晁桂梅 周 瑜 高金鋒 屈 洋 王 穎 馮佰利

粳性和糯性糜子淀粉的理化性質

晁桂梅1周 瑜1高金鋒1屈 洋2王 穎3馮佰利1

（旱區(qū)作物逆境生物學國家重點實驗室；西北農林科技大學1，楊凌 712100）
（寶雞市農業(yè)科學研究所2，寶雞 722400）
（云南省農業(yè)科學院經濟作物研究所3，昆明 650205）

為揭示粳性、糯性糜子淀粉的理化特性及其差異，選用2個粳性糜子、2個糯性糜子品種為試驗材料，以玉米淀粉、馬鈴薯淀粉為對照，比較了其淀粉的顆粒形態(tài)與大小、晶體結構、直鏈淀粉含量、透明度、凍融穩(wěn)定性等理化性質。結果表明，粳性、糯性糜子淀粉顆粒形態(tài)均呈棱角圓滑的多面體形或球形，平均粒徑分別為7.18、6.04μm，結晶構型均為A型；粳性糜子淀粉直鏈淀粉含量、凍融析水率高于糯性糜子淀粉，而透光率較低；粳性、糯性糜子淀粉的溶解度與膨脹度均隨溫度升高而增大，前者的溶解度、膨脹度較低；粳性糜子淀粉破損值低，熱糊穩(wěn)定性好，而糯性糜子淀粉的回生值低，冷糊穩(wěn)定性好。因此，糜子淀粉可作為一種新型的淀粉資源應用于不同領域。

粳性糜子 糯性糜子 淀粉 理化性質

糜子（Panicum miliaceum L.）是我國西部干旱半干旱地區(qū)主要糧食作物，具有生育期短、耐旱、耐瘠薄等特點，常年種植面積約100萬hm2［1］。糜子富含蛋白質、淀粉、膳食纖維及多種微量元素，如鎂、鐵、鈣等，可以預防動脈硬化、胃腸道腫瘤和冠心病等疾?。?］，是21世紀新型的醫(yī)食同源作物，糜子有粳、糯之分。糜子籽粒中淀粉質量分數(shù)為70%左右，其中粳性品種在72%以上，糯性品種在67%以上，不同品種之間差異較大［1］。

淀粉不僅是人們膳食中碳水化合物的主要來源，也是食品加工行業(yè)中所用的原料之一［3］。目前關于食用型淀粉的研究主要來自馬鈴薯［4］、玉米［5］、水稻［6］等作物，但隨著人們生活水平的提高以及飲食結構的改變，糜子淀粉及其相關制品備受人們關注和青睞。有研究表明，糜子淀粉顆粒呈雙峰分布，即小球形和大多角形，大球形顆粒較少，與谷子、稗子相比峰值黏度和破損值較高，而糊化溫度和回生值較低［7］；糜子淀粉的糊化特性在品種間差異較大，熱糊穩(wěn)定性、冷糊穩(wěn)定性均優(yōu)于馬鈴薯淀粉［8］；糜子淀粉糊化的熱焓值高于糯性大米淀粉和粳性小米淀粉［9］。此外，糜子中抗性淀粉含量較高，適用于糖尿病和心血管病患者食用［7］。

淀粉作為糜子籽粒中的主要成分，其理化性質直接影響到糜子的品質特性及加工性能。但總體看來，關于糜子淀粉的研究相對較少。本研究通過對不同粳、糯性糜子品種淀粉理化性質的研究與分析，揭示糜子淀粉以及粳、糯性糜子淀粉的理化性質及其差異，旨在為糜子品種選育及糜子淀粉開發(fā)應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試材料為粳性糜子品種2個，為PZ-00424和YYM0965；糯性糜子品種2個，為90322-2-33和內糜7號。試驗材料來源于2012年種植于西北農林科技大學陜西榆林試驗基地。參比淀粉為玉米淀粉（自制）和馬鈴薯淀粉（自制）。

1.2 儀器與設備

TDL-5-A型低速臺式大容量離心機：上海安亭科學儀器廠；FW100型高速萬能粉碎機：天津泰斯特儀器有限公司；JSM-6360LV型掃描電子顯微鏡：日本電子株式會社；D／Max2550VB+／PC型X-射線衍射儀：日本株式會社；RVA-3D型快速黏度測定儀：澳大利亞Newport Scientific儀器公司；UV1240型紫外可見分光光度計：日本京都島津公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 糜子淀粉制備

參考王穎［9］的堿液浸泡法提取糜子淀粉。

1.3.2 淀粉微觀結構

淀粉顆粒粉碎過200目篩后，將其固定于掃描電子顯微鏡的載物臺上，并進行噴金處理，然后用JSM-6360LV型掃描電子顯微鏡觀察淀粉粒形態(tài)與大小，電鏡加速電壓為15 kV，放大倍數(shù)為2 500倍［10］。

1.3.3 晶體結構

用D／Max2550VB+／PC型X-射線衍射儀在室溫下測定淀粉結晶特性。參數(shù)設定為衍射角2θ：5°～50°；步長：0.02°；掃描速率：8（°）／min；靶型：Cu；管壓、管流：40 kV、100 mA［11］。

1.3.4 直鏈淀粉含量

參照ISO 6647-1：2007［12］測定方法，以玉米直、支鏈淀粉標準品得到標準曲線，通過標準曲線方程及測得的樣品吸光度值計算淀粉樣品中直鏈淀粉含量。

1.3.5 淀粉糊的透明度

配制質量濃度為1 g／100 mL淀粉乳25 mL，采用杜雙奎等［13］的研究方法，以蒸餾水為空白，在620 nm波長下測定淀粉糊的透光率。

1.3.6 凍融穩(wěn)定性

配制質量濃度為6 g／100 mL的淀粉乳25 mL，在沸水浴中加熱20 min，冷卻至室溫后稱取淀粉糊重量，置于-20℃的冰箱內冷凍24 h，取出自然解凍。在3 000 r／min下離心20 min，除去上清液，稱取沉淀物質量，計算析水率［14］。

析水率＝（淀粉糊重-沉淀物重）／淀粉糊重×100%

1.3.7 溶解度與膨脹度

準確稱取0.500 g淀粉于25 mL離心管中，配制濃度為2 g／100mL 淀粉乳，分別于60、70、80、90 ℃水浴30 min，取出后3 000 r／min 離心20 min，分離上清液和沉淀物，由上層清液烘干后質量A（g）和離心管中剩余物質量P（g）。參照Jing等［15］的試驗方法，計算溶解度（S）和膨脹度（B）：

式中：m為淀粉樣品質量，以干基計／g。

1.3.8 糊化特性

稱取淀粉2.0 g，加蒸餾水25.0 mL，攪拌均勻，采用快速黏度分析儀（RVA）進行測定，用TCW（thermal cycle for windows）配套軟件記錄和分析數(shù)據(jù)［10］。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

各組試驗數(shù)據(jù)均為3次重復的平均值，數(shù)據(jù)采用Excel2007、SAS9.0 軟件分析，Sigmaplot10.0 作圖，多重比較采用LSD最小顯著差異檢驗法（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 淀粉顆粒形態(tài)與大小

圖1所示，參試粳性糜子和糯性糜子淀粉顆粒形態(tài)基本沒有差異，呈棱角圓滑的多面體形或球形，多角形顆粒較大且所占比例較高，與玉米淀粉顆粒相似，但與馬鈴薯淀粉顆粒形態(tài)不同。馬鈴薯淀粉顆粒多為卵圓形，顆粒大，少數(shù)為球形且顆粒小。糜子淀粉部分顆粒表面出現(xiàn)凹陷現(xiàn)象，可能是由小淀粉粒擠壓所致，也可能是因糜子淀粉提取時堿液浸泡對其顆粒的侵蝕；這些凹痕可能影響淀粉糊化，因為它促進了水的滲透和直鏈淀粉的浸出，從而直接導致淀粉顆粒的膨脹［16］，同時這些凹痕為淀粉粒與基質蛋白鑲嵌連接的位點［7］，并增大了淀粉顆粒的表面積，為淀粉酶解創(chuàng)造了條件［17］。淀粉顆粒的形態(tài)與大小因植物來源和生長條件的不同而存在較大差異［18-19］。參試粳性糜子品種PZ-00424和YYM0965淀粉的粒徑范圍分別為5.24～11.06μm和4.38～10.62 μm，平均為7.18 μm，略大于糯性糜子品種淀粉顆粒，90322-2-33和內糜7號的粒徑范圍分別為4.32～8.62μm和2.86～10.06μm，平均為6.04μm；而粳性、糯性糜子淀粉顆粒的粒徑均小于玉米淀粉（12.15 μm）和馬鈴薯淀粉（33.67 μm）。根據(jù)Lindenboom 等［20］的研究，顆粒平均粒徑為5～10μm的淀粉顆粒被定為“小型顆?！?，故粳性、糯性糜子淀粉顆粒均屬于“小型顆?！?，而較小的顆粒因其具有更大的表面積，可以提高淀粉的消化率。淀粉顆粒的形態(tài)與大小影響淀粉的理化性質，如膨脹度、糊化特性、流變特性等，同時也影響淀粉的功能特性和烘焙特性［21-22］。

圖1 不同種類淀粉顆粒的電鏡掃描照片

2.2 晶體結構

淀粉顆粒的結晶結構隨不同來源的植物品種而異，按淀粉的X射線衍射圖形將它們分成A、B、C 3種類型，谷物淀粉大多數(shù)屬A型，根莖和球根莖類的淀粉大多數(shù)屬B型，而根和豆類的淀粉則屬C型者居多；此外還有一種V型結構則是由直鏈淀粉和脂肪酸、乳化劑、丁醇以及碘等物質混合得到的，在天然淀粉中很少發(fā)現(xiàn)，在衍射圖中的12.5°和19.5°有較強的特征衍射峰出現(xiàn)［23］。從圖2可以看出，粳性、糯性糜子淀粉和玉米淀粉的X-射線衍射圖譜相似，在2θ 角為15°、17°、18°、23°處均出現(xiàn)強衍射峰，即均為A型；而與馬鈴薯淀粉的衍射圖譜不同，馬鈴薯淀粉在2θ 角為17.06°處出現(xiàn)強衍射峰，在5°、19.62°、21.98°處出現(xiàn)中等強度的衍射峰，結晶構型為B型。此外，糜子淀粉、玉米淀粉及馬鈴薯淀粉在2θ角為20°處均出現(xiàn)了弱強度的衍射峰，是因淀粉中還有少量脂類和蛋白質類物質存在［8，24］。粳性、糯性糜子淀粉和玉米淀粉的結晶構型雖均為A型，但其衍射強度和結晶度存在一定的差異，在2θ角為15°、17°、18°、23°處，粳性糜子品種淀粉的平均衍射強度（377.5、395.5、422.5、338.5 cps）和糯性糜子品種的相似（391.5、461.0、471.0、384.0 cps），均低于玉米淀粉（435.0、538.0、554.0、485.0 cps）；參試粳性、糯性糜子淀粉的結晶度相似，分別為45.36%、45.21%，略高于玉米淀粉（40.65%）和馬鈴薯淀粉（38.81%）。X-射線衍射圖中的峰高、半峰寬與淀粉顆粒內部結晶區(qū)中的顆粒大小形狀有關，結晶顆粒越大，衍射峰越高，半峰寬越?。?5］。已有報道表明，衍射圖譜除了受其植物來源的影響，還與其他因素如支鏈淀粉的鏈長、直鏈淀粉含量、水分的含量、淀粉的制備、生長條件及收獲時的成熟度都有關系［26］。不同種類淀粉的X-射線衍射強度和結晶度的差異，進而導致其在淀粉理化性質上的差異，如淀粉的可消化性和回生特性均與淀粉的晶體結構有關［27］。

圖2 不同種類淀粉的X-射線衍射圖譜

2.3 直鏈淀粉含量

由表1可知，參試粳性糜子品種間淀粉中直鏈淀粉含量差異顯著，其平均質量分數(shù)為27.15%，明顯高于糯性糜子淀粉（1.36%），也高于對照玉米淀粉（23.95%）和馬鈴薯淀粉（22.21%）。糯性糜子品種間淀粉中直鏈淀粉含量差異不顯著，均明顯低于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉。淀粉中直鏈淀粉含量因植物淀粉的來源而不同，并且是受生長期間氣候和土壤條件，以及收獲時間的影響［28］。研究表明，隨著收獲時間的推遲，馬鈴薯淀粉的直鏈淀粉質量分數(shù)從22% 下降到18%［29］；Kaur 等［30］發(fā)現(xiàn)馬鈴薯大顆粒淀粉直鏈淀粉含量高于中小顆粒。由于直鏈淀粉較支鏈淀粉易老化而不易糊化，對淀粉的透明度、膨脹度、凍融穩(wěn)定性、糊化溫度、黏度、及回生性等影響較大，進而影響到其食用與加工品質［31］。據(jù)報道，直鏈淀粉含量的提高有利于抗性淀粉（Resistant Starch，RS）形成和提?。?7］。本研究中，粳性糜子淀粉中直鏈淀粉含量遠大于糯性糜子淀粉，也大于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉，說明粳性糜子淀粉中可能含有較高比例的抗性淀粉，較適合于肥胖、糖尿病等人群的食用。

表1 不同種類淀粉的直鏈淀粉質量分數(shù)、透光率、析水率／%

2.4 透明度

如表1所示，參試2個粳性糜子品種淀粉糊的透光率差異不顯著，平均為15.31%，明顯低于2個糯性糜子品種淀粉糊的透光率（31.50%），與玉米淀粉相似，低于馬鈴薯淀粉；糯性糜子品種淀粉糊的透光率差異不顯著，均顯著高于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉。透明度是淀粉理化性質中一個最直觀的指標，尤其是在制作涼粉、碗饦等傳統(tǒng)食品，透明度是影響其外觀品質的重要因素［32］。淀粉糊透明度的高低通常用透光率來反映，與淀粉顆粒大小、直鏈淀粉含量及直／支淀粉含量之比有關，直鏈淀粉含量增高及淀粉顆粒粒徑的減小會降低淀粉糊的透明度［33］。參試淀粉中糯性糜子淀粉的透明度最大，是因為糯性糜子淀粉中直鏈淀粉非常低，而馬鈴薯淀粉因其淀粉顆粒最大，淀粉糊的透明度僅次于糯性糜子淀粉。所以，糯性糜子淀粉較適合應用于對產品透明度要求較高的加工行業(yè)。

2.5 凍融穩(wěn)定性

由表1可以看出，參試各類淀粉均在1次凍融之后出現(xiàn)了分層現(xiàn)象，2個粳性糜子品種淀粉糊的析水率差異不顯著，平均為47.49%，顯著地高于糯性糜子淀粉（20.21%）、玉米淀粉（23.31%）及馬鈴薯淀粉（8.39%）。2個糯性糜子品種間淀粉糊的析水率差異不顯著，略低于玉米淀粉，而高于馬鈴薯淀粉。淀粉的凍融穩(wěn)定性影響其食品的感官、質地、風味，由析水率反映［14］，與淀粉顆粒的結構與大小、直鏈淀粉含量等有關［34］。析水率低的淀粉糊，其凍融穩(wěn)定性一般比較好。因此，糯性糜子淀粉糊的凍融穩(wěn)定性較好，優(yōu)于粳性糜子淀粉和玉米淀粉，這與糯性糜子淀粉中直鏈淀粉含量較低有關［34］。但粳、糯糜子淀粉均在1次凍融之后有水析出，說明其凍融穩(wěn)定性仍需進一步的改善和提高。

圖3 不同種類淀粉的溶解度與膨脹度

2.6 溶解度與膨脹度

由圖3a可知，參試各類淀粉的溶解度隨著溫度的升高而增大，60～80℃時，粳性、糯性糜子品種之間淀粉的溶解度差異不顯著，但在達到90℃時，粳性糜子品種PZ-00424（22.67%）和YYM0965（28.40%）淀粉的溶解度低于糯性糜子品種90322-2-33（33.73%）和內糜7 號（35.10%），這與粳性糜子淀粉中直鏈淀粉含量相對較高有關［27］。在60℃和70℃時，粳性、糯性糜子淀粉的溶解度與玉米淀粉沒有顯著差異，但在80℃后，粳性、糯性糜子淀粉的溶解度略高于玉米淀粉，90℃時玉米淀粉的溶解度最低（11.53%），總體來說，玉米淀粉的溶解度隨溫度變化的幅度相對較小。粳性、糯性糜子淀粉的溶解度明顯低于馬鈴薯淀粉，且馬鈴薯淀粉的溶解度隨著溫度的變化較為明顯，60℃和90℃時馬鈴薯淀粉的溶解度分別為4.40%和47.04%。由圖3b可知，參試各類淀粉的膨脹度均隨著溫度的升高而增大，在60℃和70℃時，粳性、糯性糜子淀粉的膨脹度沒有顯著差異，在80℃后粳性糜子淀粉的膨脹度低于糯性糜子淀粉，90℃時粳性、糯性糜子淀粉的膨脹度平均值分別為12.22%和18.46%，高于玉米淀粉（11.67%），而顯著地低于馬鈴薯淀粉（59.98%）。由此可以得出，粳性、糯性糜子淀粉及玉米淀粉均屬于限制型膨脹淀粉，且粳性糜子淀粉和玉米淀粉的膨脹度隨溫度變化幅度較??；而馬鈴薯淀粉屬于高膨脹型淀粉，其膨脹度速度隨溫度變化較快，膨脹度較大［35］。在同一溫度下，不同糜子品種間淀粉溶解度和膨脹度存在差異，可能與其淀粉的顆粒形態(tài)、大小及直鏈淀粉含量等有一定的關系［36］。

2.7 糊化特性

由表2可知，粳性糜子、糯性糜子、玉米、馬鈴薯淀粉糊化特性的各指標值均呈現(xiàn)顯著性差異。參試粳性糜子品種淀粉的糊化溫度（63.8℃）、回生值（999.0 cP）高于糯性糜子淀粉（62.8 ℃、541.5 cP），而峰值黏度（2 033.0 cP）、破損值（498.5 cP）低于糯性糜子淀粉（3 355.5、974.5 cP），此現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因可能是因為粳性糜子淀粉中直連淀粉含量較高［37］。粳性糜子淀粉的峰值黏度和回生值低于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉，破損值介于二者之間；糯性糜子淀粉的峰值黏度和破損值介于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉之間，回生值低于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉。淀粉的糊化特性影響其食品蒸煮品質、口感效果及儲存性能的重要性質［38］，主要受淀粉顆粒大小、結晶度、直鏈淀粉含量及支鏈淀粉結構等影響［39］。Eugenia等［19］研究發(fā)現(xiàn)直鏈淀粉含量與淀粉糊化的峰值黏度、最終黏度呈負相關，而與糊化溫度、回生值呈正相關。分析表明，粳性糜子淀粉熱糊穩(wěn)定性優(yōu)于糯性糜子淀粉和馬鈴薯淀粉，而糯性糜子淀粉具有易糊化，峰值黏度大，冷糊穩(wěn)定性強，抗老化能力強的特點。玉米淀粉的熱糊穩(wěn)定性最強，馬鈴薯的熱糊穩(wěn)定性和冷糊穩(wěn)定性均最差；馬鈴薯淀粉有較高的糊化黏度，可能是由于其淀粉顆粒較大、膨脹度較高［40］。在食品加工中，應根據(jù)不同的加工方式選擇不同特性的淀粉，如高溫罐制食品，一般要求淀粉糊具有較好的熱穩(wěn)定性，而冷凍食品要求淀粉的凍融穩(wěn)定性好［41］，所以粳性糜子淀粉較適合于前者，而糯性糜子淀粉更適合用于后者。

表2 不同種類淀粉樣品的RVA特征值

3 結論

糜子淀粉顆粒呈棱角圓滑的多面體形或球形，多角形顆粒較大且所占比例較高，粳性與糯性糜子淀粉顆粒在形態(tài)上差異不明顯，且與玉米淀粉顆粒相似，與馬鈴薯淀粉顆粒差異較大；粳性糜子淀粉顆粒的粒徑略大于糯性糜子淀粉，但二者均小于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉，屬于小型顆粒。粳性糜子淀粉、糯性糜子淀粉的結晶構型均為A型，其衍射強度和結晶度與玉米存在一定的差異。糯性糜子淀粉中直鏈淀粉含量最低，其透明度和凍融穩(wěn)定性均優(yōu)于粳性糜子淀粉。糜子淀粉的溶解度與膨脹度均隨著溫度的升高而增大，粳性糜子淀粉的溶解度與膨脹度均低于糯性，粳、糯性糜子淀粉均屬于限制型膨脹淀粉。粳性糜子淀粉熱糊穩(wěn)定性優(yōu)于糯性糜子淀粉和馬鈴薯淀粉，而糯性糜子淀粉冷糊穩(wěn)定性好，抗老化能力強，且具有易糊化，峰值黏度大的特點。研究結果為進一步探索糜子淀粉在不同領域開發(fā)利用潛力提供了參考。

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Physicochemical Properties of Starch from Non-waxy Proso Millet and Waxy Proso Millet

Chao Guimei1Zhou Yu1Gao Jinfeng1Qu Yang2Wang Ying3Feng Baili1
（State Key Laboratory of Crop Stress Biology in Arid Areas，Northwest A＆F University1，Yangling 712100）
（Baoji Institute of Agricultural Sciences2，Baoji 722400）
（Industrial Crops Research Institute，Yunnan Academy Agricultural of Science3，Kunming 650205）

The granules morphology，microcrystalline structure，amylose content，transparency，freeze-thaw stability，solubility，swelling power，and pasting properties of starches of two non-waxy proso millet varieties and two waxy proso millet varieties were investigated to reveal the difference of the physicochemical properties of starches between non-waxy proso millet and waxy proso millet.The results showed that the starch granules morphology of non-waxy proso millet and waxy proso millet were polygonous and global shapes，and the polygonous granules were larger and more than the global ones；the average diameters of starch granules of non-waxy proso millet（7.18 μm）were larger than that of waxy proso millet（6.04 μm）.Type A microcrystalline structures were observed in starches of both non-waxy proso millet and waxy proso millet.The amylose content and drainage rate of starches of nonwaxy proso millet were higher than those of waxy proso millet，but the transmittance of starch pastes was lower than that of waxy proso millet（31.50%）.The solubility and swelling power of starches of both non-waxy proso millet and waxy proso millet increased with the rise of temperature，but the solubility and swelling power of starch of nonwaxy proso millet was lower than those of waxy proso millet.The peak viscosity and breakdown value of starch of non-waxy proso millet were both lower than those of waxy proso millet，but the setback value were higher than those of waxy proso millet，suggesting that the starches of non-waxy proso millet have better hot-pasting stability，while the starches of waxy proso millet were characterized by higher cold-paste stability and stronger anti-aging capacity.Therefore，starch of proso millet could be used as a new kind of starch resource in different fields.

non-waxy proso millet，waxy proso millet，starch，physicochemical properties

S516；S517；TS232

A

1003-0174（2016）11-0013-07

國家科技支撐計劃（2014BAD07B03），國家自然科學基金（31371529），國家谷子糜子產業(yè)技術體系（CARS-07-12.5-A9）

2015-03-11

晁桂梅，女，1988年出生，博士，作物高效栽培

馮佰利，男，1966年出生，教授，博士生導師，小雜糧品種資源、育種、栽培及產業(yè)化開發(fā)