不同品種板栗淀粉糊化特性分析

不同品種板栗淀粉糊化特性分析

0板栗主要栽培良種[研究意義]李子是殼斗科中最具食用價值的植物種類，廣泛分布在北半球溫帶地區(qū)。中國栗屬資源豐富，其中板栗（CastaneamollissimaBlume）是中國最主要的經(jīng)濟(jì)林樹種。中國板栗外形美觀、有光澤、易剝皮，具有甜、香、糯的獨特風(fēng)味，其產(chǎn)量和食用品質(zhì)均居世界之首。中國的板栗品種約有300個，經(jīng)過長期的自然馴化，形成了特征與特性區(qū)別都很明顯的地方品種群，按照品種的主要園藝性狀和地域分布分為長江流域、華北、東北、西北、西南及東南6個品種群，其中主要栽培良種有40多個。不同產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)的板栗在品質(zhì)上存在明顯區(qū)別，其中糯性是最主要的差別之一。糯性是一種口腔觸覺質(zhì)地，是與食物口感質(zhì)地相關(guān)的重要特征之一。研究認(rèn)為，食品的糯性主要與其淀粉特性（淀粉含量、直鏈/支鏈淀粉含量比例、淀粉粒粒徑大小及分布等）密切相關(guān)。中國不同產(chǎn)區(qū)板栗糯性的差異還停留在感官評價階段，沒有量化。因此，研究不同品種板栗淀粉糊化特性與直鏈淀粉含量和淀粉粒粒徑的關(guān)系，對揭示不同品種板栗之間的糯性差異具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】淀粉是板栗的主要貯藏物質(zhì)，人們對板栗淀粉的研究起步較晚。20世紀(jì)80、90年代，Kim等、Choo等、Takada主要對板栗淀粉顆粒性質(zhì)和淀粉的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步研究，了解了有關(guān)板栗淀粉的一些參數(shù)和特性，并研究了濕熱處理對板栗淀粉晶體結(jié)構(gòu)溶解度和膨脹度的影響。近年來，中國在板栗淀粉研究方面也開展了一些工作，李志西等對陜西鎮(zhèn)安縣大紅栗的淀粉顆粒性質(zhì)、流變性質(zhì)和淀粉糊黏度性質(zhì)等進(jìn)行了研究，并對板栗淀粉溶解度和膨脹度做了進(jìn)一步的研究；葉興乾等測定浙江毛板紅板栗粉直鏈淀粉含量占淀粉總量的30%；江美都等以浙江新昌毛板紅為原料，測得直鏈淀粉占淀粉總量的9.6%。Demiate等對歐洲栗（CastaneasativaMill）淀粉的理化特性進(jìn)行了初步研究。【本研究切入點】對板栗淀粉的成分分析，諸多學(xué)者結(jié)果不一，可能原因是板栗的品種、產(chǎn)地和分析方法不同所致。【擬解決的關(guān)鍵問題】淀粉的糊化特性是評價糯性的主要指標(biāo)，本文以中國不同產(chǎn)區(qū)的33個主栽品種板栗為試材，對不同品種板栗的淀粉含量、淀粉的糊化特性、淀粉粒粒徑及其關(guān)系進(jìn)行研究，初步探討淀粉理化特性與板栗糯性品質(zhì)之間的關(guān)系，以期對不同產(chǎn)區(qū)板栗的糯性品種進(jìn)行初步評價。1材料和方法1.1中間類型品種群參照《中國果樹志·板栗榛子卷》對中國板栗品種群的劃分，從中國板栗主要分布區(qū)選取以下3個品種群9個產(chǎn)區(qū)33個主栽品種板栗為試材：(1）北方品種群：北京（‘燕紅’、‘燕昌’、‘園和黑七’）、河北（‘燕山魁栗’、‘燕山早豐’、‘燕山短枝’、‘大板紅’）。(2）中間類型品種群：山東（‘魯岳早豐’、‘宋家早’、‘黃棚’、‘泰栗1號’）、河南（‘確山紅栗’、‘確山大毛栗’、‘確山大油栗’、‘小紫油栗’）、安徽（‘二新早’、‘早栗子’、‘葉里藏’）。(3）南方品種群：浙江（‘建選3號’、‘建選8號’、‘建選10號’、‘南浦魁栗’）、江蘇（‘六合晚熟’、‘六合中熟’、‘平橋大毛栗’、‘中熟青扎’）、江西（‘SQ014’、‘SQ021’、‘SQ022’）、湖南（‘青扎’、‘九家種’、‘粘底板’、‘鐵粒頭’）。各品種板栗樣品于2006年9月中旬-10月初于當(dāng)?shù)卣２墒蘸?，每個品種取50kg，運(yùn)至中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所林果保鮮實驗室。樣品裝入0.03mm厚打孔聚乙烯塑料保鮮袋（孔徑10mm，孔數(shù)10個），放置于0℃冷庫中備用。1.2測試方法1.2.1餾水的制備參照謝濤等的方法并加以改進(jìn)。取各品種板栗50個，脫去內(nèi)外種皮，用勻漿機(jī)將種仁粉碎，加入一定量蒸餾水并用IKA-T18型分散機(jī)進(jìn)一步粉碎后，在攪拌條件下提取1h。將淀粉從種仁中提取出來后，過80目篩，于4℃下靜置沉降6～8h，除去上層液體，鏟去上面的灰褐色漿狀物質(zhì)，將下層淀粉加入適量蒸餾水后過200目篩，于4℃下靜置沉降6～8h，除去上層液體，沉降物在45℃下干燥后備用。1.2.2罐內(nèi)溫度變化采用澳大利亞NewportScientific儀器公司生產(chǎn)的快速黏度儀（RapidViscoAnalyser，簡稱RVA）。參照李繼剛等、張林等等的方法。每個樣品測定2次。在測定攪拌過程中，罐內(nèi)溫度變化如下：50℃保持1min；以12℃·min-1升溫至95℃；95℃保持2.5min；以12℃·min-1降溫至50℃；50℃下保持2min。攪拌器在起始10s內(nèi)轉(zhuǎn)速為960r/min，之后保持在160r/min。黏度值用cp(RVA黏度單位）表示。1.2.3總淀粉含量百分?jǐn)?shù)的測定取板栗樣品1g研磨成勻漿→加乙醇少許，再加35ml0.5mol·L-1NaOH→沸水加熱攪拌20min→冷卻后離心20min(4500r/s）→取上清液1ml，稀釋1000倍；取稀釋液2ml，加入5ml硫酸-蒽酮溶液→加熱10min顯色→冷卻后，用分光光度計測OD值→換算總淀粉含量百分?jǐn)?shù)。上清液用2mol·L-1HCl中和，并加入8ml丁醇-異戌醇→沸水加熱10min→2-4℃靜置24h→離心20min(4500r/s）→沉淀物為粗直鏈淀粉,離心上清液為支鏈淀粉→取上清液1ml，稀釋1000倍，取稀釋液2ml加入5ml硫酸-蒽酮溶液→加熱10min顯色→冷卻后用分光光度計測OD值，換算支鏈淀粉含量百分?jǐn)?shù)。總淀粉含量減去支鏈淀粉含量即為直鏈淀粉含量。1.2.4激光粒度分析采用美國Macrotrac公司生產(chǎn)的S3500型激光粒度分析儀，采用濕法測定。稱取0.01g淀粉，加入1ml蒸餾水，混勻制成淀粉懸液，倒入激光粒度分析儀樣品池中測定。每個樣品重復(fù)3次。1.3數(shù)據(jù)分析差異顯著性分析采用SPSS軟件，進(jìn)行鄧肯氏新復(fù)極差測驗。聚類分析采用SPSS軟件，進(jìn)行聚類分析。2結(jié)果與分析2.1．不同品種群的tp-rova譜特征值的變異程度從表1、表2可見，不同品種群以及不同品種板栗淀粉的RVA譜特征值之間存在較大差異，說明其糊化特性之間差異較大，這種差異最終表現(xiàn)為不同品種板栗之間糯性質(zhì)地的差異。北方品種群板栗淀粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度和稀懈值的總體水平均較其它兩個品種群高，中間類型品種群次之，南方品種群最低。統(tǒng)計分析表明，各品種群之間差異顯著（P<0.05）。就回冷值而言，各品種群之間整體上存在顯著差異（P<0.05），其中北方品種群總體水平最低，南方品種群最高；但同一品種群中各品種之間差異較大，其中某些品種與該品種群的整體特征不完全一致。北方品種群與中間類型品種群的峰值時間出現(xiàn)較早，二者之間沒有顯著差異，但均與南方品種群差異顯著（P<0.05）。北方品種群的糊化溫度最低，顯著低于中間類型品種群和南方品種群（P<0.05），后兩者之間沒有顯著差異。另外，不同品種群的各特征值的標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)都反映了同一品種群中各品種板栗淀粉的RVA譜特征值的變異程度，標(biāo)準(zhǔn)差越大、變異系數(shù)越大，說明同一品種群各品種之間的差異程度越大。從表2可見，中間品種群的峰值黏度、谷值黏度、稀懈值和最終黏度這4個主要特征值的變異系數(shù)最大，說明該品種群品種間的差異程度大于其它兩個品種群。2.2兩種品種群對板栗淀粉中兩種性質(zhì)的影響從表3、表4可見，不同品種群以及同一品種群中不同品種板栗的總淀粉含量和淀粉中直鏈淀粉含量比例均存在一定差異。北方品種群板栗的總淀粉含量顯著低于中間類型品種群和南方品種群，各品種群之間差異顯著（P<0.05）；南方品種群板栗淀粉中直鏈淀粉含量顯著高于北方品種群和中間類型品種群（P<0.05），后兩者之間沒有顯著差異。從淀粉粒粒徑結(jié)果可見，各品種群板栗淀粉粒的平均粒徑之間也存在一定差異，其中北方品種群的粒徑顯著小于中間類型品種群和南方品種群（P<0.05），后二者之間沒有差異。由此可見，各品種群板栗的總淀粉含量、直鏈淀粉含量和淀粉粒粒徑都存在一定差異，具有明顯的地域分布特征。從變異系數(shù)看，中間類型品種群的變異系數(shù)最大，說明該品種群中各品種板栗的總淀粉含量、直鏈淀粉含量以及淀粉粒粒徑之間差異程度較大，可能與南、北方品種混雜有關(guān)。2.3品種群對板栗糯米性的影響從表5可見，不同品種群的各RVA特征值與直鏈淀粉含量的相關(guān)性大小不盡相同，但峰值黏度、稀懈值、回冷值與直鏈淀粉含量的相關(guān)性均顯著高于其它特征值，說明這三者可以在很大程度上反映直鏈淀粉含量的高低，進(jìn)而在一定程度上反映板栗糯性的大小。統(tǒng)計分析表明（表6），各品種群的峰值黏度和最終黏度均與淀粉粒平均粒徑有顯著相關(guān)性，其它參數(shù)則根據(jù)品種群不同分別表現(xiàn)出相關(guān)性和不相關(guān)性，說明淀粉的峰值黏度和最終黏度更易受淀粉粒粒徑的影響。北方品種群板栗淀粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度和糊化溫度與淀粉粒粒徑顯著相關(guān)；中間類型品種群板栗淀粉除糊化溫度外，其余6個特征值均與淀粉粒粒徑顯著相關(guān)；南方品種群板栗淀粉的峰值黏度、稀懈值、最終黏度、峰值時間和糊化溫度與淀粉粒粒徑顯著相關(guān)。由此可見，不同品種板栗淀粉的RVA譜特征值受淀粉粒粒徑影響不同，各特征值之間存在較大差異。2.4．板栗品種組成淀粉的糊化特性以及直鏈淀粉含量可以在很大程度上反映板栗糯性的大小，因此根據(jù)直鏈淀粉含量和峰值黏度兩個主要參數(shù)對不同產(chǎn)區(qū)的33個品種的板栗進(jìn)行聚類。如圖可見，33個品種板栗按照組內(nèi)最短距離法共分為4大類：第Ⅰ類共9個品種，其中北方品種群為6個，除‘燕昌’外，其余均聚為此類，在該類中所占比例最大，占北方品種群所調(diào)查品種的86%；中間類型品種群為2個（‘小紫油栗’、‘確山大油栗’），南方品種群只有‘建選8號’1個品種聚在此類。這些品種板栗具有直鏈淀粉含量較低、峰值黏度較高的特性。第Ⅱ類共15個品種，其中北方品種群中的‘燕昌’被聚為此類；中間類型品種群為5個，占該品種群所調(diào)查品種的45%；南方品種群為9個，在該類中所占比例最大，也占南方品種群所調(diào)查品種的60%。這一大類板栗具有直鏈淀粉含量較高、峰值黏度較低的特點。第Ⅲ類共7個品種，其中中間類型品種群為2個，南方品種群為5個。這一類群板栗的直鏈淀粉含量顯著高于其它類群，峰值黏度顯著低于其它類群。第Ⅳ類共2個品種，均為中間類型品種群板栗，即‘泰栗1號’和‘確山毛栗’。這類板栗的直鏈淀粉含量顯著低于其它類群，而峰值黏度顯著高于其它類群。以上分析可知，北方品種群板栗普遍具有低直鏈淀粉含量、高峰值黏度的特點；南方品種群中的大部分板栗品種具有高直鏈淀粉含量和低峰值黏度的特點；而中間類型品種群中一部分品種具有近于北方品種群板栗的特點，一部分具有近于南方品種群板栗的特點。3不同品種板栗淀粉糊化特性的相關(guān)性淀粉作為主要的貯藏物質(zhì)普遍存在于高等植物的塊根、塊莖、種子中。淀粉是由高等植物在造粉體中合成的一種半結(jié)晶狀的顆粒，淀粉粒由直鏈淀粉和/或支鏈淀粉分子徑向排列而成。本研究表明，板栗中總淀粉含量在51.62%～86.65%，直鏈淀粉含量在17.21%～30.16%，品種間以及不同品種群間差異較大，北方品種群板栗總淀粉含量顯著低于中間類型品種群和南方品種群，南方品種群板栗淀粉中直鏈淀粉含量顯著高于北方品種群和中間類型品種群（表3、表4）。直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量比例是影響淀粉糊化特性的主要因子。淀粉糊化的本質(zhì)是淀粉粒微晶束的熔解，水分子進(jìn)入淀粉粒內(nèi)部拆散淀粉鏈原有的締合狀態(tài)，從而形成高度水合的體系，在分子水平上，涉及到淀粉晶體中膠束狀支鏈淀粉雙螺旋分子結(jié)構(gòu)的解旋和分散，以及直鏈淀粉分子從淀粉粒中的釋放等過程。淀粉的糊化特性在很大程度上反映了直鏈/支鏈淀粉含量的多少，而直鏈/支鏈淀粉含量的多少又直接影響食品的糯性大小。張林等對遺傳背景不同的糯小麥和非糯小麥品種的直鏈淀粉含量和RVA參數(shù)的研究表明，糯小麥的直鏈淀粉含量（<1.5%）顯著低于非糯小麥（18.5%），糊化溫度及峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、稀懈值、回冷值、峰值時間也顯著低于非糯小麥，糯與非糯小麥品系間直鏈淀粉含量和各RVA參數(shù)存在正相關(guān)的趨勢。對不同水稻品種的直鏈淀粉含量、RVA譜和米飯質(zhì)地研究發(fā)現(xiàn)，RVA譜能較好地區(qū)分直鏈淀粉含量相似的優(yōu)質(zhì)和劣質(zhì)品種。優(yōu)質(zhì)品種的稀懈值（100RVU以上）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于劣質(zhì)品種（<35RVU），而回生值（<25RVU，且多數(shù)為負(fù)值）遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于劣質(zhì)品種（>80RVU）。米飯黏性與RVA譜特征存在密切關(guān)系，與回生值呈顯著負(fù)相關(guān)（相關(guān)系數(shù)-0.800***），與直鏈淀粉含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為-0.869**），回生值與直鏈淀粉含量呈極顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)0.552**）。本研究對不同產(chǎn)區(qū)33個品種板栗的淀粉糊化特性進(jìn)行比較研究發(fā)現(xiàn)，不同品種板栗淀粉的糊化特性之間存在較大差異。板栗淀粉的RVA譜特征值與直鏈淀粉含量密切相關(guān)，直鏈淀粉含量越高，板栗淀粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、稀懈值等越低，而回冷值和糊化溫度越高、峰值時間越長。同時發(fā)現(xiàn)，這些特征值具有比較明顯的地域分布特征：北方品種群板栗淀粉中的直鏈淀粉含量普遍較中間類型品種群和南方品種群高，推測這種直鏈淀粉含量之間的差異可能是在很大程度上影響了不同品種板栗的糯性口感質(zhì)地差異的重要因子之一。雖然不同品種群之間的RVA譜特征值以及直鏈淀粉含量之間總體上存在一定差異，但這種特性與品種的聯(lián)系更為密切，這與前人在麥類、稻米、玉米、馬鈴薯等農(nóng)作物上的研究結(jié)果相一致[26,27,28,29,30,31,32]。淀粉粒的粒徑大小也在一定程度上影響淀粉的糊化特性。已有研究表明，淀粉粒形狀大小與其性質(zhì)有關(guān)，一般大顆粒的結(jié)構(gòu)較疏松，而小顆粒呈多角形的結(jié)構(gòu)緊密；顆粒大的相對易糊化、易水解。X射線衍射發(fā)現(xiàn)糯麥淀粉的晶體化程度最高。在對稻米淀粉的研究中發(fā)現(xiàn)，稻米品種不同，其淀粉粒大小也有明顯的差異，一般糯米淀粉粒比秈米大，粳米最小。作者對板栗淀粉粒的形態(tài)結(jié)構(gòu)和粒徑研究表明，板栗淀粉粒的形狀復(fù)雜多樣（結(jié)果另文發(fā)表），粒徑范圍在2～40μm，主要分布在5～20μm；不同品種群之間存在一定差異，尤其是北方品種群與其它兩個品種群存在明顯差異，可見淀粉粒粒徑也在一定程度上具有地域分布特征。對粒徑與RVA參數(shù)的相關(guān)分析表明，淀粉粒粒徑對RVA各參數(shù)的影響不同，且不同品種群之間也存在較大差異，但其中對峰值黏度的影響是顯著的和普遍的。近年來，中國對直鏈/支鏈淀粉與食用品質(zhì)的關(guān)系研究較多，一般認(rèn)為，支鏈淀粉能增加米飯?zhí)鹞逗宛ば?，陳化可使稻米的支鏈淀粉在總淀粉中的比例明顯下降，這是導(dǎo)致米飯黏度下降的原因之一。蔡一霞等對不同類型水稻品種的米飯質(zhì)地的研究發(fā)現(xiàn)，直鏈淀粉含量較高的秈型品種的米飯粘附性最?。?6.1～16.5mm），糯性品種的粘附性最大（31.33～34.33mm）。在水稻轉(zhuǎn)基因研究中，已有研究表明導(dǎo)入反義蠟質(zhì)基因（anti-waxy）能夠降低稻米直鏈淀粉含量，從而有可能提高稻米的食味品質(zhì)。眾多研究都表明，直鏈淀粉含量更能影響稻米品質(zhì)特別是蒸煮食味品質(zhì)，因而，國際上將直鏈淀粉含量作為稻米品質(zhì)評價中一項最重要的指標(biāo)。國際水稻研究所根據(jù)直鏈淀粉含量的高低，將稻米分成糯性（≤2.0%）、極低含量型（3%～9%）、低含量型（9%