周婧琦，黄琴，秦令祥,3,，孙艳，刘延奇

（1.漯河食品职业学院，河南漯河 462300；2.郑州轻工业大学食品与生物工程学院，河南郑州 450002；3.漯河市食品研究院有限公司，河南漯河 462300）

山药（）是一种药食同源的作物，淀粉是山药中的主要成分，占山药总鲜重的18%～25%。与玉米、小麦和甘薯淀粉相比，山药淀粉（yam starch，YS）具有更好的抗消化、抗便秘和降血脂作用，这主要是由于其抗性淀粉含量较高。目前关于山药淀粉的研究主要集中在种类、营养价值、抗性淀粉含量等方面，而山药淀粉与非淀粉多糖制备共混体系的研究鲜见报道。

淀粉与非淀粉多糖的共混是一种安全、经济的天然淀粉物理改性方法，并得到了广泛的研究。Zhou 等研究了黑木耳多糖（AP）与山药淀粉协同后对淀粉理化性质和体外消化率的影响，结果表明：随着AP 的增加，凝胶硬度和黏度显著降低，淀粉消化的抑制作用增强；Luo 等发现菊粉的添加，提高了小麦淀粉糊化温度，降低了糊化过程中崩解值，对小麦淀粉的短期回生具有明显的抑制作用；Zhang等通过扫描电镜（SEM）观察发现，燕麦-葡聚糖具有天然的网状结构，可以包裹在淀粉颗粒表面，降低消化酶的可及性，从而降低淀粉的消化速率。综上所述，非淀粉多糖的加入对淀粉的糊化、流变性、消化性等性质均产生了一定的影响。

燕麦-葡聚糖（Oat-glucan，OG）主要存在于燕麦胚乳和糊粉层的细胞壁中，是一种由D-葡萄糖-（1→3，1→4）糖苷键连接而成的线性非淀粉多糖，这种特殊的结构决定了其物理性质，如粘度和溶解度。研究表明，燕麦-葡聚糖对人体健康有多种益处，如降低餐后血糖浓度，控制胰岛素水平，维持肠道菌群的平衡，增强免疫力，提高餐后饱腹感等。因此，燕麦-葡聚糖的摄入有利于对糖尿病和心血管疾病的预防、治疗和维持体重。

因此，本文通过研究燕麦-葡聚糖对山药淀粉的糊化特性、热特性、流变性及消化性等性质的影响，以期进一步扩大燕麦-葡聚糖的应用价值，改善淀粉基食品品质，为山药淀粉和燕麦-葡聚糖的进一步开发和应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

山药淀粉（总淀粉80.31%、水分11.00%、脂肪0.11%）由实验室自制；燕麦-葡聚糖（总糖75.66%、水分0.51%、灰分2.42%，分子量为2.0×10Da）广州中康食品有限公司。

RVA-4500 快速黏度分析仪 瑞典Perten 公司；Q20 差示扫描量热仪、Discovery HR-1 流变仪 美国TA 仪器公司TA-XT Plus 质构仪 英国SMS 公司；Vertex70 傅里叶变换红外光谱仪、D8 Advance X-射线衍射仪 德国Bruker 公司。

1.2 实验方法

1.2.1 山药淀粉/燕麦-葡聚糖共混体系的制备 准确称取2.0 g 山药淀粉置于快速粘度分析仪（rapid visco analyser，RVA）专用铝罐中，加入燕麦-葡聚糖（0%、5%、10%、15%、20%，w/w），再加入25 mL去离子水混匀，配制成山药淀粉/燕麦-葡聚糖（yam starch/oat-glucan，YS-OG）共混体系。

1.2.2 糊化性质的测定 依据Luo 等的方法并做适当修改，取1.2.1 方法制备的YS-OG 共混体系，采用RVA 标准程序1 进行测试。具体过程如下：首先，将样品加热到50 ℃并保持1 min，然后以恒定速率12 ℃/min 将温度从50 ℃升至95 ℃，并在95 ℃保持在2.5 min。再将温度以12 ℃/min 的恒定速率，冷却至50 ℃。最后，样品在50 ℃下保持2 min。在测试的前10 s，搅拌速度设置为960 r/min，其余时间设置为160 r/min。记录糊化温度、峰值黏度、最低黏度、最终黏度、崩解值以及回生值。

1.2.3 热特性的测定 利用差示扫描量热仪，参考Zhang 等的方法，对YS-OG 共混体系的热特性进行测定。以密封的空铝盘作为参考，金属铟（99.999%）进行校准。称取5 mg 样品加入铝盘中，其中OG 添加量分别为0%、5%、10%、15%和20%，加入去离子水至10 mg，密封后室温24 ℃平衡24 h。测定速率为10 ℃/min，温度范围为20～120 ℃。

1.2.4 流变学特性的测定 参考Wang 等的方法，测定YS-OG 共混体系的流变学特性，方法如下：从RVA 制得的淀粉糊转移到流变仪平板（直径40 mm，间隙1 mm）上，用刮板去除外缘的多余样品并涂抹硅油，防止水分蒸发，减少实验误差；在25 ℃下平衡2 min 后测量。

静态流变学特性测定：温度25 ℃，剪切速率为0.1～100 s。

动态黏弹性质的测定：采用振荡模式下的频率扫描模式，1%应变的条件下，测定YS-OG 共混体系凝胶的储能模量G'、损耗模量G''及损耗因子tan，扫描范围为1～10 Hz。

1.2.5 质构特性测定 质构特性参考Zhao 等的方法进行测定，选用TPA 模式，P/35 探头进行测定，取1.2.1 方法制备的YS-OG 共混体系凝胶，在4 ℃下放置24 h，以稳定凝胶。测量参数设置为：测前速度、测试速度和测后速度均为2 mm/s，测试距离为20 mm，触发力为5 g，触发类型为自动。

1.2.6 红外光谱扫描的测定方法 采用傅里叶变换红外光谱仪进行测试，YS-OG 共混体系样品与溴化钾KBr 按1:100 的比例混合，研磨成粉末，压成薄片，波长范围为400～4000 cm。

1.2.7 X-射线衍射分析 将样品平铺于X 射线衍射仪样品池的中心位置，在30 kV、20 mA 条件下，以步长0.02°、4°/min 的扫描速度测定样品在5°～35°（2θ）范围的X 射线衍射图谱。

1.2.8 消化性能测定 根据Englyst 等的方法，对山药淀粉及YS-OG 共混体系中的快消化淀粉（rapidly digestible starch，RDS）、慢消化淀粉（slowly digestible starch，SDS）、抗性淀粉（resistant starch，RS）含量进行测定，按如下公式计算：

式中，G和G分别为酶水解20 和120 min后的葡萄糖含量；FG=0。

1.3 数据处理

所有实验数据均为3 次平行实验所得，以均值±标准差（SD）表示。实验结果采用Origin 9.0 软件进行分析绘图，SPSS 26.0 软件处理数据。通过ANOVA 方差分析及Duncan 检验（<0.05），评估均值之间的显著性差异。

2 结果与分析

2.1 燕麦β-葡聚糖添加量对山药淀粉糊化性质的影响

由图1 和表1 可知，随着燕麦-葡聚糖含量的增加，YS-OG 共混体系的峰值黏度、最低黏度和最终黏度均显著降低（<0.05）。这可能是因为燕麦-葡聚糖的吸水能力远超于山药淀粉；在糊化过程中，燕麦-葡聚糖与山药淀粉竞争水分，与浸出的直链淀粉结合，然后包裹在山药淀粉颗粒的表面，燕麦-葡聚糖的存在抑制了淀粉的溶胀，且作用与燕麦-葡聚糖的添加量有关。

图1 山药淀粉和YS-OG 共混体系的糊化曲线Fig.1 Pasting curves of yam starch and YS-OG blends

崩解值表示峰值粘度与最低粘度之差，主要反映了淀粉颗粒被破坏程度和热稳定性，崩解值越低，淀粉颗粒在糊化过程中结构越稳定。由表1 可知，山药淀粉的崩解值最高为395.00 cP，添加20%燕麦-葡聚糖后，崩解值降至84.50 cP。这可能是燕麦-葡聚糖与浸出的直链淀粉或淀粉相互作用，形成对山药淀粉的保护作用，降低了山药淀粉颗粒的破损程度，从而提高了YS-OG 共混体系的稳定性。

表1 山药淀粉和YS-OG 共混体系的糊化参数Table 1 Pasting parameters of yam starch and YS-OG blends

回生值表示淀粉凝胶的短期回生，与糊化过程中直链淀粉分子间的重排有关。随着燕麦-葡聚糖的添加，YS-OG 共混体系的回生值降低，产生这种现象的原因可能是燕麦-葡聚糖与直链淀粉分子之间的连接强于直链淀粉分子之间的再聚集重排，从而延缓了YS-OG 共混体系的短期回生。

在YS-OG 共混体系中，当燕麦-葡聚糖添加量为5%时，YS-OG 共混体系的糊化温度略有降低，而当燕麦-葡聚糖添加量为10%时，随着添加量的增加，糊化温度显著升高（<0.05）。这可能是因为少量的燕麦-葡聚糖对于体系中水分子的空间阻碍较小，燕麦-葡聚糖穿插于山药淀粉的间隙中，促进了山药淀粉颗粒与水分子间的接触，使糊化温度与山药淀粉相比，略有下降；而随着燕麦-葡聚糖添加量的增加，YS-OG 共混体系中可用水减少，淀粉颗粒无定形区域的水合作用减弱，使YS-OG 共混体系糊化难度增大，糊化温度增高。这与李妍等报道的玉米耳多糖的添加对玉米淀粉糊化性质的影响相类似。

2.2 燕麦β-葡聚糖添加量对山药淀粉热特性的影响

由表2 可知，不同添加量的燕麦-葡聚糖对YS-OG 共混体系的起始温度To、终止温度Tc 无显著变化（>0.05），峰值温度Tp 显著升高（<0.05）；糊化焓ΔH 有所下降。

表2 燕麦β-葡聚糖对山药淀粉热特性的影响Table 2 Effects of oat β-glucan on thermal properties of yam starch

淀粉在加热过程中发生糊化，表明淀粉从有序结构状态转变为无定形结构。随着燕麦-葡聚糖含量的增加，Tp 随之升高，这可能是因为多糖和淀粉颗粒之间竞争水分，从而降低了样品的水分活度并阻碍了温度升高过程中淀粉的膨胀。Gunaratne 等研究表明：在糊化过程中，多糖与淀粉之间的相互作用稳定了淀粉颗粒的分子结构，从而阻碍了糊化过程，提高了糊化温度。

糊化焓ΔH 表示淀粉糊化时，其内部双螺旋结构被破坏所需要的能量。由表2 可知，燕麦-葡聚糖的加入使糊化焓ΔH 显著降低（<0.05），从17.93 J/g明显下降到7.34 J/g。这表明在燕麦-葡聚糖存在的情况下，YS-OG 共混体系从悬浮态到凝胶态的转化过程中降低了所需的能量，可能是由于燕麦-葡聚糖的加入降低了YS-OG 共混体系中水的可用性和流动性，导致淀粉结晶区的不完全糊化，淀粉颗粒有序结构被破坏，最终导致YS-OG 共混体系ΔH降低。

2.3 燕麦β-葡聚糖添加量对山药淀粉流变学特性的影响

2.3.1 静态流变特性 静态流变特性能够反应体系黏度随剪切速率的变化规律。由图2 可知，山药淀粉及YS-OG 共混体系的表观黏度均随剪切速率的增加而降低，且在0.1～1 s时，表观粘度急剧下降，剪切速率到1 s时，表观粘度趋于稳定，表现为剪切稀化行为，呈现非牛顿流体性质。与山药淀粉相比，进一步可以看出，随着燕麦-葡聚糖添加量的增加，YS-OG 共混体系表观粘度显著降低（<0.05），与RVA 测试的黏度降低结果相一致。

图2 燕麦β-葡聚糖对山药淀粉表观粘度的影响Fig.2 Effect of oat β-glucan on apparent viscosity of yam starch

2.3.2 动态流变学特性 由图3A、图3B 可知，YSOG 共混体系的G'、G"值均低于山药淀粉，且G'、G"值均随着燕麦-葡聚糖添加量的增加而降低，说明燕麦-葡聚糖可显著降低糊化淀粉的黏弹性，使YS-OG 共混体系糊化后更趋于流体性质，随着燕麦-葡聚糖添加量的增加，流动性越强。在0～10 Hz 频率范围内，所有样品的G'值都显著大于G"（<0.05），说明所有样品均具有良好的黏弹体系，表现为一种典型的弱凝胶结构。

tan为G"与G'的比值，通过测定样品的G'和G"可以判断该流体更加侧重于黏性还是弹性。由图3C 可知，山药淀粉和YS-OG 共混体系tan均小于1，表明所有样品均以黏性为主；且YS-OG 共混体系的tanδ 值，随着燕麦-葡聚糖添加量的增加而增大，这可能是因为形成交联网络的主要聚合物是直链淀粉，由此可以推测燕麦-葡聚糖与浸出的直链淀粉相互作用，使直链淀粉之间的相互作用减少，延缓了直链淀粉再聚集，使YS-OG 共混体系的黏弹性降低。这与Kong 等关于小麦淀粉-蛹虫草多糖复配体系的研究中的结果相类似。

图3 山药淀粉和YS-OG 共混体系的G'、G"及tanδ 随频率的变化Fig.3 Variation of G'、G" and tanδ of yam starch and YS-OG blends with frequency

2.4 质构特性分析

由表3 可知，随着燕麦-葡聚糖添加量的提高，YS-OG 共混体系凝胶的硬度、弹性、胶着性、咀嚼性和回复性也随之降低，呈显著性差异（<0.05）。

与山药淀粉相比，随着燕麦-葡聚糖含量的增加，YS-OG 共混体系的硬度降低，产生这种结果的原因，可能是水与燕麦-葡聚糖的相互作用，导致淀粉糊化的自由水分减少，淀粉颗粒无定形区域水合作用减弱，抑制了山药淀粉颗粒膨胀，淀粉分子链不能充分伸展，从而影响了YS-OG 共混体系的网络结构形成，使YS-OG 共混体系凝胶结构变弱，硬度降低。豁银强等对麦冬多糖-大米淀粉体系的研究中也出现了类似的趋势。

胶着度和咀嚼性一般用来描述食品的口感，是评价凝胶的综合指标，对凝胶的实际应用至关重要。从表3 可以看出，随着燕麦-葡聚糖的添加量增加，使YS-OG 共混体系凝胶的胶着度和咀嚼度呈现下降趋势（<0.05）。胶着性可以描述半固体样品的粘性特性，胶着性降低，粘度降低。咀嚼性是模拟人体咀嚼半固态食物达到可吞咽稳定状态所需要的能量，咀嚼性越低，所需能量越低，口感更好。

表3 山药淀粉和YS-OG 共混体系的质构特性分析Table 3 Analysis of texture properties of yam starch and YS-OG blends

回复性反映了淀粉的弹性特性，随着燕麦-葡聚糖的增加，弹性、回复性均略有下降。

综上所述，燕麦-葡聚糖的加入会使YS-OG 共混体系的凝胶质地变得松软，可以将其应用于果冻、糖果、甜点、酸奶等食品中。

2.5 红外光谱分析

淀粉的红外光谱图可以反映淀粉链构象、结晶度、含水量和螺旋结构等分子水平上的结构变化。由图4 可知，通过红外光谱表征山药淀粉和YS-OG共混体系在400～4000 cm波数范围内的谱图，发现YS-OG 共混体系的红外吸收峰形状及位置与原淀粉基本相似，无新的吸收峰出现或消失，说明YS-OG 共混体系未产生新的基团，没有新的共价键生成，即山药淀粉与燕麦-葡聚糖之间未发生共价结合。

图4 山药淀粉和YS-OG 共混体系的红外光谱图Fig.4 Infrared spectrum of yam starch and YS-OG blends

由于山药淀粉和燕麦-葡聚糖都是多糖，含有大量的羟基，且结构中均有糖苷键的存在，使得在分子内及分子间形成了大量的氢键。由图4 可知，YSOG 混合体系在3000～3700 cm范围内形成了一个宽的吸收峰，这是由于分子间羟基O-H 伸缩振动，为典型的多聚体分子间缔合羟基特征峰；且随着燕麦-葡聚糖添加量的增加，在3485 cm吸收峰处，YS-OG 共混体系逐渐向低波数移动，表明了体系中氢键的存在，由此我们可以推断出YS-OG 共混体系之间的键可能是氢键。冀晓龙等在菊粉-小麦淀粉复配体系理化特性及相互作用的研究中也报道了淀粉与非淀粉多糖的主要作用力是氢键。

吸收峰在2920 cm附近的吸收峰为C-H 的基团伸缩振动。同时，吸收峰在995 cm处对含水量敏感，这与C-6 羟基的分子内氢键有关。此外，在1649 cm附近为-OH 水的弯曲振动，即淀粉中的结合水部分。而燕麦-葡聚糖在此处具有同样的吸收峰，说明在淀粉糊化的过程中，由于燕麦-葡聚糖自身含有的大量羟基，可能通过氢键与淀粉中的羟基结合，从而覆盖在山药淀粉颗粒的表面，抑制了直链淀粉的渗漏和山药淀粉的膨胀，降低了山药淀粉的糊化程度。

2.6 XRD 数据分析

X-射线衍射是表征淀粉晶体结构的有效方法，衍射角2θ 的位置可以表征淀粉的晶体类型，不同类型的淀粉具有特定的衍射峰，根据X 射线衍射图谱，淀粉可分为A 型、B 型、C 型和V 型。由图5 可知，原山药淀粉在5.6°、15°、17°、18°和23°（2θ）处有特征峰，为典型的C 型晶体结构。与原山药淀粉相比，当加入燕麦-葡聚糖后，XRD 谱图衍射角位置及强度发生了明显变化，YS-OG 共混体系的晶体结构发生了明显的变化，表明燕麦-葡聚糖的加入会影响了糊化淀粉的晶体结构。这与Ji 等在菊粉对豌豆淀粉凝胶糊化、热学、流变学特性和体外消化率的影响研究结果相一致。

图5 山药淀粉和YS-OG 共混体系的X-射线衍射图Fig.5 X-ray diffraction of yam starch and YS-OG blends

Wu 等指出在16.9°（2θ）处出现的吸收峰为典型的双螺旋B 型晶体。如图5 所示，YS-OG 共混体系在16.9°（2θ）处出现一个较弱的吸收峰，且随着燕麦-葡聚糖含量的增加，此处的衍射峰变低变宽，这可能是因为燕麦-葡聚糖分子抑制了淀粉分子的结合，部分山药淀粉被燕麦-葡聚糖取代，从而降低了体系中直链淀粉的含量，使淀粉分子间的相互作用力减弱。而随着燕麦-葡聚糖添加量的增加，YSOG 共混体系相对结晶度随之降低，可能是因为在糊化过程中，山药淀粉的部分有序结构被破坏，燕麦-葡聚糖的加入削弱了淀粉分子链的重结晶，与YSOG 共混体系糊化焓ΔH 显著降低结果相一致。

2.7 消化性能

淀粉消化速率是血糖上升速度的主要决定因素。通过提高食品中抗性淀粉含量，降低淀粉消化速率，不仅有利于控制人体血糖水平，还可以提高餐后饱腹感，从而减少其他食物的摄入量，达到控制体重的作用。燕麦-葡聚糖对山药淀粉中RDS、SDS、RS 的含量有着重要的影响，如表4 所示。随着燕麦-葡聚糖添加量的增加，RDS 含量呈现出下降的趋势，尤其是燕麦-葡聚糖添加量达到20%时，YS-OG共混体系的RDS 最低，为39.80%。且随着燕麦-葡聚糖添加量从0%增加到20%，YS-OG 共混体系的RS 含量从38.97%增加到了49.24%。YS-OG 共混体系的SDS 逐渐降低，与完全糊化的山药淀粉相比，燕麦-葡聚糖的加入使得YS-OG 共混体系的凝胶的SDS 从14.34%降低到8.22%。当燕麦-葡聚糖添加量为15%时，SDS 含量略有增加，但仍低于山药淀粉的SDS 含量（14.34%），说明燕麦-葡聚糖对山药淀粉SDS 含量的影响是复杂的。燕麦-葡聚糖对YS-OG 共混体系消化率的影响是多种因素共同作用的结果。首先，燕麦-葡聚糖可能会包裹在山药淀粉颗粒表面，降低消化酶的可及性，阻碍淀粉的消化；其次，燕麦-葡聚糖可以与山药淀粉竞争性水分子，抑制山药淀粉颗粒的膨胀，导致部分山药淀粉颗粒不完全糊化，从而降低山药淀粉的消化速率。综上所述，燕麦-葡聚糖的添加，降低了山药淀粉的RDS 含量、SDS 含量，从而提高了山药淀粉的RS 含量，说明燕麦-葡聚糖能降低山药淀粉的消化速率。REGAND 等对燕麦-葡聚糖的理化性质对淀粉消化的影响研究中发现，燕麦-葡聚糖对淀粉的消化速率有抑制作用，与本研究结果相似。

表4 山药淀粉和YS-OG 共混体系的RDS、SDS 和RS 的含量Table 4 Contents of RDS,SDS and RS of yam starch and YS-OG blends

3 结论

通过研究不同添加量的燕麦-葡聚糖对山药淀粉的糊化特性、热特性、流变特性及消化性能等性质的影响，发现燕麦-葡聚糖的加入抑制了山药淀粉的溶胀，降低了YS-OG 共混体系黏度，使YS-OG 共混体系的凝胶强度减弱；且随着燕麦-葡聚糖添加量的增加，降低了YS-OG 共混体系的崩解值、糊化焓ΔH，提高了山药淀粉的稳定性。山药淀粉和燕麦-葡聚糖主要通过氢键作用，与原山药淀粉相比，没有新的共价键生成。燕麦-葡聚糖的加入显著降低了山药淀粉的黏弹性（<0.05），使YS-OG 共混体系糊化后呈现非牛顿流体性质。在糊化过程中，山药淀粉的部分有序结构被破坏，削弱了淀粉分子链的重结晶，YS-OG 共混体系相对结晶度显著降低。此外，燕麦-葡聚糖的加入提高了YS-OG 共混体系的抗性淀粉含量，从38.97%增加到了49.24%。综上所述，燕麦-葡聚糖对山药淀粉的糊化、热特性、流变以及消化性能等均有一定的影响，且燕麦-葡聚糖对山药淀粉的加工特性具有一定的改善作用。此外，深入了解YS-OG 共混体系对于扩大燕麦-葡聚糖在食品工业中的应用也是至关重要的，为开发淀粉基食品提供了新的研究方向。