太空葛根的營養功能成分及淀粉理化特性評價

陶湘林 郭晉琦 吳躍輝 魏穎娟 梁 潔, 3 梁玨欽 唐漢軍, 3

(湖南省農業科學院作物淀粉化學與代謝組學創新團隊1，長沙 410125) (湖南省農業科學院農產品加工研究所2，長沙 410125) (中南大學隆平分院3， 長沙 410125)

太空葛根的營養功能成分及淀粉理化特性評價

陶湘林1, 2郭晉琦1吳躍輝1, 2魏穎娟1, 2梁 潔1, 3梁玨欽1, 2唐漢軍1, 2, 3

(湖南省農業科學院作物淀粉化學與代謝組學創新團隊1，長沙 410125) (湖南省農業科學院農產品加工研究所2，長沙 410125) (中南大學隆平分院3， 長沙 410125)

為解析粉葛扦插苗通過外太空環境處理后，其后代可食部的根部營養成分變化，采用AOAC法、高效液相色譜法、掃描電鏡、激光粒度分析、ɑ-淀粉酶水解等方法詳細分析了太空葛與其母本及湖南優良粉葛根的基本成分、主要營養功能成分以及淀粉理化特性。結果表明太空葛在淀粉、粗蛋白質、總糖、灰分等主要營養成分的含量上以及感官品質上比母本有顯著改良；淀粉的顆粒形態、粒徑分布等物理特征沒有明顯的變化，但顆粒組織結構、組成、分子結構等發生了實質性的變化。太空葛淀粉也許更適應于速溶食品、易消化性食品、多孔淀粉材料制備等用途。

太空葛根 營養成分 淀粉

葛根，多年生豆科藤本植物，富含淀粉及多種功能性成分，如膳食纖維、黃酮類化合物、氨基酸、微量元素等，具有悠久的藥食兩用歷史，為衛生部發布的藥食兼用植物[1-2]。

我國葛根資源豐富、地域分布廣泛，據相關調查，全球葛屬植物約35種，而中國分布11種[3]。粉葛已馴化為人工栽培品種，其余品種均為野生[4]。中國葛類植物(野生及栽培) 的總面積約為41 萬km2，每年采挖葛根總量150萬t以上，作為藥材、旱糧、菜用作物的地位越來越高，相關產業發展較快[5]，關于葛根的營養功能特性，以及主要營養成分淀粉的理化特性等研究工作不斷深入，優良品種的選育工作發展很快[6-7]。自神州太空計劃實施以來，相關的航天育種研究工作在穩步推進，隨著神舟8號一起在太空飛行17 d后的葛藤扦插苗返回地面后，進行了擴大繁殖和栽培試驗，栽培性狀評估等工作也在各地推行。

目前葛根作為食品利用的主要成分是淀粉，作為藥用的功效成分主要是異黃酮類化合物，而葛根素、大豆苷、大豆苷元的含量與組成比是國內外公認的葛根功能品質評價指標[8]。

針對湖南篩選的各栽培性狀表現比較良好的太空葛根的營養功能成分，以及主要可食部的淀粉理化特性進行了分析，并與湖南代表性的栽培品種進行比較，以期為太空葛根品種的篩選、認定以及應用途徑提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗材料采集：神州8號飛船航天育種試驗材料 太空粉葛(1年生)及其母本普通粉葛(1年生)的鮮葛根樣品，于2013年12月在湖南省婁底響蓮實業發展有限公司航天育種栽培示范基地隨機采集；良種粉葛品種安錦1號(1年生)與和平粉葛(1年生)的鮮葛根樣品，于2013年12月在湖南省麻陽縣葛根生產基地隨機采集。

干燥樣品制備：采集的鮮葛根樣品，水洗干凈，去除表面泥沙雜物和傷損部位，然后切成小塊，于60 ℃恒溫烘箱中烘干，通用試驗粉碎機粉碎至80目，作為基本成分、功能性成分分析樣品，在干燥器中保存備用。

顆粒淀粉樣品制備：采集的鮮葛根樣品，水洗干凈后，采用堿法精制淀粉[9]。含水量采用105 ℃常壓烘干稱重法測定。

脫脂淀粉樣品制備：取0.5 g精制淀粉加入15 mL的DMSO，攪拌至完全溶化，加入99.5%的乙醇150 mL使淀粉沉淀，離心分離，所得的淀粉用99.5%乙醇沖洗干燥，這個操作重復2次。

291-59701膳食纖維測定酶試劑組：日本和光公司；α-淀粉酶(50 U/mg 來源于玉米)：上海季藍生物；葡萄糖標準物、乙腈：國藥集體化學試劑有限公司；異黃酮標準物(葛根素、大豆苷、大豆苷元)：中國藥品生物制品鑒定所；其他化學藥劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

A02100301 掃描電鏡(SEM)：德國蔡司儀器公司；LS-POP67激光粒度分析儀：珠海歐美克儀器有限公司；Sp-756紫外可見分光光度計：上海光譜儀器有限公司；LC-10ATVP高效液相色譜儀：日本島津；XJS20-42智能消解儀：天津萊伯特公司；BF51894JC-1馬弗爐：美國熱電公司；DW-FL450超低溫冰箱：中科美凌儀器設備有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 異黃酮成分分析

以干燥葛根粉為分析材料， 105 ℃常壓烘干后稱取樣品， 采用Tanaka等[10]的HPLC法分析葛根的異黃酮成分含量，并根據鮮葛根含水量推算鮮葛根的異黃酮成分含量。

1.3.2 基本成分分析

以干燥樣品為分析材料，105 ℃常壓烘干后稱取樣品，粗蛋白采用凱氏定氮法；粗脂肪含量的測定采用索氏抽提法；灰分的測定采用馬福爐灼燒法；膳食纖維的測定參照Prosky-AOAC法測定[11]；總糖/%=100-蛋白-脂肪-膳食纖維-灰分。

1. 3.3 顆粒淀粉的形態與粒徑分析

淀粉形態采用SEM觀察，淀粉粒徑采用激光粒度儀測定[12]。

1. 3.4 生淀粉粒的酶解特性分析

針對精制顆粒淀粉采用Tang等[12]的方法測定生淀粉粒的酶解特性。取樣約25 mg(M)，分別依次加入0.05 mol/L的磷酸緩沖液1 mL(pH 6.0)，α-淀粉酶制劑100 U，在37 ℃恒溫震蕩水浴鍋內分別反應0、3、6、9 h，加入1 mol/L的HCl溶液50 μL終止反應，用1 mol/L的NaOH溶液調節pH至7.0，加入95%的酒精2 mL，充分搖勻后離心分離(1 500 g、10 min、20 ℃)，取上清液，采用苯酚硫酸法測定總糖量(m)。淀粉的分解率=m/M×100%。

1. 3.5 淀粉的膨脹勢測定

以顆粒淀粉為分析樣品，采用Tang等[13]改良的方法測量。膨脹勢(g/g)=凝膠質量/淀粉質量。

1.3.6 淀粉凝膠穩定性分析

以顆粒淀粉為分析樣品，按Tang等[13]的方法制備淀粉凝膠樣品，將淀粉凝膠樣品置于-16 ℃冰箱中冷凍24 h，在20 ℃下完全解凍后，離心處理(1700 g、20 ℃、4 min)，去除游離水分后稱重，計算凝膠的失重百分率。冷凍-解凍處理重復3次，作失重率曲線。

1.3.7 淀粉老化特性分析

一定濃度的稀淀粉溶液通過常溫、0 ℃、再常溫的環境溫度處理，測量其吸光度(濁度)的變化，可快速解析不同淀粉的老化特性[13]。 以脫脂淀粉為分析樣品，采用Tang等[14]的方法測量淀粉的老化特性(濁度)。取濃度1.0 mg/mL的淀粉溶液3 mL于比色皿中，在20 ℃條件下于真空器中脫氣40 min后，測定300 nm的吸光度，轉移比色皿于冰水中準確處理5 min后，再次測定300 nm的吸光度，然后在20 ℃條件下放置15 min后，再次測定300 nm的吸光度。采用苯酚-硫酸法測定淀粉溶液的準確濃度后，修正各吸光度值作為最終數據。

1.3.8 淀粉的碘結合力分析

以脫脂淀粉為分析樣品，采用Tang等[14]的方法利用淀粉與碘絡合物呈藍色反應，測定400～800 nm可見光的吸光圖譜，分析淀粉與碘的結合力特性。粗直鏈淀粉(AM)含量根據公式計算，粗AM=淀粉的藍值(B.V.680nm)/1.2×100%[15]。

1. 4 試驗數據處理

所有試驗數據平行測定2次，均采用Excel 2007和SPSS7.0統計處理。

2 結果與分析

2.1 葛根的成分特性

鮮葛根的主要藥食成分含量如表1所示。太空葛與母本的含水量類似，無明顯差異，但明顯低于安錦1號、和平粉葛(P<0.05)。樣品間淀粉含量均有顯著差異(P<0.05)，最高的太空葛達14.5%，比母本提高28.3%。太空葛的主要異黃酮含量和組成比與安錦1號類似，但3種主要異黃酮類的含量均明顯低于母本與和平粉葛。

干制葛根的基本營養成分特性如表2所示，太空葛的粗蛋白質、總糖、和灰分含量比母本增加，粗脂肪與IDF含量降低，統計上有顯著性差異(P<0.05)，SDF也是太空葛略高于母本，但統計上差異不顯著。與安錦1號和和平粉葛比較，太空葛主要營養成分粗蛋白質與總糖明顯偏低，但礦物質(灰分)和IDF顯著增高(P<0.05)，具有生理活性的SDF在4個品種間沒有顯著差異。

表1 鮮葛根主要營養功能成分特性(濕基)

注：同一列不同字母表示差異顯著(P<0.05)，余同。

表2 葛根基本營養成分特性(干基)

注：IDF:不溶性纖維；SDF：可溶性纖維。

太空葛在顆粒淀粉、粗蛋白質、總糖、灰分等主要營養成分上比母本有顯著改良，不溶性纖維明顯降低，從食品利用的角度看，綜合品質顯著提高，從功效作用的角度看，雖異黃酮類含量比母本明顯降低，但含量和組成比仍在已知品種的范圍，且達到了《中國藥典》中規定的粉葛入藥標準(總異黃酮3.0 mg/g干基)[16]。如果從鮮食(例如菜用)的角度，以及歐美、日本提倡的成年人健康維持，需要異黃酮類化合物的補充量(100～150 mg/d)看，因異黃酮類降低，不僅有益于口感(苦味)改善，同時更安全可靠。但太空葛和母本的IDF比安錦1號與和平粉葛高，鮮食用感官質量有所降低，這可能是由于生長環境和栽培技術的不同而產生的差異，需要增加試驗點來進一步比較求證。

2.2 淀粉的理化特性

2.2.1 顆粒淀粉形態與粒徑

通過掃描型電鏡(SEM)觀測了葛根顆粒淀粉的形態與大小特性(圖1)，所有品種葛根淀粉多數呈不規則多角形，表面棱角明顯，少數呈卵圓形，與從前研究報告的葛根淀粉顆粒形態特征一致[17]。太空葛與其母本相比，淀粉顆粒的形態特征沒有明顯變化，顆粒大小比較均勻，但與安錦一號與和平粉葛比較，其顆粒的大小、均勻度差異明顯。

圖1 葛根淀粉顆粒SEM觀測

圖2 淀粉顆粒的粒徑微分分布曲線

葛根淀粉顆粒粒徑微分分布曲線如圖2所示。太空葛與其母本比較，太空葛的主峰位置略微靠左，都呈單峰分布。安錦1號與和平粉葛均為雙峰分布，在4 μm處出現了一個肩峰，說明小顆粒明顯增加，這與電鏡觀察結果一致，且和平粉葛的肩峰高于安錦1號，其粒徑主峰位置基本一致，與太空葛相比明顯靠左。

從微分分布曲線獲得的粒徑主要參數指標值如表3所示。太空葛的粒徑分布范圍在5.13～23.6 μm，比其母本粒徑分布范圍略寬，比安錦1號與和平粉葛分布范圍明顯較窄。峰值坐標代表各個品種在大峰時的頂點坐標， 太空葛和母本的橫坐標值相同，為11.00 μm，安錦1號與和平粉葛的為9.09 μm，但縱坐標值表現了明顯的差異。太空葛的平均粒徑為9.05 μm，比母本略小，但是明顯比安錦1號與和平粉葛的平均粒徑大。綜合上述分析結果，太空葛淀粉顆粒在形態與粒徑上沒有發生顯著的變異。

表3 淀粉顆粒的粒徑分布特性

2.2.2 淀粉顆粒的酶解特性

葛根淀粉顆粒對α-淀粉酶的酶解抵抗如圖3所示。在酶解3 h時，母本、安錦1號、和平粉葛的水解率幾乎沒有差異，而太空葛根明顯較高。隨著水解程度的提升，太空葛的酶解程度顯著高于其母本，安錦1號、和平粉葛對淀粉酶水解的抵抗力介于它們之間，且在酶解9 h時，差異仍不顯著。這些結果預示太空葛淀粉在顆粒結構與分子水平上發生了顯著的變化。

圖3 葛根淀粉顆粒的酶解抵抗特性

2.2.3 淀粉的膨脹勢

淀粉膨脹勢是反應淀粉分子的最大容水能力，與淀粉性食品的感官品質關系密切[18]。4種葛根淀粉的膨脹勢如表4所示，其數值范圍在22.6～24.3 g/g，和平粉葛的膨脹勢最大。太空葛與母本差異不顯著，與安錦1號、和平粉葛差異顯著。

表4 淀粉的膨脹勢

2.2.4 淀粉凝膠的穩定特性

凍融穩定性反應了淀粉膠體對低溫的抗性，是淀粉是否有利于制作冷凍食品的重要指標，凍融穩定性用析水率來表示，析水率越高，表明其凍融穩定性越差，反之越好[19]。4種葛根淀粉膠體經過3次凍融循環后的結果如圖4所示，可以看出太空葛的析水率比母本略高，且顯著高于安錦1號與和平粉葛，表明太空葛淀粉的凍融穩定性比較差。同時還顯示析水率趨勢與膨脹勢呈負相關性(-0.939 1)，與以前的研究報告大體一致[20]。這些結果表明太空葛的淀粉在分子水平上確實發生了一定程度的變異，但與已有優良品種的質量差異也許有地域環境和栽培措施的影響。

圖4 葛根淀粉凍融穩定性曲線

2.2.5 淀粉的老化特性

由表5可知，葛根稀淀粉溶液在常溫(20 ℃)時的初始濁度為0.109～0.132，樣品間有顯著差異(P<0.05)，太空葛最大，母本最小。在冰水浴處理5min后，所有樣品的濁度顯著增加，太空葛增加約81%、母本約59%、安錦1號約112%、和平粉葛約157%。在20 ℃放置15 min后，所有樣品的濁度都回復到初始濁度水平。從這些結果推測，太空葛相對于母本也許支鏈淀粉的比率有所增加、或分子量變大、或鏈長增加。但糾結在一起的分子集團(老化)在常溫(20 ℃)下均幾乎完全解離分散，也許是葛根淀粉的一個重要特征。

表5 稀淀粉溶液的濁度變化

注：A1是20 ℃脫氣40 min的初始吸光度；A2是冰水浴5 min的吸光度；A3是20 ℃靜置15 min的吸光度。

2.2.6 淀粉的碘結合力

根據淀粉與碘絡合物的可見光吸光圖譜可以大體推測淀粉分子的鏈長分布特征[21]。圖5顯示了 4種葛根淀粉的最大吸收波長λmax(nm)均在600 nm左右，說明中長鏈組分的長度特征類似，但所占比例樣品間有差異。550 nm前后區間對應短鏈的特征，太空葛與其母本比較接近，但明顯比安錦1號與和平粉葛的碘結合力較差。波長在700 nm前后區間反映長鏈的特征，太空葛的碘結合力明顯大于母本，而接近安錦1號，說明太空葛淀粉分子中的長鏈要多于母本。根據680 nm處的吸光度(藍值)推算出4種葛根淀粉的表觀直鏈淀粉(AM)含量如表6所示，結果表明樣品間有顯著差異(P<0.05)，太空葛的表觀AM含量高于母本，低于安錦一號與和平粉葛。鐘耕等[22]和張晶晶等[23]的研究顯示葛根直鏈淀粉的含量分別為：22.91%、19.8%；盧成瑛等[24]在不同來源葛根淀粉的理化性質比較中測得直鏈淀粉含量為33.97%～42.31%，可能是由于品種、測定方法、計算公式等不同造成的差異。結果表明太空葛淀粉組成和分子結構發生了明顯變化，但詳細的分子結構變化特性有待深入研究。

圖5 淀粉與碘絡合物的吸光圖譜

表6 葛根淀粉藍值與表觀AM含量

注：B.V：680 nm處的藍值。

3 結論

3.1 太空葛在淀粉、粗蛋白質、總糖、灰分(總礦物質營養成分)等主要營養成分的含量上，以及鮮葛根感官品質上比母本有顯著改良。

3.2 主要成分淀粉的顆粒形態、粒徑分布等物理特征沒有明顯的變化，但顆粒組織結構、組成、分子結構等發生了實質性的變化。太空葛根淀粉相對于其他葛根淀粉也許更適應于速溶食品、易消化性食品、多孔淀粉材料制備等用途。但是，為更詳細準確了解太空葛的實質性變化，在營養功能、淀粉分子水平等研究上還需要做更多的工作，同時也許需要增加不同生長環境、栽培技術的試驗作進一步比較求證。

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Nutritional Components of SpacePuerariaRoot and Physicochemical Properties of its Starch-evaluation

Tao Xianglin1, 2Guo Jinqi1Wu Yuehui1,2Wei Yingjuan1,2Liang Jie1, 3Liang Jueqin1, 2Tang Hanjun1, 2, 3
(Research Team of Crop Starch Chemistry and Metabonomics, Hunan Academy of Agricultural Sciences1, Changsha 410125) (Hunan Agricultural Products Processing Institute, Hunan Academy of Agricultural Sciences2, Changsha 410125) (Longping Branch, Graduate School of Central South University3, Changsha 410125)

In order to analyze the changes of nutritional components of the progeny (edible part of the root) ofPuerarialobatacuttings treated by outer space environment, the proximate composition, main nutritional components and the physicochemical properties of their starches were investigated in spacePuerariaroot, its female parent root and excellentPuerariaroot that cultivated in Hunan by AOAC, HPLC, SEM, laser particle size analysis, ɑ-amylase hydrolysis, etc. in this study. The results indicated that the content of starch, crude protein, total sugar and ash in the spacePuerariaroot and its sensory quality were significantly improved when comparing with its female parent. Though particle morphology and particle size distribution ofPuerariaroot starch did not change significantly, the particle structure, composition and molecular structure had substantially changed. The spacePueraiaroot starch may be more suitable for producing instant food, digestible food, porous starch material, etc.

spacePueraria, nutritional components, starch

TS231

A

1003-0174(2017)12-0038-06

湖南省農業科學院科技創新團隊平臺建設項目(2014TD06)

2016-11-03

陶湘林，男，1989年出生，研究實習員，作物淀粉化學

唐漢軍，男，1964年出生，研究員，作物淀粉化學