普魯蘭多糖對大米淀粉糊化和老化特性的影響

熊曉輝，宋小琳，姚麗麗，陸利霞

（南京工業大學食品與輕工學院，江蘇南京211816）

我國是水稻生產大國，并且全國有2/3的人口以大米作為主食，大米中淀粉含量豐富，糊化后的大米淀粉在運輸、儲存過程中會不可避免的發生老化，其性質也會有所變化，如水溶性降低[1]、口感差、消化性能差等，進而影響淀粉質食品的感官特性，縮短了貨架期，導致資源浪費。多糖對淀粉老化具有較好的延緩作用，目前研究報道較多，例如：β-葡聚糖、茶多糖、木葡聚糖等[2-4]。但是，有關普魯蘭多糖對大米淀粉抗回生方面的研究未見報道。普魯蘭多糖是一種直鏈狀多糖[5]，其成膜性、阻氣性、可塑性、黏性均較強，并且具有易溶于水、無毒無害、無色無味等優良特性，已廣泛應用于醫藥、食品、輕工、化工和石油等領域[6]。本研究以實驗室自提取高直鏈大米淀粉為原料，通過添加不同比例的普魯蘭多糖，與目前公認的抗淀粉老化效果較好的海藻糖進行比對研究，利用快速黏度分析儀（RVA）和差示掃描量熱儀（DSC）檢測大米淀粉的黏度性質和熱力學性質，通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察大米淀粉顆粒的表觀特性，旨在為方便米飯、方便米粉、糕團類食品等大米制品延緩老化的研究提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

氫氧化鈉、鹽酸、碘化鉀、碘、95%乙醇、冰乙酸、甲醇、乙醚 均為分析純；支鏈淀粉與直鏈淀粉標準品 美國Sigma公司。

差示掃描量熱儀（DSC）美國PE公司；快速黏度分析儀（RVA）澳大利亞Newport Science公司；掃描電子顯微鏡（SEM）日本HITACHI公司；恒溫水浴鍋；離心機；分析天平；恒溫鼓風干燥箱；紫外分光光度計。

1.2 實驗方法

1.2.1 大米淀粉的提取[7]稱取一定量的大米清洗，室溫下浸泡過夜，瀝干水分，研磨后過80目篩，60℃烘干，備用。100g大米粉在250mL 0.2%的NaOH中浸泡12h，室溫下攪拌5min，6000r/min離心5min，移除上清液及上層棕色物質，用蒸餾水洗下層白色淀粉層，數次離心，水洗至上清液pH為6.0～7.0，固體物質45℃干燥48h。

淀粉樣品中加入2倍體積的體積比為1∶1的乙醚/甲醇混合液體，充分混合并靜1h，6000r/min離心10min，反復離心3次，以最大限度的去除脂肪成分，室溫下放置兩天以便有機溶劑完全揮發，60℃烘干研磨，過100目篩，備用。

1.2.2 大米淀粉中直鏈淀粉、水分、灰分、蛋白質、脂肪含量的測定 依次參照國標GB/T 15683-2008、GB/T 5009.3-2010、GB/T 5009.4-2010、GB/T 5009.5-2010和GB/T 5009.6-2003執行。

1.2.3 大米淀粉與普魯蘭多糖、海藻糖的混合比例[4]大米淀粉（Rice Starch，RS）中分別添加5%、10%、15%（占混合體系干基重）的普魯蘭多糖（Pullulan，P）、10%的海藻糖（Trechalose，T）。

1.2.4 大米淀粉的熱力學性質測定（DSC）[8]25%淀粉糊于沸水浴中加熱攪拌20min，使其完全糊化，冷卻至室溫加蓋密封，防止水分蒸發，并在4℃條件下儲存7、14d后用DSC測定。

稱取40mg左右樣品到鋁坩堝中，測試條件：以10℃/min的速度從20℃加熱到105℃，空坩堝作參比，載氣為氮氣，流速20mL/min。從DSC糊化曲線中確定糊化的初始溫度To、峰值溫度Tp、終值溫度Tc，根據峰面積計算糊化焓值ΔHg。

1.2.5 大米淀粉的黏度分析（RVA）[9]準確量取25mL去離子水于鋁制坩堝中，稱取3.5g不同質量比例的樣品與去離子水混合均勻，將坩堝放入RVA樣品室中，RVA的程序為：160r/min攪拌10s，50℃保持1min；后以12℃/min升至95℃，保持2.5min；以相同的速度降到50℃，保持1min。從RVA的黏度曲線中確定淀粉糊的谷黏度MV，峰黏度PV，終黏度FV，衰減值BKD（=PV-MV），回生值SB（=FV-PV）。

1.2.6 普魯蘭多糖對大米淀粉回生影響的掃描電鏡觀察（SEM）添加15%、25%普魯蘭多糖的淀粉溶液在沸水浴中加熱攪拌20min，確保完全糊化，糊化后的樣品冷卻至室溫，密封以防止水分蒸發，4℃冰箱中貯存14d后進行冷凍干燥，研磨過100目篩，干燥的淀粉顆粒樣品用雙面膠固定在載物臺上，吹去多余淀粉，然后放入鍍金儀器中，用離子濺射鍍膜儀將樣品鍍金，取出放入掃描電鏡，以20kV的加速電壓在不同放大倍數下觀察淀粉顆粒形態。

1.3 數據處理

實驗過程中每個處理均重復三次，取其平均值。統計分析采用軟件Origin Pro 7.5，樣品進行t檢驗，p＜0.05具有顯著性差異。

2 結果與討論

2.1 大米淀粉中基本化學組分

以直鏈淀粉百分含量為橫坐標，吸光值為縱坐標得到標準曲線公式為：y=0.0075x+0.0382，R2=0.9969。大米淀粉中主要化學組分測定結果如表1所示。

表1 大米淀粉中主要化學組分的含量（%）Table 1 The main chemical compositions of rice starch（%）

2.2 糖類對大米淀粉糊化性質的影響

表2 糖類對大米淀粉糊化溫度和焓值的影響Table 2 The effects of pullulan on gelatinization temperatures and enthalpy of rice starch

隨著普魯蘭多糖添加量從5%增加到15%，淀粉糊化焓值的減小值從0.69J/g上升到1.09J/g，這可能是由于普魯蘭多糖使水分子的自由度大大降低，水分子對大米淀粉顆粒的滲透以及對大米淀粉分子氫鍵的攻擊受到抑制，從而使糊化受到抑制，推遲了糊化時間，降低了糊化焓值，升高了糊化溫度[10]。10%海藻糖的添加也會使淀粉的糊化溫度升高，糊化焓值降低（降低了0.75J/g），這說明，普魯蘭多糖和海藻糖對大米淀粉的糊化性質具有相同趨勢的改變。

2.3 糖類對大米淀粉黏度特性的影響

由表3知，添加不同比例的普魯蘭多糖會使大米淀粉的峰黏度、谷黏度、終黏度降低；且普魯蘭多糖添加比例越大，高直鏈大米淀粉黏度降低越顯著。與空白樣品相比，普魯蘭多糖添加量為15%時，峰黏度、谷黏度、終黏度分別降低了2956.33、1828.33、4948.67cP，同時淀粉的糊化溫度從76.82℃升高到15%添加量時的77.80℃，這與DSC所測結果保持一致。普魯蘭多糖與水分子的結合能力顯著高于淀粉與水分子之間的結合力，從而使淀粉和水分子之間的相互作用減弱，同時加強了大米淀粉分子間的相互作用，因此大米淀粉分子尺寸隨普魯蘭多糖的添加而減小，引起黏度變小[10]。與空白樣品相比較，海藻糖的峰黏度、谷黏度和終黏度也有一定程度的降低，同時糊化溫度也升高。

表3 糖類對高直鏈大米淀粉的黏度特性的影響Table 3 The viscosity property of high amylose rice starch containing pullulan

表4 多糖對高直鏈大米淀粉老化特性的影響Table 4 The retrogradation property of high amylose rice starch containing pullulan

RVA中的回生值表示溫度降低時，分子聚集作用發生的程度，即老化的趨勢，回生值越低，老化越不明顯[11]。隨著普魯蘭多糖添加量，從0%增加到15%，大米淀粉的回生值從2463.67減小到471.33，而添加10%海藻糖時，大米淀粉的回生值為1761.00，表明普魯蘭多糖對淀粉老化起到較好的延緩作用，且普魯蘭多糖的添加量越大，對淀粉老化的影響也越大。

2.4 多糖對高直鏈大米淀粉老化特性的影響

糊化的淀粉經存放后會有不同程度的老化。一般情況下，直鏈淀粉含量越高，淀粉的老化速率也就越快。本研究將糊化后的淀粉于4℃環境下分別貯存7、14d，觀察不同添加比例的普魯蘭多糖及10%海藻糖對高直鏈大米淀粉老化特性的影響。

由表4可知，隨儲存時間的延長，對照樣的R從第7d的62.12%升高到第14d的77.24%；添加了不同比例普魯蘭多糖及10%海藻糖的大米淀粉的R亦有不同幅度的增加。相同老化時間內，高直鏈大米淀粉的老化程度會隨著普魯蘭多糖的添加而降低，這說明普魯蘭多糖在一定程度上能夠較好的延緩淀粉老化。海藻糖的抗老化效果比相同添加量的普魯蘭多糖的效果明顯，但是當第14d時，添加15%普魯蘭多糖的淀粉R值與添加10%海藻糖的淀粉樣品R值相當，預測當普魯蘭多糖的添加量進一步增大時，大米淀粉的老化值會有更加明顯的變化。

2.5 普魯蘭多糖對老化后大米淀粉微觀結構的影響

圖1中可以清楚的看到淀粉樣品顆粒的立體結構，空白樣品在4℃下貯存14d后，變成了“石頭狀”硬塊（圖1（a）），而添加15%和25%普魯蘭多糖（圖1（b～c））的大米淀粉樣品出現一些網孔狀結構，其中的網孔是冷凍干燥時脫水形成的，這說明添加普魯蘭多糖的樣品在貯存14d后仍能保持大量水分，添加25%普魯蘭多糖的淀粉樣品網孔比添加15%普魯蘭多糖的淀粉樣品網孔更致密更規則，表明前者的保水性能更好。以上觀察結果表明，普魯蘭多糖具有較好的保水性，使淀粉的持水性能提高，再次說明普魯蘭多糖具有延緩大米淀粉回生的能力[13]，25%普魯蘭多糖對淀粉老化的抑制效果最好。

圖1 添加普魯蘭多糖的大米淀粉樣品糊化后在4℃下貯存14d的SEM圖（300×）Fig.1 Scanning electron micrographs of granules of gelatinized rice starch samples containing various ratios of pullulan after 14d storage at 4℃（300×）

3 結論

3.1 普魯蘭多糖的添加會使大米淀粉的糊化溫度升高，但是糊化焓值會降低，這與海藻糖對淀粉糊化的影響是一致的。普魯蘭多糖對分別老化7d和14d的高直鏈大米淀粉也有降低老化焓值、降低老化程度的影響，添加15%普魯蘭多糖時效果較好，與添加10%的海藻糖效果相當。

3.2 普魯蘭多糖可以降低大米淀粉的峰黏度、谷黏度、終黏度、衰減值和回生值，并且在一定范圍內，這種變化隨著普魯蘭多糖添加量的增加而變大。15%的普魯蘭多糖比10%海藻糖的效果好，淀粉的老化值最小。

3.3 普魯蘭多糖能抑制大米淀粉重結晶，減少樣品水分流失，具有持水性，這些再次說明普魯蘭多糖具有延緩大米淀粉回生的能力，在本實驗的研究范圍內，25%普魯蘭多糖對淀粉老化的抑制效果最好。

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