胡珊珊 王 頡 孫劍鋒 劉亞瓊 牟建樓 王 娜

不同添加物對(duì)羥丙基木薯淀粉流變特性的影響

胡珊珊 王 頡 孫劍鋒 劉亞瓊 牟建樓 王 娜

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，保定 071001)

淀粉糊流變特性是影響淀粉類食品加工品質(zhì)的主要因素。利用流變儀測(cè)定了不同添加物質(zhì)對(duì)羥丙基木薯淀粉流變特性的影響，結(jié)果表明:添加不同的物質(zhì)均未改變羥丙基木薯淀粉糊的流體類型，各流變參數(shù)經(jīng)Herschel－Bulkley模型進(jìn)行擬合，擬合系數(shù)接近1。單甘酯、食鹽、檸檬酸使羥丙基木薯淀粉糊的剪切應(yīng)力不同程度降低，黏稠系數(shù)減小，流變特性指數(shù)增加;蔗糖酯、酪朊酸鈉、黃原膠、CMC、瓜爾豆膠、蔗糖使羥丙基木薯淀粉糊的剪切應(yīng)力明顯提高，黏稠系數(shù)增加，流變特性指數(shù)減小。

羥丙基木薯淀粉 流變特性 Herschel－Bulkley模型

羥丙基木薯淀粉是經(jīng)過(guò)羥丙基醚化和交聯(lián)酯化雙重變性后的產(chǎn)物［1－2］，由于羥丙基具有親水性，能減弱淀粉顆粒結(jié)構(gòu)內(nèi)部氫鍵強(qiáng)度，使其易于膨脹、糊化容易、糊液透明、流動(dòng)性好、凝沉性弱、穩(wěn)定性高［3］。

羥丙基木薯淀粉可作為食品增稠劑和懸浮劑等，常用于流體、半流體類的食品中，目前對(duì)于羥丙基木薯淀粉的研究主要是合成、性能和應(yīng)用［4－6］，而物料的流變特性是影響加工過(guò)程和質(zhì)量控制的重要因素，最終產(chǎn)品的感觀和質(zhì)構(gòu)也與其流變特性相關(guān)［7－8］。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，許多食品成分對(duì)原淀粉的性能有影響，李光磊等［9］報(bào)道了不同食品成分對(duì)紅薯淀粉糊黏度特性的影響，結(jié)果表明氯化鈉使紅薯淀粉糊的峰值黏度下降，蔗糖則使紅薯淀粉糊的峰值黏度升高，明礬對(duì)紅薯淀粉糊峰值黏度影響較大，玉米淀粉可以使紅薯淀粉糊的最終黏度升高。張燕萍等［10］研究了食品成分對(duì)淀粉糊性能的影響，表明一些食品成分對(duì)玉米淀粉和玉米淀粉磷酸酯的黏度、老化都有影響。譚勇等［11］研究了無(wú)機(jī)鹽類和酸堿調(diào)節(jié)劑對(duì)木薯粉黏度特性的影響，木薯粉黏度隨pH下降而降低，隨pH升高而略有增加，無(wú)機(jī)鹽類對(duì)其黏度影響不大。Alummootti N Jyothi等［12］研究了鹽、酸和抗氧化劑對(duì)木薯淀粉糊化特性的影響，三者對(duì)木薯淀粉的峰值黏度存在較大的差異。

作為食品原料，羥丙基木薯淀粉的流變特性對(duì)加工工藝參數(shù)的確定和產(chǎn)品質(zhì)量的控制有重大意義，而其流變特性會(huì)受到食品中其他成分的影響，因此，本文采用旋轉(zhuǎn)黏度儀，測(cè)定了添加不同物質(zhì)后羥丙基木薯淀粉糊剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化，并對(duì)參數(shù)進(jìn)行Herschel－Bulkley模型回歸，研究了常見(jiàn)食品添加物乳化劑、增稠劑和調(diào)味劑對(duì)其剪切應(yīng)力的影響，為食品工業(yè)應(yīng)用該淀粉質(zhì)食品的生產(chǎn)和質(zhì)量控制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 材料

羥丙基木薯淀粉:石家莊銀河變性淀粉有限公司;單甘脂(HLB=3．8)、蔗糖脂肪酸酯(HLB=15):北京北方霞光食品添加劑有限公司;酪朊酸鈉:石家莊兄弟工貿(mào)有限公司;黃原膠、瓜爾豆膠:淄博中軒食品有限公司;羧甲基纖維素:上海申光食用化學(xué)品有限公司;檸檬酸:天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠;砂糖、食鹽、白醋等均為市售。

1．2 儀器

C－LTD80 Rheolab QC流變儀:奧地利安東帕(中國(guó))有限公司;HHS－12型電子恒溫水浴鍋:上海東星建材試驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1．3 方法

1．3．1 試驗(yàn)方法

1．3．1．1 羥丙基木薯淀粉糊的制備

用天平稱取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的羥丙基木薯淀粉和不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的添加物，以100%計(jì)按相應(yīng)比例加入水，攪拌均勻后置于95℃的水浴鍋內(nèi)，糊化30 min后取出冷卻至室溫。

1．3．1．2 不同添加物對(duì)羥丙基木薯淀粉糊流變特性的影響

在淀粉糊中分別加入不同物質(zhì)，乳化劑(單甘脂、蔗糖酯、酪朊酸鈉)、增稠劑(黃原膠、CMC、瓜爾豆膠)和調(diào)味劑(蔗糖、食鹽和檸檬酸)，測(cè)定添加不同物質(zhì)后的淀粉糊的流變曲線。

1．3．1．3 羥丙基木薯淀粉糊的流變模型

淀粉糊分散體系大多為非牛頓流體，考查其剪切壓力和剪切速率曲線，可用Herschel－Bulkley模型進(jìn)行回歸［13］。

式中:τ為剪切應(yīng)力(Pa);τ0為屈服應(yīng)力(Pa)，k為黏稠系數(shù)(Pa·sn);γ為剪切速率(s－1);n為流動(dòng)性特征指數(shù)(無(wú)因次)。該模型方程是具有一定屈服應(yīng)力的非牛頓流體方程，其中τ0是塑性流體的特征值，表示使流體開(kāi)始流動(dòng)所需的最低剪切應(yīng)力，τ0的存在與淀粉糊中分子締合或螺旋有序結(jié)構(gòu)的破壞有關(guān)。k值和增稠能力有關(guān)，k值越大，表明增稠能力越強(qiáng)。n值表征非牛頓流體與牛頓流體之間的差異程度，0＜n＜1，n越小偏離牛頓型越遠(yuǎn)，n值不是一個(gè)恒定常數(shù)，而是與溫度、剪切速率、分子量等因素相關(guān)，黏度隨剪切速率增大而降低越多，流變性越強(qiáng)。

1．3．2 測(cè)定方法

流變性的測(cè)定:采用C－LTD80 Rheolab QC流變儀，直徑為38．996 mm的轉(zhuǎn)子，型號(hào)為c－cc39/QC－LTD的轉(zhuǎn)筒，量取80 ml樣品倒入轉(zhuǎn)筒內(nèi)，在35℃剪切速率0～100 s－1下每隔5 s測(cè)定一次，共測(cè)定90個(gè)點(diǎn)。

1．3．3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

采用Origin Pro 8對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 乳化劑對(duì)羥丙基木薯淀粉糊流變特性的影響

單甘脂、蔗糖酯和酪朊酸鈉是食品中常用的乳化劑，單甘酯是一種油包水(W/O)型乳化劑，蔗糖酯則具有水包油型乳化劑性能，酪朊酸鈉是各種食品的營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑和蛋白質(zhì)，又是乳化穩(wěn)定增稠劑，既具有良好的功能性又有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，三者經(jīng)常與羥丙基木薯淀粉復(fù)配用于調(diào)味品、飲料等食品中。根據(jù)添加劑的用量標(biāo)準(zhǔn)，在羥丙基木薯淀粉中分別加入0．5%的單甘脂、蔗糖酯和酪朊酸鈉，測(cè)定淀粉糊的流變特性曲線如圖1所示。加入單甘脂、蔗糖酯和酪朊酸鈉后，淀粉糊的的曲線形狀沒(méi)有發(fā)生改變，表明仍為假塑性流體。加入單甘脂后，在同一剪切速率下，剪切應(yīng)力稍有下降;加入蔗糖酯和酪朊酸鈉后，在同一剪切速率下，剪切應(yīng)力明顯上升，對(duì)曲線進(jìn)行Herschel－Bulkley模型回歸，結(jié)果如表1所示。

圖1 不同乳化劑對(duì)羥丙基木薯淀粉糊流變特性的影響

表1 添加不同乳化劑后羥丙基木薯淀粉糊的流變特性參數(shù)值

從圖1可以看出，添加單甘脂后，淀粉糊的黏稠系數(shù)k降低，由于單甘酯屬類脂類化合物，可與淀粉形成類酯化合物，包裹直鏈淀粉的螺旋結(jié)構(gòu)，阻止水分子進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部［14］。而蔗糖酯是一種多元醇脂肪酸酯，從分子結(jié)構(gòu)上看，親水部分蔗糖基占優(yōu)勢(shì)，從而阻礙淀粉顆粒吸水膨脹，使得淀粉糊的糊化溫度升高，表現(xiàn)為體系的黏稠度系數(shù)k相應(yīng)升高。酪朊酸鈉在淀粉高溫糊化過(guò)程中具有很好的熱穩(wěn)定性和一定的增稠性［15］，因此添加酪朊酸鈉后，淀粉糊的黏稠度系數(shù)k也升高。乳化劑對(duì)羥丙基木薯淀粉糊流變特性的影響與乳化劑的種類有關(guān)，因此在應(yīng)用羥丙基木薯淀粉質(zhì)的食品加工中，選擇合適的乳化劑以達(dá)到需要的流變效果。

2．2 增稠劑對(duì)羥丙基木薯淀粉糊流變特性的影響

黃原膠、CMC和瓜爾豆膠是食品中常用的穩(wěn)定增稠劑，在淀粉糊中分別添加0．5%的黃原膠、CMC和瓜兒豆膠后測(cè)定淀粉糊的流變特性曲線如圖2所示。添加這3種增稠劑后，淀粉糊在同一剪切速率下，剪切應(yīng)力均明顯增大，對(duì)曲線進(jìn)行Herschel－Bulkley模型回歸，結(jié)果如表2所示。

圖2 不同增稠劑對(duì)羥丙基木薯淀粉糊流變特性的影響

表2 添加不同增稠劑后羥丙基木薯淀粉糊的流變特性參數(shù)值

由表2可知，加入黃原膠、CMC和瓜爾豆膠后，淀粉糊的黏稠系數(shù)均增大，流變特征性指數(shù)n均減小，瓜爾豆膠的作用效果最明顯。瓜爾豆膠是由2個(gè)甘露糖和1個(gè)α－D－半乳糖由配糖鍵結(jié)合而成的高分子膠體，其鏈上的羥基可與淀粉形成氫鍵，增大了分子的流體力學(xué)體積，使得瓜爾豆膠與淀粉間產(chǎn)生強(qiáng)烈的協(xié)同增效作用［16］。淀粉和黃原膠則是形成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)把水分包裹起來(lái)，淀粉和淀粉，黃原膠和黃原膠以及黃原膠和淀粉之間互相連接，這樣淀粉糊黏度高，不易流動(dòng)［17］。添加CMC后，在同一剪切速率下，剪切應(yīng)力有較明顯提高，表觀黏度稍有增加，CMC是陰離子型高分子，分子鏈間的靜電斥力作用使得分子趨于伸展，同時(shí)與水分子作用增加，使得淀粉糊流體力學(xué)體積增大，黏度增大［18］，但其中的Na+又會(huì)影響體系中的水分子和淀粉分子之間的相互作用，二者的相互作用進(jìn)而使得淀粉糊的黏度增加不明顯。增稠劑對(duì)羥丙基木薯淀粉糊流變特性的影響表現(xiàn)為均增加淀粉糊的黏稠度，影響程度的大小不用與增稠劑的種類有關(guān)，因此在應(yīng)用羥丙基木薯淀粉的食品加工中，考慮經(jīng)濟(jì)效益，選擇合適的增稠劑以達(dá)到相應(yīng)產(chǎn)品需要的黏稠度。

2．3 調(diào)味劑對(duì)羥丙基木薯淀粉糊流變特性的影響

羥丙基木薯淀粉常作為增稠劑用于各種調(diào)味中，在淀粉糊中分別添加5%的蔗糖、5%的食鹽和0．5%的檸檬酸，測(cè)定淀粉糊的流變特性曲線如圖3所示。添加蔗糖使得淀粉糊的剪切應(yīng)力明顯提高;食鹽、檸檬酸的存在則使得淀粉糊的剪切應(yīng)力不同程度降低，但變化程度較小。

圖3 不同調(diào)味劑對(duì)羥丙基木薯淀粉糊的流變特性的影響

表3 添加不同調(diào)味劑后羥丙基木薯淀粉糊的流變特性參數(shù)值

從表3可以看出，添加蔗糖后淀粉的黏稠系數(shù)增大，這是因?yàn)檎崽欠肿又杏卸鄠€(gè)羥基，易溶于水，糖溶于淀粉乳中相對(duì)減少了膨脹糊化淀粉顆粒的水分，使淀粉乳中的淀粉顆粒吸水膨脹的機(jī)會(huì)減少，顆粒膨脹受到阻礙，使其糊化溫度升高，進(jìn)而使得最終黏度增大，表現(xiàn)為黏稠系數(shù)k增加;另外，蔗糖可使水中各種成分的活動(dòng)性減弱，導(dǎo)致水和體系中其他成分的相互作用減?。?9］，致使黏度曲線發(fā)生改變。而食鹽是一種強(qiáng)電解質(zhì)，在水中可以全部解離為Na+和Cl－，這兩種離子的存在會(huì)影響體系中的水分子和淀粉分子之間的相互作用，淀粉與淀粉之間及淀粉與水溶液之間的氫鍵結(jié)構(gòu)會(huì)被破壞，使得淀粉糊的黏度略有下降;同時(shí)Na+與淀粉中的羥基發(fā)生作用，導(dǎo)致電荷下降，斥力減小，從而使淀粉難以糊化［20］。添加檸檬酸后，體系的pH降低，由于淀粉糊液呈酸性時(shí)，在高溫條件下溶液中的H+會(huì)分解淀粉分子的糖苷鍵，使得淀粉分子變小，淀粉糊體系稀化而黏度降低［21］。調(diào)味劑對(duì)羥丙基木薯淀粉糊流變特性的影響與調(diào)味劑的種類有關(guān)，在應(yīng)用羥丙基木薯淀粉質(zhì)的食品加工中，不同調(diào)味劑要混合加入，考慮產(chǎn)品的感官，確定不同調(diào)味劑的最適添加量以達(dá)到產(chǎn)品需要的流變特性，未來(lái)需要進(jìn)一步深入研究。

3 結(jié)論

3．1 加入不同添加物后羥丙基木薯淀糊仍為非牛頓假塑性流體。乳化劑和調(diào)味劑對(duì)羥丙基木薯淀粉糊流變特性的影響趨勢(shì)不一致，而增稠劑均增加羥丙基木薯淀粉糊的黏稠度，增加的程度與增稠劑的種類有關(guān)。

3．2 單甘酯、食鹽、檸檬酸的存在使得羥丙基木薯淀粉糊的剪切應(yīng)力不同程度降低，黏稠系數(shù)k也相應(yīng)降低，但變化程度較小;蔗糖酯、酪朊酸鈉、黃原膠、CMC、瓜爾豆膠和蔗糖的添加對(duì)羥丙基木薯淀糊的流變性產(chǎn)生相反的影響，使羥丙基木薯淀糊的剪切應(yīng)力明顯提高，黏稠系數(shù)k明顯增大。

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Effects of Different Added Substances on the Rheological Properties of Hydroxypropyl Cassava Starch Paste

Hu Shanshan Wang Jie Sun Jianfeng Liu Yaqiong Mu Jianlou Wang Na
(College of Food Science and Technology，Agriculture University of Hebei，Baoding 071001)

The rheological property of starch pastes is an important influencing factor during the processing of starchy food．The effect of different added substances on the rheological properties of hydroxypropyl cassava starch was measured by rheometer．The results showed that:the fluid type of hydroxypropyl cassava starch was not altered by the different added substance，and the fitting coefficient closed to 1 as the rheological parameters was fitted by the Herschel－Bulkley model．Monoglycerides，salt and citric acid had the same effect on the hydroxypropyl cassava starch，which made the shear stress reduced to varying degrees，the consistency index decreased and the flow index increased．Contrary to that，sucrose esters，sodium caseinate，xanthan gum，CMC，guar gum made the shear stress significantly increased，the consistency index increased and flow index decreased．The results of this study offered valuable references for the further processing of hydroxypropyl cassava starchy products．

hydroxypropyl cassava starch，rheological properties，herschel－bulkley model

TS231

A

1003－0174(2012)05－0035－04

國(guó)家海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)“貝類高值化利用技術(shù)中試研究與示范”(200805046)

2011－08－23

胡珊珊，女，1987年出生，碩士，食品工程

王頡，男，1955年出生，教授，博士生導(dǎo)師，食品工程