● t T - 3黜 华北农学报・201 3,28(1):5 8-6l 富含抗性淀粉稻米淀粉特性研究 林 静 ,孙宝霞 ,方先文 ,王艳平 ,张所兵 ,汪迎节 (1.江苏省农业科学院粮食作物研究所,江苏省种质资源保护与利用研究中心,江苏省优质水稻工程技术研究中心 国家水稻改良中心南京分中心,江苏南京210014;2.江苏省海安县雅周镇农业服务中心,江苏海安226641) 摘要:为了比较高低抗性淀粉含量水稻种质间淀粉主要特性差异,利用江苏省农科院水稻品种资源项目组筛选 出的抗性淀粉含量有极显著差异的水稻种质,比较分析了RVA特征值和淀粉晶体热力学差异。结果表明,抗性淀粉 含量较高的3个水稻材料崩解值较低,而消减值较高;抗性淀粉含量较小的3个水稻材料崩解值较高,而消减值较低。 高低抗性淀粉含量水稻种质问RVA特征值和淀粉晶体热力学有较大的差异,可为高抗性淀粉含量功能性水稻品种 育种提供新的选育指标。 关键词:水稻;抗性淀粉;RVA特征值;淀粉晶体热力学 中图分类号:s511.01 文献标识码:A 文章编号:1000—7091(2013)01—0058—04 Starch Properties of Rice Enriched with Resistant Starch LIN Jing ,SUN Bao—xia ,FANG Xian—wen ,WANG Yan—ping ,ZHANG Suo—bing ,WANG Ying—jie (1.Institute of Food Crops,Jiangsu Academy of Agricultural Sciences,Jiangsu High Quality Rice R&D Center,Nanjing Branch of China National Center for Rice Improvement,Research Center for Protection and Utilization of Agricultural Germplasm Resource in Jiangsu Province,Nanjing 2 1 00 1 4,China; 2.Yazhou Place industy Serrvice Center in Jiangsu Province,Haian 22664 l,China) Abstract:Compared the starch properties characters of RVA properties and differential scanning calorimeter (DSC)between rice germplasm with signiifcant diffrences in resistant starch,which selected by our laboratory.The result showed three high resistant starch content rice materials with lower break down viscosity and higher set back viscosity.which lOW resistant starch content rice materials with higher break down viscosity and 1ower set back vis- cosity.Big difference of characters of RVA properties and differential scanning calorimeter(DSC)between rice germplasm with signiicantf differences in resistant starch.Therefore,it could be used as a breeding index of high re— sistant starch content rice. Key words:Rice;Resistant starch;RVA;DSC 20世纪80年代,英国生理学家Englyst利用酶一 酸,如乙酸、丙酸和丁酸,能抑制癌细胞的生长,有利 重力法对膳食纤维进行定量分析时,在不溶性膳食 纤维中发现有淀粉成分,并首次将这部分淀粉定义 为抗消化淀粉,简称抗性淀粉(Resistant starch, RS)” 。1996年欧洲抗性淀粉协会(EURESTA)对 于肠道健康 。联合国粮农组织和世界卫生组织 在1998年联合国出版的《人类营养中碳水化合物 专家论坛》一书中指出,“抗性淀粉的发现及其研究 进展,是近年来碳水化合物与健康关系的研究中一 项最重要的成果”。因此,抗性淀粉受到了营养学 家和生理学家的普遍关注,成为功能性食品的研究 热点。 Rs作了更明确的定义:在健康个体的小肠中不能被 吸收的淀粉或淀粉降解产物 。抗性淀粉具有与 水溶性膳食纤维类似的生理功效,能够降低餐后血 糖和胰岛素水平,增加组织对胰岛素的敏感性,降低 血脂、血胆固醇。同时,抗性淀粉能被大肠中的微生 稻米胚乳中含70%一80%的淀粉,在三大粮食 作物中淀粉含量最高。稻米淀粉适口性好,是我国 的传统主食。作为亚太地区的主食,稻米中抗性淀 物所发酵或部分发酵,产生较多的挥发性短链脂肪 收稿日期:2012一l2—06 基金项目:江苏省农业科技自主创新资金(CX(11)1020) 作者简介:林静(1981一),女,江苏海安人,助理研究员,硕士,主要从事水稻品种资源研究。孙宝霞为同等贡献作者。 1期 林静等:富舍抗性淀粉稻米淀粉特性研究 59 粉含量很低,热米饭中抗性淀粉含量一般低于1%, 冷米饭中抗性淀粉含量也仅为1.O%~2.1%。国内 外研究前期主要集中于抗性淀粉的功能性试验以及 含量测定上,通过动物试验研究抗性淀粉与血糖浓 度、胰岛素分泌的关系,以及发酵产生短链脂肪酸等 与人类健康有关的研究,通过离体模拟胃肠消化测 定抗性淀粉的含量¨ ¨]。近来国内外有关抗性淀 粉的研究开始倾向于食品加工应用,研究了加工方 5℃至50℃,然后在5O℃保温2 rain。搅拌器初始 10 S内转速为960 r/min,之后维持在160 r/min。 RVA谱特征值主要包括开始糊化温度(Pasting temp)、最高黏度(Peak viscosity)、热浆黏度(Hot paste viscosity)、冷胶黏度(Cood paste viscosity),崩 解值(Break down viscosity,最高黏度一热浆黏度)、 粘滞峰消减值(Set back viscosity,冷胶黏度一最高 黏度),回复值(Consistence viscosity,冷胶黏度一热 法、工艺对抗性淀粉形成的影响¨ 。但目前抗性 淀粉功能产品价格昂贵,开发的抗性淀粉产品仅作 为辅食在特殊人群中食用,遗传改良方面的研究报 道较少。近2—3年来抗性淀粉引起了国内外水稻 育种者的关注,高抗性淀粉含量水稻资源发掘及品 种改良是目前研究的热点之一。 江苏省农科院水稻品种资源项目组从水稻资源 中筛选出3个富含抗性淀粉的水稻资源,为富含抗 性淀粉稻米的遗传研究和主食产品的开发提供了素 材。鉴于此,我们对富含抗性淀粉的水稻资源淀粉 特性作了初步研究,为高抗性淀粉含量功能性水稻 品种育种提供选育指标。 1 材料和方法 1.1试验材料 用于本试验的材料包括3个富含抗性淀粉水稻 材料章外花谷、白白谷和扎西玛,以及3个高直链淀 粉含量,但抗性淀粉含量与普通稻米相差不大的水 稻材料冬大白、低脚花螺和半截芒。所有试验材料 于2011年种植于江苏省农科院试验田内,按常规种 植,收获晾干后收集存放于江苏省农科院种质资源 研究中心备用。 1.2样品处理与制备 样品按农业部部颁标准NY147.88的方法碾磨 后获得糙米、精米。利用旋风式磨粉机高速粉碎得 到精米粉,过筛,充分干燥后密封保存备用。 1.3方法 1.3.1米粉中抗性淀粉含量测定准确称取0.1 g 精米粉,按照Megazyme抗性淀粉测定试剂盒方法, 加入胰腺 -淀粉酶,37℃水浴振荡消化16 h后,测 定抗性淀粉含量。 1.3.2黏度测定测定按AACC(American Associa— tion of Cecal Chemistry)规程(1995 61-02)要求,测定 稻米RVA特性。准确称取3.0 g含水量在14%的精 米粉,加人25 mL蒸馏水。测定过程中,加热过程是 从50℃开始以每分钟增加5℃至95℃,然后在95℃ 保温2.7 min,冷却过程是从95℃开始以每分钟降低 浆黏度)。 1.3.3差示扫描量热仪(DCS)测定淀粉热特性 DSC测试条件:准确称取5 mg淀粉样品放入已称好 质量的铝质样品池,立即将样品池压紧密封,称重后 放入仪器内进行测定。测定条件:升温速率10 oC/min,从一25—200℃,通氮气速率20 mL/min。描 绘各样品的糊化吸热曲线,测定淀粉样品的峰起始温 度T。,峰值温度T。,峰结束温度T 和糊化热焓AH。 2 结果与分析 2.1 高直链淀粉稻米抗性淀粉含量 根据国际水稻研究所将稻米直链淀粉含量分成 糯性(<2.0%)、极低含量型(3%一9%)、低含量型 (9%~20%)、中等含量型(20%~25%)和高含量 型(>25%)。由表1可知,本试验中6个水稻材料 直链淀粉含量均属于高含量型,但抗性淀粉含量有 差异。章外花谷、白白谷和扎西玛的稻米抗性淀粉 含量较高,分别为3.98%,4.03%,4.24%。冬大 白、低脚花螺和半截芒的稻米抗性淀粉含量与普通 稻米相差不大,分别为0.76%,0.94%,1.3%。 表1高直链淀粉稻米中抗性淀粉含量的比较 Tab.1 The resistant starch in high amylose starch rice % 直链淀粉 抗性淀粉 水稻材料 含量 含量 Rice material Amylose starch Resistant starch content content 2.2不同抗性淀粉含量稻米的淀粉黏度 从表2中可知,RVA测定结果中,最高黏度、热 浆黏度、冷胶黏度、糊化时间以及糊化温度6个水稻 材料之间的差异不大,但崩解值和消减值差异较大, 并且抗性淀粉含量较高的3个水稻材料崩解值较 小,而消减值较大;抗性淀粉含量较小的3个水稻材 料崩解值较大,而消减值较小。 且 B T n 3勰 骺 华北农学报 表2各稻米淀粉样品RVA谱特征值 Tab.2 RVA profile characteristics of rice with diferent resistant starch 28卷 2.3不同抗性淀粉含量稻米的淀粉热特性 淀粉具有半结晶的颗粒结构,经热水处理会发 生糊化现象,有序的晶体相向无序的非晶体相转化, 在此过程中伴随有能量的变化。来源不同的淀粉与 水作用过程中热力学性质各有差异,这些差异可以 吸热峰特征温度及糊化热焓存在差异。抗性淀粉含 量高的章外花谷、白白谷和扎西玛相变起始温度、相 变峰值温度和相变结束温度都相对滞后,同时糊化 热焓也相对较高;抗性淀粉含量低的冬大白、低脚花 螺和半截芒相变起始温度、相变峰值温度和相变结 柬温度都相对提前,同时糊化热焓也相对较低。 用DSC检测。从表3中可知,各稻米淀粉样品DSC 表3 备稻米淀粉样品DSC吸热峰特征温度及糊化热效应 Tab.3 Heat-absorbing peak characteristic temperature and gelatinization enthalpy of different rice starch 3 讨论 综观人们对抗性淀粉的研究,初步确定直链淀 粉参与了抗性淀粉结晶区和无定形区的形成 。 国际水稻研究所品质与营养研究中心曾对不同突变 体及亲本和普通水稻材料的淀粉结构进行了分析, 研究了抗性淀粉与直链淀粉、支链淀粉的关系,结果 表明抗性淀粉不仅与直链淀粉相关,与支链淀粉也 有密切关系 。焦桂爱等 对水稻抗性淀粉突变 过程中是否有特定酶催化,具体原因还需进一步从 淀粉整体结构的改变人手,借助分子生物学技术,研 究高低抗性淀粉水稻材料在基因位点上的差异。 Jane等 舵 研究表明,直链淀粉含量和支链淀 粉长链的比率是影响淀粉糊化特征的主要因子。直 链淀粉含量和支链淀粉长链的比率越高,淀粉粒越 不易充分糊化,同时最高黏度和崩解值都较低;RVA 崩解值小,表明其溶胀后的淀粉颗粒强度大,不易破 裂,导致其热糊稳定性好。反之则利于淀粉粒的糊 化,最高黏度和崩解值较高。本研究中6个水稻材 料直链淀粉含量均属于高含量型,但抗性淀粉含量 有差异。RVA测定显示,抗性淀粉含量较高的3个 体抗性淀粉结构进行了比较分析,结果发现,突变体 RSIl1,其抗性淀粉主要来源于直链淀粉;而突变体 AE,其抗性淀粉中很大一部分来源于支链淀粉。赵 力超等 对慈姑抗性淀粉的理化特性进行研究时 水稻材料崩解值较小,而消减值较大;抗性淀粉含量 较小的3个水稻材料崩解值较大,而消减值较小。 消减值大,与直链淀粉的聚合度和支链淀粉的结构 有关,直链淀粉聚合度高,支链淀粉外链长的淀粉易 于老化,冷糊稳定性差。 DCS测定主要反映淀粉与水在加热过程中吸热 发现,与原淀粉相比,制备的慈姑抗性淀粉粗品其直 链淀粉含量变化不大,且不同抗性淀粉含量粗品之 问的直链淀粉含量差异也很小。作者猜测可能是因 为慈姑抗性淀粉含量主要由直链淀粉的聚合度大小 决定,受直链淀粉含量的影响反而较小。本研究中 6个水稻材料直链淀粉含量均属于高含量型,但抗 性淀粉含量有差异,他们之间直链淀粉聚合度、支链 淀粉链长及链分布是否存在差异,在抗性淀粉形成 变化,糊化焓变与断裂淀粉颗粒结构所需的能量相 关,糊化温度反映了淀粉有序结构消失的温度范围。 Noda 2 指出,凝胶温度的决定因素为结晶区域的分 - C T 西 l期 林静等:富含抗性淀粉稻米淀粉特性研究 8IoI唧RICLUl-LT。U咖R8{ 子构型与支链淀粉的短链紧密相关,而非仅仅取决 于结晶区的比例,在对51个品种的马铃薯和21个 品种的荞麦淀粉研究后发现,低的T。、T。、T 反映了 淀粉中存在大量的短链支链淀粉分子。朱辉明 等 对高抗性淀粉粳稻新品系的支链淀粉链长分 布特性进行研究后发现,高抗性淀粉水稻品系降糖 稻1号短链部分所占相对比率,尤其在聚合度为 5一l2之间所占的相对比率明显低于抗性淀粉含量 低的金丰水稻品种,聚合度超过13以后则相反。即 高抗性淀粉水稻品系降糖稻1号除含有较高的直链 淀粉含量外,还含有较高比率的长链支链淀粉,较易 形成链.链氢键,从而使得降糖稻1号含有较高的抗 性淀粉含量,其淀粉颗粒具有较高的热稳定性。本 研究中6个高含量型直链淀粉水稻材料,l rl l 抗性淀粉含 rL 量高的章外花谷、白白谷和扎西玛具有较高的热稳定 1●J 加 ¨ 1J 1J n 1J 性,间接说明了直链淀粉差异不大的水稻材料具有不 同抗性淀粉含量的内在原因。同时也为高抗性淀粉 含量功能性水稻品种育种提供了新的选育指标。 参考文献: [1] Englyst H,Wiggins H S,Cummings J H.Determination of the non・starch polysaccharides in plant foods by gas・liq- uid chromatography of constituent sugars as alditol ace- tates[J].Analyst,1980,107:307—3t8. 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