, ,*,,

(1.华南理工大学食品科学与工程学院,广东广州 510641;2.天蕉健康食品(广东)有限公司,广东深圳 518000)

香蕉成熟度对抗性淀粉理化性能的影响

谭思敏1,王娟1,*,陈平生1,朱小花2

(1.华南理工大学食品科学与工程学院,广东广州 510641;2.天蕉健康食品(广东)有限公司,广东深圳 518000)

本文提取了大蕉和皇帝蕉两个品种的5个成熟度抗性淀粉，考察了香蕉成熟度对抗性淀粉持水性、溶解度、膨胀度、碘吸收曲线、黏度特性等理化指标的影响。结果表明:大蕉和皇帝蕉成熟度越高,抗性淀粉持水性呈现先增加后下降的趋势,温度升高时差异显著,皇帝蕉抗性淀粉的持水性优于大蕉抗性淀粉;大蕉和皇帝蕉的溶解度随着成熟度的增加而增加,膨胀度无显著变化;随成熟度的增加,大蕉和皇帝蕉抗性淀粉碘吸收曲线峰面积减小,前三级成熟度抗性淀粉峰值黏度和最终黏度随成熟度增加而降低，且大蕉抗性淀粉较皇帝蕉抗性淀粉不易老化。因此,香蕉抗性淀粉的溶解度、膨胀度较低,持水性和抗老化性均较好,作为一种新型淀粉资源,具有广阔的开发和应用前景。

香蕉,抗性淀粉,理化特性,变化规律,成熟度

香蕉(Musaparasdisiac),属巴蕉科(Musaceae)巴蕉属(Musa)多年生大型草本植物,香蕉气味清香芬芳,果肉滑润软糯,香甜可口,具有丰富的营养成分,富含蛋白质、脂质、糖、粗纤维以及磷、钙、铁、钾、钠、镁、铜、锌等矿物质,维生素A、B、C、E俱全,还有少量去甲肾上腺素、5-羟色胺及二羟基苯乙胺等物质[1]。香蕉营养成分在成熟过程变化很大。青香蕉中淀粉约占果浆湿重的70%～80%,但其经历呼吸跃变后淀粉含量降至小于1%,而蔗糖在这个过程中增加到10%,总糖含量多达到16%以上[2]。

研究发现,多种酶在成熟过程中活性加强,导致了淀粉的水解。香蕉后熟过程是多种酶参与作用使淀粉降解和转化为糖类的复杂生化过程,至今还不明确它的具体转换途径和机理。国内外很多学者致力于研究香蕉后熟过程相关酶的活力及其成分的变化来探求后熟变化机理。Lii[3]研究了鲜食香蕉成熟过程中淀粉的理化性质和还原糖与糖的含量。Wang[4]研究了粉蕉和香牙蕉两个品种后熟期间抗性淀粉的结构特征和理化特性的变化规律。本文提取了5个成熟度大蕉和皇帝蕉的抗性淀粉,通过测定抗性淀粉的持水性、溶解度、膨胀度、黏度特性,进一步探究了香蕉抗性淀粉后熟期间的理化特性变化规律。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1级成熟度大蕉(MusaABBBluggoe)和皇帝蕉(MusaAA Pisang mas) 购于广州五山农贸市场,2、3、4、5级成熟度香蕉为同一批次1级成熟度香蕉置于室温自然后熟而成;复合果胶酶(5万U/g) 诺维信生物技术有限公司;中温淀粉酶(35,000 U/mL) 广州裕立宝生物科技有限公司;糖化复合酶(300AGU/毫升) 诺维信生物技术有限公司;胃蛋白酶(10000 NFU/mg) 广州市齐云生物技术有限公司;猪胰α-淀粉酶((10 units/mg) 美国Sigma公司;3,5-二硝基水杨酸 上海国药集团;顺丁烯二酸 上海三爱思试剂有限公司;三(羟甲基)氨基甲烷(Tris) 上海国药集团;其他化学试剂均为分析纯。

BP 252打浆机 美的公司;SHA-B恒温水浴振动器 常州澳华仪器有限公司;THZ-C台式恒温振荡器 太仓市实验设备厂;HH-1数显恒温水浴锅 常州奥华仪器有限公司;FAZ104N千位电子分析天平 上海民桥精密科学仪器有限公司;TB-215D万位电子分析天平 德国Denver公司;TDL-5-A离心机 上海安亭科学仪器厂;101-1电热鼓风干燥箱 上海锦屏仪器仪表有限公司;LGJ-10冷冻干燥机 北京松原华兴科技发展有限公司;DE-100万能粉碎机 浙江屹立工贸有限公司;BCD-206TD SA冰箱 青岛海尔股份有限公司;UV-1800紫外可见分光光度计 日本SHIMADZU公司;SH10A水分快速测定仪 上海舜宇恒平科学仪器有限公司;Visgraph-E布拉班德仪 德国BRABENDER公司。

1.2 实验方法

1.2.1 香蕉抗性淀粉的提取工艺 选取表皮深绿色,1级成熟度大蕉和皇帝蕉洗净去皮,切成3～5 mm厚的薄片。在温度为4 ℃,质量分数为0.1%的柠檬酸和0.1%亚硫酸氢钠混合溶液中浸泡10 min。调节香蕉浆液浓度和pH5.0,加入0.5%果浆酶,0.5%中温淀粉酶,在40 ℃下酶解2 h,以降解除去浆液中的果胶、纤维素、蛋白质和可消化淀粉等大分子物质,酶解后的纯度为90%左右。在温度50 ℃下干燥12 h,粉碎后过100目筛,即得青香蕉抗性淀粉[5]。

1.2.2 香蕉抗性淀粉含量的测定方法 本文采取AOAC 2002.02测定方法测定香蕉抗性淀粉含量[6]。

1.2.3 香蕉抗性淀粉理化性质的测定方法

1.2.3.1 持水性测定 精确称取5 g香蕉抗性淀粉于100 mL容量瓶中,搅拌均匀,制成5 g/100 mL的淀粉乳,准确吸取20 mL淀粉乳置于离心管中,分别在50、70、90 ℃下恒温水浴加热15 min,每5 min振荡1次。将水浴后的样品以3000 r/min的转速离心15 min,弃去上清液,沉淀物倾斜45°静置10 min,除去水分,称其质量,按下式计算持水性[7]。

式(1)

式中,m0为淀粉的质量,g;m1为离心管质量,g;m2为去除水分后淀粉和离心管的质量,g。

1.2.3.2 溶解度和膨胀度测定 配制20 mL 5 g/100 mL的淀粉乳,置于离心管中,分别在50、70、90 ℃下恒温水浴加热30 min,每5 min振荡1次。将水浴后的样品冷却至室温,以3000 r/min 的转速离心15 min后将上清液和沉淀物分开,烘干后称其质量,按下式计算溶解度和膨胀度[8]。

式(2)

式(3)

式中,A为上清液蒸干后的质量(g);W为样品质量(g);D为离心后沉淀的质量(g)。

1.2.3.3 碘吸收曲线测定 精确称取50 mg样品于50 mL容量瓶中,加入90%二甲基亚砜(DMSO)溶液10 mL,于60 ℃水浴中分散10 min,迅速冷却,用蒸馏水定容。取2 mL于50 mL容量瓶,加入25 mL蒸馏水及1 mL碘试剂,定容,立即混匀,显色10 min,用紫外-可见光分光光度计扫描,波长500～800 nm[10]。空白中不加淀粉,其余步骤相同。

1.2.3.4 黏度特性测定 采用Brabender仪测定淀粉的黏度曲线。配制质量分数为6%的淀粉乳(干基),倒入布拉班德仪的测量杯中,充分搅拌。从30 ℃开始升温,以1.5 ℃/min的升温速率加热到95 ℃,保温30 min,再以1.5 ℃/min的降温速率冷却到50 ℃,再保温30 min,黏度计自动绘制一条随时间和温度变化的连续黏度曲线[11]。

1.2.4 香蕉成熟度评价 Von Loesecke根据果皮色泽把香蕉成熟度划分为8个等级:1级绿色;2级绿色隐黄;3级绿黄偏绿;4级黄绿偏黄;5级黄色,尾部带绿;6级全黄;7级全黄带少量芝麻点;8级全黄带大量芝麻点,果皮褐色[12]。在超市,通常把香蕉分为七个成熟度,即7级和8级属于同一个成熟度。这七个成熟度的划分根据SH Pratt公司(Luton,United Kingdom)提供的比色卡来判定[13],本论文按照此方法划分香蕉成熟度。

1.3 数据分析

数据统计分析采用IBM SPSS Statistics 19软件,结果以平均值±标准差表示。差异显著性由“单因素方差分析”得出,方差齐次性采用Levene统计量来检验,多重比较采用Bonferroni法。

2 结果与分析

2.1 不同成熟度香蕉抗性淀粉的含量

大蕉和皇帝蕉后熟期间抗性淀粉含量表1所示,随着香蕉成熟度的增加,抗性淀粉发生降解,其含量呈现下降的趋势。

表1 不同成熟度香蕉的抗性淀粉含量Table 1 Contents of resistant starches from different grades of banana maturity

注:表中不同字母表示显著性水平0.05时,相同品种不同成熟度香蕉抗性淀粉纯度的均值差异显著,n=3。

表2 不同成熟度香蕉抗性淀粉持水性Table 2 Water holding capacity of resistant starches from banana of different maturity

注:表中数值均以(平均值±标准差)表示,n=3。不同上标字母表示显著性水平0.05时同行之间差异显著。表3，表4同。

表3 不同成熟度香蕉抗性淀粉溶解度Table 3 Solubility of resistant starches from banana of different maturity

2.2 香蕉成熟度对抗性淀粉持水性的影响

淀粉分子内部羟基与分子链或水形成氢键或共价导致了其结合水量的不同。羟基与淀粉分子结合的作用大于与水分子的结合,则显示了低的持水力[14]。本实验分别测定大蕉抗性淀粉和皇帝蕉抗性淀粉在不同温度与成熟度下的持水性,其结果见表2。

从表2可以看出,对于大蕉抗性淀粉,50 ℃时,1～4级成熟度大蕉抗性淀粉持水性无显著变化,5级成熟度则显著增加(p<0.05),可能是结晶结构被破坏导致的[15];70 ℃时,大蕉抗性淀粉持水性随成熟度显著增加(p<0.05),可能是随着温度的升高,抗性淀粉结晶结构在成熟度较低时已经被破坏,因此持水性增强;90 ℃时,随着成熟度的增加,大蕉抗性淀粉持水性变化趋势是先升后降且差异显著(p<0.05),原因可能是成熟度较高的抗性淀粉在高温下更容易降解成为可溶性淀粉,因此持水性随成熟度增加而下降。

对于皇帝蕉抗性淀粉,50 ℃时,3级成熟度的皇帝蕉淀粉持水性最高,1级的最低;70 ℃时,3、4级成熟度的持水性最高,1级的最低;90 ℃时,2级成熟度的持水性最高,5级的最低,与大蕉抗性淀粉变化趋势相比,皇帝蕉抗性淀粉在50、70和90 ℃时均呈现先上升后下降的趋势且差异显著(p<0.05)。

总体来说,皇帝蕉抗性淀粉整体持水性优于大蕉抗性淀粉,原因可能是不同品种香蕉的抗性淀粉含量不同,因此,不同成熟度的香蕉抗性淀粉的持水性与温度和品种相关。

2.3 香蕉成熟度对抗性淀粉溶解度和膨胀度的影响

淀粉的溶解度是由于淀粉糊加热时,淀粉粒的微晶束结构开始松动,直链淀粉从膨胀的颗粒中逸出形成的,同时未溶解的淀粉颗粒由于充分吸水而膨胀[16]。本实验分别在50、70、90 ℃温度下,测定大蕉和皇帝蕉抗性淀粉的溶解度,结果如表3所示。

从表3可以看出,大蕉抗性淀粉溶解度随着成熟度的增加而呈现增加的趋势。这可能是由于香蕉后熟期间淀粉结晶结构被破坏、结构松散,亲水基团暴露的更多,增加了淀粉亲水基与水接触的几率。

皇帝蕉淀粉溶解度的成熟度排序为:4级>5级>3级>2级>1级,出现这种排序的原因可能是溶解度可能除了与淀粉粒结构有关外,还可能与其他因素如支链和直链比例等因素有关。

不同成熟度香蕉抗性淀粉的膨胀度如表4所示。

表4 不同成熟度香蕉抗性淀粉膨胀度Table 4 Swelling power of resistant starches from banana of different maturity

从表4可以看出,不同成熟度大蕉抗性淀粉的膨胀度均没有显著差异。皇帝蕉抗性淀粉除50 ℃ 1级成熟度膨胀度显著大于5级的外,其余均没有显著性差异且膨胀度都在75%以上,说明香蕉抗性淀粉的颗粒密集,具有有序、缔合有力的结构。

表5 不同成熟度香蕉抗性淀粉的糊化特性特征参数Table 5 Characteristic parameters of viscosity properties of resistant starches from banana with different maturity

2.4 香蕉成熟度对抗性淀粉碘吸收曲线的影响

淀粉-碘复合物吸光值法是利用淀粉与碘形成有色复合物来研究淀粉中直链淀粉和支链淀粉分子的分布情况。直链淀粉-碘复合物的最大吸收峰在600～640 nm,支链淀粉-碘复合物的最大吸收峰在520～560 nm。这种复合物的最大吸收波长、吸收峰的范围和吸光度的变化与淀粉分子量有密切关系,从而可以在一定程度上反应淀粉的特征[17]。

从图1中可以看出,不同成熟度两个品种香蕉抗性淀粉的碘吸收曲线在波长500～800 nm之间呈现较宽的吸收峰且最大吸收峰波长都介于直连淀粉最大吸收峰波长与支链淀粉最大吸收峰波长之间,说明两个品种香蕉抗性淀粉淀粉均由直链和支链淀粉构成的。香蕉成熟度越高,最大吸收峰波长没有显著的变化,而吸收峰的峰面积呈现越来越小的规律,说明未成熟的香蕉抗性淀粉含量较高且分子的分子量分布比较集中。

图1 不同成熟度香蕉抗性淀粉碘吸收曲线Fig.1 Iodine absorption curves of resistant starches from banana of different maturity

2.5 香蕉成熟度对抗性淀粉糊化特性影响

由于成熟度越高,提取的抗性淀粉量也越少。对于布拉班德黏度曲线,只选取了前3个成熟度的做研究,结果如图2、图3所示,相应淀粉糊化特性的特征参数如表5所示。

图2 不同成熟度大蕉抗性淀粉布拉班德黏度曲线Fig.2 Brabender viscosity curves of resistant starches from Bluggoe banana of different maturity

图3 不同成熟度皇帝蕉抗性布拉班德黏度曲线Fig.3 Brabender viscosity curves of resistant starches from Pisang banana of different maturity

起始糊化温度因直链淀粉含量、结晶度、支链淀粉含量和结构等的不同而不同,支链淀粉含量高、结晶度低、支链外链较短的淀粉晶体结构疏松,晶体融解所需热量小,起始糊化温度低[18]。大蕉3个成熟度抗性淀粉的糊化起始温度没有显著差别,可能是因为大蕉抗性淀粉含量较高且直连与支链的比例相差不大;峰值黏度和最终黏度均是3级成熟度最小,反映其分子量可能受到降解;2级成熟度大蕉抗性淀粉崩解值最大,表示它的热稳定性差,在高温下耐剪切的能力较弱;3级成熟度大蕉抗性淀粉回生值最小,说明其不容易老化[19]。因此,2级成熟度的大蕉抗性淀粉热稳定性较小,3级成熟度的大蕉抗性淀粉较不易老化。

皇帝蕉起始糊化温度随成熟度增加而降低,可能是成熟度越高,淀粉分子越松散,分子间排列的整齐秩序被打破,淀粉颗粒内部的缔合程度降低,分子间结合的氢键断裂,拆开分子间的聚合和微晶束所需要消耗的能量降低,淀粉起始糊化温度就降低[20];与大蕉起始糊化温度规律不一致的原因可能是因为抗性淀粉起始糊化温度与品种相关,不同品种直链淀粉含量、结晶度、支链淀粉含量和结构等不同导致起始糊化温度不同。1级皇帝蕉抗性淀粉峰值黏度和最终黏度最大,2、3级成熟度的明显降低,反映其淀粉分子量可能明显减小;1级成熟度皇帝蕉抗性淀粉崩解值最大,表示它的热稳定性差,在高温下耐剪切的能力较弱;3级成熟度皇帝蕉抗性淀粉回生值最小,说明其更不容易老化。因此,1级成熟度的皇帝蕉抗性淀粉热稳定性差,3级成熟度的皇帝蕉抗性淀粉更不容易老化。

整体而言,大蕉和皇帝蕉前三级成熟度抗性淀粉峰值黏度和最终黏度随成熟度增加而降低且大蕉抗性淀粉回生值更小,因此更不容易老化。上述香蕉抗性淀粉峰值黏度与Kayisu[21]报道的香蕉抗性淀粉峰值黏度相差较大。这可能是由于香蕉的品种,香蕉的生长环境及香蕉淀粉分子的结构差异等因素造成的。

3 结论

随成熟度增加,大蕉和皇帝蕉抗性淀粉持水性呈现先增加后下降的趋势且温度升高时差异显著(p<0.05),皇帝蕉抗性淀粉的持水性优于大蕉抗性淀粉;大蕉和皇帝蕉抗性淀粉溶解度随成熟度增加而增加，而膨胀度无显著变化,碘吸收曲线峰面积减小;前三级成熟度大蕉和皇帝蕉抗性淀粉峰值黏度和最终黏度降低且大蕉抗性淀粉较皇帝蕉抗性淀粉不易老化。

[1]朱瑜安. 香蕉及其保健功能[J]. 中国食物与营养,2006(3):51-52.

[2]Zhang P,Whistler R L,BeMiller J N,et al. Banana starch:production,physicochemical properties,and digestibility-a review[J].Carbohydrate Polymers,2005,59(4):443-458.

[3]Lii C Y,Chang S M,Young Y L. Investigation of the physical and chemical properties of banana starches[J]. Journal of Food Science,1982,47(5):1493-1497.

[4]Wang J,Tang X J,Chen P S,et al. Changes in resistant starch from two banana cultivars during postharvest storage[J]. Food Chemistry,2014,156(156):319-325.

[5]程燕锋,王娟,李尚新,等. 香蕉抗性淀粉提取工艺优化研究[J]. 中国粮油学报,2008,23(2):73-76.

[6]程燕锋,王娟,李尚新,等. 几种测定香蕉抗性淀粉含量方法的比较[J]. 食品与发酵工业，2007,33(8):153-157.

[7]Cordenunsi B R,Lajolo F M. Starch breakdown during banana ripening:Sucrose synthase and sucrose phosphate synthase[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,1995,43(2):347-351.

[8]范媛媛,毛联凯,夏雨,等. 香蕉天然抗性淀粉测定方法的比较[J]. 食品科技,2011,36(5):256-259.

[9]张守文,孟庆虹,杨春华.玉米抗性淀粉的结构和性质研究[J]. 食品工业科技,2006,27(6):64-69.

[10]Ling L H,Osman E M,Fernandes J B,et al. Physical properties of starch from Cavendish banana fruit[J]. Starch/Starke,2010,34(6):184-188.

[11]曹龙奎,李凤林.淀粉制品生产工艺学[M]. 北京:中国轻工业出版社,2008.

[12]Von Loesecke H W. Bananas(2nd ed). New York:Interscience Publishers,1950.

[13]Soltani M,Alimardani R,Omid M. Evaluating banana ripening status from measuring dielectric properties[J].Journal of Food Engineering,2011,105(4):625-631.

[14]杜先锋,许时婴,王璋. 淀粉糊的透明度及其影响因素的研究[J]. 农业工程学报,2002,18(1):129-131.

[15]刘兰英,李新华，范媛媛.香蕉淀粉理化性质的研究[J].农产品加工(学刊),2005(11):30-32.

[16]Bello-Perez L A,Agama-Acevedo E,Sayago-Ayerdi S G.Some structural,physicochemical and functional studies of banana starches isolated from two varieties growing in Guerrero[J].Starch/Starke,2000,52(2-3):68-73.

[17]张铁涛,徐云升,武天明.青香蕉抗性淀粉含量测定及特性研究[J].食品工业,2011(3):88-90.

[18]尹旭敏,赵小皖,赵国华,等. 成熟度对渝甜糯玉米淀粉颗粒形态及理化特性的影响[J]. 食品科学,2013,34(7):104-110.

[19]高群亚,黄立新,周俊侠.豌豆淀粉糊粘度性质的研究[J].粮食与饲料工业,2000(3):38-40.

[20]李志西,张莉,毛加银.板栗淀粉糊粘度特性的研究[J]. 中国粮油学报,2001,16(1):28-31.

[21]Kayisu K,Hood L F,Vansoest P J. Characterization of starch and fiber of banana fruit[J].Journal of Food Science,1981,46(6):1885-1890.

[22]陈平生,黄智君,王娟.不同热处理方式对大蕉抗性淀粉理化性质的影响[J]. 现代食品科技,2012,28(1):9-13.

[23]Wang J,Huang J H,Cheng Y F,et al. Banana resistant starch and its effects on constipation model mice[J]. Journal of Medicinal Food,2014,17(8):902-907.

Effectsofbananamaturityonthephysicochemicalpropertiesofresistantstarch

TANSi-min1,WANGJuan1，*,CHENPing-sheng1,ZHUXiao-hua2

(1.College of Food Science and Engineering of South China University of Technology,Guangzhou 510641,China;2.Natural Banana Healthy Food(Guangdong)Co.,Ltd.,Shenzhen 518000,China)

Banana resistant starch samples were studied from two banana cultivars(MusaABBBluggoeandMusaAAPisang mas)at five ripening stages. The effects of maturity on the physicochemical properties of the resistant starch including water holding capacity,solubility,swelling ability,iodine absorption curve and brabender viscosity profile were studied. The results showed that with higher maturity ofMusaABBBluggoeandMusaAAPisang mas,water holding capacity of resistant starch increased at the beginning and then decreased,it was obvious when the temperature rised,water holding capacity ofMusaAAPisang mas resistant starch was better than that ofMusaABBBluggoeresistant starch. Solubility of two banana resistant starch increased and swelling ability had no significant change with higher maturity. The peak area of iodine absorption curve of two banana resistant starch decreased with the increase of maturity,peak viscosity and final viscosity of three grades of maturity decreased too and theMusaABBBluggoeresistant starch was not easier to be aging than that ofMusaAAPisang mas resistant starch. Therefore,the solubility and swelling ability of banana resistant starch was low,and its water holding capacity and aging resistance were good. As a new type of starch resources,banana resistant starch had broad prospects for development and application.

banana;resistant starch;physical and chemical properties;changes;maturity grades

2017-05-02

谭思敏(1995-)，女，硕士研究生，研究方向：食品科学与工程,E-mail：Tsimin@126.com。

*通讯作者:王娟(1981-)，女，博士，副教授，研究方向：食品科学与工程，E-mail：wangjuan@scut.edu.cn。

国家自然科学基金项目 (31301530)；中央高校基本科研业务费项目(2015ZZ122);深圳市创客创业资助项目(CKCY20160822094633556)。

TS255.1

A

1002-0306(2017)23-0023-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.23.006