有色糯性糜子理化与体外消化特性研究

李梦卿，赵 宁，姬小惠，梁鸡保，李 瑞，张 瑞，杜双奎,3

(西北农林科技大学食品科学与工程学院1，杨凌 712100)(神木市农业技术推广中心2，神木 719300)(粮油功能化加工陕西省高校工程研究中心3，杨凌 712100)

糜子(PanicummiliaceumL.)为禾本科黍属，生育期短、耐旱、耐瘠薄，是救灾备荒、复种增收及调节农业种植结构的重要农作物[1]。黄米是糜子脱皮后的加工产品，依据直链淀粉含量的高低，有粳性黄米(21.87%～23.58%)和糯性黄米(0%～3.7%)区分[2]。糯性黄米煮熟后有较高的黏性和糯性，被称作软黄米，常作为糕点或用于酿酒；粳性黄米煮熟后口感偏硬，黏性低，被称作硬黄米，一般直接烹煮成稀饭、米饭等食用。

糜子含有丰富的碳水化合物、蛋白质、脂肪、矿物质等营养物质[3]。此外，糜子还富含维生素(烟酸、B族复合维生素、叶酸)、矿物质(钾、钙、镁)和必需氨基酸(蛋氨酸和半胱氨酸)，具有抗氧化、降血糖、降血脂等生理功能[4-6]。粳性糜子中的淀粉有较高的抗消化特性(抗性淀粉质量分数约为17.83%)，适于糖尿病和心血管病等患者食用[7]。依据糜子颜色的不同，可分为白糜子、红糜子、黄糜子、黑糜子等。目前对糜子的研究大部分围绕大宗品种进行，赵宁等[8]对21个粳性、18个糯性糜子品种的品质特性进行分析，用聚类方法将不同品种分为4类，第Ⅰ类为最终黏度和回生值相对较高的粳性糜子品种；第Ⅱ类为起糊温度、最终黏度、回生值高的粳性糜子品种；第Ⅲ类为糯性糜子品种，其峰值黏度、破损值高；第Ⅳ类为起糊温度、峰值黏度、最终黏度、破损值和回生值低的糯性糜子品种。琦明玉等[9]探讨了4种不同颜色糜子粒色、米色与主要营养指标的相关性，发现糜子干基蛋白和总氨基酸的含量随着米色的变浅而增加，但碳水化合物含量呈下降趋势。Li等[10]对白色、黑色、灰色和红色4种不同颜色糜子品种的代谢组学进行分析，发现不同品种间的色氨酸代谢、类黄酮、异黄酮、黄酮和黄酮醇生物合成积累存在显著差异，从而导致其生物活性和抗氧化活性存在差异。托列霍加·加吾提等[11]对5个不同地区糜子的17种氨基酸含量及组分进行分析，发现糜子的氨基酸种类齐全，含量高，且相对均衡合理；不同地区之间的氨基酸含量有显著差异，哈萨克斯坦糜子中亮氨酸和苯丙氨酸含量高，我国其他地区的糜子赖氨酸含量显著高于哈萨克斯坦糜子和我国新疆糜子。张丽珍等[12]发现黍子淀粉和糜子淀粉在淀粉理化性质及消化特性上有差异。但涉及不同颜色糯性糜子的理化性质、蒸煮特性和糊化特性的研究报道甚少，特别是对一些地方传统老品种的挖掘分析更少，限制了其应用。

本研究以陕西神木市当地加工年糕常用的地方传统糯性糜子品种为实验材料，对其理化性质、蒸煮特性、糊化特性以及消化特性进行分析，探讨其品质差异性，以期为当地传统有色糯性糜子的精深加工和产品开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

4种糯性糜子(红糜子、黄糜子、白糜子、黑糜子)，1种粳性糜子(黄色硬糜子)为神木地区传统种植品。

芦丁标品、石油醚、盐酸、乙醇、无水乙醇、没食子酸、碳酸钠、Folin-Ciocalteu试剂、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠为分析级。

1.2 仪器与设备

UV-1200型紫外可见分光光度计，SHA-C水浴恒温振荡器，FW-100高速粉碎机，KDC-40低速离心机，KQ-700DE数控超声波清洗仪，DK-8D型电热恒温水槽，SE6001F电子天平，Ci7600色彩色差计，RE-52AA型旋转蒸发仪，RVA 4500快速黏度分析仪。

1.3 方法

1.3.1 糜子粉的制备

将不同颜色的糜子分别用高速粉碎机粉碎，过60目筛，收集筛下物密封于自封袋中，备用。

1.3.2 理化特性

基本成分测定：水分参照GB 5009.3—2016测定；粗脂肪参照GB 5009.6—2016测定；总淀粉参照GB/T 5009.9—2016测定；粗蛋白参照GB 5009.5—2016测定；灰分参照GB 5009.4—2016测定；直链淀粉参照GB 7648—1987测定。

颜色测定：采用Ci7600色差计测量，标准白色板校准(Ls=97.15、as=0.43、bs=1.44)，CIELab色空间表示。其中L*为亮度值，a*为红绿值，b*为黄蓝值。

溶解度和膨胀度测定：称取1.0 g糜子粉样品，放入离心管中，加入20 mL蒸馏水，95 ℃水浴糊化30 min，每隔5 min振荡1次，取出冷却至室温，3 800 r/min离心15 min。倒出上清液，于105 ℃干燥至恒重，称取沉淀物质量，计算溶解度S和膨胀度SP。

式中：S为溶解度；SP为膨胀度/g/g；A为上清液中溶出的残渣质量/g；W为样品干重/g；P为离心管中沉淀物质量/g。

多酚、黄酮含量(60%醇提物)测定：称取2.0 g糜子粉，加入45 mL 60%的乙醇，在50 ℃、100 W条件下超声提取60 min。3 800 r/min离心15 min，收集上清液，残渣用60%的乙醇再重复提1次，合并2次提取所得上清液，用60%乙醇定容至100 mL，得到提取液。

总酚含量的测定参照Folin-Ciocalteu法[13]，以没食子酸为标准品；黄酮含量的测定采用硝酸铝比色法[14]，以芦丁为标准品。测定结果均以每克鲜样中所含标准品表示。

试验于2014—2015年在靖远县永新乡野生甘草抚育基地进行。该地区属暖温带大陆性气候，海拔2 039 m，位于东经 104°35′35.1″、北纬 37°04′16.5″，干旱少雨，风大沙多，植被稀少，年降雨量200 mm左右，主要集中在7—9月，蒸发量在2 179.8 mm，年平均气温在8.5℃，大于10℃的积温2 944℃，年平均风速2.6 m/s，大风天数为50～90 d，绝对无霜期128 d。

1.3.3 蒸煮特性

参照Yang等[7]报道的方法，称取2.0 g糜子，用20 mL量筒测量其原始体积；随后将糜子倒入烧杯中，加入30 mL蒸馏水，分别在80 ℃和100 ℃下水浴蒸煮30 min，取出，冷却至室温。将冷却后的米汤定容至40 mL，3 800 r/min离心5 min，沥干米汤，称取其质量，计算不同温度下样品的加热吸水率；同时测定蒸煮之后样品的体积，计算样品的体积膨胀率。将米汤转入衡重的铝盒中，于105 ℃干燥至衡重，计算样品的干物质质量。

式中：m1为米样质量/g；m2为蒸煮后米样质量/g；m3为米汤中固态物质量/g；V1为蒸煮后的米样体积/mL；V0为蒸煮前米样体积/mL。

1.3.4 糊化特性

参照Zhu等[15]报道的方法，用快速黏度分析仪(RVA)测定。配置质量分数为12%的糜子粉乳液。测定参数设置：从50 ℃开始计时，以13 ℃/min速度升温至95 ℃，保温2.4 min；再以13 ℃/min速度冷却到50 ℃，保温2 min。搅拌子旋转速度起初为960 r/min搅拌10 s，随后转速设置为160 r/min。

1.3.5 不同消化性淀粉含量的测定

采用 Englyst 体外模拟消化法[16]测定样品中快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)、抗消化淀粉(RS)，计算公式为：

RDS=(G20-G0)×0.9×100%

SDS=(G120-G20)×0.9×100%

RS=1-RDS-SDS

式中：G0为酶解前样品游离还原糖含量；G20为酶解20 min后产生的还原糖含量；G120为酶解120 min后产生的还原糖含量。

1.4 数据分析

采用SPSS 18.0对数据进行单因素方差分析，使用Duncan法进行多重比较，以P<0.05表示差异显著，并用Origin 2022进行作图。所有实验重复2次，结果以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 不同颜色糯性糜子粉基本成分分析

由表1可知，不同颜色糯性糜子的总淀粉、粗蛋白、粗脂肪、灰分含量均存在显著差异。白糜子的淀粉含量最低，黄色硬糜子总淀粉含量显著高于4种糯性糜子。糜子中淀粉含量受基因型、气候等影响[17]。黄糜子粗蛋白含量显著高于其他糯性糜子，黑糜子的蛋白含量最低，这与品种的不同有关。Kalinova等[17]研究发现黄色糜子、白色糜子中的必需氨基酸指数最高，蛋白质品质最好，而红色糜子则相反。4种糯性糜子的脂肪含量高于黄色硬糜子，其中红糜子粗脂肪含量最高，白糜子最低。敬思群等[18，19]对新疆地区糜子的脂肪酸进行分析，发现其主要由不饱和脂肪酸组成，占总脂肪酸质量分数的81.99%，但糜子皮层的去除会导致脂肪含量显著降低。粳性糜子直链淀粉含量显著高于糯性糜子，糯性糜子有较高的支链淀粉含量和平均聚合度，因此与粳性糜子相比，它会形成更高的结晶度和ΔH，其淀粉具有更强的抗老化性和更好的冻融稳定性[20]。白糜子的灰分含量最高，红糜子最低，糯性糜子和粳性糜子平均灰分含量没有差异，这与其糜子脱皮碾米时的加工精度有关。

表1 不同颜色糜子的基本组成

2.2 色值

由表2可见，不同糜子的亮度指数L*没有显著差异，这与糜子脱皮碾米时加工精度一致有关，皮层脱去充分，皮层色素没有混入米中，其颜色并没有对糜子亮度产生直接影响。黄糜子a*值较高，颜色偏红；黑糜子a*值最小，颜色偏绿；黄色硬糜子b*值较低，颜色偏蓝，白糜子和黄糜子a*值较高，颜色偏黄，这可能与品种、遗传基因控制、类胡萝卜含量不同有关[9,21]。

表2 不同颜色糜子的色值

2.3 溶解度与膨胀度

如图1所示，5种糜子粉的溶解度和膨胀度存在显著差异。白糜子粉的溶解度、膨胀度最大，黄色硬糜子粉的溶解度、膨胀度最小，糯性糜子粉的溶解度和膨胀度均显著高于黄色硬糜子，这与其低的直链淀粉含量有关，本研究结果与晁桂梅等[22]报道结果一致。谷物粉的吸水能力主要受淀粉组成、蛋白质、纤维等组分影响，他们含有亲水基团，极性或带电侧链会形成强烈的氢键，支链淀粉中磷酸基的负电荷也会增加水结合能力[23，24]；而直链淀粉会与蛋白质、脂肪形成脂质/直链淀粉-蛋白质复合物，减少极性和带电分子，从而阻碍淀粉和水的结合，限制了淀粉的吸水膨胀[25]。

2.4 多酚与黄酮

4种糯性糜子的多酚、黄酮含量显著高于黄色硬糜子，不同颜色糯性糜子间的多酚、黄酮含量差异不显著。不同糜子多酚、黄酮含量与其色值之间没有关联性，这可能与糜子脱皮碾米时加工精度一致导致皮层剥落程度大有关。糜子的皮壳中含有大量的抗氧化物质，随着逐层褪去皮壳，糜子的多酚含量逐渐降低[19]。Chandrasekara等[26,27]研究发现，糜子中的酚类提取物能更高效地消除羟基自由基、DPPH自由基等，能阻止因羟基数和过氧自由基等媒介而引起的DNA损伤，防止因DNA损伤而导致的细胞老化和肿瘤的产生。它也可以淬灭单线态态氧、抑制黄嘌呤氧化酶活性，进而减少了自由基对身体损害的危险性。Malik等[28]用糜子制作希腊酸奶，发现混合酸性乳增加了糜子中的营养素的生物利用度。因此，糜子可作为天然的抗氧化功能食品原料，为了保证其保留多的抗氧化物质，提高糜子的功能性，碾米时可考虑采用适度加工。

图2 不同颜色糜子的多酚黄酮含量

2.5 蒸煮特性

由表3和表4可见，与80 ℃相比，100 ℃蒸煮后的糜子米更软、更黏稠、米粒与米粒之间黏连程度大，各蒸煮指标均有明显增加。蒸煮后糜子的加热吸水率和体积膨胀率呈正相关，黑糜子的加热吸水率和体积膨胀率最高，不同颜色糜子的各项蒸煮指标存在显著差异。在80 ℃，黄色硬糜子的加热吸水率、体积膨胀率、溶出固形物较低。随着蒸煮温度升到100 ℃，糜子加热吸水率和体积膨胀率、溶出固形物呈增加趋势，糯性糜子蒸煮后较为黏稠，硬糜子蒸煮后米粒比较松散，成颗粒状、易分散，这与糜子中直、支链淀粉含量及结构、蛋白质含量等存在差异有关。Yang等[7]研究指出硬糜子和糯性糜子的直链淀粉含量和淀粉颗粒结构存在差异，糯性糜子支链淀粉含量高，较长的支链淀粉能够和直链淀粉形成结晶，并逐渐拓展成簇状结构，进而形成更多的双螺旋结构，因而糯性糜子在100 ℃蒸煮后的体积膨胀率更低，这与本研究结果不同，其原因有待进一步探讨。本研究中糯性糜子的直链淀粉含量低(表1)，蛋白质质量分数为10.25%～13.41%，所以煮熟后的糜子米饭质地较软，黏性大，具有较好的蒸煮品质。糯性糜子蒸煮后过黏，而粳性糜子较硬。因此，可以考虑按照一定比例将硬糯性糜子与大米掺在一起后蒸煮食用。

表3 80 ℃条件下不同颜色糜子的蒸煮特性

表4 100 ℃条件下不同颜色糜子的蒸煮特性

2.6 糊化特性

在糊化黏度参数中，起糊温度高低反映了粉样吸水和膨胀的难易程度，破损值反应了糊的热稳定性，回生值反映了凝胶的抗老化能力。如表5所示，不同糯性糜子的糊化特性存在差异，白糜子的破损值最大，回生值最小，表明其热稳定性较差，不易回生老化；红糜子破损值最小，具有较强的热稳定性；黑糜子回生值最大，抗老化能力相对较弱。4种糯性糜子的起糊温度、峰值黏度、最终黏度、回生值均低于黄色硬糜子，表现出易糊化，黏度较小，不易回生的特征，与Yang等[7]报道结果一致，这与糯性糜子中总淀粉、直链淀粉、蛋白质含量低，脂肪含量高有关(表1)。糯性糜子由于直链淀粉含量低，支链淀粉含量高，因此淀粉很容易吸水膨胀导致体系黏度迅速升高，因而表现出低的起糊温度[20]。田志芳等[29]研究报道糯性糜子淀粉的回生值普遍低于粳性糜子，在加工过程中有一定的抗老化能力，本实验与该研究结果相吻合。糯性糜子适宜加工成冷冻食品或作为调质剂用在汤、肉汁、烘焙产品和罐头食品中。

表5 不同颜色糜子的糊化黏度参数

2.7 不同消化性淀粉含量的测定

依据淀粉消化速度，淀粉可分为快速消化淀粉(RDS)、慢速消化淀粉(SDS)、抗性淀粉(RS)。由图3可以看出，4种糯性糜子的RDS显著高于黄色硬糜子，不同颜色糯性糜子之间存在差异；白糜子的SDS显著高于其他糜子，黄糜子最低；黄色硬糜子的RS显著高于糯性糜子。谷物的体外消化率受直链淀粉含量、淀粉结晶度、支链淀粉的分子结构以及其他非淀粉组分譬如蛋白质、脂肪、纤维、酚类物质等影响[30，31]。据Chao等[32]报道，糯性糜子的淀粉颗粒平均尺寸(6.12 mm)小于粳性糜子(6.44 mm)，颗粒较小的淀粉因为有更大的表面积，可以更快的被淀粉酶消化，提高消化率。Zhu等[33]对大米研究时发现，直链淀粉含有大量分子内和分子间氢键，微晶束限制了淀粉的凝胶化，降低了淀粉的消化和吸收速率。RDS可在小肠内迅速消化和吸收，从而瞬间升高血糖[34]，糯性糜子的RDS含量较高，不太适合高血糖患者食用；SDS消化缓慢，在小肠内血糖指数适度增加，能量供应延长，糜子粉具有较高的SDS水平，可以开发功能性食品；RS具有与可溶性纤维相似的特性，在小肠中不能被吸收，但可被结肠中的微生物降解，有助于预防高血糖、高血压和心脏病[35,36]。

图3 不同颜色糜子消化特性

3 结论

不同颜色糯性糜子在理化特性、糊化特性、蒸煮品质和体外消化特性方面具有差异。与黄色硬糜子相比，糯性糜子的粗脂肪较高，淀粉、粗蛋白含量较低；糯性糜子的多酚含量、黄酮含量、溶解度、膨胀度均高于黄色硬糜子；红糜子含有较多的总淀粉、粗脂肪、直链淀粉、多酚和黄酮类物质，破损值最小，有较强的热稳定性。在蒸煮之后糯性糜子较为黏稠，且各项糊化黏度值均低于黄色硬糜子，这可能与其淀粉含量、组成以及其他非淀粉组分譬如蛋白质、脂肪、纤维、酚类物质等有关，有待进一步深入研究。糜子含有较高功能活性成分，糯性糜子的RDS含量较高，SDS+RS含量较低，不太适合开发抗消化食品，可开发低GI高SDS的饼干或面包，以适应胃肠道消化不好的消费者食用。