◎ 高云龍，孫建國(guó)，謝云卓，王耀全，徐鵬城

（1.黑龍江飛鶴乳業(yè)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000；2.飛鶴（哈爾濱）乳品有限公司，黑龍江 哈爾濱 150100）

高粱產(chǎn)量高、易成活、種植歷史悠久，重點(diǎn)分布在我國(guó)吉遼黑東3省及北方省份。高粱含有大量淀粉，其應(yīng)用價(jià)值與淀粉特質(zhì)有很大關(guān)系。當(dāng)前工業(yè)淀粉原料大多為玉米淀粉、大米和馬鈴薯淀粉，對(duì)高粱淀粉的應(yīng)用則關(guān)注較少。高粱含有多種非淀粉多糖、原花青素、單寧、酚酸和植物固醇等，在健康食品和保健食品方面（抗擊癌癥、減肥和防心腦血管疾病）市場(chǎng)前景廣闊[1]。

隨著生活水平的提高，人們的飲食方式發(fā)生了變化，飲食中的三高（高熱量、高鹽、高脂肪）食品漸漸變多，為人們的健康帶來(lái)了潛在危害，因此需要重點(diǎn)改善其膳食結(jié)構(gòu)，多食用熱量低且有保健效果的產(chǎn)品。抗性淀粉是這種新型的低熱量功能性食品基料，能促進(jìn)腸道有益菌叢的生長(zhǎng)繁殖，是一種雙歧桿菌增殖因子，還可延緩餐后血糖上升，有效控制糖尿病病情。

相較于其他農(nóng)作物，高粱具有產(chǎn)量高、抗逆性強(qiáng)、用途廣泛的特點(diǎn)，然而高粱的蛋白消化率低，適口性差，嚴(yán)重影響了其產(chǎn)品的應(yīng)用價(jià)值。本項(xiàng)目將充分利用高粱開(kāi)發(fā)具有保健功能的食物資源，確定高粱淀粉的理化特性與加工品質(zhì)的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行高粱RS3抗性淀粉的制備，并鑒定與食品功能性有關(guān)的高粱淀粉化學(xué)組分，通過(guò)對(duì)這些組分的研究改善高粱的品質(zhì)與功能特性，這將在促進(jìn)新型、高品質(zhì)高粱食品的開(kāi)發(fā)方面具有現(xiàn)實(shí)意義。

早在20世紀(jì)，國(guó)外就開(kāi)始對(duì)抗性淀粉展開(kāi)了研究，認(rèn)為這是一種與膳食纖維功能相似，但口感更優(yōu)的一種食品配料，其生理功能及加工特征優(yōu)良，具有廣泛的應(yīng)用前景[2]?？剐缘矸塾山Y(jié)晶區(qū)和無(wú)定形區(qū)兩部分組成，結(jié)晶區(qū)主要是由直鏈淀粉雙螺旋相互疊加而成，無(wú)定形區(qū)則是由無(wú)序的淀粉構(gòu)成，抗性淀粉的抗酶解能力主要源于直鏈淀粉晶體[3]。抗性淀粉具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。①分子結(jié)構(gòu)小，是以氫鍵連接的回生狀的分散的線性多糖類(lèi)物質(zhì)，基本特性與淀粉相似，添加到食品中不影響食品的感觀和質(zhì)地[4]。②持水性低，顆粒粒度低，可膨化。③熱穩(wěn)定性高，高溫才能糊化，因此可以作為原料添加到不同的食品領(lǐng)域?？剐缘矸蹖儆诙嗵穷?lèi)物質(zhì)，其功能與膳食纖維相近，對(duì)人體健康非常有益，但與膳食纖維相比又有許多不同和特殊優(yōu)點(diǎn)。據(jù)最新研究顯示，抗性淀粉能降低血糖、血脂、膽固醇，改善糖尿病癥狀[5]，以及縮短糞便在消化道內(nèi)停留時(shí)間、增加排便、降低糞便pH值，降低二級(jí)膽汁酸等生理活性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高粱，采購(gòu)于超市；耐高溫α-淀粉酶；NaoH、Na2SO4等，均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

JJ-2型組織搗碎勻漿機(jī)DK-98電熱恒溫水浴鍋（天津市泰斯特儀器有限公司）；722S型分光光度計(jì)TD4A型臺(tái)式離心機(jī)（0～4 000 r·min-1）；FAI204B型電子天平（分度值0.1 mg）；DGG-9140B型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（控溫精度0.1 ℃）；BCD-256KT型電冰箱（冷藏室4 ℃）；平皿若干；80目篩。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 高粱淀粉的提取制備

挑取干凈、無(wú)外殼的高粱籽粒500 g，清洗兩次后，加200 mL蒸餾水（含0.2 g/100 mL的亞硫酸鈉），用保鮮膜密封，放置在55 ℃的恒溫水浴中60 min；倒出水后，在10 500 r·min-1（低速）下粉碎6 min。過(guò)濾（20目篩），將殘留物質(zhì)再次粉碎，直到全部樣品都通過(guò)篩子；靜置30 min，除去多余水分。用粉碎器在高速下粉碎3 min，用200目篩過(guò)濾，將篩上物重新粉碎至樣品通過(guò)篩子；靜置60 min，倒出除淀粉以外的其他物質(zhì)；3 500 r·min-1離心30 min，去掉表面除淀粉以外的物質(zhì)，重復(fù)操作3次，將操作后的所剩淀粉鋪在平皿上，在50 ℃烘箱中烘干24 h；粉碎后裝袋備測(cè)。

考察淀粉糊濃度、pH值、微波時(shí)間、微波功率和冷藏時(shí)間對(duì)抗性淀粉得率的影響。經(jīng)過(guò)單因素試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)矸酆|(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%或10%、pH為10、微波功率為240 W、加熱時(shí)間為3.5 min、冷藏時(shí)間為42 h時(shí)制得的抗性淀粉含量較高，且各方面表現(xiàn)良好。選取這一最優(yōu)組合制備抗性淀粉，對(duì)抗性淀粉的理化性質(zhì)進(jìn)行研究探討。

1.3.2 抗性淀粉品質(zhì)特性的研究

分別測(cè)定抗性淀粉的持水力、淀粉糊透明度、凍融穩(wěn)定性、溶解度以及抗性淀粉的抗酶解性分析，通過(guò)數(shù)據(jù)研究得出結(jié)論。

（1）淀粉的持水力。稱(chēng)取1 g淀粉，加入50 mL水，在室溫下攪拌1 h。在離心機(jī)中以4 000 r·min-1離心10 min，靜置10 min，倒出上清液，稱(chēng)量濕淀粉的質(zhì)量，按照下列公式計(jì)算持水力：

式中：m0-濕淀粉質(zhì)量，g；m-干淀粉質(zhì)量，g。

（2）淀粉糊透明度。將淀粉配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的溶液（50 mL），沸水浴加熱糊化，保溫15 min，冷卻至室溫，在620 nm波長(zhǎng)下測(cè)定淀粉糊在放置0 h、3 h、6 h、9 h、12 h、24 h、36 h、48 h和72 h后的透光率，并以蒸餾水作為空白參照樣。

（3）淀粉糊溶解度。將50 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的淀粉糊分別在30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃和90 ℃的水浴中攪拌30 min，然后在3 000 r·min-1轉(zhuǎn)速下離心15 min，移出上清液，105 ℃恒溫干燥箱中烘干后稱(chēng)重，計(jì)算溶解度。計(jì)算公式如下：

式中：A-清液烘干至恒重后的殘留物重量，g；W-樣品干基重量，g。

（4）抗性淀粉的抗酶解性分析。將抗性淀粉提純后，稱(chēng)取RS樣品10 g，加入緩沖溶液配制成pH為5.1～5.5、濃度為20%的溶液，加入足量的耐高溫α-淀粉酶，將樣品置于95 ℃的恒溫水浴振蕩器中，水解2 h、4 h、6 h、9 h和12 h，分別測(cè)定不同時(shí)間的還原糖含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 高粱淀粉的持水力

持水能力反映了淀粉與水的結(jié)合程度。持水力主要是淀粉與水混合后，水分子進(jìn)入淀粉結(jié)晶區(qū)與暴露出的羥基形成氫鍵所致，淀粉的組成結(jié)構(gòu)及成分對(duì)于水結(jié)合能力有較大影響[6]。

由圖1可知，高粱的抗性淀粉的持水力比原淀粉的持水力要高。并且，隨著高粱抗性淀粉含量的遞減，持水力的增加程度隨之增加，即抗性淀粉濃度為10 %的淀粉糊持水力要高于濃度為15%的淀粉糊。與其他的膳食纖維相比，高粱的抗性淀粉持水力相對(duì)較低，所以可以用于焙烤食品、軟類(lèi)餅干等生產(chǎn)，可以維持食物的色澤、光感等，口感良好。

圖1 3種不同淀粉的水和能力差異圖

2.2 高粱淀粉透光率

透光率是用來(lái)表征淀粉糊的透明程度，其主要影響因素是淀粉的來(lái)源和種類(lèi)，其次是糊化后淀粉分子重新排列互相締合的程度。用透明度的大小來(lái)反映淀粉與水的相互溶解程度以及淀粉分子在水中溶解膨脹分散的水平。分散程度愈好愈穩(wěn)定，透過(guò)光線量就愈多，透光率就愈高。

由圖2可知，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加，高粱淀粉和抗性淀粉的透光率均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，到36 h之后趨于穩(wěn)定；平均來(lái)看，高粱原淀粉的透光率略高于抗性淀粉的透光率，而兩種濃度的抗性淀粉，在透光率這一指標(biāo)上區(qū)別并不明顯。對(duì)于添加淀粉質(zhì)的食品來(lái)說(shuō)，淀粉糊的透光率反映了淀粉與水的互溶能力以及膨脹溶解能力，會(huì)影響到食品的感官，從而影響人們對(duì)這些食品的接受程度[7]。

圖2 3種淀粉在不同儲(chǔ)藏時(shí)間下的差異圖

2.3 高粱淀粉溶解度

淀粉與水之間相互作用的大小，一般用來(lái)表示不同類(lèi)別的淀粉或者檢驗(yàn)淀粉改性的水平。

高粱淀粉與抗性淀粉的溶解度在不同的溫度下有不同的表現(xiàn)，由圖3可知，隨著溫度的上升，高粱淀粉糊的溶解度也在上升，在30～60 ℃時(shí)較低，70 ℃以后隨著溫度的增加，溶解度劇增，到90 ℃時(shí)，原淀粉的溶解度明顯高于同溫度下的抗性淀粉，

圖3 3種淀粉不同溫度下的溶解度圖

2.4 抗性淀粉的抗酶解性分析

抗性淀粉之所以能抵抗酶水解，是由于其結(jié)晶結(jié)構(gòu)阻止了淀粉酶靠近結(jié)晶區(qū)域葡萄糖苷鍵，阻止了淀粉酶活性基團(tuán)中結(jié)合部位與淀粉分子的結(jié)合，從而產(chǎn)生抗性。

從圖4可以得出，水解時(shí)間越長(zhǎng)，還原糖含量越高，抗酶解的能力越差；同一酶解時(shí)間內(nèi)，高粱原淀粉測(cè)得的還原糖含量高于抗性淀粉還原糖含量；抗性淀粉中，淀粉糊濃度為15%的抗性淀粉被酶解的還原糖含量略高于濃度為10%的抗性淀粉，但差別并不明顯。

圖4 3種淀粉水解不同時(shí)間還原糖含量圖

3 結(jié)論

（1）高粱淀粉經(jīng)微波膨化之后，結(jié)構(gòu)上發(fā)生了很大改變，由此推測(cè)結(jié)構(gòu)改變會(huì)引起理化性質(zhì)的多重改變。

（2）高粱的抗性淀粉的持水力比原淀粉的持水力高，并且隨著高粱抗性淀粉濃度的減少，持水力的增大幅度隨之?dāng)U大，即抗性淀粉濃度為10%的淀粉糊持水力要高于濃度為15%的淀粉糊。由此可見(jiàn)，抗性淀粉可作結(jié)構(gòu)改良劑使用，添加在烘焙食品中，使其氣孔均勻，中心組織柔軟。

（3）高粱原淀粉的透光率略高于抗性淀粉的透光率，而兩種濃度的抗性淀粉在透光率這一指標(biāo)上區(qū)別并不明顯?？剐缘矸鄣耐腹饴实?，在生產(chǎn)黏稠不透明的飲料中可用抗性淀粉來(lái)增加飲料的不透明度及懸浮度。

（4）與高粱原淀粉相比，抗性淀粉的溶解性較差，但凍融穩(wěn)定性較好，這些優(yōu)點(diǎn)可應(yīng)用在保鮮或冷凍產(chǎn)品中，改善食品的加工工藝，確保食品生產(chǎn)、使用的過(guò)程中的色香味形趨于更佳狀態(tài)。

（5）同一酶解時(shí)間內(nèi)，高粱原淀粉的抗酶解性低于抗性淀粉的抗酶解性，因此抗性淀粉抵抗酸和淀粉酶的水解作用可在靶向性食品和藥品研究中起到保護(hù)的作用，在制藥和食品工業(yè)有著潛在的、巨大應(yīng)用前景。