大豆低聚糖對(duì)大米粉老化性質(zhì)的影響及其機(jī)理研究

王建宇?馮曉光?韓貴成?楊肖飛?陳湘寧

摘 要：為了更好的在大米粉中使用功能性低聚糖（大豆低聚糖），本實(shí)驗(yàn)研究了大豆低聚糖對(duì)大米粉老化性質(zhì)的影響，并研究其作用機(jī)理。添加大豆低聚糖可以改善大米凝膠的質(zhì)構(gòu)特性。碘結(jié)合實(shí)驗(yàn)表明大豆低聚糖可以降低大米凝膠的結(jié)晶度，延緩凝膠老化。而傅里葉紅外光譜證明了大豆低聚糖延緩大米凝膠老化是通過(guò)與淀粉鏈形成分子間氫鍵從而阻止淀粉鏈的相互靠近、降低結(jié)晶度。因此，大豆低聚糖可用于抑制大米類食品的老化、延長(zhǎng)貨架期。

關(guān)鍵詞：大豆低聚糖;大米;老化;結(jié)晶度

大米是人類最重要的糧食作物之一。大米中粗淀粉的含量約為80%[1]，一般煮熟后食用，大米在煮熟過(guò)程中淀粉會(huì)發(fā)生糊化，待食品冷卻下來(lái)后淀粉會(huì)發(fā)生老化。淀粉的老化會(huì)影響食品的感官品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值以及貨架期，往往被認(rèn)為是有害變化[2]。因此抑制淀粉的老化對(duì)改善淀粉基食品的品質(zhì)很重要。

大豆低聚糖是一種功能性低聚糖，其主要成分是蔗糖、棉籽糖、水蘇糖。近些年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)大豆低聚糖具有促進(jìn)雙歧桿菌增殖、降血壓與降血脂等生理功效，因而大豆低聚糖的應(yīng)用得到重視[3]。然而，大豆低聚糖是否可以延緩大米類食品的老化至今尚未研究。因此，研究大豆低聚糖對(duì)大米凝膠的影響具有重要意義。本實(shí)驗(yàn)旨在通過(guò)測(cè)量大米凝膠的老化特性來(lái)研究凝膠的老化進(jìn)程，通過(guò)觀察大米凝膠的傅里葉紅外光譜來(lái)研究大豆低聚糖與淀粉的相互作用機(jī)理。這項(xiàng)研究可為大豆低聚糖在淀粉基食品中的應(yīng)用提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

大米購(gòu)自當(dāng)?shù)氐某校渲饕M成為粗淀粉80.9%、蛋白質(zhì)6.4%、脂質(zhì)1.4%、水分含量11.1%以及直鏈淀粉22.09%。大豆低聚糖（純度為85%，30%的水蘇糖，25%的棉子糖，30%的蔗糖）、蔗糖、棉籽糖以及水蘇糖由北京昌華志成有限公司提供。其他化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 方法

1.2.1 樣品的制備

將大米用粉碎機(jī)打碎，之后通過(guò)100目篩，稱取適量的大米粉于燒杯中，然后分別加入不同量的大豆低聚糖、水蘇糖、棉籽糖以及蔗糖（0%，5%，10%），按大米粉與水1∶2（m∶V）的比例加入蒸餾水。攪拌均勻后，在沸水浴中放置30min，取出放置至室溫，最后在4℃的冰箱中貯藏，留作備用。

1.2.2 質(zhì)構(gòu)的測(cè)定

將1.2.1節(jié)貯藏1、7、14 d的大米凝膠取出，使用TVT-6700質(zhì)構(gòu)分析儀（中國(guó)，Perten公司）對(duì)凝膠進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測(cè)試，用5mm圓柱探針進(jìn)行測(cè)量，其他測(cè)試參數(shù)設(shè)定為初始速度為1.0 cmm/s，測(cè)試速度為1.0 mm/s，返回速度：2.0 mm/s，觸發(fā)力：5 g。

1.2.3 碘結(jié)合能力的測(cè)定

將1.2.1中貯藏0、1、7、14 d與35 d的凝膠取出，使用前人的方法進(jìn)行碘結(jié)合實(shí)驗(yàn)，并做了適當(dāng)?shù)男薷腫4]。首先用100%的酒精對(duì)樣品進(jìn)行脫水，然后在35℃的真空干燥箱中干燥6h，將樣品研磨之后通過(guò)100目篩。將樣品粉末（30mg）溶解在0.01M的氫氧化鈉（3mL）溶液中，待溶解后，加入0.01M的鹽酸（3mL）中和至中性，之后加入蒸餾水至50mL。取稀釋液5mL，并先后加入0.2%I2-2%KI溶液2mL（w/w）和醋酸緩沖液（0.1M，pH4.0）5mL，最后加入蒸餾水調(diào)節(jié)總體積為50mL，并在25℃下靜置15min。在600nm處測(cè)量樣品的吸光值，大米凝膠與碘結(jié)合的抗性程度按照公式（1）計(jì)算。

（1）

式（1）中：A0代表第0天凝膠的吸光值，AT表示第t天凝膠的吸光值，A∞代表第35天凝膠的吸光值，X（t）代表凝膠與碘結(jié)合的抗性程度。

1.2.4 傅里葉紅外光譜

將1.2.1節(jié)貯藏14d的大米凝膠取出。然后在38℃的真空干燥箱中干燥12h，對(duì)干燥樣品進(jìn)行研磨并通過(guò)100目篩。將凝膠粉末與KBr混合（比例為1.5∶100），充分研磨之后壓片。使用TENSOR27傅立葉變換紅外光譜（Bruker Corporation，Ettlingen，德國(guó)）在500～4 000 cm-1波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)定大米凝膠的光譜信息。

1.3 數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次，取平均值。用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行Tukey顯著性分析，顯著性水平為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 質(zhì)構(gòu)特性

凝膠的硬度可以反映淀粉的老化程度，即硬度越大，淀粉的老化越嚴(yán)重[6]。從表1中可以觀察到，隨著大米凝膠貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，凝膠的硬度值逐漸變大。這表明在貯藏過(guò)程中，淀粉分子不斷重新結(jié)合，并形成晶體。添加的糖濃度5%時(shí)，可以看出所有的糖都具有降低大米凝膠硬度的作用，但是不同的糖之間降低凝膠硬度的差異并不大。而當(dāng)糖的添加量到10%時(shí)，糖降低凝膠硬度的效果更加明顯，并且不同的糖之間也產(chǎn)生了明顯的差異。其中，水蘇糖降低凝膠的硬度值最明顯，其次是棉籽糖。這些結(jié)果表明大豆低聚糖及其成分都可以降低凝膠的硬度，延緩淀粉的老化，而水蘇糖的效果最明顯，并且隨著添加糖的量增加其效果越好。

綜上，由于添加10%糖濃度時(shí)，降低大米凝膠硬度的效果更明顯，并且不同糖之間的差異性可以更好的觀察到，因此，本實(shí)驗(yàn)選擇10%的糖添加量作為接下來(lái)的研究重點(diǎn)。

2.2 碘結(jié)合能力

老化的淀粉與碘結(jié)合的抗性程度可以評(píng)價(jià)淀粉的老化度[5]。從表2中可以觀察到大米凝膠貯藏1d時(shí)，凝膠的抗性程度差異不顯著（P>0.05）。而貯藏到第7d時(shí)，與儲(chǔ)存1 d相比，凝膠的抗性程度顯著增加了（P<0.05），空白組增加了20.09%，而實(shí)驗(yàn)組蔗糖、棉籽糖、水蘇糖以及大豆低聚糖分別增加了17.62%、12.92%、7.98%以及12.55%，可以看出水蘇糖組的大米凝膠抗性程度增加的最少，其次是棉籽糖組，這些結(jié)果可以看出大豆低聚糖及其成分可以延緩淀粉的老化，降低結(jié)晶度，而水蘇糖的效果最好。當(dāng)貯藏到第14d時(shí)，不同組大米凝膠抗性程度差異與第7d相似，不做累述。

2.3 傅里葉紅外光譜

傅里葉紅外光譜用來(lái)探究大豆低聚糖及其成分延緩大米凝膠老化的機(jī)理。從圖1可以看出在添加糖之后，大米凝膠并沒(méi)有出現(xiàn)新的吸收峰，說(shuō)明糖與大米凝膠沒(méi)有形成新的共價(jià)鍵。所有的大米凝膠在3 400 cm-1附近有一個(gè)強(qiáng)的吸收峰，這個(gè)峰與淀粉的O-H拉伸振動(dòng)相關(guān)，與氫鍵的形成也有關(guān)[7]。大米凝膠在添加糖之后，這個(gè)吸收峰明顯變窄了，表明添加糖的凝膠形成了較少的氫鍵。另外，添加糖之后該吸收峰發(fā)生了紅移，說(shuō)明大豆低聚糖及其成分確實(shí)與淀粉分子形成了分子間氫鍵[8]。因此，大豆低聚糖及其成分通過(guò)與淀粉分子形成分子間氫鍵來(lái)阻礙淀粉分子間的相互靠近，從而抑制了大米凝膠的老化。

3 結(jié)論

這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)大豆低聚糖及其成分對(duì)大米凝膠的老化具有抑制作用，并且水蘇糖的抑制效果最好。傅里葉紅外光譜進(jìn)一步表明，添加糖會(huì)延緩大米凝膠的老化，阻礙淀粉分子之間的靠近。這項(xiàng)研究表明，大豆低聚糖及其成分可以作為食品改良劑添加到大米類食品中，延長(zhǎng)食品的貨架期。

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作者簡(jiǎn)介：王建宇（1993—），男，河北滄州人，碩士。研究方向：淀粉的老化。

通訊作者：陳湘寧（1972—），女，廣東興寧人，博士，教授。研究方向：即食鮮切蔬菜。