淀粉粒徑對大麥淀粉物化特性的影響

肖璐婷，李秀紅，劉栗君，葉發銀,2,3*，趙國華,2,3

淀粉粒徑對大麥淀粉物化特性的影響

肖璐婷1，李秀紅1，劉栗君1，葉發銀1,2,3*，趙國華1,2,3

1西南大學食品科學學院，重慶 400715；2川渝共建特色食品重慶市重點實驗室，重慶 400715；3重慶市特色食品工程技術研究中心，重慶 400715

【目的】大麥籽粒是一類重要的谷物原料，在啤酒釀造、禽畜喂飼、藥食保健等領域的用途十分廣泛。研究表明，籽粒中的淀粉顆粒大小及淀粉組成結構決定其用途。通過研究不同品種大麥不同粒徑淀粉顆粒的組成結構及物化性質，為大麥淀粉加工利用提供參考。【方法】以西引2號（Xiyin-2）、京辛1號（Jingxin-1）、蘇啤6號（Supi-6）3種不同用途的大麥品種籽粒為原料，采用沉降分離法得到大、中、小3個粒徑的淀粉顆粒，研究顆粒顯微形態、淀粉晶體結構、直鏈淀粉含量、支鏈淀粉側鏈分布以及淀粉顆粒熱特性、水合性質、糊化特性和消化特性與粒徑的關系?！窘Y果】大顆粒大麥淀粉多呈盤狀，中顆粒淀粉呈扁圓形或橢球形，小顆粒淀粉呈球形或多角形。在偏振光顯微鏡下，所有大麥淀粉顆粒具有典型的偏光十字，且偏振光亮斑隨粒徑增加而增強。大麥淀粉的大顆粒占比最高（87.62%—89.48%），其次為中顆粒（8.97%—9.42%）和小顆粒（1.55%—3.29%）。大麥淀粉的表觀直鏈淀粉含量為19.12—30.63 g/100 g，粒徑對其含量的影響缺乏規律性。所有樣品均為A型結晶，相對結晶度隨著粒徑增大而增加。大麥支鏈淀粉的側鏈分布呈現雙峰模式，主峰在DP12處，次峰在DP38處，大麥支鏈淀粉以B1鏈含量最高（34.34%—44.76%），其次是A鏈（25.12%—34.52%），大麥支鏈淀粉的平均鏈長為DP 22.86—25.00。熱特性分析結果表明，小顆粒大麥淀粉的糊化溫度區間（?）最大，糊化焓（?）則隨著粒徑增加而增大。大麥淀粉的膨脹力表現出品種差異，京辛1號大麥淀粉所有粒徑顆粒均具有較高的膨脹力。糊化特性分析結果表明，大顆粒淀粉的峰值黏度、崩解值、終值黏度比中顆粒和小顆粒淀粉更高。消化特性分析結果表明，大麥淀粉顆?？煜矸郏≧DS）含量隨著粒徑減小而增加，而粒徑對其慢消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）含量的影響缺乏規律?！窘Y論】粒徑對大麥淀粉的直鏈淀粉含量、支鏈淀粉精細結構、相對結晶度等結構特征有較大影響，從而影響大麥淀粉的熱特性、糊化特性及消化特性等性能。

淀粉粒徑；大麥淀粉；分子結構；加工特性；消化特性

0 引言

【研究意義】在麥類、薯類、豆類等作物組織中，其富含的淀粉顆粒通常大小不一，并以特定的粒徑分布和數量比例存在。通過分級分離得到同一原料中的不同粒徑淀粉，通常具有不同的組成和結構，由此表現出不同的加工性能[1-2]。大麥（L.）的全球種植面積在禾谷類糧食作物中排第四位，僅次于小麥、水稻和玉米[3]。大麥目前主要用于釀造和飼料，有些大麥品種則作為雜糧供人食用。鑒于其豐富的營養成分和生物活性成分健康促進效應的不斷發現，以及加工手段的革新，大麥在營養與健康、食品及功能性配料加工等方面的研究日漸受到重視。淀粉是大麥胚乳的主要碳水化合物成分，占其干重的66%—75%[4]。大麥淀粉顆粒同樣呈現粒徑多樣性[5]。有關釀造大麥的研究結果表明，大麥淀粉的含量、組分及粒徑對啤酒和威士忌的品質和產量具有顯著影響。開展不同品種大麥來源的不同粒徑淀粉的結構組成及功能性的比較研究，對大麥淀粉加工利用及相關制品的開發具有理論指導和實際意義?！厩叭搜芯窟M展】不同品種的大麥淀粉均存在粒徑、組成和加工特性上的差異。JAISWAL等[6]將大麥淀粉劃分為A型（＞15μm）、B型（5—15μm）和C型（＜5μm）3種類型。TAKEDA等[7]研究表明大麥籽粒中大、中、小淀粉顆粒的支鏈淀粉平均鏈長及側鏈分布無明顯差異，但大、中顆粒的直鏈淀粉含量更高且其平均聚合度較小。MYLLRINEN等[8]研究發現大麥大顆粒淀粉中內源性脂質含量低于小顆粒。NAGULESWARAN等[9]研究表明大麥大顆粒淀粉的直鏈淀粉含量及相對結晶度高于小顆粒淀粉，而小顆粒淀粉具有更高的糊化溫度、更低的糊化焓，更易被淀粉酶水解。AHMED等[10]研究發現抗性淀粉的含量與粒徑＜15μm淀粉顆粒的比例呈正相關，而與粒徑在15—45 μm的淀粉顆粒比例呈負相關。有學者注意到不同粒徑的大麥淀粉在釀造品質上的差異[11]。在大麥淀粉糖化過程中，小顆粒淀粉維持結構完整的時間更長，甚至當大顆粒淀粉完全糊化后，還能觀測到小顆粒淀粉[12]。實際上，制麥芽含有相當比例的小顆粒大麥淀粉，由于它們比大顆粒的糊化溫度高，這會影響到糖化的效率和質量[13]。【本研究切入點】由于啤酒工業是大麥主要的消費領域，因此，國外開展了大麥淀粉粒徑與制麥芽加工特性的相關研究。國內有學者初步研究了釀造及飼料用大麥的籽粒結構和淀粉粒的特性[11]。但目前有關大麥淀粉顆粒的粒徑特異性對其加工特性及營養特性的影響研究偏少，不同用途（釀造、食用、飼料用）大麥籽粒中粒徑對大麥淀粉特性的研究值得深入，這對于專用型大麥淀粉的開發具有重要意義?！緮M解決的關鍵問題】粒徑與大麥淀粉理化性質及加工特性之間具有重要關聯性。本研究以不同用途（釀造、食用、飼料用）大麥籽粒為材料，通過提取淀粉、反復沉降分級分離出大、中、小顆粒淀粉。通過研究粒徑對大麥淀粉化學組成、分子結構、結晶特性、熱特性、水合特性、糊化特性、體外消化特性等理化性質的影響，并對粒徑與大麥淀粉加工性能之間關系進行分析，為大麥淀粉的修飾改性、相關功能性配料開發提供參考。

1 材料與方法

試驗于2017—2020年在西南大學食品科學學院食品科學實驗室進行。

1.1 試驗材料與試劑

大麥（L.）：西引2號（Xiyin-2），產地山東；京辛1號（Jingxin-1），產地江蘇；蘇啤6號（Supi-6），產地江蘇。

無水乙醇、乙酸鈉，成都科龍化工試劑廠；人工唾液（科達AR-8802），東莞市科鴻化工有限公司；胰蛋白酶、胃蛋白酶（400 U?mg-1）、淀粉葡萄糖苷酶（3 300 U?mL-1）、-淀粉酶（12 U?mL-1），美國Sigma-Aldrich有限公司；葡萄糖氧化酶/過氧化物酶(GOPOD)試劑盒，愛爾蘭Megazyme公司。

1.2 儀器與設備

分析天平（JA3003B）：上海精天電子儀器有限公司，恒溫水浴鍋（HH-W420）：金壇市大地自動化儀器廠，漩渦振蕩器（HQ60）：北方同正生物技術發展公司，普通粉碎機（JIASOUND）：永康市紅太陽機電有限公司，定時電腦泵（BT-100-4）：上海青浦滬西儀器廠，數顯酸度計（JA3003B）：杭州雷磁分析儀器廠，電熱恒溫鼓風干燥箱（DHG-9070A）：上海齊欣科學儀器有限公司，超聲波清洗器（KQ-500E）：昆山市超聲儀器有限公司，可見分光光度計（L6）：上海精科科學儀器廠，掃描電子顯微鏡（Quanta 200）：荷蘭FEI公司，熒光正置顯微鏡（BX53）：日本OLYMPUS公司，激光粒度散射儀（Mastersvzer2000）：英國馬爾文儀器有限公司，離子色譜儀（ICS-3000）：美國DIONEX公司，X-射線衍射儀（D2）：德國Bruker AXS有限公司，差示掃描量熱儀（DSC200F3）：德國NETZSCH公司，快速黏度分析儀（TecMaster RVA）：北京長流科學儀器公司，電子調溫萬用電爐（DK-98-11）：天津市泰斯特儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 大麥淀粉的制取與分級分離[14-15]稱取500g大麥籽粒，用普通粉碎機粉碎3 min，過100目篩，按料液比1﹕10將篩下物加入到質量分數0.5%的氫氧化鈉水溶液中，混合均勻后，靜置4h，采用1﹕1鹽酸調節體系pH至中性，離心（4 528×，20min），得到的沉淀加入蒸餾水，混合均勻后離心，重復以上操作直至沉淀中無肉眼可見的雜質。將沉淀置于40℃烘箱中干燥16h，得到西引2號、京辛1號和蘇啤6號的淀粉。進一步參照DHITAL等[16]研究方法對大、中、小顆粒的大麥淀粉進行分級分離。稱取原淀粉40g，放入2L量筒中，加蒸餾水至2L刻度線，用玻璃棒攪拌均勻。大麥淀粉因粒徑等差異呈現不同的沉降速度。不同粒徑淀粉采集的時間可由斯托克斯方程（式（1））得到：

式中，：水的黏度（1.003×10-3Pa·s-1，20℃）；：沉降高度（m）；：重力加速度（9.8m·s-2）；ρ：淀粉的密度（1 500kg·m-3）；ρ：水的密度（998.23kg·m-3）；：顆粒直徑（m）。

前期試驗發現，小淀粉（＜4.37 μm）可在靜置沉淀6h后，用定時電腦泵抽取中層300—1 400mL處的混合液，混合液經離心（4 528×，15min）得到，重復以上操作直至上清液澄清透明無明顯可見淀粉（至少重復7次）；對量筒中剩余的淀粉懸液靜置沉淀3h后，用定時電腦泵抽取中層300—1 400mL處的混合液，混合液經離心（3 578×，10min）得到中等顆粒的大麥淀粉（6.61—10.00 μm）；余下的即為大顆粒大麥淀粉（10.00—34.67 μm）。西引2號、京辛1號及蘇啤6號的大、中、小顆粒的淀粉分別標記為XLS、XMS、XSS、JLS、JMS、JSS、SLS、SMS和SSS。

1.3.2 大麥淀粉化學組成測定 水分含量按GB 5009.3—2016直接干燥法測定；灰分含量按GB 5009.4—2016灼燒法測定；粗蛋白含量按GB 5009.5—2016凱氏定氮法測定；直鏈淀粉含量測定參照GB/T 15683；總淀粉含量測定參照GB/T 5009.9— 2008。

1.3.3 顯微形貌及偏光十字觀測 將淀粉均勻鋪在鍍有雙面膠帶的鋁制短管上，置于離子濺射儀中，對樣品噴金處理，鍍上一層10 nm的薄膜后，在15 kV加速電壓下測定，并在不同放大倍數下采集電鏡圖片[16]。

稱取一定量的淀粉樣品，加入甘油﹕蒸餾水（1﹕1，v/v），攪拌得到6%的淀粉懸液，滴加于載玻片上，蓋上蓋玻片后，采用熒光正置顯微鏡分別在普通光及偏光下進行基本形貌和偏光十字觀測[17]。

1.3.4 淀粉相對結晶度測定 取0.5g淀粉樣品置于X-射線衍射儀的樣品盒中，采用步進掃描法。測試條件如下：靶及波長：Cu、Kα，1.5406?；Ni片濾波；狹縫系統：DS/RS/SS=1.0/0.1/1.0mm；探測器：閃爍計數器；電壓：40kV；電流：40mA；掃描速度：2°/min；掃描范圍：3—60°（2）；步寬：0.02°；掃描方式：連續。采用MDI jade6計算淀粉的相對結晶度[18]。

1.3.5 粒徑分布測定 稱取1.0g淀粉，置于激光粒度分析儀的樣品池中，加入蒸餾水，用超聲波振蕩2min，使淀粉顆粒均勻分布，當遮光率達到15%—20%時，測定粒徑范圍及分布[19]。測試條件：顆粒折射率：1.530；分析模式：通用；分散劑：蒸餾水。

1.3.6 支鏈淀粉鏈長分布測定 支鏈淀粉鏈長分布使用配備有脈沖安培檢測器的高效陰離子交換色譜儀測定，方法參照文獻[20]。色譜柱：CarboPac PA20（3 mm×150 mm）分析柱和CarboPac PA20（3 mm×30 mm）保護柱；流動相：NaOH（0.1 mol?L-1）、NaOH（0.1 mol?L-1）+NaAc（1 mol?L-1）、水；固定相：陰離子交換樹脂；流速：0.4 mL·min-1；柱溫：30℃。

1.3.7 水合性質測定 0.1g干淀粉（105℃預處理2h）置于試管中，加入10mL蒸餾水，室溫下磁力攪拌30min；接著將樣品分別置于65℃、75℃、85℃、95℃水浴中保溫1h。然后迅速將其冷卻至室溫，并轉移到離心管中離心（1 006×，15min）。淀粉的溶解性（）和膨脹力（）分別由（2）和（3）方程計算得到[21]：

式中：0為淀粉干基重量（g）；1為上清液烘干至恒重后的質量（g）；2為沉淀物的初始重量（g）；3為沉淀物烘干至恒重后的質量（g）。

1.3.8 熱特性測定 采用差示掃描量熱儀進行熱特性的測定[11]。稱取2.5mg淀粉試樣，加水量與淀粉試樣質量比為2.5﹕1，封于坩堝中，在4℃平衡24h后測定。掃描條件：掃描范圍：20℃—100℃；掃描速率：10 ℃·min-1。

1.3.9 糊化特性測定 采用快速黏度分析儀進行糊化特性的測定[22]。準確稱取3.0g淀粉，制取成6%的淀粉懸液倒入專用鋁盒中，混合均勻，測定糊化參數。測定條件：10s內離心力由960r/min降到160r/min并保持穩定。50℃維持1min，以10℃·min-1升溫至95℃，在95℃保持5min，然后以10℃·min-1的速度冷卻到50℃，在50℃保持2min。

1.3.10 淀粉顆粒的體外消化特性測定 準確稱量約0.5 g淀粉，用含-淀粉酶（1 mL，290U?mL-1）的人工唾液處理15—20s，然后加入胃蛋白酶（5 mL，1 mg·mL-1）、稀鹽酸（5mL，0.02mol·L-1），在37℃下于振蕩水浴中水解30min。加入氫氧化鈉溶液（5mL，0.02mol·L-1），然后加入乙酸鈉緩沖液（10 mL，0.2mol·L-1）、胰蛋白酶（2mg·mL-1）和淀粉葡萄糖苷酶（28μL·mL-1）的混合物。反應體系在37℃分別酶解0、20和120min。在每個指定的水解時間結束后，置于冰水混合物中10min終止反應，離心。將上清液與GOPOD試劑混合，反應液于510nm波長下比色。葡萄糖釋放量根據標準曲線計算。大麥淀粉的快消化淀粉（rapidly digestible starch，RDS）、慢消化淀粉（slowly digestible starch，SDS）和抗性淀粉（resistant starch，RS）含量可以分別由式（4）、（5）和（6）得到[16,23]：

(%)=[(20-)×0.9/]×100（4）

(%)=[(120-20)×0.9/]×100（5）

(%)=1-(+) （6）

式中，20為酶水解20min 后的總葡萄糖含量（mg）；為樣品中總淀粉含量（mg）；為酶水解處理前樣品中葡萄糖含量（mg）；120為酶水解120min后的總葡萄糖含量（mg）。

1.4 數據統計與分析

所有測定至少重復3次，結果以平均值±標準偏差表示。繪圖采用Origin18.0進行。采用SPSS 20.0進行統計分析，用Duncan’s法進行顯著性檢驗(＜0.05）。

2 結果

2.1 大麥淀粉顆粒的化學組成

各品種大麥淀粉的水分含量在10.93—15.90 g/100 g。3種大麥淀粉的含量在98.13—98.95 g/100 g。各品種大麥淀粉的總淀粉含量無顯著性差異，表觀直鏈淀粉含量有顯著性差異（＜0.05），其中京辛1號總淀粉含量最高（98.95 g/100 g），西引2號直鏈淀粉含量為27.60%，比京辛1號和蘇啤6號分別高5.23%和2.9%（表1）。大麥淀粉根據在水中的不同沉降時間，可以分為大、中、小顆粒淀粉，不同粒徑級的D[3,2]、D[4,3]和d(0.5)值如表1所示。各品種大麥淀粉的D[3,2]在7.53—8.31μm，D[4,3]在16.20—17.13μm，D[3,2]和D[4,3]之間差異較大，說明3種大麥淀粉粒徑分布較為分散。除京辛1號淀粉外，西引2號與蘇啤6號淀粉D[3,2]、D[4,3]、d(0.5)均無顯著性差異。

表1 大麥淀粉的基本特性*

*：除水分外，其余含量均為干基。同行不同小寫字母表示差異顯著（＜0.05)

The other contents are presented as dry basis except moisture.Different letters in the same row indicate significant differences (＜0.05)

2.2 不同粒徑大麥淀粉的顯微形貌及偏光十字特征

3個品種大麥淀粉經過分級分離后得到大、中、小顆粒的淀粉，采用光學顯微鏡按照白光及偏振光模式對其進行觀測，結果如圖1所示。對大、中淀粉顆粒而言，白光模式下淀粉顆粒內部呈現一些陰影區域，這說明淀粉顆粒不同區域具有不同透光性。在偏振光模式下，各粒徑淀粉顆粒具有典型的偏光十字，其交叉點（臍點）基本處于淀粉粒的幾何中心。偏振光模式下亮斑的亮度在大顆粒中最強，中等顆粒次之，而小顆粒的最暗。

在光學顯微觀測的基礎上，為觀測不同粒徑大麥淀粉顆粒的顯微結構，采取掃描電子顯微鏡分析。圖2顯示，大、中顆粒的尺寸差異較小，而小顆粒淀粉的尺寸遠小于大、中顆粒。大顆粒大麥淀粉呈盤狀，中顆粒淀粉呈扁圓形或橢球形，小顆粒淀粉呈球形或多角形。

2.3 不同粒徑大麥淀粉的組成及直鏈淀粉含量

表2所示，大淀粉顆粒體積百分比最大（87.62%—89.48%），其次是中顆粒（8.97%—9.42%），小顆粒淀粉的體積百分比最小（1.55%—3.29%）。3個品種大麥淀粉的直鏈淀粉含量存在粒徑差異性。對于西引2號，中等顆粒的直鏈淀粉含量最高，而京辛1號和蘇啤6號則是大顆粒淀粉直鏈淀粉含量最高，兩個品種的直鏈淀粉含量反而是中等顆粒的最小。

2.4 不同粒徑大麥淀粉的支鏈淀粉鏈長分布特征

采用高效陰離子交換色譜得到不同粒徑大麥淀粉的支鏈淀粉鏈長分布曲線，結果如圖3所示。經過分級分離后得到大、中、小顆粒的淀粉，其支鏈淀粉鏈長分布曲線均呈現出兩個明顯的峰值，第一個峰值出現在DP 12，另一個峰值出現在DP 38附近。根據HANASHIRO等[24]的研究，通常將支鏈淀粉側鏈分布按照聚合度（DP）分為4部分：A鏈（DP 6—12）、B1鏈（DP 13—24）、B2鏈（DP 25—36）和B3鏈（DP＞36）。由表2可見，直鏈淀粉的平均鏈長在DP 22.86—25.00。3個品種的大麥支鏈淀粉側鏈分布均以B1鏈的百分比最大，A鏈次之，然后是B2鏈和B3鏈。對于A鏈，西引2號小顆粒淀粉以及京辛1號和蘇啤6號大顆粒淀粉的A鏈比例最高；B1鏈及B2鏈的百分比最高值也出現在不同粒徑的淀粉中；僅B3鏈的百分比在所有中等顆粒的淀粉中出現最大值。

圖1 大麥淀粉的常規光學顯微鏡圖和偏光十字圖

A、B、C：西引2號大麥淀粉,分別放大500倍、1000倍、5000倍；D、E、F：京辛1號大麥淀粉,分別放大500倍、1000倍、5000倍；G、H、I：蘇啤6號大麥淀粉,分別放大500倍、1000倍、5000倍

表2 大麥大、中、小淀粉顆粒的性質

XLS、XMS、XSS：西引2號大麥大、中、小淀粉顆粒；JLS、JMS、JSS：京辛1號大麥大、中、小淀粉顆粒；SLS、SMS、SSS：蘇啤6號大麥大、中、小淀粉顆粒。下同

2.5 不同粒徑大麥淀粉的結晶特性

由圖4可知，3種大麥淀粉的大、中、小顆粒淀粉均呈現出典型的A型淀粉衍射特征，在15°和23°有強特征峰，在17°和18°出現雙峰[25]。所有粒徑的大麥淀粉在=20°的位置上有V型直鏈淀粉-脂類包合物的特征峰。西引2號淀粉的中、小顆粒還在=13°呈現V型特征峰。結合表2，3個品種大麥淀粉的相對結晶度呈現粒徑差異性，大顆粒的相對結晶度最大，中等顆粒的次之，小顆粒的最小。其中，京辛1號淀粉的大、小顆粒的相對結晶度差值最大（相差18%），而蘇啤6號淀粉的大、小顆粒的相對結晶度差值最?。ㄏ嗖?.1%）。

圖4 不同粒徑的大麥淀粉X-射線衍射圖

2.6 不同粒徑大麥淀粉的熱特性

對于3個品種的大麥淀粉，起始糊化溫度（o）隨著淀粉粒徑的減小而降低，而峰值糊化溫度（p）和終值糊化溫度（c）隨著淀粉粒徑的減小而增大。這使小顆粒淀粉具有最大的糊化溫度區間（?）。結果表明，京辛1號的小顆粒淀粉o（60.1℃）最小，而p（67.0℃）和c（72.9℃）具有最高值。另外，糊化焓（?）隨著淀粉粒徑的增加而增大。其中，西引2號大顆粒淀粉的?最大（7.55 J·g-1）（表3）。

2.7 不同粒徑大麥淀粉的水合特性

大、中顆粒大麥淀粉的溶解性和膨脹力如圖5所示。隨著溫度上升，大、中、小顆粒淀粉的溶解性和膨脹力均隨之增加。就膨脹力而言，京辛1號大、中顆粒淀粉在65℃—95℃區間的膨脹力高于其他大麥淀粉樣品（圖5-B）。

表3 大、中、小大麥淀粉的熱特性和糊化特性

圖5 不同粒徑的大麥淀粉的溶解性和膨脹力曲線

2.8 不同粒徑大麥淀粉的糊化特性

如圖6所示，粒徑對大麥淀粉糊化特性的影響呈現品種特異性。對于西引2號淀粉，中顆粒的峰值黏度和最終黏度低于大顆粒的，但谷值黏度未受到粒徑影響；對于京辛1號大麥淀粉，峰值黏度、谷值黏度和最終黏度均是大顆粒的大于中等顆粒；而對于蘇啤6號大麥淀粉，大、中顆粒淀粉之間糊化特性差異主要在峰值黏度上。總體而言，京辛1號大顆粒淀粉具有最大的峰值黏度和最終黏度，而西引2號中顆粒淀粉具有最小的峰值黏度和最終黏度。中等顆粒淀粉比大顆粒淀粉具有更高的糊化溫度（表3）。其中，西引2號中顆粒淀粉的糊化溫度最高（83.9℃）。但是，西引2號中顆粒淀粉的峰值黏度最低（1 789cP），其膨脹力較差[26]，從圖5的結果也可以得到驗證。

圖6 大麥淀粉糊化特性曲線

2.9 不同粒徑大麥淀粉的快消化淀粉、慢消化淀粉與抗性淀粉含量

由表4可知，不同粒徑大麥淀粉的RDS、SDS和RS含量呈現顯著性差異（＜0.05）。3種大麥淀粉中，小顆粒淀粉的RDS含量最高，其次是中顆粒，最后是大顆粒。對于西引2號和京辛1號，大、中顆粒的SDS含量高于小顆粒淀粉，蘇啤6號則是中、小顆粒淀粉的SDS含量高于大顆粒淀粉?？傮w而言，3種大麥淀粉的RS含量低于RDS和SDS。淀粉顆粒尺寸對于RS含量影響并無規律性。其中，西引2號大顆粒淀粉的RS含量最高（26.81%），蘇啤6號小顆粒淀粉的RS含量最低（6.90%）。

表4 大麥籽粒中大中小淀粉顆粒的快消化淀粉、慢消化淀粉與抗性淀粉的含量

同列不同字母表示差異顯著（＜0.05）

Different letters in the same column indicate significant differences (＜0.05)

3 討論

3.1 粒徑對大麥淀粉化學組成的影響

在本研究中，3個品種大麥淀粉的蛋白質含量為1.02—1.54 g/100 g，高于GAO等[27]測得6種大麥淀粉的蛋白質含量（0.04—0.30 g/100 g），也高于NAGULESWARAN等[9]測得的蠟質、普通及高直鏈大麥淀粉的蛋白質含量（0.20%—0.42%）。造成這種差異的原因可能在于淀粉提取過程，不同方法對蛋白質脫除程度的差異。此外，3個品種大麥淀粉的直鏈淀粉含量為22.37—27.60 g/100 g。這與TAKEDA等[7]報道日本大麥中直鏈淀粉含量（25.0 g/100 g）以及NAGULESWARAN等[9]報道加拿大大麥淀粉中（23.6 g/100 g）的結果相近。3個品種大麥淀粉經分級分離后，得到大、中、小顆粒，分級處理對總淀粉含量影響不大，這與NAGULESWARAN等[9]的結果一致。不同粒徑淀粉顆粒中直鏈淀粉含量存在差異。DHITAL等[28]研究發現對于玉米及馬鈴薯淀粉，直鏈淀粉含量均隨著淀粉顆粒尺寸的增加而增加，KASEMWONG等[26]對芭蕉芋（）淀粉分級分離后，發現大顆粒淀粉的直鏈淀粉含量為38.7 g/100 g，而小顆粒為29.2 g/100 g。本研究中粒徑對大麥淀粉直鏈淀粉含量的影響缺乏一定規律。這可能是因為直鏈淀粉含量受品種、生長環境、測定方法的影響[7,9,12,29]。

3.2 粒徑對大麥淀粉結構特性的影響

禾本科作物葉片通過光合作用產生蔗糖，并通過韌皮部運輸到籽粒當中，經過淀粉合成酶的作用形成淀粉[30]。由于淀粉合成與積累關鍵酶的調控原因，在胚乳發育前期形成的淀粉粒最終成為大顆粒淀粉，在胚乳發育中期形成的則成為中等顆粒淀粉，小顆粒淀粉主要在胚乳發育后期形成[31-32]。本研究中，3個品種的大麥淀粉均以大顆粒為主，這與JAISWAL等[6]關于大麥淀粉的研究結果一致。WEI等[33]也發現Yangsimai-3大麥淀粉的大顆粒占絕對比例。

大麥淀粉不同粒徑的顆粒具有不同的形態結構[7,9,15,34]。韋存虛等[4]報道啤酒大麥與飼用大麥都具有大、中、小3類淀粉粒，其中大顆粒淀粉多為盤狀，而中、小淀粉顆粒為球形。WEI等[33]研究發現Yangsimai-3大麥淀粉的大、中顆粒呈球型或橢球型，而小顆粒呈球型、多角型或不規則型，有些中、小顆粒大麥淀粉甚至呈圓盤狀。NAGULESWARAN等[9]則報道大顆粒大麥淀粉呈球形、盤狀或似透鏡鏡片形狀，而小顆粒淀粉呈現不規則型或球形。麥類作物淀粉在偏振光顯微鏡下會呈現偏光十字，偏光十字的交叉點即為淀粉顆粒的生長點。研究表明，偏光十字圖的視覺強度大小與淀粉顆粒的有序性或結晶度密切相關[17]。本研究中，亮斑的強度隨淀粉粒徑的減小而減弱，這反映出大麥淀粉顆粒中的有序性隨粒徑減小而逐漸降低[1]。ZHANG等[1]在研究小麥A、B淀粉時發現，A淀粉的雙折射強度大于B淀粉，這與A淀粉相對結晶度（31.95%）高于B淀粉（相對結晶度29.38%）及A淀粉的近程有序度高于B淀粉等結果一致。LI等[35]研究發現對于普通及蠟質小麥淀粉，A淀粉偏光十字的清晰程度高于B淀粉。本研究結果與上述報道一致。

大麥支鏈淀粉側鏈分布的多樣性與其基因、種植條件有關。前期研究發現，大麥支鏈淀粉的鏈長分布呈現雙峰分布特征，其中主峰在DP 12，次峰在DP 48或DP 50，有些品種的大麥支鏈淀粉中還存在超長側鏈（DP＞67）[36]。K?LLMAN等[37]發現6個品種的大麥支鏈淀粉以DP 9—17側鏈為主，其次是DP 22—37側鏈。ZHAO等[38]發現10個品種的大麥支鏈淀粉以DP 8—14側鏈為主，其次是DP 15—27側鏈。TAKEDA[7]等研究發現大麥淀粉大、中、小顆粒的支鏈淀粉鏈長分布的主峰均在DP 12附近且峰形相似，但不同粒徑之間各DP的相對含量有所不同。例如，大、小顆粒相比較，小顆粒淀粉具有更多的A及B1側鏈（DP 6—9和DP 16—19），而大顆粒淀粉具有更豐富的長側鏈（B2及B3側鏈）。本研究的大麥淀粉中，DP＞24的側鏈比例高于ZHAO等[38]研究的大麥淀粉材料，但與K?LLMAN等[37]研究材料的這一側鏈比例相當。有研究表明，支鏈淀粉的長側鏈對淀粉的工藝學特性有顯著影響。李春燕等[39]研究發現小麥淀粉中支鏈淀粉長側鏈比例越高，小麥淀粉的冷糊黏度越大。LI等[40]研究發現對于糊化大米淀粉，其支鏈淀粉的中長側鏈比例越高，越容易被淀粉葡萄糖苷酶水解，并認為增加支鏈淀粉短側鏈比例有利于制備得到低升糖指數的大米淀粉基制品。

研究表明，大麥淀粉主要呈現A型結晶[9]，在=17°和18°處出現雙峰，在=15°、20°、23°為單峰。本研究的3種大麥淀粉也為A型結晶。一般認為，在為13°和20°處為V型峰，反映淀粉顆粒中存在直鏈淀粉-脂類包合物結構。V型結晶大約貢獻了3%的相對結晶度[41]。但也有報道指出一些高直鏈大麥品種的淀粉為B型或B+V型結晶[42]。TANG等[15]將蠟質大麥籽粒從外層向內逐層剝離得到不同部位的級分，對每一級分進一步分級分離大、中、小顆粒的淀粉，發現蠟質大麥淀粉的相對結晶度呈現粒徑差異，籽粒外層是中顆粒的相對結晶度最高，而籽粒內部淀粉的相對結晶度則隨著粒徑增加而增大。麥類作物淀粉的相對結晶度與支鏈淀粉結構、側鏈平均鏈長和直鏈淀粉含量有關。研究表明，長側鏈更容易形成雙螺旋，從而賦予淀粉更高的結晶度[25]。

3.3 粒徑對大麥淀粉理化特性的影響

淀粉顆粒的熱特性反映淀粉結晶結構的熱穩定性。多項研究表明[15,29,43]，對于同一品種的大麥淀粉，大顆粒比小顆粒的糊化焓（）更高。本研究結果與上述結論一致。大顆粒比小顆粒淀粉具有更大的原因可能是大顆粒淀粉的結晶度較大，其在糊化過程中破壞微晶束需要更多能量[43]。本研究中，大麥淀粉的糊化溫度范圍（）最大值見于小顆粒淀粉，且隨著粒徑增加而減小。TANG等[15]報道無論是從大麥籽粒外層或內部分離得到的大麥淀粉，均是小顆粒淀粉的值最大，中等顆粒的次之，大顆粒的最小。這可能是因為小顆粒中的內源性脂質與淀粉互作使其難以糊化[21,43]。

淀粉顆粒的水合性質主要與淀粉的化學組成和顆粒特性有關。膨脹力反映淀粉顆粒中無定型區與結晶區淀粉鏈段相互作用的程度[36]，這受直鏈淀粉含量、分子量分布、支鏈淀粉分支度及側鏈分布等因素的影響。研究表明，較低的直鏈淀粉含量及較高比例的A淀粉（大顆粒）使軟質小麥淀粉膨脹力高于硬質小麥淀粉；B淀粉（小顆粒）則水合性質較差[2]。本研究中，較大顆粒的大麥淀粉具有較高的膨脹力。淀粉的溶解力和膨脹力隨溫度的升高而增加，表明升高溫度加快了直鏈淀粉組分的溶出，促進了水分子進入淀粉顆粒內部使其膨脹[21]。SHANG等[2]研究發現硬質小麥B淀粉比A淀粉的溶解性更大，這主要與前者含有較多蛋白質和可溶性碳水化合物有關。LI等[25]研究認為溶解性主要取決于直鏈淀粉的溶出，直鏈淀粉-脂質復合物結構存在或淀粉顆粒膨脹力弱都會造成淀粉顆粒的溶解性差。

淀粉的糊化曲線反映淀粉懸液在加熱升溫、熱保溫、降溫及冷保溫過程的黏度變化。本研究中，3個品種的大麥淀粉均是大顆粒級分具有較高的峰值黏度。KASEMWONG等[26]研究發現芭蕉芋淀粉中的大顆粒級分比小顆粒級分的峰值黏度大。Li等[35]研究發現無論是蠟質還是普通小麥，A淀粉的糊化曲線在B淀粉之上，即A淀粉的峰值黏度、谷值黏度、冷糊黏度均高于B淀粉。本研究結果顯示所有不同粒徑的大麥淀粉越過峰值黏度后呈現剪切變稀特性，較大顆粒淀粉具有更大的崩解值。DHITAL等[28]研究表明馬鈴薯淀粉的大顆粒比小顆粒的熱糊穩定性差。此外，本研究還發現蘇啤6號大麥淀粉達到峰值所需時間隨著顆粒尺寸的減小而提前（圖6）。MEI等[18]研究顯示桄榔淀粉中的小顆粒組分比大顆粒組分達到峰值所需時間提前了近1 min。同時，3個品種大麥淀粉的大顆粒表現出較高的冷糊黏度，這一結果與前人報道的規律一致[44]。

淀粉顆粒的消化特性與多種因素有關。本研究中，3個品種大麥淀粉的RDS含量隨著粒徑減小而增加，即小顆粒淀粉更容易酶水解。DHITAL等[28]研究發現玉米和馬鈴薯淀粉顆粒的酶水解速率與其粒徑呈負相關，即最小粒徑顆粒的酶水解速率最大。與大顆粒淀粉相比，由于小淀粉顆粒的比表面積相對較大，更有利于酶的吸附，因此消化更快[13]。DE SCHEPPER等[11]研究發現在制麥芽過程中，所考察的3個品種釀造的大麥均表現出小顆粒淀粉比大顆粒淀粉的水解速度更快。但是，粒徑對大麥淀粉顆粒SDS和RS含量的影響缺乏規律。對于蘇啤6號大麥淀粉，RS含量隨著粒徑減小而下降，而西引2號和京辛1號淀粉的RS含量在中顆粒上出現最低值。LIN等[45]研究發現，對于高直鏈玉米淀粉，顆粒中RS含量隨著粒徑減小而增加，而對于普通玉米淀粉，粒徑對RS含量的影響無顯著性差異。這表明淀粉顆粒的酶解消化性不僅與粒徑有關，而且與淀粉顆粒本身的性質或來源有關[46]。

4 結論

本研究選取3種大麥淀粉，采取沉降分離法得到大、中、小3個粒徑的大麥淀粉顆粒。從體積百分比看，大顆粒淀粉占87.62%—89.48%，中顆粒淀粉占8.97%—9.42%，小顆粒淀粉占1.55%—3.29%。所有淀粉的結晶型均為A型，相對結晶度隨著粒徑增大而增加。大麥淀粉的表觀直鏈淀粉含量在19.12—30.63 g/100 g，粒徑對其含量的影響缺乏規律性。大麥支鏈淀粉的側鏈分布呈現雙峰模式，主峰在DP 12處，次峰在DP 38處。大麥支鏈淀粉平均鏈長為DP 22.86—25.00，以B1鏈比例最高，其次是A鏈。就熱特性而言，小顆粒大麥淀粉的糊化溫度區間（?）最大，而糊化焓（?）隨粒徑增加而增大。大麥淀粉的膨脹力存在品種間差異，京辛1號大麥淀粉具有較高的膨脹力。就糊化特性而言，大顆粒淀粉比小顆粒淀粉的峰值黏度、崩解值、冷糊黏度更高。大麥淀粉顆粒快消化淀粉含量隨粒徑減小而增加，而粒徑對其慢消化淀粉和抗性淀粉含量的影響缺乏規律。不同粒徑大麥淀粉的應用特性值得深入研究。

[1] ZHANG B J, LI X X, LIU J, XIE F W, CHEN L.Supramolecular structure of A- and B-type granules of wheat starch.Food Hydrocolloids, 2013, 31(1): 68-73.

[2] SHANG J Y, LI L, ZHAO B, LIU M, ZHENG X L.Comparative studies on physicochemical properties of total, A- and B-type starch from soft and hard wheat varieties.International Journal of Biological Macromolecules, 2020, 154: 714-723.doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.03.150.

[3] PUNIA S.Barley starch: Structure, properties anddigestibility-A review.International Journal of Biological Macromolecules, 2020, 155: 868-875.doi:10.1016/j.ijbiomac.2019.11.219.

[4] 韋存虛, 張靜, 鐘方旭, 周衛東, 許如根, 馬雷.啤酒大麥與飼用大麥籽粒結構和淀粉粒的比較研究.麥類作物學報, 2006, 26(4): 133-138.

WEI C X, ZHANG J, ZHONG F X, ZHOU W D, XU R G, MA L.Comparison of the starch granule and kernel structure between feed and malt barley varieties.Journal of Triticeae Crops, 2006, 26(4): 133-138.(in Chinese)

[5] YU W W, TAN X L, ZOU W, HU Z X, FOX G P, GIDLEY M J, GILBERT R G.Relationships between protein content, starch molecular structure and grain size in barley.Carbohydrate Polymers, 2017, 155: 271-279.doi: 10.1016/j.carbpol.2016.08.078.

[6] JAISWAL S, MONICA B, GEETIKA A, ROSSNAGEL B G, CHIBBAR R N.Development of barley (L.) lines with altered starch granule size distribution.Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2014, 62(10): 2289-2296.

[7] TAKEDA Y, TAKEDA C, MIZUKAMI H, HANASHIRO I.Structures of large, medium and small starch granules of barley grain.Carbohydrate Polymers, 1999, 38(2):109-114.

[8] MYLLRINEN P, AUTIO K, SCHULMAN A H, POUTANEN K.Heat-induced structural changes of small and large barley starch granules.Journal of the Institute of Brewing, 1998, 104: 343-349.

[9] NAGULESWARAN S, VASANTJAN T, HOOVER R, BRESSLER D.The susceptibility of large and small granules of waxy, normal and high-amylose genotypes of barley and corn starches toward amylolysis at sub-gelatinization temperatures.Food Research International, 2013, 51(2): 771-782.

[10] AHMED Z, TETLOW I J, FALK D E, LIU Q, EMES M J.Resistant starch content is related to granule size in barley.Cereal Chemistry, 2016, 93(6): 618-630.

[11] DE SCHEPPER C F, MICHIELS P, LANGENAEKEN N A, COURTIN C M.Accurate quantification of small and large starch granules in barley and malt.Carbohydrate Polymers, 2020, 227: 115329.doi: 10.1016/j.carbpol.2019.115329.

[12] LANGENAEKEN N A, DE SCHEPPER C F, DE SCHUTTER D P, COURTIN C M.Different gelatinization characteristics of small and large barley starch granules impact their enzymatic hydrolysis and sugar production during mashing.Food Chemistry, 2019, 295: 138-146.doi:10.1016/j.foodchem.2019.05.045.

[13] DE SCHEPPER C F, GIELENS D R S, COURTIN C M.A new method to isolate and separate small and large starch granules from barley and malt.Food Hydrocolloids, 2021, 120: 106907.

[14] GUO Q, HE Z H, XIA X C, QU Y Y, ZHANG Y.Effects of wheat starch granule size distribution on qualities of Chinese steamed bread and raw white noodles.Cereal Chemistry, 2014, 91(6): 623-630.

[15] TANG H J, ANDO H, WATANABE K, TAKEDA Y, MITSUNAGA T.Some physicochemical properties of small-, medium-, and large- granule starches in fractions of waxy barley grain.Cereal Chemistry, 2000, 77(1): 27-31.

[16] DHITAL S, SHRESTHA A K, GIDLEY M J.Relationship between granule size anddigestibility of maize and potato starches.Carbohydrate Polymers, 2010, 82(2): 480-488.

[17] XIAO H X, WANG S Y, XU W Z, YIN Y Q, XU D, ZHANG L, LIU G Q, LUO F J, SUN S G, LIN Q L, XU B C.The study on starch granules by using darkfield and polarized light microscopy.Journal of Food Composition and Analysis, 2020, 92: 103576.

[18] MEI J Y, ZHANG L, LIN Y, LI S B, BAI C H, FU Z.Pasting, rheological, and thermal properties and structural characteristics of large and smallstarch granules.Starch-St?rke, 2020, 72(11): 1900293.

[19] LIU T X, MA M X, GUO K, HU G L, ZHANG L, WEI C X.Structural, thermal, and hydrolysis properties of large and small granules from C-type starches of four Chinese chestnut varieties.International Journal of Biological Macromolecules, 2019, 137: 712-720.

[20] GAO L C, WANG H L, WAN C X, LENG J J, WANG P K, YANG P, GAO X L, GAO J F.Structural, pasting and thermal properties of common buckwheat (Moench) starches affected by molecular structure.International Journal of Biological Macromolecules, 2020, 156: 120-126.doi:10.1016/j.ijbiomac.2020.04.064.

[21] LIN L S, HUANG J, ZHAO L X, WANG J, WANG Z F, , WEI C X.Effect of granule size on the properties of lotus rhizome C-type starch.Carbohydrate Polymers, 2015, 134: 448-457.doi:10.1016/j.carbpol.2015.08.026.

[22] AL-ANSI W, MUSHTAQ B S, MAHDI A A, AL-MAQTARI Q A, AL-ADEEB A, AHMED A, FAN M C, LI Y, QIAN H F, LIU J X, WANG L.Molecular structure, morphological, and physicochemical properties of highlands barley starch as affected by natural fermentation.Food Chemistry, 2021, 356: 129665.doi: 10.1016/j.foodchem.2021.129665.

[23] 張慧, 洪雁, 顧正彪, 汪振炯.3種谷物全粉中淀粉的消化性及影響因素.食品與發酵工業, 2012, 38(11): 26-31.

ZHANG H, HONG Y, GU Z B, WANG Z J.Starch digestibility and the influence factors in three grain flours.Food and Fermentation Industries, 2012, 38(11): 26-31.(in Chinese)

[24] HANASHIRO I, ABE J, HIZUKURI S.A periodic distribution of the chain length of amylopectin as revealed by high-performance anion- exchange chromatography.Carbohydrate Research, 1996, 283(2): 151-159.

[25] LI C Y, ZHOU D D, FAN T, WANG M Y, ZHU M, DING J G, ZHU X K, GUO W S, SHI Y C.Structure and physicochemical properties of two waxy wheat starches.Food Chemistry, 2020, 318: 126492.doi: 10.1016/j.foodchem.2020.126492.

[26] KASEMWONG K, PIYACHOMKWAN K, WANSUKSRI R, SRIROTH K.Granule sizes of(edulis) starches and their reactivity toward hydration, enzyme hydrolysis and chemical substitution.Starch/Staerke, 2008, 60(11): 624-633.

[27] GAO J, VASANTHAN T, HOOVER R.Isolation and characterization of high-purity starch isolates from regular, waxy, and high-amylose hulless barley grains.Cereal Chemistry, 2009, 86(2): 157-163.

[28] DHITAL S, SHRESTHA A K, HASJIM J, GIDLEY M J.Physicochemical and structural properties of maize and potato starches as a function of granule size.Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2011, 59(18): 10151-10161.doi:10.1021/jf202293s.

[29] TANG H J, ANDO H, WATANABE K, TAKEDA Y, MITSUNAGA T.Physicochemical properties and structure of large, medium and small granule starches in fractions of normal barley endosperm.Carbohydrate Research, 2001, 330(2): 241-248.

[30] JAMES M G, DENYER K, MYERS A M.Starch synthesis in the cereal endosperm.Current Opinion in Plant Biology, 2003, 6(3): 215-222.doi: 10.1016/s1369-5266(03)00042-6.

[31] CHEN G X, ZHU J T, ZHOU J W, SUBBURAJ S, ZHANG M, HAN C X, HAO P C, LI X H, YAN Y M.Dynamic development of starch granules and the regulation of starch biosynthesis in: Comparison with common wheat and.BMC Plant Biology, 2014, 14: 198.doi:10.1186/s12870-014-0198-2.

[32] CAO H, YAN X, CHEN G X, ZHOU J W, LI X H, MA W J, YAN Y M.Comparative proteome analysis of A- and B-type starch granule-associated proteins in bread wheat (L.) and.Journal of Proteomics, 2015, 112: 95-112.doi: 10.1016/j.jprot.2014.08.002.

[33] WEI C X, ZHANG J, ZHOU W D, CHEN Y F, XU R G.Development of small starch granule in barley endosperm.Acta Agronomica Sinica, 2008, 34(10): 1788-1796.

[34] KUMARI S, YADAV B S, YADAV R B.Effect of nano-conversion on morphological, rheological and thermal properties of barley starch.Journal of Food Science and Technology, 2022, 59(2): 467-477.doi: 10.1007/s13197-021-05029-0.

[35] LI W H, GAO J M, WU G, ZHENG J M, OUYANG S H, LUO Q G.Physicochemical and structural properties of A- and B-starch isolated from normal and waxy wheat: Effects of lipids removal.Food Hydrocolloids, 2016, 60: 364-373.

[36] SONG Y, JANE J.Characterization of barley starches of waxy, normal, and high amylose varieties.Carbohydrate Polymers, 2000, 41(4): 365-377.

[37] K?LLMAN A, VAMADEVAN V, BERTOFT E, KOCH K, SEETHARAMAN K, ?MAN P, ANDERSSON R.Thermal properties of barley starch and its relation to starch characteristics.International Journal of Biological Macromolecules, 2015, 81: 692-700.doi: 10.1016/j.ijbiomac.2015.08.068.

[38] ZHAO X, ANDERSSON M, ANDERSSON R.A simplified method of determining the internal structure of amylopectin from barley starch without amylopectin isolation.Carbohydrate Polymers, 2021, 255: 117503.doi: 10.1016/j.carbpol.2020.117503.

[39] 李春燕, 封超年, 王亞雷, 張容, 郭文善, 朱新開, 彭永欣.不同小麥品種支鏈淀粉鏈長分配及其與淀粉理化特性的關系.作物學報, 2007, 33(8): 1240-1245.doi: 10.3321/j.issn: 0496-3490.2007.08.004.

LI C Y, FENG C N, WANG Y L, ZHANG R, GUO W S, ZHU X K, PENG Y X.Chain length distribution of debranched amylopectin and its relationship with physicochemical properties of starch in different wheat cultivars.Acta Agronomica Sinica, 2007, 33(8): 1240-1245.doi: 10.3321/j.issn: 0496-3490.2007.08.004.(in Chinese)

[40] LI C, GONG B, HUANG T, YU W W.digestion rate of fully gelatinized rice starches is driven by molecular size and amylopectin medium-long chains.Carbohydrate Polymers, 2021, 254: 117275.doi:10.1016/j.carbpol.2020.117275.

[41] REGINA A, BLAZEK J, GILBERT E, FLANAGAN B M, GIDLEY M J, CAVANAGH C, RAL J P, LARROQUE O, BIRD A R, LI Z, MORELL M K.Differential effects of genetically distinct mechanisms of elevating amylose on barley starch characteristics.Carbohydrate Polymers, 2012, 89(3): 979-991.doi: 10.1016/j.carbpol.2012.04.054.

[42] MORELL M K, KOSAR-HASHEMI B, CMIEL M, SAMUEL M S, CHANDLER P, RAHMAN S, BULEON A, BATEY I L, LI Z.Barley sex6 mutants lack starch synthase IIa activity and contain a starch with novel properties.The Plant Journal, 2003, 34(2): 173-185.doi: 10.1046/j.1365-313x.2003.01712.x.

[43] TANG H J, WATANABE K, MITSUNAGA T.Structure and functionality of large, medium and small granule starches in normal and waxy barley endosperms.Carbohydrate Polymers, 2002, 49(2): 217-224.

[44] GEERA B P, NELSON J E, SOUZA E, HUBER K C.Composition and properties of A- and B-type starch granules of wild-type, partial waxy, and waxy soft wheat.Cereal Chemistry, 2006, 83(5): 551-557.

[45] LIN L S, GUO D W, HUANG J, ZHANG X D, ZHANG L, WEI C X.Molecular structure and enzymatic hydrolysis properties of starches from high-amylose maize inbred lines and their hybrids.Food Hydrocolloids, 2016, 58: 246-254.

[46] RAMADOSS B R, GANGOLA M P, AGASIMANI S, JAISWAL S, VENKATESAN T, SUNDARAM G R, CHIBBAR R N.Starch Granule size and amylopectin chain length influence starchenzymatic digestibility in selected rice mutants with similar amylose concentration.Journal of Food Science and Technology, 2019, 56(1): 391-400.doi: 10.1007/s13197-018-3500-8.

Effects of Starch Granule Size on the Physical and Chemical Properties of Barley Starches

XIAO LuTing1, LI XiuHong1, LIU LiJun1, YE FaYin1,2,3*, ZHAO GuoHua1,2,3

1College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715;2Chongqing Key Laboratory of Speciality Food Co-Built by Sichuan and Chongqing, Chongqing 400715;3Chongqing Engineering Research Center for Regional Foods, Chongqing 400715

【Objective】Barley, an important source of cereal raw material, is widely used in beer brewing, livestock feeding, and medicine and food healthcare, etc.Empirical evidences have showed that the granule size, composition and structure of starch in barley grain mainly determine its use.The present research was carried out to analyze the composition, structure and physicochemical properties of starch granules with different sizes from different barley varieties, which could help enhancing the utilization of barley starch from barley processing industries.【Method】The starch from selected barley varieties, Xiyin-2, Jingxin-1 and Supi-6, was extracted and fractionated into large, medium and small-sized fractions by using differential sedimentation methods.The effects of granular size on micromorphology, crystal structure, apparent amylose content, amylopectin side chain distribution, thermal properties, hydration properties, gelatinization properties, and digestibility properties of barley starch was investigated.【Result】The large-sized granules were mostly discal shape, while the medium-sized granules were oblate or oval spherical shape, and the small-sized granules were spherical or polygonal shape.All barley starch granules had a typical polarized cross under a polarized light microscope, and the polarized light spots enhanced as the granule size increased.The large-sized fraction had the highest percentages (87.62%-89.48%) in barley starch, followed by medium-sized fraction (8.97%-9.42%) and small-sized fraction (1.55%-3.29%).The apparent amylose content of barley starch ranged from 19.12 to 30.63 g/100 g.The effect of granule size on its content was not regular.All the samples were A-type crystals, and the relative crystallinity augmented with the increase of granule size.The side chain distribution of barley amylopectin presented a bimodal pattern, with the main peak at DP 12 and the secondary peak at DP 38.The highest content of amylopectin in barley starch was B1chain (34.34%-44.76%), followed by A chain (25.12%-34.52%).The average chain length of barley amylopectin was DP 22.86-25.00.The thermal characteristics of starch from barley varieties demonstrated that the gelatinization temperature range (?) of small-sized granules was the largest, and the gelatinization enthalpy (?) increased as the granule size increased.The swelling power of barley starch showed differences in varieties.All granule fractions of Jingxin-1 barley starch had higher swelling power.The results of pasting properties suggested that the small-sized granules had higher peak viscosity, breakdown and final viscosity of than the medium and small-sized granules.The results of digestibility characteristics showed that the rapidly digestible starch content of barley starch increased with the decrease of granule size, but the influence of granule size on its slowly digestible starch and resistant starch contents was not regular.【Conclusion】The granule size had a great influence on the structural characteristics of barley starch, such as the amylose content, the fine structure of amylopectin, and the relative crystallinity, thereby affecting the thermal properties, pasting properties, and digestibility characteristics of barley starch.The application characteristics of barley starch with different granule sizes were worthy of in-depth study.

starch granule size; barley starch; molecular structure; processing characteristics; digestibility characteristics

2021-06-17；

2021-09-08

國家自然科學基金面上項目（31871837）、國家自然科學基金青年基金（31601401）、2019年重慶市留學人員回國創業創新支持計劃（cx2019071）、重慶市技術創新和應用發展專項重點項目（cstc2019jscx-dxtwBX0029）

肖璐婷，E-mail：xlt123456789@email.swu.edu.cn。通信作者葉發銀，E-mail：fye@swu.edu.cn.

（責任編輯 趙伶俐）