南 沖 熊 柳 孫慶杰 楊姍姍

(青島農業(yè)大學食品科學與工程學院，青島 266109)

甘薯(Ipomoea batatas LAM)，又名紅薯、番薯、地瓜、山芋、紅苕等，為旋花科塊根類作物，是我國重要的糧食、飼料和工業(yè)原料，在我國的種植面積約660萬公頃，僅次于水稻、小麥和玉米，居第4位［1－3］。目前對于甘薯除了傳統(tǒng)的蒸、煮、烤等直接使用外，各種休閑食品如:甘薯果醬、甘薯果脯、甘薯糕及糖漬甘薯食品和甘薯糖果類等越來越受到廣大消費者的喜愛，但是，這些食品，由于含糖量多，熱量高，不適宜糖尿病、肥胖癥等患者食用。因此，用低糖、低熱量和功能性糖來替代蔗糖在甘薯制品中的應用具有相當重要的意義。

糖醇是指糖(包括四碳糖、五碳糖、六碳糖或其聚合體)的還原性羰基經過加氫后生成的一類多元醇，具有低熱量，防齲齒，不會引起血糖的升高，促進腸道內雙歧桿菌增殖，改善腸道功能等功能，以糖醇作為食糖的替代品被廣泛應用于焙烤、糖果、飲料、果脯等食品工業(yè)中。糖醇雖然不是糖，但具有某些糖的屬性，不論外觀和性能均和食糖有不少相似之處，如糖醇外觀是白色粉狀，液體產品也和糖漿相似。大部分糖醇都有一定甜味、吸濕性和較高的耐熱性，宜于制造松軟性食品，如蛋糕、面包等。除半乳糖醇外，大部分糖醇在水中的溶解性都很好，可以作為甜食品原料制取果脯、糕點和飲料。

甘薯是一種富含淀粉的作物，淀粉含量高達30%左右，因此，甘薯淀粉的理化性質嚴重影響甘薯的加工應用。目前，糖類、鹽類及膠類等對于甘薯淀粉性質影響的研究較多，M H Lee［4］研究了海藻酸鈉、瓜爾膠、阿拉伯膠、刺槐豆膠和黃原膠等9種多糖膠體在反復凍融處理過程中對甘薯淀粉凝沉的抑制效果，結果表明:海藻酸鈉、瓜爾膠和黃原膠抑制淀粉凝沉的效果最明顯。高群玉等［5］在甘薯淀粉糊性質的研究中，測定了甘薯淀粉在不同濃度、pH、食糖、鹽和硬脂酸條件下對甘薯淀粉糊黏度曲線的影響，結果指出添加蔗糖、NaCl和硬脂酸都增加甘薯淀粉糊黏度的熱穩(wěn)定性和冷湖黏度，但是降低了峰值黏度。李光磊等［6］在不同食品成分對紅薯淀粉糊黏度特性的影響中指出，NaCl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，二者均能增強淀粉糊的回生性。但是，國內外對于糖醇對淀粉性質影響的研究較少，Y－R Kim等［7］利用核磁共振研究了糖和糖醇對玉米淀粉凝膠冷凍性質的影響。M H Beak等［8］研究了糖和糖醇對于玉米淀粉凝膠熱力學穩(wěn)定性的影響，得出了不同的糖和糖醇對玉米淀粉凝膠熱力學穩(wěn)定性影響是不同的，糖和糖醇均促進了支鏈淀粉的重結晶，糖醇比相應的糖更容易使得淀粉老化。糖醇對于紅薯淀粉性質的影響未見報道，因此本研究以甘薯淀粉為原料，研究了麥芽糖醇、赤蘚糖醇和木糖醇對甘薯淀粉溶脹度、可溶指數、糊化特性以及質構特性的影響，以期為糖醇替代蔗糖生產低糖、低熱量、功能性甘薯和甘薯淀粉制品提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

甘薯淀粉:青島海達爾淀粉有限公司;麥芽糖醇、赤蘚糖醇、木糖醇:山東福田糖醇有限公司。

1.2 試驗儀器

Anke TDL－40B型離心機:上海安亭科學儀器廠;DHG－9070A型恒溫干燥箱:上海精宏實驗設備有限公司;Sartorius電子天平:北京賽多利斯天平有限公司;紅外水分測定儀:北京賽多利斯天平有限公司;電熱恒溫水浴鍋:龍口市先科儀器公司;TAXT.Plus物性測定儀:英國 Stable Micro Systems公司;Newport－4D快速黏度分析儀(RVA):澳大利亞新港公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 甘薯淀粉溶脹度、可溶指數的測定［9］

可溶指數=干燥物質量/(糖醇質量+淀粉質量)×100%

溶脹度=沉淀物質量/(糖醇質量+淀粉質量)×(1－可溶指數)

1.3.2 甘薯淀粉糊化特性的測定［10］

采用快速黏度分析儀進行測定，按糖醇與淀粉干基比是 0∶1、0.2∶1、0.5∶1、1∶1、2∶1、4∶1 分別稱取麥芽糖醇、赤蘚糖醇、木糖醇的量。溫度程序如下:淀粉漿先在50℃下平衡1 min，然后以12℃/min的速率加熱到95℃，在95℃保持2.5 min，再以相同的速率冷卻到50℃，最后在50℃保持2 min。攪拌葉片的轉速在前10 s為960 r/min，其他時間均為160 r/min。

1.3.3 甘薯淀粉凝膠質構特性的測定

將RVA測定后的甘薯淀粉糊，在4℃下放置24 h，測定淀粉凝膠質構特性。采用TA.XT plus物性儀對淀粉凝膠的質構進行測定，主要參數為:運行模式:Texture Profile Analysis(TPA);試驗前速:1.00 mm/s;試驗速度:1.00 mm/s;返回速度:5.00 mm/s;測試距離:30.00%;感應力:Auto－10.0 g;數據取點數:200 pps;探頭:HDP－LKB，探頭高度為30 mm。

2 結果與討論

2.1 糖醇對甘薯淀粉溶脹度、可溶指數影響的結果

2.1.1 糖醇對甘薯淀粉溶脹度的影響

不同添加量的麥芽糖醇、赤蘚糖醇和木糖醇對甘薯淀粉溶脹度影響的結果分別見圖1～圖3。

近年來中國逐漸成為世界上最重要經濟體之一，高鐵是我國在世界高端裝備制造業(yè)領域取得成功的代表性產業(yè)之一。隨著中國高鐵在世界上美譽度和知名度的提升，該產業(yè)迎來了重要的國際化發(fā)展機遇。

由圖1～圖3可見，隨著加熱溫度的升高，各樣品的溶脹度增加;添加糖醇后，甘薯淀粉的溶脹度相對于未添加糖醇的甘薯原淀粉(對照)下降，且隨著糖醇添加量的增加，溶脹度顯著下降，這說明麥芽糖醇、赤蘚糖醇和木糖醇這3種糖醇的加入均抑制了甘薯淀粉的溶脹。這是由于糖醇含有多個羥基，極易結合淀粉乳中的水分，相對地減少了淀粉溶脹的水分，且隨著糖醇添加量的增加，其結合水分越多，對于淀粉溶脹的抑制就越強。

2.1.2 糖醇對甘薯淀粉可溶指數的影響

不同添加量的麥芽糖醇、赤蘚糖醇和木糖醇對甘薯淀粉可溶指數影響的結果分別見圖4～圖6。

由圖3～圖6可以看出，各樣品均是隨著加熱溫度的升高，可溶指數呈上升趨勢，且隨著3種糖醇添加量的增加，可溶指數逐漸增大。這是由于糖醇溶于水，在水分充足時，糖醇添加量越多，溶于水中的越多。當溫度低于75℃，可溶指數隨溫度上升，變化不明顯，但當溫度高于75℃時，可溶指數顯著增加，且隨著3種糖醇添加量的增加，隨著溫度的升高，可溶指數的增加明顯降低，這說明3種糖醇與水結合的添加明顯的抑制了直鏈淀粉的溶出，且隨著糖醇添加量的增多，抑制越明顯。這與Georgia等［11］的研究結果相似，他們指出糖醇的溶出與直鏈淀粉結晶的結構有關，因為糖醇與直鏈淀粉之間形成氫鍵橋。

2.2 糖醇對甘薯淀粉糊化特性的影響

不同添加量的麥芽糖醇、赤蘚糖醇和木糖醇對甘薯淀粉糊化特性曲線及特征值影響的

結果分別見圖7～圖9和表1～表3。

圖9 不同添加量木糖醇對甘薯淀粉糊化特性影響的曲線圖

由圖7～圖9可以看出，麥芽糖醇、赤蘚糖醇和木糖醇在不同添加量下對甘薯淀粉糊化特性曲線的影響呈現(xiàn)一致性，即在測試初期，隨著加熱溫度的升高，淀粉顆粒開始溶脹，黏度值上升，當溶脹和多聚體逸出導致黏度增加與破裂和多聚無重新排列導致黏度降低之間達平衡時，黏度達最大值，即峰值黏度。峰值黏度顯示了淀粉或混合物結合水的能力。之后當溫度保持恒定，由于機械力的作用，黏度值下降，隨著混合物逐漸冷卻，直鏈淀粉分子間發(fā)生重聚合，使得黏度有所上升。

由表1～表3所示，糊化溫度隨糖醇添加量的增加均呈不同程度的上升，這是由于糖醇更易與水結合，抑制了淀粉的溶脹，達到淀粉的糊化需要更高的能量。這與M H Baek等［8］在采用DSC對糖和糖醇對玉米淀粉凝膠熱穩(wěn)定性中得到的結論是一致的。在糖醇添加量小于0.5∶1時，3種糖醇對于甘薯淀粉峰值黏度的影響均不顯著，當麥芽糖醇和木糖醇添加量均為1∶1時，甘薯淀粉峰值黏度顯著升高至最大值，隨著3種糖醇添加量的繼續(xù)增加，峰值黏度均逐漸下降。Georgia等［11］在研究山梨糖醇對淀粉脂肪酸體系的理化特性的影響中指出，添加山梨糖醇后，玉米淀粉糊黏度增大且隨著山梨糖醇濃度的增大，黏度增大顯著，并指出這是由于山梨糖醇與直鏈淀粉雙螺旋結構的表面之間建立了氫鍵橋，導致直鏈淀粉親水性和流動性增大，故而黏度增大。當糖醇的添加量小于2∶1時，麥芽糖醇和赤蘚糖醇對甘薯淀粉衰減值和回生值影響不顯著，而隨著木糖醇添加量的增大，回生值升高。這說明了木糖醇在一定量范圍內促進了甘薯淀粉的短期回生。當糖醇的添加量為4∶1時，3種糖醇均顯著性的降低了淀粉糊的回生值，降幅達37.88%。

表1 不同添加量麥芽糖醇對甘薯淀粉糊化特征值的影響

表2 不同添加量赤蘚糖醇對甘薯淀粉糊化特征值的影響

表3 不同添加量木糖醇對甘薯淀粉糊化特征值的影響

2.3 糖醇對甘薯淀粉凝膠質構的影響

RVA測定后的甘薯淀粉糊，在4℃下放置24 h后所得的甘薯淀粉凝膠，采用質構儀測定的不同添加量的麥芽糖醇、赤蘚糖醇和木糖醇對甘薯淀粉凝膠質構特性影響的結果見表4～表6。

表4 不同添加量麥芽糖醇對甘薯淀粉凝膠質構的影響

表5 不同添加量赤蘚糖醇對甘薯淀粉凝膠質構的影響

表6 不同添加量木糖醇對甘薯淀粉凝膠質構的影響

由表4～表6可以看出，相對于甘薯原淀粉，添加糖醇后，淀粉凝膠硬度增加，當糖醇添加量為2∶1時，硬度值顯著性增加，且之后隨著糖醇添加量的繼續(xù)增多，硬度值變化不明顯。M H Baek等［8］在采用DSC對糖和糖醇對玉米淀粉凝膠熱穩(wěn)定性的研究中指出，木糖醇、山梨糖醇和甘露糖醇的添加促進了玉米淀粉的重結晶和淀粉凝膠的回生。Anil Gunaratne等［12］在對小麥淀粉和馬鈴薯淀粉的研究中指出，添加一定量的蔗糖和葡萄糖等亦促進了淀粉的回生，原因可能是糖的添加影響了直鏈淀粉的重結晶，增加了直鏈淀粉分子間的作用及空間網絡結構的剛性。相對于未添加糖醇的甘薯原淀粉，添加麥芽糖醇和木糖醇均不同程度的降低了甘薯淀粉凝膠的彈性、內聚性和恢復性，并隨添加量的增多，降低越明顯;在試驗設計的添加量水平范圍內，赤蘚糖醇的添加量對甘薯淀粉凝膠的彈性沒有顯著性影響;當赤蘚糖醇添加量小于2∶1時，對甘薯淀粉凝膠的內聚性和恢復性沒有顯著性影響，添加量為4∶1時，淀粉凝膠的內聚性和恢復性顯著性降低。這是由于赤蘚糖醇、木糖醇以及麥芽糖醇3種糖醇所含的羥基與淀粉和水之間形成了氫鍵，由于3種糖醇的結構以及所含羥基數目的不同，導致了它們對于淀粉凝膠質構的不同影響。

3 結論

麥芽糖醇、赤蘚糖醇和木糖醇這3種糖醇均明顯降低了甘薯淀粉的溶脹度和溶解度，且隨著添加量的增多，降低越明顯。糊化溫度隨糖醇添加量的增加均呈不同程度的上升，在糖醇添加量小于0.5∶1時，3種糖醇對于甘薯淀粉峰值黏度的影響均不顯著，當麥芽糖醇和木糖醇添加量均為1∶1時，甘薯淀粉峰值黏度顯著升高至最大值，隨著3種糖醇添加量的繼續(xù)增加，峰值黏度均逐漸下降。當糖醇的添加量小于2∶1時，麥芽糖醇和赤蘚糖醇對甘薯淀粉衰減值和回生值影響不顯著，而隨著木糖醇添加量的增大，回生值升高。添加糖醇后，淀粉凝膠硬度增加，并且糖醇添加量為2∶1時，硬度達最大值。麥芽糖醇和木糖醇均不同程度的降低了甘薯淀粉凝膠的彈性、內聚性和恢復性;在試驗設計的添加量水平范圍內，赤蘚糖醇的添加量對甘薯淀粉凝膠的彈性沒有顯著性影響。這說明糖醇的結構，所含羥基的數目以及與淀粉形成氫鍵橋的能力顯著的影響了甘薯淀粉的理化性質。

志謝:青島農業(yè)大學大學生創(chuàng)新立項項目。

［1］唐忠厚，陸國權.甘薯抗性淀粉理化特性研究［J］.中國糧油學報，2010，25(1):37 －42

［2］劉桂玲，張鵬，鄭建利，等.不同類型甘薯品種主要經濟性狀和營養(yǎng)成分差異［J］.中國糧油學報，2012，27(2):10－13

［3］李忠海，劉建軍，鐘海雁，等.響應面法優(yōu)化甘薯淀粉酶解條件的研究［J］.中國糧油學報，2009，24(10):64－69

［4］M H Lee.Freeze － thaw stabilization of aweet potato starch gel by poly saccharide gums［J］.Food Hydrocolloides，2002，16:345－352

［5］高群玉，吳磊，劉垚.甘薯淀粉胡性質的研究［J］.食品工業(yè)科技，2008，29(08):153 －155

［6］李光磊，曾杰，孫科祥.不同食品成分對紅薯淀粉糊黏度特性的影響［J］.食品工業(yè)科技，2009(1):104－106

［7］Y － R Kim，B － S Yoo，P Cornillon，et al.Effect of sugars and sugar alcohols on freezing behavior of corn starch gel as monitored by time domain1H NMR spectroscopy［J］.Carbohydrate Polymers，2004，55:27 －36

［8］M H Beak，B Yoo，S T Lim.Effects of sugars and sugar alcohols on thermal transition and cold stability of corn starch gel［J］.Food Hydrocolloids.2004(18):133 － 142

［9］Jones C R.The production of mechanically damaged starch in milling as a governing factor in the diastatic activity of flour［J］.Cereal Chem.，1940(17):133 －169

［10］Jane J，Chen Y Y，Lee L F，et al.Effects of amylopectin branch chain length and amylose content on the gelatinization and pasting properties of starch［J］.Cereal Chemistry，1999(76):629－637

［11］Georgia Mantzari，Stylianos N.Raphaelides，Stylianos Exarhopoulos.Effect of sorbitol addition on the physicochemical characteristics of starch － fatty acid systems［J］.Carbohydrate Polymers，2010(79):154 －163

［12］Anil Gunaratne，Somathilaka Ranaweera，Harold Corke.Thermal，pasting，and gelling properties of wheat and potato starches in the presence of surose，glucose，glycerol，and hydroxypropyl β － cyclodextrin ［J］.Carbohydrate Polymers，2007(70):112 －122.