酸解法青稞糊精理化性质及表征结构研究.pdf

2023年第36 卷第8 期酸解法青稞糊精理化性质及表征结构研究刘元靖，董丽雯”，白佳怡”，李思敏”，张豫青”，李梁（1.中国热带农业科学院农产品加工研究所，农业农村部农产品加工质量安全风险评估实验室（湛江），广东湛江52 40 0 1；2.西藏农牧学院食品科学学院，高原特色农产品研发中心，西藏特色农牧资源研发省部共建协同创新中心，西藏林芝8 6 0 0 0 0)摘要：采用酸解法制备青稞糊精，并对青稞淀粉和青稞糊精的理化性质、形貌结构、短长程有序结构、热特性和葡萄糖当量进行探究。结果表明：青稞淀粉的休止角、膨胀势、溶解率、析水率均大于青稞糊精，而青稞糊精的堆积密度大于青稞淀粉。扫描电子显微镜图像显示，青稞糊精展现出粗糙的表面、杂乱的微结构形态和更小的颗粒尺寸；红外光谱中发现青稞糊精在（1537 土235）c m-处产生了1个新峰，且青稞糊精的结晶度低于青稞淀粉；通过葡萄糖当量（DE）值可以发现，青稞糊精DE值明显高于青稞淀粉。关键词：青稞糊精；青稞淀粉；理化性质；表征结构Study on the physicochemical properties andcharacterization structure of acid hydrolysis highland barley dextrinLIU Yuan-jing,DONG Li-wen,BAI Jia-yi?,LI Si-min,ZHANG Yu-qing,LI Liang(1.Agricultural Products Processing Research Institute,Chinese Academy of Tropical AgriculturalSciences,Laboratory of Quality and Safety Risk Assessment on Agro-products Processing(Zhanjiang),Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Zhanjiang 524001,Guangdong,China;2.Food Science College,Tibet Agriculture&Animal Husbandry University,R&D Center of Characteristic Agricultural Products in Qinghai-Tibet Plateau,The Provincial and Ministerial Co-founded Collaborative Innovation Center for R&D in TibetCharacteristic Agricultural and Animal Husbandry Resources,Nyingchi 860000,Tibet,China)Abstract:The acid hydrolysis method was used to prepare highland barley dextrin,and the physico-chemical properties,morphology structure,short and long range ordered structure,thermal propertiesand glucose equivalent of highland barley starch and highland barley dextrin were investigated.The re-sults showed that the angle of repose,swelling potential,dissolution rate and water separation rate ofhighland barley starch were higher than those of highland barley dextrin,while the bulk density of high-land barley dextrin was higher than that of highland barley starch.Scanning electron microscope imagesshowed that highland barley dextrin showed rough surface,disordered microstructure and smaller particlesize.In the infrared spectrum,a new peak of highland barley dextrin was found at(1 537 235)cm,and the crystallinity of highland barley dextrin was lower than that of highland barley starch.The DE val-ue of highland barley dextrin was significantly higher than that of highland barley starch.Key words:highland barley dextrin;highland barley starch;physicochemical property;characterizationstructure中图分类号：TS236.3粮食与油脂文献标志码：A37文章编号：10 0 8-9 57 8(2 0 2 3)0 8-0 0 37-0 6收稿日期：2 0 2 3-0 2-17基金项目：农业农村部财政专项；农产品质量安全监管（风险评估）（GJFP20210502、G JFP2 0 2 10 50 3、G JFP2 0 2 2 0 2 0 6）作者简介：刘元靖（198 8 一），男，硕士，助理研究员，研究方向为农产品加工与质量安全。通信作者：李梁（1990 一），男，硕士，副教授，研究方向为高原农产品功能成分挖掘。38青稞中除了人体必需的8 种氨基酸含量较高，还富含膳食纤维、母育酚、黄酮、花青素等酚类物质 ，这些物质作为天然的抗氧化剂，具有抗癌、抗衰老、预防心血管疾病等作用。淀粉是人们获取能量的主要来源之一，青稞籽粒中淀粉含量为59.25%2】,其中支链淀粉含量为7 4%7 8%,其结构与性质影响着青稞的应用与性质。糊精是以淀粉或淀粉质为原料的1种轻度水解产物。美国食品药品管理局将糊精定义为小于2 0个单糖单位的多聚麦芽糖,是以酸或酶处理淀粉而得到的部分水解产物，其热值为16.7 kJ/g。糊精的葡萄糖当量值 2 0 3,是具有营养价值的多聚糖，热量较少。糊精能形成柔软、可伸展、热可逆的凝胶,并且人口即溶,使产品具有类似脂肪的口感 4，可作为冰淇淋、冰冻甜点中的脂肪替代物，能很好地保留脂肪营养与感官特性，减少摄入体内的总能量5。本研究对青稞淀粉与青稞糊精的理化性质、形貌结构、短长程结构、热特性和葡萄糖当量进行比较研究，为青稞糊精在食品中的应用提供更广泛的理论基础。1材料与方法1.1材料与试剂青稞（藏青2 0 0 0），产自西藏日喀则；酵母，安琪酵母股份有限公司；耐高温-淀粉酶溶液、糖化酶、纤维素酶溶液、蛋白酶，山东隆科特酶制剂有限公司；费林试剂、D-葡萄糖标准液，飞净生物科技有限公司;氢氧化钠、盐酸、氯化钙、二甲基亚矾、硝酸钠、醋酸钠、无水乙醇、亚硫酸钠，分析纯；溴化钾，光谱纯。1.2仪器与设备EV018电子显微镜，德国蔡司集团；SDT-Q500同步热分析仪、BrukerD8型X射线衍射仪（XRD），德国布鲁克公司；Q100型差示扫描量热仪，美国TA公司；Nicolet5700型红外光谱仪，美国赛默飞世尔科技（中国有限公司）；ATecM1恒温摇床，上海润度生物科技有限公司;DZF-6020A真空干燥箱，上海坤天实验仪器有限公司;TD4K离心机，常州亿通分析仪器制造有限公司;FW100高速万能粉碎机，北京市永光明医疗仪器有限公司；CPA225D电子天平,赛多利斯集团；AV400NMR谱仪，瑞士Bruker公司。1.3试验方法粮食与油脂1.3.1青稞淀粉的制备选取同品种青稞籽粒置于52 干燥箱中烘干24h,随后冷却至室温，粉碎后过150 m筛,得青稞粉，密封保存。准确称取青稞粉,加人纤维素酶溶液,在30 下恒温摇床8 h，提取酶解液以40 0 0 r/min离心15min，去上清液，刮去上层（暗黄色层），下层（白色层)加水制浆,过7 4.16 m筛,再次以40 0 0 r/min离心15min，去上清液，小心刮去上层（灰色层），留下层产品，自然条件下干燥2 4h6，得到粗青稞淀粉，最后多次醇沉精制，供下一步试验使用。1.3.2青稞糊精的制备采取酸解法制备青稞糊精。取适量蒸馏水，配制2 0 0 mmol/L氯化钙溶液倒人三角瓶中，于水浴锅中搅拌加热至9 0,加人耐高温-淀粉酶稀释液（耐高温-淀粉酶与氯化钙溶液体积比为1：100)7。称取青稞淀粉于上述三角瓶中并快速搅拌,加热混合均匀后,在30 s内达到90。反应一段时间后迅速用1mol/L盐酸调pH2.0进行灭酶处理。室温冷却至6 0 ,灭酶结束,用1 mol/L氢氧化钠调pH至6.5 8 ,以7 8 0 0 r/min离心2 0 min取上清液置于真空干燥箱中，干燥2 4h后取出粉碎,过0.150 mm筛,即得粗制青稞糊精。1.3.3青稞糊精的纯化在粗制青稞糊精中加人耐高温-淀粉酶溶液，再加入酵母（酵母与青稞糊精质量比为1：2 0），置于200r/min摇床上室温发酵2 4h，采用其4倍体积的体积分数95%乙醇沉淀后，将沉淀物用1倍体积的体积分数7 8%乙醇连续沉淀洗涤6 次 9，即得到纯化后的青稞糊精。1.3.4理化性质与表征结构的测定1.3.4.1休止角的测定采用固定漏斗法测定。分别称取50 g的青稞淀粉、青稞糊精样品，置于固定好的漏斗中，使样品从漏斗中缓慢流出，呈锥形，样品全部流出后，测量锥形体的高度h和直径d,记录数据,根据式（1)计算出休止角 10 =tand式中：为样品休止角，;h为样品堆积高度，cm;d为样品堆积直径,cm。1.3.4.2堆积密度的测定将青稞糊精、青稞淀粉分别装入2 5mL容量瓶2023年第36 卷第8 期2h(1)2023年第36 卷第8 期中并振实，直至样品填充至容量瓶刻度线处，加人样品前，准确称重容量瓶质量,并记录为m1，样品填充后的容量瓶和样品一起称重 1,记为m2。根据式(2)计算堆积密度p。p=251.3.4.3膨胀势的测定参考翟会生等 12 的方法,并略有修改。将青稞糊精干燥过夜,2 mL离心管干燥1h后立即置于干燥器中冷却30 min,称离心管的质量,并准确称量40mg青稞糊精于离心管中,每个样品重复3次,加入1mL蒸馏水密封颠倒混合6 次后，迅速于92.5水浴30 min。水浴第1分钟内上下混合颠倒混匀2 0 次,结束时立即置于冷水中冷却3min,再以12 0 0 0 r/min离心10 min,去除上清液，于7 0 干燥箱中烘干1h后放在干燥器中冷却30 min,称重 13。青稞淀粉的测定方法相同。根据式(3)计算膨胀势。膨胀势=m4-m式中：m4为烘干后样品和离心管总质量，g;m3为烘干后的离心管质量，g;为称取的样品质量。1.3.4.4溶解率的测定准确称取2 g的样品，记为ms,放人10 mL的离心管中,加入5mL超纯水,在常温下振荡2 0 s后，取出静置5min，以50 0 0 r/min离心30 min,将上清液倒入干燥且已称重的烧杯中，并在沸水浴中蒸干,然后在10 5恒温干燥箱中干燥至恒重 14,称取质量为m6，根据式(4)计算溶解率。溶解率=10 0%ms1.3.4.5冻融稳定性的测定称取一定量的样品，加蒸馏水配制成质量分数5%的混合液,在沸水浴中加热30 min后,冷却至室温。取10 mL倒人离心管中，称取样品糊的质量为m7，加盖于-2 0 冰箱中冻结2 4h,取出后于室温下自然解冻，将冻融处理后的样品以6 0 0 0 r/min离心10 min，弃去上清液 15，称取沉淀物质量为mg。根据式(5)计算析水率。析水率=m-m8100%m1.3.4.6扫描电子显微镜观察青稞淀粉和青稞糊精样品的表面形态通过扫粮食与油脂描电镜进行观察 16 。测试前用双面胶把样品颗粒固定在样品台上，随后在真空状态下用金溅射涂覆样品,并在10 kV的加速电压下观察样品形态,分析2者的颗粒大小和形状。m2-m1.3.4.7XRD 分析(2)取完全干燥的青稞淀粉和青稞糊精样品，压片后分别置于X射线衍射仪中进行扫描 17 。1.3.4.8傅里叶变换红外光谱分析根据文献 18 采用KBr压片法进行分析。1.3.4.9差示扫描量热分析称取完全干燥的青稞淀粉和青稞糊精样品 19约4mg,置于铝盒中,用配套铝盖密封,在充氮的条件下进行,升温速率为10/min,测定温度范围为100400，得到样品的吸热曲线。1.3.4.10核磁共振氢谱分析称取青稞淀粉和青稞糊精样品各10 mg于1.5mL离心管中,加人0.5mL二甲基亚矾,以8 5水浴10 min使其充分溶解。然后将溶液全部转移到核磁管中，以2 5扫描32 次。(3)1.3.4.11葡萄糖当量(DE)值测定根据GB/T22428.12008淀粉水解产品还原力和葡萄糖当量测定测定青稞淀粉和青稞糊精的DE值,根据式(6)计算DE值。Vi 300V100DE=V2xmgDMC式中：V为混合费林试剂标定消耗的D-葡萄糖标准液体积,mL;V为在测定时消耗样品液体积,mL;mg为配制50 0 mL样品液中样品的质量，gDMC为样品干物质含量，%。1.4数据处理(4)试验采用Excel2010统计分析软件进行基础数据整理；采用Origin2022b进行绘图；采用SPSS20.0进行数据处理。2结果和讨论2.1酸解法麦芽糊精的理化性质由表1可知：青稞淀粉的休止角、膨胀势、溶解率、析水率均大于青稞糊精，而堆积密度小于青稞糊精。休止角小,代表流动性好 10 。堆积密度越小，表明样品越容易散开 1,而青稞淀粉的堆积密度较小，说明颗粒抱团程度较小，同时青稞淀粉的溶解率(5)为52.316%0.46 8%,均表明其在水中易溶解。膨胀势衡量粉体的吸水能力。冻结溶解的变化可以用析水率来表示,析水率越大则表示冻融稳定性越差，39(6)40反之越好。青稞淀粉的膨胀势、析水率较大，说明其指标休止角/(）青稞淀粉0.516 0.015青稞糊精0.286 0.0152.2酸解法糊精的微观结构状态由图1可知：青稞淀粉颗粒表面光滑、颗粒为圆形,形状结构比较完整；与青稞淀粉相比，糊精形态特征发生明显变化，颗粒表面的光滑度降低，呈现出粗糙的、不完整的形态和杂乱的微结构。这说明酸解法的处理可能影响到淀粉自身结构发生了改变。(a)(c)图1青稞淀粉(a、c）和青稞糊精(b、d）的扫描电子显微镜图像2.3酸解法糊精的长程有序结构由图2 可知：青稞淀粉在2 0 为15、17 18 和23显示出A型晶体结构。相比之下，青稞糊精可以观察到具有较低信号的弱A型结构，并在2 1和26210203040506070809020/()图2青稞淀粉和青稞糊精的XRD光谱图粮食与油脂吸水能力较好，而冻融稳定性较差20表1青稞淀粉与青稞糊精的理化性质堆积密度/(g/mL)0.733 0.0280.832 0.032(b)(d)青稞淀粉一青稞麦芽糊精2023年第36 卷第8 期膨胀势溶解率/%11.903 0.25452.316 0.46811.197 0.23531.870 0.39626附近呈现2 个其他信号，可能是V型结构存在的证据。同时,青稞淀粉的结晶度(19.6%）高于青稞糊精的结晶度（4.7%）,结果表明青稞糊精会破坏青稞淀粉的A型晶体结构，将其转化为无定形形式,导致结晶度降低。2.4酸解法糊精的短程有序结构由图3可知：傅里叶红外光谱在40 0 0 400cm-的区域出现7 个吸收峰，分别在3311、2929、16 53、116 5、1 0 6 1、1 0 2 1、57 3 c m-附近,糊精在（1537 2 35）cm-处产生了1个新峰。在3311cm-1附近的吸收峰为0 H伸缩振动引起的，在2 个样品之间没有观察到明显的差异；在2929 cm-附近的吸收峰为一CH,伸缩振动,在1653cm-1附近的吸收峰为C一0 伸缩振动；在1061、10 2 1c m-1附近的吸收峰与晶体和非晶体相关联，这2 个峰的比率可用作评估晶体青稞淀粉含量的重要指标；在116 5cm-处的弱信号主要是由糖苷键C0一C 的振动引起 2 1。青稞糊精的红外吸收峰强度比值均小于青稞淀粉，这或许与青稞淀粉或青稞糊精中结合水的存在有关,结果与XRD一致。2.929331140003500300025002000波数/cml图3青稞淀粉和青稞糊精的傅里叶红外光谱2.5酸解法糊精的热特性分析由图4可知：青稞淀粉曲线在310 处可以检测到吸热峰，而青稞糊精并未有明显的吸热过程，析水率/%89.103 0.39188.043 0.745青稞淀粉青稞糊精/153716531165106116210150010005005732023年第36 卷第8 期可以说明由酸解法的处理导致青稞糊精内部氢键被破坏,分子结构发生改变，引发淀粉结晶区转变为非结晶区，热量变化趋于稳定，从而比青稞淀粉具有更好的热稳定性。青稞淀粉青稞糊精L100图4青稞淀粉和青稞糊精的热流温度变化2.6酸解法麦芽糊精的DE值分析由图5可知：在质量浓度5.11、4.7 7 mg/L处有2个信号,分别由-(1,4）和-(1,6)键引起;通过测定得青稞糊精的DE值为0.0 34%，明显高于青稞淀粉（0.0 0 7%）。这可能是由青稞糊精在制备过程中低pH和高温导致-(1-4)键断裂,从而使淀粉进行分子内脱水,与相邻链的游离羟基形成-(1-6)或分子间键。-1,4-1,6青稞糊精115.65.2图5青稞淀粉和青稞糊精的淀粉核磁共振氢谱分析图3结论通过对比青稞糊精与青稞淀粉的理化性质发现，青稞淀粉具有较好的溶解率和膨胀势，青稞糊精具有较好的流动性和冻融稳定性。对2 者进行表征结构研究发现，与青稞淀粉相比，糊精展现出粗粮食与油脂糙的表面、杂乱的微结构形态和更小的颗粒尺寸；红外光谱发现，糊精在（1537 2 35）cm-处产生了1个新峰,这是由糖苷键C一0 一C 引起的,且青稞糊精的结晶度低于青稞淀粉；青稞糊精的DE值高于青稞淀粉。本研究从多种方法角度对青稞淀粉和糊精进行理化性质和表征分析，表明处理方法可明显增强对青稞糊精的理化性质与表征结构的影262C3101150200温度/青稞淀粉4.84.4质量浓度/(mg/L)41响，本研究为青稞糊精的应用提供理论支撑。320【参考文献【1徐菲，党斌，杨希娟，等不同青稞品种的营养品质评价 J麦类作物学报，2 0 16，36(9)：12 49-12 57.【2 梁雨荷萌发对青稞加工品质、营养化学成分及生物活性的影响 D西宁：青海大学，2 0 19.25030014.03.63503.24002.8【3程小续以大米淀粉为基质的低DE值麦芽糊精的研究 D长沙：中南林业科技大学，2 0 10.【4林亲录，程小续，刘星，等低DE值麦芽糊精对面包品质影响的研究 J食品工业科技，2 0 10，31（11)：309-311.【5】郝新蕾马铃薯淀粉为基质脂肪替代品的制备及应用 D无锡：江南大学，2 0 0 9.6赵彦巧，朱志勇，李建颖，等响应面试验优化中性蛋白酶辅助提取青稞淀粉工艺 J食品科学，2 0 16，37(4):31 36.【7 马涛，赵琨，毛闯.大米淀粉为基质制备低DE值麦芽糊精的研究 J.食品科学，2 0 0 7(10)：2 37-2 40.【8 李芬芬，张本山交联度对麦芽糊精性质影响的研究 J)粮食与油脂，2 0 17，30(12)：43-45.【9 张颖.抗性糊精的纯化及应用特性研究 D无锡：江南大学，2 0 15.10】仇耀芳，何小维，黄强，高流动性淀粉的制备及其性质研究 J)粮食与饲料工业，2 0 13(1)：30-33.11刘艳，商飞飞，李定金，等山药固体饮料喷雾干燥工艺优化 J食品研究与开发，2 0 19，40(2 2)：10 7-112.【12】翟会生，唐珊珊，潘志芬，等.青稞籽粒主要组分对其淀粉膨胀势的影响 J应用与环境生物学报，2 0 17,23(2):193 199.13】代小梅，李俏，邓光兵，等川麦42 川农16 重组自交系的主要淀粉特性研究 J西南农业学报,2019,32(1):14-19.14马梦苹，张来林，王彦波，等。马铃薯全粉和小麦粉基本特性的对比研究 J河南工业大学学报（自然科学版)，2 0 16,37(6):52 -5615张艳荣，彭杉，刘婷婷，等挤压处理对马铃薯全粉加工特性及微观结构的影响 J食品科学，2 0 18，39(11):107-112.(下转第45页)2023年第36 卷第8 期0.05）。试验表明,BG能够通过良好的抗氧化作用在缺氧环境条件下抑制小鼠机体氧自由基增殖，减少缺氧造成的有害过氧化反应产物生成，从而起到保护细胞代谢功能的作用,缓解缺氧应激损伤。3结论以青稞-葡聚糖(BG)灌胃小鼠,通过对小鼠进行缺氧和疲劳试验,研究BG的耐缺氧功效。结果表明：在缺氧试验中,BG低剂量组（0.6 g/kg)小鼠的缺氧存活时间和喘息时间均最长，分别为(21.97 4.34)min、（2 0.17 2.7 8)s,均与空白对照组存在显著差异（P0.05）。在疲劳试验中,空白缺氧对照组、BG组力竭距离分别为（12 9.5454.532）、（2 57.43132.17)m，均与空白常氧组存在极显著差异（P0.01);BG组小鼠的肝组织MDA含量为（10.331.94）nmol/mg,与空白常氧对照组存在显著差异（P0.05），与空白缺氧对照组存在极显著差异（P0.01）;BG 组中SOD含量和GSH-PX含量分别为（2 2 4.9533.12）U/mg、（18 4.452 8.52)U/g，与空白缺氧对照组均存在显著差异（P0.05）。说明BG具有提高小鼠耐缺氧的较好功效。本研究为开发以BG为主要成分的高原耐缺氧功能食品奠定理论基础。【参考文献【1】郭鑫，于天源，周，等肌肉疲劳及肌肉损伤机制研0+00+00+00(上接第41页)16】张晓宇，张公正硬脂酸丁酯微胶囊的制备与表征 J化学研究，2 0 0 6(3)：49-51.17】满建民高直链淀粉水稻胚乳淀粉粒的结构与特性研究 D扬州：扬州大学，2 0 15.【18 任静，刘刚，欧全宏，等.淀粉的红外光谱及其二维相关红外光谱的分析鉴定 J中国农学通报，2 0 15，31(17):58 64.粮食与油脂究综述 J中华中医药杂志，2 0 16，31(7)：2 7 2 0-2724.2刘富萍.谷胱甘肽过氧化物酶CPxl及谷胱甘肽还原酶GR在人牙髓组织中的表达及意义 D长春：吉林大学,2 0 16.【3雷鹏，田思聪，滕春莹，等莱硫烷对肝细胞的抗氧化能力和线粒体功能的影响 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