荔枝核淀粉理化性質(zhì)及體外消化特性研究

廖夏云，盧羽玲，王芊，王佳萍，趙立春，2*

（1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，廣西 南寧 530021；2.廣西壯瑤藥工程技術(shù)中心，廣西 南寧 530021）

荔枝，主要生長在熱帶和亞熱帶地區(qū)，果肉呈乳白色半透明狀，汁多香甜，營養(yǎng)豐富；果核呈圓形或橢圓形，褐色，光滑。數(shù)據(jù)表明，2017年，我國荔枝種植面積和產(chǎn)量均占世界比例的65%以上，[1-2]。廣西共有荔枝品種62個，主要優(yōu)良品種有桂味、大造等[3]。荔枝一直備受人們的喜愛，近年來荔枝果肉被開發(fā)成各式各樣的產(chǎn)品，而加工余留下的荔枝核越來越多，荔枝核的運用并不廣泛，除少量藥用外其余大部分被丟棄。荔枝核中有黃酮類、甾體類、萜類等多種活性成分，其藥理作用有抗炎、抗氧化、降血糖等[4]。目前對于荔枝核的研究主要集中在其活性成分及其藥理作用方面，對荔枝核營養(yǎng)成分和荔枝核淀粉的研究較少。荔枝核主要成分有淀粉、還原糖、水分、粗纖維等，其中淀粉含量超過50%[5]，淀粉是一種多糖，分為直鏈淀粉和支鏈淀粉。這兩類淀粉的含量和比例會影響淀粉整體理化性質(zhì)，如糊化、老化情況、功能及營養(yǎng)特性等[6-7]。淀粉是我國居民主食主要的成分和能量來源，除供食用外，淀粉還是常用的工業(yè)原料[8]。荔枝核淀粉作為一種新型淀粉且在荔枝核干重中占比大，近年來，國內(nèi)外對荔枝核淀粉的研究較少且未見深入研究報道。

目前各種淀粉的提取多采用濕法提取[9-10]，湯桂梅等采用超聲波輔助提取荔枝核淀粉，提取率在55%以上，最高可達60.3%，研究表明其糊化溫度比馬鈴薯淀粉和玉米淀粉高[11]。Hug等在比較木菠蘿、龍眼、琵琶、荔枝、芒果5種水果核淀粉的研究中，浸泡液中加入了0.5%焦亞硫酸鈉，最終荔枝核淀粉的得率為52.8%，荔枝核淀粉晶型為C型，區(qū)別于玉米淀粉的A型及馬鈴薯淀粉的B型[7]。Rahul Thory等在芒果核淀粉與荔枝核淀粉的比較中發(fā)現(xiàn)，荔枝核淀粉的直鏈淀粉含量為19.2%，其溶脹能力和黏滯特性弱于芒果核淀粉[12]。吳國宏等研究表明，荔枝核淀粉的溶解度在一定溫度范圍內(nèi)隨著溫度升高而增大[13]。李寶珍等研究發(fā)現(xiàn)，荔枝核淀粉顆粒大部分呈橢圓形或多角形，粒徑普遍小于常見淀粉[14]。

本試驗在研究荔枝淀粉部分理化性質(zhì)的基礎(chǔ)上著重研究其體外消化特性，將荔枝核淀粉的理化性質(zhì)與體外消化特性結(jié)合在一起討論，初步探索其理化性質(zhì)與消化特性的關(guān)聯(lián)性，為荔枝核淀粉益生性和實際應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。同時為枇杷核、龍眼核、芒果核等所提淀粉的體外消化特性研究提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

荔枝核：合浦果香園；馬鈴薯淀粉、玉米淀粉：市售；淀粉酶（4 000 U/g）、胰蛋白酶（3 000 U/g）、胃蛋白酶（3 000 U/g）：河南萬邦實業(yè)有限公司；磷酸二氫鉀：成都市科龍化工試劑廠；3，5-二硝基水楊酸：成都科隆化學(xué)品有限公司；丙三醇：天津市富宇精細化工有限公司。以上化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

超聲波清洗器（KH-500B）：昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司；顯微鏡（BM1800）：南京江南永新光學(xué)有限公司；臺式低速離心機（TD-5）：四川蜀科儀器有限公司；電子水分測定儀（DSH-50-10）：上海越平科學(xué)儀器有限公司；紫外可見分光光度計（752N）：上海儀電分析儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 荔枝核淀粉的提取

1）曬干的荔枝核粉碎過40目篩，用自封袋包裝備用。

2）稱取10 g荔枝核粉，加20倍水，超聲輔助提取20 min，過120目篩，重復(fù)提取3次，合并濾液。

3）將濾液離心（4 000 r/min，15 min）。

4）棄去上清液，將沉淀置于烘箱40℃烘干，研缽研磨過篩，即得荔枝核淀粉。

工藝流程圖如圖1所示。

用下列公式計算荔枝核淀粉的提取率：

1.3.2 淀粉顆粒形態(tài)觀察

稱取0.5 g 3種淀粉（荔枝核淀粉、馬鈴薯淀粉、玉米淀粉），配制成1%的淀粉乳，于顯微鏡下選擇清晰的視野進行詳細觀察，并拍攝淀粉的顆粒樣貌。

1.3.3 溶解特性測定

稱取1.0 g淀粉樣品，配制2%的淀粉乳，置于60℃水浴中不斷攪拌 30 min，離心（4 000 r/min，15 min）將上清液轉(zhuǎn)移到烘干至恒重的蒸發(fā)皿（記質(zhì)量為m1）中，置于100℃烘箱中烘干加上蒸發(fā)皿中淀粉的質(zhì)量，記為 m2，得到被溶解淀粉質(zhì)量 A（g）=m2-m1，按下列公式計算溶解率[15]：

圖1 荔枝核淀粉的提取工藝流程圖Fig.1 Extraction process flow chart of litchi kernel starch

溶解率/%=A/W×100

式中：W為淀粉樣品的質(zhì)量（測定前已烘干至恒重），g。

1.3.4 酶解特性測定

準確稱取1.000 0 g淀粉樣品，加入30 mL 0.2 mol/L磷酸緩沖溶液，調(diào)節(jié)pH值至6.0，沸水浴中攪拌30min。待冷卻到50℃左右，加入5.0 mL 200 g/L α-淀粉酶液，60℃振蕩酶解4 h，加入30 mL 1.0%的硫酸溶液進行滅酶處理。將酶解液離心。上清液置于200 mL容量瓶中定容，取1 mL該溶液用3，5-二硝基水楊酸（3，5-dinitrosalicylic acid，DNS）法測定還原糖含量。將所測得的樣液的吸光度值代入葡萄糖標準曲線中求得樣液中葡萄糖含量，質(zhì)量記為X。酶解的淀粉質(zhì)量記為P（mg）按下列公式計算：

P=X×200×0.9

再按下列公式計算酶解率：

1.3.5 透光率測定

稱取0.5 g淀粉樣品，加水定容至50 mL攪拌均勻。于沸水浴中加熱并攪拌30 min，加熱過程中不斷加水以保持淀粉乳的體積不變。靜置24 h，棄去上清液，以蒸餾水作為空白，利用分光光度計測量凝沉淀粉糊在620 nm下的透光率[16-17]。

1.3.6 凝沉性測定

前處理方法同1.3.5。待冷卻至室溫（25℃）后，移入50 mL量筒中靜置，記錄24 h后的沉降體積，以沉降物體積所占的百分比表示其凝沉性[18]。

1.3.7 體外消化特性測定

配制人工胃液、腸液：參考藥典[19]。準確稱取淀粉樣品1.000 0 g，加入50 mL人工胃液（腸液），于37℃水浴中保溫4 h，并不時攪拌。離心，棄去上清液，將沉淀轉(zhuǎn)移至烘干至恒重的蒸發(fā)皿中，一起放入烘箱，烘干后稱重，減去蒸發(fā)皿質(zhì)量后即得被消化淀粉質(zhì)量。用以下公式表示人工胃液（腸液）消化特性：

2 結(jié)果與分析

2.1 荔枝核淀粉的提取

采用1.3.1的方法多次提取，提取率如表1所示。

表1 荔枝核淀粉的提取率Table 1 Extraction rate of litchi kernel starch

由表1可得出荔枝核淀粉的提取率為（36±2.2）%。若在實際生產(chǎn)中，采用本試驗所用方法提取淀粉，1 t荔枝核原料大約可提取360 kg淀粉，此方法簡單易行、耗費少、得率可觀。P.Jaiswal等在荔枝核淀粉的研究中采用超聲輔助提取，加入0.3%的檸檬酸提取得到酸改性淀粉，加入0.5%NaOH提取得到堿改性淀粉，酸改性淀粉的得率為12.6%，堿改性淀粉的得率為11%[20]；彭小燕等在高速剪切輔助堿法從龍眼核中提取淀粉的研究中發(fā)現(xiàn)龍眼核淀粉的提取率可達25.12%[21]；陳江萍的研究中發(fā)現(xiàn)枇杷核淀粉的提取率可達84.67%[22]；彭玉嬌等發(fā)現(xiàn)蓮子淀粉的提取率可達83.1%[23]；聶紅梅等研究中發(fā)現(xiàn)芒果核淀粉的提取率可達79.45%[24]。因為荔枝品種、產(chǎn)地、提取所用的儀器不同等都會影響得率，但總體來說，經(jīng)工藝優(yōu)化后荔枝核淀粉的提取率較高，說明荔枝核淀粉含量非常豐富，并且易提取。

2.2 荔枝核淀粉的形態(tài)

按步驟1.3.2操作，于光學(xué)顯微鏡（×40）下拍攝淀粉的顆粒形狀見圖2。

圖2 3種淀粉顆粒的光學(xué)顯微鏡圖（×40）Fig.2 Optical microscope photos of three kinds of starch granules（×40）

由圖2可知，荔枝核淀粉顆粒形態(tài)呈不規(guī)則圓形及橢圓形，肉眼可見中心的黑點可能為荔枝核淀粉的偏光十字，圖中顆粒上可能有少量的脂肪和蛋白質(zhì)附著。與馬鈴薯淀粉和玉米淀粉相比，荔枝核淀粉顆粒粒徑小、邊緣粗糙。粒徑小、結(jié)構(gòu)致密可能會導(dǎo)致其溶解度小于馬鈴薯淀粉和玉米淀粉，增加其抗消化能力，可能也是導(dǎo)致其糊化困難的一個重要原因。

2.3 溶解特性

3種淀粉的溶解率如表2所示。

表2 淀粉的溶解率Table 2 Dissolution rate of starch

由表2可知，荔枝核淀粉在60℃的溶解率為（2.06±0.29）%，低于60℃時馬鈴薯淀粉溶解率（9.65±0.99）%和玉米淀粉溶解率（6.23±0.12）%。由此可知，荔枝核淀粉的溶解率低于一般淀粉，根本原因為淀粉中支鏈淀粉和直鏈淀粉含量及比例的影響。國內(nèi)外研究都一致認為荔枝核淀粉的支鏈淀粉含量遠高于直鏈淀粉含量，支鏈淀粉含量高且比例大，溶解性能就會差。另一原因可能因為荔枝核淀粉顆粒粒徑小，結(jié)構(gòu)致密，不易釋放進入水中。還有可能因為荔枝核淀粉顆粒有少量脂肪和蛋白質(zhì)附著，改變其本身結(jié)構(gòu)特性，使其不易溶于水。不可控因素如荔枝的品種、產(chǎn)地、實驗室的差異、操作步驟的差異等都會造成測定結(jié)果有一定的差異。但綜合比較，荔枝核淀粉溶解特性較差，這一特性可能會增強其黏結(jié)性、抗消化能力等。

2.4 酶解特性

酶解之前用磷酸緩沖溶液對3種淀粉進行糊化處理，目的在于使淀粉充分吸水，以便于與酶溶液接觸，各淀粉的酶解率見表3。

表3 3種淀粉酶解率Table 3 Enzymatic hydrolysis rates of the three starches

由表3可知，荔枝核淀粉的酶解率為（27.91±0.18）%，低于馬鈴薯淀粉的酶解率（52.76±0.77）%和玉米淀粉的酶解率（42.65±0.51）%。根本原因在于酶解所用的酶為α-淀粉酶，對α-1，4-葡萄糖苷鍵作用。而荔枝核淀粉中含α-1，4-葡萄糖苷鍵是最少的。另一原因可能為荔枝核淀粉顆粒結(jié)構(gòu)致密的直鏈部分蜷曲其中，不能充分與酶接觸。淀粉顆粒表面附著有少量脂肪和蛋白質(zhì)，也會影響其與酶的接觸。消化道中對淀粉起作用的酶主要是α-淀粉酶，荔枝核淀粉酶解率低，可初步說明其抗消化能力強。

2.5 透光率

淀粉的來源、品種、栽培技術(shù)等不同會使得淀粉顆粒的性質(zhì)有差異，會影響淀粉糊化后的顆粒分子存在狀態(tài)，從而影響光線照射下的折射、穿透等情況。因此會有不同的透光率，馬鈴薯淀粉、玉米淀粉、荔枝核淀粉的透光率如表4所示。

由表4可見，荔枝核淀粉的透光率為0.089%，同等情況下荔枝核淀粉的透光率遠小于馬鈴薯淀粉的透光率（57.74±2.53）%和玉米淀粉的透光率0.34%。淀粉的透光率與水結(jié)合的能力呈正相關(guān)。影響淀粉透光率大小的根本因素是淀粉的結(jié)構(gòu)特性。馬鈴薯淀粉顆粒粒徑大，結(jié)構(gòu)疏松，淀粉顆粒中被透光率大的水充盈，使馬鈴薯淀粉透光率變大。馬鈴薯淀粉吸水性強的原因還在于其結(jié)構(gòu)中有親水基團存在，其顆粒表面光滑，不附著脂肪酸等[25]。荔枝核淀粉透光率低的原因在于其本身顆粒粒徑小、結(jié)構(gòu)致密，水分子很難進入結(jié)構(gòu)中，并且荔枝核淀粉結(jié)合有少量脂肪酸、蛋白質(zhì)等雜質(zhì)，無親水基團與其結(jié)合。淀粉與水結(jié)合的能力能夠反映出淀粉的黏滯特性，結(jié)果說明荔枝核淀粉黏性在3種淀粉中最大。淀粉的透明度還能反映淀粉的老化情況，一般透明度較低的淀粉易老化，結(jié)果說明荔枝核淀粉屬于易老化淀粉。

表4 淀粉的透光率Table 4 Light transmittance of starch

2.6 凝沉性

3種淀粉糊化后靜置24 h凝沉情況和凝沉體積占比見圖3和表5。

圖3 3種淀粉糊化后靜置24 h凝沉情況Fig.3 Setting conditions of three kinds of starch gelatinized and left for 24 h

表5 3種淀粉凝沉體積占比Table 5 Ratio of coagulation volume of three kinds of starch

由圖3可見，淀粉糊化后放置24 h，淀粉糊分層，上層為清澈溶液，下層為沉淀物，不同的淀粉糊化后放置一段時間下層沉淀物凝沉的體積會有所不同。由表5可知，荔枝核淀粉凝沉體積占比最小，為16.0%，馬鈴薯淀粉沉淀物凝沉體積占比最大，為（96.5±1.5）%。凝沉體積占比反映了淀粉顆粒的吸水性及保水性。放置時間、溫度、淀粉糊濃稠程度等也會影響淀粉的凝沉情況。放置時間久，原本與淀粉結(jié)合的水會析出，由此可反映淀粉的保水性質(zhì)?？芍笾说矸酆蟊Ｋ圆睿斖瓿珊瘯r吸水量遠小于馬鈴薯淀粉，也小于玉米淀粉?？赏茰y其在人體內(nèi)的消化作用弱于馬鈴薯淀粉和玉米淀粉。

2.7 體外消化特性

人工胃液和人工腸液的主要蛋白酶有較大區(qū)別，所以3種不同的淀粉在不同蛋白酶的作用下的失重率會有明顯的差別，具體結(jié)果見圖4。

圖4 3種淀粉體外消化特性Fig.4 In vitro digestion characteristics of three starches

由圖4可知，荔枝核淀粉在人工胃液中的失重率為（2.32±0.25）%，低于馬鈴薯淀粉和玉米淀粉，可見人工胃液對荔枝核淀粉的消化作用不大。人工胃液的主要成分是鹽酸和胃蛋白酶，胃蛋白酶對淀粉幾乎沒有作用，荔枝核淀粉在人工胃液中質(zhì)量減小是由于低pH值的鹽酸存在，對淀粉有一定的侵蝕作用和水解作用。荔枝核淀粉在人工腸液中的失重率為（1.45±0.02）%，低于馬鈴薯淀粉和玉米淀粉，人工腸液的主要成分是磷酸二氫鉀和胰蛋白酶，胰蛋白酶只對蛋白質(zhì)起作用，幾乎不對淀粉起作用，可能磷酸親水基團與淀粉結(jié)合導(dǎo)致淀粉溶于水造成質(zhì)量的減少，而荔枝核淀粉因為結(jié)構(gòu)特性的原因與親水基團結(jié)合得少，導(dǎo)致其失重率小。綜合來看，可能是由于荔枝核淀粉支鏈淀粉含量高，溶解度低、保水性差、難糊化、顆粒小、結(jié)構(gòu)致密等因素造成其在人工胃液和人工腸液中的失重率低，從而推測其抗消化能力強于馬鈴薯淀粉和玉米淀粉。但是試驗所使用的溶液只是粗略的模擬液，而人體內(nèi)消化環(huán)境極其復(fù)雜，還需要建立更符合人體環(huán)境的模型進行驗證。

3 結(jié)論

本試驗以荔枝核為原料，采用超聲波輔助提取荔枝核淀粉，提取率為（36±2.2）%，在顯微鏡下，荔枝核淀粉的顆粒呈不規(guī)則橢圓形及圓形，與馬鈴薯淀粉和玉米淀粉相比邊緣粗糙，粒徑小于馬鈴薯淀粉和玉米淀粉。60℃時荔枝核淀粉的溶解率為（2.06±0.29）%，低于馬鈴薯淀粉和玉米淀粉。α-淀粉酶對荔枝核淀粉的酶解率為（27.91±0.18）%，低于馬鈴薯淀粉和玉米淀粉，消化道中對淀粉起作用的主要是α-淀粉酶，由試驗結(jié)果可初步推斷荔枝核淀粉抗消化能力強?？蛇\用支鏈淀粉酶將荔枝核淀粉體外水解后再進行運用。荔枝核淀粉糊化后放置24 h，分層后底層淀粉糊的透光率為0.089%，凝沉體積占比為16.0%，較馬鈴薯淀粉和玉米淀粉低，說明荔枝核淀粉與水結(jié)合能力差，保水性差，同時反映其凝膠能力強，可將其運用于食品工業(yè)中。荔枝核淀粉在人工胃液中的失重率為（2.32±0.25）%，在人工腸液中的失重率為（1.45±0.02）%，兩種模擬液中的失重率都低于馬鈴薯淀粉和玉米淀粉，可能是由于荔枝核淀粉支鏈淀粉含量高，溶解度低、吸水能力低、保水性差、難糊化、顆粒小、結(jié)構(gòu)致密等因素造成。可初步推斷其消化特性較差，抗消化能力強。