發(fā)芽對(duì)普通玉米和糯玉米淀粉理化特性的影響

徐廣海 姜常松 張成冉 孫晴晴 張海艷

(山東省旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；青島農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院1，青島 266000) (海陽(yáng)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站2，煙臺(tái) 264000)

玉米是人們的主要食用谷物之一，但大部分營(yíng)養(yǎng)素不能被人體直接吸收利用，90%的酚類物質(zhì)與水不溶性多糖結(jié)合，攝入后需要被酶分解出酚類或轉(zhuǎn)化成水溶性多糖酚酸后才能被人體利用，發(fā)揮其抗氧化活性，并且玉米蛋白質(zhì)中氨基酸構(gòu)成不合理，蛋白質(zhì)生物價(jià)較低[1]。研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽使玉米的粗蛋白、還原糖、γ-氨基丁酸、維生素及礦物質(zhì)含量顯著提高，能在一定程度上調(diào)整玉米的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，提高礦物質(zhì)和維生素的生物利用率[2]。玉米發(fā)芽后，生理代謝活動(dòng)旺盛，淀粉酶和蛋白酶活性明顯增強(qiáng)，使不溶性的大分子物質(zhì)降解為更易被消化吸收的可溶性成分[3]。因此，發(fā)芽被認(rèn)為是一種增強(qiáng)玉米營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和消化性的方法[4]。

姚英政等[5]比較了發(fā)芽前后玉米營(yíng)養(yǎng)成分的變化，發(fā)現(xiàn)發(fā)芽降低了種子淀粉含量。張鐘等[6]分析了發(fā)芽對(duì)黑糯玉米淀粉特性的影響，發(fā)現(xiàn)發(fā)芽后淀粉的溶解度和膨脹勢(shì)降低，透明度升高。目前關(guān)于發(fā)芽對(duì)玉米淀粉特性影響的研究多針對(duì)某一發(fā)芽階段和某一類型玉米，對(duì)于不同發(fā)芽階段不同類型玉米淀粉理化特性的研究鮮見報(bào)道。普通玉米和糯玉米是玉米屬的不同亞種，糯玉米因其籽粒淀粉幾乎全由支鏈淀粉組成而特性優(yōu)良、用途廣泛。本文以普通玉米和糯玉米種子為材料，進(jìn)行不同發(fā)芽時(shí)間處理，分析和比較發(fā)芽對(duì)其淀粉膨脹勢(shì)、溶解度、熱特性、晶體特性等理化性質(zhì)的影響，有利于進(jìn)一步探索玉米的加工技術(shù)和工藝，為發(fā)芽玉米的加工利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試普通玉米品種為鄭單958、糯玉米品種為京科糯2000。

1.2 儀器

PQX-300D多段可編程人工氣候箱，JYL-C16D磨漿機(jī)，LXJ-IIB離心機(jī)，HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋，電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，UV-9100紫外可見分光光度計(jì)，快速黏度分析儀RVA，島津DSC-60差示掃描量熱儀，D8 ADVANCE X-射線多晶衍射儀。

1.3 方法

1.3.1 種子發(fā)芽

取適量種子，0.1%NaClO溶液浸泡消毒15 min，去離子水沖洗干凈，25 ℃條件下浸泡12 h，每4 h換水通氣1次。浸泡的種子，置于鋪有兩層濾紙的培養(yǎng)皿中，在25 ℃、98%空氣濕度的培養(yǎng)箱中發(fā)芽。

發(fā)芽后12、24、36、48、60、72 h分別取樣，樣品用蒸餾水沖洗干凈，45 ℃下烘至含水量(14±2)%。磨粉至細(xì)度不大于100目，密封于塑料袋內(nèi)，4 ℃保存待用。以消毒后未發(fā)芽種子為對(duì)照(CK)。

1.3.2 淀粉樣品制備

參考張鐘等[7]的方法，并加以改進(jìn)。取待測(cè)樣品，用0.1% NaHSO3浸泡48 h。蒸餾水清洗，研磨，過100目篩。室溫靜置2 h，沉淀轉(zhuǎn)入50 mL離心管，3 000 g離心10 min，刮去上層沉淀，加水，振蕩，離心，重復(fù)3次。加過量無(wú)水乙醇，振蕩5 min，3 000 g離心10 min，重復(fù)3次。所得淀粉，40 ℃烘箱烘干備用。

1.3.3 透光率

參考吳雪輝等[8]的方法。準(zhǔn)確稱取0.20 g淀粉樣品，加20 mL蒸餾水，配制成淀粉乳，沸水浴1 h，保持糊體積為20 mL，冷卻至室溫。以蒸餾水為空白(透光率100%)，用紫外可見分光光度計(jì)在650 nm波長(zhǎng)處測(cè)定糊的透光率(%)。

1.3.4 藍(lán)值、碘結(jié)合力

準(zhǔn)確稱取0.08 g樣品，用少量無(wú)水乙醇潤(rùn)濕淀粉，加DMSO 9 mL和6 mol/L的尿素1 mL，沸水浴振蕩1 h，待冷卻后吸取0.1 mL溶液，加9.7 mL去離子水和0.2 mL碘試劑(2% KI和0.2% I2)，迅速混勻后靜置15 min。用紫外可見分光光度計(jì)于635、520 nm下比色，以不加樣品為對(duì)照。藍(lán)值為635 nm處的吸光值，碘結(jié)合力是635 nm和520 nm處的吸光值之比。

1.3.5 膨潤(rùn)力、溶解度

參考李秀娟等[9]的方法。稱取干淀粉0.25 g(m)，加5 mL蒸餾水，90 ℃水浴30 min，配置成淀粉乳，離心，上清液烘干稱水溶性淀粉重量(m1)，稱離心管下層膨脹淀粉重量(m2)。根據(jù)公式計(jì)算膨潤(rùn)力和溶解度：

1.3.6 熱特性

參考Lu等[10]的方法。稱取5 mg淀粉，加10 μL超純水，密封于鋁盒中，室溫下平衡2 h后進(jìn)行測(cè)定。用DSC分析儀測(cè)量，10 ℃ /min使鋁盒溫度由20 ℃升至100 ℃，空白鋁盒作參照，用配套軟件分析記錄起始溫度(To)、峰值溫度(Tp)、終值溫度(Tc)、膠凝化熱焓值(ΔHgel)。測(cè)量后的樣品4 ℃冰箱保存7 d，同樣的方法測(cè)其回生特性。其中，回生值(%R)為回生淀粉的熱焓值(ΔHret)和原淀粉的熱焓值(ΔHgel)之比。

1.3.7 晶體特性

參考陸大雷等[11]的方法，樣品在100%相對(duì)濕度環(huán)境下平衡24 h后，采用D8 ADVANCE X-射線多晶衍射儀進(jìn)行測(cè)定。測(cè)試條件：Cu靶，波長(zhǎng)為1.541 8 A，電壓為40 kV，電流為40 mA，衍射角2θ的旋轉(zhuǎn)范圍為5°～45°，步長(zhǎng)0.02°，掃描速度0.1s/步，每個(gè)樣品掃描3.3 min。用Jade軟件計(jì)算結(jié)晶度和尖峰強(qiáng)度。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用DPS 7.05統(tǒng)計(jì)軟件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，LSD法測(cè)驗(yàn)顯著性。OriginPro 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)芽對(duì)普通玉米和糯玉米淀粉透光率的影響

透光率是衡量淀粉糊透明度的重要指標(biāo)。透光率越大，說明淀粉糊的透明度越好[6]。由圖1可以看出，糯玉米透光率顯著高于普通玉米。與CK相比，兩種類型玉米發(fā)芽種子淀粉的透光率顯著增大，且隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)，透光率逐漸升高；發(fā)芽72 h時(shí)，普通玉米和糯玉米淀粉的透光率分別比CK升高30.07%、21.67%。說明，發(fā)芽能提高種子淀粉糊的透明度，且對(duì)普通玉米的提高作用大于糯玉米。

圖1 發(fā)芽對(duì)淀粉透光率的影響

2.2 發(fā)芽對(duì)普通玉米和糯玉米淀粉藍(lán)值和碘結(jié)合力的影響

由圖2可以看出，隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)，兩種類型玉米的藍(lán)值均表現(xiàn)為發(fā)芽12 h時(shí)急劇降低、之后降低緩慢并逐漸趨于穩(wěn)定，且普通玉米的降低程度更明顯；碘結(jié)合力呈持續(xù)降低的變化趨勢(shì)，且糯玉米的降低幅度較大。可見，發(fā)芽能降低玉米淀粉的藍(lán)值與碘結(jié)合力，具體影響因玉米類型存在差異。

注：實(shí)心代表藍(lán)值的變化，空心代表碘結(jié)合力的變化。圖2 發(fā)芽對(duì)淀粉藍(lán)值和碘結(jié)合力的影響

2.3 發(fā)芽對(duì)普通玉米和糯玉米淀粉膨潤(rùn)力和溶解度的影響

膨潤(rùn)力和溶解度反映了淀粉與水之間的相互作用，膨脹的過程伴隨著顆粒的溶解。從圖3可以看出，兩種類型玉米經(jīng)過發(fā)芽處理的淀粉膨潤(rùn)力整體上低于未發(fā)芽處理。隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)，普通玉米淀粉的膨潤(rùn)力呈先降低后升高的變化，在發(fā)芽48 h時(shí)達(dá)到最低；糯玉米淀粉的膨潤(rùn)力在發(fā)芽0～24 h期間呈降低趨勢(shì)，發(fā)芽24～48 h期間呈升高趨勢(shì)，之后趨于穩(wěn)定。整個(gè)發(fā)芽期間，普通玉米淀粉的膨潤(rùn)力顯著高于糯玉米。

從圖3可以看出，與未發(fā)芽處理相比，兩種類型玉米發(fā)芽處理的淀粉溶解度升高。隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)，普通玉米淀粉的溶解度呈先升高后降低的變化，在發(fā)芽36 h時(shí)達(dá)最高；糯玉米淀粉的溶解度先迅速升高，在發(fā)芽48 h時(shí)達(dá)最高，之后開始趨于穩(wěn)定。整個(gè)發(fā)芽期間，糯玉米淀粉的溶解度顯著高于普通玉米。

注：實(shí)心代表膨潤(rùn)力的變化，空心代表溶解度的變化。圖3 發(fā)芽對(duì)淀粉膨潤(rùn)力和溶解度的影響

2.4 發(fā)芽對(duì)普通玉米和糯玉米淀粉熱特性的影響

由表1可以看出，發(fā)芽對(duì)玉米淀粉的熱特性有顯著影響。隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)，普通玉米淀粉的膠凝化和回生參數(shù)均表現(xiàn)為先升高后降低的變化，且在發(fā)芽36 h時(shí)達(dá)到峰值。對(duì)于糯玉米，與CK相比，發(fā)芽后膠凝化起始溫度、終值溫度、峰值溫度降低；隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)，膠凝化熱焓值和回生熱焓值呈先升高后降低的變化，在發(fā)芽48 h時(shí)最高。可見，一定發(fā)芽時(shí)間處理能改變普通玉米和糯玉米淀粉顆粒結(jié)構(gòu)，形成部分難糊化的淀粉聚集體，使熱焓值增加。

表1 發(fā)芽對(duì)淀粉熱特性的影響

2.5 發(fā)芽對(duì)普通玉米和糯玉米淀粉晶體特性的影響

晶體結(jié)構(gòu)是影響淀粉功能的重要因素[12]。X-射線衍射被廣泛用于研究淀粉的晶體結(jié)構(gòu)[13]。從圖4可以看出，兩種類型玉米的各處理樣品均在2θ為15°和23°附近分別有一單峰，在2θ為17°～18°區(qū)域有一相連的雙峰，在2θ為20°附近有一微弱的單峰，表現(xiàn)為典型的A型衍射特征。

圖4 玉米淀粉的X-ray衍射圖譜

從表2可以看出，發(fā)芽前期，兩種類型玉米淀粉的結(jié)晶度變化不顯著；隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)，普通玉米和糯玉米淀粉的結(jié)晶度分別在發(fā)芽60 h和48 h最高，之后有所降低。發(fā)芽對(duì)普通玉米各衍射角尖峰強(qiáng)度的影響沒有規(guī)律，但在發(fā)芽60 h時(shí)各衍射角尖峰強(qiáng)度表現(xiàn)最高；隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)，糯玉米各衍射角尖峰強(qiáng)度呈先升高后降低的變化，在發(fā)芽48 h時(shí)最高。可見，發(fā)芽能提高玉米淀粉的結(jié)晶度，對(duì)尖峰強(qiáng)度也有一定的影響。

表2 發(fā)芽對(duì)淀粉晶體特性的影響

3 討論

3.1 透光率

本試驗(yàn)中，發(fā)芽后，普通玉米和糯玉米淀粉的透光率升高。這與在黑糯玉米[6]和糙米[14]上的研究一致。直鏈淀粉含量是影響淀粉糊透明度的重要因素[15]。Xu等[16]研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽糙米直鏈淀粉含量降低。發(fā)芽后，具有低直鏈淀粉的淀粉分子流動(dòng)動(dòng)力學(xué)半徑較小，在糊液中空間位阻較小，淀粉分子不易發(fā)生相互締合，則在淀粉糊中無(wú)殘存的淀粉顆粒以及回生后所形成的凝膠束，這可能是淀粉糊透明的原因[17]。然而，陳春旭等[18]和楊春等[19]研究發(fā)現(xiàn)，苦蕎發(fā)芽后淀粉透明度下降；徐建國(guó)[20]研究認(rèn)為，燕麥發(fā)芽后淀粉糊的透明度先減小后增加、在發(fā)芽36 h達(dá)到峰值后逐漸下降。這與本文結(jié)果不一致，可能與作物種類、發(fā)芽時(shí)間以及淀粉顆粒或表面的物質(zhì)成分有關(guān)。

3.2 藍(lán)值和碘結(jié)合力

淀粉的碘結(jié)合特性與直鏈淀粉的濃度及淀粉結(jié)構(gòu)有一定關(guān)系[21]。楊歡等[22]在糯玉米上的研究認(rèn)為，直鏈淀粉一般以螺旋構(gòu)象存在，通過氫鍵作用使分子內(nèi)基團(tuán)進(jìn)一步折疊，當(dāng)直鏈淀粉與碘液接觸時(shí)，能夠固定更多的碘分子，所以淀粉碘結(jié)合力可簡(jiǎn)單評(píng)估直鏈淀粉含量和淀粉中長(zhǎng)鏈比例。Xu等[16]在糙米上的研究認(rèn)為，發(fā)芽后直鏈淀粉含量降低，淀粉分子鏈長(zhǎng)變短。因此，推測(cè)發(fā)芽后直鏈淀粉含量降低和淀粉鏈長(zhǎng)變短是本實(shí)驗(yàn)玉米淀粉藍(lán)值和碘結(jié)合力降低的主要原因。

3.3 膨脹勢(shì)和溶解度

淀粉膨脹主要反映支鏈淀粉的特性，淀粉溶解則是直鏈淀粉從膨脹的顆粒中逸出[23]。本實(shí)驗(yàn)中，發(fā)芽處理后，兩種類型玉米淀粉膨脹勢(shì)升高，溶解度降低。可能是因?yàn)榘l(fā)芽時(shí)內(nèi)源淀粉酶被激活，引起直鏈淀粉和支鏈淀粉含量下降，分子間結(jié)合變得疏松，極性基團(tuán)易暴露在外與水結(jié)合，導(dǎo)致淀粉膨脹勢(shì)增大、溶解度減少[18]。本實(shí)驗(yàn)中，隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)，膨脹勢(shì)先降低后升高，溶解度先升高后降低。這與徐建國(guó)等[24]對(duì)燕麥的研究一致，但與陳春旭[18]對(duì)苦蕎的研究不一致，可能與作物種類、發(fā)芽條件及淀粉組成和結(jié)構(gòu)等有關(guān)，具體原因還有待進(jìn)一步研究。

3.4 熱特性

謝筆鈞等[25]對(duì)發(fā)芽燕麥淀粉熱特性的研究發(fā)現(xiàn)，以發(fā)芽72 h為界，前后兩段的糊化焓都是逐漸增加的，認(rèn)為這兩段發(fā)芽期內(nèi)淀粉結(jié)構(gòu)中的無(wú)序性結(jié)構(gòu)部分容易而且最先被水解，隨著發(fā)芽進(jìn)行，結(jié)構(gòu)的有序性不斷增強(qiáng)，當(dāng)無(wú)序結(jié)構(gòu)部分被分解到一定程度，暴露出來的有序結(jié)構(gòu)部分突然崩塌，產(chǎn)生新的無(wú)序結(jié)構(gòu)，糊化焓值又逐漸升高。本文中，隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)，普通玉米和糯玉米的熱焓值均呈先升高后降低的變化，推測(cè)淀粉顆粒的部分結(jié)構(gòu)也經(jīng)歷了類似的變化過程，這與在燕麥[25]上的研究基本一致。

熱焓值能反應(yīng)淀粉結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[26,27]。回生值能反映糊化淀粉在冷藏過程中的重結(jié)晶程度，熱焓值越高，結(jié)晶度較高，冷藏后重結(jié)晶程度越高，加熱過程中的能量轉(zhuǎn)換程度越高，淀粉越易回生[28-30]。本文中，普通玉米和糯玉米的熱焓值和回生值分別在發(fā)芽36、48 h最高，說明此時(shí)淀粉的穩(wěn)定性最高，且冷藏后能量轉(zhuǎn)換程度更高。

3.5 晶體特性

玉米發(fā)芽期間淀粉代謝過程相當(dāng)復(fù)雜，代謝會(huì)引起淀粉結(jié)構(gòu)和淀粉組分比例的變化，進(jìn)而導(dǎo)致微晶結(jié)構(gòu)的改變。在發(fā)芽初期，玉米種子最先利用的是小分子糖類，短時(shí)間內(nèi)對(duì)淀粉的微觀結(jié)構(gòu)不會(huì)造成顯著影響[31]；隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)，淀粉水解主要發(fā)生在非結(jié)晶區(qū)[32]，導(dǎo)致結(jié)晶度增大，尖峰強(qiáng)度升高；發(fā)芽后期，淀粉脫支酶活性增強(qiáng)[33,34]，破壞了支鏈淀粉形成的結(jié)晶區(qū)，導(dǎo)致結(jié)晶度降低，且淀粉酶的水解導(dǎo)致淀粉粒表面形成了多孔結(jié)構(gòu)、粒徑降低[35]，導(dǎo)致峰強(qiáng)降低。這與本研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

發(fā)芽后，玉米淀粉的溶解度和淀粉糊的透光率顯著增大，且隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)而升高；淀粉的藍(lán)值、碘結(jié)合力和膨潤(rùn)力有所減小，且隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。經(jīng)過發(fā)芽處理后，普通玉米淀粉的膠凝化和回生參數(shù)在發(fā)芽36 h時(shí)最高，而糯玉米淀粉在發(fā)芽48 h時(shí)最高。發(fā)芽提高了淀粉的結(jié)晶度，普通玉米淀粉結(jié)晶度在發(fā)芽60 h時(shí)最高，糯玉米淀粉則在發(fā)芽48 h時(shí)最高。可見，發(fā)芽對(duì)玉米淀粉的理化特性有一定的影響，具體影響因玉米類型及發(fā)芽時(shí)間而異。因此，發(fā)芽作為改變淀粉理化特性的一種手段，可以為玉米的加工利用提供借鑒。