都是逐渐增加的，认为这两段发芽期内淀粉结构中的无序性结构部分容易而且最先被水解，随着发芽进行，结构的有序性不断增强，当无序结构部分被分解到一定程度，暴露出来的有序结构部分突然崩塌，产生新的无序结构，糊化焓值又逐渐升高。本文中，随着发芽时间的延长，普通玉米和糯玉米的热焓值均呈先升高后降低的变化，推测淀粉颗粒的部分结构也经历了类似的变化过程，这与在燕麦[25]上的研究基本一致。

热焓值能反应淀粉结构的稳定性[26,27]。回生值能反映糊化淀粉在冷藏过程中的重结晶程度，热焓值越高，结晶度较高，冷藏后重结晶程度越高，加热过程中的能量转换程度越高，淀粉越易回生[28-30]。本文中，普通玉米和糯玉米的热焓值和回生值分别在发芽36、48 h最高，说明此时淀粉的稳定性最高，且冷藏后能量转换程度更高。

3.5 晶体特性

玉米发芽期间淀粉代谢过程相当复杂，代谢会引起淀粉结构和淀粉组分比例的变化，进而导致微晶结构的改变。在发芽初期，玉米种子最先利用的是小分子糖类，短时间内对淀粉的微观结构不会造成显著影响[31]；随着发芽时间的延长，淀粉水解主要发生在非结晶区[32]，导致结晶度增大，尖峰强度升高；发芽后期，淀粉脱支酶活性增强[33,34]，破坏了支链淀粉形成的结晶区，导致结晶度降低，且淀粉酶的水解导致淀粉粒表面形成了多孔结构、粒径降低[35]，导致峰强降低。这与本研究结果一致。

4 结论

发芽后，玉米淀粉的溶解度和淀粉糊的透光率显著增大，且随着发芽时间的延长而升高；淀粉的蓝值、碘结合力和膨润力有所减小，且随着发芽时间的延长而降低。经过发芽处理后，普通玉米淀粉的胶凝化和回生参数在发芽36 h时最高，而糯玉米淀粉在发芽48 h时最高。发芽提高了淀粉的结晶度，普通玉米淀粉结晶度在发芽60 h时最高，糯玉米淀粉则在发芽48 h时最高。可见，发芽对玉米淀粉的理化特性有一定的影响，具体影响因玉米类型及发芽时间而异。因此，发芽作为改变淀粉理化特性的一种手段，可以为玉米的加工利用提供借鉴。