香蕉成熟度對抗性淀粉理化性能的影響

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(1.華南理工大學食品科學與工程學院,廣東廣州 510641;2.天蕉健康食品(廣東)有限公司,廣東深圳 518000)

香蕉成熟度對抗性淀粉理化性能的影響

譚思敏1,王娟1,*,陳平生1,朱小花2

(1.華南理工大學食品科學與工程學院,廣東廣州 510641;2.天蕉健康食品(廣東)有限公司,廣東深圳 518000)

本文提取了大蕉和皇帝蕉兩個品種的5個成熟度抗性淀粉，考察了香蕉成熟度對抗性淀粉持水性、溶解度、膨脹度、碘吸收曲線、黏度特性等理化指標的影響。結果表明:大蕉和皇帝蕉成熟度越高,抗性淀粉持水性呈現先增加后下降的趨勢,溫度升高時差異顯著,皇帝蕉抗性淀粉的持水性優于大蕉抗性淀粉;大蕉和皇帝蕉的溶解度隨著成熟度的增加而增加,膨脹度無顯著變化;隨成熟度的增加,大蕉和皇帝蕉抗性淀粉碘吸收曲線峰面積減小,前三級成熟度抗性淀粉峰值黏度和最終黏度隨成熟度增加而降低，且大蕉抗性淀粉較皇帝蕉抗性淀粉不易老化。因此,香蕉抗性淀粉的溶解度、膨脹度較低,持水性和抗老化性均較好,作為一種新型淀粉資源,具有廣闊的開發和應用前景。

香蕉,抗性淀粉,理化特性,變化規律,成熟度

香蕉(Musaparasdisiac),屬巴蕉科(Musaceae)巴蕉屬(Musa)多年生大型草本植物,香蕉氣味清香芬芳,果肉滑潤軟糯,香甜可口,具有豐富的營養成分,富含蛋白質、脂質、糖、粗纖維以及磷、鈣、鐵、鉀、鈉、鎂、銅、鋅等礦物質,維生素A、B、C、E俱全,還有少量去甲腎上腺素、5-羥色胺及二羥基苯乙胺等物質[1]。香蕉營養成分在成熟過程變化很大。青香蕉中淀粉約占果漿濕重的70%～80%,但其經歷呼吸躍變后淀粉含量降至小于1%,而蔗糖在這個過程中增加到10%,總糖含量多達到16%以上[2]。

研究發現,多種酶在成熟過程中活性加強,導致了淀粉的水解。香蕉后熟過程是多種酶參與作用使淀粉降解和轉化為糖類的復雜生化過程,至今還不明確它的具體轉換途徑和機理。國內外很多學者致力于研究香蕉后熟過程相關酶的活力及其成分的變化來探求后熟變化機理。Lii[3]研究了鮮食香蕉成熟過程中淀粉的理化性質和還原糖與糖的含量。Wang[4]研究了粉蕉和香牙蕉兩個品種后熟期間抗性淀粉的結構特征和理化特性的變化規律。本文提取了5個成熟度大蕉和皇帝蕉的抗性淀粉,通過測定抗性淀粉的持水性、溶解度、膨脹度、黏度特性,進一步探究了香蕉抗性淀粉后熟期間的理化特性變化規律。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1級成熟度大蕉(MusaABBBluggoe)和皇帝蕉(MusaAA Pisang mas) 購于廣州五山農貿市場,2、3、4、5級成熟度香蕉為同一批次1級成熟度香蕉置于室溫自然后熟而成;復合果膠酶(5萬U/g) 諾維信生物技術有限公司;中溫淀粉酶(35,000 U/mL) 廣州裕立寶生物科技有限公司;糖化復合酶(300AGU/毫升) 諾維信生物技術有限公司;胃蛋白酶(10000 NFU/mg) 廣州市齊云生物技術有限公司;豬胰α-淀粉酶((10 units/mg) 美國Sigma公司;3,5-二硝基水楊酸 上海國藥集團;順丁烯二酸 上海三愛思試劑有限公司;三(羥甲基)氨基甲烷(Tris) 上海國藥集團;其他化學試劑均為分析純。

BP 252打漿機 美的公司;SHA-B恒溫水浴振動器 常州澳華儀器有限公司;THZ-C臺式恒溫振蕩器 太倉市實驗設備廠;HH-1數顯恒溫水浴鍋 常州奧華儀器有限公司;FAZ104N千位電子分析天平 上海民橋精密科學儀器有限公司;TB-215D萬位電子分析天平 德國Denver公司;TDL-5-A離心機 上海安亭科學儀器廠;101-1電熱鼓風干燥箱 上海錦屏儀器儀表有限公司;LGJ-10冷凍干燥機 北京松原華興科技發展有限公司;DE-100萬能粉碎機 浙江屹立工貿有限公司;BCD-206TD SA冰箱 青島海爾股份有限公司;UV-1800紫外可見分光光度計 日本SHIMADZU公司;SH10A水分快速測定儀 上海舜宇恒平科學儀器有限公司;Visgraph-E布拉班德儀 德國BRABENDER公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 香蕉抗性淀粉的提取工藝 選取表皮深綠色,1級成熟度大蕉和皇帝蕉洗凈去皮,切成3～5 mm厚的薄片。在溫度為4 ℃,質量分數為0.1%的檸檬酸和0.1%亞硫酸氫鈉混合溶液中浸泡10 min。調節香蕉漿液濃度和pH5.0,加入0.5%果漿酶,0.5%中溫淀粉酶,在40 ℃下酶解2 h,以降解除去漿液中的果膠、纖維素、蛋白質和可消化淀粉等大分子物質,酶解后的純度為90%左右。在溫度50 ℃下干燥12 h,粉碎后過100目篩,即得青香蕉抗性淀粉[5]。

1.2.2 香蕉抗性淀粉含量的測定方法 本文采取AOAC 2002.02測定方法測定香蕉抗性淀粉含量[6]。

1.2.3 香蕉抗性淀粉理化性質的測定方法

1.2.3.1 持水性測定 精確稱取5 g香蕉抗性淀粉于100 mL容量瓶中,攪拌均勻,制成5 g/100 mL的淀粉乳,準確吸取20 mL淀粉乳置于離心管中,分別在50、70、90 ℃下恒溫水浴加熱15 min,每5 min振蕩1次。將水浴后的樣品以3000 r/min的轉速離心15 min,棄去上清液,沉淀物傾斜45°靜置10 min,除去水分,稱其質量,按下式計算持水性[7]。

式(1)

式中,m0為淀粉的質量,g;m1為離心管質量,g;m2為去除水分后淀粉和離心管的質量,g。

1.2.3.2 溶解度和膨脹度測定 配制20 mL 5 g/100 mL的淀粉乳,置于離心管中,分別在50、70、90 ℃下恒溫水浴加熱30 min,每5 min振蕩1次。將水浴后的樣品冷卻至室溫,以3000 r/min 的轉速離心15 min后將上清液和沉淀物分開,烘干后稱其質量,按下式計算溶解度和膨脹度[8]。

式(2)

式(3)

式中,A為上清液蒸干后的質量(g);W為樣品質量(g);D為離心后沉淀的質量(g)。

1.2.3.3 碘吸收曲線測定 精確稱取50 mg樣品于50 mL容量瓶中,加入90%二甲基亞砜(DMSO)溶液10 mL,于60 ℃水浴中分散10 min,迅速冷卻,用蒸餾水定容。取2 mL于50 mL容量瓶,加入25 mL蒸餾水及1 mL碘試劑,定容,立即混勻,顯色10 min,用紫外-可見光分光光度計掃描,波長500～800 nm[10]。空白中不加淀粉,其余步驟相同。

1.2.3.4 黏度特性測定 采用Brabender儀測定淀粉的黏度曲線。配制質量分數為6%的淀粉乳(干基),倒入布拉班德儀的測量杯中,充分攪拌。從30 ℃開始升溫,以1.5 ℃/min的升溫速率加熱到95 ℃,保溫30 min,再以1.5 ℃/min的降溫速率冷卻到50 ℃,再保溫30 min,黏度計自動繪制一條隨時間和溫度變化的連續黏度曲線[11]。

1.2.4 香蕉成熟度評價 Von Loesecke根據果皮色澤把香蕉成熟度劃分為8個等級:1級綠色;2級綠色隱黃;3級綠黃偏綠;4級黃綠偏黃;5級黃色,尾部帶綠;6級全黃;7級全黃帶少量芝麻點;8級全黃帶大量芝麻點,果皮褐色[12]。在超市,通常把香蕉分為七個成熟度,即7級和8級屬于同一個成熟度。這七個成熟度的劃分根據SH Pratt公司(Luton,United Kingdom)提供的比色卡來判定[13],本論文按照此方法劃分香蕉成熟度。

1.3 數據分析

數據統計分析采用IBM SPSS Statistics 19軟件,結果以平均值±標準差表示。差異顯著性由“單因素方差分析”得出,方差齊次性采用Levene統計量來檢驗,多重比較采用Bonferroni法。

2 結果與分析

2.1 不同成熟度香蕉抗性淀粉的含量

大蕉和皇帝蕉后熟期間抗性淀粉含量表1所示,隨著香蕉成熟度的增加,抗性淀粉發生降解,其含量呈現下降的趨勢。

表1 不同成熟度香蕉的抗性淀粉含量Table 1 Contents of resistant starches from different grades of banana maturity

注:表中不同字母表示顯著性水平0.05時,相同品種不同成熟度香蕉抗性淀粉純度的均值差異顯著,n=3。

表2 不同成熟度香蕉抗性淀粉持水性Table 2 Water holding capacity of resistant starches from banana of different maturity

注:表中數值均以(平均值±標準差)表示,n=3。不同上標字母表示顯著性水平0.05時同行之間差異顯著。表3，表4同。

表3 不同成熟度香蕉抗性淀粉溶解度Table 3 Solubility of resistant starches from banana of different maturity

2.2 香蕉成熟度對抗性淀粉持水性的影響

淀粉分子內部羥基與分子鏈或水形成氫鍵或共價導致了其結合水量的不同。羥基與淀粉分子結合的作用大于與水分子的結合,則顯示了低的持水力[14]。本實驗分別測定大蕉抗性淀粉和皇帝蕉抗性淀粉在不同溫度與成熟度下的持水性,其結果見表2。

從表2可以看出,對于大蕉抗性淀粉,50 ℃時,1～4級成熟度大蕉抗性淀粉持水性無顯著變化,5級成熟度則顯著增加(p<0.05),可能是結晶結構被破壞導致的[15];70 ℃時,大蕉抗性淀粉持水性隨成熟度顯著增加(p<0.05),可能是隨著溫度的升高,抗性淀粉結晶結構在成熟度較低時已經被破壞,因此持水性增強;90 ℃時,隨著成熟度的增加,大蕉抗性淀粉持水性變化趨勢是先升后降且差異顯著(p<0.05),原因可能是成熟度較高的抗性淀粉在高溫下更容易降解成為可溶性淀粉,因此持水性隨成熟度增加而下降。

對于皇帝蕉抗性淀粉,50 ℃時,3級成熟度的皇帝蕉淀粉持水性最高,1級的最低;70 ℃時,3、4級成熟度的持水性最高,1級的最低;90 ℃時,2級成熟度的持水性最高,5級的最低,與大蕉抗性淀粉變化趨勢相比,皇帝蕉抗性淀粉在50、70和90 ℃時均呈現先上升后下降的趨勢且差異顯著(p<0.05)。

總體來說,皇帝蕉抗性淀粉整體持水性優于大蕉抗性淀粉,原因可能是不同品種香蕉的抗性淀粉含量不同,因此,不同成熟度的香蕉抗性淀粉的持水性與溫度和品種相關。

2.3 香蕉成熟度對抗性淀粉溶解度和膨脹度的影響

淀粉的溶解度是由于淀粉糊加熱時,淀粉粒的微晶束結構開始松動,直鏈淀粉從膨脹的顆粒中逸出形成的,同時未溶解的淀粉顆粒由于充分吸水而膨脹[16]。本實驗分別在50、70、90 ℃溫度下,測定大蕉和皇帝蕉抗性淀粉的溶解度,結果如表3所示。

從表3可以看出,大蕉抗性淀粉溶解度隨著成熟度的增加而呈現增加的趨勢。這可能是由于香蕉后熟期間淀粉結晶結構被破壞、結構松散,親水基團暴露的更多,增加了淀粉親水基與水接觸的幾率。

皇帝蕉淀粉溶解度的成熟度排序為:4級>5級>3級>2級>1級,出現這種排序的原因可能是溶解度可能除了與淀粉粒結構有關外,還可能與其他因素如支鏈和直鏈比例等因素有關。

不同成熟度香蕉抗性淀粉的膨脹度如表4所示。

表4 不同成熟度香蕉抗性淀粉膨脹度Table 4 Swelling power of resistant starches from banana of different maturity

從表4可以看出,不同成熟度大蕉抗性淀粉的膨脹度均沒有顯著差異。皇帝蕉抗性淀粉除50 ℃ 1級成熟度膨脹度顯著大于5級的外,其余均沒有顯著性差異且膨脹度都在75%以上,說明香蕉抗性淀粉的顆粒密集,具有有序、締合有力的結構。

表5 不同成熟度香蕉抗性淀粉的糊化特性特征參數Table 5 Characteristic parameters of viscosity properties of resistant starches from banana with different maturity

2.4 香蕉成熟度對抗性淀粉碘吸收曲線的影響

淀粉-碘復合物吸光值法是利用淀粉與碘形成有色復合物來研究淀粉中直鏈淀粉和支鏈淀粉分子的分布情況。直鏈淀粉-碘復合物的最大吸收峰在600～640 nm,支鏈淀粉-碘復合物的最大吸收峰在520～560 nm。這種復合物的最大吸收波長、吸收峰的范圍和吸光度的變化與淀粉分子量有密切關系,從而可以在一定程度上反應淀粉的特征[17]。

從圖1中可以看出,不同成熟度兩個品種香蕉抗性淀粉的碘吸收曲線在波長500～800 nm之間呈現較寬的吸收峰且最大吸收峰波長都介于直連淀粉最大吸收峰波長與支鏈淀粉最大吸收峰波長之間,說明兩個品種香蕉抗性淀粉淀粉均由直鏈和支鏈淀粉構成的。香蕉成熟度越高,最大吸收峰波長沒有顯著的變化,而吸收峰的峰面積呈現越來越小的規律,說明未成熟的香蕉抗性淀粉含量較高且分子的分子量分布比較集中。

圖1 不同成熟度香蕉抗性淀粉碘吸收曲線Fig.1 Iodine absorption curves of resistant starches from banana of different maturity

2.5 香蕉成熟度對抗性淀粉糊化特性影響

由于成熟度越高,提取的抗性淀粉量也越少。對于布拉班德黏度曲線,只選取了前3個成熟度的做研究,結果如圖2、圖3所示,相應淀粉糊化特性的特征參數如表5所示。

圖2 不同成熟度大蕉抗性淀粉布拉班德黏度曲線Fig.2 Brabender viscosity curves of resistant starches from Bluggoe banana of different maturity

圖3 不同成熟度皇帝蕉抗性布拉班德黏度曲線Fig.3 Brabender viscosity curves of resistant starches from Pisang banana of different maturity

起始糊化溫度因直鏈淀粉含量、結晶度、支鏈淀粉含量和結構等的不同而不同,支鏈淀粉含量高、結晶度低、支鏈外鏈較短的淀粉晶體結構疏松,晶體融解所需熱量小,起始糊化溫度低[18]。大蕉3個成熟度抗性淀粉的糊化起始溫度沒有顯著差別,可能是因為大蕉抗性淀粉含量較高且直連與支鏈的比例相差不大;峰值黏度和最終黏度均是3級成熟度最小,反映其分子量可能受到降解;2級成熟度大蕉抗性淀粉崩解值最大,表示它的熱穩定性差,在高溫下耐剪切的能力較弱;3級成熟度大蕉抗性淀粉回生值最小,說明其不容易老化[19]。因此,2級成熟度的大蕉抗性淀粉熱穩定性較小,3級成熟度的大蕉抗性淀粉較不易老化。

皇帝蕉起始糊化溫度隨成熟度增加而降低,可能是成熟度越高,淀粉分子越松散,分子間排列的整齊秩序被打破,淀粉顆粒內部的締合程度降低,分子間結合的氫鍵斷裂,拆開分子間的聚合和微晶束所需要消耗的能量降低,淀粉起始糊化溫度就降低[20];與大蕉起始糊化溫度規律不一致的原因可能是因為抗性淀粉起始糊化溫度與品種相關,不同品種直鏈淀粉含量、結晶度、支鏈淀粉含量和結構等不同導致起始糊化溫度不同。1級皇帝蕉抗性淀粉峰值黏度和最終黏度最大,2、3級成熟度的明顯降低,反映其淀粉分子量可能明顯減小;1級成熟度皇帝蕉抗性淀粉崩解值最大,表示它的熱穩定性差,在高溫下耐剪切的能力較弱;3級成熟度皇帝蕉抗性淀粉回生值最小,說明其更不容易老化。因此,1級成熟度的皇帝蕉抗性淀粉熱穩定性差,3級成熟度的皇帝蕉抗性淀粉更不容易老化。

整體而言,大蕉和皇帝蕉前三級成熟度抗性淀粉峰值黏度和最終黏度隨成熟度增加而降低且大蕉抗性淀粉回生值更小,因此更不容易老化。上述香蕉抗性淀粉峰值黏度與Kayisu[21]報道的香蕉抗性淀粉峰值黏度相差較大。這可能是由于香蕉的品種,香蕉的生長環境及香蕉淀粉分子的結構差異等因素造成的。

3 結論

隨成熟度增加,大蕉和皇帝蕉抗性淀粉持水性呈現先增加后下降的趨勢且溫度升高時差異顯著(p<0.05),皇帝蕉抗性淀粉的持水性優于大蕉抗性淀粉;大蕉和皇帝蕉抗性淀粉溶解度隨成熟度增加而增加，而膨脹度無顯著變化,碘吸收曲線峰面積減小;前三級成熟度大蕉和皇帝蕉抗性淀粉峰值黏度和最終黏度降低且大蕉抗性淀粉較皇帝蕉抗性淀粉不易老化。

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Effectsofbananamaturityonthephysicochemicalpropertiesofresistantstarch

TANSi-min1,WANGJuan1，*,CHENPing-sheng1,ZHUXiao-hua2

(1.College of Food Science and Engineering of South China University of Technology,Guangzhou 510641,China;2.Natural Banana Healthy Food(Guangdong)Co.,Ltd.,Shenzhen 518000,China)

Banana resistant starch samples were studied from two banana cultivars(MusaABBBluggoeandMusaAAPisang mas)at five ripening stages. The effects of maturity on the physicochemical properties of the resistant starch including water holding capacity,solubility,swelling ability,iodine absorption curve and brabender viscosity profile were studied. The results showed that with higher maturity ofMusaABBBluggoeandMusaAAPisang mas,water holding capacity of resistant starch increased at the beginning and then decreased,it was obvious when the temperature rised,water holding capacity ofMusaAAPisang mas resistant starch was better than that ofMusaABBBluggoeresistant starch. Solubility of two banana resistant starch increased and swelling ability had no significant change with higher maturity. The peak area of iodine absorption curve of two banana resistant starch decreased with the increase of maturity,peak viscosity and final viscosity of three grades of maturity decreased too and theMusaABBBluggoeresistant starch was not easier to be aging than that ofMusaAAPisang mas resistant starch. Therefore,the solubility and swelling ability of banana resistant starch was low,and its water holding capacity and aging resistance were good. As a new type of starch resources,banana resistant starch had broad prospects for development and application.

banana;resistant starch;physical and chemical properties;changes;maturity grades

2017-05-02

譚思敏(1995-)，女，碩士研究生，研究方向：食品科學與工程,E-mail：Tsimin@126.com。

*通訊作者:王娟(1981-)，女，博士，副教授，研究方向：食品科學與工程，E-mail：wangjuan@scut.edu.cn。

國家自然科學基金項目 (31301530)；中央高校基本科研業務費項目(2015ZZ122);深圳市創客創業資助項目(CKCY20160822094633556)。

TS255.1

A

1002-0306(2017)23-0023-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.23.006