蛋白質、脂肪對豆類理化特性及體外消化特性的影響

崔亞楠 張 暉 王 立 錢海峰 齊希光

(江南大學， 無錫 214122)

鷹嘴豆(chickpea)，又名雞豌豆、桃豆、腦豆子，是野豌豆族鷹嘴豆屬植物中的一個栽培品種，一年生或兩年生草本植物。鷹嘴豆富含多種氨基酸，是較好的膳食蛋白來源。同時鷹嘴豆還具有一定的藥用價值，其在減緩及預防糖尿病、心血管疾病和腫瘤的發生方面效果顯著[1]。

花蕓豆，為菜豆屬(PhaseolusvulgarisL.)的一種，品種較多，營養豐富。蕓豆屬醫食同源食物，具有清熱解毒及抗炎等多種藥理作用。食用花蕓豆可以增強飽腹感，有利于糖尿病患者控制餐后血糖水平[2]。

蛋白質和脂肪可以影響食物的血糖生成指數[3-5]。蛋白質對淀粉具有包埋作用，限制了淀粉酶與淀粉的接觸，使淀粉難以消化吸收。脂肪能夠延遲胃排空并可刺激腸抑胃肽的釋放，進而使胰島素分泌增強。脂肪與直鏈淀粉形成的直鏈淀粉-脂肪復合物可減緩淀粉消化速度、降低淀粉在小腸中的吸收率、降低餐后血糖反應。但是目前國內外關于天然蛋白質、脂肪對豆類消化特性的研究鮮有報道。本實驗研究了蛋白質、脂肪對于鷹嘴豆及花蕓豆糊化特性、溶脹度、可溶指數等理化特性的影響；并對鷹嘴豆、花蕓豆的體外消化特性進行了研究，對于探究天然蛋白質、脂肪對豆類血糖生成指數的影響具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

谷物和豆類：棗莊七珍坊食品有限公司；豬胰α-淀粉酶(290 U/mL)、淀粉轉葡萄糖苷酶、胰酶：Sigma(中國)有限公司；直鏈淀粉試劑盒：Megazyme(中國)有限公司；堿性蛋白酶：上海金穗生物科技有限公司；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器及設備

SGD-IV型還原糖測定儀：山東省科學院生物研究所；海能SH220N石墨消解儀：海能儀器股份有限公司；脂肪測定儀SOX406：海能儀器股份有限公司；日立S-4800場發射掃描電子顯微鏡：日本日立株式會社；RVA-3D型快速黏度分析儀(RVA)：澳大利亞Newport科學儀器公司；S3500激光粒度分析儀：美國Microtrac公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 豆類粉的制備

鷹嘴豆、花蕓豆用磨粉機粉碎至全部通過60目篩,裝入封口袋于-20 ℃儲存。

1.3.2 脫脂豆類粉的制備

參考張杰等[6]的方法并做適當改動。將適量粉碎過篩的豆類粉置于燒杯中，加入石油醚(原料:石油醚=1:7)。在室溫下，用置頂式攪拌器攪拌3 h。離心除去石油醚(3 000 r/min，15 min)。重新加入石油醚，重復以上步驟1次。將所得沉淀物平攤在平皿中，在通風櫥中放置一段時間，待溶劑完全揮發后，45 ℃干燥12 h。研磨粉碎，裝袋，-20 ℃儲存。

1.3.3 脫蛋白豆類粉的制備

參考張慧等[7]的方法。取100 g粉碎過篩的豆類粉置于600 mL高腳燒杯中，加入300 mL的堿性蛋白酶溶液(100 U/mL，pH 11)，混合均勻后置于45 ℃水浴鍋中酶解40 min，酶解期間使用置頂式攪拌器不斷攪拌。酶解完成后，用低速大容量離心機在4 000 r/min離心10 min。再用堿性蛋白酶以相同的方法酶解沉淀物1次，酶解完成后，沉淀物用去離子水反復洗滌至洗液呈中性。脫水，45 ℃干燥12 h。研磨粉碎，裝袋，-20 ℃儲存。

1.3.4 豆類淀粉的制備

淀粉提取參考chung等[3]的方法并做適當調整。豆類原料(100 g)洗凈后，用0.05%亞硫酸鈉溶液在室溫下浸泡18 h，傾去溶液，清水洗滌3次。手工剝除豆類表皮，加適量去離子水后打碎，膠體磨膠磨10 min，膠磨結束后，液體過120目篩。篩上物加適量去離子水后再次膠磨5 min，并將液體過120目篩。棄去篩上物，篩下液體靜置30 min，傾去上清液。將剩余液體用低速大容量離心機在3 000 r/min離心15 min，傾去上清液，用刮勺將沉淀物表面的黃褐色雜質除去。用適量去離子水使沉淀物重新懸浮，離心、傾去上清液、刮除雜質，重復此步驟直至黃褐色雜質被完全除去。將得到的沉淀物在平皿上攤平攤薄，并用微量去離子水沖洗離心杯，將洗液一并轉移到平皿中，45 ℃干燥12 h。研磨粉碎，裝袋，-20 ℃儲存。

1.3.5 基本組成成分測定

水分含量測定：快速水分測定儀測定。粗蛋白含量測定：采用自動定氮儀進行測定。淀粉含量的測定：GB/T 5514—2008。粗脂肪含量的測定：采用索氏抽提法，具體操作參照GB/T 5009.6—2003。直鏈淀粉含量的測定：直鏈淀粉試劑盒法。

1.3.6 糊化特性測定

參照GB/T 24853—2010《小麥、黑麥及其粉類和淀粉糊化特性測定快速黏度儀法》對谷物粉、豆類粉進行糊化特性的測定。

1.3.7 溶脹度和可溶指數測定

參考Shi等[8]的方法。

1.3.8 微觀結構測定

取微量樣品顆粒，利用導電膠將其粘在樣品臺上，然后經IB-5離子濺射儀鍍金100 A后，使用SU1510型掃描電子顯微鏡(SEM)進行拍照，加速電壓5 kV。

1.3.9 體外淀粉消化法及估計血糖生成指數

參考Englyst[9]的方法。準確稱量含600 mg淀粉的樣品于測試管中，加入10 mL去離子水，漩渦震蕩、混合均勻。沸水浴加熱30 min，在沸水浴期間不斷震蕩試管以避免結塊。將測試管移入37 ℃振蕩水浴鍋中，加入5個玻璃珠，10 mL醋酸鈉緩沖液(0.2 mol/L，pH 5.2)，搖勻后溫育30 min。加入新鮮制備的混合酶溶液5 mL，水浴振蕩，于20、30、60、90、120、180 min分別取1 mL水解液，沸水浴滅酶，用還原糖測定儀測定其葡萄糖含量。以白面包為標準參考物，參考Goni等[10]的方法計算eGI。

1.3.10 數據統計與分析

所有數據均進行了3次重復測定，并采用SPSS 19.0和Origin 8.0對數據進行處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 豆類、脫脂豆類、脫蛋白豆類、豆類淀粉基本組成成分

樣品基本組成如表1所示?；ㄊ|豆經脫脂處理后脫脂率為98.01%，脫脂后花蕓豆淀粉含量、直鏈淀粉含量均增加，蛋白質含量略有下降。花蕓豆經脫蛋白處理后，蛋白質去除率為67.38%，脫蛋白花蕓豆淀粉含量、直鏈淀粉含量均增加，脂肪含量下降。提淀粉處理使得花蕓豆中的蛋白質和脂肪基本都被除去。

表1 豆類、脫脂豆類、脫蛋白豆類、豆類淀粉基本組成成分

注：表中數值為平均值±標準誤差(n=3)，“—”表示未檢出。

鷹嘴豆經脫脂處理后，脫脂率為93.56%，脫脂后鷹嘴豆淀粉含量、直鏈淀粉含量均增加，蛋白質含量下降；鷹嘴豆經脫蛋白處理后，蛋白質去除率為64.30%，脫蛋白鷹嘴豆淀粉含量、直鏈淀粉含量均增加，脂肪含量下降；鷹嘴豆淀粉中蛋白質質量分數為1.47%，脂肪含量未檢出。

表2 豆類、脫脂豆類、脫蛋白豆類、豆類淀粉的糊化特性

注：數值為平均值±標準誤差(n=3)，同列中不同字母表示有顯著性差異(P<0.05)，a為最小值。

2.2 豆類、脫脂豆類、脫蛋白豆類、豆類淀粉的糊化特性

樣品的糊化特性如表2所示。與豆類粉相比，脫脂豆類、脫蛋白豆類、豆類淀粉的糊化溫度均下降，說明脫脂豆類、脫蛋白豆類、豆類淀粉更容易糊化。處理后豆類糊化溫度降低可能是因為處理后的淀粉顆粒在加熱過程中更易膨脹和破裂。脫脂后豆類衰減值略有增加說明脂肪去除后淀粉結構遭到破壞，穩定性下降。脫蛋白后豆類衰減值顯著增加(P<0.05)，說明蛋白質對淀粉糊穩定性的影響大于脂肪。提淀粉后，豆類衰減值進一步增大，淀粉糊穩定性下降。豆類淀粉回生值較高，說明豆類淀粉更容易老化，這可能與豆類淀粉中直鏈淀粉含量較高有關?；厣翟酱?，淀粉冷卻過程中分子內或分子間生成的氫鍵越多。氫鍵可以阻礙淀粉酶對淀粉的水解作用，從而使淀粉消化速率降低[11]。豆類淀粉終值黏度高，這可能是由直鏈淀粉聚集引起的。

2.3 豆類、脫脂豆類、脫蛋白豆類、豆類淀粉的溶解度及膨潤度

由圖1可以看出，60～90 ℃溫度范圍內，脫脂花蕓豆與花蕓豆溶解度相差不大，二者的溶解度均顯著高于脫蛋白花蕓豆及花蕓豆淀粉的溶解度。60～90 ℃溫度范圍內，脫蛋白花蕓豆溶解度始終高于花蕓豆淀粉溶解度。由圖1可知，60～80 ℃溫度范圍內鷹嘴豆溶解度略高于脫脂鷹嘴豆，80～90 ℃鷹嘴豆溶解度與脫脂鷹嘴豆溶解度基本持平。鷹嘴豆和脫脂鷹嘴豆溶解度均顯著高于脫蛋白鷹嘴豆溶解度、鷹嘴豆淀粉溶解度。這是因為豆類中可溶性成分多，脫蛋白及提淀粉過程中可溶性成分損失，從而使脫蛋白豆類粉和豆類淀粉溶解度下降。

圖1 豆類、脫脂豆類、脫蛋白豆類、豆類淀粉的溶解度

圖2 豆類、脫脂豆類、脫蛋白豆類、豆類淀粉的膨潤度

膨潤度反映了淀粉的水合能力，膨潤度高、水合能力強，淀粉酶易于進入淀粉顆粒內部，從而使淀粉水解速率增大[8]。相關研究表明，膨潤度主要是由直鏈淀粉-脂肪復合物及支鏈淀粉分子結構決定的[12]。由圖2可以看出，60～90 ℃溫度范圍內，花蕓豆淀粉膨潤度最高。60、70 ℃時花蕓豆4個樣品之間膨潤度差異不大，80～90 ℃溫度范圍內，樣品膨潤度從高到低依次為：花蕓豆淀粉、脫蛋白花蕓豆、脫脂花蕓豆、花蕓豆。由圖2可以看出，60、70 ℃時鷹嘴豆四個樣品之間膨潤度差異不大。60～90 ℃溫度范圍內，脫脂鷹嘴豆和脫蛋白鷹嘴豆膨潤度基本持平。80、90 ℃時，鷹嘴豆淀粉膨潤度高于脫蛋白鷹嘴豆、脫脂鷹嘴豆，鷹嘴豆膨潤度略低于脫蛋白鷹嘴豆、脫脂鷹嘴豆。80～90 ℃溫度范圍內，豆類經脫蛋白、脫脂、提淀粉處理后膨潤度增加，說明脫脂豆類、脫蛋白豆類、豆類淀粉在加熱過程中更易吸水膨脹，從而導致其糊化溫度下降，這與表2所示結果一致。2.4 豆類、脫脂豆類、脫蛋白豆類、豆類淀粉的粒度分布

豆類、脫脂豆類、脫蛋白豆類、豆類淀粉的粒度分布如表3所示。鷹嘴豆粉平均粒徑小于花蕓豆粉平均粒徑?；ㄊ|豆平均粒徑大，顆粒比表面積小，淀粉酶與淀粉接觸面積小，淀粉水解速率慢、eGI低。脫脂、脫蛋白、提淀粉均使顆粒粒徑減小、比表面積增大，淀粉水解速率增加。因此，經脫脂、脫蛋白處理后豆類eGI升高。脫蛋白花蕓豆與脫脂花蕓豆平均粒徑差異顯著(P<0.05)，脫蛋白鷹嘴豆粉與脫脂鷹嘴豆粉平均粒徑差異顯著(P<0.05)，這是造成脫蛋白豆類粉eGI大于脫脂豆類粉eGI的原因之一。

表3 豆類、脫脂豆類、脫蛋白豆類、豆類淀粉粒徑范圍及平均粒徑

注：數值為平均值±標準誤差(n=3)，同列中不同字母表示有顯著性差異(P<0.05)，a為最小值。

2.5 豆類、脫脂豆類、脫蛋白豆類、豆類淀粉的微觀結構

豆類、脫脂豆類、脫蛋白豆類、豆類淀粉的微觀結構如圖3所示?；ㄊ|豆粉顆粒較大，表面粗糙不平且附著有小顆粒及其他雜質，顆粒之間相互粘連，多為橢圓形、豌豆形或不規則多邊形。脫脂花蕓豆顆粒之間粘連減少，顆粒表面更加粗糙，小顆粒增加。與花蕓豆顆粒相比，脫蛋白花蕓豆顆粒表面更加粗糙，顆粒之間粘連現象減少?；ㄊ|豆淀粉顆粒表面光滑，形狀規則多為圓形或橢圓形，大小相對均一。

鷹嘴豆粉顆粒之間相互粘連，表面粗糙不平附著小顆粒和其他雜質，顆粒形狀較為規則，多為圓形或橢圓形。脫脂鷹嘴豆顆粒之間粘連減少，出現破損顆粒，小顆粒數量增加。脫蛋白鷹嘴豆中大顆粒消失，小顆粒之間彼此粘連，與鷹嘴豆中顆粒相比，脫蛋白鷹嘴豆小顆粒表面比較光滑。鷹嘴豆淀粉顆粒形狀多為卵圓形，少數淀粉顆粒為不規則多邊形，淀粉顆粒表面附有少量雜質，部分淀粉顆粒表面出現裂縫或凹陷。

蛋白質脫除后，豆類全粉顆粒表面膜狀物消失，蛋白質對淀粉顆粒包埋作用減弱，淀粉酶易于與淀粉顆粒接觸，淀粉水解速率增大、eGI升高。脫脂肪后，破碎淀粉顆粒增加，顆粒之間粘連聚集減少，淀粉酶易于滲入淀粉顆粒內部，淀粉水解速率增大、eGI升高。

注：a1花蕓豆粉；a2脫脂花蕓豆；a3脫蛋白花蕓豆；a4花蕓豆淀粉；b1鷹嘴豆粉；b2脫脂鷹嘴豆；b3脫蛋白鷹嘴豆；b4鷹嘴豆淀粉。圖3 樣品顆粒表面掃描電鏡圖(×1 000)

2.6 豆類、脫脂豆類、脫蛋白豆類、豆類淀粉體外消化進程及eGI

豆類、脫脂豆類、脫蛋白豆類、豆類淀粉的體外消化曲線如圖4所示，豆類、脫脂豆類、脫蛋白豆類、豆類淀粉eGI如圖5所示。在消化初期，所有樣品均呈現較高的淀粉水解增長率。水解30 min后，淀粉水解率趨于平緩。4種花蕓豆樣品eGI由低到高依次為：花蕓豆(64.41)<脫脂花蕓豆(66.55)<脫蛋白花蕓豆(76.68)<花蕓豆淀粉(80.21)。4種鷹嘴豆樣品eGI由低到高依次為：鷹嘴豆(65.43)<脫脂鷹嘴豆(68.61)<脫蛋白鷹嘴豆(76.75)<鷹嘴豆淀粉(78.78)。

以上數據表明脫脂對豆類eGI影響較小，脫蛋白對豆類eGI影響較大。這可能是因為豆類淀粉外層被蛋白質和纖維包裹，使得淀粉酶與糊化淀粉難以接觸，從而使淀粉水解率降低。脫除蛋白質后，蛋白質對淀粉的包埋作用消失，淀粉水解率增大、eGI升高。而與蛋白質相比，脂肪含量少，所以脂肪對豆類eGI影響較小。

圖4 豆類、脫脂豆類、脫蛋白豆類、豆類淀粉的體外消化曲線

圖5 豆類、脫脂豆類、脫蛋白豆類、豆類淀粉估計血糖生成指數

2.7 豆類中蛋白質含量、脂肪含量與eGI相關性分析

蛋白質含量、蛋白質/淀粉、脂肪含量、脂肪/淀粉與豆類eGI之間的相關性如表4所示。蛋白質含量、蛋白質/淀粉與eGI呈極顯著負相關，這主要是因為豆類中淀粉與蛋白質結合較緊密，淀粉被蛋白質緊密包裹，蛋白酶等首先要對淀粉外層的蛋白質進行分解，這可能延緩了酶對淀粉的水解作用，淀粉分子難以被酶類水解，從而使雙糖和單糖釋放速度減慢、eGI下降[13]。

脂肪含量、脂肪/淀粉與eGI無顯著相關性。Wolever等[14]以糖尿病患者為試驗對象研究了食物中蛋白質含量、脂肪含量與GI的相關性，結果表明GI與蛋白質含量呈負相關，GI與脂肪含量無顯著相關性(P<0.05)，Henry等[15]的研究結果與Wolever一致。

表4 豆類中蛋白質含量、脂肪含量與eGI相關性分析

注：圖中**表示相關性極顯著(P<0.01)。

3 結論

本實驗研究了脂肪和蛋白質對豆類理化特性及體外淀粉消化特性的影響。研究發現，脫脂、脫蛋白、提淀粉處理使得豆類糊化溫度下降，峰值黏度、終值黏度、衰減值、回生值變大；溶解度和膨潤度發生變化；平均粒徑減??；淀粉水解速率增加，估計血糖生成指數(eGI)升高。蛋白質對淀粉消化的影響大于脂肪。試驗結果表明蛋白質含量與eGI相關系數為：-0.993，蛋白質/淀粉與eGI相關系數為：-0.997。脂肪含量、脂肪/淀粉與eGI無顯著相關性。

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