不同分子量大豆可溶性膳食纖維對大米淀粉糊化及流變性質的影響

王日思，萬 婕，劉成梅，周國輝（南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室，江西南昌330047）

不同分子量大豆可溶性膳食纖維對大米淀粉糊化及流變性質的影響

王日思，萬 婕*，劉成梅，周國輝
（南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室，江西南昌330047）

為了考察不同分子量大豆可溶性膳食纖維（soybean soluble dietary fiber，SSDF）對大米淀粉（rice starch，RS）糊化及流變性質的影響，本文采用快速黏度分析儀（RVA）及流變儀研究了兩種分子量段（HSSDF，27.8 ku和LSSDF，9.3 ku）大豆可溶性膳食纖維的作用。RVA曲線表明添加HSSDF可提高RS的峰值黏度及最終黏度，添加LSSDF可使RS的最終黏度值降低，而峰值黏度無明顯變化。兩種不同分子量段的SSDF均可提高RS的起始糊化溫度，降低回復值及崩解值。動態流變學實驗表明，添加兩種不同分子量段SSDF均可顯著降低RS的儲能模量值。靜態流變學實驗表明，添加HSSDF可使RS的稠度系數K升高，混合體系具有更高的黏度。加入兩種不同分子量段的SSDF均可使混合體系流體指數n值降低，觸變環面積減少，體系更加穩定。研究表明不同分子量段SSDF對RS復合體系糊化及流變學特性有顯著影響，且HSSDF對大米淀粉的作用更為顯著。本論文可為大豆膳食纖維在大米制品中的應用提供一定的理論基礎。

大米淀粉，大豆可溶性膳食纖維，分子量，糊化特性，流變學特性

大米淀粉（Rice starch，RS）具有致敏性低，口感及外觀優良，凝膠質地平滑等優點，故被廣泛應用于食品工業中［1］。然而，與其他谷類淀粉相似，大米淀粉也具有易老化，熱穩定性差，不耐剪切等缺陷［2］。越來越多的研究發現，添加少量的非淀粉性多糖即可有效地彌補淀粉的這些缺陷［3-4］。如Teresa Witczak等［5］發現添加不同聚合度的菊糖可顯著降低土豆淀粉老化焓值，以及土豆淀粉-菊糖混合體系稠度系數K值。Techawipharat等［6］研究纖維素及卡拉膠對大米淀粉糊化、流變性質的影響，結果表明這些膠體可提高淀粉的糊化溫度，峰值及最終黏度，混合體系呈現剛性減弱的弱凝膠性質。

大豆可溶性膳食纖維（Soybean soluble dietary fiber，SSDF）是一種從豆渣中提取的，具有較強的持水，持油，增強腸道蠕動及降低膽固醇等功能的可溶性多糖［7］。大豆可溶性膳食纖維已經被嘗試添加到淀粉基食物中以增加這些食物的營養價值。盡管已有大量文獻報道了大豆可溶性膳食纖維對淀粉理化性質的影響［8-9］，但未見關于不同分子量段的大豆可溶性膳食纖維對淀粉糊化及流變性質影響的研究，而分子量被認為是多糖影響淀粉基食品品質的重要因素［10］。本文利用快速黏度分析儀（Rapid visco analyser，RVA）、流變儀等手段比較兩種不同分子量段的大豆可溶性膳食纖維對大米淀粉糊化及流變性質的影響，為膳食纖維對淀粉基食品體系的改性研究提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大米淀粉（RS） Sigma公司，直鏈淀粉含量：20.39%±0.19%；豆渣 農貿市場采購；大豆可溶性膳食纖維 鄭州荔諾生物科技有限公司；葡聚糖標品（T-10、T-40、T-70、T-500、T2000） 美國Pharmacia公司。

MCR302流變儀 奧地利Anton-Paar公司；RVATEC MASTER 瑞典Perten公司；高效液相色譜儀 美國Agilent公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 可溶性膳食纖維的制備及分子量測定 本文中使用的大分子量大豆可溶性膳食纖維（HSSDF）是以豆渣為原料，參照高辰等［11］方法制得；并采用高效凝膠滲透色譜法（HPGPC）［12］進行分子量測定。小分子量大豆可溶性膳食纖維（LSSDF）則采用AOAC 985.29法由市售大豆可溶性膳食纖維提純（純度大于90%）獲得。分子量測定方法同上。

1.2.2 RS-LSSDF與RS-HSSDF復合體系的制備 將RS與LSSDF或HSSDF按質量比95∶5（w/w）進行混合，制成復合體系。以不添加膳食纖維的原淀粉作為對照組。

1.2.3 糊化性質的測定 參照Sun等［13］的方法，取3 g混合樣品，放入RVA專用鋁盒中，加入25 mL去離子水攪拌均勻，配成淀粉乳，隨后采用RVA進行測定。RVA程序設置如下：50℃保持1 min；經過3.75 min后升溫至95℃，保溫2.5 min，經過3.75 min降溫至50℃，之后保持1 min。糊化參數由軟件自動計算，包括糊化時間、峰值黏度、最終黏度、崩解值及回復值。

1.2.4 流變學性質的測定

1.2.4.1 穩態剪切流變測試 參照Zhu等［14］方法，將制備好的復合體系配制成5%的懸浮液。用移液管取約2 mL樣品置于流變儀不銹鋼平臺上，平衡1 min后，在剪切壓力為5 Pa條件下，從20℃開始程序升溫至95℃，再從95℃降溫至25℃，升降溫速率均為10℃/min。冷卻至25℃的樣品進行穩態流變測試。剪切速率從0.01 s-1增加到300 s-1，再從300 s-1降低至0.01 s-1，測定剪切應力隨剪切速率的變化。穩態剪切流變數據采用Power Law模型進行回歸分析。復相關系數R2表示方程擬合精度。

式中，δ表示剪切應力，Pa；K表示稠度系數，Pa·sn；γ表示剪切速率，s-1；n表示流體指數。

1.2.4.2 動態黏彈流變測試 參照Zhu等［14］方法，將制備好的復合體系配制成25%的懸浮液。用移液管取約2 mL樣品置于流變儀不銹鋼平臺上，固定角頻率為1 Hz，應變2%，平衡1 min后進行溫度掃描測試，測試程序為：從25℃開始程序升溫至95℃，再從95℃降溫至25℃，升降溫速率均為3℃/min。將冷卻至25℃的樣品平衡1 min，隨后進行頻率掃描測試。測試過程保持25℃，應變2%，頻率變化范圍0.1～20 Hz。記錄儲能模量（G′），損耗模量（G″）。頻率掃描數據采用以下方式擬合：

式中：G′表示儲能模量（Pa）；f表示頻率（Hz）；KG表示斜率。

1.3 數據分析

所有實驗均重復3次，采用SPSS 19.0中的方差分析（ANOVA）進行差異顯著性分析，以p＜0.05表示有顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 不同分子量段SSDF的分子量分布情況

高效液相凝膠色譜法（HPGPC）是測定多糖分子量最有效的方法之一［15］。采用TR對葡聚糖標品的logMW值進行回歸處理，得到標準曲線TR=-2.6421logMW+25.786，R2=0.9953。

圖1 不同分子量大豆可溶性膳食纖維的凝膠色譜圖Fig1 The gel filtration chromatography of SSDF with different molecular weights

由圖1可知，HSSDF的主峰保留時間為11.4 min，根據上述標準曲線求得HSSDF的重均分子量為27.8 ku。LSSDF主峰保留時間為15.3 min，重均分子量為9.3 ku。

2.2 不同分子量段SSDF對RS糊化特性影響

圖2 不同分子量段SSDF對RS的RVA黏度曲線的影響Fig.2 Effect of SSDF with different molecular weights on RVA pasting profiles of RS

由圖2可知，加入不同分子量段的SSDF對RS的糊化溫度、峰值黏度、回復值及崩解值等都有顯著影響。與原淀粉相比，加入HSSDF、LSSDF均可提高RS的糊化溫度，其中，添加LSSDF、HSSDF的RS糊化溫度從79.2℃分別提高至81.0℃及83.5℃。這可能是由于膳食纖維與淀粉間存在熱力學相分離特性，每一組分溶液單獨存在于各自獨立的微相中，使得淀粉的有效濃度增加，從而讓淀粉的糊化更為困難［16］。然而，不同分子量段SSDF對RS的峰值黏度和最終黏度的影響卻有所不同。由表1可知，添加LSSDF后的RS峰值黏度變化不大，最終黏度有所下降。與原淀粉相比，RS+LSSDF的最終黏度值從4057 mPa·s下降至3647 mPa·s。而添加HSSDF后RS的峰值黏度及最終黏度顯著上升。與原淀粉相比，RS+HSSDF的峰值黏度從2724 mPa·s上升至3789 mPa·s，最終黏度值上升至4490 mPa·s。不同分子量段SSDF對RS黏度影響的不同可能是因為兩種SSDF自身黏度的差異。LSSDF由于本身黏度較低，附著于淀粉分子表面有一定潤滑作用，減少了糊化過程中淀粉顆粒的磨損破壞及組分滲出，使得體系最終黏度有所降低［17］。而HSSDF由于其黏度較大，在糊化過程中與淀粉分子共同競爭水分子，一定程度增大了淀粉溶液的有效濃度，致使體系黏度增大［18］。

表1同時表明，添加SSDF的RS崩解值及回復值顯著降低（p＜0.05），其中RS-HSSDF混合體系的崩解值及回復值最低。崩解值的降低表明淀粉顆?？膳c可溶性膳食纖維緊密結合，在加熱過程中抑制直鏈淀粉滲出，從而提高淀粉顆粒的耐熱穩定性［19］。而回復值是衡量淀粉糊短期回生程度的指標［20］，從表1可以看出，添加兩種不同分子量段的SSDF均可顯著降低淀粉回復值，表明添加SSDF可以抑制淀粉的短期回生，提高大米淀粉的儲藏穩定性。

表1 不同分子量段的SSDF對RS糊化性質的影響Table1 Effect of SSDF with different molecular weight on pasting properties of rice starch

2.3 不同分子量段SSDF對RS流變特性影響

2.3.1 穩態流變學特性 不同分子量段SSDF對RS的穩態剪切流變曲線如圖3所示。用Power-law模型對穩態流變數據進行擬合時，復相關系數R2＞0.99，說明Power-law模型和流變數據的相關性很好。圖3顯示：對于所有的淀粉糊樣品，剪切應力均隨剪切速率的增大而增加，上行曲線的剪切應力數據均顯著大于下行曲線的剪切應力，且圍繞成一個順時針的滯后環，表明大米淀粉糊具有觸變性［21］。表2表明，與原淀粉相比，加入HSSDF的RS混合體系上行線和下行線的稠度系數K都有所增加，說明體系的稠度增強，復合體系表現出更高的黏性。這可能是因為大分子物質的相互纏結使得體系黏度增加［22］。此外，由表2可知，所有淀粉糊樣品的流體行為指數均小于1 （0.49～0.62），表明混合體系為典型的假塑性流體［23］。與原淀粉相比，加入SSDF的淀粉體系的流體指數n都有所降低，表明SSDF的加入使淀粉體系的假塑性增強［24］。

圖3 不同分子量段SSDF對RS的穩態剪切流變曲線的影響Fig.3 Effect of SSDF with different molecular weight on static rheological curves of rice starch

觸變性是水溶性高分子溶液重要流變學特性之一，觸變環的面積可以表示淀粉結構被破壞所需要的能量［23］。由圖3及表2可知，加入SSDF后，混合體系觸變環面積明顯變小，與原淀粉相比，添加LSSDF及HSSDF的RS混合體系觸變環面積分別降低267 Pa/s 及468 Pa/s，說明可溶性膳食纖維的加入可提高體系的剪切穩定性，以HSSDF對RS混合體系剪切穩定性的提高更為明顯。

表2 不同分子量段SSDF與RS復合體系冪律方程擬合參數Table2 Power law parameters of rice starch containing SSDF with different molecular weight

2.3.2 動態流變學特性 動態流變學在非破壞性區域內以頻率或者溫度變化作為因子，通過研究儲能模量（G′）及損耗模量（G″）的變化情況，從而提供體系結構信息［25］。

圖4 不同分子量段SSDF對RS的溫度掃描曲線的影響Fig.4 Effect of SSDF with different molecular weight on temperature sweep curves of rice starch

圖4是不同分子量段的SSDF與RS在糊化過程中的儲能模量變化圖。圖4表明：SSDF的加入使淀粉漿糊化過程中的峰值溫度升高，儲能模量降低。與原淀粉相比，兩種不同分子量段的SSDF-RS混合體系在加熱過程中的起始糊化溫度（TG′0）及峰值溫度（TG′max）都有所提高。RS-LSSDF及RS-HSSDF體系的TG′max分別提高至80.7℃及84.8℃。此結果與RVA測試中糊化溫度的變化結果一致。與原淀粉相比，LSSDF-RS復合體系的儲能模量從3020 Pa降至1900 Pa。而HSSDFRS復合體系的儲能模量從3020 Pa降至1130 Pa，表明SSDF的加入可降低淀粉膠的固體性質，尤以HSSDF對淀粉膠的固體性質降低更為明顯。

圖5 不同分子量段SSDF對RS的動態頻率掃描曲線的影響Fig.5 Effect of SSDF with different molecular weight on dynamic frequency sweep curves of rice starch

不同分子量段的SSDF與RS復合體系的動態頻率掃描曲線見圖5。由圖5可知，淀粉體系的儲能模量隨頻率的增大而增大，表現出良好的頻率依賴性。SSDF的加入明顯降低了淀粉膠的儲能模量，HSSDF對淀粉凝膠體系儲能模量的影響更為明顯。此結果與溫度掃描中體系儲能模量的變化結果一致。

3 結論

本論文研究了兩種不同分子量段SSDF對RS糊化及流變性質的影響。RVA結果表明，添加兩種不同分子量段的SSDF均可提高RS的起始糊化溫度。與原淀粉相比，SSDF可顯著提高復合體系的耐熱穩定性及儲藏穩定性。流變學結果表明：添加SSDF可顯著降低RS的儲能模量，復合體系具有良好的頻率依賴性。加入不同分子量段SSDF的RS復合體系均為假塑性流體，復合體系假塑性增強，觸變環面積減小，體系剪切穩定性提高。此結果可為大豆可溶性膳食纖維加入大米制品中的應用提供一定的理論基礎。

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Effect of different molecular weight soybean soluble dietary fibers on pasting and rheological properties of rice starch

WANG Ri-si，WAN Jie*，LIU Cheng-mei，ZHOU Guo-hui
（State Key Laboratory of Food Science and Technology，Nanchang University，Nanchang 330047，China）

In order to study the effect of soybean soluble dietary fiber（SSDF）with different molecular weight on pasting and rheological of rice starch（RS），rapid visco analyzer（RVA），rheology were employed to investigate the effect of soybean soluble dietary fibers with molecular weight of 27.8 ku for HSSDF and of 9.3 ku for LSSDF.Results of RVA indicated that HSSDF increased the peak and final viscosity of RS，while LSSDF decreased the final viscosity of RS and had no obvious change in peak viscosity.Both of them increased initial pasting temperature but decreased the values of breakdown and setback of RS.Dynamic rheological studies suggested that the addition of SSDF considerably decreased the values of storage modulus of RS.In static rheological studies，adding HSSDF increased consistency coefficient K of RS，both of these two different SSDF shortened lag ring area and fluid index n of RS pastes，made the system more stable.Studies have shown that different molecular weight SSDF，especially the HSSDF，had a significant impact on the RS pasting and rheological properties.This paper could provide certain theoretical basis for application of SSDF in rice products.

rice starch；soybean soluble dietary fibers；molecular weight；pasting properties；rheological properties

TS231

A

1002-0306（2016）06-0124-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.06.016

2015－08－03

王日思（1992-），女，在讀碩士研究生，研究方向：食品科學與工程，E-mail：ncuskwangrisi@163.com。

萬婕（1983-），女，博士，副研究員，研究方向：食物資源的開發與利用，E-mail：wanjiencu@aliyun.com。

國家自然科學基金（31360407）。