有色糯性糜子理化與體外消化特性研究

李夢卿，趙 寧，姬小惠，梁雞保，李 瑞，張 瑞，杜雙奎,3

(西北農林科技大學食品科學與工程學院1，楊凌 712100)(神木市農業(yè)技術推廣中心2，神木 719300)(糧油功能化加工陜西省高校工程研究中心3，楊凌 712100)

糜子(PanicummiliaceumL.)為禾本科黍屬，生育期短、耐旱、耐瘠薄，是救災備荒、復種增收及調節(jié)農業(yè)種植結構的重要農作物[1]。黃米是糜子脫皮后的加工產品，依據直鏈淀粉含量的高低，有粳性黃米(21.87%～23.58%)和糯性黃米(0%～3.7%)區(qū)分[2]。糯性黃米煮熟后有較高的黏性和糯性，被稱作軟黃米，常作為糕點或用于釀酒；粳性黃米煮熟后口感偏硬，黏性低，被稱作硬黃米，一般直接烹煮成稀飯、米飯等食用。

糜子含有豐富的碳水化合物、蛋白質、脂肪、礦物質等營養(yǎng)物質[3]。此外，糜子還富含維生素(煙酸、B族復合維生素、葉酸)、礦物質(鉀、鈣、鎂)和必需氨基酸(蛋氨酸和半胱氨酸)，具有抗氧化、降血糖、降血脂等生理功能[4-6]。粳性糜子中的淀粉有較高的抗消化特性(抗性淀粉質量分數約為17.83%)，適于糖尿病和心血管病等患者食用[7]。依據糜子顏色的不同，可分為白糜子、紅糜子、黃糜子、黑糜子等。目前對糜子的研究大部分圍繞大宗品種進行，趙寧等[8]對21個粳性、18個糯性糜子品種的品質特性進行分析，用聚類方法將不同品種分為4類，第Ⅰ類為最終黏度和回生值相對較高的粳性糜子品種；第Ⅱ類為起糊溫度、最終黏度、回生值高的粳性糜子品種；第Ⅲ類為糯性糜子品種，其峰值黏度、破損值高；第Ⅳ類為起糊溫度、峰值黏度、最終黏度、破損值和回生值低的糯性糜子品種。琦明玉等[9]探討了4種不同顏色糜子粒色、米色與主要營養(yǎng)指標的相關性，發(fā)現糜子干基蛋白和總氨基酸的含量隨著米色的變淺而增加，但碳水化合物含量呈下降趨勢。Li等[10]對白色、黑色、灰色和紅色4種不同顏色糜子品種的代謝組學進行分析，發(fā)現不同品種間的色氨酸代謝、類黃酮、異黃酮、黃酮和黃酮醇生物合成積累存在顯著差異，從而導致其生物活性和抗氧化活性存在差異。托列霍加·加吾提等[11]對5個不同地區(qū)糜子的17種氨基酸含量及組分進行分析，發(fā)現糜子的氨基酸種類齊全，含量高，且相對均衡合理；不同地區(qū)之間的氨基酸含量有顯著差異，哈薩克斯坦糜子中亮氨酸和苯丙氨酸含量高，我國其他地區(qū)的糜子賴氨酸含量顯著高于哈薩克斯坦糜子和我國新疆糜子。張麗珍等[12]發(fā)現黍子淀粉和糜子淀粉在淀粉理化性質及消化特性上有差異。但涉及不同顏色糯性糜子的理化性質、蒸煮特性和糊化特性的研究報道甚少，特別是對一些地方傳統(tǒng)老品種的挖掘分析更少，限制了其應用。

本研究以陜西神木市當地加工年糕常用的地方傳統(tǒng)糯性糜子品種為實驗材料，對其理化性質、蒸煮特性、糊化特性以及消化特性進行分析，探討其品質差異性，以期為當地傳統(tǒng)有色糯性糜子的精深加工和產品開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

4種糯性糜子(紅糜子、黃糜子、白糜子、黑糜子)，1種粳性糜子(黃色硬糜子)為神木地區(qū)傳統(tǒng)種植品。

蘆丁標品、石油醚、鹽酸、乙醇、無水乙醇、沒食子酸、碳酸鈉、Folin-Ciocalteu試劑、亞硝酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉為分析級。

1.2 儀器與設備

UV-1200型紫外可見分光光度計，SHA-C水浴恒溫振蕩器，FW-100高速粉碎機，KDC-40低速離心機，KQ-700DE數控超聲波清洗儀，DK-8D型電熱恒溫水槽，SE6001F電子天平，Ci7600色彩色差計，RE-52AA型旋轉蒸發(fā)儀，RVA 4500快速黏度分析儀。

1.3 方法

1.3.1 糜子粉的制備

將不同顏色的糜子分別用高速粉碎機粉碎，過60目篩，收集篩下物密封于自封袋中，備用。

1.3.2 理化特性

基本成分測定：水分參照GB 5009.3—2016測定；粗脂肪參照GB 5009.6—2016測定；總淀粉參照GB/T 5009.9—2016測定；粗蛋白參照GB 5009.5—2016測定；灰分參照GB 5009.4—2016測定；直鏈淀粉參照GB 7648—1987測定。

顏色測定：采用Ci7600色差計測量，標準白色板校準(Ls=97.15、as=0.43、bs=1.44)，CIELab色空間表示。其中L*為亮度值，a*為紅綠值，b*為黃藍值。

溶解度和膨脹度測定：稱取1.0 g糜子粉樣品，放入離心管中，加入20 mL蒸餾水，95 ℃水浴糊化30 min，每隔5 min振蕩1次，取出冷卻至室溫，3 800 r/min離心15 min。倒出上清液，于105 ℃干燥至恒重，稱取沉淀物質量，計算溶解度S和膨脹度SP。

式中：S為溶解度；SP為膨脹度/g/g；A為上清液中溶出的殘渣質量/g；W為樣品干重/g；P為離心管中沉淀物質量/g。

多酚、黃酮含量(60%醇提物)測定：稱取2.0 g糜子粉，加入45 mL 60%的乙醇，在50 ℃、100 W條件下超聲提取60 min。3 800 r/min離心15 min，收集上清液，殘渣用60%的乙醇再重復提1次，合并2次提取所得上清液，用60%乙醇定容至100 mL，得到提取液。

總酚含量的測定參照Folin-Ciocalteu法[13]，以沒食子酸為標準品；黃酮含量的測定采用硝酸鋁比色法[14]，以蘆丁為標準品。測定結果均以每克鮮樣中所含標準品表示。

試驗于2014—2015年在靖遠縣永新鄉(xiāng)野生甘草撫育基地進行。該地區(qū)屬暖溫帶大陸性氣候，海拔2 039 m，位于東經 104°35′35.1″、北緯 37°04′16.5″，干旱少雨，風大沙多，植被稀少，年降雨量200 mm左右，主要集中在7—9月，蒸發(fā)量在2 179.8 mm，年平均氣溫在8.5℃，大于10℃的積溫2 944℃，年平均風速2.6 m/s，大風天數為50～90 d，絕對無霜期128 d。

1.3.3 蒸煮特性

參照Yang等[7]報道的方法，稱取2.0 g糜子，用20 mL量筒測量其原始體積；隨后將糜子倒入燒杯中，加入30 mL蒸餾水，分別在80 ℃和100 ℃下水浴蒸煮30 min，取出，冷卻至室溫。將冷卻后的米湯定容至40 mL，3 800 r/min離心5 min，瀝干米湯，稱取其質量，計算不同溫度下樣品的加熱吸水率；同時測定蒸煮之后樣品的體積，計算樣品的體積膨脹率。將米湯轉入衡重的鋁盒中，于105 ℃干燥至衡重，計算樣品的干物質質量。

式中：m1為米樣質量/g；m2為蒸煮后米樣質量/g；m3為米湯中固態(tài)物質量/g；V1為蒸煮后的米樣體積/mL；V0為蒸煮前米樣體積/mL。

1.3.4 糊化特性

參照Zhu等[15]報道的方法，用快速黏度分析儀(RVA)測定。配置質量分數為12%的糜子粉乳液。測定參數設置：從50 ℃開始計時，以13 ℃/min速度升溫至95 ℃，保溫2.4 min；再以13 ℃/min速度冷卻到50 ℃，保溫2 min。攪拌子旋轉速度起初為960 r/min攪拌10 s，隨后轉速設置為160 r/min。

1.3.5 不同消化性淀粉含量的測定

采用 Englyst 體外模擬消化法[16]測定樣品中快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)、抗消化淀粉(RS)，計算公式為：

RDS=(G20-G0)×0.9×100%

SDS=(G120-G20)×0.9×100%

RS=1-RDS-SDS

式中：G0為酶解前樣品游離還原糖含量；G20為酶解20 min后產生的還原糖含量；G120為酶解120 min后產生的還原糖含量。

1.4 數據分析

采用SPSS 18.0對數據進行單因素方差分析，使用Duncan法進行多重比較，以P<0.05表示差異顯著，并用Origin 2022進行作圖。所有實驗重復2次，結果以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 不同顏色糯性糜子粉基本成分分析

由表1可知，不同顏色糯性糜子的總淀粉、粗蛋白、粗脂肪、灰分含量均存在顯著差異。白糜子的淀粉含量最低，黃色硬糜子總淀粉含量顯著高于4種糯性糜子。糜子中淀粉含量受基因型、氣候等影響[17]。黃糜子粗蛋白含量顯著高于其他糯性糜子，黑糜子的蛋白含量最低，這與品種的不同有關。Kalinova等[17]研究發(fā)現黃色糜子、白色糜子中的必需氨基酸指數最高，蛋白質品質最好，而紅色糜子則相反。4種糯性糜子的脂肪含量高于黃色硬糜子，其中紅糜子粗脂肪含量最高，白糜子最低。敬思群等[18，19]對新疆地區(qū)糜子的脂肪酸進行分析，發(fā)現其主要由不飽和脂肪酸組成，占總脂肪酸質量分數的81.99%，但糜子皮層的去除會導致脂肪含量顯著降低。粳性糜子直鏈淀粉含量顯著高于糯性糜子，糯性糜子有較高的支鏈淀粉含量和平均聚合度，因此與粳性糜子相比，它會形成更高的結晶度和ΔH，其淀粉具有更強的抗老化性和更好的凍融穩(wěn)定性[20]。白糜子的灰分含量最高，紅糜子最低，糯性糜子和粳性糜子平均灰分含量沒有差異，這與其糜子脫皮碾米時的加工精度有關。

表1 不同顏色糜子的基本組成

2.2 色值

由表2可見，不同糜子的亮度指數L*沒有顯著差異，這與糜子脫皮碾米時加工精度一致有關，皮層脫去充分，皮層色素沒有混入米中，其顏色并沒有對糜子亮度產生直接影響。黃糜子a*值較高，顏色偏紅；黑糜子a*值最小，顏色偏綠；黃色硬糜子b*值較低，顏色偏藍，白糜子和黃糜子a*值較高，顏色偏黃，這可能與品種、遺傳基因控制、類胡蘿卜含量不同有關[9,21]。

表2 不同顏色糜子的色值

2.3 溶解度與膨脹度

如圖1所示，5種糜子粉的溶解度和膨脹度存在顯著差異。白糜子粉的溶解度、膨脹度最大，黃色硬糜子粉的溶解度、膨脹度最小，糯性糜子粉的溶解度和膨脹度均顯著高于黃色硬糜子，這與其低的直鏈淀粉含量有關，本研究結果與晁桂梅等[22]報道結果一致。谷物粉的吸水能力主要受淀粉組成、蛋白質、纖維等組分影響，他們含有親水基團，極性或帶電側鏈會形成強烈的氫鍵，支鏈淀粉中磷酸基的負電荷也會增加水結合能力[23，24]；而直鏈淀粉會與蛋白質、脂肪形成脂質/直鏈淀粉-蛋白質復合物，減少極性和帶電分子，從而阻礙淀粉和水的結合，限制了淀粉的吸水膨脹[25]。

2.4 多酚與黃酮

4種糯性糜子的多酚、黃酮含量顯著高于黃色硬糜子，不同顏色糯性糜子間的多酚、黃酮含量差異不顯著。不同糜子多酚、黃酮含量與其色值之間沒有關聯性，這可能與糜子脫皮碾米時加工精度一致導致皮層剝落程度大有關。糜子的皮殼中含有大量的抗氧化物質，隨著逐層褪去皮殼，糜子的多酚含量逐漸降低[19]。Chandrasekara等[26,27]研究發(fā)現，糜子中的酚類提取物能更高效地消除羥基自由基、DPPH自由基等，能阻止因羥基數和過氧自由基等媒介而引起的DNA損傷，防止因DNA損傷而導致的細胞老化和腫瘤的產生。它也可以淬滅單線態(tài)態(tài)氧、抑制黃嘌呤氧化酶活性，進而減少了自由基對身體損害的危險性。Malik等[28]用糜子制作希臘酸奶，發(fā)現混合酸性乳增加了糜子中的營養(yǎng)素的生物利用度。因此，糜子可作為天然的抗氧化功能食品原料，為了保證其保留多的抗氧化物質，提高糜子的功能性，碾米時可考慮采用適度加工。

圖2 不同顏色糜子的多酚黃酮含量

2.5 蒸煮特性

由表3和表4可見，與80 ℃相比，100 ℃蒸煮后的糜子米更軟、更黏稠、米粒與米粒之間黏連程度大，各蒸煮指標均有明顯增加。蒸煮后糜子的加熱吸水率和體積膨脹率呈正相關，黑糜子的加熱吸水率和體積膨脹率最高，不同顏色糜子的各項蒸煮指標存在顯著差異。在80 ℃，黃色硬糜子的加熱吸水率、體積膨脹率、溶出固形物較低。隨著蒸煮溫度升到100 ℃，糜子加熱吸水率和體積膨脹率、溶出固形物呈增加趨勢，糯性糜子蒸煮后較為黏稠，硬糜子蒸煮后米粒比較松散，成顆粒狀、易分散，這與糜子中直、支鏈淀粉含量及結構、蛋白質含量等存在差異有關。Yang等[7]研究指出硬糜子和糯性糜子的直鏈淀粉含量和淀粉顆粒結構存在差異，糯性糜子支鏈淀粉含量高，較長的支鏈淀粉能夠和直鏈淀粉形成結晶，并逐漸拓展成簇狀結構，進而形成更多的雙螺旋結構，因而糯性糜子在100 ℃蒸煮后的體積膨脹率更低，這與本研究結果不同，其原因有待進一步探討。本研究中糯性糜子的直鏈淀粉含量低(表1)，蛋白質質量分數為10.25%～13.41%，所以煮熟后的糜子米飯質地較軟，黏性大，具有較好的蒸煮品質。糯性糜子蒸煮后過黏，而粳性糜子較硬。因此，可以考慮按照一定比例將硬糯性糜子與大米摻在一起后蒸煮食用。

表3 80 ℃條件下不同顏色糜子的蒸煮特性

表4 100 ℃條件下不同顏色糜子的蒸煮特性

2.6 糊化特性

在糊化黏度參數中，起糊溫度高低反映了粉樣吸水和膨脹的難易程度，破損值反應了糊的熱穩(wěn)定性，回生值反映了凝膠的抗老化能力。如表5所示，不同糯性糜子的糊化特性存在差異，白糜子的破損值最大，回生值最小，表明其熱穩(wěn)定性較差，不易回生老化；紅糜子破損值最小，具有較強的熱穩(wěn)定性；黑糜子回生值最大，抗老化能力相對較弱。4種糯性糜子的起糊溫度、峰值黏度、最終黏度、回生值均低于黃色硬糜子，表現出易糊化，黏度較小，不易回生的特征，與Yang等[7]報道結果一致，這與糯性糜子中總淀粉、直鏈淀粉、蛋白質含量低，脂肪含量高有關(表1)。糯性糜子由于直鏈淀粉含量低，支鏈淀粉含量高，因此淀粉很容易吸水膨脹導致體系黏度迅速升高，因而表現出低的起糊溫度[20]。田志芳等[29]研究報道糯性糜子淀粉的回生值普遍低于粳性糜子，在加工過程中有一定的抗老化能力，本實驗與該研究結果相吻合。糯性糜子適宜加工成冷凍食品或作為調質劑用在湯、肉汁、烘焙產品和罐頭食品中。

表5 不同顏色糜子的糊化黏度參數

2.7 不同消化性淀粉含量的測定

依據淀粉消化速度，淀粉可分為快速消化淀粉(RDS)、慢速消化淀粉(SDS)、抗性淀粉(RS)。由圖3可以看出，4種糯性糜子的RDS顯著高于黃色硬糜子，不同顏色糯性糜子之間存在差異；白糜子的SDS顯著高于其他糜子，黃糜子最低；黃色硬糜子的RS顯著高于糯性糜子。谷物的體外消化率受直鏈淀粉含量、淀粉結晶度、支鏈淀粉的分子結構以及其他非淀粉組分譬如蛋白質、脂肪、纖維、酚類物質等影響[30，31]。據Chao等[32]報道，糯性糜子的淀粉顆粒平均尺寸(6.12 mm)小于粳性糜子(6.44 mm)，顆粒較小的淀粉因為有更大的表面積，可以更快的被淀粉酶消化，提高消化率。Zhu等[33]對大米研究時發(fā)現，直鏈淀粉含有大量分子內和分子間氫鍵，微晶束限制了淀粉的凝膠化，降低了淀粉的消化和吸收速率。RDS可在小腸內迅速消化和吸收，從而瞬間升高血糖[34]，糯性糜子的RDS含量較高，不太適合高血糖患者食用；SDS消化緩慢，在小腸內血糖指數適度增加，能量供應延長，糜子粉具有較高的SDS水平，可以開發(fā)功能性食品；RS具有與可溶性纖維相似的特性，在小腸中不能被吸收，但可被結腸中的微生物降解，有助于預防高血糖、高血壓和心臟病[35,36]。

圖3 不同顏色糜子消化特性

3 結論

不同顏色糯性糜子在理化特性、糊化特性、蒸煮品質和體外消化特性方面具有差異。與黃色硬糜子相比，糯性糜子的粗脂肪較高，淀粉、粗蛋白含量較低；糯性糜子的多酚含量、黃酮含量、溶解度、膨脹度均高于黃色硬糜子；紅糜子含有較多的總淀粉、粗脂肪、直鏈淀粉、多酚和黃酮類物質，破損值最小，有較強的熱穩(wěn)定性。在蒸煮之后糯性糜子較為黏稠，且各項糊化黏度值均低于黃色硬糜子，這可能與其淀粉含量、組成以及其他非淀粉組分譬如蛋白質、脂肪、纖維、酚類物質等有關，有待進一步深入研究。糜子含有較高功能活性成分，糯性糜子的RDS含量較高，SDS+RS含量較低，不太適合開發(fā)抗消化食品，可開發(fā)低GI高SDS的餅干或面包，以適應胃腸道消化不好的消費者食用。