夏雪娟，廖芙蓉，闞建全

（西南大學食品科學學院，重慶市農產品加工及貯藏重點實驗室，重慶 400715）

籽粒莧籽實中淀粉的理化性質

夏雪娟，廖芙蓉，闞建全*

（西南大學食品科學學院，重慶市農產品加工及貯藏重點實驗室，重慶 400715）

方法：以玉米、木薯和紅薯淀粉為對照，研究實驗室提取的籽粒莧K112籽實淀粉的溶解度和膨脹度、透明度、沉降曲線、凍融穩(wěn)定性、老化值、淀粉糊凝膠特性和黏度。結果表明：籽粒莧籽實中淀粉含量為62.49%，其中直鏈淀粉含量為6.12%；其淀粉的溶解度、透明度、沉降速率低于其他3種淀粉，但膨脹度最高；凍融穩(wěn)定性較差，淀粉凝膠的硬度一般，黏度較低。

籽粒莧；籽實淀粉；理化性質

籽粒莧（Amaranthus sp.）屬于莧科（Amaranthceae）、莧屬（Amaranthus）一年生草本植物，是一種糧食、飼料兼用作物?！白蚜Ｇ{”是指以采收籽實作糧食為目的的莧的通稱。Amaranthus hypochondriacus、Amaranthus cruentus和Amaranthus caudatus是籽粒莧中最重要的3個品種。自1982年中國農業(yè)科學院先后從美國引進了40多個籽粒莧品種并在全國各地試種以來[1]，對籽粒莧品種選育、營養(yǎng)價值研究及產品開發(fā)利用等才在國內逐漸展開。莧籽粉中的蛋白質、氨基酸及脂肪含量都很高，特別是氨基酸中的賴氨酸含量幾乎為玉米等其他禾谷類作物的2倍[2]，具有很高的營養(yǎng)價值。

籽粒莧籽實淀粉具有較高的營養(yǎng)價值，主要存在于其籽實的外胚乳中，顆粒呈多角形或球狀，粒徑約為0.5～3.0 μm，籽粒莧中淀粉含量約為48%～69%，直鏈淀粉含量差異較大，約為4.7%～12.5%[3]，具體含量因品種不同而有所差異，淀粉結晶型為A型。目前國內外研究領域主要致力于籽粒莧栽培及其蛋白質、脂肪等的研究中，也有部分學者研究其改性淀粉的制造，但關于籽粒莧籽實淀粉理化性質研究的文章相對較少。本實驗對籽粒莧K112淀粉的物理化學性質進行研究，以期對其在食品生產中的應用提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

籽粒莧，品種為K112（Amaranthus cruentus L.），采自重慶市北碚區(qū)靜觀鎮(zhèn)；玉米、木薯及紅薯淀粉為市售。

NaOH（分析純） 成都市科龍化工試劑廠；其他為實驗室常用試劑。

1.2 儀器與設備

GWJ型膠體磨 浙江省上虞市紗篩廠；UV-2450型紫外-可見分光光度計 日本島津公司；TA-TX2i型質構儀 英國Stable Micro Syetems公司；5810型臺式離心機 德國Eppendorf公司；Viskograph-E型布拉班德黏度儀 德國Brabender公司。

1.3 方法

1.3.1 原料的預處理

新鮮籽粒莧花穗→晾曬→揉搓使籽實落出→籽實收集→除雜→干燥（50～60℃）→籽粒莧籽實樣品，備用。

1.3.2 籽粒莧籽實淀粉的制備

籽粒莧籽實淀粉的提取采用傳統(tǒng)的水磨法，在Kong[3]和Teli[4]等所用方法的基礎上，進行了適當?shù)恼{整，具體的工藝流程如下：籽粒莧籽實→堿液浸泡→沖洗→磨漿→過篩→離心→干燥→過篩→籽粒莧籽實淀粉樣品。

具體的操作要點如下：以0.25 g/100 mL的NaOH溶液浸泡籽實24 h，浸泡有助于籽實吸收水分以及淀粉的分離；沖洗過程應以完全除去NaOH，pH值呈中性為標準；磨漿可以破壞籽實的結構，磨漿過程可適當?shù)姆艑捤挠昧?，這有利于淀粉分子的分離，該程序可重復1～2次；過篩時使?jié){料依次通過60、80、300目篩，篩下物至少重復過篩1次；4 000 r/min離心10 min，離心管中上層的淡黃色蛋白質層應當刮去，重復該程序直到離心后不再出現(xiàn)蛋白質層為止；將制得的淀粉樣品放入鼓風干燥箱中以40～50℃烘干，粉碎后過80目篩，密封后冷藏備用。

1.3.3 籽粒莧籽實及其淀粉的化學成分測定

籽粒莧籽實水分的測定采用GB5497—1985《糧食、油料檢驗 水分測定法》；籽粒莧籽實淀粉的測定采用GB/T 5514—2008《糧油檢驗 糧食、油料中淀粉含量測定》；籽粒莧籽實粗蛋白的測定采用GB/T5511—2008《谷物和豆類氮含量測定和粗蛋白含量計算 凱氏法》 ；籽粒莧籽實粗脂肪的測定采用GB/T 5512—2008《糧油檢驗 糧食中粗脂肪含量測定》；籽粒莧籽實灰分的測定采用GB/T 5505—2008《糧食、油料檢驗 灰分測定法》；籽粒莧籽實淀粉水分的測定采用GB/T12087—2008《淀粉水分測定 烘箱法》；籽粒莧籽實淀粉粗脂肪的測定采用GB/T 22427.3—2008《淀粉總脂肪測定》；籽粒莧籽實淀粉粗蛋白的測定采用GB/T 22427.10—2008《淀粉及其衍生物氮含量測定》；籽粒莧籽實淀粉灰分的測定采用GB/T 22427.1—2008《淀粉灰分測定》；籽粒莧籽實淀粉直鏈淀粉含量的測定采用GB/T 15683—2008《大米直鏈淀粉含量的測定》。

1.3.4 籽粒莧籽實淀粉溶解度和膨脹度的測定[5-6]

分別配制質量濃度為2 g/100 mL的4種淀粉的淀粉乳，在45℃條件下攪拌30 min，冷卻至室溫后，以3 000 r/min離心20 min，取上清液于100℃蒸干，105℃烘干至恒質量。稱淀 粉質量m，得被溶解淀粉質量為m1，計算出其溶解度（S）；由離心管中淀粉殘渣質量為m2，計算其膨脹度（B）。同時測定2 g/100 mL的籽粒莧籽實淀粉乳在25、65、85℃條件下的溶解度和膨脹度。

1.3.5 籽粒莧籽實淀粉透明度的測定[7]

配制質量濃度為1.0 g/100 mL的4種淀粉的淀粉乳，放入沸水浴中加熱攪拌20 min，加入適量蒸餾水保持淀粉糊的原有體積，冷卻至25℃，以蒸餾水為空白，在620 nm波長處測定淀粉糊的吸光度，并按公式（3）計算淀粉透光率。

式中：A為吸光度；T為透光率。

1.3.6 籽粒莧籽實淀粉凝沉曲線的測定[8]

將質量濃度為1.0 g/100 mL的4種淀粉的淀粉乳置于沸水中攪拌加熱20 min，冷卻至室溫，放入25 mL的刻度試管中，每隔一段時間記錄上層清液體積，清液體積分數(shù)對時間的變化曲線即為淀粉糊的凝沉曲線。24 h后的下層的糊液體積即為沉降體積。

1.3.7 籽粒莧籽實淀粉凍融穩(wěn)定性的測定[9]

配制質量濃度為6 g/100 mL的4種淀粉的淀粉乳，取一定量倒入塑料離心管中，在沸水浴中攪拌加熱20 min，再冷卻至室溫。加蓋置于－18～－20℃冰箱內冷卻，24 h后取出，室溫下自然解凍，然后在3 000 r/min條件下離心20 min，棄去上清液（若無水析出則反復凍融），記錄下凍融次數(shù)，稱取沉淀物質量，然后按照公式（4）計算析水率。

1.3.8 籽粒莧籽實淀粉老化值的測定[10]

配制質量濃度7 g/100 mL的籽粒莧籽實淀粉乳，在沸水浴中攪拌加熱20 min，補充蒸餾水保持其體積不變，冷卻至室溫，然后分別稱取一定質量的淀粉糊在2℃冰箱中冷藏24、65、89 h后取出，在3 000 r/min的轉速下離心15 min，棄去上清液，將沉淀物稱質量，然后按照公式（4）計算析水率，以測定同一質量濃度的籽粒莧籽實淀粉糊經不同時間后的老化值。分別配制質量濃度為3、5、7、9 g/100 mL的籽粒莧籽實淀粉乳，在沸水浴中糊化20 min，稱取一定質量的淀粉糊在2℃冰箱中冷藏24 h后測定不同質量濃度的籽粒莧籽實糊化淀粉經過相同時間后的老化值。

1.3.9 籽粒莧籽實淀粉糊凝膠特性的測定[11]

采用質構分析法分析4種淀粉的淀粉糊硬度、彈性、黏聚性、咀嚼性和黏附性。配制6 g/100 mL的淀粉乳樣品，置于沸水浴中攪拌加熱20 min，不斷攪拌并不時加入蒸餾水補足蒸發(fā)的水分。完全糊化后將其取出冷卻至室溫，放入4℃冰箱中冷藏12～16 h，使其形成淀粉凝膠。用質構儀進行測定，質構儀探頭型號選擇P/0.5，下壓速率2.0 mm/s，測定時速率1.0 mm/s，上升速率2.0 mm/s，測定距離10 mm，觸發(fā)類型為自動，觸發(fā)力為1.0 g，兩次壓縮間隔時間5.00 s。

1.3.10 籽粒莧籽實淀粉乳的黏度分析[8]

配制質量濃度6 g/100 mL的籽粒莧籽實淀粉乳樣品，放入布拉班德黏度儀中，溫度由30℃開始，以1.5℃/min的速率升溫到95℃，在該溫度下保溫45 min，繼而又以1.5℃/min的速率降溫到55℃，保溫45 min，扭矩700 cm?g，轉子轉速75 r/min，結束后即得淀粉糊的黏度曲線。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有的實驗均重復3次，利用Excel程序對實驗結果進行分析。

2 結果與分析

2.1 籽粒莧籽實及其淀粉主要化學成分的測定結果

表1 籽粒莧籽實及其淀粉的主要成分含量Table 1 Main constituents of seeds and starch from grain amaranth %

由表1可知，籽粒莧籽實中淀粉、蛋白質、脂肪和灰分的含量分別為62.49%、13.61%、7.17%和3.12%。籽粒莧籽實淀粉中直鏈淀粉含量為6.12%，屬于低直鏈淀粉含量的淀粉；直鏈淀粉含量的多少將通過對淀粉溶解性、糊化特性以及抗酶解作用等的影響，繼而影響到淀粉的各種加工性能[12]。

2.2 籽粒莧籽實淀粉溶解度和膨脹度的測定結果

圖1 不同來源淀粉的溶解度和膨脹度Fig.1 Solubility and swelling power of starches from different crop plants

由圖1可知，在相同的溫度條件下，籽粒莧籽實淀粉的溶解度低于玉米、木薯和紅薯淀粉，而膨脹度高于這3種淀粉。膨脹度和溶解度反映淀粉與水之間相互作用的大小[5]，也反映著淀粉顆粒之間的相互作用大小[13]。淀粉顆粒膠束網絡的長度和性質是影響淀粉膨脹度的主要因素，因為支鏈淀粉含有大量高強度膠束網絡很難吸水膨脹，故支鏈淀粉含量越低膨脹度越低[13]。由于玉米、木薯及紅薯淀粉的直鏈淀粉含量分別約為26%、17%、18%[14]，均高于籽粒莧籽實淀粉的直鏈淀粉含量（6.12%），故籽粒莧籽實淀粉的膨脹力明顯高于其他3種淀粉。而由于籽粒莧籽實淀粉的平均粒徑為1.21 μm[3]，遠低于玉米、木薯及紅薯淀粉的平均粒徑（分別為15、20、15 μm）[14]，結構致密，難以溶出[15-16]，故籽粒莧籽實淀粉的溶解度明顯低于其他3種淀粉。此外，淀粉的直-支比、鏈長、分子質量分布、分支程度/長度及構造等因素均可影響淀粉的膨脹力和溶解性[17]。由圖2可知，在一定溫度范圍內，籽粒莧籽實淀粉的溶解度和膨脹度均隨溫度的上升而增加。溫度較低時，淀粉中的微晶束不易松動，極性基團也難以暴露并與水結合，淀粉也難以吸水膨脹，因此淀粉的溶解度和膨脹度都處于較低的水平；當溫度逐漸升高，各種反應程度加深，溶解度和膨脹度也隨之變大。值得注意的是，當溫度大于65℃時，籽粒莧籽實淀粉的膨脹力呈現(xiàn)出一個快速增大的情況，這種情況可能是由于淀粉顆粒內部的較弱鍵在溫度較低的情況即被松動或破壞，而一些較強的鍵要在高溫條件下才能被松動[18]。

圖2 籽粒莧籽實淀粉在不同溫度下的溶解度和膨脹度Fig.2 Solubility and swelling power of grain amaranth starch at different temperatures

2.3 籽粒莧籽實淀粉糊透明度的測定結果

圖3 不同來源淀粉糊的透明度測定結果Fig.3 Transparency of starch pastes from different crop plants

透明度是淀粉糊所表現(xiàn)出的重要外在特征之一，直接關系到淀粉類產品的外觀和用途，進而影響到產品的可接受性[19]。淀粉糊的透明度是多方面共同作用的結果，一是淀粉顆粒的大小，如果淀粉顆粒小，不易吸水膨脹，相對容易反射或折射光線，使透明度降低；還與淀粉的直/支鏈淀粉含量比有關，高直鏈淀粉含量可使淀粉糊液中產生較大的空間位阻，分子之間很難形成平行的取向，容易老化回生，而回生過程產生的凝膠束，容易對光線產生反射和折射，從而對透光率造成不利的影響[20]。由圖3可知，籽粒莧籽實淀粉糊的透明度為1.5%，與其他3種淀粉相比，籽粒莧籽實淀粉的顆粒最小，且直鏈淀粉含量最低，故其透明度最低。而與谷物淀粉相比，木薯淀粉糊的透明性非常好，在食品工業(yè)中應用廣泛[17]。

2.4 籽粒莧籽實淀粉糊的凝沉曲線測定結果

凝沉主要是直鏈淀粉分子間的結合形成較大的顆?；蚴鵂罱Y構，進而形成凝沉，反映的是在充足水分下淀粉的老化[21]。在食品中不希望發(fā)生這種沉淀，尤其是罐裝食品和經過冷凍-解凍過程的食品。直鏈淀粉構成比例越大，凝沉性越大[7]。

圖4 不同來源淀粉糊的凝沉曲線Fig.4 Settlement curves of starch pastes from different crop plants

由圖4可知，籽粒莧籽實淀粉糊的沉降速率非常緩慢，玉米淀粉糊沉降速率最快；24 h后，籽粒莧籽實、木薯、紅薯和玉米淀粉的沉降積分別為2.0、9.0、16.5、20.5 mL；沉降過程結束后，這4種淀粉糊上清液體積分別為18.4、15.25、17.5、20.75 mL。籽粒莧籽實淀粉不易凝沉的關鍵因素在于其支鏈淀粉含量較高，淀粉分子間難以形成有序的結構，即不易老化回生。

2.5 籽粒莧籽實淀粉糊凍融穩(wěn)定性的測定結果

淀粉作為增稠劑賦予食品黏潤、適宜的口感。但是食品冷凍、解凍過程中淀粉老化析水，使得食品質構受到影響[22]。所有含直鏈淀粉的淀粉糊都有脫水收縮現(xiàn)象[23]，因此，淀粉凍融穩(wěn)定性的研究對于淀粉的應用有很大的實用參考價值[24]。淀粉的凍融穩(wěn)定性可以用析水率來反映，析水率越低，凍融性穩(wěn)定性越好，反之越差。除木薯淀粉糊的凍融次數(shù)為2次外，其他3種淀粉糊的凍融次數(shù)均為1次。由圖5可知，在相同質量濃度的情況下，籽粒莧籽實淀粉糊的凍融穩(wěn)定性優(yōu)于紅薯淀粉，不及玉米淀粉，從數(shù)值上看與木薯淀粉相當，但木薯淀粉所得的數(shù)據(jù)是經過2次凍融獲得，從這個程度而言，木薯淀粉糊的凍融穩(wěn)定性稍好于籽粒莧籽實淀粉糊。

圖5 不同來源淀粉糊的凍融穩(wěn)定性Fig.5 Free thaw stability of starch pastes from different crop plants

2.6 籽粒莧籽實淀粉糊老化值的測定結果

淀粉的老化又稱回生或凝沉，是造成面包硬化和淀粉凝膠收縮的主要原因。當?shù)矸勰z被冷凍和融化時，淀粉凝膠的老化是相當嚴重的，常常伴有水分的析出，故常以析水率作為老化值度量指標[25]。影響淀粉老化的因素包括直鏈淀粉含量、鏈長、淀粉溶液質量濃度大小、pH值等。直鏈淀粉的鏈狀結構在溶液中空間障礙小，易于取向，故易于老化。

圖6 籽粒莧籽實淀粉糊老化值隨時間的變化Fig.6 Syneresis of grain amaranth starch pastes as a function of cold storage time

圖7 不同質量濃度籽粒莧籽實淀粉糊的老化值Fig.7 Syneresis of grain amaranth starch pastes as a function of concentration

由圖6可知，在一定的時間范圍內，籽粒莧淀粉糊的老化程度隨時間的增長而加深；而由圖7可知，在相同的時間內，低質量濃度的淀粉糊容易老化，較高質量濃度的淀粉糊不易老化，當籽粒莧籽實淀粉質量濃度達到8 g/100 mL時，24 h內淀粉糊沒有水分析出，即析水率為0%。進一步證明了籽粒莧籽實淀粉的直鏈淀粉含量較低，不易老化。

2.7 籽粒莧籽實淀粉糊凝膠特性的測定

表2 不同來源淀粉的凝膠特性Table 2 Gel strength of starches from different crop plants

由表2可知，籽粒莧籽實淀粉凝膠的硬度一般，為13.739 g，因其直鏈淀粉含量低，決定了它不可能具有較大的硬度。經過比較，籽粒莧籽實淀粉凝膠的彈性為0.624，不及玉米和紅薯淀粉，稍高于木薯淀粉；黏聚性及黏附性適中，咀嚼性不佳。

2.8 籽粒莧籽實淀粉糊黏度的測定結果

峰值黏度反映淀粉的吸水率、增稠性[26]；崩解值（也稱破損值、降落值或衰減值）是最高黏度與熱漿黏度的差值，反映淀粉在高溫下耐剪切的能力[27]，即淀粉糊的熱穩(wěn)定性。崩解值越大，淀粉糊的熱穩(wěn)定性越差；回升值（也稱回生值、回復值）是冷膠黏度與熱漿黏度的差值，表示糊化淀粉在冷卻過程中重結晶的能力，反映了淀粉的老化程度，直鏈淀粉含量較高或聚合度低的淀粉將表現(xiàn)出較高的回升值。

表3 籽粒莧籽實淀粉的布拉班德黏度曲線特征參數(shù)Table 3 Brabender viscosity parameters of grain amaranth starch

由表3可知，籽粒莧籽實淀粉的糊化溫度為70.7℃，在糊化的初始階段曲線較為平緩，黏度增加不大，隨著溫度的升高，糊化程度的加劇，淀粉分子間有更多的鍵被打開，黏度也有了較大幅度的提高，籽粒莧籽實淀粉糊的峰值黏度為181 BU，低于玉米淀粉的黏度平均值600 BU和木薯淀粉的黏度平均值1 000 BU[28]，說明籽粒莧籽實淀粉的吸水率和增稠性較差。籽粒莧淀粉糊的崩解值較低（僅為2 BU），說明其熱黏度穩(wěn)定性較高，這可能是由于其峰值黏度本身較低或者其淀粉分子結構較緊密。在降溫黏度回升階段，籽粒莧籽實淀粉的回升值為129 BU，低于玉米的崩解值[13]，這與其較低的直鏈淀粉含量有關。

3 結 論

淀粉在不同工業(yè)中具有廣泛的用途，然而幾乎都得加熱糊化后才能使用。不同品種淀粉糊化后，糊的性質都存有差別，這顯著影響其應用效果。籽粒莧籽實淀粉中直鏈淀粉含量較低，僅為6.12%，因此籽粒莧可以作為一種支鏈淀粉源加以利用，支鏈淀粉含量高有利于食品軟松可口。與玉米、木薯和紅薯淀粉相比，籽粒莧K112籽實淀粉糊的膨脹度和熱黏度穩(wěn)定性較高，凍融穩(wěn)定性和凝膠特性一般，溶解度和透明度較低，吸水率和增稠性較差，沉降速率緩慢，不易老化。K112籽實淀粉可用作食品增稠劑、肉汁和醬汁，以及制作早餐麥片、松餅、餅干、小吃、面條及健康食品等[29]。此外，籽粒莧淀粉還可用于制作化妝品、可生物降解薄膜、紙張涂料和洗滌劑等。

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Physico-chemical Properties of Grain Amaranth Starch

XIA Xue-juan, LIAO Fu-rong, KAN Jian-quan*
(Key Laboratory of Products Processing and Storage of Chongqing, College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China)

The solubility, swelling power, transparency, settlement curve, freeze-thaw stability, aging value, gel strength and viscosity of starch from grain amaranth K112 (Amaranthus cruentus L.) seeds were analyzed and compared with those of starches from corn, cassava and sweet potato. The results indicated that the starch content in grain amaranth seeds was 62.49%, in which amylose accounted for about 6.12%. The solubility, transparency and settling velocity of grain amaranth starch were lower whereas the swelling power was higher as compared with those of starches from three other crop plants. This starch had poorer freeze-thaw stability, intermediate gel strength and lower viscosity.

grain amaranth; seed starch; physico-chemical properties

S636.4

A

1002-6630(2014)01-0110-05

10.7506/spkx1002-6630-201401021

2012-11-20

夏雪娟（1988—），女，碩士研究生，研究方向為食品化學與營養(yǎng)學。E-mail：xiaxuej1989@163.com

*通信作者：闞建全（1965—），男，教授，博士，研究方向為食品化學與營養(yǎng)學、食品質量與安全。E-mail：ganjq1965@163.com