五指山参淀粉物化特性研究_潘浩.pdf

2022 年 12 月 热 带 农 业 科 学热 带 农 业 科 学 第 42 卷第 12 期 Dec.2022 CHINESE JOURNAL OF TROPICAL AGRICULTURE Vol.42,No.12 收稿日期 2022-07-05；修回日期 2022-07-20 基金项目 2020 年大学生创新创业项目（No.202011810011）第一作者 潘浩（2001），男，在读本科，研究方向为天然药物研发，E-mail：。通讯作者 杨卫丽（1979），女，硕士，教授，主要研究方向为天然药物品质评价，E-mail：。五指山参淀粉物化特性研究 潘浩 万雨汗 何馨维 邱秀儒 方桂红 杨卫丽（海南医学院 海南海口 571199）摘 要 以五指山参淀粉为原料，对其各种物化特性进行测定分析，为进一步开发五指山参提供理论基础。采用冷浸法提取五指山参原生淀粉，采用 X-射线法（XRD）测定五指山参淀粉结晶类型，用电镜扫描（SEM）、光学观察和偏光显微观察五指山参淀粉颗粒的形貌特征，用红外光谱扫描(FTIR)分析五指山参淀粉官能团类型和结构，用黏度仪测定淀粉黏度，用碘吸光度法测定五指山参直链淀粉含量，通过模拟体外消化测定五指山参淀粉的消化特性。结果显示：五指山参淀粉结晶为 A 型，淀粉有-OH、-CH、C=O 等官能团特征吸收峰，分别在 2 930、3 500、1 650 cm1附近处；五指山参淀粉颗粒较完整，大多数为椭圆形，也有近圆形、方形等，颗粒表面有少量的凹陷；淀粉颗粒偏光十字清晰可见，且颗粒均匀分布，无簇拥成团的现象；五指山参淀粉凝沉性弱，稳定性较高；直链淀粉含量（14.790.02）%；糊化淀粉样品的快速消化淀粉（RDS）、慢速消化淀粉（SDS）含量比未糊化淀粉样品高，糊化淀粉样品的抗性淀粉（RS）含量比未糊化淀粉样品低。五指山参淀粉性质较为稳定，有利于进一步对其进行开发利用。关键词 五指山参；淀粉；物化特性；含量测定 中图分类号 S567.23 文献标识码 A DOI:10.12008/j.issn.1009-2196.2022.12.012 Study on Physicochemical Properties of Starch from Abelmoschus sagittifolius(Kurz)Merr.PAN Hao WAN Yuhan HE Xinwei QIU Xiuru FANG Guihong YANG Weili(Hainan Medical University,Haikou,Hainan 571199,China)Abstract The starch of Abelmoschus sagittifolius(Kurz)Merr.was extracted and used as raw material to determine and analyze various physicochemical properties,providing a theoretical basis for further development of Abelmoschus sagittifolius(Kurz)Merr.The primary Starch from Abelmoschus sagittifolius(Kurz)Merr was extracted by cold leaching.X-ray method(XRD)was used to determine the crystalline type of its starch;morphological characteristics of its starch granules by scanning electron microscope(SEM)、optical observation and polarizing microscope;The functional groups and structures of its starch were infrared by spectra scanning(FTIR);determination of starch viscosity;determination of amylose content in its starch by iodine absorption spectrophotometry;determination of digestion characteristics of its starch by simulated digestion in vitro.XRD patterns showed that the starch crystallizes was type A;FTIR showed that its starch had characteristic absorption peaks of-OH,-CH,C=O and other functional groups near 2 930,3 500,1 650 cm1;SEM showed that its starch granules were relatively complete,most of them were elliptical,and there were also nearly circular,square and so on,with a small amount of depression on the surface of granules;optical observation showed that the polarized cross was sparse and visible,and the par-ticles were uniformly distributed without clustering;its starch had weak retrogradation and high stability;amylose content was(14.790.02)%;the fast-digested starch(RDS)and slow-digested starch(SDS)of pasted starch samples were higher than those of unpasted starch samples,and the resistant starch(RS)of pasted starch samples was lower than that of unpasted starch sam-ples.The starch property of Abelmoschus Sagittifolius(Kurz)Merr was relatively stable,which was conducive to further de-velopment and utilization,such as higher quality modified starch field.Keywords Abelmoschus Sagittifolius(Kurz)Merr;starch;physicochemical properties;content determination 箭 叶 秋 葵 Abelmoschus Sagittifolius(Kurz)Merr.别名红花马宁，五指山参。五指山参因其根的性状似人参而得此别名。五指山参为被子植物门（Angiospermae）双子叶植物纲（Dicotyledo-2022 年 12 月 热带农业科学 第 42 卷第 12 期 -74-neae）原始花被亚纲（Archichlamydeae）锦葵目（Malvales）锦葵科（Malvaceae）木槿族（Hibis-ceae）秋葵属（Abelmoschus）一年生或多年生亚灌木状草本植物，分布于越南、老挝、柬埔寨、泰国、缅甸、印度、马来西亚及澳大利亚等国以及中国海南、贵州、广西、广东等地。五指山参性微温味甘淡，其根入药，可以用于提神醒脑，滋养健体，治胃痛和神经衰弱；此外，还可作为祛瘀消肿药、跌打扭伤药和接骨药等外用药。在越南北部常以五指山参根作止痢药和滋补剂1。目前，五指山参的营养成分已经有研究者进行了测定，其中包括粗蛋白含量（9.220.09）%、水解样氨基酸（含色氨酸）含量 6.18%、粗脂肪含量（17.570.11）%、总糖含量（55.750.80）%、可溶性糖含量（4.41 0.23）%、还原糖含量（2.080.06）%、粗纤维含量（4.350.19）%，钙、铁、锌、锰、铜、钾、镁含量分别为4.0 mg/g、0.12 mg/g、53.5 g/g、14.0 g/g、11.5 g/g、3.4 mg/g、1.3 mg/g2。五指山参也富含淀粉，但关于五指山参淀粉方面的研究目前尚未有报道。本研究在前人对五指山参营养成分研究的基础上，测定五指山参淀粉的物化特性，为进一步开发和利用五指山参提供依据。1 材料与方法 1.1 材料 1.1.1 试材 五指山参即箭叶秋葵Abelmoschus Sagittifolius(Kurz)Merr.的根部，采自海南昌江海尾镇进董村。1.1.2 仪器 电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；DZF-6020 真空干燥箱，上海申贤恒温设备厂；FA2204C 电子天平，上海天美天平仪器有限公司；Sorvall ST 8R 冷冻离心机，赛默飞世尔科技（中国）有限公司；DF-101S 集热式恒温加热磁力搅拌器，河南省予华仪器有限公司；T6 新世纪紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；EVO18 扫描电子显微镜，德国zeiss 公司；BX51 偏光显微镜，日本 OLYMPUS公司；D8ADVANCE X 射线衍射仪，德国 Bruker公司；MicroVisco-Amilo-Graph 快速黏度测定仪，德国 Brabender 公司。1.2 方法 1.2.1 五指山参淀粉提取 将新鲜五指山参的根洗净去皮切成小块，放入烘箱（40）烘干；将干燥后的五指山参进行粉碎，并过 100 目筛；然后将五指山参粉末在室温下用水浸泡 24 h 之后，用 0.05%NaOH 溶液浸泡 24 h 进行脱色；用水和NaOH 反复浸泡至出现白色淀粉沉淀物后进行离心（2 500 r/min，10 min），刮去上层米黄色黏稠物质，反复离心直至无米黄色黏稠物质；将离心后得到的干净五指山参淀粉放入真空干燥箱（40）干燥 48 h，再将干燥后的洁净五指山参淀粉粉碎；过 100 目筛得五指山参淀粉样品，装入封口袋贴上标签，放入冰箱贮存备用（封口袋内放入有色硅胶以避免淀粉发霉）。1.2.2 X-射线衍射法（XRD）根据 X-射线衍射法3测定五指山参淀粉的结晶结构，并绘制 X 射线衍射图谱分析结晶类型。条件：在室温条件下测定，电压为 40 kV，电流为 40 mA，扫描衍射角度为 540，以 1/min 的速度进行扫描。1.2.3 红外光谱扫描（FTIR）将五指山参淀粉样品和色谱纯 KBr 以 1:4 比例充分混匀，在研钵中将混合物研磨 15 min，再把研磨后的粉末烘干（105，30 min）；称取适量粉末样品放入 FT-IR红外光谱仪中进行测量4，获得红外光谱图。扫描条件：扫描波数范围为 4004 000 cm1，光谱分辨率为 4 cm1，检测器为 DTGS，以空气为空白。1.2.4 电镜扫描（SEM）采用 SEM 对五指山参淀粉进行测定5。取微量五指山参淀粉均匀铺在金属样品台上，进行镀金处理，再放入电子扫描显微镜，使用 5.0 kV 的电子束，分别在 1 000、2 000 和 5 000 的放大倍数下扫描观察，获得五指山参淀粉粒的形貌和大小的扫描图。1.2.5 光学显微观察 对五指山参淀粉进行光学显微观察6。将五指山参淀粉样品和蒸馏水按照比例调配成淀粉乳，取适量淀粉乳滴在载玻片上，盖上盖玻片，放在载物台上；找到物象后调节适合的光度和放大倍数，拍摄五指山参淀粉粒的光学显微图。1.2.6 偏光显微观察 称取 0.5 g 五指山参淀粉样品放入 10 mL 无水乙醇中混匀，取一滴置于载玻片上并盖上盖玻片，调节显微镜至偏振光的状态，在 500 的放大倍数下拍照并观察五指山参淀粉的双折射现象7。1.2.7 直链淀粉含量测定 根据碘吸光度法测定 潘浩 等 五指山参淀粉物化特性研究 -75-五指山参淀粉中的直链淀粉含量，具体测定方法参考国家标准 GB/T 156832008 中大米直链淀粉含量的测定8。1.2.8 未糊化淀粉的体外消化性测定 参考Englyst9的人体体外消化模型测定方法加以调整，测定未糊化淀粉样品的消化性。精密称取0.300 0 g（干基）五指山参淀粉放入 50 mL 的离心管中，往离心管中放入 5 颗玻璃珠和 1 颗转子，再加入 15.0 mL 的缓冲液，混匀；放入 37恒温磁力搅拌器中水浴 10 min，再向样品中加入0.75 mL 的混酶液进行反应，开始计时；待反应到 20 和 120 min 时，分别取出 0.5 mL 酶液加入到含有 10.0 mL 无水乙醇的离心管中停止反应，混匀；将 2 次取出的样品溶液离心（4 600 r/min，10 min）；取 0.1 mL 的上清液至离心管，再加入3.0 mL 的 GOPOD 溶液后充分混匀，放入 45的水浴锅中加热 20 min 后冷却至室温；配制 0.1 mL蒸馏水+3.0 mL GOPOD 试剂作空白试剂调零，以葡萄糖标准液+3.0 mL GOPOD 试剂作为标准品，在波长 510 nm 处测量吸光度；以葡萄糖标准溶液作标准曲线，最后通过标准曲线计算出葡萄糖含量，从而得出五指山参淀粉中快速消化淀粉（RSD）、慢性消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）的含量。计算公式如下：RDS=G200.9/TS100 SDS=(G120-G20)0.9/TS100 RS=1-(G1200.9)/TS100 式中：G20为淀粉酶水解 20 min 时产生的葡萄糖含量（mg/g）；G120为淀粉酶水解 120 min 时产生的葡萄糖含量（mg/g）；TS 为总淀粉含量（mg）。1.2.9 糊化淀粉的体外消化性测定 精密称取0.3 000 g（干基）五指山参淀粉放入 50 mL 的离心管中，离心管中放入 5 颗玻璃珠和 1 颗转子，再加入 15 mL 的缓冲液，混匀。在 100恒温磁力搅拌器（160 r/min）中加热 30 min 糊化，后续操作同 1.2.8。1.2.10 淀粉糊黏度性质的测定 采用黏度仪测定五指山参淀粉糊黏度性质10。精密称取5.000 0 g（干基）五指山参淀粉样品放入布拉班德测定桶内，加 95 mL 蒸馏水，混匀后放入仪器中进行测定。设定温度程序：起始温度为 30，升温速率为 7.5/min，升温到 92后持续 5 min，再以7.5/min速率降温至 50并维持 5 min，测定过程中测定仪自动记录数据，结束后得到淀粉的粘度曲线。2 结果与分析 2.1 X-射线衍射法（XRD）淀粉是由有序的结晶区和无序的非结晶区构成，结晶的部分可以用小角衍射来测定。通过 X-衍射仪扫描出来的 XRD 图谱可用于分析淀粉的结晶类型。淀粉在 XRD 图谱中主要表现为 3 种基本的结晶结构，即 A 型、B 型和 C 型11。A 型结晶由双螺旋结构排列而成，结晶内的双螺旋结构主要是通过氢键连接，典型的 A 型淀粉在 15、17、18及 23处会出现 4 个强衍射峰，而典型的B 型淀粉的强衍射峰主要出现在 5.6、17、22及 24处。从图 1 可以看出，五指山参淀粉在1525有强衍射峰的出现，且为 4 个强衍射峰，符合典型的 A 型淀粉晶体特征。因此，五指山参淀粉的结晶类型属于 A 型结晶。图 1 五指山参淀粉 X-射线衍射图谱 2.2 红外光谱扫描(FTIR)五指山参淀粉的红外光谱图如图 2 所示。在波长 3 500 cm1附近处的吸收峰出现了明显的变化，其吸收峰变宽，吸收强度增大，该处的吸收峰是-OH 键的特征吸收峰，是五指山参淀粉的葡萄糖环上羟基发生弹性振动而产生的。在 2 930 cm1附近处出现一个中等强度的吸收峰，此峰是 C-H键振动吸收的标志，是 C-H 键的伸缩运动。在1 650 cm1左右出现的吸收峰对应 C=O 的伸缩振动；而在 941 cm1附近处出现的吸收峰，是淀粉的-1,4 糖苷键（C-O-C）的伸缩振动12。2.3 电镜扫描（SEM）通过 SEM 对五指山参淀粉样品进行观测，得 2022 年 12 月 热带农业科学 第 42 卷第 12 期 -76-图 2 五指山参淀粉红外光谱图像 到淀粉颗粒表观形态特征，如图 3 所示，分别是五指山参淀粉颗粒放大 1 000、2 000、5 000 倍的形态。从图 3 中可以看出，五指山参淀粉较完整，大多数为椭圆形，也有近圆形、方形和不规则图形等，颗粒大小不一，淀粉表面有少量的凹陷。五指山参淀粉颗粒形状与菠萝蜜籽淀粉颗粒形状相似13。2.4 光学显微观察 图 4 为五指山参淀粉的光学显微图，其中图4-A 是放大 200 倍的图像，可以清晰看出淀粉粒多数为圆形、椭圆形，分布均匀，颗粒完整；图4-B 放大 500 倍，能够看到淀粉有明显黑色微内凹的点，该黑点是淀粉的脐点，淀粉表面有似树木年轮样的轮纹结构，而脐点由一层层的轮纹所包裹。A.1 000；B.5 000；C、D.2 000。图 3 五指山参淀粉颗粒的电镜扫描图 A.200；B.500。图 4 五指山参淀粉的光学显微图像 潘浩 等 五指山参淀粉物化特性研究 -77-2.5 偏光显微观察 淀粉颗粒是由有序的结晶区和无序的无定形区相互交替形成，通过偏光显微观察淀粉颗粒时会产生偏光十字，原因是由于 2 个区的折射率和密度有所不同14，而不同类别的淀粉颗粒偏光十字所展现的形态、位置以及明显程度各不同。如图 5 所示，在偏光显微下观察可以看到，五指山参淀粉颗粒均匀分布，无簇拥成团现象，具有清晰可见且呈现垂直交叉的偏光十字，十字交叉点（黑色斑点）基本位于淀粉的脐点。这与玉米淀粉的偏光十字相似15。A.100；B.500。图 5 五指山参淀粉偏光显微图 2.6 直链淀粉含量测定 2.6.1 直链淀粉标准曲线 碘吸光度法：待碘分子和支链淀粉发生络合反应显色后，测定五指山参淀粉中支链淀粉的含量。使用分光光度计在270 nm 处测量吸光度，以直链淀粉的浓度 x、吸光度 y 计算回归方程。回归方程：y=0.005 1x+0.145，R2=0.999 4。2.6.2 五指山参直链淀粉含量 直链淀粉与碘试剂的络合反应呈蓝色16。五指山参淀粉与碘试剂发生络合反应后呈现蓝色透明溶液，说明五指山参淀粉含有直链淀粉。通过测定五指山参淀粉样品吸光度，根据 2.6.1 中所得的标准曲线，计算得到五指山参样品直链淀粉的含量为（14.79 0.02）%。五指山参直链淀粉含量与大多数米淀粉的直链淀粉含量相似17。2.7 淀粉体外消化性测定 通过加入淀粉酶和糖苷酶，模拟体外消化，测得五指山参淀粉糊化和未糊化的消化性，得到快速消化淀粉（RDS）、慢性消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）在五指山参淀粉中的含量（表 1）。由表 1 可知，五指山参糊化淀粉样品的 RDS 和SDS 含量都比未糊化淀粉样品高，而 RS 比未糊化淀粉样品低。五指山参糊化淀粉的 RDS 高，说明它能在小肠中被快速消化吸收，迅速升高血糖，其消化性较未糊化淀粉好；五指山参糊化淀粉的 SDS 高，说明其在小肠能被完全吸收但消化速度较 RDS 低，整体表现为消化性较差，不会使机体血糖迅速升高，反而能够使葡萄糖释放缓慢，其在胃肠道中的消化吸收缓慢，能量是逐渐释放，有利于肥胖者体重的控制和保持15；通过对比糊化淀粉和未糊化淀粉的 SDS可知，未糊化淀粉对血糖及肥胖者体重控制优于糊化淀粉。五指山参未糊化淀粉的 RS 高，但 RS在胃和小肠中不被消化吸收，最终在大肠中被肠道菌群发酵分解，说明其消化性远低于 RDS，不会迅速升高机体的血糖或不升高血糖；通过对比糊化淀粉和未糊化淀粉的 RS，发现未糊化淀粉的 RS 远远高于糊化淀粉，这对于糖尿病类患者有较大的益处，有助于血糖维持在一个相对稳定的水平上18。表 1 五指山参淀粉体外消化性测定结果 样品 20 min 120 min G20 G120 RDS SDS RS 糊化淀粉(0.8020.07)a(1.1030.02)b(239.9521.03)c(329.855.75)d(71.986.31)e(26.974.67)(1.041.72)f未糊化淀粉(0.1260.01)(0.3800.05)(37.7721.85)(113.70015.28)(11.310.55)(22.754.08)(65.924.55)注：（MSD）；与未糊化淀粉比较，不同小写字母表示差异显著（p0.001）。2022 年 12 月 热带农业科学 第 42 卷第 12 期 -78-2.8 淀粉糊黏度性质测定 淀粉黏度测定结果如图 6 所示。淀粉不溶于冷水，在达糊化温度的热水中因吸水膨胀而糊化。淀粉颗粒结构主要由氢键构成，其在水中加热糊化后，氢键强度随着温度升高减弱，颗粒吸水膨胀，黏度上升；若继续加热氢键则断裂，导致黏度下降。从图 6 可以看出，五指山参淀粉易于糊化，在较低糊化温度时即开始糊化，但在起始糊化温度 05 min 内，淀粉黏度几乎不发生变化；当温度略高于起始温度后，淀粉颗粒开始迅速糊化膨胀，颗粒间相互作用，因此淀粉黏度逐渐增加；当黏度达到 400 BU 左右，不再随着温度升高而增大，反而降低，说明此时淀粉分子键破裂分散，直链和支链淀粉释放到淀粉乳中，导致黏度不再升高，而是保持平衡。当温度冷却下降后，淀粉颗粒集中收缩，黏度又逐渐增大，由于淀粉糊中的分子链相互缠绕程度变大，淀粉中凝胶网络结构更加坚固，淀粉分子之间的相互作用增强，使得五指山参淀粉糊的凝沉性弱，稳定性较高。图 6 五指山参淀粉的黏度曲线图 3 结论 通过对五指山参淀粉样品的 XRD 分析发现，在 1525范围内其有 4 个强衍射峰出现，FTIR显示，五指山参淀粉有-CH、-OH、C=O 等官能团特征吸收峰，在 2 930、3 500、1 650 cm1附近处。SEM 显示五指山参淀粉颗粒较完整，大多数为椭圆形，也有近圆形、方形等，颗粒表面有少量的凹陷。光学显微观察显示，五指山参淀粉偏光十字清稀可见，且颗粒均匀分布，无簇拥成团的现象。五指山参淀粉与碘试剂反应后显蓝色，说明五指山参含有直链淀粉，但经过测定后发现五指山参淀粉中的直链淀粉含量较少，仅为（14.790.02）%。淀粉黏度测定结果说明，五指山参淀粉糊的凝沉性弱，稳定性较高。五指山参糊化淀粉样品的快速消化淀粉（RDS）、慢速消化淀粉（SDS）比未糊化淀粉样品高，但其抗性淀粉（RS）比未糊化淀粉样品低。五指山参淀粉属于典型的 A 型淀粉，而 A 型淀粉因其颗粒较小，具有比表面积大、天然的孔洞结构等优势，淀粉糊的凝沉性弱，稳定性较高，其直链淀粉的含量也同米淀粉相似，有利于进一步开发更高品质的变性淀粉，例如多孔淀粉19。若以缓慢提升血糖作为参数指标，对于 RDS、SDS而言，五指山参未糊化处理优于糊化处理；对于RS 而言，五指山参未糊化处理优于糊化处理。五指山参淀粉全部的物化特性分析结果显示，五指山参淀粉性质较为稳定，有利于进一步对其进行开发利用。参考文献 1 中国科学院.中国植物志M.北京:科学出版社,1984:59.2 南志奇,黄靖,杨海渝,等.五指山参营养成分分析J.氨基酸和生物资源,2012,34(2):63-65.3 沈舒民.高粱淀粉结构与功能特性研究及相关性分析D.杭州：浙江大学,2020.4 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