专题研究专栏

编者按：碳水化合物是谷物的重要组成部分，主要包括淀粉多糖和非淀粉多糖。谷物加工过程中淀粉多糖和非淀粉多糖的改变会对谷物产品的品质特性及功能特性产生重要影响，因此谷物多糖的研究是食品科学领域研究的重点和热点。本期选择以谷物淀粉及β-葡聚糖为研究对象的2篇论文，分别研究了黑米米糠多酚对淀粉消化性的影响以及大麦β-葡聚糖的凝胶特性表征及应用。希望此方面的研究能为谷物食品的加工、谷物食品的品质评价及功能性谷物多糖的开发等方面的工作提供借鉴。

(主持人：王静教授)

黑米米糠游离酚对碘与淀粉结合及淀粉消化的影响

李欢欢1,2， 吴娜娜2， 谭 斌2，*， 肖志刚1，*， 翟小童2， 田晓红2，刘艳香2， 刘 明2， 汪丽萍2， 高 琨2

(1.沈阳师范大学 粮食学院， 辽宁 沈阳 110034； 2.国家粮食局科学研究院， 北京 100037)

摘 要： 以早籼米、黑米米糠为原料，通过稀碱法提取早籼米中的淀粉，采用有机溶剂酸化甲醇提取黑米米糠中游离酚，并利用高效液相色谱法测定其多酚含量，将黑米米糠游离酚加入到淀粉-碘复合溶液中，通过扫描吸收光谱的变化来考察酚浓度对淀粉-碘结合的影响，进一步加入a-淀粉酶，考察黑米米糠游离酚对a-淀粉酶催化淀粉消化的影响。结果表明，黑米米糠游离酚抑制淀粉和碘的结合，浓度越大抑制效果越明显，且随着酚浓度的增加，最大吸收峰向波长短的方向移动，即发生蓝移，其原因可能是酚与淀粉结合，改变了淀粉性质，从而改变其吸收峰；黑米米糠游离酚能抑制淀粉的消化，其原因可能是酚与淀粉疏水基团结合。

关键词： 黑米米糠； 游离酚； 早籼米淀粉； 淀粉-碘； 消化

淀粉消化的快慢对人的健康有重要影响，其他物质如脂肪、酚类等对淀粉的消化起到一定的抑制作用。研究表明，许多有机和无机的化合物能与淀粉结合，占据直链淀粉螺旋结构的内部[1-2]。这些复合物中，例如棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸等与直链淀粉的螺旋内部结合，不仅抑制了淀粉-碘复合物的结合，还抑制了淀粉酶对淀粉的催化水解作用[3]。有报道表明，槲皮素、芦丁、表儿茶素这些分子中含有疏水基团，能够与淀粉结合，其影响效果与脂肪酸一样[4]。另外，异黄酮与直链淀粉结合[5]，原花青素也能与包括淀粉在内的多糖结合[6]。这些结果表明具有黄酮结构的成分可与包括淀粉在内的多糖结合。很多研究致力于单种酚与淀粉的结合，但鲜有复合多酚对淀粉-碘复合物以及对α-淀粉酶催化淀粉反应影响的研究报道。

淀粉的链具有螺旋状结构，每6个葡萄糖基构成一螺旋圈，且羟基均指向内圈。当碘分子进入内圈时，羟基成为供电子体，形成淀粉-碘复合物。按链的长短不同，直链淀粉与碘的复合物呈蓝色，可使碘的吸收波长向短的方向移动，室温下最大吸收峰为620 nm；支链淀粉与碘的吸附程度不同而呈紫红色，室温下最大吸收峰为560 nm[7]。

淀粉在被α-淀粉酶水解后，其螺旋结构消失，淀粉与碘的复合物不再形成，可通过淀粉与碘复合物吸光度的变化来考察淀粉的消化程度；也可通过此变化来研究酚对淀粉与碘结合，以及对淀粉消化作用的影响。本研究以人食用较多的早籼米为淀粉来源，以颜色较深的黑米为游离酚来源，而Ti等[8]的研究表明米糠中的酚比碾白米中含量高很多，所以从酚含量较多的黑米米糠提取游离酚，通过淀粉与碘复合物吸光度的变化，来研究黑米米糠游离酚对碘与淀粉结合及淀粉消化的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

早籼米、黑米，北京市新发地农产品批发市场；猪胰α-淀粉酶，美国Sigma公司；碱性蛋白酶，青岛吉宝中新国际贸易有限公司，两种酶均为食品级；氢氧化钠、无水甲醇、氯化钾、磷酸钠、碘、碘化钾、甲酸等，北京化工厂，均为分析纯；浓盐酸，北京化工厂，为优级纯；甲醇、乙腈，北京化工厂，均为色谱级；没食子酸、原儿茶酸、绿原酸、咖啡酸、丁香酸、香豆酸、阿魏酸、矢车菊素，美国Sigma公司，均为色谱级。

1.2 仪器与设备

JJ-1型大功率电动搅拌器，常州国华电器有限公司；DK-S12型电热恒温水浴锅，DGG-9140BD型电热恒温鼓风干燥箱，上海森信实验仪器有限公司；RJ-LD-IIB型低速大容量多管离心机，北京天林恒泰科技有限公司；T18 basic高速分散机，德国艾卡(广州)仪器设备有限公司；IM-25型全自动制冰机，常熟市雪科电器有限公司；RE-52AA型旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂；2690/2695型高效液相色谱仪，美国Waters 公司；Evolution 220型紫外分光光度计，美国热电公司；S220型台式pH计，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 早籼米淀粉的提取

将碾后的早籼米磨粉过100目筛，称取籼米粉，加入0.4%的氢氧化钠，料液比为1∶4，在40 ℃水浴下提取2 h，然后4 000 r/min，离心20 min，用蒸馏水洗涤2次，烘干再粉碎，加水将淀粉调成乳后加碱性蛋白酶，使酶活为0.048 AU/kg，水解1 h，离心(4 000 r/min，20 min)，蒸馏水洗涤，离心洗涤重复4次，在第3次离心前用2 mol/L的盐酸调pH值为7，离心得到沉淀后烘干、粉碎、过筛(100目)，最后得到早籼米淀粉[9]。

1.3.2 黑米米糠游离酚提取

将黑米碾米得到黑米米糠，称取0.5 g脱脂黑米米糠，加入50 mL冷藏的酸化甲醇(95%的甲醇与1 mol/L的酸，体积比为85∶15)[10]，在冰浴条件下使用高速分散器以10 000 r/min的转速搅拌5 min，然后2 500 r/min条件下离心10 min，得到上清液，45 ℃旋转蒸发浓缩，最后用冷藏的酸化甲醇定容到10 mL,-20 ℃冷冻保存备用。

1.3.3 黑米米糠中游离酚含量的测定

采用高效液相色谱法测定黑米米糠游离酚的含量，测定目标包括主要酚酸和主要花青素，酚酸的测定条件：0.4%的乙酸为流动相A，色谱乙腈为流动相B，流速为1 mL/min，柱温为30 ℃，测定波长为280 nm，采用梯度洗脱的方式，即0～40 min时，流动相B比例由5%到25%；40～45 min时，流动相B比例由25%到35%；45～50 min时，流动相B比例由35%到50%；50～55 min时，流动相B比例保持在5%。此实验以没食子酸、原儿茶酸、绿原酸、咖啡酸、丁香酸、香豆酸、阿魏酸为标样[11-13]。花青素的测定条件：6%甲酸为流动相A，色谱甲醇为流动相B，流速、柱温与酚酸相同，测定波长为525 nm，同样采用梯度洗脱的方式，0～7 min时，流动相A比例由82%～80%；7～10 min时，80%～75%；10～25 min时，75%～40%；25～26 min时，40%～82%；26～28 min时，82%。此实验以矢车菊素为标样[14-15]。

1.3.4 淀粉-碘复合物的形成及淀粉的消化

1.3.4.1 不同pH值、不同淀粉浓度条件对淀粉吸光度影响的测定

用氯化钾、浓盐酸配置成浓度为50 mmol/L，pH值为2的缓冲溶液；用磷酸钠配置成不同pH值，浓度为20 mmol/L的缓冲溶液(pH值分别为5，7，9)，将早籼米淀粉加入到相应的缓冲溶液中，分别配置成质量浓度为100，10，1 mg/mL的淀粉溶液，95 ℃水浴30 min，37 ℃平衡10 min。分别取不同pH值缓冲溶液配制的不同浓度的淀粉溶液1 mL,加入1 mL浓度为0.01 mol/L的碘水，然后用相应的pH值缓冲溶液定容到10 mL，分别使最终的淀粉质量浓度为10，1，0.1 mg/mL，避光反应30 min,用紫外分光光度计全波长扫描(200～900 nm)其混合液的吸光度。

1.3.4.2 不同浓度的黑米米糠游离酚对淀粉吸光度影响的测定

通过高效液相色谱法测定黑米米糠游离酚中主要酚酸和花青素的浓度，将其加和得到黑米米糠游离酚的总浓度，选取通过1.3.4.1试验得到的合适pH条件、合适淀粉浓度，加入不同浓度的黑米米糠游离酚(酚溶液需用相应的缓冲溶液进行适当的稀释)，在同样波长条件下测定淀粉的吸收光谱。

1.3.4.3 黑米米糠游离酚对淀粉消化影响的测定

根据不同浓度黑米米糠游离酚对淀粉吸光度的影响，选取一个影响最小的酚浓度来考察其对淀粉消化的影响，同样是通过淀粉的吸光度变化来衡量。首先选择合适浓度的酚，加入1.5 mL猪胰α-淀粉酶，再加入1 mL 0.01 mol/L的碘水，最后加入合适浓度的淀粉溶液1 mL，最后反应液的体积为10 mL，最终α-淀粉酶的酶活为2.5 U/mL，与其形成对照的是，其他条件不变，对照组不加黑米米糠游离酚。避光反应，分别测定反应时间为0，5，10 min的淀粉消化液吸光度[16]。

2 结果与分析

2.1 黑米米糠游离酚中酚酸、花青素含量测定结果

在280 mm下测得的酚酸如图1，在525 mm下测得的花青素如图2。由图1可知没食子酸、原儿茶酸、绿原酸、咖啡酸、丁香酸、香豆酸、阿魏酸、矢车菊素的出峰时间依次为7，12，18.5，21，22，28，30，15 min。根据标准样品出峰时间及其含量来计算对应出峰时间黑米米糠游离酚中的含量如表1。

1，没食子酸；2，原儿茶酸；3，绿原酸；4，咖啡酸；5，丁香酸；6，香豆酸；7，阿魏酸。
图1 高效液相色谱在280 nm波长下测得的酚酸
Fig.1 HPLC chromatogram of phenolic acids at wavelength of 280 nm

图2 高效液相色谱在525 nm波长下测得的花青素
Fig.2 HPLC chromatogram of anthocyanin at wavelength of 525 nm

表1 黑米米糠游离酚中各酚酸及花青素含量

Tab.1 Contents of phenolic acid and anthocyanin in free phenol from black rice bran μg/mL

质量浓度没食子酸原儿茶酸绿原酸咖啡酸丁香酸香豆酸阿魏酸矢车菊素总计黑米米糠游离酚23 14±0 44243 78±3 03--12 09±0 0142 16±0 2224 02±0 0512829 69±9 4113174 90

“-”表示没有检测到。

由表1可知，黑米米糠游离酚酸不含绿原酸、咖啡酸，原儿茶酸含量较高，没食子酸、丁香酸、香豆酸、阿魏酸含量相对较低；矢车菊素含量相当高，也充分说明了黑米米糠中花青素含量相当高。

2.2 pH值和淀粉浓度对淀粉吸光度的影响

不同pH值、不同淀粉浓度条件对淀粉吸光度的影响见图3。由图3可知，当同一pH值条件下，吸光度随着淀粉浓度的升高而增大，且吸收峰随淀粉浓度的升高而发生蓝移。当pH值不同，淀粉浓度相同时，吸光度值随着pH值的增大而降低，说明不同的pH值条件影响淀粉-碘复合物的形成，即在酸性条件(pH值为2和5)时，淀粉-碘复合物比较稳定，其吸光度变化不是特别明显，但也有略微降低；在中性条件下，吸光度下降比较明显；在碱性条件时，几乎没有吸收峰，这可能是因为在酸性条件下，碘基本不参与歧化反应3H2O)，所以单质碘数量较多，有利于与淀粉结合，生成的复合物也比较稳定，所以显色比较明显，在碱性条件下，碘迅速发生歧化反应，碱将碘歧化成次碘酸盐和碘化物，基本无单质碘存在，不能形成淀粉-碘复合物，所以不显色，几乎无吸收峰[17]。由于淀粉的消化主要在小肠部位[18]，而此部位的pH环境基本为中性。另外，考虑到吸光度值的大小，当淀粉最终质量浓度为0.1 mg/mL时，吸光度介于0～1，比较适宜。所以后续的淀粉消化实验，选择pH值为7，淀粉最终质量浓度为0.1 mg/mL为实验条件。

1，碘；2～4，淀粉终质量浓度依次为0.1，1，10 mg/mL。
图3 pH值和淀粉浓度对淀粉-碘复合物吸光度的影响
Fig.3 Effects of different pH values on absorbance of starch-iodine compounds with different starch concentrations

2.3 不同浓度的黑米米糠游离酚对淀粉吸光度的影响

根据高效液相色谱法测得的黑米米糠游离酚含量可知其总质量浓度为13 174.90 μg/mL，将此浓度稀释1 000倍，分别取100，200，300，400，500，600，700，800 μL加入反应体系中，使得最终质量浓度分别为13，26，39，52，65，78，91，104 μg/mL。

随着黑米米糠游离酚浓度的增加，淀粉-碘复合物的吸光度逐渐降低，直至没有吸收峰的存在(见图4)，说明黑米米糠游离酚抑制淀粉-碘复合物的形成，原因可能是酚与碘一样占据了淀粉的内部螺旋结构，导致与淀粉结合的碘单质减少，进而吸光度降低[19]。由图4还可知，随着酚浓度的增加，吸收峰发生蓝移，原因可能是酚与淀粉的疏水基团结合改变了淀粉的结构，从而使其吸收峰发生改变。在研究黑米米糠游离酚对淀粉消化的影响时，酚对淀粉本身吸光度的影响应降到最低，所以选择影响较小的酚质量浓度13 μg/mL作为淀粉消化时的酚浓度。

2.4 黑米米糠游离酚对淀粉消化的影响

随着加入α-淀粉酶(见图5(a))消化反应时间延长，吸光度降低，这是因为α-淀粉酶将淀粉水解葡萄糖等成单糖，减少了淀粉-碘复合物量，从而吸光度降低；而图5(b)中，加入黑米游离酚之后，随着反应时间的延长，吸光度降低幅度却减小，说明黑米游离酚抑制了α-淀粉酶对淀粉的消化作用。

1，碘; 2，淀粉- 碘; 3～10，酚质量浓度依次增加，分别为13，26，39，52，65，78，91，104 μg/mL。
图4 不同黑米米糠游离酚浓度对淀粉-碘复合物吸光度的影响
Fig.4 Effects of different concentrations of free phenol from black rice bran on absorbance of starch-iodine complex

1，碘；2，淀粉-碘；3～5，加α-淀粉酶后分别反应1，5，10 min。
图5 黑米米糠游离酚对淀粉消化的影响
Fig.5 Effects of free phenol from black rice bran on starch digestion

反应体系中加入黑米米糠游离酚后，随着反应时间的延长(见图6)，在波长为650 nm下，加α-淀粉酶之前与加入α-淀粉酶后不同时间点的最大吸光度的差值分别为：1 min时0.042, 5 min时0.068，10 min时0.105；而不加黑米米糠游离酚对应的差值分别为0.012，0.019，0.035，不加酚比加酚的差值小。由此也充分说明黑米米糠游离酚对淀粉的消化起到了一定的抑制作用，其原因可能是酚与淀粉相结合，抑制了淀粉的消化。

图6 不同消化反应时间加酚与不加酚的淀粉-碘复合物最大吸光度的差值比较
Fig.6 Maximal absorbance values of starch-iodine with and without phenol at different reaction times

3 结 论

pH值环境相同，不同淀粉浓度与碘结合时，吸光度随着淀粉浓度的升高而增大；淀粉浓度相同pH值环境不同时，吸光度随着pH值的增大而下降；黑米米糠游离酚对淀粉-碘复合物结合有抑制作用，且其抑制效果随着酚浓度升高而加强，黑米米糠游离酚对淀粉的消化起到抑制作用。因此，可利用碘与淀粉的结合吸光度值变化表征淀粉体外消化变化的过程。

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Effects of Free Phenol from Black Rice Bran on Combination of Iodine and Starch and Starch Digestion

LI Huanhuan1,2, WU Nana2, TAN Bin2,*, XIAO Zhigang1,*, ZHAI Xiaotong2, TIAN Xiaohong2, LIU Yanxiang2, LIU Ming2, WANG Liping2, GAO Kun2
(1.College of Grain Science and Technology, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China; 2.Academy of State Administration of Grain， Beijing 100037, China)

Abstract： In this study, the alkali method was used to extract starch from early indica and organic solvent was used to extract polyphenol from black rice bran. The polyphenol content was determined by using high performance liquid chromatography (HPLC). The free phenol of black rice bran was added to starch-iodine complex solution to study the effects of free phenol with starch-iodine compounds by scanning the changes of absorption spectra. Furthermore, α-amylase was added to the solution to study the effects of free phenol from black rice bran on the digestion of early indica starch. The results showed that free phenol from black rice bran inhibited the combination of starch and iodine. The inhibition of phenol to starch digestion increased with the increase of phenol concentration. The absorption peak moved to short wavelength with the increase of phenol concentration, which is called blue shift. The reason might be that the combination of phenol and starch changed the nature of the starch, which changed its absorption peak. The free phenol of black rice bran inhibited starch digestion through combination of phenol and starch hydrophobic groups.

Keywords： black rice bran; free phenol; early indica starch; starch-iodine; digestion

doi:10.3969/j.issn.2095-6002.2017.05.004

文章编号：2095-6002(2017)05-0018-07

引用格式：李欢欢，吴娜娜， 谭斌，等. 黑米米糠游离酚对碘与淀粉结合及淀粉消化的影响[J]. 食品科学技术学报，2017,35(5):18-24.

LI Huanhuan, WU Nana, TAN Bin, et al. Effects of free phenol from black rice bran on combination of iodine and starch and starch digestion[J]. Journal of Food Science and Technology, 2017,35(5):18-24.

中图分类号： TS201.2； TS210.1

文献标志码： A

收稿日期： 2017-09-01

基金项目： 国家自然科学基金资助项目(31501524); “十三五”国家重点研发计划项目(2017YFD0401103)。

作者简介： 李欢欢，女，硕士研究生，研究方向为粮食增值加工利用；

*谭 斌，男，研究员，主要从事粮食增值加工利用方面的研究，通信作者；

*肖志刚，男，教授，主要从事粮食油脂及植物蛋白工程方面的研究，通信作者。

(责任编辑：檀彩莲)