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中国沙漠, 2023, 43(1): 58-65 doi: 10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00087

沙米淀粉的结构及理化特性研究进展

杨璐,1, 刘鑫1, 赵昌成1, 康巧珍1, 鲁吉珂1, 赵鹏善,2

1.郑州大学 生命科学学院，河南 郑州 450001

2.中国科学院西北生态环境资源研究院 寒区旱区逆境生理与生态重点实验室，甘肃 兰州 730000

Progress on the structural and physicochemical properties of sand rice （ Agriophyllum squarrosum ） starch

Yang Lu,1, Liu Xin1, Zhao Changcheng1, Kang Qiaozhen1, Lu Jike1, Zhao Pengshan,2

1.School of Life Sciences，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China

2.Key Laboratory of Stress Physiology and Ecology in Cold and Arid Regions，Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China

通讯作者: 赵鹏善（E-mail： zhaopengshan@lzb.ac.cn）

收稿日期: 2022-03-24   修回日期: 2022-05-30  

基金资助: 甘肃省杰出青年基金项目.  20JR5RA547
河南省高校青年优秀教师培养项目.  2019GGJS016
国家自然科学基金项目.  81870093.  81901584

Received: 2022-03-24   Revised: 2022-05-30  

作者简介 About authors

杨璐（1993—），女，河南商丘人，硕士研究生，研究方向为食品化学与营养E-mail：17889843800@163.com , E-mail：17889843800@163.com

摘要

苋科藜亚科植物沙蓬（Agriophyllum squarrosum）是一种未来作物。沙蓬种子俗称沙米，含有丰富的蛋白质、必需氨基酸、不饱和脂肪酸等营养物质。淀粉占沙米粒重的43.85%以上。沙米淀粉颗粒为球形，表面光滑，平均粒径约1 μm，晶体结构为A型。沙米原生淀粉糊化黏度和糊化焓较高，热稳定性较好。湿热和超声处理后的沙米淀粉颗粒变粗糙，仍能保持A型晶型，糊化温度变高，热焓值降低，慢消化淀粉及抗性淀粉含量增加。沙米淀粉的结构和理化特性、功能属性及改性后的变化特征是沙米在食品及其他行业中综合开发利用的理论依据。

关键词： 沙米淀粉 ; 结构 ; 理化特性 ; 改性处理

Abstract

Agriophyllum squarrosum is a future crop belonging to Chenopodioideae Amaranthaceae. The seeds of A. squarrosum， also known as sand rice， contain rich nutrients， including protein， essential amino acids， and unsaturated fatty acids. Starch accounts for more than 43.85% of the weight of sand rice， and the starch granule is spherical and smooth， with an average diameter of 1 μm and an A-type crystal structure. The native sand rice starch has high pasting viscosity and gelatinization enthalpy， and good thermal stability. The granules of sand rice starch become coarser after heat-moisture and/or ultrasonic treatments， but still maintain the A-type crystal pattern. Accordingly， the pasting temperatures of the modified sand rice starches are increased， the gelatinization enthalpy values decreased， and the contents of slowly digestible starch and resistant starch increased. This manuscript briefly summarized the structural and physicochemical characteristics and functional properties of the native sand rice starch， as well as its property changes with different processing methods， and provided a theoretical basis for the comprehensive development and utilization of sand rice in food and other industries.

Keywords： Agriophyllum squarrosum starch ; structure ; physicochemical properties ; modified treatment

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本文引用格式

杨璐, 刘鑫, 赵昌成, 康巧珍, 鲁吉珂, 赵鹏善. 沙米淀粉的结构及理化特性研究进展. 中国沙漠[J], 2023, 43(1): 58-65 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00087

Yang Lu, Liu Xin, Zhao Changcheng, Kang Qiaozhen, Lu Jike, Zhao Pengshan. Progress on the structural and physicochemical properties of sand rice （ Agriophyllum squarrosum ） starch. Journal of Desert Research[J], 2023, 43(1): 58-65 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00087

0 引言

沙蓬（Agriophyllum squarrosum）是苋科藜亚科一年生草本植物，广泛分布在亚洲中部的流动沙丘上［1］。在中国，沙蓬主要分布于甘肃、青海、内蒙古等干旱和半干旱地区，具有极强的耐贫瘠等特性，对风沙活动等恶劣环境适应性极强。沙蓬植被覆盖地表，可起到防风固沙的作用。同时，作为流动沙丘植被演替的先锋植物，沙蓬能够改善土壤理化性质以便于其他植物侵入定植，因此被誉为“固沙先锋”［2］。沙蓬种子俗称沙米，富含蛋白质、必需氨基酸、膳食纤维、脂肪、矿物质和微量元素等，可与联合国粮农组织向全世界推荐的“全营养食品”——藜麦相媲美。对沙米的传统食用集中于甘肃河西走廊一带和内蒙古阿拉善地区，当地居民将沙米制作成煎饼、凉粉、粥、面条及糕点等美食，其中最受欢迎的是沙米凉粉，它是利用沙米淀粉的极小尺寸和较好的流变性等结构特性而加工制作。近年来，伴随中国国民日常摄食需求的提质转型，沙蓬人工驯化和沙米全营养食品开发已引起科学家和普通民众的广泛关注［3］。

由于淀粉在加工应用过程中承受外界高剪切力、低酸度和高温等条件，天然淀粉并不能完全满足现代食品工业的技术要求。因此，基于淀粉本身特性对淀粉进行物理改性（湿热处理、高压处理、预糊化、退火）和化学改性（交联、取代、酸水解、氧化），以提升天然淀粉的多重性能来扩大其应用范围具有重要意义。目前，国内改性淀粉的应用领域除食品、纺织、造纸、制药、化工、水产饲料等工业部门外，正在向石油、采矿、日用品、化妆品等领域拓展。目前沙米淀粉改性的研究集中在湿热处理和超声处理，本文对沙米淀粉的结构和理化特性、功能属性以及改性后的变化特征进行比较分析，以期为沙米的进一步研究和应用提供理论依据。

1 沙米的营养价值

淀粉占沙米粒重的43.85%，主要存在于沙蓬种子的外胚乳部位，外胚乳中的淀粉含量为64.39%，麸皮的淀粉含量为15.47%［1］。沙米中蛋白质含量高达22.31%，脱壳沙米蛋白质含量为13.06%，麸皮的蛋白质含量较高，为33.60%。沙米中富含赖氨酸和精氨酸，且必需氨基酸种类齐全，可以较好地满足FAO/WHO对食物蛋白中必需氨基酸含量的推荐指标［4］。此外，沙米中麸质蛋白含量极低（醇溶蛋白6.20%，谷蛋白8.40%），是乳糜泻患者补充优质蛋白质的替代选择。沙米中油脂含量为10.11%，主要为不饱和脂肪酸，具有降血脂、降血压及抗动脉粥样硬化的作用［5-6］，同时也是潜在的油料作物。此外，沙米中含有对人体有利的生物活性物质如萜类、寡糖、皂苷、多酚、多糖、黄酮、绿原酸和生物碱等［7-8］，具有降血糖［9］、抗衰老、提高免疫力［10-11］等功效。可见，沙米具有极高的营养价值和应用潜力。

2 沙米淀粉的结构和理化特性

2.1　沙米淀粉的组成及单位链结构

淀粉可分为直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉是由D-葡萄糖通过α-1，4糖苷键相互连接形成带有少量分支的线性大分子聚合物（~106 Da）；支链淀粉是由D-葡萄糖通过主链上α-1，4-糖苷键和支链上α-1，6-糖苷键连接形成的簇状大分子聚合物（~108 Da）［12］。一般来说，直链淀粉的含量与淀粉分子间结合紧密性、剪切力、凝沉性能、糊化指数、成膜性能等正相关［13］。沙米中直链淀粉含量占总淀粉的19.91%~26.40%［14］，与藜麦（0.30%~27.66%）［15］、玉米（27.71%）［1］、马铃薯（19.80%）［16］中直链淀粉含量相当，但低于大米（30.50%）、高粱（36.60%）［16］。同时，也有文献报道沙米中直链淀粉含量占总淀粉的31.20%，而藜麦直链淀粉含量占总淀粉的20.00%［17］，结果的差异可能是遗传背景、测定方法或生长环境不同导致的。

支链淀粉的结构会影响淀粉的糊化性能（膨胀度、溶解度、黏度等），从而影响淀粉的品质［18］，其链长分布可用高效阴离子交换色谱法（High performance anion exchange chromatography，HPAEC）测定。通常用聚合度（Degree of polymerization，DP）来衡量淀粉单位链的长短，反映淀粉分子所含葡萄糖单元数的平均值。根据DP值的大小将支链淀粉的链长定义为：A链（DP6~12），B1链（DP13~24），B2链（DP25~36），B3链（DP>37）［19］。沙米支链淀粉A链和B1链比例分别为30.84%~39.81%和45.90%~53.11%，与其他小颗粒淀粉的分布一致，如藜麦支链淀粉A链和B1链比例为30.02%和49.16%［14］，玉米支链淀粉为24.20%和52.30%［20］，苋菜支链淀粉为20.63%~24.09%和42.56%~45.56%［21］。此外，与藜麦支链淀粉（Mw，3.27×106 g·mol-1，Mw/Mn，18.2）相比，沙米支链淀粉具有更高的重均分子量（Mw，6.13×106 g·mol-1）和更低的分散指数（Mw/Mn，1.57）［14］，显示了沙米淀粉在葡萄糖基主链或残基上有更多的取代结构，而藜麦淀粉则是具有更线性结构的高分子聚合物。短链结构不易断裂，使得沙米淀粉在机械加工过程中不容易受损。

2.2　沙米淀粉的粒径及颗粒结构

淀粉的形貌特征和颗粒大小因来源不同而表现出差异，同时也受到种植环境的影响。沙米淀粉颗粒呈球形，表面光滑，平均粒径约为1 μm［1］。沙米与藜麦淀粉颗粒粒径（平均粒径为0.4~2 μm）［15，22］接近，小于大多数谷物淀粉，如玉米3.89~62.23 μm，小麦3.89~52.33 μm，马铃薯12~79 μm，高粱8~46 μm，大米2~23 μm［16，23］。沙米淀粉极小的粒径赋予其光滑的质地，可作为脂肪替代基或载体添加到生物膜或者化妆品中［24］。

2.3　沙米淀粉的有序度、X射线模式及结晶度

含淀粉食品在加工过程中直链淀粉短链与支链淀粉短分支链相互作用形成双螺旋结构，被称为短程有序结构，通常采用傅里叶红外光谱对淀粉颗粒短程有序结构进行表征［25］。1 047 cm-1和1 022 cm-1附近的吸收峰分别对应淀粉分子中的有序结构和无序结构，傅里叶红外光谱去卷积波谱的峰强度比值（1 047/1 022 cm-1）可以衡量淀粉的有序度，其比值与淀粉的有序度呈正比关系［26］。沙米与其他作物淀粉有序性的高低排序见表1。淀粉有序性：马铃薯>藜麦>玉米>小麦>沙米。

表1   不同作物原生淀粉及改性淀粉的FT-IR、X射线和结晶度比较

Table 1  Summary of FT-IR， X-ray and relative crystallinity of the native and HMT-modified starches in different crops

淀粉样品R1047/1022原生淀粉/湿热处理
X-射线模式结晶度/%
沙米淀粉[14,17,27-28]0.6360±0.005A/A22.00~37.95/38.17±0.25
藜麦淀粉[15,29-30]1.0100±0.01A/A21.50~43.00/32.31
玉米淀粉[23,31]1.0063±0.05A/A+V25.26±0.00/28.3±0.01
小麦淀粉[23,32]0.8551±0.02A/A26.47±0.35/22.16±0.10
马铃薯淀粉[25,32]1.3700±0.01B/A+B26.86±0.17/12.99±0.72

表中数值为平均值±SD，“/”左右分别为原生淀粉和湿热处理后淀粉的特征值；湿热处理条件为：沙米、玉米（120 °C，12 h，25%），藜麦（120 °C，6 h，20%），小麦和马铃薯（120 °C，12 h，30%）。

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淀粉颗粒的非结晶区由直链淀粉构成，而支链淀粉的各种分支和末端以螺旋结构形成结晶区，X-射线衍射（X-ray diffraction，XRD）技术通常用于淀粉结晶的表征以及相对结晶度的计算。根据衍射峰的不同特征，将淀粉晶体分为3种类型，即A型、B型和C型。如表1所列，沙米淀粉与藜麦、玉米、小麦淀粉一样具有典型的A型晶体类型，沙米淀粉的结晶度为22.00%~37.95%，高于玉米（25.26%）、小麦（26.47%）和马铃薯（26.86%），与藜麦（21.50%~43.00%）的结晶度相当。不同作物淀粉之间相对结晶度大小的差异可能与其直链淀粉/支链淀粉的比率密切相关。

2.4　沙米淀粉的糊化特性

淀粉的糊化特性与淀粉颗粒吸水溶胀、崩解的状态有关，适宜的糊化度有助于改善淀粉基食品的质量和稳定性［33］。淀粉糊化时由于颗粒膨胀和溶解引起淀粉悬浮液的黏度发生变化，这种变化可通过快速黏度分析仪（Rapid viscosity analyzer，RVA）检测。沙米与其他几种常见作物淀粉的RVA特征值如表2所列［27，29，32，34］。淀粉的峰值黏度（Peak viscosity， PV）表示淀粉的持水能力，最终黏度（Final viscosity， FV）则体现了淀粉在高温加热和冷却后形成凝胶的能力，沙米淀粉的峰值黏度大于小麦，小于其他作物淀粉，最终黏度小于藜麦，大于小麦、马铃薯和大米，表明沙米淀粉的水合能力、形成凝胶的能力较强，大大降低了加工难度，有利于制作无麸质面包等相关产品，另外可用于乳化型食品（如沙拉酱）及汤、粥、酱汁和馅饼馅料等的增稠剂［35］。崩解值（Breakdown viscosity， BV）是衡量淀粉抗剪切性能的指标，沙米淀粉的崩解值较低，表明其抗剪切性能较好，在冷冻食品中具有良好的应用前景。回生值（Setback viscosity， SB）是淀粉在冷却和储藏阶段的变化指标，沙米淀粉的回生值较高，表明其在储藏过程中易老化导致淀粉品质下降，后续应用过程中可通过添加品质改良剂来改善这一性质。糊化温度（Pasting viscosity， PT）表示淀粉加工所需的最低温度，几种样品的糊化温度分别为沙米46.98 ℃，藜麦60.30 ℃，小麦88.43 ℃，马铃薯67.88 ℃和大米79.90 ℃，沙米淀粉的糊化温度最低，表明加工难度较低。

表2   不同作物原生淀粉及改性淀粉RVA特征值

Table 2  Pasting characteristics of the native and HMT-modified starches in different crops

淀粉样品原生淀粉/湿热处理
峰值黏度/（mPa·s）最终黏度/（mPa·s）崩解值/（mPa·s）回生值/（mPa·s）糊化温度/℃
沙米淀粉[27]2 543±36/1 846±83 998±27/3 674±35868±94/173±482 400±48/2 002±5746.98±0.49/50.70±0.73
藜麦淀粉[34]3 756±5/3 748±94 049±5/3 289±51 064±11/633±14869±6/606±2160.30±0.40/75.05±0.83
小麦淀粉[32]2 484±25/643±103 062±91/850±2408±11/61±7986±77/268±188.43±0.53/92.45±0.64
马铃薯淀粉[32]7 297±37/257±42 827±8/366±55 688±150/15±11 218±105/123±167.88±0.40/—
大米[29]3 380±14/3 048±15/1 626±9/1 292±10/79.90±0.30/

表中数值为平均值±SD，“/”左右分别为原生淀粉和湿热处理后淀粉的特征值；“—”代表超出测量温度范围；湿热处理条件：沙米和藜麦（120 °C，12 h，25%），小麦和马铃薯（120 °C，12 h，30%）。沙米淀粉数据［27］用Engauge Digitizer1.1软件提取。

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2.5　沙米淀粉的热力学性质

淀粉具有半结晶的颗粒结构，在水中吸热膨胀，分子内和分子间氢键断裂，使有序晶体结构向无序状态转化，同时伴随的能量变化，在差示扫描量热仪（Differential scanning calorimetry，DSC）分析图谱上表现为吸热峰。不同来源淀粉的热力学性质如表3所列，沙米淀粉具有与其他作物淀粉相似的糊化模式。沙米淀粉的起始温度（T0）低于玉米，高于藜麦、小麦和马铃薯，终止温度（Tc）高于藜麦、玉米、小麦和马铃薯。糊化范围温度（Tc-T0）体现了淀粉晶体的排列方式及均匀程度，沙米淀粉的糊化范围高于其他作物淀粉，表明沙米淀粉颗粒的晶体差异较大，均匀度较低。热焓值（ΔH）是淀粉颗粒有序结构被破坏的指标，沙米淀粉热焓值低于小麦，高于藜麦、玉米和马铃薯，表明其糊化过程中打破结构内部分子间相互作用所需的能量较高。

表3   不同作物原生淀粉及改性淀粉的DSC热力学特征参数

Table 3  DSC thermal dynamic parameters of the native and HMT-modified starches in different crops

淀粉样品起始温度T0/℃峰值温度Tp/℃终止温度Tc/℃糊化范围温度（Tc-T0）/℃热焓值ΔH/(J·g-1)
沙米淀粉[27]69.77±0.04/72.78±0.0474.16±0.19/78.20±0.1792.25±0.42/92.03±0.3222.48±0.38/19.25±0.2824.37±0.79/21.08±0.26
藜麦淀粉[35]52.65/54.7058.57/60.7570.57/66.1217.92/14.622.51/1.43
玉米淀粉[36]71.60±0.90/92.20±0.3777.30±1.10/96.92±0.8482.11±0.86/103.39±0.659.51±0.96/10.19±0.9510.07±0.67/5.45±0.49
小麦淀粉[32]57.69±0.19/60.54±0.1161.88±0.10/80.62±0.0667.47±0.53/105.23±0.059.78±0.72/44.69±0.0628.26±0.15/4.66±0.28
马铃薯淀粉[32]60.93±0.18/63.55±0.0264.93±0.06/83.55±0.2173.19±0.18/97.14±0.1112.26±0.01/33.59±0.1318.19±0.07/10.35±0.28

表中数值为平均值±SD，“/”左右分别为原生淀粉和湿热处理后淀粉的特征值；湿热处理条件：沙米、藜麦、玉米（120 °C，12 h，25%），小麦和马铃薯（120 °C，12 h，30%）。

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2.6　沙米淀粉的消化特性

淀粉作为人类饮食的主要能量来源，其消化和吸收速率与人体血糖水平密切相关。体外淀粉消化模型最早由Englyst等［37-38］提出，根据酶解速率的不同，淀粉可分为快速消化淀粉（Rapidly digestible starch，RDS）、慢消化淀粉（Slowly digestible starch，SDS）和抗性淀粉（Resistant starch，RS）。RDS会使餐后人体血液中胰岛素水平和血糖水平迅速升高，对细胞、组织和器官造成伤害。SDS可以维持餐后血糖稳定，并增强人体对胰岛素的敏感性，有效预防糖尿病；RS不能被小肠吸收利用，在肠道微生物的作用下发酵产生短链脂肪酸和酪酸盐，而短链脂肪酸如乙酸、丙酸和丁酸可以有效增加肠道中有益菌的数量，进而对机体健康产生多种有益影响［39］。研究表明不同类型的淀粉在消化速率和消化程度上存在很大差异，主要与直链淀粉和支链淀粉比例、结晶区与非结晶区的大小、结晶类型（A、B或C）、加工方式以及直链淀粉-脂质复合物的存在有关［40-41］。

最新研究结果显示，沙米淀粉RDS、SDS和RS的含量分别为53.21%、38.40%和8.39%［27］。沙米淀粉与其他几种常见作物淀粉RDS、SDS和RS含量比较见表4。沙米淀粉中RDS含量低于小麦，与藜麦、大米类似，高于马铃薯和玉米。SDS含量高于藜麦、小麦和马铃薯，与玉米、大米相当。RS含量低于小麦和马铃薯，与藜麦、玉米相当，高于大米。沙米淀粉具有较高的SDS和RS含量，表明摄入以沙米淀粉为来源的食物，餐后血糖生成较缓慢，能够有效改善血糖负荷，长期食用能够降低糖尿病特别是Ⅱ型糖尿病的患病风险。

表4   不同作物原生淀粉及改性淀粉的膨胀力、溶解度、快消化淀粉（RDS）、慢消化淀粉（SDS）、抗性淀粉（RS）含量

Table 4  Swelling power， solubility and digestion properties of the native and HMT-modified starches in different crops

淀粉样品膨胀力/（g·g-1）溶解度/%RDS/%SDS/%RS/%
沙米淀粉[27]13.43±0.75/8.35±0.0410.00±0.35/2.80±0.2053.21/44.33±0.1538.40/40.92±0.558.39/14.75±0.40
藜麦淀粉[35]13.55±0.02/10.88±0.0210.14±0.01/6.95±0.0155.33±0.00/45.58±0.1535.70±0.07/40.24±0.019.44±0.13/13.50±0.08
小麦淀粉[32]11.15±0.03/8.30±0.0514.19±0.04/19.79±0.0560.57±0.10/33.83±0.1422.25±0.02/45.61±0.0417.18±0.11/20.56±0.12
马铃薯淀粉[32]25.08±0.19/8.56±0.1022.47±0.27/9.83±0.1421.71±0.19/5.46±0.152.95±0.03/6.72±0.0475.34±0.17/87.82±0.19
玉米淀粉[23]10.29±0.14/9.30±0.20/47.80±0.65/43.80±0.60/8.40±0.55/
大米淀粉[23]12.30±0.75/6.77±0.18/54.40±0.67/39.50±0.87/6.10±0.27/

表中数值为平均值±SD，“/”左右分别为原生淀粉和湿热处理后淀粉的特征值；湿热处理条件：沙米、藜麦（120 °C，12 h，25%），小麦和马铃薯（120 °C，12 h，30%）；沙米［27］、藜麦［35］ 淀粉数据用Engauge Digitizer1.1软件提取。

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2.7　沙米淀粉的膨胀力和溶解度

膨胀力反映淀粉在糊化过程中的吸水特性和持水能力，一般从无定形区开始，向着具有紧密结构的结晶区进行，溶解度源于直链淀粉在溶胀过程中从颗粒中分离并扩散出来，代表了淀粉颗粒从有序到无序的转变［42］。淀粉的膨胀力和溶解度与温度变化相关，研究显示在55~95 °C沙米和藜麦淀粉的膨胀力和溶解度随温度的升高而增大，95 °C时达到最大值［1，17］。如表4所列，沙米淀粉的膨胀力小于马铃薯，与藜麦相当，大于其他作物淀粉，表明沙米淀粉通过氢键与水结合的能力较强，方便进行食品加工。沙米淀粉的溶解度小于小麦和马铃薯，与藜麦相当，但大于玉米、大米，这可能与其颗粒较小以及含有其他可溶性物质有关。

3 沙米淀粉改性后的结构及理化特性

物理改性被认为是一种有效改性淀粉的方法，改性后的淀粉通常会发生颗粒形态、结晶度、链的结构、糊化特性、溶解度、膨胀力和酶消化率等特性的改变。目前有关沙米淀粉改性的研究较少，主要是利用湿热处理（Heat-moisture treatment，HMT）［28］和超声处理（Ultrasound treatment，UT）［27］对沙米淀粉进行改性。

3.1　沙米淀粉改性后的组成及单位链结构

沙米直链淀粉含量和分子量均受到改性处理的影响。Han等［27］报道沙米直链淀粉的含量经湿热（120°C /12 h/25%）和超声（20 Hz/300 W/20 min）处理后分别降低6.92%和3.74%。沙米直链淀粉分子量经湿热处理后降低19.26%，超声处理后降低22.65%。湿热和超声处理能产生热能和高压使支链淀粉发生降解，生成更多的小分子量淀粉，同时解聚导致更多DP>37的淀粉链的形成［43-44］。湿热处理后，沙米支链淀粉中B1链和B2链的比例分别降低4.11%和3.12%，A链和B3链的比例分别增加4.60%和2.67%。超声处理后，B1链和B2链的比例分别降低4.16%和3.00%，A链和B3链的比例分别增加5.44%和1.84%。表明改性处理提升了沙米淀粉的抗机械加工性能。

3.2　沙米淀粉改性后的颗粒和结晶度

沙米淀粉经湿热处理后，颗粒表面变得粗糙，大多数颗粒被破坏且存在团块［28］，超声处理（20 Hz/300 W/20 min）后出现孔隙和断裂［27］，这可能是由于湿热和超声处理使部分淀粉发生糊化，导致淀粉颗粒形态被破坏［45］。湿热处理对淀粉的晶型也有一定影响，如表1所列，湿热处理后，沙米、藜麦和小麦淀粉都仍保持A型晶型，而玉米淀粉则由A型转变成A+V型，马铃薯淀粉由B型转变为A+B型。湿热处理对淀粉相对结晶度的作用受到处理条件（温度、时间、水分含量）的影响。当水分含量为25%时，沙米淀粉的结晶度增加1.24%（120 °C，12 h），玉米淀粉增加3.04%（120 °C，12 h）［27］；水分含量为20%时，藜麦淀粉的结晶度增加2.00%（120°C，6 h）［30］；水分含量为30%时，沙米淀粉结晶度降低11.90%（110°C，8 h）［28］，藜麦降低1.70%（110°C，1.5 h）［46］，玉米降低5.96%（120°C，12 h）［31］，小麦降低4.31%（120°C，12 h），马铃薯降低13.87%（120°C，12 h）［32］。这是由于湿热处理加速了分子的运动和重排，形成了更加无序的结构，导致沙米淀粉相对结晶度下降［47］。超声处理对沙米淀粉的结晶度影响不大［27］，而马铃薯淀粉在超声处理60 min后结晶度降低2.20%［48］。

3.3　沙米淀粉改性后的糊化特性

沙米、藜麦、小麦和马铃薯淀粉经湿热处理后，糊化温度均明显提升，峰值黏度、最终黏度降低（表2）。这可能是由于湿热处理后淀粉颗粒内部晶体双螺旋结构的移动和重组促使更多短程有序结构的形成，分子间及分子内部化学键的联系增强，使得淀粉的热稳定性增加［49］。湿热处理后沙米淀粉的崩解值和回生值降低，表明其抗剪切性能、抗压性和弹性明显提升，从而延长储藏时间。此外，超声处理降低沙米淀粉的峰值黏度和最终黏度，增加沙米淀粉的糊化温度［27］。

3.4　沙米淀粉改性后的热力学性质

淀粉的热力学性质也受到湿热处理的影响。湿热处理后，沙米、藜麦淀粉的T0、Tp升高（表3），而Tc略有下降，玉米、小麦、马铃薯淀粉的T0、Tp、Tc都有所升高，这是由于湿热处理破坏淀粉颗粒内较弱的结晶，使得淀粉在结晶熔融时需要更高的温度来熔解更强的结晶［50］。湿热处理后，沙米、藜麦、玉米、小麦和马铃薯淀粉的ΔH明显降低，这是由于湿热处理加速淀粉分子运动，使得颗粒内部的双螺旋结构解旋，导致熔解淀粉所需的能量降低［51］。超声处理对沙米淀粉热力学性质的影响与湿热处理对沙米淀粉的影响一致［27］。

3.5　沙米淀粉改性后的消化特性

湿热处理后，沙米淀粉的SDS含量增加了2.52%，RS含量增加了6.36%［27］（表4）。与之类似，湿热处理后，藜麦淀粉的SDS和RS含量分别增加4.54%和4.06%，小麦增加23.36%和3.38%，马铃薯增加3.77%和12.48%。这是由于湿热处理促进淀粉链间的相互作用和淀粉-脂质复合物的形成，降低其对消化酶的敏感性和RDS的含量，增加SDS和RS的含量。超声处理可提高沙米淀粉的RS和RDS含量，降低SDS含量［27］。这是由于超声处理促使淀粉链解聚，削弱淀粉与蛋白质的相互作用，促进淀粉水解［52］。同时超声处理促进双螺旋结构的形成，使结晶区域更加紧凑有序，不易受到消化酶的攻击，提升RS含量［53］。因此，湿热和超声处理均能提升沙米淀粉预防慢性疾病（如糖尿病、乳糜泻）的潜在功效［54］。

3.6　沙米淀粉改性后的膨胀力和溶解度

湿热处理后，沙米淀粉的膨胀力和溶解度分别降低5.08 g·g-1和7.20%（表4），藜麦降低2.67 g·g-1和3.19%，马铃薯降低16.52 g·g-1和12.64%，小麦淀粉的膨胀力降低2.85 g·g-1，溶解度增加5.60%。这是由于湿热处理后淀粉颗粒之间发生内部重排，促使更加有序的双螺旋结构以及直链淀粉-脂质复合物的形成，导致水合作用减弱，淀粉膨胀受限。研究显示超声处理后沙米淀粉的膨胀力和溶解度分别降低2.47 g·g-1和1.47%（20 Hz/300 W/20 min）［27］，藜麦淀粉膨胀力增加0.39 g·g-1，溶解度降低1.30%（20 Hz/250 W/1.2 h）［55］，小麦淀粉的膨胀力和溶解度分别增加5.86 g·g-1和2.92%，玉米淀粉增加7.12 g·g-1和4.49%（24 Hz/100 W/30 min）［23］。湿热和超声处理造成沙米淀粉与其他作物淀粉膨胀力和溶解度的差异可能是由于处理条件和淀粉的来源不同造成的［56］。

4 结论

本文对沙米淀粉的结构和理化特性以及湿热和超声处理后的变化特征进行了系统性的比较分析。与其他作物淀粉相比，沙米淀粉粒径较小，可作为脂肪替代基或载体添加到生物膜或者化妆品中。沙米淀粉含有较多的短链结构、较好的糊化特性和体外消化特性，表明其具有较好的水合能力、凝胶形成能力和抗剪切性能，在机械加工时不易受损，摄食可有效改善血糖负荷。同时，较高的回生值表明沙米淀粉易老化，后续应用过程中可通过添加品质改良剂来改善这一性质。改性后的沙米淀粉的特性得到进一步优化，使其在脂肪替代、新型食品添加剂、制药、化妆品和纺织品等领域具有广阔的应用前景，但仍有待进一步研究。

参考文献

彭菁.

沙米蛋白和淀粉的理化性质研究及应用

［D］.南京：南京农业大学，2017.

[本文引用: 5]

张继义，赵哈林，崔建垣，等.

科尔沁沙地流动沙丘沙米群落生物量特征及其防风固沙作用

［J］. 水土保持学报， 2003（3）：152-154.

[本文引用: 1]

Zhao P， Li X， Sun H，et al.

Healthy values and de novo domestication of sand rice （Agriophyllum squarrosum），a comparative view against Chenopodium quinoa

［J］.Critical Reviews in Food Science and Nutrition，2021，49：1-22.

[本文引用: 1]

张建农，赵继荣，李计红.

沙米种子营养成分的测定与分析

［J］.草业科学，2006，23（2）：77-79.

[本文引用: 1]

王莉梅，刘睿杰，金青哲，等.

多不饱和脂肪酸在癌症发生中的作用机制研究进展

［J］.中国油脂，2014，39（8）：37-41.

[本文引用: 1]

许才康，孙华，马红梅.

食用油脂的组份及其产品的优化

［J］.浙江农业科学，2001（5）：41-42.

[本文引用: 1]

Yin X， Yan X， Qian C，et al.

Comparative transcriptome analysis to identify genes involved in terpenoid biosynthesis in Agriophyllum squarrosum，a folk medicinal herb native to Asian temperature deserts

［J］.Plant Biotechnology Report，2021，15（3）：369-387.

[本文引用: 1]

Birasuren B， Kim N Y， Jeon H L，et al.

Evaluation of the antioxidant capacity and phenolic content of Agriophyllum pungens seed extracts from Mongolia

［J］.Prevention Nutrition and Food Science，2013，18（3）：188-195.

[本文引用: 1]

Bao S， Wu Y L， Wang X，et al.

Agriophyllum oligosaccharides ameliorate hepatic injury in type 2 diabetic db/db mice targeting INS-R/IRS-2/PI3K/AKT/PPAR-gamma/Glut4 signal pathway

［J］.Journal of Ethnopharmacology，2020，257：112863-112873.

[本文引用: 1]

王琦，王安，闫帅帅，等.

沙蓬籽的酚类组成、抗氧化活性及其淀粉体外消化特性

［J］.陕西师范大学学报（自然科学版），2020，48（5）：42-47.

[本文引用: 1]

Xu H Y， Zheng H C， Zhang H W，et al.

Comparison of antioxidant constituents of Agriophyllum squarrosum seed with conventional crop seeds

［J］.Journal of Food Science，2018，83（7）：1823-1831.

[本文引用: 1]

Kossmann J， Lloyd J.

Understanding and influencing starch biochemistry

［J］.Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology，2000，35（3）：141-196.

[本文引用: 1]

李俊蓉.

高直链淀粉小麦突变体的筛选与淀粉特性的鉴定

［D］.郑州：河南农业大学，2021.

[本文引用: 1]

Han L H， Qiu S， Cao S P，et al.

Molecular characteristics and physicochemical properties of very small granule starch isolated from Agriophyllum squarrosum seeds

［J］.Carbohydrate Polymers，2021，273：118583-118592.

[本文引用: 4]

Li G， Zhu F.

Quinoa starch：structure，properties，and applications

［J］.Carbohydrate Polymers，2018，181：851-861.

[本文引用: 3]

Wu K， Dai S， Gan R，et al.

Thermal and rheological properties of Mung Bean starch blends with potato，sweet potato，rice，and sorghum starches

［J］.Food and Bioprocess Technology，2016，9（8）：1408-1421.

[本文引用: 3]

Ren Y， Guo K， Zhang B，et al.

Comparison of physicochemical properties of very small granule starches from endosperms of dicotyledon plants

［J］.International Journal of Biological Macromolecules，2020，154：818-825.

[本文引用: 3]

贺晓鹏，朱昌兰，刘玲珑，等.

不同水稻品种支链淀粉结构的差异及其与淀粉理化特性的关系

［J］.作物学报，2010，36：276-284.

[本文引用: 1]

Bertoft E， Piyachomkwan K， Chatakanonda P，et al.

Internal unit chain composition in amylopectins

［J］.Carbohydrate Polymers，2008，74（3）：527-543.

[本文引用: 1]

Chung H J， Hoover R， Liu Q.

The impact of single and dual hydrothermal modifications on the molecular structure and physicochemical properties of normal corn starch

［J］.International Journal of Biological Macromolecules，2009，44（2）：203-210.

[本文引用: 1]

Kong X L， Bertoft E， Bao J S，et al.

Molecular structure of amylopectin from amaranth starch and its effect on physicochemical properties

［J］.International Journal of Biological Macromolecules，2008，43（4）：377-382.

[本文引用: 1]

Li G， Zhu F.

Amylopectin molecular structure in relation to physicochemical properties of quinoa starch

［J］.Carbohydrate Polymers，2017，164：396-402.

[本文引用: 1]

Kaur H， Gill B S.

Effect of high-intensity ultrasound treatment on nutritional，rheological and structural properties of starches obtained from different cereals

［J］.International Journal of Biological Macromolecules，2019，126：367-375.

[本文引用: 6]

Zhu F.

Structures，physicochemical properties，and applications of amaranth starch

［J］.Critical Reviews in Food Science and Nutrition，2017，57（2）：313-325.

[本文引用: 1]

Sevenou O， Hill S E， Farhat I A，et al.

Organisation of the external region of the starch granule as determined by infrared spectroscopy

［J］.International Journal of Biological Macromolecules，2002，31：79-85.

[本文引用: 2]

Liu K， Zhang B， Chen L，et al.

Hierarchical structure and physicochemical properties of highland barley starch following heat moisture treatment

［J］.Food Chemistry，2019，271：102-108.

[本文引用: 1]

Han L H， Wei Q， Cao S P，et al.

The assisting effects of ultrasound on the multiscale characteristics of heat-moisture treated starch from Agriophyllum squarrosum seeds

［J］.International Journal of Biological Macromolecules，2021，187：471-480.

[本文引用: 18]

Wu C S， Ji G Y， Gao F，et al.

Effect of heat-moisture treatment on the structural and physicochemical characteristics of sand rice （Agriophyllum squarrosum） starch

［J］.Nutrition ＆ Food Science，2021，9（12）：6720-6727.

[本文引用: 4]

陈若瑄.

藜麦粉的理化特性及其挤压型面条的制备

［D］.无锡：江南大学，2019.

[本文引用: 3]

时超.

湿热处理协同疏水改性藜麦淀粉的制备及其在皮克林乳液中的应用

［D］.沈阳：沈阳师范大学，2019.

[本文引用: 2]

扶雄，张明，朱思明，等.

湿热处理对玉米淀粉理化性质及消化性的影响

［J］.华南理工大学学报（自然科学版），2015，43（2）：27-32.

[本文引用: 2]

宫冰.

反复/连续湿热处理对不同晶型淀粉结构和理化性质的影响机制

［D］.陕西杨凌：西北农林科技大学，2018.

[本文引用: 10]

张琨.

小麦淀粉糊化特性的全基因组关联分析

［D］.郑州：河南农业大学，2019.

[本文引用: 1]

袁晓丽.

藜麦淀粉的提取及改性后理化性质的分析

［D］.天津：天津科技大学，2017.

[本文引用: 2]

Ahamed N T， Singhal R S， Kulkarni P R，et al.

Physicochemical and functional properties of Chenopodium quinoa starch

［J］.Carbohydrate Polymers，31：99-103.

[本文引用: 4]

张明.

湿热协同微波处理对淀粉理化性质及消化性的影响

［D］.广州：华南理工大学，2014.

[本文引用: 1]

Englyst H N， Veenstra J， Hudson G J.

Measurement of rapidly available glucose （RAG） in plant foods：a potential in vitro predictor of the glycaemic response

［J］.British Journal of Nutrition，1996，75（3）：327-337.

[本文引用: 1]

Englyst H N， Kingman S M， Cummings J H.

Classification and measurement of nutritionally important starch fractions

［J］.European Journal of Clinical Nutrition，1992，46（）：S33-50.

[本文引用: 1]

Bello-Perez L A， Flores-Silva P C， Agama-Acevedo E，et al.

Starch digestibility：past，present，and future

［J］.Journal of the Science of Food and Agriculture，2020，100（14）：5009-5016.

[本文引用: 1]

袁添瑨.

藜麦面条加工工艺研究

［D］.郑州：河南工业大学，2020.

[本文引用: 1]

冯佰利.

湿热处理改性苦荞淀粉的理化性质及体外消化率

［D］.陕西杨凌：西北农林科技大学，2021.

[本文引用: 1]

谢莹.

小麦多孔淀粉的制备、结构性质及应用研究

［D］.合肥：合肥工业大学，2019.

[本文引用: 1]

He H， Zheng B， Wang H W，et al.

Insights into the multi-scale structure and in vitro digestibility changes of rice starch-oleic acid/linoleic acid complex induced by heat-moisture treatment

［J］.Food Research International，2020，137：109612.

[本文引用: 1]

Kim H Y， Lee J H， Kim J Y，et al.

Characterization of nanoparticles prepared by acid hydrolysis of various starches

［J］.Starch-Starke，2012，64（5）：367-373.

[本文引用: 1]

Liu H， Lv M， Peng Q，et al.

Physicochemical and textural properties of tartary buckwheat starch after heat-moisture treatment at different moisture levels

［J］.Starch-Starke，2015，67（3/4）：276-284.

[本文引用: 1]

Dong J， Huang L， Chen W，et al.

Effect of heat-moisture treatments on digestibility and physicochemical property of whole Quinoa flour

［J］.Foods，2021，10（12）：3042-3053.

[本文引用: 1]

Zavareze E D， Dias A R G.

Impact of heat-moisture treatment and annealing in starches：a review

［J］.Carbohydrate Polymers，2011，83（2）：317-328.

[本文引用: 1]

张奎亮，代养勇，侯汉学，等.

超声处理对马铃薯淀粉结构特性及理化性质的影响

［J］.食品科学，2018，139（5）：128-134.

[本文引用: 1]

Ali N A， Dash K K， Routray W.

Physicochemical characterization of modified lotus seed starch obtained through acid and heat moisture treatment

［J］.Food Chemistry，2020，319：126513-126523.

[本文引用: 1]

Jan K N， Panesar P S， Rana J C，et al.

Structural，thermal and rheological properties of starches isolated from Indian quinoa varieties

［J］.International Journal of Biological Macromolecules，2017，102：315-322.

[本文引用: 1]

唐玮泽.

多次湿热处理对大米淀粉和米粉消化性的影响

［D］.长沙：中南林业科技大学，2021.

[本文引用: 1]

Sullivan A C， Pangloli P， Dia V P.

Impact of ultrasonication on the physicochemical properties of sorghum kafirin and in vitro pepsin-pancreatin digestibility of sorghum gluten-like flour

［J］.Food Chemistry，2018，240：1121-1130.

[本文引用: 1]

张志华.

超声波处理对淀粉结构与性质的影响研究

［D］.天津：天津科技大学，2012.

[本文引用: 1]

Sun Q， Han Z， Wang L，et al.

Physicochemical differences between sorghum starch and sorghum flour modified by heat-moisture treatment

［J］.Food Chemistry，2014，145：756-764.

[本文引用: 1]

Zhu F， Li H.

Modification of quinoa flour functionality using ultrasound

［J］.Ultrason Sonochem，2019，52：305-310.

[本文引用: 1]

梁云浩，王周利，蔡瑞，等.

超声波处理对糙米淀粉结构与理化性质的影响

［J］.食品研究与开发，2021，42（19）：36-43.

[本文引用: 1]

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