李飛,陳夢雪,湯玉潔,曾潔,李光磊

（河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003）

韌化處理對(duì)甘薯淀粉糊特性的影響

李飛,陳夢雪,湯玉潔,曾潔,李光磊

（河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003）

以普通甘薯淀粉為原料,研究韌化處理?xiàng)l件（不同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、處理溫度以及處理時(shí)間）對(duì)甘薯淀粉溶解度、膨脹度、透光率、凝沉穩(wěn)定性、凍融穩(wěn)定性等理化特性的影響.結(jié)果表明：經(jīng)韌化處理后,相較于空白樣,隨著水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,甘薯淀粉膨脹度由8.35%降至4.83%,呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢,溶解度增加,透光率均減小,且在水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%時(shí)最小,為26.1,處理樣品的析水率均高于空白樣,且隨時(shí)間的延長上清液所占體積逐漸增大；隨著處理溫度的增高,相較于空白樣,甘薯淀粉的膨脹度由4.43%增至11.34%,溶解度以及透光率均呈減小趨勢；隨著處理時(shí)間的增長,樣品的膨脹度在48 h后高于空白樣，樣品的溶解度在處理12 h達(dá)到最大為44.62%,其余處理的溶解度均低于空白樣,處理樣的透光率低于空白樣,析水率呈無規(guī)律變化.適度韌化處理可以提高甘薯淀粉的凍融穩(wěn)定性.韌化處理后,甘薯淀粉的凝沉穩(wěn)定性隨水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增強(qiáng),隨韌化處理溫度的升高而變差.

韌化處理；甘薯淀粉；淀粉糊特性

甘薯在全球每年的糧食作物產(chǎn)量中排名第七,并且近年來它的角色產(chǎn)生了戲劇性的變化,由一種主食變?yōu)榱艘环N健康食品,甚至是工業(yè)原料[1].甘薯的淀粉含量豐富,不僅可以作為一種多糖為人類提供能量,并且可以作為增稠劑、穩(wěn)定劑等廣泛應(yīng)用于食品工業(yè).但是由于薯塊中含有的果膠（纖維等）雜質(zhì)多、顆粒大,且在加工過程中易產(chǎn)生褐變,導(dǎo)致甘薯原淀粉在工業(yè)化生產(chǎn)中具有許多局限性.

韌化處理是一種重要的水-熱物理改性法,一般是指在過量水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)（＞60%）或者中等水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)（≥40%）的條件下,在低于淀粉糊化溫度且高于玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度的條件下對(duì)淀粉進(jìn)行的熱處理[2].天然淀粉經(jīng)過韌化處理改性后,不但加工工藝及產(chǎn)品的理化性質(zhì)得到明顯改善,而且也不會(huì)有化學(xué)試劑的殘留,這樣不僅擴(kuò)大了產(chǎn)品的應(yīng)用范圍,還提高了改性產(chǎn)品的附加值.作為淀粉改性技術(shù),韌化處理可以改善淀粉的溶解性、透明度和糊化特性等,因此可以應(yīng)用到罐頭食品和冷凍食品中；消化性能得到改善,從而可應(yīng)用到嬰幼兒、老人和高血糖患者等特殊人群的食品中；凍融穩(wěn)定性得到改善,可以生產(chǎn)出具有良好凍融穩(wěn)定性的淀粉制品；也可用來生產(chǎn)能夠替代其他淀粉的改性淀粉[3].本文主要研究了韌化處理后甘薯淀粉的膨脹度、溶解度、透光率、凍融穩(wěn)定性、凝沉穩(wěn)定性等幾個(gè)特性及對(duì)其的影響,為韌化處理后改性甘薯淀粉的應(yīng)用提供基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

甘薯淀粉（上海塞翁福農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司）.

1.2 主要儀器

722N可見分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；SHA-C水浴恒溫振蕩器（金壇市杰瑞爾電器有限公司）；WE-3水浴恒溫振蕩器（天津市歐諾儀器儀表有限公司）；L550臺(tái)式低速離心機(jī)（湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司）；TDL-40B臺(tái)式離心機(jī)（上海安亭科技儀器廠）；DHG-9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司）.

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 淀粉的韌化處理 設(shè)置水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、水浴溫度和振蕩時(shí)間3個(gè)不同的韌化處理?xiàng)l件.取一定量甘薯淀粉置于錐形瓶中,加入一定量的蒸餾水調(diào)制成淀粉乳（水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)置為45%、55%、65%、75%、85%）,搖勻、膜封后放入水浴鍋中振蕩,在不同溫度（35℃、40℃、45℃、50℃、55℃）下以100 r/min振蕩一定時(shí)間（時(shí)間設(shè)置為12 h、24 h、36 h、48 h、60 h）.在3 000 r/min下離心10 min,棄上清液,用蒸餾水清洗下層淀粉2次,再離心,然后倒入培養(yǎng)皿中,在40℃下熱風(fēng)干燥24 h,研磨后過100目篩,即得韌化處理淀粉樣品.

1.3.2 溶解度和膨脹度的測定 準(zhǔn)確稱量0.500 0 g樣品（干基）放入離心管中,加40 mL蒸餾水,振蕩均勻后85℃水浴30 min,取出后冷卻至室溫,3 500 r/min離心20 min,分別將上清液和沉淀物倒入培養(yǎng)皿中, 130℃干燥至恒質(zhì)量[4],計(jì)算溶解度（SA）和膨脹度（SP）：

式中,A為上清液溶出物質(zhì)質(zhì)量/g；W為樣品干質(zhì)量/g；P為離心管中沉淀物質(zhì)量/g.

1.3.3 透光率的測定 準(zhǔn)確稱量150 mg的淀粉樣品（干基）,與15 mL蒸餾水一同加入具有磨口塞的試管中配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉乳,振蕩均勻后95℃水浴加熱30 min,并且每隔2 min充分振蕩試管一次,待其充分均勻糊化后取出,冷卻至室溫,以蒸餾水做參照,用可見分光光度計(jì)在620 nm處測淀粉糊的透光率.

1.3.4 凍融穩(wěn)定性的測定 稱取一定量的淀粉樣品（干基）,加蒸餾水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的淀粉乳,95℃加熱20 min,趁熱稱取一定量的淀粉糊于塑料離心管中,冷卻至室溫后,在-10℃的冰箱里冷凍24 h,取出后室溫下自然解凍,在3 800 r/min下離心20 min,棄去上清液,稱取沉淀質(zhì)量,然后計(jì)算析水率.1.3.5凝沉穩(wěn)定性的測定 準(zhǔn)確稱量1.000 0 g淀粉（干基）,與100 mL的蒸餾水一同配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉乳,放入恒溫水浴振蕩器中在90℃糊化15 min,冷卻至室溫后,取20 mL倒入20 mL具塞試管中,每隔2 h記錄上清液體積,共記錄12 h,并計(jì)算上清液占總體積的百分比.

2 結(jié)果與分析

2.1 韌化處理對(duì)甘薯淀粉溶解度和膨脹度的影響

淀粉在受熱條件下,淀粉顆粒內(nèi)部從有序向無序狀態(tài)過渡,淀粉中的直鏈淀粉從膨脹的淀粉顆粒中解離擴(kuò)散以及浸出.淀粉的溶解度是指受熱過程中溶出的直鏈淀粉占淀粉干質(zhì)量的百分比.淀粉的膨脹度是指每克干淀粉在一定溫度下吸水的質(zhì)量數(shù).

2.1.1 不同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)甘薯淀粉溶解度和膨脹度的影響 在處理溫度為45℃,處理時(shí)間為24 h的條件下,設(shè)置韌化處理水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為45%、55%、65%、75%和85%,研究不同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)韌化處理對(duì)淀粉溶解度和膨脹度的影響,結(jié)果見表1.

表1 不同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)韌化處理后甘薯淀粉的膨脹度和溶解度Tab.1 The swelling degree and solubility of starch different water content

由表1可知,甘薯淀粉的溶解度隨處理時(shí)淀粉水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而逐漸升高,膨脹度則隨之下降,在水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于65%時(shí),膨脹度高于原淀粉,在水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)等于或高于65%時(shí),膨脹度低于原淀粉.在水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)等于或低于65%時(shí),溶解度小于原淀粉,水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于65%時(shí),溶解度高于原淀粉.隨著水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,韌化處理后支鏈淀粉斷裂,直鏈淀粉的量隨之增加,因此膨脹度隨之降低,溶解度隨之增高.

2.1.2 處理溫度對(duì)甘薯淀粉膨脹度和溶解度的影響 以韌化處理水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%,處理時(shí)間為24 h,

處理溫度分別為35、40、45、50、55℃,研究不同溫度對(duì)淀粉溶解度和膨脹度的影響,結(jié)果見表2.

表2 不同溫度韌化處理后甘薯淀粉的膨脹度和溶解度Tab.2 Starch swelling and solubility in different temperatures after treatment

由表2可知,隨著處理溫度的升高,甘薯淀粉的溶解度逐漸下降,膨脹度逐漸升高.在處理溫度等于或低于45℃時(shí),膨脹度低于原淀粉,在處理溫度高于45℃時(shí),膨脹度高于原淀粉；在處理溫度低于45℃時(shí),溶解度高于原淀粉,在處理溫度等于或高于45℃時(shí),溶解度低于原淀粉.其原因可能是隨著韌化處理溫度的升高,淀粉分子間作用力增強(qiáng),限制了淀粉顆粒的溶出,溶解度隨之下降.韌化處理影響了淀粉的無定形區(qū),支鏈淀粉外圍側(cè)鏈發(fā)生變化,導(dǎo)致膨脹度升高.

2.1.3 處理時(shí)間對(duì)甘薯淀粉膨脹度和溶解度的影響 以韌化處理水分含量為65%,處理溫度為45℃,設(shè)置處理時(shí)間分別為12、24、36、48、60 h,研究不同處理時(shí)間對(duì)甘薯淀粉溶解度和膨脹度的影響,結(jié)果見表3.

表3 韌化處理不同時(shí)間甘薯淀粉的膨脹度和溶解度Tab.3 The swelling and solubility of starch in different time

由表3可知,韌化處理時(shí)間為12 h時(shí)甘薯淀粉的溶解度較原淀粉升高,膨脹度下降,隨著處理時(shí)間的延長,溶解度和膨脹度無明顯的升高或降低的趨勢.但處理時(shí)間小于或等于36 h時(shí),膨脹度低于原淀粉,處理時(shí)間大于36 h時(shí),膨脹度高于原淀粉；在處理時(shí)間小于24 h時(shí),溶解度大于原淀粉,處理時(shí)間大于或等于24 h時(shí),溶解度小于原淀粉.因?yàn)轫g化處理時(shí)間為12 h時(shí),處理時(shí)間較短,對(duì)支鏈淀粉和直鏈淀粉比例影響較小,所以膨脹度低于原淀粉,溶解度高于原淀粉.隨著處理時(shí)間的延長,支鏈淀粉斷裂,直鏈淀粉增加,膨脹度隨之增加,溶解度隨之降低.

Genkina等[5]研究韌化處理溫度對(duì)甘薯淀粉的影響發(fā)現(xiàn),淀粉膨脹度和溶解度經(jīng)韌化處理后都有所降低.趙佳[6]的研究結(jié)果表明,韌化處理玉米淀粉的溶解性和膨脹度低于原淀粉,隨著韌化處理溫度升高、處理時(shí)間的延長,淀粉的直鏈淀粉含量升高,即膨脹度和溶解度均降低.黃華宏[4]指出很多前人的報(bào)道中溶解度和膨脹度都具有平行變化的趨勢,但其試驗(yàn)中膨脹度和溶解度呈顯著負(fù)相關(guān),這一試驗(yàn)結(jié)果與本文試驗(yàn)結(jié)果相符.

2.2 韌化處理對(duì)甘薯淀粉糊透明度的影響

透明度是淀粉的重要理化特性,直接影響著淀粉產(chǎn)品的感官,是影響食品加工品質(zhì)的重要因素之一.淀粉糊透明度的高低常用透光率來表示.試驗(yàn)比較了不同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、韌化處理溫度及韌化處理時(shí)間對(duì)甘薯淀粉糊透光率的影響,結(jié)果見表4.

表4 不同韌化條件對(duì)甘薯淀粉透光率的影響Tab.4 Effects of different toughening conditions on the transmittance of sweet potato starch

由表4可知,韌化改性后甘薯淀粉的透光率并不是隨淀粉乳水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高直線下降.在水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%和65%時(shí),淀粉的透光率較低,韌化處理后各種水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的淀粉糊透光率均低于原淀粉,這是由于水分與熱能的相互作用破壞了支鏈淀粉的α-1,6-糖苷鍵,同時(shí)使α-1,4鍵也發(fā)生裂解造成結(jié)構(gòu)改變,引起透光率的降低,即透明度降低.隨著處理溫度的升高,改性淀粉的淀粉糊透光率逐漸下降,經(jīng)不同溫度韌化處理后淀粉的淀粉糊透光率均低于原淀粉.隨著處理時(shí)間的延長,改性淀粉透光率逐漸下降,經(jīng)不同處理時(shí)間韌化處理后淀粉糊的透明度均低于原淀粉.

2.3 韌化處理對(duì)甘薯淀粉糊凍融穩(wěn)定性的影響

通常用析水率來反映淀粉的凍融穩(wěn)定性.隨著冷凍時(shí)間的增加,凝膠中淀粉分子之間相互作用增大,鏈淀粉分子鏈在平行趨向形成凝膠束時(shí),迫使水分子從凝膠中擠出,即析水作用[7].析水率越高,則凍融穩(wěn)定性越差,反之,凍融穩(wěn)定性越好.不同韌化處理?xiàng)l件對(duì)甘薯淀粉糊凍融穩(wěn)定性的影響見表5.

表5 不同韌化條件對(duì)甘薯淀粉糊凍融穩(wěn)定性的影響Tab.5 Effects of different toughening conditions on stability of sweet potato starch paste

由表5可知,析水率隨韌化處理初始甘薯淀粉水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而升高.這是因?yàn)橹辨湹矸垡字匦屡帕泻途喓隙l(fā)生凝沉現(xiàn)象,隨著水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,直鏈淀粉含量增加,凍融穩(wěn)定性越差.韌化處理溫度對(duì)甘薯淀粉凍融穩(wěn)定性無明顯的升高或降低的影響趨勢,但韌化處理后,淀粉除50℃條件下析水率低于原淀粉外,其他均高于原淀粉.處理時(shí)間為36 h時(shí),析水率最低,凍融穩(wěn)定性最好.

2.4 韌化處理對(duì)甘薯淀粉凝沉穩(wěn)定性的影響

淀粉糊的凝沉性是淀粉的重要性質(zhì),也是食品工業(yè)中的一個(gè)重要現(xiàn)象,直接關(guān)系到淀粉類食品貨架期及其他重要性質(zhì),如外觀、口感、色澤、甚至營養(yǎng)[8].淀粉糊的凝沉是淀粉糊化的一個(gè)逆過程,由于淀粉糊中的分子鏈之間的束狀結(jié)構(gòu)通過氫鍵結(jié)合起來,使得淀粉的溶解度降低.所以經(jīng)過一段的時(shí)間放置,淀粉糊會(huì)逐漸地分層,有水分析出,凝沉速率和凝沉程度通常受到直連淀粉和支鏈淀粉比例的影響[9].

2.4.1 水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)甘薯淀粉糊凝沉穩(wěn)定性的影響 不同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)韌化處理后淀粉上清液占總體積的百分率見圖1.

圖1 不同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)韌化處理甘薯淀粉上清液占總體積的百分率Fig.1 The total volume fraction of starch with different water contents in the treatment of starch toughening

由圖1可知,改性甘薯淀粉凝沉穩(wěn)定性隨處理時(shí)淀粉水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增強(qiáng).前5 h所有水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)韌化處理的淀粉凝沉速度都較慢,5～9 h之間凝沉速度較快,9 h以后凝沉基本停止或個(gè)別有少量水分析出.這是由于水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加導(dǎo)致韌化處理后直鏈淀粉含量增加,直鏈淀粉分子在水中分散,分子間作用力增強(qiáng),凝沉穩(wěn)定性增強(qiáng).

2.4.2 處理溫度對(duì)甘薯淀粉糊凝沉穩(wěn)定性的影響 不同溫度韌化處理后甘薯淀粉上清液占總體積的百分率見圖2.

圖2 不同溫度韌化處理后淀粉上清液占總體積的百分率Fig.2 The total volume fraction of starch in different treatment temperatures

由圖2可知,改性甘薯淀粉凝沉穩(wěn)定性隨韌化處理溫度的升高而變差,與對(duì)照樣品相比,35℃韌化處理時(shí)沉淀體積減少,而隨著韌化溫度的升高,沉淀體積逐漸增加,基本上高于對(duì)照樣品.這是因?yàn)殡S著韌化處理溫度的升高,淀粉分子無定形區(qū)受到影響,分子間作用力減弱,凝沉穩(wěn)定性減弱.

2.4.3 處理時(shí)間對(duì)甘薯淀粉糊凝沉穩(wěn)定性的影響 不同處理時(shí)間韌化甘薯淀粉上清液占總體積的百分率見圖3.

圖3 不同處理時(shí)間韌化甘薯淀粉上清液占總體積的百分率Fig.3 The total volume fraction of starch in different treatment time

由圖3可知,隨著處理時(shí)間的延長,各組上清液占總體積的百分率無明顯差異,析水速度也無較大差異.由此分析可能處理時(shí)間對(duì)甘薯淀粉的凝沉穩(wěn)定性無較大影響.

3 結(jié)論

經(jīng)過韌化處理后的甘薯淀粉較原淀粉溶解度和透明度降低,膨脹度升高.隨著淀粉水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,改性甘薯淀粉溶解度升高,膨脹度下降；而隨著處理溫度的增加及處理時(shí)間的延長,韌化處理淀粉的膨脹度升高,溶解度降低.韌化處理后淀粉的透光率均低于原淀粉,隨著處理溫度的升高,改性甘薯淀粉透光率逐漸下降；透光率隨水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加逐漸降低,至水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%和65%時(shí)達(dá)到最低,之后隨水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加.凍融穩(wěn)定性隨淀粉水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而下降,處理溫度和處理時(shí)間對(duì)其無明顯影響.改性甘薯淀粉凝沉穩(wěn)定性隨處理時(shí)淀粉水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增強(qiáng)；改性甘薯淀粉凝沉穩(wěn)定性隨韌化處理溫度的升高而變差,與對(duì)照樣品相比,韌化處理35℃沉淀體積減少,而隨著韌化溫度的升高,沉淀體積逐漸增加,基本上高于對(duì)照樣品；隨著處理時(shí)間的延長,各組上清液占總體積的百分率呈現(xiàn)無規(guī)律變化.

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（責(zé)任編輯：鄧天福）

Effects of annealing on the physicochemical properties of sweet potato starches

Li Fei,Chen Mengxue,Tang Yujie,Zeng Jie,Li Guanglei
（Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China）

The effectofannealing with deferentmoisture,annealing temperature and annealing time on physicochemical properties including the solubility,swelling,transparency,retro gradation property and the frozenthaw stability of sweet potato starch were studied.The results indicated that the presented the trend of first increased and then decreased after annealing treatment.Compared with the blank sample,with the increase of moisture content, the sweet potato starch swelling degree from 8.35%fell 4.83%,increased solubility,light transmittance decreased and in moisture content for 65%minimum was 26.1,sample analysis of water rates were higher than the blank sample and with the time growth supernatant accounted for and gradually increase the volume；With the increase of the processing temperature,the expansion of sweet potato starch increased from 4.43%to 11.34%,and the solubility and light transmittance decreased；Along with the increase of processing time,swelling sample at 48 hours is higher than the blank sample,sample solubility in 12 hours is maximum reach to 44.62%,dealing with the rest of the solubility of were lower than blank sample,the kind of light transmission rate is lower than the blank sample,the elutriation rate showed no changes.In addition,Moderate patenting process can be improved freeze-thaw stability of sweet potato starch.When the potato starch retrogradation stability after patenting process with increased moisture content of starch and modified potato starch retrogradation enhanced stability over patenting temperature rises deteriorated.

annealing；sweet potato starch；propertie

TS235.2

A

：1008-7516（2015）04-0024-07

10.3969/j.issn.1008-7516.2015.04.005

2015-06-08

李飛（1987―）,男,河南西平人,碩士研究生.主要從事糧食資源深度利用研究.

李光磊（1970―）,男,河南新鄉(xiāng)人,博士,副教授,碩士生導(dǎo)師.主要從事農(nóng)產(chǎn)品深加工與轉(zhuǎn)化研究.