細度對食用木薯粉理化品質和消化特性的影響

張振文 林立銘 徐 緩 王琴飛 李開綿

(中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所；國家薯類加工技術研發分中心，海口 571701)

木薯(ManihotesculentaCrantz)是熱帶、亞熱帶地區主要的糧食作物。食用木薯粉是以食用木薯塊根為原料，經脫皮、切片、烘干和粉碎、過篩等工藝制備而成，主要成分有淀粉、粗纖維、粗蛋白等，質量分數分別為81.28%、1.83%、1.06%等[1]。淀粉包括快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)及抗消化淀粉(RS)三大類[2]，其中慢消化淀粉和抗消化淀粉與含量與血糖值有關[3,4]，對人體血糖值有一定的調節作用[5,6]。

隨著世界糧食安全問題日益突出和健康飲食觀念的改變，木薯不僅能可為緩解糧食安全問題提供有利補充，同時可為健康消費、個性消費提供更多選擇。近年來，木薯粉在替代玉米作飼料和作為酒精加工原料的應用廣泛[7，8]，在食品化利用研究方面多數用于面包加工[9]，很少涉及食用木薯粉加工特性的研究，特別是對其細度、熱分解特性的研究鮮有報道。研究表明，微細化處理后玉米淀粉的結晶度會下降[10]，凍融穩定性降低、凝沉性加大[11]，但淀粉的溶解度、高溫持水力、酶解率、糊化液的透光率等特性有所改善或提高[11]。

本研究以不同細度的食用木薯粉為原料，檢測其不同細度的理化性質、成分和消化性能，比較分析其理化、糊化特性的差異，為食用木薯粉食品開發利用提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實驗材料來源于國家薯類加工技術專業研發分中心，使用種植10個月的華南9號木薯塊根，根據林立銘等[1]方法加工成食用木薯粉，分別過80、100、200、300目鋼篩，保存備用。

二水合氯化鈣、鹽酸、硫酸、醋酸鈉緩沖液、α-淀粉酶(19.6 U/mg)、糖化酶(13 U/mL)、3,5-二硝基水楊酸、重蒸酚、酒石酸鉀鈉，均為分析純。

1.2 儀器與設備

WZZ-2B旋光儀，恒平752分光光度計，K9840自動定氮儀，FT355纖維素分析儀，Q2000差示掃描量熱儀等。

1.3 主要成分測定

含水量：根據GB 5009.3—2016的方法測定；淀粉含量：參考氯化鈣-醋酸旋光法進行測定[12]；粗纖維含量：參考黃偉坤[13]方法測定；粗蛋白含量：按照GB 5009.5—1985方法進行測定。

1.4 溶脹度和可溶指數

參考蔣小靜等[14]方法測定。

1.5 消化性能

參考Englyst等[15]和繆銘等[16]方法，測定木薯粉快消化、慢消化和抗性淀粉的含量。

1.6 糊化特性

利用差示掃熱分析儀(DSC)分析食用木薯粉糊化特化，參考張曉宇[17]、楊秋實[18]的方法。

1.7 數據統計分析

實驗重復3次，測定結果使用Excel 2010和Origin Pro2019進行數據處理、制作圖，SAS9.3進行相關性和單因素方差統計分析。

2 結果與分析

2.1 主要成分分析

由表1可知，不同細度其成分有明顯差異，其中100目的食用木薯粉其淀粉含量最高，顯著高于200目和300目；從含水量看，不同細度之間并未有明顯差異；從粗纖維看，300目的含量最高，這可能與食用木薯粉的加工過程的粉碎工藝有關[19]；從粗蛋白含量看，80目食用木薯粉中粗蛋白極顯著高于其他細度(表1)，且隨著目數的增大而降低。

表1 不同細度食用木薯粉主要成分/%(以干基計)

2.2 可溶指數和溶脹度比較

溶脹度是指在一定溫度下每克干樣品吸附溶劑分子達到溶脹平衡時，溶脹后的體積與未溶脹前的體積的比值，反映高分子聚合物的水合能力。從圖1-A中可以看出，80目的食用木薯粉溶脹度極顯著高于其他細度木薯粉，這可能是蛋白質與淀粉等形成的復合物阻礙了與水分子的結合，提高食用木薯粉溶脹度[20,21]。可溶指數是指溶解于水的能力[22]，圖1-B中顯示80～200目食用木薯粉的可溶指數無顯著差異，而300目食用木薯粉的可溶指數極顯著低于其他目數，說明60 ℃條件下，300目細度食用木薯粉的溶解于水的能力顯著比其他細度的食用木薯粉差。

圖1 食用木薯粉在60 ℃的溶脹度、可溶指數

2.3 糊化特性

糊化特性是淀粉主要加工特性指標之一，指淀粉與水共熱后，在一定條件下變成半透明狀膠體的特點[23]。本研究發現，4種不同細度食用木薯粉糊化特性類似于淀粉糊化，糊化時80、100、200目和300目細度木薯粉的第一峰值溫度(TP1)分別是109.20、108.50、106.65 ℃和107.51 ℃，其中80目的TP1最高，200目的TP1最低(表2)。從放熱量看，200目的食用木薯粉糊化過程放熱量最多，終點溫度也最高。

表2 不同細度食用木薯粉熱糊化特性比較

雖然食用木薯粉的內能和焓的絕對值目前還無法知道，但是在一定條件下通過熱量的傳遞可以衡量樣品中內能與焓的變化值。研究表明，不同細度木薯粉和高筋粉的焓變趨勢并不一致，其中食用木薯粉的焓變在80目時達最大，而高筋粉的焓變在80目時最小；當兩種粉制品混合后，混合物料焓變隨著細度的增加而變小，其中80目仍然最大，但比混合前的焓變大(圖2)。

2.4 消化性能分析

體外模擬消化可以從某種程度上反映該物質在體內消化吸收情況。本實驗結果表明(表3)，食用木薯粉的快速消化淀粉(RDS)隨著細度升高而升高，慢速消化淀粉(SDS)則相反，且差異達到極顯著水平，這說明食用木薯粉顆粒越大，淀粉消化速度越慢，顆粒越小越容易消化。可能是大顆粒食用木薯粉對淀粉包埋緊密，影響或減緩α-淀粉酶與淀粉接觸位點所致[24]；從表3抗性淀粉(RS)含量來看，80目和100目無顯著差異，但極顯著低于200目和300目，其中100目的RS含量最高，300目的RS含量最低。

表3 不同細度食用木薯粉消化性/%

2.5 相關性分析

由表4可看出，粗蛋白含量與RDS呈極顯著負相關，與SDS呈極顯著正相關，相關系數分別為-0.740和0.866。可見相對于粗纖維含量及含水量而言，粗蛋白含量對食用木薯粉的消化性能的影響要大于二者。這可能與蛋白質和淀粉的共存方式有關。食用木薯粉中的蛋白質和淀粉是一種天然結合狀態，蛋白質的網絡結構可能是阻礙淀粉與酶接觸，從而降低淀粉酶解速率的原因[24]。

表4 各組分與食用木薯粉消化性能的相關性

3 討論

粉碎過篩是粉制品加工重要工藝，其顆粒大小決定粉其加工特性，如馬鈴薯淀粉隨著顆粒的減小，淀粉酶對其水解速率明顯提高[25]，而不同粗細度面粉與饅頭的外觀和品質有關[26]，細度越高的玉米粉持水力越大[27]，因此，選擇原料合適的細度是食品加工利用關鍵環節。本實驗結果表明，當食用木薯粉顆粒大于等于100目時，食用木薯粉的淀粉含量最高，達到200、300目時，其含量反而下降，可能是大于100目時機械粉碎時間較長，物料溫度升高，導致淀粉與物料中的水分發生糊化、膨脹而無法順利通過篩孔；且纖維的耐熱性好[28]，經多次或長時間粉碎后可以通過篩孔，從而纖維含量有所提高，淀粉的含量相對變低。可見，多次采用錘打或銼磨的方式粉碎物料，提高物料的細度勢必會改變物料的理化特性，特別是熱分解和消化特性的改變。

熱重分析或差示掃描量熱技術是分析物料在不同溫度條件下的分解、糊化特性的主要技術。許多研究表明，淀粉分子間與分子內部均具有很強的氫鍵作用力，在150 ℃時，淀粉的糖苷鍵開始發生斷裂[29]，到達260 ℃時，樣品開始發生氧化降解反應，且淀粉的熱降解溫度隨著直鏈淀粉含量的增大而降低[30]。纖維的熱降解與纖維的來源有關，在180～260 ℃，從200 ℃開始，纖維發生分解，但當溫度達到260 ℃以上時，纖維的熱降解程度都比較大，但穩定性比木質素、半纖維素好[28]。本研究表明，食用木薯粉含有淀粉和纖維，不同細度的食用木薯粉起始溫度、終止溫度差別較大，這與物料中的纖維、淀粉和蛋白質的含量密切相關，其中80目的食用木薯粉熱分解其起始點溫度、終止點溫度與劉訓的研究結果基本一致[30]。從糊化特性看，4種不同細度的食用木薯粉糊化過程均存在兩個峰值溫度，主要是淀粉的純度引起[31]。

食用木薯粉是一種碳水化合物食物，其消化特性以傳統Englyst體外模擬消化方法進行評價。本研究發現，食用木薯粉的慢消化淀粉含量隨著細度升高而降低，快消化淀粉則相反。通過相關分析發現，粗蛋白含量與快消化淀粉含量呈極顯著負相關，而與慢消化淀粉達極顯著正相關水平，說明粗蛋白含量越高，淀粉消化酶解的速率越低，可能是食用木薯粉中淀粉與蛋白發生物理或化學反應，形成不易消化的化合物，從而影響淀粉被消化的速度[32]。此外，食用木薯粉的加工品質還與品種和生長期有關系，因為生長期會影響了淀粉結構的形成，從而影響淀粉的消化特性[33,34]。為此，木薯粉加工企業在木薯粉加工過程中，選擇同一品種、同一生長期的木薯作為原料是最理想的原料，但在木薯粉實際生產過程中，不同品種和生長期的原料混在一起不可避免，這就需要考慮采用相對溫和的破碎和粉碎方式加工木薯粉，可有效地避免物料在破碎過程因溫度的升高影響其物理化學特性，這也正是木薯粉加工過程中普遍采用濕法加工工藝的主要原因之一。

4 結論

研究不同細度對食用木薯粉品質、加工特性、消化和熱分解特性的影響。結果表明，細度顯著影響食用木薯粉的理化品質、加工特性等主要品質特性，也決定了食用木薯粉的消化性能。