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        糯稻種質(zhì)胚乳淀粉組分含量及其消化特性

        2023-11-07 04:15:22陳雙琴黃菊媛李丹丹馬楊永杰普世皇李繼章楊國(guó)明文建成
        食品科學(xué) 2023年20期
        關(guān)鍵詞:糯稻胚乳消化率

        陳雙琴,顧 雪,黃菊媛,李丹丹,李 娟,馬楊永杰,普世皇,李繼章,楊國(guó)明,文建成,*

        (1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)稻作研究所,云南 昆明 650500;2.臨滄市種子管理站,云南 臨滄 677000)

        基于淀粉的消化速率,淀粉可分為快消化淀粉(rapidly digestible starch,RDS)、慢消化淀粉(slowly digestible starch,SDS)和抗性淀粉(resistant starch,RS)[1]。稻米淀粉組分含量差異與消化速率存在相關(guān)性,即食用RDS含量高的食物,餐后血糖升高較快,而SDS和RS含量高的食物則正好相反[2]。淀粉消化速率及餐后血糖反應(yīng)受多方面因素的影響,如淀粉物理結(jié)構(gòu)[3]、化學(xué)組成成分[4]、脂質(zhì)復(fù)合物[5]等。要明確淀粉消化速率以及其對(duì)餐后血糖反應(yīng)的影響,最可靠的方法是測(cè)定人體餐后血糖值。由于體內(nèi)消化實(shí)驗(yàn)需要耗費(fèi)大量的人力和財(cái)力,因此,通常采用體外酶消化法模擬人體胃腸道環(huán)境測(cè)定食物中淀粉的消化速率,進(jìn)而預(yù)測(cè)該食物的預(yù)測(cè)血糖指數(shù)(expected glycemic index,eGI)[6-8]。根據(jù)GI值的大小可將食物分為3 個(gè)不同類(lèi)別,即低GI食物(GI≤55)、中GI食物(GI=56~69)、高GI食物(GI≥70)[9]。低GI食物消化緩慢,持續(xù)緩慢地釋放能量,有助于人體健康[10-12]。

        稻米是人類(lèi)重要的能量來(lái)源,分為糯稻和黏稻。糯稻淀粉組成以支鏈淀粉為主,直鏈淀粉含量(amylose content,AC)極低,其米飯口感軟糯,深受部分人群偏愛(ài),如云南一些傣族可以一日三餐食用而不厭。也有部分人群不接受糯稻,是因?yàn)槭秤煤缶哂泻軓?qiáng)的飽腹感,難以消化[13]。然而,許多研究卻發(fā)現(xiàn)食用糯稻餐后消化快、血糖反應(yīng)快[14],是高GI食物[15-16],不適合糖尿病患者食用[17]。因此在糯稻食用上,存在消化快、升糖快,或者消化慢、飽腹感強(qiáng)的兩種極端反應(yīng),對(duì)此問(wèn)題的研究還鮮有報(bào)道。對(duì)此,本研究分析了65 個(gè)糯稻品種(系)胚乳淀粉組分含量差異,并采用體外酶消化法測(cè)定了這些糯稻米飯的消化速率、預(yù)測(cè)了eGI值,探討糯稻品種(系)胚乳淀粉組分含量差異對(duì)消化速率和血糖反應(yīng)的影響。研究結(jié)果可為代謝疾病患者以及糯性食物食用者提供數(shù)據(jù)參考。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        供試材料共70 個(gè)水稻品種(系),其中65 個(gè)糯稻包括地方品種19 個(gè)和改良品種(系)46 個(gè),對(duì)照品種為5 個(gè)非糯稻(黏稻)。所有材料均由云南農(nóng)業(yè)大學(xué)稻作研究所提供。

        胰酶(P1750-100G,12450 U)、α-淀粉酶(10080-25G,50 U/mg)、胃蛋白酶(P6887-10G,≥3200 U/mg)美國(guó)Sigma-Aldrich 公司;淀粉轉(zhuǎn)葡萄糖苷酶(3300 U/mL)、葡萄糖含量試劑盒(GOPOD氧化酶法)愛(ài)爾蘭Megazyme公司。

        1.2 儀器與設(shè)備

        SXJMJ-168精米機(jī) 臺(tái)州市華昌糧油機(jī)械有限公司;LG-02高速粉碎萬(wàn)能機(jī) 紅光工貿(mào)有限公司;SHZ-B恒溫水浴振蕩鍋 上海博訊實(shí)業(yè)有限公司;P901酸度計(jì)測(cè)定儀 上海佑科儀器儀表有限公司。

        1.3 方法

        1.3.1 實(shí)驗(yàn)種植

        于2021年種植在云南省元陽(yáng)縣水稻育種基地(海拔300 m,年均溫度23.0 ℃),1月下旬播種,3月上旬移栽,按順序排列種植,株行距15 cm×25 cm,兩次重復(fù),小區(qū)面積4.5 m2。6月成熟,按小區(qū)收獲稻谷,自然晾干,剔除癟谷和雜質(zhì)。試驗(yàn)種植在同一塊田,水肥管理與當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)一致。

        1.3.2 樣品制備

        將收獲的稻谷自然晾干,稻谷水分為14%,用精米機(jī)碾出精米,用LG-02高速粉碎萬(wàn)能機(jī)制粉,過(guò)100 目篩放于密封袋保存?zhèn)溆谩?/p>

        1.3.3 稻米AC測(cè)定

        依據(jù)GB/T 15683—2008《大米直鏈淀粉含量的測(cè)定》分析稻米AC。

        1.3.4 胚乳淀粉組分測(cè)定

        按Englyst等[1]的酶消化法進(jìn)行,測(cè)定各樣品中總淀粉(total starch,TS)、RDS、SDS和RS的相對(duì)含量。計(jì)算公式如下:

        式中:M20為水解20 min內(nèi)產(chǎn)生的葡萄糖量/mg;MFG為未水解時(shí)淀粉中的游離葡萄糖量/mg;M120為水解20~120 min內(nèi)產(chǎn)生的葡萄糖量/mg;MTS為樣品中TS質(zhì)量/mg;0.9為葡萄糖換算成淀粉的系數(shù)。

        1.3.5 eGI測(cè)定

        稱(chēng)取1 g精米樣品,按米水質(zhì)量比1∶1.3,置于常壓蒸鍋中蒸30 min,每樣品3 次重復(fù)。將蒸好的鮮熱米飯咀嚼15 次,吐至預(yù)先加6 mL磷酸鉀緩沖液(pH 1.5)和100 μL胃蛋白酶溶液的小燒杯中,用5 mL磷酸鉀緩沖液(pH 6.9)漱口,漱完后將其吐至上述小燒杯中,調(diào)pH值為1.5,置于37 ℃水浴恒溫振蕩器中孵育30 min(轉(zhuǎn)速120 r/min)。孵育完后再調(diào)pH值為6.9,加1 mL胰α-淀粉酶溶液,再放于37 ℃水浴恒溫振蕩器中孵育(轉(zhuǎn)速120 r/min),分別在水解30、60、90、120、150、180 min時(shí),取樣測(cè)定不同水解時(shí)間的葡萄糖含量,進(jìn)一步計(jì)算淀粉的消化率(已消化淀粉含量占TS含量的比例)。參照Akerberg[18]和Lau等[19]的方法計(jì)算eGI。按以下公式計(jì)算:

        式中:C標(biāo)準(zhǔn)為葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品的質(zhì)量濃度(0.5 mg/mL);V1為加入樣本體積(0.04 mL);ΔA葡萄糖=A測(cè)定-A對(duì)照;W為樣本質(zhì)量/g;D為稀釋倍數(shù);HI為水解指數(shù)/%,指被測(cè)食物體外水解曲線(xiàn)下面積與等量標(biāo)準(zhǔn)食物(白面包)體外水解曲線(xiàn)下面積之比。

        1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

        在軟件Excel上完成平均值計(jì)算,在past軟件上完成分布圖和相關(guān)性分析,在DPS軟件上完成方差分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 糯稻品種胚乳淀粉組分含量分析

        通過(guò)對(duì)65 個(gè)糯稻品種(系)分析,結(jié)果表明不同基因型糯稻胚乳淀粉組分含量差異很大(圖1和表1)。糯稻品種AC變幅為0.72%~1.79%,平均為1.12%,與他人的研究報(bào)道相似AC<3.0%[20-21]。TS含量變幅為70.63%~76.72%,平均為73.23%,低于黏稻平均含量75.27%,差異達(dá)極顯著水平(P=0.0098<0.01)。有報(bào)道稻米TS含量為68.1%~85.3%,其中糯稻的含量高于黏稻[22]。RDS含量平均為44.77%,高于黏稻的含量43.96%,差異沒(méi)有達(dá)到顯著水平。糯稻RDS變幅為40.51%~52.37%,含量最高的3 個(gè)品種是滇秈糯17(52.37%)、意大利糯(49.31%)和天星糯2 號(hào)(49.05%);含量最低的3 個(gè)品種是早熟糯(40.51%)、滇谷2036(41.16%)和滇谷2047(41.16%)。SDS含量平均為26.67%,與黏稻(26.94%)沒(méi)有差異。糯稻SDS變幅為19.92%~32.47%,含量最高的3 個(gè)品種都高于30%,分別是版納糯(32.47%)、早熟糯(31.75%)和景泰糯(31.25%);含量最低的3 個(gè)品種是滇秈糯17(19.92%)、上允大白糯(21.92%)和云南黑糯(22.72%)。糯稻RS含量變幅為0.17%~3.79%,平均為1.79%,明顯低于黏稻的平均含量3.68%。

        表1 糯稻品種胚乳淀粉組分含量的平均值Table 1 Average values of starch components in endosperm of glutinous rice varieties

        圖1 糯稻品種胚乳淀粉組分含量的分布圖Fig.1 Distribution of endosperm starch components in glutinous rice varieties

        上述結(jié)果與他人的結(jié)論一致,糯稻淀粉組分含量分析TS為78.05%、RDS為43.28%、SDS為27.85%[23],不同產(chǎn)地糯米淀粉的TS為82%~87%、RDS為51.89%~58.02%、SDS為15.65%~20.79%[24],糯稻RS低于非糯稻,RDS高于非糯稻[25]。研究結(jié)果表明,RDS、SDS和RS會(huì)影響淀粉的水解率和葡萄糖的釋放,從而影響GI[26]。RDS可在小腸中快速消化吸收,從而瞬間升高血糖,因此糯稻不適合糖尿病患者,因其含有較多的RDS[27];SDS可維持適度穩(wěn)定的血糖水平,減少饑餓感,而RS可抑制葡萄糖的釋放,從而最小化血糖反應(yīng),有助于預(yù)防高血糖[28-29],SDS和RS能降低許多常見(jiàn)慢性疾病的風(fēng)險(xiǎn)[30]。

        2.2 糯稻品種胚乳淀粉消化特性

        2.2.1 糯稻品種淀粉的eGI

        通過(guò)體外消化分析,測(cè)定了65 個(gè)糯稻品種胚乳淀粉的eGI,結(jié)果表明品種間的差異很大(圖2)。這些糯稻品種的eGI平均值為72.9,最高的品種是版納糯18(79.1),最低的品種是德恢2290(67.1)。其中,有54 個(gè)糯稻品種的eGI值高于黏稻品種,占總糯稻品種數(shù)的83.7%。有報(bào)道,秈糯的GI值為77.93~79.23[24],糯米飯的GI值為87.0[31],秈糯米飯的GI值為84.47[32],國(guó)際血糖表中糯米GI為88±11[33]。不同研究顯示糯稻的GI值有差異,這些差異可能是由于品種基因型、所用分析方法、品種來(lái)源等條件不同所致。當(dāng)然,從不同研究報(bào)道來(lái)看,糯稻淀粉的GI值都普遍高于黏稻,如黏稻淀粉GI為61.73~69.17[26,34],在高AC品種中稻201的GI較低為60~63[35]。

        圖2 65 個(gè)糯稻和5 個(gè)黏稻品種的eGI分布圖Fig.2 Distribution of expected glycemic index in 65 glutinous and five sticky rice varieties

        2.2.2 糯稻胚乳淀粉消化率分析

        從糯稻的消化率(已水解淀粉占TS的比例)看,有52 個(gè)糯稻品種的eGI值均高于70,屬于高GI品種,有13 個(gè)的eGI值在55~70之間,屬于中GI品種(表2)。高糖品種的eGI平均值為73.9,明顯高于中糖品種和黏稻品種(均為68.8),高了7.4%。在餐后30~180 min期間的6 個(gè)檢測(cè)時(shí)間點(diǎn),高糖組糯稻的淀粉消化率高于黏稻組,其淀粉消化率平均增加了9.3%,其中在第30分鐘含量增加最多(16.2%),90 min含量增加最少(4.3%);中糖組糯稻在第30、120、150分鐘和第180分鐘的消化率都高于黏稻,而在第60分鐘和第90分鐘的消化率卻低于黏稻。大部分糯稻品種的eGI高于黏稻,說(shuō)明這部分糯稻的升血糖能力比黏稻強(qiáng),這類(lèi)糯稻的餐后血糖波動(dòng)大,對(duì)于糖尿病患者、超重者或者是需要控制血糖的人來(lái)說(shuō)都是不利的,例如版納糯18(79.09)、紅糯(78.81)和早熟糯(78.57)等。也發(fā)現(xiàn)少數(shù)糯稻品種的eGI值較低,比黏稻的還低,如德恢2290(67.13)、黑糯(67.18)和善巴東421(68.01),這對(duì)于喜歡糯食者,既享受了糯稻軟糯的口感,血糖反應(yīng)還較低。

        表2 糯米飯的體外消化率及eGI分析Table 2 In vitro digestibility and eGI analysis of glutinous rice

        2.2.3 糯米飯?bào)w外消化糖含量動(dòng)態(tài)變化

        從糯米飯?bào)w外消化糖含量(不同消化時(shí)間產(chǎn)生的葡萄糖含量)的動(dòng)態(tài)變化看,糯稻消化釋放糖快,且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。從滇谷2036(糯稻)和滇屯506(黏稻)的消化糖含量動(dòng)態(tài)變化可知(圖3)。在餐后30 min,滇谷2036和滇屯506的消化糖含量激劇增加,但滇谷2036的消化糖含量和消化率均大于滇屯506,此時(shí)滇谷2036、滇屯506的消化糖含量和消化率在數(shù)值相同(32.52 mg/g和32.52%;27.56 mg/g和27.56%)。之后消化糖含量均持續(xù)下降,在第60分鐘滇谷2036的消化糖含量(11.23%)低于滇屯506(14.04%),但滇谷2036(43.76%)的消化率還是大于滇屯506(41.60%)。在第90分鐘二者的消化糖含量相當(dāng),分別為5.10%和4.81%,滇谷2036和滇屯506的消化率分別為48.86%和46.40%。在90~180 min期間,滇谷2036消化糖含量是持續(xù)略有增加的變化趨勢(shì),滇屯506是持續(xù)減少的變化趨勢(shì)。在第180分鐘,滇谷2036的消化糖含量(11.61%)大于滇屯506(3.44%),滇谷2036(75.39%)的消化率也遠(yuǎn)大于滇屯506(58.62%)。與滇屯506相比,滇谷2036在餐后30 min內(nèi)能快速釋放大量糖,釋糖速率高致使血糖反應(yīng)快,同時(shí)在90~180 min還能檢測(cè)到持續(xù)的糖釋放,讓人感覺(jué)耐餓和飽腹感。

        圖3 稻米胚乳淀粉體外消化糖含量動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes in sugar content of rice endosperm starch during in vitro digestion

        有研究報(bào)道稱(chēng)稻米在餐后30 min時(shí)消化率高,之后隨著時(shí)間的延長(zhǎng)消化率降低,而糯稻的消化率高于黏稻[36],在180 min內(nèi)的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)都高于黏稻[37-38]。當(dāng)然,也有報(bào)道稱(chēng)與食用白米或普通糙米相比,每天吃?xún)纱闻床诿酌罪埑掷m(xù)8 周,會(huì)改善II型糖尿病患者的血糖水平,是由于減少了餐后血糖漂移[39]。體外消化也發(fā)現(xiàn)糯稻支鏈淀粉含量高較難被淀粉酶水解[40]。事實(shí)上,淀粉結(jié)構(gòu)特征、蛋白質(zhì)以及脂質(zhì)對(duì)淀粉的束縛、酚類(lèi)物質(zhì)含量等因素均可能影響淀粉的消化率[41-42],影響糯稻消化特性和升糖能力的因素和機(jī)制比較復(fù)雜,受多方面因素的影響。

        2.3 糯稻胚乳淀粉組分與產(chǎn)糖量的相關(guān)性

        相關(guān)性分析結(jié)果表明,糯稻胚乳淀粉組分與不同消化時(shí)間產(chǎn)生的葡萄糖含量、eGI之間存在相關(guān)性(表3)。TS含量與在6 個(gè)檢測(cè)時(shí)間的葡萄糖含量、eGI之間沒(méi)有顯著相關(guān)性,但與eGI的相關(guān)性最大為0.658,顯示TS含量高則產(chǎn)生的糖多。這結(jié)果與他人的結(jié)論一致[34]。RDS含量與180、90 min和30 min的產(chǎn)糖量正相關(guān),前兩項(xiàng)達(dá)到顯著水平。在消化過(guò)程中,最先被消化酶分解產(chǎn)生葡萄糖的是RDS,所以糯稻RDS含量高,在前30 min產(chǎn)生的葡萄糖含量多[22]。SDS含量與30 min和180 min生成的葡糖含量呈極顯著負(fù)相關(guān),這說(shuō)明SDS含量高,釋放糖緩慢而持續(xù)。RS含量與150 min生成的葡糖糖含量呈顯著負(fù)相關(guān)。AC與eGI值呈顯著負(fù)相關(guān)。許多研究結(jié)果也顯示,eGI值與RDS含量呈極顯著正相關(guān)性,與SDS含量、RS含量和AC都呈極顯著負(fù)相關(guān)[20,43-44]。還有報(bào)道,AC與RDS含量呈負(fù)相關(guān),與RS含量呈正相關(guān)[45],所以認(rèn)為AC高是淀粉消化緩慢的重要因素[46]。

        表3 糯稻胚乳淀粉組分含量與產(chǎn)糖量的相關(guān)性Table 3 Correlation of starch components with glucose contents at different digestion times and eGI in glutinous rice varieties

        3 結(jié)論

        對(duì)65 個(gè)糯稻種質(zhì)胚乳淀粉分析,結(jié)果表明這些品種淀粉各組分含量差異大,AC為0.72%~1.79%,TS含量為70.63%~76.72%,RS含量為0.17%~3.79%,RDS含量為40.51%~52.37%,SDS含量為19.92%~32.47%。體外消化結(jié)果表明,這些品種胚乳淀粉的eGI值為67.1~79.1,平均值為72.9,其中高于70的品種數(shù)占總數(shù)的80%。在消化糖含量的動(dòng)態(tài)變化上,糯稻在餐后30 min內(nèi)能快速釋放大量糖,釋糖速率高且糖量多,致使血糖反應(yīng)快,同時(shí)在90~180 min還能檢測(cè)到持續(xù)的糖釋放,釋放糖持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),具有耐餓和飽腹感。相關(guān)性分析結(jié)果表明,糯稻胚乳淀粉組分與消化產(chǎn)葡萄糖量、eGI之間存在相關(guān)性。發(fā)現(xiàn)RDS有助于血糖的快速升高,SDS、RS和AC有助于平緩的血糖反應(yīng)??傊?,糯稻基本上都是屬于升血糖能力強(qiáng)的食物,需控制血糖水平的人群需謹(jǐn)慎食用。

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