苦瓜功能稻米的淀粉理化特性分析

　　摘要：将导入苦瓜DNA私稻新品种(D9)胚乳淀粉的颗粒形态、粒径分布、结晶结构、糊化、凝胶质构和分子组成等特性与受体进行了比较。结果表明，D9淀粉3pm以下的体积百分比明显增加，而9um以上的大颗粒体积百分比减少。D9淀粉的分子有序化指标值分别为0.67和1.66，明显高于受体的0.60和1.18，但差示扫描量热分析起糊温度为65.5 ℃，显著低于受体的77.8℃.D9淀粉的最高黏度、最低黏度、崩解值和终黏度分别为2683.0，1074.0，1 609.0，1 499.5mPa.s，均显著高于受体淀粉，而回生值(425.5 mPa-s)低于受体的463.5 mPa.s，D9淀粉的膨胀势和凝胶弹性值分别为20.01 g/g和2.69mm，显著高于受体淀粉的，而直链淀粉质量分数、最大吸收波长和碘蓝值分别为3.33%.561.0 nm和0.16，均显著低于受体淀粉的。导入苦瓜DNA引起了粘稻胚乳淀粉的粒径组成、分子组成和结构的显著变化。

　　关键词：苦瓜功能稻;淀粉;理化特性;分子组成

　　Abstract：The particle morphology，particle size distribution，crystal structure，gelatinization，gel texture and molecule properties of indica rice starch of importing bitter melon DNA(D9)were compared with its receptor.The results showed that the volume percentage of D9 starch <3 m increased significantly, while the volume percentage of large granule >9 pm decreased.The molecular ordering index values of D9 starch were 0.67 and 1.66 respectively, which were significantly higher than those of receptor, 0.60 and 1.18; while the pasting temperature of differential scanning calorimetry was 65.5 ℃, which was significantly lower than that of receptor 77.8 ℃.The hig hest viscosity，the minimum viscosity，disintegration value and final viscosity of D9starch were 2 683.0，1 074.0，1 609.0，1 499.5 mPa•s，respectively，which were significantly higher than those of receptor starch.However，the retrogradation value(425.5 mPa s)lessthan 463.5 mPa.s of the receptor starch.The swelling power and gel elasticity of D9 starch were 20.01 g/g and 2.69 mm respectively，significantly higher than the receptor starch However，the amylose content，the maximum absorption wave length and the iodine blue value were 13.33%，561.0 nm and 0.16 respectively，significantly lower than that of the receptor starch.Importing the bitter melon DNA into rice caused of rice endosperm starch was caused the significant variations in granule size composition，molecular composition and structure of the endosperm starch.

　　Keywords：bitter melon function rice;starch;physicochemical properties;molecular composition

　　随着健康产业的发展，普通食品功能化和功能食品主食化成为一个重要趋势[1]，作为重要主食的水稻育种战略也随时代的发展而变化，功能稻作为育种的一个重要方向，近年取得了丰硕的成果，如高直链淀粉[2]、高y-氨基丁酸(GABA)[5]、抗高血压[1]、抗氧化6-0、抗过敏[]、巨胚[6]等水稻品种相继问世。课题组前期采用花粉管通道法将苦瓜DNA导入籼稻，获得农艺性稳定遗传的子代(2017年农业部审定，品种名：早优517)，并证明苦瓜DNA片断成功整合进子代DNA中，且生理活性的主要目标物质皂苷等成分在胚乳中显著表达，但关于苦瓜DNA的导入对水稻品质的影响尚未明确，尤其是苦瓜DNA的导入对水稻淀粉精细结构的影响还需进一步研究。研究拟针对导入苦瓜基因的功能稻早优517(9)，系统分析D9和受体(RT)胚乳淀粉的颗粒形态、粒径分布、结晶结构、糊化、凝胶质构和分子组成等特性，以期为中国功能稻的加工及应用提供参考。

　　1材料与方法

　　1.1 试验材料

　　1.1.1 稻谷样品

　　苦瓜功能稻早优517成熟稻谷(试验编号D9，2018年、湖南)和受体成熟稻谷(试验编号RT，2018年、湖南)：湖南省水稻研究所何登骥研究员提供。稻谷样品种植在4片相连的水田，总面积约0.67 hm"，其中一片种植RT，其他3片田种植D9，每片田的稻谷分别收获，分别随机取稻谷样品约10 kg，晒干至适当含水量后，分别采用蓉谷机去壳的糙米作为试验材料。

　　1.1.2 主要试剂

　　盐酸、硫酸：优级纯，国药集团化学试剂有限公司;氢氧化钠、乙醇、正戊醇、乙醚、二甲基亚砜

　　(DMSO)、碘化钾：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

　　1.1.3 主要仪器

　　扫描电子显微镜(SEM)：S-4800型，日本Hitachi公司;激光粒度分析仪：LS-POP(6)型，珠海欧美克仪器有限公司;x射线衍射仪：D8 Advance型，德国Bruker公司;傅里叶红外光谱分析仪(FTIR)：Nexus 470型，美国梅特勤公司;

　　差示扫描量热计(DSC)：Q2000型，美国TA公司;

　　快速黏度分析仪(RVA)：Super4型，澳大利亚Newport Scientific公司;质构分析仪：CT3型，美国Brookfield公司;蓉谷机：FC2K-Y型，株式会社山本制作所。

　　1.2 试验方法

　　1.2.1 淀粉样品制备 稻米胚乳淀粉的样本制备采用实验室常用的藏一醇提取法。称取样品200 g，在4℃水浸泡24 h后，经磨浆过筛(120目)，离心(5 000× g，5 min，4 ℃)收集湿淀粉。加湿淀粉体积的4倍氢氧化钠溶液(0.1 mg/100 mL.)，4℃下搅拌2h以上，离心(5 000× g，5 min，4 ℃)收集湿淀粉，此处理重复3次后用0.1 mol/L的HCI溶液调节pH值至中性。湿淀粉在4倍体积去离子水中充分分散，加入正戊醇100 mL，激烈搅拌2h以上，然后静止12 h以上，除去醇层，重复此步骤至醇液层透明为止。过400目筛后，离心(5 000 ×g，5 min.4 ℃)收集湿淀粉。用G4砂芯过滤器充分抽滤，依次加适量无水乙醇3次、乙醚3次进行洗涤，充分抽干淀粉后，于40 ℃下挥发残余乙醚。作为颗粒淀粉样品在干燥器中保存备用。

　　取上述颗粒淀粉样品约1 g，加10 ml.DMSO，待充分糊化后加入95%乙醇50 ml，匀后离心(5 000xg.10 min)收集淀粉。此步骤重复2次。然后在G4砂芯过滤器上抽滤收集淀粉，并依次加入适量无水乙醇3次、乙醚3次进行洗涤，充分抽干后，于40 ℃下挥发残余乙醚。

　　作为高纯度脱脂淀粉样品在干燥器中保存备用。

　　1.2.2 SEM观察 采用Bhat等[0]的方法处理样本后，采用扫描电子显微镜进行观察。

　　1.2.3 粒度分析 参照陶湘林等[1])的方法，采用激光粒度分析仪进行分析，每个样品重复测定3次。

　　1.2.4 结晶结构分析 参照Mir等[2]的方法，采用粉末x射线衍射仪进行分析，每个样品重复测定3次。

　　1.2.5 FTIR分析 根据满建民等[1]的方法，采用傅里叶红外光谱分析仪进行分析，每个样品重复测定3次。

　　1.2.6 DSC分析 参照陶湘林等[1])的方法，采用差示扫描量热计进行分析，每个样品重复测定3次。

　　1.2.7 RVA分析 参照Zhu等[W]的方法，采用快速黏度分析仪分析，每个样品重复测定3次。

　　1.2.8 膨胀势测定 根据Tang等03的方法测定淀粉膨胀势，每个样品重复测定3次。

　　1.2.9 凝胶质构分析 针对上述膨胀势测定用获得的淀粉凝胶，采用质构分析仪进行质构分析，选用直径2mm圆柱形不锈钢探头TA10，采用TPA分析模式，探头压缩速度为0.5 mm/s，压缩距离为3mm，每个样品重复测定10次。

　　1.2.10 淀粉一碘溶液可见光谱分析 根据李林静等[1]的方法测定，并基于680 nm碘蓝值计算淀粉的表观直链淀粉含量，每个样品重复测定3次。

　　1.3 数据统计分析

　　所有数据均采用Excel 2010和Origin 2018软件进行统计分析处理。

　　2结果与分析

　　2.1 淀粉颗粒的形态与大小

　　D9和RT淀粉颗粒形态与大小，在SEM的观察中(图1)未见明显的差异，均是典型的水稻淀粉形态。两者的淀粉颗粒均为表面光滑的不规则多面体，平均大小约为5um。通过激光粒度仪分析，淀粉颗粒的体积分布图谱几乎是重叠在一起(图2)，对数据分析发现(表1)，D9和RT的平均粒径均为5.5pm，3~9um的中颗粒体积百分比分别为93.2%和92.3%，D9和RT无显著差异。但D9和RT在3pm以下小颗粒体积百分比分别为2.7%和2.4%，而9um以上的大颗粒体积百分比分别为4.2%和5.3%，D9和RT有显著差异。

　　说明苦瓜DNA的导人可一定程度地干预籼稻淀粉颗粒形态的相关基因表达，导致淀粉颗粒的粒径组成发生变化。

　　2.2 淀粉颗粒的分子有序性

　　淀粉颗粒的广角X射线衍射图谱如图3所示，主峰的位置主要分布在13~25，在160~19有特征偶极峰，在20左右观察到源于直链淀粉一脂肪的单螺旋结构形成的小峰，D9和RT均属典型的谷物类A型结晶淀粉[句]。淀粉的结晶区是由支链淀粉的双螺旋结构规则排列形成[17]，D9淀粉的相对结晶度为37.75%，RT的相对结晶度为36.14%，统计上有显著差异(表2)。

　　D9与RT淀粉的傅里叶变换红外光谱如图4所示，主要差异表现在1050~950 cm-1波数区间，参照满建民等[2]的方法，测量波数1 045，1 022，995 cm-1各峰顶点至基线的高度(峰强度)，计算出1045 cm-1/1 022 cm-1和1022 cm-1/995 cm-1的峰强度比值(表2)，D9淀粉分别为0.67和1.66，RT淀粉分别为0.60和1.18，D9与RT之间均有显著差异，表明D9淀粉颗粒的分子有序化程度更高[2]，与相对结晶度的结果一致。

　　说明苦瓜DNA的导人不仅对 米淀粉颗粒形态的

　　基因表达有一定程度的干预，同时对淀粉颗粒组织结构的形成机制产生实质影响。

　　2.3 淀粉颗粒的糊化特性

　　DSC图谱显示(图5)，D9和RT淀粉的结晶结构融解，分子完全变为无序状态的温度区间存在显著性差异。

　　RVA图谱也表现了显著不同(图6)，DSC和RVA分析的数据列于表3.DSC分析的起糊温度、峰温度和终结温度，D9分别为65.5，71.3，78.2 ℃，糊化温度范围12.7℃;RT分别为77.8，81.8，86.7℃，糊化温度范围9.8 ℃，但D9的糊化熔值为10.1 J/g，显著高于RT的8.5 J/g.

　　RVA分析，D9到达最高黏度的时间为4.4 min，比RT快0.6 min，获得的糊化温度分别为74.7，82.4℃，与DSC的分析结果一致。另外，D9的最高黏度、最低黏度、崩解值和黏度分别为2683.0.1 074.0，1 609.0，1 499.50 mPa.s，显著高于RT的各指标值。但D9的回生值为425.5 mPa.s，显著低于RT的463.5mPa.s。从温度的视角，D9淀粉较易糊化，但较难老化。从分子秩序和糊化特性的所有指标值推断，D9淀粉的支链分子含量较高，分子量较大，分支较多而链长较短[4.1-13]，虽然形成的结晶区相对较大，但结晶结构强度较低,致使热稳定性较差。同时可能与 D9淀粉 小颗粒相对较多,大颗粒相对较少也有一定关系[17,19]。 从上述分子秩序和糊化特性的结果可推断,D9稻米 煮熟性较好且米饭老化较慢,作为口粮用的加工品质等 得到一定程度提升。

　　2.4 淀粉的凝胶特性淀粉的凝胶特性

　　如表4所示。D9的膨胀势为20.01g/g,显著高于 RT的18.62g/g。D9凝胶质构指标 的硬度、黏性、弹性和咀嚼性等均高于 RT,而内聚力和黏 着性等均低于 RT。这些结果支持 D9淀粉的支链分子含 量较高,分子量较大,分支较多而链长较短的推断[19]。但 除弹性指标外,D9和 RT 的各单项指标之间统计上无显 著性差异,可能是质构测量样品平行数量较少,同时使用 的测量探头直径太小,获得的数据少而偏差值太大所致, 在今后的测量中应改进。

　　结果表明D9稻米因蒸煮熟化后的弹性增加，与原受体稻米比较，口感品质可能更偏向梗稻米的质感。

　　2.5 淀粉的分子及组成特性

　　淀粉分子与碘分子可形成包含复合物，使溶液呈蓝色.D9和RT吸收光谱存在显著差异(图7)，在550~

　　800 nm范围内D9的吸光度均低于RT.如表5所示，最大吸收波长(Amax)，D9为561 nm，RT为581 nm。波长680 nm值(BVao an)，D9为0.16，RT为0.20，基于BVsam计算的表观直链淀粉质量分数，D9为13.33%，显低于RT的16.47%

　　这些结果表明，D9不仅直链淀粉含量较低，且支链分子的链长较短1.1]。苦瓜DNA的导入引起了受体的淀粉生物合成机制变化，D9淀粉的品质提升主要是基于淀粉分子水平的变化。

　　3结论

　　研究将导入苦瓜DNA水稻品种(早优517)胚乳淀粉的颗粒形态、粒径分布、结晶结构、糊化、凝胶质构和分子组成等特性与受体进行了比较。优517淀粉颗粒组织的分子秩序较高，表现了较大的最高黏度、最低黏度、崩解值、终黏度、膨胀势和凝胶弹性值，而热稳定性、凝胶回生值等指标较小。这些理化特性的差异，是源于较小的直链淀粉含量、最大吸收波长和碘蓝值等指标。导入苦瓜DNA引起了淀粉分子组成和结构的显著变化。推断：早优517作为口粮用米的场合，食味品质优于受体。远缘植物DNA导人，可使籼稻获得植物生理活性成分的显著表达，同时对稻米淀粉的生物合成机制产生实质性改变，这些改变包含有利于食味品质改善的良性机制。但期望进一步打破各研究领域间的无形壁垒，健全多领域合作攻关机制，广泛共享育种科研人员掌握的育种资源，加快淀粉分子结构与理化性质之间的数量关系，以及淀粉生物合成机制的研究进展。

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