不同品种板栗淀粉糊化特性分析

不同品种板栗淀粉糊化特性分析

0板栗主要栽培良种[研究意义]李子是壳斗科中最具食用价值的植物种类，广泛分布在北半球温带地区。中国栗属资源丰富，其中板栗（CastaneamollissimaBlume）是中国最主要的经济林树种。中国板栗外形美观、有光泽、易剥皮，具有甜、香、糯的独特风味，其产量和食用品质均居世界之首。中国的板栗品种约有300个，经过长期的自然驯化，形成了特征与特性区别都很明显的地方品种群，按照品种的主要园艺性状和地域分布分为长江流域、华北、东北、西北、西南及东南6个品种群，其中主要栽培良种有40多个。不同产区生产的板栗在品质上存在明显区别，其中糯性是最主要的差别之一。糯性是一种口腔触觉质地，是与食物口感质地相关的重要特征之一。研究认为，食品的糯性主要与其淀粉特性（淀粉含量、直链/支链淀粉含量比例、淀粉粒粒径大小及分布等）密切相关。中国不同产区板栗糯性的差异还停留在感官评价阶段，没有量化。因此，研究不同品种板栗淀粉糊化特性与直链淀粉含量和淀粉粒粒径的关系，对揭示不同品种板栗之间的糯性差异具有重要意义。【前人研究进展】淀粉是板栗的主要贮藏物质，人们对板栗淀粉的研究起步较晚。20世纪80、90年代，Kim等、Choo等、Takada主要对板栗淀粉颗粒性质和淀粉的结构进行了初步研究，了解了有关板栗淀粉的一些参数和特性，并研究了湿热处理对板栗淀粉晶体结构溶解度和膨胀度的影响。近年来，中国在板栗淀粉研究方面也开展了一些工作，李志西等对陕西镇安县大红栗的淀粉颗粒性质、流变性质和淀粉糊黏度性质等进行了研究，并对板栗淀粉溶解度和膨胀度做了进一步的研究；叶兴乾等测定浙江毛板红板栗粉直链淀粉含量占淀粉总量的30%；江美都等以浙江新昌毛板红为原料，测得直链淀粉占淀粉总量的9.6%。Demiate等对欧洲栗（CastaneasativaMill）淀粉的理化特性进行了初步研究。【本研究切入点】对板栗淀粉的成分分析，诸多学者结果不一，可能原因是板栗的品种、产地和分析方法不同所致。【拟解决的关键问题】淀粉的糊化特性是评价糯性的主要指标，本文以中国不同产区的33个主栽品种板栗为试材，对不同品种板栗的淀粉含量、淀粉的糊化特性、淀粉粒粒径及其关系进行研究，初步探讨淀粉理化特性与板栗糯性品质之间的关系，以期对不同产区板栗的糯性品种进行初步评价。1材料和方法1.1中间类型品种群参照《中国果树志·板栗榛子卷》对中国板栗品种群的划分，从中国板栗主要分布区选取以下3个品种群9个产区33个主栽品种板栗为试材：(1）北方品种群：北京（‘燕红’、‘燕昌’、‘园和黑七’）、河北（‘燕山魁栗’、‘燕山早丰’、‘燕山短枝’、‘大板红’）。(2）中间类型品种群：山东（‘鲁岳早丰’、‘宋家早’、‘黄棚’、‘泰栗1号’）、河南（‘确山红栗’、‘确山大毛栗’、‘确山大油栗’、‘小紫油栗’）、安徽（‘二新早’、‘早栗子’、‘叶里藏’）。(3）南方品种群：浙江（‘建选3号’、‘建选8号’、‘建选10号’、‘南浦魁栗’）、江苏（‘六合晚熟’、‘六合中熟’、‘平桥大毛栗’、‘中熟青扎’）、江西（‘SQ014’、‘SQ021’、‘SQ022’）、湖南（‘青扎’、‘九家种’、‘粘底板’、‘铁粒头’）。各品种板栗样品于2006年9月中旬-10月初于当地正常采收后，每个品种取50kg，运至中国林业科学研究院林业研究所林果保鲜实验室。样品装入0.03mm厚打孔聚乙烯塑料保鲜袋（孔径10mm，孔数10个），放置于0℃冷库中备用。1.2测试方法1.2.1馏水的制备参照谢涛等的方法并加以改进。取各品种板栗50个，脱去内外种皮，用匀浆机将种仁粉碎，加入一定量蒸馏水并用IKA-T18型分散机进一步粉碎后，在搅拌条件下提取1h。将淀粉从种仁中提取出来后，过80目筛，于4℃下静置沉降6～8h，除去上层液体，铲去上面的灰褐色浆状物质，将下层淀粉加入适量蒸馏水后过200目筛，于4℃下静置沉降6～8h，除去上层液体，沉降物在45℃下干燥后备用。1.2.2罐内温度变化采用澳大利亚NewportScientific仪器公司生产的快速黏度仪（RapidViscoAnalyser，简称RVA）。参照李继刚等、张林等等的方法。每个样品测定2次。在测定搅拌过程中，罐内温度变化如下：50℃保持1min；以12℃·min-1升温至95℃；95℃保持2.5min；以12℃·min-1降温至50℃；50℃下保持2min。搅拌器在起始10s内转速为960r/min，之后保持在160r/min。黏度值用cp(RVA黏度单位）表示。1.2.3总淀粉含量百分数的测定取板栗样品1g研磨成匀浆→加乙醇少许，再加35ml0.5mol·L-1NaOH→沸水加热搅拌20min→冷却后离心20min(4500r/s）→取上清液1ml，稀释1000倍；取稀释液2ml，加入5ml硫酸-蒽酮溶液→加热10min显色→冷却后，用分光光度计测OD值→换算总淀粉含量百分数。上清液用2mol·L-1HCl中和，并加入8ml丁醇-异戌醇→沸水加热10min→2-4℃静置24h→离心20min(4500r/s）→沉淀物为粗直链淀粉,离心上清液为支链淀粉→取上清液1ml，稀释1000倍，取稀释液2ml加入5ml硫酸-蒽酮溶液→加热10min显色→冷却后用分光光度计测OD值，换算支链淀粉含量百分数。总淀粉含量减去支链淀粉含量即为直链淀粉含量。1.2.4激光粒度分析采用美国Macrotrac公司生产的S3500型激光粒度分析仪，采用湿法测定。称取0.01g淀粉，加入1ml蒸馏水，混匀制成淀粉悬液，倒入激光粒度分析仪样品池中测定。每个样品重复3次。1.3数据分析差异显著性分析采用SPSS软件，进行邓肯氏新复极差测验。聚类分析采用SPSS软件，进行聚类分析。2结果与分析2.1．不同品种群的tp-rova谱特征值的变异程度从表1、表2可见，不同品种群以及不同品种板栗淀粉的RVA谱特征值之间存在较大差异，说明其糊化特性之间差异较大，这种差异最终表现为不同品种板栗之间糯性质地的差异。北方品种群板栗淀粉的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度和稀懈值的总体水平均较其它两个品种群高，中间类型品种群次之，南方品种群最低。统计分析表明，各品种群之间差异显著（P<0.05）。就回冷值而言，各品种群之间整体上存在显著差异（P<0.05），其中北方品种群总体水平最低，南方品种群最高；但同一品种群中各品种之间差异较大，其中某些品种与该品种群的整体特征不完全一致。北方品种群与中间类型品种群的峰值时间出现较早，二者之间没有显著差异，但均与南方品种群差异显著（P<0.05）。北方品种群的糊化温度最低，显著低于中间类型品种群和南方品种群（P<0.05），后两者之间没有显著差异。另外，不同品种群的各特征值的标准差和变异系数都反映了同一品种群中各品种板栗淀粉的RVA谱特征值的变异程度，标准差越大、变异系数越大，说明同一品种群各品种之间的差异程度越大。从表2可见，中间品种群的峰值黏度、谷值黏度、稀懈值和最终黏度这4个主要特征值的变异系数最大，说明该品种群品种间的差异程度大于其它两个品种群。2.2两种品种群对板栗淀粉中两种性质的影响从表3、表4可见，不同品种群以及同一品种群中不同品种板栗的总淀粉含量和淀粉中直链淀粉含量比例均存在一定差异。北方品种群板栗的总淀粉含量显著低于中间类型品种群和南方品种群，各品种群之间差异显著（P<0.05）；南方品种群板栗淀粉中直链淀粉含量显著高于北方品种群和中间类型品种群（P<0.05），后两者之间没有显著差异。从淀粉粒粒径结果可见，各品种群板栗淀粉粒的平均粒径之间也存在一定差异，其中北方品种群的粒径显著小于中间类型品种群和南方品种群（P<0.05），后二者之间没有差异。由此可见，各品种群板栗的总淀粉含量、直链淀粉含量和淀粉粒粒径都存在一定差异，具有明显的地域分布特征。从变异系数看，中间类型品种群的变异系数最大，说明该品种群中各品种板栗的总淀粉含量、直链淀粉含量以及淀粉粒粒径之间差异程度较大，可能与南、北方品种混杂有关。2.3品种群对板栗糯米性的影响从表5可见，不同品种群的各RVA特征值与直链淀粉含量的相关性大小不尽相同，但峰值黏度、稀懈值、回冷值与直链淀粉含量的相关性均显著高于其它特征值，说明这三者可以在很大程度上反映直链淀粉含量的高低，进而在一定程度上反映板栗糯性的大小。统计分析表明（表6），各品种群的峰值黏度和最终黏度均与淀粉粒平均粒径有显著相关性，其它参数则根据品种群不同分别表现出相关性和不相关性，说明淀粉的峰值黏度和最终黏度更易受淀粉粒粒径的影响。北方品种群板栗淀粉的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度和糊化温度与淀粉粒粒径显著相关；中间类型品种群板栗淀粉除糊化温度外，其余6个特征值均与淀粉粒粒径显著相关；南方品种群板栗淀粉的峰值黏度、稀懈值、最终黏度、峰值时间和糊化温度与淀粉粒粒径显著相关。由此可见，不同品种板栗淀粉的RVA谱特征值受淀粉粒粒径影响不同，各特征值之间存在较大差异。2.4．板栗品种组成淀粉的糊化特性以及直链淀粉含量可以在很大程度上反映板栗糯性的大小，因此根据直链淀粉含量和峰值黏度两个主要参数对不同产区的33个品种的板栗进行聚类。如图可见，33个品种板栗按照组内最短距离法共分为4大类：第Ⅰ类共9个品种，其中北方品种群为6个，除‘燕昌’外，其余均聚为此类，在该类中所占比例最大，占北方品种群所调查品种的86%；中间类型品种群为2个（‘小紫油栗’、‘确山大油栗’），南方品种群只有‘建选8号’1个品种聚在此类。这些品种板栗具有直链淀粉含量较低、峰值黏度较高的特性。第Ⅱ类共15个品种，其中北方品种群中的‘燕昌’被聚为此类；中间类型品种群为5个，占该品种群所调查品种的45%；南方品种群为9个，在该类中所占比例最大，也占南方品种群所调查品种的60%。这一大类板栗具有直链淀粉含量较高、峰值黏度较低的特点。第Ⅲ类共7个品种，其中中间类型品种群为2个，南方品种群为5个。这一类群板栗的直链淀粉含量显著高于其它类群，峰值黏度显著低于其它类群。第Ⅳ类共2个品种，均为中间类型品种群板栗，即‘泰栗1号’和‘确山毛栗’。这类板栗的直链淀粉含量显著低于其它类群，而峰值黏度显著高于其它类群。以上分析可知，北方品种群板栗普遍具有低直链淀粉含量、高峰值黏度的特点；南方品种群中的大部分板栗品种具有高直链淀粉含量和低峰值黏度的特点；而中间类型品种群中一部分品种具有近于北方品种群板栗的特点，一部分具有近于南方品种群板栗的特点。3不同品种板栗淀粉糊化特性的相关性淀粉作为主要的贮藏物质普遍存在于高等植物的块根、块茎、种子中。淀粉是由高等植物在造粉体中合成的一种半结晶状的颗粒，淀粉粒由直链淀粉和/或支链淀粉分子径向排列而成。本研究表明，板栗中总淀粉含量在51.62%～86.65%，直链淀粉含量在17.21%～30.16%，品种间以及不同品种群间差异较大，北方品种群板栗总淀粉含量显著低于中间类型品种群和南方品种群，南方品种群板栗淀粉中直链淀粉含量显著高于北方品种群和中间类型品种群（表3、表4）。直链淀粉和支链淀粉的含量比例是影响淀粉糊化特性的主要因子。淀粉糊化的本质是淀粉粒微晶束的熔解，水分子进入淀粉粒内部拆散淀粉链原有的缔合状态，从而形成高度水合的体系，在分子水平上，涉及到淀粉晶体中胶束状支链淀粉双螺旋分子结构的解旋和分散，以及直链淀粉分子从淀粉粒中的释放等过程。淀粉的糊化特性在很大程度上反映了直链/支链淀粉含量的多少，而直链/支链淀粉含量的多少又直接影响食品的糯性大小。张林等对遗传背景不同的糯小麦和非糯小麦品种的直链淀粉含量和RVA参数的研究表明，糯小麦的直链淀粉含量（<1.5%）显著低于非糯小麦（18.5%），糊化温度及峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、稀懈值、回冷值、峰值时间也显著低于非糯小麦，糯与非糯小麦品系间直链淀粉含量和各RVA参数存在正相关的趋势。对不同水稻品种的直链淀粉含量、RVA谱和米饭质地研究发现，RVA谱能较好地区分直链淀粉含量相似的优质和劣质品种。优质品种的稀懈值（100RVU以上）远远大于劣质品种（<35RVU），而回生值（<25RVU，且多数为负值）远远小于劣质品种（>80RVU）。米饭黏性与RVA谱特征存在密切关系，与回生值呈显著负相关（相关系数-0.800***），与直链淀粉含量呈极显著负相关（相关系数为-0.869**），回生值与直链淀粉含量呈极显著正相关（相关系数0.552**）。本研究对不同产区33个品种板栗的淀粉糊化特性进行比较研究发现，不同品种板栗淀粉的糊化特性之间存在较大差异。板栗淀粉的RVA谱特征值与直链淀粉含量密切相关，直链淀粉含量越高，板栗淀粉的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、稀懈值等越低，而回冷值和糊化温度越高、峰值时间越长。同时发现，这些特征值具有比较明显的地域分布特征：北方品种群板栗淀粉中的直链淀粉含量普遍较中间类型品种群和南方品种群高，推测这种直链淀粉含量之间的差异可能是在很大程度上影响了不同品种板栗的糯性口感质地差异的重要因子之一。虽然不同品种群之间的RVA谱特征值以及直链淀粉含量之间总体上存在一定差异，但这种特性与品种的联系更为密切，这与前人在麦类、稻米、玉米、马铃薯等农作物上的研究结果相一致[26,27,28,29,30,31,32]。淀粉粒的粒径大小也在一定程度上影响淀粉的糊化特性。已有研究表明，淀粉粒形状大小与其性质有关，一般大颗粒的结构较疏松，而小颗粒呈多角形的结构紧密；颗粒大的相对易糊化、易水解。X射线衍射发现糯麦淀粉的晶体化程度最高。在对稻米淀粉的研究中发现，稻米品种不同，其淀粉粒大小也有明显的差异，一般糯米淀粉粒比籼米大，粳米最小。作者对板栗淀粉粒的形态结构和粒径研究表明，板栗淀粉粒的形状复杂多样（结果另文发表），粒径范围在2～40µm，主要分布在5～20µm；不同品种群之间存在一定差异，尤其是北方品种群与其它两个品种群存在明显差异，可见淀粉粒粒径也在一定程度上具有地域分布特征。对粒径与RVA参数的相关分析表明，淀粉粒粒径对RVA各参数的影响不同，且不同品种群之间也存在较大差异，但其中对峰值黏度的影响是显著的和普遍的。近年来，中国对直链/支链淀粉与食用品质的关系研究较多，一般认为，支链淀粉能增加米饭甜味和黏性，陈化可使稻米的支链淀粉在总淀粉中的比例明显下降，这是导致米饭黏度下降的原因之一。蔡一霞等对不同类型水稻品种的米饭质地的研究发现，直链淀粉含量较高的籼型品种的米饭粘附性最小（16.1～16.5mm），糯性品种的粘附性最大（31.33～34.33mm）。在水稻转基因研究中，已有研究表明导入反义蜡质基因（anti-waxy）能够降低稻米直链淀粉含量，从而有可能提高稻米的食味品质。众多研究都表明，直链淀粉含量更能影响稻米品质特别是蒸煮食味品质，因而，国际上将直链淀粉含量作为稻米品质评价中一项最重要的指标。国际水稻研究所根据直链淀粉含量的高低，将稻米分成糯性（≤2.0%）、极低含量型（3%～9%）、低含量型（9%