陳春旭，郭元新*

（安徽科技學(xué)院食品藥品學(xué)院，安徽 鳳陽 233100）

苦蕎發(fā)芽過程中淀粉的理化特性變化

陳春旭，郭元新*

（安徽科技學(xué)院食品藥品學(xué)院，安徽 鳳陽 233100）

以發(fā)芽苦蕎為主要材料，研究苦蕎發(fā)芽過程中淀粉理化特性（淀粉的溶解度、膨脹度、透明度、老化值、酶活力、凍融特性和碘藍(lán)值）的變化情況，并對淀粉顆粒的顯微變化進(jìn)行分析。結(jié)果表明：在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)隨著發(fā)芽天數(shù)的增加，苦蕎淀粉顆粒直徑由4～5 ?m增加到7～8 ?m，顆粒形狀大多數(shù)為卵形和多角形或不規(guī)則形，有極少數(shù)淀粉顆粒為球形。同時(shí)，發(fā)芽使蕎麥粉中的部分淀粉顆粒水解而呈現(xiàn)多孔狀，隨著發(fā)芽時(shí)間增加，多孔淀粉顆粒增多。顆粒除了淀粉的溶解度、透明度和凍融穩(wěn)定性下降以外，其他各指標(biāo)均表現(xiàn)增加的趨勢。

苦蕎；發(fā)芽；淀粉；理化特性

苦蕎（tartary buckwheat）是一種蓼科蕎麥屬雙子葉植物，又名韃靼蕎麥［1］（F. tataricμm），是藥食兩用的糧食珍品，原產(chǎn)于我國西南部的四川涼山地區(qū)，目前在西北和西南等地區(qū)廣有種植［2］?？嗍w具有豐富的營養(yǎng)價(jià)值，除了含有約10.6%的蛋白質(zhì)［3］、2.5%的脂肪、70.0%左右的淀粉外，還含有黃酮類化合物，特別是黃酮類物質(zhì)在抗氧化、抗癌等方面受到越來越多消費(fèi)者的青睞［4-5］。目前，國內(nèi)外在苦蕎蘆丁和蛋白分離及功能性方面已有較多的研究［6-8］，但苦蕎籽粒的主要成分淀粉研究較少。有報(bào)道指出苦蕎淀粉明顯優(yōu)于其他谷物，有較高含量的抗性淀粉（resistant starch，RS）［9-10］，在生理功能方面可以有效抑制血糖的升高速率［11］。并且蕎麥淀粉峰值黏度高、熱糊穩(wěn)定性和冷糊穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)，可廣泛用于食品增稠劑或膠凝劑等領(lǐng)域［12］。

研究表明，苦蕎在萌發(fā)后氨基酸更為均衡，總黃酮和蘆丁含量顯著增加［13］，楊春等［14］發(fā)現(xiàn)黑苦蕎僅發(fā)芽10 h后直鏈淀粉含量、透明率增加，淀粉峰值黏度提高1.1 倍。因此發(fā)芽對于提高蕎麥的藥用與保健價(jià)值，增加淀粉糊對高溫、酸、堿和剪切力的抗性，改善淀粉糊的凝膠性、成膜性等有著一定的益處［12］。本實(shí)驗(yàn)對有關(guān)資料較為少見的發(fā)芽苦蕎淀粉理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行研究［15］，旨在為蕎麥淀粉實(shí)際深加工產(chǎn)品的生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

黑苦蕎籽粒，內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市產(chǎn)。

次氯酸鈉、NaOH、堿性蛋白酶、3，5-二硝基水楊酸、KOH、無水乙醇、HCl、碘試劑等。

1.2儀器與設(shè)備

C21-SK2101電磁爐 廣東美的電器有限公司；GZX-9076MBE數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；YP3001N電子天平 上海精密科學(xué)儀器有限公司；KDC-160HR高速冷凍離心機(jī) 安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司；745P型紫外-可見分光光度計(jì)上海光譜儀器有限公司；HH數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市金成國勝實(shí)驗(yàn)儀器廠；YC-260L冰箱 中科美菱公司；LHP-160型智能恒溫恒濕培養(yǎng)箱 廣州深華儀器有限公司；NDJ-9S型數(shù)顯黏度儀 上海平軒科學(xué)儀器有限公司；S-4800冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡 日本日立公司。

1.3方法

1.3.1苦蕎的發(fā)芽

苦蕎種子用去離子水清洗后，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的次氯酸鈉消毒15 min后沖洗至pH值中性，在30 ℃條件下于去離子水中浸泡2 h。置于鋪有兩層濾紙的培養(yǎng)皿中，樣品置于30 ℃的培養(yǎng)箱內(nèi)避光發(fā)芽，每8 h噴去離子水1 次，分別培養(yǎng)0、2、4、6 d后取樣，清洗后用吸水紙吸干水分，樣品用數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱于50 ℃條件下8 h烘干，保存待用。

1.3.2苦蕎粉的制備

取苦蕎適量，置于研缽中將苦蕎顆粒碾碎，再用鑷子將外殼全部去除，后將去殼后的苦蕎用粉碎機(jī)碾成粉末置于密封的包裝袋中，貯存于硅膠干燥器中備用。

1.3.3苦蕎淀粉的制備

稱取苦蕎粉5 g，加50 mL 蒸餾水搖勻，用6 mol/L NaOH溶液調(diào)整pH值為12左右，添加0.2 g堿性蛋白酶，置于45 ℃數(shù)顯恒溫水浴鍋中，用玻璃棒不斷攪拌酶解4 h，室溫靜置30 min后，小心倒掉上層的雜質(zhì)液體，然后以1∶2（V/V）的料水比加入適量蒸餾水，充分搖勻后以4 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心15 min，倒掉上層的雜質(zhì)，重復(fù)幾次直到無雜質(zhì)為止，最后得到的淀粉在鼓風(fēng)干燥箱中40 ℃烘干。置于密封包裝袋中，貯存于硅膠干燥器中備用。

1.3.4淀粉碘藍(lán)值的測定

參考史俊麗［16］的方法，并作改進(jìn)。將淀粉溶解冷卻后，取0.5 mL樣液加入10 mL蒸餾水，用0.1 mol/L HCl調(diào)至pH值至3左右，加入0.5 mL碘試劑，靜置15 min?？瞻讓φ战M中樣液用0.5 mL蒸餾水代替樣液，其他操作同樣液處理，然后用分光光度計(jì)于620 nm波長處比色［17］。

1.3.5淀粉糊的溶解度與膨脹度

參考徐建國［18］的方法，配制20 g/L的淀粉乳，離心，取上清液烘干稱水溶性淀粉質(zhì)量（m1），另稱離心管下層膨脹淀粉質(zhì)量（m2），計(jì)算溶解度（S）和膨脹度（B）。

式中：m為淀粉乳質(zhì)量/g。

1.3.6淀粉老化值的測定

將10 g/L淀粉乳置于沸水浴上加熱30 min，在期間補(bǔ)加蒸餾水保持淀粉乳總體積不變，確保淀粉完全糊化［16］。取出冷卻至室溫后，將處理后的淀粉糊置于冰箱冷凍室放置24 h。后取出室溫解凍，3 000 r/min離心15 min，稱量得沉淀物質(zhì)量，計(jì)算老化值。

式中：m1為離心前淀粉糊質(zhì)量/g；m2為離心后沉淀質(zhì)量/g。

1.3.7淀粉糊的凍融穩(wěn)定性

配制質(zhì)量濃度為50 g/L的淀粉乳，在沸水浴中加熱攪拌15 min，取出后冷卻至室溫，再取定量的淀粉糊置于離心管中，在冰箱冷凍室中放置24 h后，取出室溫解凍后，3 000 r/min離心15 min烘干后稱取沉淀物的質(zhì)量，計(jì)算析水率。若沒有水析出，則繼續(xù)重復(fù)冷凍實(shí)驗(yàn)直至有水析出為止［15］。

1.3.8淀粉糊透明度的測定

參考徐建國［18］的方法并加以改進(jìn)，精密稱取50 mg苦蕎淀粉加入50 mL水，制備成10 g/L的淀粉糊，置于沸水浴中攪拌加熱30 min，確保淀粉至完全糊化后，取出冷卻至室溫，不加蒸餾水至原來體積。在紫外-可見分光光度計(jì)上，用蒸餾水作空白調(diào)零于620 nm波長處測定透明度。

1.3.9淀粉黏度參數(shù)的測定

精密配制10 g/L的淀粉糊溶液，稱取0.5 g的淀粉定容至50 mL，用黏度儀進(jìn)行黏度的測定。

1.3.10淀粉酶活力測定

根據(jù)劉娟等［19］的方法，采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法進(jìn)行計(jì)算，在紫外-可見分光光度計(jì)上測定540 nm波長處的吸光度，計(jì)算α-淀粉酶活力及淀粉酶的總活力。酶活力是指在特定條件下，1 min內(nèi)轉(zhuǎn)化1 ?mol底物或者底物中1 ?mol有關(guān)基團(tuán)所需的酶量，稱為一個(gè)國際單位（IU）。

β-淀粉酶活力=總淀粉酶活力-α-淀粉酶活力 （5）

1.3.11淀粉顆粒結(jié)構(gòu)分析

首先取適量的淀粉樣品置于掃描電鏡的底座上，在實(shí)際操作中，為增強(qiáng)淀粉顆粒的導(dǎo)電性，進(jìn)行增金處理，即在淀粉顆粒表面增加十幾個(gè)納米厚的金粉顆粒，處理時(shí)間為2 min。再將淀粉顆粒置于電鏡內(nèi)并抽真空（防止淀粉顆粒表面的電子導(dǎo)電而失去）拍照。經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件自動處理分析結(jié)果，可得到樣品的粒徑分布數(shù)據(jù)。

2　結(jié)果與分析

2.1淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的變化

圖1　不同發(fā)芽時(shí)間苦蕎淀粉顆粒的電子顯微鏡掃描結(jié)果Fig.1　SEM images of tartary buckwheat starch granules during germination

苦蕎干樣在發(fā)芽前各項(xiàng)理化指標(biāo)均未開始發(fā)生變化，所以選擇苦蕎干樣為CK（空白對照）。由圖1a、1b可知，苦蕎發(fā)芽前干樣的淀粉顆粒直徑大部分在4～5 ?m范圍內(nèi)，形狀多為多角形或球形?？嗍w發(fā)芽2 d后淀粉顆粒大小大部分在5～6 ?m范圍內(nèi)，形狀多為多角形或不規(guī)則形狀，極個(gè)別為卵形，并且部分淀粉的晶體結(jié)構(gòu)被破壞，少許淀粉顆粒有孔洞（圖1c、1d）?？嗍w發(fā)芽6 d后淀粉顆粒大小大部分在7～8 ?m范圍內(nèi)，有極個(gè)別的淀粉顆粒形狀較小。淀粉顆粒形狀多為多角形，個(gè)別淀粉形狀為球形，并且大部分淀粉顆粒上有孔洞（圖1e、1f）。隨著發(fā)芽時(shí)間的增加，苦蕎淀粉顆粒逐漸增大，且顆粒大多數(shù)為卵形和多角形等不規(guī)則形狀，有極少數(shù)淀粉顆粒為球形。發(fā)芽使蕎麥粉中的部分淀粉顆粒水解而呈現(xiàn)多孔狀，且發(fā)芽時(shí)間越長，多孔淀粉顆粒就越多。這與張國權(quán)［12］研究蕎麥淀粉的發(fā)現(xiàn)一致，苦蕎種子在發(fā)芽過程中淀粉酶活力升高導(dǎo)致淀粉水解增多。淀粉顆粒小孔可能與發(fā)芽條件籽粒的種類和結(jié)構(gòu)及淀粉結(jié)構(gòu)有關(guān)［18］。由于多孔淀粉顆粒有較高的抗壓縮強(qiáng)度，在食品工業(yè)中可以用來包埋易氧化物質(zhì)，如二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DHA）、維生素等［20］。

2.2淀粉碘藍(lán)值的變化

由于碘藍(lán)值可反映直鏈淀粉的濃度及聚合度，并且增加直鏈淀粉含量對抗性淀粉的形成有利，所以碘藍(lán)值在一定程度上反映了抗性淀粉的含量。由圖2可知，苦蕎發(fā)芽后，碘藍(lán)值的變化顯著（P＜0.05），與干樣（CK）相比，浸泡后發(fā)芽0 d和發(fā)芽的淀粉碘藍(lán)值均有所升高；浸泡后發(fā)芽0 d的淀粉碘藍(lán)值變化極顯著，增加量達(dá)到干樣的52.3%。發(fā)芽2 d的淀粉碘藍(lán)值增加不顯著，發(fā)芽4 d和發(fā)芽6 d的淀粉碘藍(lán)值與干樣相比分別增加了35.2%、41.6%。發(fā)芽2 d相對于發(fā)芽0 d的苦蕎淀粉碘藍(lán)值減小。根據(jù)劉娟等［19］的描述，直鏈淀粉是由葡萄糖以α-1，4-糖苷鍵結(jié)合而成的鏈狀化合物，發(fā)芽初期，α-淀粉酶活性增強(qiáng)，而α-淀粉酶主要是水解α-1，4-糖苷鍵，導(dǎo)致直鏈淀粉含量降低或聚合度減小。但是隨著發(fā)芽天數(shù)的增加，碘藍(lán)值又有所回升，這可能與發(fā)芽后期蕎麥種子本身合成的直鏈淀粉增多。說明發(fā)芽4 d后的蕎麥更適合用于生產(chǎn)加工直鏈淀粉需求高的產(chǎn)品。

圖2　不同發(fā)芽時(shí)間苦蕎淀粉碘藍(lán)值的變化Fig.2　Change in starch iodine blue value of tartary buckwheat starch during germination

2.3淀粉糊溶解度和膨脹度的變化

圖3　不同發(fā)芽時(shí)間苦蕎淀粉溶解度的變化Fig.3　Change in solubility of tartary buckwheat starch during germination

圖4　不同發(fā)芽時(shí)間苦蕎淀粉膨脹度的變化Fig.4　Change in swelling degree of tartary buckwheat starch during germination

膨脹度是評價(jià)小麥粉或淀粉糊化過程中吸水能力的簡單指標(biāo)。一般來說，淀粉膨脹反映了直鏈淀粉的特性，在相同溫度條件下，直鏈淀粉含量越少的淀粉，它的膨脹度越大［17］。而淀粉溶解主要是直鏈淀粉從膨脹的顆粒中逸出，反映的是淀粉分子與水分子的相互作用［18］。由圖3可知，苦蕎淀粉溶解度在開始2 d內(nèi)呈現(xiàn)出下降的趨勢，但在2 d后又呈上升趨勢。發(fā)芽2 d的淀粉溶解度變化極顯著（P＜0.01），降低為干樣的25.0%。由圖4可知，發(fā)芽2 d的淀粉膨脹度相對于干樣有顯著的增加（P＜0.05），為干樣的150%?？赡苁且?yàn)榭嗍w發(fā)芽2 d時(shí)，內(nèi)源淀粉酶被激活，導(dǎo)致苦蕎淀粉發(fā)生降解，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)容易暴露在外與水結(jié)合，導(dǎo)致淀粉膨脹度增大及溶解度減少［18-20］。隨著發(fā)芽天數(shù)的增加，發(fā)芽4 d時(shí)溶解度和膨脹度都又有所回升，這可能與發(fā)芽后期蕎麥種子本身合成的直鏈淀粉增多有關(guān)。因此，發(fā)芽2 d的蕎麥淀粉因其高膨脹度，適用于膨化食品、肉制品及方便面等產(chǎn)品。

2.4淀粉老化值的變化

圖5　不同發(fā)芽時(shí)間苦蕎淀粉老化值的變化Fig.5　Change in retrogradation value of tartary buckwheat starch during germination

淀粉老化的本質(zhì)是糊化的淀粉分子在冷卻過程中氫鍵的重新形成促使溶解度降低所致［18］，由圖5可知，苦蕎淀粉糊的老化值在不同發(fā)芽階段的變化有差異。與干樣相比，發(fā)芽0～6 d的苦蕎淀粉糊的老化值均有所增加，分別增加了4.1%、23.5%、10.3%、14.5%，可能是因?yàn)榘l(fā)芽導(dǎo)致淀粉氫鍵重新排列，分子締合度減小，使得淀粉糊溶液的老化值相對于原苦蕎淀粉都有一定程度的增加。其中發(fā)芽2 d的淀粉老化值增加極顯著。可能是因?yàn)橹辨湹矸鄣暮颗c氫鍵的重新形成有關(guān)［18］，從另一方面印證了碘藍(lán)值測定中苦蕎淀粉的直鏈淀粉含量在發(fā)芽2 d時(shí)降至降低這一結(jié)果。

2.5淀粉糊凍融穩(wěn)定性的變化結(jié)果

淀粉糊的低溫對抗性對其應(yīng)用有很大的實(shí)用參考價(jià)值，淀粉糊的析水率越小，表明其凍融穩(wěn)定性越好［21］。由圖6可知，發(fā)芽苦蕎淀粉的凍融穩(wěn)定性相對于原苦蕎淀粉顯著的降低，其中發(fā)芽2 d的淀粉凍融穩(wěn)定性降低極顯著（P＜0.01），為干樣的150.0%。這是由于發(fā)芽2 d苦蕎淀粉的直鏈淀粉的含量最低，導(dǎo)致析水率最高，凍融穩(wěn)定性最差。發(fā)芽4 d和發(fā)芽6 d的苦蕎淀粉相對于發(fā)芽2 d的苦蕎淀粉凍融穩(wěn)定性有所增加，增加值分別為16.7%和8.3%。這是由于直鏈淀粉易重新排列和締合而發(fā)生凝沉［21-22］，與淀粉老化類似，低溫破壞淀粉糊膠體結(jié)構(gòu)而析出游離水分，使食品不能保持原有的膠體結(jié)構(gòu)［23］，析水率從側(cè)面反映了淀粉的凍融穩(wěn)定性。當(dāng)用于加工冷凍食品中時(shí)，發(fā)芽蕎麥淀粉糊需要考慮其凍融穩(wěn)定性。

圖6　不同發(fā)芽時(shí)間苦蕎淀粉糊的析水率變化Fig.6　Change in syneresis rate of tartary buckwheat starch paste during germination

2.6淀粉糊透明度的變化

透明度反映了淀粉與水的互溶能力以及膨脹、溶解能力的好壞，與淀粉來源以及直、支鏈比例有關(guān)［24］。淀粉糊的吸光度越大，說明糊的透明度越好。由圖7可知，苦蕎發(fā)芽后淀粉糊的吸光度先減小后增加，在發(fā)芽2 d后達(dá)到峰值，之后透明度逐漸下降。發(fā)芽4 d和發(fā)芽6 d的苦蕎淀粉糊吸光度相對于原苦蕎發(fā)芽0 d淀粉糊透明度也有顯著下降。這主要是因?yàn)橹辨湹矸垡紫嗷ゾ喓隙沟矸酆厣构饩€發(fā)生散射，減弱光的透射，從而降低糊的透明度［25］。因此，當(dāng)苦蕎淀粉糊作為添加劑用于飲料等對透明度要求較高的食品時(shí)，需考慮其透明度。

圖7　不同發(fā)芽時(shí)間苦蕎淀粉糊的透明度變化Fig.7　Change in starch paste transparency during germination

2.7淀粉酶活性的變化

苦蕎的淀粉酶活性反映了苦蕎的細(xì)胞呼吸作用的強(qiáng)弱，而苦蕎種子在發(fā)芽過程中淀粉酶活力升高的直接結(jié)果是淀粉的水解增多，因此，研究苦蕎淀粉酶活可從另一方面驗(yàn)證發(fā)芽過程中淀粉含量的變化［26］。由圖8可知，隨著苦蕎顆粒發(fā)芽天數(shù)的增加，苦蕎淀粉的總淀粉酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶活力均呈增加趨勢。發(fā)芽4 d和發(fā)芽6 d的總淀粉酶活和β-淀粉酶活相比較干樣顯著增加（P＜0.05），發(fā)芽2 d的變化不顯著。相對于干樣，浸泡后發(fā)芽0～6 d的苦蕎淀粉α-淀粉酶活力分別增加了10.7%、35.7%、44.6%和53.6%。這可能是淀粉顆粒中被水解的孔洞增多的原因［27］。因此隨著發(fā)芽時(shí)間的延長，更有利于有著較高的抗壓縮強(qiáng)度和吸附性的多孔淀粉的生成。

圖8　不同發(fā)芽時(shí)間苦蕎淀粉酶活力變化Fig.8　Change in amylase activity during germination

3　結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著發(fā)芽天數(shù)的增加，苦蕎淀粉的透明度下降趨勢顯著；淀粉酶活性增強(qiáng)顯著；苦蕎淀粉的膨脹度隨著發(fā)芽天數(shù)的增加有顯著增加；淀粉的老化值和碘藍(lán)值增加顯著；淀粉的凍融特性顯著降低?？嗍w淀粉的電鏡掃描圖所掃描的淀粉顆粒形狀，隨著發(fā)芽天數(shù)的增加，苦蕎顆粒外觀會變大，形狀會由卵形變?yōu)槎嘟切?，極少數(shù)仍然保持者卵形，并且部分淀粉顆粒外表隨著發(fā)芽天數(shù)的增加會出現(xiàn)孔洞。在苦蕎發(fā)芽的過程中，苦蕎的主要儲能物質(zhì)淀粉因苦蕎細(xì)胞呼吸作用將淀粉水解而利用葡萄糖，以提供較多的能量供細(xì)胞生長使用，這一過程伴隨著直鏈淀粉增多和支鏈淀粉減少，從而使得淀粉的溶解度和透明度下降，相應(yīng)的淀粉凍融穩(wěn)定性的減弱。因此，發(fā)芽蕎麥淀粉更適用于對直鏈淀粉需求較多的食品。

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Changes in Starch Physiochemical Properties during Germination of Tartary Buckwheat

CHEN Chunxu， GUO Yuanxin*
（Food and Drug College， Anhui Science and Technology University， Fengyang 233100， China）

In this study， changes in physical and chemical properties of starch including solubility， swelling power，transparency， retrogradation value， amylase， freeze-thaw characteristics and iodine blue value during germination of tartary buckwheat were investigated. Meanwhile， the morphological changes of starch granules were analyzed. Results showed that with increasing germination duration within the experimental range， starch granule diameters of germinated tartary buckwheat were increased from 4-5 ?m to 7-8 ?m and most of the starch granules were polygonal or irregular shapes. Longer germination time resulted in the appearance of more porous starch granules. All indices of starch granules increased except solubility， transparency and freeze-thaw stability.

tartary buckwheat； germination； starch； physicochemical properties

TS201.2

A

1002-6630（2015）13-0069-05

10.7506/spkx1002-6630-201513014

2014-12-08

安徽省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（1308085MC32）

陳春旭（1984—），男，助教，碩士，研究方向?yàn)槭称凤嬃仙a(chǎn)工藝及品質(zhì)控制。E-mail：ccx1205@126.com

郭元新（1970—），男，教授，博士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工及品質(zhì)控制。E-mail：guoyuanxiner@163.com