西米淀粉結構及消化特性

畢 玉，方 芳,2，洪 雁,2,*，顧正彪,2

（1.食品科學與技術國家重點實驗室，江南大學食品學院，江蘇 無錫 214122；2.食品營養與安全協同創新中心，江南大學， 江蘇 無錫 214122）

西米淀粉結構及消化特性

畢 玉1，方 芳1,2，洪 雁1,2,*，顧正彪1,2

（1.食品科學與技術國家重點實驗室，江南大學食品學院，江蘇 無錫 214122；2.食品營養與安全協同創新中心，江南大學， 江蘇 無錫 214122）

以馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉作為參照，用Englyst法測定西米淀粉的消化特性，并研究其成糊特性、直鏈淀粉含量、分子鏈長分布以及脂肪含量與消化特性的關系。結果表明：與馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉相比，西米淀粉具有較高含量的快消化淀粉（90.32%）和較低的抗消化淀粉含量（3.27%）。西米淀粉樣品較低的脂肪含量（0.11%）、較高的短鏈含量（聚合度10～30，83.57%）、較低的長鏈含量（聚合度＞55，0.80%），較高的直鏈淀粉含量（29.3%）和較低的終值黏度（1 096.67 mPa·s）。對消化特性起主要影響作用的因素有鏈長分布、直鏈淀粉含量和脂肪含量。

西米淀粉；消化特性；成糊特性；鏈長分布；直鏈淀粉

西米淀粉，又名碩莪淀粉，是由棕櫚樹類的核或軟核通過機械處理（重擊、碾磨、制粉）、浸泡、沉淀并烘干制成的一種可食用淀粉[1]。碩莪棕櫚作為西米淀粉來源的主要作物，具有長久的經濟壽命和很高的商用淀粉價值，不僅能夠抗病蟲害、抗旱耐澇，而且淀粉產量高，具有一定的價格優勢。碩莪淀粉在食品應用方面，除了制作珍珠西米和彈丸西米，更因其 獨特的屬性可作為米粉、粉絲、面條的原料，改善食品的口感、減少斷碎，并可用作穩定劑和增稠劑。高凌云等[2-3]研究表明，西米淀粉顆粒為橢球體，顆粒表面光滑、偏光十字明顯，在水相中的平均粒徑為27.3 μm，晶體結構為C型，結晶度為25%；西米淀粉糊屬于非牛頓流體，抗剪切能力優于馬鈴薯淀粉糊和木薯淀粉糊，具有一定的觸變性，在同一濃度和剪切速率下，表觀黏度隨溫度的增加而減小，在同一溫度和剪切速率下，表觀黏度隨濃度的增加而增加，而在同一溫度和濃度條件下，淀粉糊的表觀黏度隨剪切速率的增加而減小。汪建平等[4]對西米淀粉的改性進行研究的結果表明，馬鈴薯淀粉較西米淀粉更易引入乙酰基，乙酰化后淀粉顆粒形狀未發生大的改變；乙酰化后西米淀粉和馬鈴薯淀粉粒徑均增大，起糊溫度、峰值溫度及峰值黏度均降低，熱穩定性增加，凝沉性變弱。

然而近些年來，盡管西米淀粉在食品工業中的良好應用前景已經得到了科研工作者的重視，但是已有報道鮮有涉及西米淀粉消化特性的研究。淀粉是人類膳食中主要的碳水化合物，也是主要能量來源，它 的消化吸收可以分為3個階段：腔內階段、刷狀緣階段和葡萄糖吸收階段[5]。1992年，英國學者Englyst等[6]在體外模擬的條件下依據淀粉的生物可利用性將淀粉分為快消化淀粉（rapidly digestible starch，RDS）、慢消化淀粉（slowly digestible starch，SDS）、抗消化淀粉（resistant starch，RS）。RDS指那些能在口腔和小腸中被迅速消化吸收的淀粉，屬于快速釋放能量的高血糖食品；SDS指那些能在小腸中被完全消化吸收但速度較慢的淀粉，可持續緩慢釋放能量，維持餐后血糖穩態，防止出現胰島素抵抗；RS指在人體小腸內無法消化吸收的淀粉，類似于膳食纖維只在大腸中被微生物發酵利用，促進腸道健康[7-10]。

淀粉消化性的影響因素主要有淀粉植物來源、淀粉顆粒的形狀和結晶結構、直鏈淀粉-脂質復合物、直鏈-支鏈淀粉比例和鏈長分布[11-13]等。本實驗以馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉作為參照，用Englyst法測定了西米淀粉的消化特性，并探究了成糊特性、直鏈淀粉含量、分子鏈長分布以及脂肪含量與消化特性的關系，為西米淀粉在食品工業中的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

西米淀粉、馬鈴薯淀粉、紅薯淀粉均由北大荒馬鈴薯產業有限公司提供。

純直鏈淀粉、胰酶、轉化酶、胃蛋白酶、葡萄糖糖化酶 美國Sigma公司；純支鏈淀粉 瑞士Fluka公司；普魯蘭酶 諾維信（中國）生物技術有限公司。

1.2 儀器與設備

MB25OHAUS水分分析儀 奧豪斯儀器（上海）有限公司；α-1101可見分光光度計 上海譜元儀器有限公司；RVA-3D快速黏度分析 澳大利亞Newport Scientific儀器公司；Quanta-200掃描電子顯微鏡 荷蘭FEI公司；ARX-400型X射線衍射儀 德國Bruker公司；ICS-5000高效陰離子交換色譜（配有脈沖安培檢測器） 美國戴安公司。

1.3 方法

1.3.1 淀粉樣品中基本成分的測定

脂肪含量的測定參照GB/T 22427.3—2008《淀粉總脂肪測定》；淀粉含量的測定參照GB/T5009.9—2003《食品中淀粉的測定》使用蒽酮比色法測定淀粉含量。

1.3.2 西米淀粉分子鏈長分布的測定

根據賀偉等[14]的方法，取40 mg淀粉于5 mL離心管中，加2 mL磷酸氫二鈉緩沖溶液（20 mg/mL），在95 ℃溫度條件下糊化3 min。冷卻至25 ℃后加入20 μL普魯蘭酶，于50 ℃水浴中反應4 h，結束反應后在8 000 r/min離心10 min，取上層清液稀釋10 倍后，過0.225 μm膜，用高效陰離子交換色譜-脈沖安培法測出鏈長分布。

1.3.3 西米淀粉藍值的測定

參照洪雁等[15]的研究方法，稱取適量淀粉，配制成質量濃度為0.5 mg/mL的淀粉乳。吸取定容好的樣品溶液1 mL，滴加0.5 mL l mol/L氫氧化鈉溶液，沸水浴3 min，冷卻后用0.5 mL 1 mol/L HCl中和，加入0.07～ 0.1 g酒石酸氧鉀和 0.5 mL碘液（2 mg/mL碘，20 mg/mL碘化鉀），將混合溶液全部轉移至50 mL容量瓶中，并用去離子水定容至刻度，室溫靜止20 min后，在波長680 nm處用l cm的比色皿測吸光度，試樣中藍值的計算方法見公式（1）。

1.3.4 西米淀粉中直鏈淀粉含量的測定

參照洪雁等[16]的研究方法，樣品中直鏈淀粉和支鏈淀粉含量的測定：分別稱取西米淀粉、馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉50 mg，加入幾滴無水乙醇潤濕，再加入10 mL 0.5 mol/L的NaOH溶液，在沸水浴中加熱溶解、冷卻后用蒸餾水定容，混勻。吸取2.5 mL樣品溶液于50 mL容量瓶中，加20 mL蒸餾水，用0.1 mol HCl溶液調pH值至3左右，加0.5 mL碘試劑（2 g KI溶于少量蒸餾水中，再加0.2 g碘，溶解后定容至100 mL），定容后放置10 min，在620 nm波長處，用1 cm比色皿測定其吸光度。所測的標準曲線方程為y=0.338 2x－0.004 4（R2=0.996 3），式中：y為吸光度，x為直鏈淀粉含量/%。

1.3.5 西米淀粉成糊特性的測定

參照方芳等[17]的方法。

1.3.6 西米淀粉體外消化特性的測定

稱取200 mg西米淀粉、馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉，分別加入2 mL 蒸餾水制備懸浮液，完全糊化并冷卻后加入4 mL 模擬胃液，于37℃水浴中反應30 min。再加入2 mL pH 5.2的醋酸鈉緩沖溶液和少量玻璃珠，置于37 ℃水浴中振蕩30 min后加入2 mL模擬腸液，混合均勻后，置于37 ℃水浴中進行反應，分別在反應20 min和120 min時取樣滅酶后用葡萄糖氧化酶法測定葡萄糖含量，從而算出樣品中RDS、SDS和RS的含量。試樣中RDS、SDS和RS的計算方法如式（2）～（4）所示。

式中：m20為淀粉被酶水解20 min后產生的葡萄糖量/mg；m120為淀粉被酶水解120 min后產生的葡萄糖量/mg；m為樣品中總淀粉質量/mg。

2 結果與分析

2.1 西米淀粉消化特性的測定與分析

圖1 淀粉樣品的RDS、SDS和RS含量Fig.1 RDS, SDS and RS contents of starches

由圖1可知，西米淀粉、馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉的RDS含量都高于SDS和RS的含量，均在70%以上。其中西米淀粉的RDS含量最高，RS含量最低，說明西米淀粉能快速被人體消化吸收，釋放人體所需要的能量。紅薯淀粉的SDS含量較高，這說明紅薯淀粉較其他兩種淀粉更能維持人體內的血糖平衡，有助于人們在日常活動中保持長時間的精力充沛。此外，西米淀粉的RS含量低于馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉。

由于淀粉來源與特性的差異，影響淀粉糊消化特性主要有淀粉-脂質復合物的形成，鏈長分布，直鏈/支鏈淀粉比例以及淀粉糊黏度等。本實驗將從以下幾個方面進一步分析西米淀粉消化特性的影響因素。

2.2 西米淀粉的脂肪含量

圖2 淀粉樣品的脂肪含量Fig.2 Fat contents of starches

由圖2可知，西米淀粉樣品中的脂肪含量低于馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉樣品，并且紅薯淀粉樣品中的脂肪含量略低于馬鈴薯淀粉樣品。脂肪可以與直鏈淀粉分子形成復合體，該復合體的形成不利于淀粉分子的消化吸收。因而在2.1節中西米淀粉表現出明顯低于馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉的RDS含量，但是由于其他因素的影響，脂肪含量差異并不能成為淀粉消化特性差異的唯一原因。

2.3 西米淀粉的直鏈淀粉含量

直鏈淀粉分子和支鏈淀粉分子在分子形狀、聚合度、分子質量、碘反應、吸附碘量及晶型結構等方面都有很大的差異[18-19]。淀粉遇碘顯色是由于碘與直鏈淀粉形成螺旋構象的深藍色復合物，復合物的顏色與鏈長有關，若鏈長縮短，則復合物顏色逐漸變紅[20]。藍值主要用于對直鏈淀粉含量的定性分析，直鏈淀粉的藍值為1.01～1.63，支鏈淀粉的藍值為0.08～0.38。實驗測得西米淀粉、馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉的藍值如圖3所示，直鏈淀粉含量如圖4所示。

圖3 淀粉樣品的藍值Fig.3 Blue values of starches

圖4 淀粉樣品的直鏈淀粉含量Fig.4 Amylose Contents of starches

由圖3、4可知，直鏈淀粉含量依次為西米淀粉＞紅薯淀粉＞馬鈴薯淀粉，相對應的，西米淀粉的支鏈淀粉含量小于紅薯淀粉進而小于馬鈴薯淀粉。由于支鏈淀粉含有α-1,6糖苷鍵，該鍵不能在人體內被酶水解，因而支鏈淀粉含量的差異解釋了2.1節中三者之間的抗消化淀粉含量差異，即西米淀粉的抗消化淀粉含量小于紅薯淀粉，且小于馬鈴薯淀粉。

2.4 西米淀粉的鏈長分布

根據聚合度對支鏈淀粉鏈長分布的峰區進行分類，可以分為3類：峰l為長鏈B區，聚合度在55以上；峰2位中等鏈B區，聚合度在30～55之間，峰3為短鏈的B區和A鏈區，聚合度在10～30之間[12,21]。

由表1可知，西米淀粉、馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉的鏈長均以短鏈的B區和A鏈區為主，聚合度在10～3 0之間，西米淀粉的短鏈含量最高，為83.57%，馬鈴薯次之，紅薯最低。而西米淀粉的長鏈B區含量為0.80%，低于于紅薯淀粉和馬鈴薯淀粉。Radhika等[22]研究表明：長鏈B對淀粉顆粒結構起到支撐作用，長鏈B含量高，則淀粉顆粒完整和剛性越高，穩定性增加，不易發生反應，糊化溫度高，溶解性小。此外，長鏈含量高，淀粉不易與消化酶發生反應，不利于消化反應的進行。該數據進一步支持了2.1節的實驗結果，西米淀粉的快消化淀粉含量高于紅薯淀粉和馬鈴薯淀粉，而慢消化淀粉含量低于紅薯淀粉和馬鈴薯淀粉。

表1 淀粉樣品的鏈長分布百分含量Table 1 Molecular chain length distribution of starches

2.5 西米淀粉的成糊特性

圖5 淀粉樣品的成糊特性Fig.5 Pasting properties of starches

淀粉在實際應用的過程中多以淀粉糊的形式存在，實驗測得西米淀粉、馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉的糊化曲線如圖5所示。西米淀粉的成糊溫度74.90 ℃、峰值黏度1 127 mPa·s、崩解值533 mPa·s，均低于馬鈴薯淀粉而高于紅薯淀粉。較低的糊黏度有助于提高淀粉糊的流動性，增加了與淀粉酶接觸的幾率從而促進了淀粉的消化。而西米淀粉的回生值為510 mPa·s，高于馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉。說明與馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉相比，西米淀粉具有居中的成糊難易程度和熱糊黏度和熱糊穩定性，但是具有較低的冷糊穩定性。此外，西米淀粉的終值黏度（1 096.67 mPa·s）低于紅薯淀粉（1 825.67 mPa·s）且低于馬鈴薯淀粉（1 376.33 mPa·s）。舒慶堯[23]、Sodhi[24]等研究表明，淀粉直鏈含量越高，峰值黏度、崩解值越小，而最終黏度、回生值越大，與所測得的直鏈淀粉含量結果一致。此外，淀粉的回生值越高，說明在淀粉糊冷卻的過程中產生了更多的分子內或者分子間氫鍵，該氫鍵的生成阻礙了淀粉酶的水解作用，進而降低了淀粉的消化速率。在此實驗中，淀粉糊特性的檢測數據與消化特性數據矛盾，說明淀粉糊特性并不是影響淀粉消化特性的主要因素。

綜上所述，淀粉-脂質復合物對淀粉酶的阻礙作用，以及鏈長分布和直鏈淀粉含量共同影響著西米淀粉、馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉的消化特性，而淀粉糊特性對消化特性的作用并不明顯。

3 結 論

該研究通過對西米淀粉、馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉的鏈長分布、直鏈淀粉含量、脂質含量以及成糊特性的測定，研究了上述3 種淀粉消化特性的影響因素。研究發現，鏈長分布、直鏈淀粉含量以及脂質的含量是淀粉消化特性的主要影響因素，而成糊特性對消化特性的影響作用并不顯著。其中西米淀粉的脂肪含量較低，直鏈淀粉含量較高，支鏈中的長鏈含量較低、短鏈含量較高。在上述影響因素的共同作用下，西米淀粉的的RDS含量（90.32%）高于馬鈴薯淀粉（80.13%）和紅薯淀粉（72.57%）樣品，SDS含量（6.40%）低于馬鈴薯淀粉（5.93%）和紅薯淀粉（14.44%），RS含量（3.27%）低于馬鈴薯淀粉（13.94%）和紅薯淀粉（12.99%）樣品。

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Structure and Digestion Properties of Sago Starch

BI Yu1, FANG Fang1,2, HONG Yan1,2,*, GU Zheng-biao1,2
(1. State Key Laboratory of Food Science and Technology, School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China; 2. Synergetic Innovation Center of Food Safety and Nutrition, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)

Sago starch has high commercial value and a broad development potential in China. In this study, by comparing with potato starch and sweet potato starch, the digestibility of sago starch was examined using the Englyst method and the relations with pasting properties, amylose content, molecular chain length distribution or fat content were explored. The results showed that sago starch contained higher content of rapidly digestible starch (RDS, 90.32%) and lower resistant starch (RS) content (3.27%). Sago starch also contained lower level of fat content (0.11%), higher content of short chain (degree of polymerization (DP) 10–30, 83.57%), lower content of long-chain starches (DP ＞ 55, 0.80%), higher content of amylose (29.3%) and lower final viscosity value (1 096.67 mPa·s). The chain length distribution, amylose and lipid content played main roles in the starch digestion characteristics.

sago starch; digestion; pasting properties; chain length distribution; amylose

TS231

A

1002-6630（2014）13-0070-04

10.7506/spkx1002-6630-201413013

2013-09-17

“十二五”國家科技支撐計劃項目（2012BAD37B01）

畢玉（1992—），女，本科，研究方向為淀粉資源的開發與利用。E-mail：740200819@qq.com

*通信作者：洪雁（1975—），女，副教授，博士研究生，研究方向為淀粉資源的開發與利用。E-mail：hongyan@jiangnan.edu.cn