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【转载】转载:小麦抗性淀粉的研究进展  

2016-02-14 10:55:21|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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小麦抗性淀粉的研究进展

 

摘要:该文主要阐述了抗性淀粉的理化性质、制备工艺和遗传特性的研究现状,最后简介其其在食品工业中应用前景。

关键词:小麦、抗性淀粉、RS3

 

1983 年,英国生理学家 Hans  Englyst 首先将一部分在人体肠胃中不被淀粉酶消化的淀粉定义为抗性淀粉(Resistant   Starch,简称 RS[1]。近年来碳水化合物与健康关系的研究发现,抗性淀粉具有提供能量,降低食物热效应[2],调节、保护小肠, 防止糖尿病和脂肪堆积以及促进锌、钙、镁离子的吸收[3]等功能因此 RS 已成为近年来碳水化合物研究的热点之一。

抗性淀粉是一种无异味、持水性低、多孔性白色粉末,抗性淀粉至今尚无化学上精确分类,目前大多根据淀粉来源和人体试验结果,将抗性淀粉分为4种类型:RS1(物理包埋淀粉)、RS2(抗性淀粉颗粒)、RS3(回生淀粉)、(化学改性淀粉),其中 RS3是研究和应用最广泛一种。RS3是指糊化后的淀粉在冷却或储存过程中部分重结晶,由于结晶区的出现,阻止淀粉酶靠近结晶区域的葡萄糖苷键,并阻止淀粉酶活性基团中的结合部位与淀粉分子结合,造成不能完全被淀粉酶作用而产生抗酶解性。

小麦是当今产量最大的粮食作物之一。随着小麦深加工的发展,小麦淀粉工业在我国发展迅速,但由于小麦淀粉加工适应性差,其在实际领域中并未得到很好的应用。因此选择以小麦淀粉为原料开发抗性淀粉产品,具有理论和实际上的重大意义。

一、小麦抗性淀粉的理化性质研究

小麦抗性淀粉的数均分子量为3198,重均分子量为7291,抗性淀粉形成过程中,其分子结构特征没有变化[4]

Behall [5] RS 的理化特性进行了分析,表明 RS 为白色无异味的多孔性粉末,平均聚合度在 30-200 之间, 100-165℃之间直链淀粉晶体熔融,产生吸热反应;耐热性高,持水性低,含热量低。X-衍射表明, RS 在空间上形成双螺旋结构,分离的 RS 的衍射图谱显示其为 B 型晶体结构[6]

邵秀芝等[7]采用微波—酶法制备小麦抗性淀粉,并对其物理性质进行了研究。发现其与原小麦淀粉相比,小麦抗性淀粉表面粗糙,形状变得不规则,结晶结构为 B 型和 V 型结合体,持水性大于原淀粉,而乳化能力和乳化稳定性均低于原淀粉;在相同溶液浓度条件下,抗性淀粉粘度比原淀粉低得多。

王娟等等[8]利用压热法制备小麦抗性淀粉 RS3,并考察其部分理化性质及结构性质。结果表明,该产品含抗性淀粉 13.89%,透光率较好,持水力、溶解度和膨胀度都随水浴加热温度的升高而上升。其淀粉-碘复合物最大吸收波长为 594 nm,碘吸收曲线在 580~610 nm之间呈较宽的吸收峰。该产品颗粒形状大部分为圆形,偏光十字明显,多呈十字型,且交叉点均位于颗粒中心;起糊温度为68.7  ℃,糊化不易发生,但较易老化。淀粉颗粒结晶结构为 C 型,仍保留了小麦淀粉红外光谱的特征吸收峰。

二、小麦抗性淀粉加工工艺的研究

在加工过程中,对抗性淀粉制备方法研究主要为热液处理法(湿热处理、退火处理、压热处理、减压处理法)、挤压处理法、微波辐射法、脱支降解法、超高压处理法等,通过控制水分、pH 值、加热温度及时间、糊化-老化的循环次数、冷冻及干燥条件等因素可以产生RS3,或通过控制上述因素可以提高 RS3的产量。

苑会功等[9]以小麦淀粉为原料,采用压热法和酸解法提取抗性淀粉,通过单因素试验对这2种方法中的影响因子进行研究,并通过正交试验确定压热法和酸解法生产小麦抗性淀粉的最佳工艺条件:即采用压热法制时淀粉乳浓度30%,120℃压热处理40 min,4℃放置24 h,小麦抗性淀粉的平均产率7.26%;采用酸解法时盐酸用量2%,淀粉乳浓度为15%,酸解时间2 h,沸水浴时间2.5 h,小麦抗性淀粉的平均产率达7.74%。杨光等[10]对压热温度、压热时间和水分含量进行研究,在 70% 水分、150℃维持60 min 条件下,可得到较高含量抗性淀粉。

李光磊等[11]以小麦淀粉为原料,通过正交试验研究了压热法制备抗性淀粉的最佳工艺参数。确定了压热法制备小麦抗性淀粉的最佳工艺条件:即淀粉乳浓度为30%,pH值为6.0,121℃压热处理40min,4℃放置24h。在压热法制备的基础上,进行酶法处理,研究了耐热α-淀粉酶、普鲁兰酶及淀粉乳浓度对RS形成的影响。提出耐热α-淀粉酶用量为1u/g干淀粉,普鲁兰酶用量为2.4NPUN/g干淀粉,淀粉乳浓度为30%35%,可进一步增加抗性淀粉的产率,其产率可由9%左右上升到20%左右。

唐雪娟等[12]以小麦淀粉为原料,利用压热法制备抗性淀粉,再经过反复冻融,以期提高产品的抗性淀粉含量。对产品的颗粒形貌、碘吸收曲线、持水力、膨胀度、溶解度等理化性质进行了测定。结果表明,反复冻融次数为6 次时得到的小麦抗性淀粉含量最高,为18.31%,经过反复冻融处理的小麦抗性淀粉,颗粒呈不规则形,且在碘吸收曲线中稍微偏向直链淀粉吸收峰,表明其可能含有较多的直链淀粉。与小麦原淀粉相比,经反复冻融处理的小麦抗性淀粉的持水力与膨胀度显著增加,而溶解度显著降低。冻融次数对小麦抗性淀粉产品的持水力、膨胀度、溶解度可能有一定影响。反复冻融次数为 6 次的小麦抗性淀粉持水力为 588.38%,膨胀度为 1.72%,溶解度为 1.89%

刘树兴等[13]以小麦淀粉为原料,通过超声波结合酶法制备抗性淀粉,研究超声波作用对抗性淀粉形成影响。得出最佳工艺条件为:淀粉乳浓度 15%、超声波功率 225 W、超声波温度 50 ℃、作用时间 50 min;在此条件下,小麦 RS3得率为 8.379%,比未经超声波作用得率 2.91% 提高约 2.88 倍。

三、小麦抗性淀粉遗传特性的研究

抗性淀粉分子标记的筛选在水稻和小麦上已经取得了初步成效。王琳等[14]在小麦上找到了一个与高抗性淀粉含量紧密连锁的 SSR 标记 Xbarc59

庞欢等[15]选用 3 个抗性淀粉含量较高的小麦品种和 3 个抗性淀粉含量较低的小麦品种按 Griffing 双列杂交设计配 置成 15 个杂交组合以亲本及 F1为材料进行了小麦籽粒抗性淀粉含量的遗传规律分析。结果显示小麦抗性淀粉含量的遗传符合加性-显性模型显性程度为超显性。控制抗性淀粉含量的增效等位基因表现为隐性且亲本中抗性淀粉含量的增减效等位基因的分布不平衡高抗性淀粉含量的亲本中隐性基因数量多于显性基因数量。同时研究发现小麦抗性淀粉含量的狭义遗传力中等, 36.49%F23家系抗性淀粉含量、总淀粉含量、直链淀粉含量和膨胀势进行复合区间作图的QTL定位。利用Joinmap3.0软件构建了包含有163个标记、33个连锁群的遗传连锁图谱,分布于18条染色体上。利用QTLmapper 2.0软件共检测到8个主效QTL19对上位性QTL。其中,抗性淀粉含量检测到2个加性QTL,总淀粉含量1个加性QTL,直链淀粉含量1个加性QTL以及膨胀势1个加性QTL3个显性QTL,分布于4A4A1D5D1D1B3A6A染色体上,贡献率分别为11.47%12.53%5.34%8.49%11.3%9.99%10.0%3.3%。另外,上位性QTL抗性淀粉含量检测到2,总淀粉含量8,直链淀粉含量5对以及膨胀势4,总贡献率分别为8.3%17.78%8.13%3.87%。研究发现在2B染色体Xwmc453.3-Xcfd44.2区间上的QTL位点同时影响抗性淀粉含量和总淀粉含量,2D染色体Xgwm296-Xgwm455.2区间上QTL位点同时影响抗性淀粉含量、总淀粉含量和直链淀粉含量,表明抗性淀粉含量与总淀粉含量和直链淀粉含量间的关系密切。

四、抗性淀粉的应用前景

抗性淀粉作为一种非常重要膳食纤维资源,具有重要生理功能和优良食品加工性能。国外不少研究者针对不同种类抗性淀粉,采取不同制备方法,获得高含量抗性淀粉产品,以适于工业化生产。目前已商品化产品有美国 Novelose 系列和英国 Crystalean;此外,很少有其它产品报道。国内对抗性淀粉研发处于起步阶段,因此在充分认识基础上加大对抗性淀粉制备研发投入是一个有效举措。

随着生活水平提高,我国饮食结构发生变化,逐渐精细化,且高热量、高脂、高盐食品增多,对人们健康构成潜在威胁。为此,应改善饮食结构,提倡科学健康饮食生活。     

抗性淀粉以其显著优点及特殊生理功能,引起生理学家、酶学家等众多学者极大兴趣和广泛关注,成为近年国内外食品科学界研究热点。RS3是膳食中抗性淀粉主要组成部分,且可通过食品加工形成,其含量也可通过一系列物理方法加工处理而得以提高。由于其未加入化学试剂处理,无化学残留隐患,故能实现工业化生产,可作为添加剂添加入很多传统食品中。因此,RS3抗性淀粉具有较大应用价值,前景广阔。

 

链接:http://wenku.baidu.com/link?url=TvxJyD_TBfl8LbKTDiKCUMJe6ZKjiErKj02gnYqCZYGlRETQC0cTo8UztWOMZ807ehPhGmxGlUkoN1G94f8uiv52xwoOivAhLgtFvY-3qMi

 

参考文献:

[1]Englyst H NCummings J H. Digestion of the polysaccharides of some cereal foods in the human small intestine [J]. Clin. Nutr.198542778 787.

[2]  Ian  Brown,  M  Sc.  Complex  carbohydrates  and  resistant starch[J]. Nutrition Reviews,1996,54(11):115-119

[3]王竹,门建华,杨月欣,洪洁.抗性淀粉对大鼠锌营养状况的影响.营养学报,2002,24(2):166170.

[4]李光磊,刘秀芳,曾洁. 抗性淀粉分子结构特征研究[J]. 食品工业科技,2008,08:156-159.

[5] Behall  KM,  Howe  JC.Contribution of fiber and resistant starch to metabolizable energy.  Am J Clin  Nutr,1995, 62(5 Suppl.): 1158S–1160S.

[6]Eerlingen RC, Delcour  JA. Formatting structure and properties of  type enzyme resistant starch.Cereal Sci Analysis, 1995, 22: 129–138.

[7]邵秀芝,肖永霞. 小麦抗性淀粉物理性质研究[J]. 粮食与油脂,2009,09:11-13.

[8]王娟,刘泽翰,张凯,黄继红.小麦抗性淀粉的理化性质研究[J].现代食品科技,2012,04:374-377+472.

[9]苑会功,王琳,庞欢,.小麦抗性淀粉最佳制备工艺参数的研究[J].石河子大学学报,2010,28(4):397-403

[10]杨光,丁霄霖 . 压热处理对抗性淀粉形成的影响 [J].中国粮油学报,2001,(6):4547.

[11]李光磊,李新华.小麦抗性淀粉的制备研究[J]. 粮油食品科技,2006,03:31-33.

[12]唐雪娟,刘丽斌,黄继红,王娟. 压热法结合反复冻融制备小麦抗性淀粉及其理化性质研究[J]. 现代食品科技,2013,03:519-522.

[13]刘树兴,问燕梅. 超声波作用对小麦抗性淀粉形成影响[J]. 粮食与油脂,2013,07:25-28.

[14]  王琳,李卫华,庞欢,银永安, 苑会功,刘磊.小麦高抗性淀粉含量相关分子标记的筛选与验证.麦类作物学报, 2009, 29(3): 390395

[15] 庞欢,李卫华,张宏斌,王琳,银永安,苑会功,王自布. 小麦籽粒抗性淀粉含量的分析[J]. 遗传,2010,02:170-176.



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