王建宇，陳湘寧，馮曉光，周 婧，劉慧君

（北京農(nóng)學(xué)院 食品科學(xué)與工程學(xué)院/北京市變質(zhì)生物和農(nóng)藥農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)與控制北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206）

自人類(lèi)文明誕生以來(lái)，世界各地就在種植小麥。小麥?zhǔn)侨祟?lèi)最重要的糧食作物之一，高居谷類(lèi)作物總產(chǎn)量的第2 位，僅次于玉米［1］。小麥經(jīng)常用于制作日常食用的食品，包括饅頭、面條、餃子和餛飩。小麥中含有65%～70%的小麥淀粉，11%～13%的蛋白質(zhì)，以及一些脂類(lèi)、維生素和礦物質(zhì)等其他成分。淀粉是小麥的主要成分，對(duì)小麥?zhǔn)称返谋?、黏度、質(zhì)地、口感和保質(zhì)期等有重要貢獻(xiàn)［2］。但是淀粉基食品在貯藏過(guò)程中容易發(fā)生淀粉老化，淀粉的老化會(huì)影響食品的感官品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保質(zhì)期，往往被認(rèn)為是有害的變化［3］。因此抑制淀粉的老化對(duì)改善淀粉基食品的質(zhì)量很重要。

老化是指糊化淀粉的直鏈淀粉和支鏈淀粉重新聚集以形成更有序的結(jié)構(gòu)，并在冷卻或儲(chǔ)存后通過(guò)氫鍵重新結(jié)合的過(guò)程。淀粉老化受淀粉濃度、直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例、儲(chǔ)存溫度以及添加物等的影響。添加天然添加劑可以抑制淀粉的老化，包括碳水化合物、氨基酸和多酚類(lèi)物質(zhì)。添加劑與淀粉鏈相互作用，以阻止淀粉分子相互靠近并提高淀粉的持水能力，從而延緩了老化［4］。

大豆低聚糖是1 種功能性低聚糖，其主要成分是蔗糖（二糖）、棉籽糖（三糖）、水蘇糖（四糖）。在過(guò)去，大豆低聚糖由于難以被消化吸收，而不被人們所重視。然而，近些年來(lái)人們發(fā)現(xiàn)大豆低聚糖具有促進(jìn)雙歧桿菌增殖、促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)生成和吸收、降血壓與降血脂、保護(hù)肝臟等生理功效，從而大豆低聚糖的應(yīng)用得到重視。而且大豆低聚糖無(wú)色透明，甜度為蔗糖的70% ,熱值為蔗糖的50%，熱量為8.36 J/g，也可以替代蔗糖作為低熱能量的甜味劑加入到食品 中［5-6］。然而，大豆低聚糖對(duì)小麥類(lèi)食品的老化是否具有抑制作用尚未被研究過(guò)，因此，研究大豆低聚糖對(duì)小麥凝膠的影響具有重要的意義。本實(shí)驗(yàn)意在通過(guò)測(cè)量小麥凝膠的質(zhì)構(gòu)特性、凍融穩(wěn)定性與結(jié)晶性來(lái)研究凝膠的老化進(jìn)程，以及通過(guò)淀粉消化的快慢來(lái)研究大豆低聚糖對(duì)小麥凝膠體外消化率的影響，并且與蔗糖相對(duì)比。這項(xiàng)研究有助于增進(jìn)人們對(duì)大豆低聚糖在小麥類(lèi)食品中應(yīng)用的了解。

1 材料方法

1.1 材料與試劑

小麥購(gòu)自當(dāng)?shù)氐某校蠖沟途厶牵兌葹?5%，30%的水蘇糖，25%的棉子糖，30%的蔗糖）、蔗糖、豬胰腺的α-淀粉酶（0.174 g，50 U / mg）、 淀粉葡糖苷酶（1×105U / mL）以及葡萄糖測(cè)定試劑盒等試劑均購(gòu)自北京暢華志誠(chéng)科技有限公司。磷酸鹽緩沖液（0.2 mol/L，pH 5.8）由磷酸氫二鈉和磷酸二氫鈉配置。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)所用儀器見(jiàn)表1。

1.3 方法

1.3.1 小麥成分的測(cè)定 粗淀粉測(cè)定采用 1%鹽酸旋光法［7］；直鏈淀粉測(cè)定采用GB/T15683—2008；蛋白質(zhì)測(cè)定采用凱氏定氮法；脂肪測(cè)定采用GB 5009.6—2016；水分測(cè)定采用GB/T 5009.3—2010；灰分測(cè)定采用GB 5009.4—2010。

1.3.2 樣品的制備 使用萬(wàn)能粉碎機(jī)將小麥打碎并通過(guò)100 目篩，稱(chēng)取一定量的小麥粉于燒杯中，在其中分別加入不同量的大豆低聚糖或蔗糖（0%，5%，10%），按小麥粉與水1∶2（m∶V）的比例加入蒸餾水。攪拌均勻后，在95 ℃的水浴鍋加熱30 min，放置室溫之后，放入4 ℃的冰箱中貯藏，備用。

1.3.3 質(zhì)構(gòu)的測(cè)定 分別將貯藏0 d 與7 d 的樣品取出，使用TVT-6700 質(zhì)構(gòu)分析儀（中國(guó)，Perten 公司）對(duì)其進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測(cè)試。將樣品切成圓柱體（高1 cm，直徑1.2 cm），用5 mm 圓柱探針進(jìn)行測(cè)量，初始速度為1.0 mm/s，測(cè)試速度為1.0 mm/s，返回速度：2.0 mm/s，觸發(fā)力：5 g，樣品形變量：25%，2 次壓縮間隔：10 s。樣品的硬度和彈性通過(guò)Perten 分析軟件獲得。

1.3.4 凍融穩(wěn)定性的測(cè)定 小麥凝膠的凍融穩(wěn)定性根據(jù)Zhang 等人的方法進(jìn)行測(cè)量，并稍作修改［8］。將小麥粉懸浮在去離子水中以制備8%（m∶V：以干基計(jì)）的混合溶液。然后添加不同比例的糖（0%，5%，10%，與小麥粉的比例：m∶m）。將混合物在95 ℃的水浴中加熱30 min，然后將6 g 小麥凝膠轉(zhuǎn)移到10 mL 塑料離心管中，并在25 ℃靜置2 h。然后，將試管在-20 ℃冷凍22 h，之后在25 ℃解凍2 h。此凍融循環(huán)重復(fù)了7 次。為了測(cè)量析水率，將每個(gè)解凍之后的離心管在3 000 g 下離心15 min。倒出上清液，稱(chēng)量殘余物。析水率的計(jì)算公式如下：

1.3.5 碘結(jié)合能力的測(cè)定 分別將貯藏0、7、35 d的樣品取出，使用Tian 等人的方法進(jìn)行碘結(jié)合實(shí)驗(yàn)，并做了適當(dāng)?shù)男薷模?］。將這些凝膠用無(wú)水乙醇脫水，然后在35 ℃真空干燥箱中干燥6 h，研磨并通過(guò)100目篩。將樣品（30 mg）溶解到0.01 mol/L 的氫氧化鈉（3 mL）溶液中，待溶解后，分別加入0.01 mol/L 的鹽酸（3 mL）中和至pH=7.0，加入蒸餾水至 50 mL。取稀釋液5 mL，并先后加入0.2%I2～2%KI溶液2 mL（w∶w）和醋酸緩沖液（0.1 mol/L，pH4.0）5 mL，加入蒸餾水調(diào)節(jié)總體積為50 mL，并在25 ℃下靜置15 min。最后在600 nm 處測(cè)量樣品的吸光值。凝膠對(duì)碘結(jié)合的抗性程度由下面公式計(jì)算：

A0代表第0 天凝膠的吸光值，AT表示第t 天凝膠的吸光值，A∞代表第35 天凝膠的吸光值，X(t)代表凝膠與碘結(jié)合的抗性程度。

1.3.6 X-射線(xiàn)衍射 分別將貯藏0 d 與7 d 的樣品取出，立即在40 ℃的真空干燥箱中干燥10 h，然后研磨以通過(guò)200 目篩。使用D8 ADVANCE X-射線(xiàn)衍射儀（Bruker 公司，德國(guó)）對(duì)樣品進(jìn)行X-射線(xiàn)衍射分析。測(cè)試條件：采用Cu-Ka 射線(xiàn)，管壓為 40 kV，管流為40 mA，掃描范圍為3°到40°（2θ），掃描速度為2°/min。通過(guò) MDI Jade 5.0 軟件對(duì) X-射線(xiàn)衍射圖譜進(jìn)行分析處理。

1.3.7 體外消化率 將在4 ℃下保存7 d 的樣品取出，立即在40 ℃的真空干燥箱中干燥10 h，然后研磨以通過(guò)100 目篩。使用之前的方法測(cè)量樣品的體外消化率，并做適當(dāng)?shù)男薷模?］。將豬胰腺的α-淀粉酶（0.174 g，50 U / mg）在磁力攪拌下懸浮于5 mL磷酸鹽緩沖液（0.2 mol/L，pH 5.8）中30 min，然后以1 500 g 離心5 min。將上清液轉(zhuǎn)移至燒杯中，并與5.1×10-3mL 淀粉葡糖苷酶（1×105U / mL）混合。將200 mg 樣品與15 mL 磷酸鹽緩沖液（0.2 mol/L，pH 5.8）在100 mL 離心管中混合。然后，將離心管放在35 ℃的水浴中攪拌5 min，添加5 mL混合酶溶液。將反應(yīng)體系保持在35 ℃的水浴搖床（160 r/min）中，在20 min 與120 min 時(shí)取出0.5 mL 水解液，加入4.5 mL 100%乙醇來(lái)殺死酶。然后將混合溶液以3 000 g 離心10 min，取出上清液，使用葡萄糖測(cè)定試劑盒測(cè)定上清液中的葡萄糖含量。

樣品的快速消化淀粉（RDS），慢速消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）的百分比（%）計(jì)算如下：

其中G20是20 min 釋放的葡萄糖含量（mg），G120是120 min 釋放的葡萄糖含量（mg），F(xiàn)G 是小麥凝膠中游離葡萄糖的含量（mg），TS 是小麥凝膠中淀粉的含量（mg）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

每次實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3 次，取平均值。用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行Tukey 顯著性分析，顯著水平為P＜ 0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥的成分

經(jīng)過(guò)測(cè)定，小麥的成分組成為：70%粗淀粉、24%直鏈淀粉、12.7%水分、11.2%蛋白質(zhì)、1.6%脂肪以及1%灰分?？梢钥闯龃诵←湆儆谄胀ㄐ←?，而不是糯小麥，直鏈淀粉的含量適中。

2.2 質(zhì)構(gòu)特性分析

小麥凝膠的硬度與彈性可以有效地反映淀粉的老化程度，硬度越大、彈性越小，淀粉老化越嚴(yán) 重［10-11］。從圖1 可以看出，隨著貯藏天數(shù)的延長(zhǎng)，凝膠的硬度明顯增大、彈性明顯下降，說(shuō)明這期間淀粉分子不斷的重新結(jié)合、發(fā)生重結(jié)晶。第0 天，加入糖并沒(méi)有顯著影響小麥凝膠的硬度與彈性。但是，貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)使樣品之間硬度、彈性產(chǎn)生明顯的差異，從結(jié)果可以看出，加入糖之后硬度顯著地下降，而彈性顯著地增加（P＜0.05），說(shuō)明大豆低聚糖和蔗糖都有抑制淀粉老化的作用，而加入大豆低聚糖的小麥凝膠硬度更低、彈性更高，表明大豆低聚糖的抑制效果要比蔗糖好。另外，可以觀察到隨著添加糖的量增加，硬度上升的更少、彈性降低的更少，意味著糖濃度越高，抑制淀粉老化的效果越好，小麥凝膠質(zhì)構(gòu)特性越好。

圖1 小麥凝膠的硬度與彈性Fig. 1 The hardness and springiness of the wheat gel

2.3 析水率分析

凝膠在冷凍和解凍過(guò)程中承受物理變化的能力通常被稱(chēng)為“凍融”穩(wěn)定性，可以作為淀粉老化的指標(biāo)，經(jīng)常以析水率作為指標(biāo)來(lái)評(píng)估凍融循環(huán)期間凝膠的凍融穩(wěn)定性［12］。從結(jié)果可以看出，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，析水率的值逐漸增大，表明在凍融循環(huán)的過(guò)程中，淀粉老化的程度不斷加劇。然而，后面的循環(huán)中析水率的值變化很小，這與前人研究的結(jié)果相一致［8］(圖2)。

圖2 小麥凝膠的析水率Fig. 2 The syneresis of the wheat gel

在圖2 中，添加糖之后析水率的值顯著地降低（P＜0.05)，其中大豆低聚糖的降低效果更好，表明大豆低聚糖和蔗糖都可以提高小麥凝膠的凍融穩(wěn)定性，而大豆低聚糖的效果更明顯。另外，隨著糖濃度的增加，小麥凝膠的凍融穩(wěn)定性顯著地提高（P＜0.05)。

2.4 碘結(jié)合能力分析

利用老化淀粉與碘結(jié)合的抗性程度可以用來(lái)評(píng)價(jià)淀粉的老化程度［9］。當(dāng)凝膠貯藏到第7 天時(shí)，凝膠與碘已經(jīng)產(chǎn)生了抗性，說(shuō)明凝膠已經(jīng)發(fā)生了老化。空白組具有最大的抗性程度，而且隨著糖濃度增加，抗性程度逐漸減弱，表明糖具有抑制淀粉老化的作用，以及糖的添加量越多，其抑制作用越強(qiáng)。另外，大豆低聚糖的抑制作用顯著強(qiáng)于蔗糖。從質(zhì)構(gòu)特性、析水率、碘結(jié)合能力的分析中可以得出：糖都有抑制淀粉老化的作用，并且10%的糖濃度效果更顯著。所以，接下來(lái)的研究以10%的糖濃度為主（表2）。

表2 小麥凝膠與碘結(jié)合的抗性Table 2 Resistance of wheat gel to iodine %

2.5 X-射線(xiàn)衍射分析

淀粉老化會(huì)增加淀粉凝膠的結(jié)晶度，對(duì)應(yīng)于X-射線(xiàn)衍射峰的高度增加和寬度減?。?］，因此X-射線(xiàn)衍射技術(shù)被用來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證糖對(duì)小麥凝膠老化的抑制作用。充分糊化的淀粉凝膠X-射線(xiàn)衍射圖呈現(xiàn)出線(xiàn)性曲線(xiàn)，具有無(wú)定形的性質(zhì)［13-15］。但是小麥凝膠在20°附近具有清晰的衍射峰，它是由直鏈淀粉與天然存在的脂肪酸或磷脂組成［8］，這可能是由于小麥粉中含有更多的脂質(zhì)造成的。小麥粉呈現(xiàn)出典型的A-型晶體的衍射峰，即在15°、17°、18°和23°附近具有強(qiáng)的衍射峰，相對(duì)結(jié)晶度為39.58%，該結(jié)果與先前的研究相一致［16-18］。貯藏7 d 之后的小麥凝膠衍射峰發(fā)生變化，在5.6°、17°、22°、24°附近具有清晰的衍射峰，這是典型的B-型晶體，B-型晶體是淀粉老化的典型晶型，說(shuō)明淀粉發(fā)生了老化。從圖3 的衍射線(xiàn)可以看出，加入糖之后，B-型晶體對(duì)應(yīng)的衍射峰強(qiáng)度變?nèi)?，證明2 種糖都可以減弱淀粉的重結(jié)晶，而大豆低聚糖的效果要比蔗糖的更明顯，該結(jié)果與樣品的相對(duì)結(jié)晶度相一致。X-射線(xiàn)衍射的結(jié)果從機(jī)理上證明了2 種糖都可以抑制小麥凝膠的老化，而大豆低聚糖的抑制效果更好。

圖3 樣品的X-射線(xiàn)衍射圖Fig.3 the X-ray diffraction pattern of samples

2.6 體外消化率分析

RDS 能夠在短時(shí)間內(nèi)引起餐后血糖和胰島素水平的急劇升高。RDS 已顯示出與一系列健康并發(fā)癥相關(guān)，例如糖尿病和糖尿病前期。而SDS 可提供相對(duì)較慢和較長(zhǎng)的葡萄糖釋放，并防止餐后血糖濃度發(fā)生較大變化，通常是最理想的膳食淀粉形式。 RS在某種程度上可以歸類(lèi)于膳食纖維，并且RS 可以給人體帶來(lái)一些功能和健康益處，包括降血糖作用，預(yù)防結(jié)直腸癌以及增強(qiáng)維生素和礦物質(zhì)吸收等［19-21］。 因此，研究糖對(duì)小麥凝膠RDS，SDS 和RS 的比例的影響對(duì)人體健康具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

隨著貯藏時(shí)間的增加，RDS 所占比例顯著地下降，而SDS 與RS 所占的比例增加?？上矸酆康慕档涂赡苁怯捎谠谫A藏過(guò)程中凝膠的結(jié)晶度有所增加，而凝膠越高的結(jié)晶度，它具有的抗酶水解作用就越強(qiáng)，從而降低了可消化淀粉的含量［22］，這與X-射線(xiàn)衍射測(cè)量的結(jié)果相一致。在第7 天添加糖并沒(méi)有顯著改變RDS 的含量，而在第0 天添加糖減少了RDS 的含量，說(shuō)明糖可以減少糊化的小麥凝膠RDS 的比例。添加糖之后，小麥凝膠SDS 的量明顯增加，而大豆低聚糖的效果更明顯，說(shuō)明在小麥凝膠中添加大豆低聚糖具有更好的膳食淀粉形式。淀粉基食品的SDS 歸因于不完善晶體結(jié)構(gòu)，表明添加糖增加了不完善晶體的含量［23］。糖降低了小麥凝膠的RS 含量，而大豆低聚糖使小麥凝膠RS 含量降低更多，這可能歸因于糖具有抑制淀粉老化的作用，減少了淀粉的結(jié)晶度而降低了RS 的含量（表3）。

表3 小麥凝膠的體外消化率Table 3 The in vitro digestibility of wheat gel %

3 結(jié)論

大豆低聚糖對(duì)小麥凝膠的老化具有抑制作用，并且抑制效果優(yōu)于蔗糖。X-射線(xiàn)衍射分析進(jìn)一步表明，添加糖會(huì)降低小麥凝膠的相對(duì)結(jié)晶度，阻止淀粉的重結(jié)晶。另外，添加大豆低聚糖會(huì)增加凝膠SDS 的含量，而減少RS 的含量，這與大豆低聚糖延緩淀粉老化相關(guān)。總而言之，這項(xiàng)研究表明大豆低聚糖可以作為食品改良劑添加到小麥類(lèi)食品中，延長(zhǎng)食品的貨架期。