萌發苦蕎淀粉的理化特性及消化性研究

周一鳴王 宏崔琳琳姜 玥周小理（上海應用技術大學香料香精技術與工程學院，上海 048）（上海商學院旅游與食品學院，上海 0035）

萌發苦蕎淀粉的理化特性及消化性研究

周一鳴1王 宏1崔琳琳2姜 玥1周小理1
（上海應用技術大學香料香精技術與工程學院1，上海 201418）
（上海商學院旅游與食品學院2，上海 200235）

本試驗以萌發苦蕎為研究對象，對苦蕎萌發過程中淀粉的組成，尤其是淀粉顆粒形態的變化規律以及消化特性進行了研究。試驗結果表明：經萌發處理后苦蕎淀粉組成發生了變化，其中總淀粉質量分數下降了28.35%，隨著直鏈淀粉的增加，直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例也隨之增大，在第3d時達到0.63；萌發苦蕎淀粉的組成也發生變化，其中慢消化淀粉含量明顯提高（P＜0.05）；同時，適度萌發僅對淀粉顆粒的無定形區晶體結構產生影響，結晶度隨著萌發時間增加逐漸增大，形成部分小分子聚合體。體外消化試驗表明：較萌發前，苦蕎淀粉消化性能明顯改善。從萌發苦蕎淀粉顆粒結構與體外消化性相關性分析結果可以看出體外消化率即血糖指數與萌發苦蕎淀粉平均粒徑呈顯著正相關，與其結晶度呈顯著負相關。從而揭示了萌發后苦蕎淀粉粒徑變小，結晶度變大，有利于血糖指數的降低。萌發苦蕎淀粉血糖指數（GI）均小于55，屬于低GI食品，是目前國內外營養與食品界推薦糖尿病人群理想食物。

萌發 苦蕎 理化性質 消化性 血糖指數

苦蕎為中國特有的農作物，其面積和產量位居世界第一。苦蕎中含有60%～70%的淀粉，其中抗性淀粉質量分數為35%～48%，同玉米、小麥、大米、紅薯相比，苦蕎淀粉顆粒較小，分布均勻，多數為不規則多邊形，少數顆粒為橢圓形，且多為非結晶區，對酸的水解更易敏感［1］。研究表明，苦蕎淀粉屬于低GI食品，且消化速度小于玉米淀粉和小麥淀粉［2-3］。目前，國內外對苦蕎的研究大多集中在苦蕎蛋白分離純化和蘆丁等黃酮類化合物提取、分離等方面［4］。對苦蕎淀粉提取分離方法的研究也僅關注淀粉的提取分離得率，卻忽視了苦蕎淀粉的特性等問題［1］。此外，國內外在抗性淀粉（RS）制備中多采用單一或簡單的組合方法制備，抗性淀粉的得率較低［2］。

萌發過程是植物從休眠的靜態躍升為生理活動頻繁的動態的過程，萌發期間其呼吸作用增強，酶的種類和數量顯著增加。種子中儲存的各種物質被轉化和提升為可供新生命利用的高活性成分，使生物活性物質等營養成分含量和藥用價值顯著增加，并可能產生新的高活性物質，同時也形成了獨特的風味及口感。研究表明，苦蕎籽粒在萌發過程中，淀粉酶、蛋白酶等水解酶類非常活躍，促使胚乳中淀粉蛋白質等營養物質從不溶解狀態水解為溶解狀態其中淀粉的α-1，4-糖苷鍵被水解，支鏈淀粉長度變短，逐漸生成一些短鏈的直鏈淀粉［5］，是一種有效的提高抗性淀粉含量的方法。同時，萌發后苦蕎中氨基酸更為均衡，總黃酮和蘆丁含量顯著增加［6］，萌發處理對于提高苦蕎的食用與保健價值，增加淀粉糊對高溫、酸、堿和剪切力的抗性，改善淀粉糊的凝膠性、成膜性等有著一定的益處［7］。

淀粉是植物體中儲存的養分，也是人類能量來源的最重要的物質之一［8］。近年來，隨著人們生活水平的提高，追求科學營養膳食平衡也已成為時尚廣泛存在于淀粉及含淀粉的食物中的抗性淀粉所具有的預防糖尿病和腸道癌等心血管和腸道疾病的生理保健功能，已開始受到營養及食品研究領域的廣泛關注。因此，具有較高營養價值和藥用價值的苦蕎制品將越來越受人們的歡迎，大力開發和研制苦蕎保健食品有著廣闊的市場前景、較高的經濟價值和社會價值。本試驗通過將苦蕎萌發處理，重點對萌發苦蕎淀粉的組成和顆粒結構，與其消化特性的相關性進行了研究，為萌發苦蕎食品的深加工開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

苦蕎：山西黑豐1號。

三羥甲基氨基甲烷、馬來酸、三水合乙酸鈉、3，5-二硝基水楊酸、四水合酒石酸鉀鈉等以上藥品及試劑均為分析純：國藥集團化學試劑（上海）有限公司；葡萄糖苷淀粉酶、胃蛋白酶、豬胰 α-淀粉酶（19.6 U／mg）：上海正極生物科技有限公司；直鏈淀粉標準品、支鏈淀粉標準品：Sigma公司。

1.2 儀器與設備

MZ8T 2000型激光粒度分析儀：Malvern，UK；D／max-RAⅢ型X衍射儀：日本理學 Rigaku公司；UV2600紫外可見光分光光度計：島津企業管理（中國）有限公司；TGL-16B型臺式離心機：上海安亭科學儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 苦蕎萌發處理

篩選籽粒飽滿、成熟度好的苦蕎，先用2%次氯酸溶液浸泡10min，再用0.1%H2O2中浸泡10 min殺菌，清水反復沖洗后再浸泡12 h，室溫下催芽24 h播種，播種后每8 h澆水1次（澆水量以苗盤內基質濕潤又不浸水為宜），每天用 15W紫外燈照射15 min，保持環境濕度（80%～90%）與溫度（25～30℃），播種后連續4 d取樣，1／2置于-80℃備用，用于酶活測定，1／2除去外殼，冷凍干燥后粉碎，80目篩分，低溫密封保存備用。

1.3.2 苦蕎淀粉的制備

參照劉瑞等［9］的方法。

1.3.3 萌發苦蕎淀粉含量的測定

1.3.3.1 總淀粉含量的測定 參照GB 5514—2008《糧油檢驗糧食、油料中淀粉含量測定》。

1.3.3.2 抗性淀粉及直（支）鏈淀粉含量測定抗性淀粉含量測定參照Goni法［10］。直（支）鏈淀粉含量參照莊瑋婧等［11］改良的碘比色法，利用直鏈淀粉與支鏈淀粉的混合標準物制備校正曲線，從校正曲線上讀取樣品中直鏈淀粉、支鏈淀粉含量。

1.3.4 萌發苦蕎淀粉的顆粒粒徑分析

利用MZ8T 2000型激光粒度分析儀測定［12］，每個樣品重復3～5次。

1.3.5 萌發苦蕎淀粉顆粒晶體結構分析

采用粉末衍射法［13］。

1.3.6 萌發苦蕎淀粉的水解指數與血糖指數

含50 g碳水化合物試驗食物血糖應答曲線下面積（Area Under the Curve，AUC）與含等量碳水化合物標準食物血糖應答之比被稱之為血糖指數（Glycemic index，GI）。一般以葡萄糖作為標準，結果采用相對于標準物的百分數表示。采用Goni的體外消化動力學方法［10］，水解曲線下面積（Area under curve，AUC）按公式計算：

式中：C∞ 為反應平衡時的濃度；T1為最終的時間（180 min）；T2為反應初始時間（0 min）；K為一級反應動力學常數。

樣品的水解指數HI為各樣品與白面包水解曲線積分面積比值的百分數，根據Goin等［10］得到體內，體外淀粉水解指數（HI）和血糖指數（GI）之間良好相關性（R2=0.894），其線性回歸方程為：

1.3.7 萌發苦蕎淀粉體外消化性能的測定

稱取0.2 g淀粉樣品置于50 mL試管中，加入15 mL pH 5.2的0.2 mol／mL醋酸鈉緩沖液，混勻后加入10 mL的豬胰α-淀粉酶（300 U／mL）和糖化酶（25 U／mL），置于37℃恒溫水浴下振蕩（轉速為150 r／min）并準確計時。在水解20（G20）或120 min （G120）時分別取出0.5 mL水解液，加無水乙醇滅酶，離心處理后（3 000 r／min）的上清液在510 nm下采用DNS法［14］測定葡萄糖含量，淀粉含量為葡萄糖值乘以轉化因子0.9，每樣測定3個平行。具體計算公式：

式中：RDS、SDS、RS為快速消化淀粉、慢消化淀粉、抗性淀粉；G20、G120為淀粉酶水解20、120 min后產生的葡萄糖質量／mg；TS為樣品中總淀粉質量／mg；FG為酶水解處理前淀粉中游離葡萄糖質量／mg。

1.3.8 數據分析

試驗數據均以平均值±標準差（x±s）表示，采用SPSS19.0軟件進行統計學分析，組間比較采用方差齊性檢驗和單因素方差分析（One Way ANOVA），以P＜0.05為差異有統計學意義。并以萌發3 d苦蕎淀粉為例，利用SPSS19.0統計軟件對萌發苦蕎淀粉的理化性質與體外消化性進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 萌發苦蕎淀粉的組成

表1為萌發處理前后苦蕎淀粉的組成，由表1可以看出，隨著萌發時間的增加，苦蕎淀粉中總淀粉含量和直鏈淀粉（干基）含量均不斷減少，總淀粉含量從78.72%下降到56.40%，下降了28.35%，而直鏈／支鏈比呈增大趨勢，從0.45增大到了0.63，上升了40.00%，同時，萌發處理后苦蕎淀粉中抗性淀粉含量變化呈現先增長后下降的趨勢，在萌發2 d時達到最大值為29.69%，這主要是由于萌發過程中α-淀粉酶活性提高，不斷作用于淀粉的α-1，4-糖苷鍵，將支鏈淀粉逐漸生成一些短鏈的直鏈淀粉，從而提高了其中直鏈／支鏈比例。

表1 萌發處理前后總淀粉含量及淀粉組成

2.2 萌發苦蕎淀粉顆粒粒徑分析

表2為萌發苦蕎淀粉顆粒粒徑分布，由表2可知，未萌發苦蕎淀粉顆粒直徑在3.94～8.98 μm，顆粒平均粒徑為4.93 μm。萌發后苦蕎淀粉隨著萌發時間的增加，顆粒平均粒徑由2.96 μm降低至0.63μm，下降了33.78%，這主要是由于苦蕎籽粒在萌發過程中淀粉酶活力升高導致淀粉水解增多，導致苦蕎淀粉發生降解。

表2 萌發苦蕎淀粉顆粒粒徑分布特征

2.3 萌發苦蕎淀粉顆粒晶體結構分析

圖1為萌發處理前后苦蕎淀粉的X-射線衍射圖，由圖1可知，萌發前苦蕎淀粉均在2θ為15.08° 17.29°、18.06°和23.22°附近出現強衍射峰，為A型圖譜，萌發后得到的苦蕎淀粉的特征峰與未萌發苦蕎淀粉一致，只是衍射圖譜的峰位置以及峰強度發生了變化，表明萌發過程中的淀粉水解反應主要發生在淀粉顆粒的無定形區。萌發1 d苦蕎淀粉與未萌發前淀粉X-射線衍射圖譜特征比較接近，萌發2 d和3 d的淀粉顆粒X-射線衍射變化明顯。

圖1 萌發苦蕎淀粉X-射線衍射圖

結晶度是指淀粉粒內部半結晶區的大小，由特征譜線分析表（表3）可知，萌發苦蕎淀粉結晶度較高，為32.25%～35.83%，并且隨著萌發時間的延長結晶度有逐漸增大的趨勢，在第3天時達到最大。

表3 萌發苦蕎淀粉顆粒晶型的分析

2.4 萌發苦蕎淀粉的水解指數與血糖指數

表4為萌發處理前后苦蕎淀粉的水解指數與血糖指數，由表4可知，萌發3 d苦蕎淀粉的水解指數和血糖指數平衡濃度最低，萌發后苦蕎淀粉樣品動力學平衡濃度C∞和K都低于未萌發苦蕎淀粉，這是由于萌發后苦蕎淀粉中直鏈淀粉的比例增加，容易發生老化現象，同時抗性淀粉含量較高。未萌發苦蕎淀粉的消化動力學常數大于萌發苦蕎淀粉，表明未萌發苦蕎淀粉體外消化達到平衡濃度的速度都比萌發苦蕎淀粉快，這是由于萌發苦蕎淀粉經萌發處理后，在淀粉酶作用下，淀粉分子鏈較短，分子聚合度較小，則分子容易聚集在一起而很難被酶作用，因此萌發后大小均勻的苦蕎淀粉顆粒較難被酶解，而表現出較小的水解指數。水解指數是以白面包的體外消化為標準的，萌發后的苦蕎淀粉水解指數范圍在14.43%～24.80%，低于未萌發苦蕎淀粉的26.50%。

根據Goin等［10］得到的線性回歸方程GI=39.71+ 0.549HI，可計算得到血糖指數，其中未萌發苦蕎淀粉的血糖指數最高，萌發3 d的苦蕎淀粉血糖指數最低，可見，與未萌發苦蕎淀粉相比，萌發3 d后的苦蕎淀粉是一種更好的低GI食品原料。

表4 萌發處理前后苦蕎淀粉的動力學平衡濃度（C∞），動力學常數（K），水解指數（HI），血糖指數（GI）

2.5 萌發苦蕎淀粉體外消化營養片段分析

表5為萌發處理前后苦蕎淀粉體外消化性的分類，由表5可以看出，萌發后的苦蕎淀粉主要成分是慢消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS），在萌發過程中，部分RS在萌發過程中轉化為SDS，慢消化淀粉（SDS）的比例由7.58%上升到18.70%，提高了2.47倍，這是由于萌發處理后苦蕎淀粉中直鏈淀粉以及直鏈淀粉與支鏈淀粉比值隨著萌發時間的增加而增大，促使直鏈淀粉-脂質復合物的含量也相應提高，由于該復合物對淀粉顆粒糊化、膨脹和溶解具有強烈的抑制作用，酶水解耐受性增強［16］。

表5 萌發苦蕎淀粉中營養片斷的體外消化分類

2.6 相關性分析

淀粉理化性質與體外消化性進行相關性分析結果如表6所示。從表6中可以看出，萌發苦蕎淀粉的結晶度與顆粒直徑大小呈極顯著負相關（P＜0.05），說明與未萌發苦蕎淀粉相比，萌發后的苦蕎淀粉平均顆粒直徑較小，其結晶度較大。可消化淀粉與抗性淀粉含量呈極顯著負相關，這是由于可消化淀粉是總淀粉與抗性淀粉含量的差值。血糖指數與淀粉平均粒徑呈顯著正相關，這說明萌發苦蕎淀粉的平均粒徑越小，血糖指數越小，即：隨著萌發時間的增加苦蕎淀粉粒徑不斷減小，血糖指數（GI）也在變小；淀粉的結晶度與血糖指數呈顯著負相關，即萌發苦蕎淀粉的結晶度越大，其血糖指數越小。

表6 萌發苦蕎淀粉理化性質與體外消化性的相關性分析

3 結論

苦蕎經萌發處理后，通過對淀粉聚集態結構分析表明，適度萌發僅對淀粉顆粒的無定形區晶體結構產生影響，微晶區結構影響較小，其X-射線衍射圖譜仍為A型，但衍射圖譜的峰位置以及峰強度發生了一些變化，結晶度隨著萌發時間增加逐漸增大，形成部分小分子聚合體。

萌發苦蕎淀粉在淀粉酶的作用下，淀粉組成發生變化，慢消化淀粉含量明顯提高，是未萌發苦蕎淀粉的2.5倍；體外消化性能測定表明：體外消化性能較未萌發的苦蕎淀粉也明顯改善。由線性回歸方程GI=39.71+0.549HI，可知血糖指數與消化率呈正相關。萌發苦蕎淀粉血糖指數（GI）均小于55，較未萌發淀粉最大降幅可以達到12%，屬于低GI食品。是糖尿病人群可以食用的理想食物。

從萌發苦蕎淀粉顆粒結構與體外消化性相關性分析結果可以看出體外消化率即血糖指數與萌發苦蕎淀粉平均粒徑呈顯著正相關，與其結晶度呈顯著負相關。從而揭示了萌發后苦蕎淀粉粒徑變小，結晶度變大，有利于血糖指數的降低，有利于苦蕎淀粉在預防和治療“三高”人群保健食品中的應用。同時研究數據也表明：苦蕎淀粉的顆粒粒徑及結晶度與萌發時間密切相關，可通過萌發時間的控制，獲得理想的苦蕎淀粉體外消化性能，進一步降低苦蕎淀粉血糖指數，同時也為萌發苦蕎食品的深加工開發提供了參考。

［1］范靜.蕎麥淀粉及其改性淀粉理化特性分析與應用［D］.楊凌：西北農林科技大學，2013 Fan Jing.The Properties Analysis and Application of Buckwheat Starch and Its Modified Starches［D］.Yangling：North West Agriculture and Forestry University，2013

［2］顧娟.蕎麥淀粉理化特性及消化性研究［D］.無錫.江南大學，2009 Gu Jun.Physiochemical properties and of digestibility buckwheat Starch［D］.Wuxi：Jiangnan University，2009

［3］Feng Zeng，Fei Ma，Fansheng Kong，et al.Physicochemical properties and digestibility of hydrothermally treated waxy rice starch［J］.Food Chemistry，2015，172：92-98

［4］Steadman K J，Burgoon M S，Lewis B A，et al.Buckwheat seed milling fractions：description，macronutrient composition and dietary fibre［J］.Journal of Cereal Science，2001，33：271-278

［5］Vanesa Benítez，Sara Cantera，Yolanda Aguilera，et al.Impact of germination on starch，dietary fiber and physicochemical properties in non-conventional legumes［J］.Food Research International，2013，50（1）：64-66

［6］蔡馬.萌發對蕎麥營養成分的影響研究［J］.西北農業學報，2004，13（3）：18-21 Cai Ma.Effect of Germinating on the nutrient value of buckwheat［J］Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica，2004，13（3）：18-21

［7］張國權.蕎麥淀粉理化特性及改性研究［D］.楊凌：西北農林科技大學，2007：16-18 Zhang Guoquan.Physicochemical properties and modification of buckwheat starch［D］.Yangling：North West Agriculture and Forestry University，2007：16-18

［8］Qin Peiyou，Wang Qiang，Shan Fang，et al.Nutritional composition and flavonoids content of flour from different buckwheat cultivars［J］.International Journal of Food Science and Technology，2010，45：951-958

［9］劉瑞，馮佰利，晁桂梅，等.苦蕎淀粉顆粒集淀粉糊性質研究［J］.中國糧油學報，2014，29（12）：32 Liu Rui，Feng Baili，Chao Guimei，et al.The properties of tartary buckwheat starch granules and starch paste［J］. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association.2014，29（12）：32

［10］Goni I，Garcia-Diz L，Manas E，et al.Analysis of resistant statch：a method for foods and food products［J］.Food Chemistry，1996，56（4）：445-449

［11］莊瑋婧，曾紹校，鄭寶東，等.蓮子直鏈淀粉快速測定的研究［J］.農產品加工.2008，127（2）：15-18 Zhuang Weijing，Zeng Shaoxiao，Zheng Baodong，et al. Study on the fast method of determining amylose content of Lotus-seed［J］.Processing of Agricultural Products. 2008，127（2）：15-18

［12］張東生.精白保胚發芽米淀粉特性研究［D］.長沙：長沙理工大學，2011 Zhang Dongsheng.Studies on the properties of starch from germinated polished-rice-with-germ ［D］. Changsha：Changsha University of Science and Technology，2011

［13］劉培玲，沈群，胡小松，等.X射線衍射法研究不同類型淀粉高靜壓處理后晶體結構的變化［J］.光譜學與光譜分析.2012，32（09）：2579-2582 Liu Peiling，Shen Qun，Hu Xiaosong，et al.X-ray diffraction study of high hydrostatic pressure on crystalline structure of different type starches［J］.Spectroscopy and Spectral Analysis，2012，32（9）：2579-2582

［14］舒馨，劉雄民，梁秋霞.3，5-二硝基水楊酸吸光光度法測定八角殘渣中總糖、還原糖含量［J］.食品工業科技，2010，31（6）：341 Shu Xin，Liu Xiong-min，Liang Qiu-xia.Spectrophotometric determination of total and reducing sugars in star anise residue with 3，5-dinitrosalicylic acid as cilor reagent ［J］.Science and Technology of Food Industry，2010，31 （6）：341

［15］Shaoxiao Zeng，Xiaoting Wu，Shan Lin，et al.Structural characteristics and physicochemical properties of lotus seed resistant starch prepared by different methods［J］.Food Chemistry，2015，186：213-222.

Physicochemical Properties and Digestibility of Germination of Buckwheat Starch

Zhou Yiming1Wang Hong1Cui Linlin2Jiang Yue1Zhou Xiaoli1
（School of Spice and Essence Technology and Engineering，Shanghai Institute of Technology1，Shanghai 201418）
（School of Tourism and Food，Shanghai Business School2，Shanghai 20035）

Using the germination of buckwheat as the research object，Buckwheat starch composition Was investigated during the germination，especially the changes of starch granule morphology and digestive characteristics.The experimental results showed that：buckwheat starch components after the germination change，of which the total starch content was decreased by 28.35%.With the increase of amylose，the proportion of amylose and amylopectin was also increased，on the third day reached 0.63；the composition of germinated buckwheat starch was also changed，of which the content of slowly digestion starch was significantly increased（P＜0.05）；Meanwhile，moderate germination only affects the crystal structure of amorphous regions of starch granules，crystallinity was increased gradually as germination days increases to form part of the small molecular aggregates.Digestive experiment in vitro indicates compared with the situation before germination，buckwheat starch digestion performance was improved significantly.From correlation analysis results of the germination of buckwheat starch granule structure and digestibility in vitro，in vitro digestibility of the glycemic index，i.e.glycemic index was positively related with the average particle size of germinated buckwheat starch，while negatively correlated with the degree of crystallinity.Therefore，it was showed smaller partical size of germinated buckwheat starch size and increased crystallinity can reduce the blood sugar index.The glycemic index（GI）of germinated buckwheat starch was less than 55，belonging to low GI food，and was currently the ideal food nutrition and food field at home and abroad.

germination，tartary buckwheat，physicochemical properties，digestive，glycemic Index

TS21

A

1003-0174（2017）03-0025-06

國家自然科學基金（31371761，31501437），國家燕麥蕎麥產業技術體系項目（CARS-08-D-2-5）

2015-07-30

周一鳴，男，1981年出生，講師，博士，功能食品開發，食品加工與工藝

周小理，女，1957年出生，教授，食品新資源深度開發與利用