脫脂脫蛋白質對黑麥粉理化特性及體外消化特性的影響

崔亞楠， 張 暉， 齊希光， 王 立， 錢海峰

（江南大學 食品學院，江蘇 無錫 214122）

黑麥營養豐富，又被稱為“蛋白麥”、“富硒麥”，黑麥中富含淀粉、蛋白質、脂肪、B族維生素、磷、鉀等多種營養成分。黑麥中蛋白質及鈣的含量均略高于小麥[1-4]。相關研究表明，雜交黑麥（西北野生小麥與東北等地耐寒小麥雜交而成）中硒、鈣、鋅、鐵、磷等微量元素的含量要比普通小麥高出50%～70%[5]。黑龍江省北大荒麥業種植的黑麥其微量元素如磷、鐵、鈣的含量分別比普通小麥高出33.0%、81.03%、132.3%[5]。另外，黑麥中含有77.1 mg/kg的硒、39 mg/kg的碘，這是普通小麥所沒有的。

黑麥面包是俄羅斯西北部、德國北部、芬蘭、丹麥等國的一種傳統飲食。除了制作面包外，黑麥還可用于釀造啤酒，制造動物飼料等[6]。

研究表明，較高的黑麥攝入量可以減少罹患心臟病、高膽固醇血癥、肥胖等疾病的風險[7-9]。Biskup等的研究表明在膳食中增加黑麥的攝入量可能對二型糖尿病具有預防作用[10]。通常來說，食物對糖尿病的防治作用與其消化特性有關。影響黑麥消化特性的因素眾多，但是目前國內外對黑麥的研究主要集中在黑麥中功能成分的分離提取及黑麥面包的品質改良上，黑麥粉的理化性質和淀粉消化特性的相關研究則鮮有報道[11-12]。作者研究了蛋白質、脂肪對于黑麥粉糊化特性、溶脹度、可溶指數等理化特性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料及主要試劑

黑麥：市售；豬胰α-淀粉酶、淀粉轉葡萄糖苷酶：Sigma公司產品；直鏈淀粉試劑盒（Amylose assay Kit）、Megazyme；堿性蛋白酶：上海金穗生物科技有限公司產品；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

電熱可調溫鼓風干燥箱：上海一恒科學儀器有限公司產品；不銹五谷雜糧磨粉機CLF-150；浙江省溫嶺市創力藥材器械廠產品；L-550低速大容量離心機：湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司產品；SKY-110WX水浴恒溫振蕩器：上海蘇坤實業有限公司產品；CR21G3號冷凍離心機：日本HITACHI公司產品；紫外可見分光光度計（T6新世紀）：北京普析通用儀器有限責任公司產品；全自動還原糖測定儀：山東省科學院生物研究所產品；SH220N石墨消解儀、脂肪測定儀SOX406：海能儀器股份有限公司產品；S-4800場發射掃描電子顯微鏡：日本日立株式會社產品；RVA-3D型快速黏度分析儀（RVA）：澳大利亞 Newport科學儀器公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 黑麥粉的制備 黑麥用磨粉機粉碎至全部通過60目篩，裝入封口袋于-20℃貯存。

1.3.2 黑麥淀粉的制備 淀粉提取參考chung等人的方法并做適當調整[13]。黑麥（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。去離子水洗滌3次，加適量去離子水后打碎，膠磨10 min，膠磨結束后的液體過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3000 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刮除。用適量去離子水使沉淀物重新懸浮，再次離心，傾去上清液，刮除雜質。重復以上步驟3次至雜質完全除去。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，將溶液一起轉移到平皿中。45℃干燥12 h。研磨粉碎，裝袋，-20℃貯存。

1.3.3 脫脂黑麥粉的制備 參考張杰等的方法并做適當改動[14]。將適量黑麥粉置于燒杯中，加入石油醚（質量體積比為1 g∶7 mL）。在室溫下，用置頂式攪拌器攪拌 3 h，離心除去石油醚（3000 r/min，15 min）。重新加入石油醚，重復以上步驟一次。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，于45℃干燥12 h。研磨粉碎，裝袋，-20℃貯存。

1.3.4 脫蛋白黑麥粉的制備 參考張慧等人的方法[11]。取100 g黑麥粉置于600 mL高腳燒杯中，加入 300 mL 的堿性蛋白酶（ 100 U/mL，pH 11），置于45℃水浴鍋中酶解40 min，期間使用置頂式攪拌器攪拌均勻。酶解完成后，用低速大容量離心機在4000 r/min離心10 min。再以相同的方法酶解沉淀物一次。沉淀物用去離子水反復洗滌直至溶液呈中性，離心，傾去上層溶液。將沉淀物鋪于平皿中，45℃干燥12 h。研磨粉碎，裝袋，-20℃貯存。

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；粗蛋白質含量測定：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 黑麥粉糊化特性的測定 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粘度儀法》進行糊化特性的測定。

1.3.7 微觀結構的測定 取適量顆粒，利用導電膠將其粘在樣品臺上，經IB-5離子濺射儀鍍金后，使用SU1510型掃描電子顯微鏡（SEM）進行拍照。

1.3.8 溶脹度和可溶指數的測定 參考Shi等人的方法[15]。用電子天平稱取0.1 g樣品于50 mL離心管中，準確記錄樣品及離心管質量。加入10 mL去離子水，漩渦震蕩混合均勻。將離心管分別置于60、70、80、90℃的振蕩水浴鍋中振蕩1 h。振蕩結束后，將離心管置于冰水中迅速冷卻至室溫。4000 g離心15 min，將上清液轉移至已恒重稱量的稱量皿中，105℃烘至恒重，記錄質量。稱量并記錄離心管及沉淀物質量。

1.3.9 體外淀粉消化法及估計血糖生成指數 參考Englyst、Wang等人的方法[16-17]。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，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，每個試管均加入5個玻璃珠、10毫升醋酸鈉緩沖液（0.2 mol/L，pH 5.2），溫育 30 min。 加入新鮮制備的混合酶溶液5 mL，37℃水浴振蕩。在20、30、60、90、120、180 min 分別取 1 mL 水解液， 煮沸滅酶后，用還原糖測定儀測定其葡萄糖含量。參考Goni等的方法計算樣品的消化動力學及估計血糖生成指數[18]。

1.3.10 數據統計與分析 所有數據均進行了3次重復測定，采用SPSS19.0和 Origin 8.0對數據進行處理和統計分析。

2 結果與討論

2.1 黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質黑麥、黑麥淀粉基本組成成分

樣品的基本化學組成如表1所示。黑麥經脫脂處理后脂肪質量分數由原料中的1.87%降至0.37%，脫脂率達80.21%，脫脂處理后蛋白質質量分數略有下降，淀粉質量分數升高。經脫蛋白質處理后，蛋白質質量分數由原料中的19.86%降至4.40%，蛋白質去除率達77.84%，且經脫蛋白質處理后，脂肪質量分數亦有下降。

表1 主要化學組成成分Table1 Chemical composition of samples

2.2 黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質黑麥、黑麥淀粉的糊化特性

樣品的糊化特性如表2所示。經不同處理后，樣品的糊化溫度、峰值黏度、谷值黏度、終值黏度、衰減值、回生值分別在 73.08～86.8℃，1831.5～6028 cp，1097～5007 cp，2393～7389.5 cp，557.5～1483 cp，1024.5～2382.5 cp之間。樣品之間的糊化特性差異顯著，說明蛋白質和脂肪對于樣品的糊化特性具有顯著影響。與黑麥粉相比，脫脂黑麥、脫蛋白質黑麥、黑麥淀粉的糊化溫度均下降，峰值黏度、衰減值、回生值均上升，說明脫脂黑麥、脫蛋白質黑麥、黑麥淀粉比黑麥粉更容易糊化；與黑麥粉相比，脫脂黑麥、脫蛋白質黑麥、黑麥淀粉的粘滯性增大，熱穩定性降低，說明脫脂黑麥、脫蛋白質黑麥、黑麥淀粉比黑麥粉更容易老化。糊化溫度反映了淀粉糊化的難易程度，經處理后糊化溫度下降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。衰減值反映了淀粉糊的穩定性，脫脂、脫蛋白、提淀粉處理使得淀粉顆粒結構遭到破壞，因此穩定性下降、衰減值增加。峰值黏度的增加與處理后淀粉膨潤度的增加相一致。回生值越大，淀粉越容易老化。Myles認為終值黏度的增加可能是由直鏈淀粉聚集引起的，黑麥粉經處理后，回生值和終值黏度均增加這意味著經處理后樣品中的直鏈淀粉更容易聚集，與表1中測得的經不同處理后樣品中直鏈淀粉質量分數的增加相一致[19]。Jane等認為直鏈淀粉質量分數及脂肪質量分數均可以影響糊化特性[20]。在淀粉膨脹及糊化過程中，直鏈淀粉與脂肪形成復合物從而抑制淀粉的膨脹[21]。Han和Lim的研究顯示蛋白質質量分數也可以影響糊化特性[22-23]。蛋白質通過結合更多的水來抑制淀粉吸水膨脹[24-25]。劉曉娟等認為蛋白質的含量越高，谷物顆粒結構就越緊密，淀粉粒之間的縫隙也就越小，從而使得淀粉顆粒吸水速度減慢，吸水量減少[26]。脂肪和蛋白質通過阻止淀粉顆粒的膨脹，使淀粉顆粒更加穩定，從而影響糊化特性[27]。

表2 黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質黑麥、黑麥淀粉的糊化特性Table2 Pasting properties of samples

2.3 黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質黑麥、黑麥淀粉的溶解度及膨潤度

黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質黑麥、黑麥淀粉的溶解度及膨潤度分別如圖1、圖2所示。脫脂、脫蛋白質及提淀粉處理使得黑麥的溶解度及膨潤度發生了變化。由圖1可以看出，60～80℃時脫脂黑麥的溶解度始終高于黑麥，90℃脫脂黑麥與黑麥的溶解度基本持平，說明脂肪對水分進入淀粉顆粒內部有阻礙作用。而脫蛋白黑麥和黑麥淀粉的溶解度始終低于黑麥。熊柳等的研究表明薏米溶解度始終高于薏米淀粉與本研究中黑麥的溶解度始終高于黑麥淀粉相一致[28]。熊柳認為造成薏米與薏米淀粉溶解度差異的原因是薏米粉中含有大量的可溶性成分。圖1顯示，脫蛋白質黑麥的溶解度也始終低于黑麥，因此，脫蛋白質黑麥及黑麥淀粉溶解度的下降可能是因為脫蛋白及提淀粉過程中可溶性成分的損失造成的。

圖1 黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質黑麥、黑麥淀粉的溶解度Fig.1 Swelling power and starch solubility of samples

圖 2 黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質黑麥、黑麥淀粉的膨潤度Fig.2 Starch solubility of samples

由圖2可以看出，脫脂黑麥、黑麥淀粉的膨潤度始終高于黑麥，脫蛋白質黑麥的膨潤度與黑麥相差不大。膨潤度反映了淀粉的水合能力，膨潤度高，水合能力強。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[29-33]。脫脂及提淀粉處理使得黑麥中的大部分脂肪被除去，脂肪-淀粉復合物結構被破壞，膨潤度上升。蛋白質一般填充于淀粉顆粒之間或存在于淀粉表面，可以結合一定數量的水分子。脫蛋白質后，一方面，蛋白質固定的水相對分子質量減少；另一方面，淀粉表面及縫隙中的蛋白質被除去，水分更容易進入淀粉顆粒內部，淀粉顆粒吸水膨脹。所以，脫蛋白質黑麥與黑麥膨潤度相差不大。

2.4 黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質黑麥、黑麥淀粉的微觀結構

黑麥粉、脫脂黑麥粉、脫蛋白質黑麥粉、黑麥淀粉的微觀結構如圖3所示。在黑麥粉中，淀粉顆粒相互粘連聚集，淀粉顆粒為卵圓形或不規則多邊形，顆粒表面附著雜質，粗糙不平。脫脂黑麥粉中淀粉顆粒之間粘連聚集減少，顆粒相對分散。脫蛋白質黑麥粉的淀粉顆粒表面較為光滑，顆粒之間仍存在粘連現象，淀粉顆粒形狀較為規則，多為橢圓形或圓形。黑麥淀粉顆粒表面光滑，為卵圓形或圓形，顆粒之間聚集較少，顆粒大小不均，有破損顆粒出現。

圖3 樣品顆粒表面掃描電鏡圖（×1000）Fig.3 Micrographs of samples

2.5 黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質黑麥、黑麥淀粉的體外淀粉消化特性及血糖生成指數

黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質黑麥、黑麥淀粉的體外淀粉消化特性如圖4所示。在消化初期，所有樣品均呈現較高的消化增長率，在90 min以后，淀粉水解率趨于平緩。脫脂黑麥、脫蛋白質黑麥、黑麥淀粉中快消化淀粉（RDS）的含量均高于黑麥。脫脂黑麥、脫蛋白質黑麥、黑麥淀粉中抗性淀粉（RS）的含量均低于黑麥。4種樣品的估計血糖生成指數（eGI）從低到高依次為：黑麥（69.19）＜脫脂黑麥（76.77）＜脫蛋白質黑麥（79.73）＜黑麥淀粉（81.08）。 脫脂肪、脫蛋白質、提淀粉處理后，黑麥的估計血糖生成指數均顯著提高，說明脂肪、蛋白質對黑麥的消化具有顯著影響。附著在淀粉顆粒表面或填充于淀粉顆粒之間的蛋白質和脂肪可以通過減少淀粉酶與淀粉顆粒的接觸來限制淀粉的水解速率[34-35]。脂肪與淀粉形成淀粉脂肪復合物，也可以影響淀粉的水解速率[36-37]。脂肪、蛋白質脫除后，淀粉酶易于滲入淀粉顆粒內部，淀粉水解率增大，估計血糖生成指數升高。

圖4 黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質黑麥、黑麥淀粉的體外淀粉消化特性Fig.4 Starch hydrolysis kinetics of samples

脫脂肪、脫蛋白質、提淀粉處理后，黑麥的淀粉水解速率增快，最大水解值增高。而且蛋白質對淀粉消化的影響大于脂肪，這一結果與Ren等在小米中所得的結果一致，但與Annor等在kodo米中得到的結論不同[38-39]。Ren認為造成這種差異的原因可能是因為不同原料中淀粉與蛋白質、脂肪之間的相互作用不同。

3 結語

通過對黑麥、脫脂黑麥、脫蛋白質黑麥和黑麥淀粉的化學組成、微觀結構、糊化特性、溶解度、膨潤度及體外消化特性的測定，研究了脂肪和蛋白質對黑麥理化特性及體外淀粉消化特性的影響。研究發現：脫脂、脫蛋白質、提淀粉處理使得黑麥的糊化溫度下降，峰值黏度、谷值黏度、終值黏度、衰減值、回生值變大；溶解度和膨潤度發生變化；淀粉水解速率增加；蛋白質對淀粉消化的影響大于脂肪。