杜傳來 王 麗 潘苗苗 郭子義

蕨根淀粉的顆粒形態(tài)與糊化特性研究

杜傳來1王 麗1潘苗苗2郭子義1

（安徽科技學(xué)院食品藥品學(xué)院1，鳳陽 233100）
（安徽省鳳寶糧油食品（集團(tuán)）有限公司2，鳳陽 233100）

為探討蕨根淀粉的糊化性能，以蕨根為原料，采用濕法提取淀粉，并進(jìn)行提純，對(duì)蕨根淀粉的顆粒形態(tài)、糊黏度曲線、糊冷熱黏度、糊透明度、抗剪切性、凍融穩(wěn)定性、凝沉性及抗老化性等特性進(jìn)行了研究，并與玉米淀粉進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：掃描電鏡觀察蕨根淀粉顆粒表面光滑，大小均勻，呈橢圓或鵝卵石形，粒徑范圍10.23～26.14μm，長(zhǎng)軸平均粒徑19.09μm，稍大于玉米淀粉；布拉班德糊黏度曲線表明蕨根淀粉糊化溫度為68.9～89.4℃，低于玉米淀粉糊，而峰值黏度為611 mPa·s，高于玉米淀粉；與玉米淀粉相比，蕨根淀粉穩(wěn)定性好、透光性好、凍融穩(wěn)定性好、抗老化性強(qiáng)，而凝沉性較弱、抗剪切性較差。蕨根淀粉較適于速溶、快餐、冷凍食品加工。

蕨根 淀粉 顆粒形態(tài) 糊化特性

淀粉是人體所需能量的主要來源，在現(xiàn)代食品工業(yè)中淀粉是一種非常重要的原輔料，在食品加工中起著非常重要的作用。近幾年來，人們不斷開發(fā)淀粉新資源，對(duì)荔枝、銀杏、羅漢果、芋頭、葛根、板栗、何首烏、檳榔嶼以及橡子中淀粉的提取及理化性質(zhì)研究已有報(bào)道。

蕨菜（Pteridium aquilinuml）又名拳頭菜、如意菜、吉祥菜、長(zhǎng)壽菜、龍頭菜等，被譽(yù)為“山菜之王”，深受人們喜愛［1］。蕨菜的根莖中淀粉含量高達(dá)35%～40%，還含有多種氨基酸和維生素，具有清熱解毒、健胃補(bǔ)脾之功效，經(jīng)常食用蕨根淀粉對(duì)預(yù)防癌癥、黃疸肝炎、破傷風(fēng)等病癥有一定作用［2］。蕨粉還可用來制作飴糖、餅干、粉條、涼粉等食品，也可用來釀酒和制造酒精［3］。蕨根中淀粉的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)直接關(guān)系到蕨根的深加工和應(yīng)用［4］。淀粉的糊特性是加工性能的重要指標(biāo)，淀粉糊的特性與淀粉的品種［5－7］不同生長(zhǎng)環(huán)境［8］及產(chǎn)品的成分［9］等有關(guān)。

有關(guān)蕨根淀粉，杜雙奎等［4］研究了蔗糖、NaCl、堿面和明礬添加及pH值對(duì)蕨根淀粉糊化特性的影響。本研究以蕨根為原料提取蕨根淀粉，并對(duì)淀粉顆粒形貌、糊流變曲線、糊冷熱黏度、糊透明度、抗剪切性、凍融穩(wěn)定性、凝沉性、抗老化性的測(cè)定等理化性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。旨在充分利用野生資源，為蕨根淀粉的開發(fā)利用提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

蕨根：安徽大別山。

氫氧化鈣、氫氧化鈉、鹽酸、無水乙醇、氫氧化鉀、正丁醇、異戊醇、二甲亞砜、無水氯化鈣、四氯化錫（均為分析純）。

EVO－18型掃描電子顯微鏡：英國－卡爾蔡司；NDJ－9S型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)：上海天平儀器總廠；DL－5型低速大容量離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠；Viscograph－E型布拉班德黏度儀，8012型布拉班德黏度儀：德國布拉班德公司；101C－3B型電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海實(shí)驗(yàn)儀器總廠；DZF－1B型真空干燥箱：上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠；WZZ－1S型數(shù)字式自動(dòng)旋光儀，722S型分光光度計(jì)：上海精密科學(xué)儀器廠；HH－6型數(shù)顯恒溫水浴鍋：常州國華電器有限公司；JJ－1精密電動(dòng)攪拌器：江蘇富華儀器有限公司；SF－170型高速粉碎機(jī)：上海中藥機(jī)械廠。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 蕨根淀粉的提取與純化［10，11］

工藝流程：蕨根→浸泡→清洗→晾干→切段→粉碎→堿浸→篩分→離心→提純→干燥→成品

主要操作步驟：選擇優(yōu)質(zhì)蕨根浸泡24 h后，清洗并自然晾干，切段，粉碎。然后用0.3%的Ca（OH）2堿液浸泡，浸泡溫度為40℃，時(shí)間10 h，料液比1∶5。先后用40目、100目和200目濾布過濾，用清水多次沖洗后靜置，使淀粉沉淀下來。再經(jīng)4 000 r／min下離心10 min，制得蕨根粗淀粉。收集粗淀粉，加4%乙醚數(shù)毫升到離心管內(nèi)，用細(xì)玻璃棒充分?jǐn)嚢瑁缓箅x心，傾出上清液并收集以備回收乙醚。沉淀中再加70%乙醇10 mL，充分?jǐn)嚢枰韵礈鞖堄辔?，傾去上清液，重復(fù)洗滌數(shù)次以去除可溶性糖分，最后用熱的0.3%的氫氧化鉀溶液去除蛋白質(zhì)，重復(fù)2次，再用水沖洗數(shù)次，直至淀粉顯中性。最后將沉淀在電熱鼓風(fēng)干燥箱中40～50℃下干燥24 h即得成品。

1.2.2 淀粉顆粒形貌表征

用雙面膠把樣品顆粒固定在樣品臺(tái)上，經(jīng)真空鍍金膜后，放入掃描電子顯微鏡中，進(jìn)行觀察。1.2.3 蕨根淀粉的糊化特性

1.2.3.1 糊流變曲線及糊化溫度的測(cè)定：用Viscograph－E型布拉班德黏度儀，測(cè)量盒扭距700 cm·Hg。淀粉乳濃度ω（淀粉）6.0%，含水量8.1%。測(cè)定程序?yàn)椋?0℃開始以7.5℃·min－1升溫至95℃；95℃保持10 min；再以7.5℃·min－1降溫至55℃；55℃下保持10 min［12］。儀器記錄測(cè)定過程中糊黏度值獲得黏度曲線。

1.2.3.2 糊冷、熱黏度的測(cè)定：用德國8012型Brabender連續(xù)黏度計(jì)，把樣品用水調(diào)成3% 的淀粉乳，調(diào)pH為6，在水浴中加熱至95℃，然后保持95℃攪拌30 min，最后以1.5℃／min的速度冷卻至室溫，分別測(cè)其黏度。95℃下測(cè)得的黏度為熱黏度，30℃下測(cè)得的黏度為冷黏度。［13］

1.2.3.3 糊透明度的測(cè)定：把樣品用蒸餾水調(diào)成1%的淀粉乳，取50 mL放入100 mL燒杯中，置于沸水浴中加熱攪拌15 min，并保持原有體積。然后冷卻至室溫，用1 cm比色皿在620 nm波長(zhǎng)下，以蒸餾水為空白，以蒸餾水的透光率為100%，測(cè)定淀粉糊的透光率［14］。

1.2.3.4 抗剪切性的測(cè)定：將樣品用蒸餾水調(diào)成3%的淀粉乳，置于水浴上不斷攪拌，以1.5℃／min升溫至95℃完全糊化，冷卻至30℃測(cè)其黏度，然后在200 r／min條件下剪切5 min，再測(cè)其黏度，計(jì)算剪切前后黏度的差值（單位為mPa·s）及相對(duì)差值［14］。

黏度差值＝剪切前的黏度－剪切后的黏度

1.2.3.5 凍融穩(wěn)定性的測(cè)定：將樣品用蒸餾水調(diào)成3%的淀粉乳，在沸水浴中加熱20 min，冷卻至室溫，置于－20～－15℃的冰箱中冷凍，24 h后取出，自然解凍，在3000 r／min條件下離心20 min，棄去上清液，稱取沉淀物質(zhì)量，計(jì)算析水率［15］。

1.2.3.6 凝沉性質(zhì)和抗老化性質(zhì)的測(cè)定：把樣品用蒸餾水調(diào)成1%的淀粉乳，在沸水浴中加熱攪拌15 min糊化，然后把淀粉糊放入刻度試管中，糊體積在15 mL處，在室溫下靜置24 h，記錄24 h后沉降物所占的體積即為沉降積，以mL表示［16］。

2 結(jié)果與分析

2.1 淀粉顆粒形貌表征［17］

從圖1可以看出蕨根淀粉顆粒大多呈橢圓形或鵝卵石形，大小較均勻，表面光滑，有較少的裂縫；個(gè)別的凹陷和深洞可能是由于在純化淀粉時(shí)堿溶液對(duì)淀粉分子的損壞以及在粉碎過程中的破壞等因素造成的。利用電鏡標(biāo)尺，測(cè)定計(jì)算出蕨根淀粉的粒徑范圍在10.23～26.14μm，平均粒徑為19.09μm。與幾種常見植物淀粉顆粒大小與形態(tài)比較［18］，結(jié)果見表1。

圖1 淀粉顆粒掃描電鏡照片

表1 幾種常見植物淀粉顆粒大小與形態(tài)比較

由圖1和表1可以看出，蕨根淀粉的平均粒徑比大米大而與玉米淀粉相當(dāng)，比甘薯淀粉顆粒小。不同來源的淀粉有不同的物理化學(xué)和功能性質(zhì)［19］，而淀粉及其成分的性質(zhì)又都與淀粉粒的大小形狀有關(guān)。

2.2 糊流變曲線與糊化溫度的測(cè)定

淀粉糊化和黏度等功能特性是非常重要的，因?yàn)樗鼈冎苯佑绊懶←湻鄣募庸ば阅懿⒆罱K影響產(chǎn)品的質(zhì)量［20］。布拉班德黏度測(cè)定儀（BV）測(cè)定蕨根淀粉和玉米淀粉糊化黏度性質(zhì)特征值見表2。

表2 淀粉糊黏度性質(zhì)特征值

由表2可以看出，蕨根淀粉和玉米淀粉糊化黏度性質(zhì)特征值有明顯不同，蕨根淀粉峰值黏度和最終黏度均較高；糊化時(shí)間、糊化溫度較低，且最終黏度低于峰值黏度。說明蕨根淀粉比玉米淀粉更易糊化，這可能與其中直鏈淀粉含量直接相關(guān)。糊化開始時(shí)淀粉顆粒吸水溶脹，蕨根淀粉的糊化開始溫度為74.0℃，低于玉米淀粉糊化開始溫度84.5℃，低的糊化溫度有利于食品中熱敏性成分免受高溫的破壞［21］。蕨根淀粉峰值黏度為588.0 BU，大大高于玉米淀粉峰值黏度。崩解值表示淀粉糊黏度熱穩(wěn)定性的變化，數(shù)值越大熱黏度穩(wěn)定性越差，蕨根淀粉的崩解值較高，但回升值較低，說明蕨根淀粉熱穩(wěn)定性較差，但不易老化?；厣当硎镜矸勰列詮?qiáng)弱，數(shù)值越小，凝沉性越弱，淀粉糊老化現(xiàn)象越輕。冷卻階段結(jié)束時(shí)與最終恒溫階段結(jié)束時(shí)黏度差值表示淀粉糊的冷黏度穩(wěn)定性，蕨根淀粉值較小為99.0 BU，說明其冷糊穩(wěn)定性較好。

2.3 蕨根淀粉與玉米淀粉的糊化特性比較

淀粉的各種糊化特性參數(shù)與淀粉的功能特性密切相關(guān)，也決定了其在食品工業(yè)中的應(yīng)用［22］。許多食品中加入淀粉，主要是利用其受熱糊化后產(chǎn)生的黏度使產(chǎn)品具有要求的組織的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。很多食品均需在較高溫度下加工或殺菌，淀粉分子在高溫下易解聚成小分子，黏度下降，膠體結(jié)構(gòu)破壞，使其失去增稠能力。在食品的貨價(jià)期內(nèi)，也希望淀粉保持較好的黏度穩(wěn)定性，以便保持食品良好的組織狀態(tài)。因此，對(duì)其冷熱黏度進(jìn)行了測(cè)定比較。

從表3可以看出，蕨根淀粉的冷、熱黏度都比玉米淀粉的冷、熱黏度要高，且差異顯著，表明蕨根淀粉在食品中應(yīng)用于常溫貨架保存內(nèi)其穩(wěn)定性較好。

淀粉糊的透明度大小反應(yīng)了淀粉分子與水結(jié)合能力的高低，同時(shí)也與淀粉溶解度有關(guān)［23］。由表3還可以看出，蕨根淀粉糊的透光率要比玉米淀粉糊的透光率大，且差異顯著，表明蕨根淀粉糊的透光性比玉米淀粉糊的透光性好。

在食品加工中，常常要進(jìn)行強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌，這就要求變性淀粉具備較強(qiáng)的抗剪切力，來保持淀粉糊液黏度的穩(wěn)定。因此，對(duì)其剪切前后的冷熱黏度進(jìn)行了測(cè)定，剪切前后的黏度差值和相對(duì)差值越小，淀粉糊的抗剪切性越好，反之越差。從表3可以看出，蕨根淀粉的抗剪切性比玉米淀粉的抗剪切性稍差，但差異不顯著。

在冷凍食品中應(yīng)用的淀粉糊，需要在低溫下冷凍，或者經(jīng)過多次的冷凍、融化，食品仍能保持原有的質(zhì)構(gòu)。析水率的高低能夠反映了淀粉凍融穩(wěn)定性的好壞，析水率越低則凍融穩(wěn)定性越好。從表3可以看出，蕨根淀粉的析水率比玉米淀粉的析水率要低，且差異顯著，說明蕨根淀粉的凍融穩(wěn)定性好。

表3 蕨根淀粉與玉米淀粉的糊化特性比較（alpha＝0.01）

淀粉乳受熱，顆粒溶脹吸收水分破裂，淀粉分子溶解于水而糊化。稀的淀粉糊放置一定的時(shí)間后會(huì)逐漸變混濁、分層沉淀，出現(xiàn)上清液、下方沉淀物的現(xiàn)象。糊的凝沉性質(zhì)和抗老化性質(zhì)可以用淀粉糊在24 h后沉降部分所占體積即沉降積來表示，沉降積越小，凝沉性越強(qiáng)，抗老化性越弱。從表3可以看出，蕨根淀粉的沉降積比玉米淀粉的沉降積大，且差異顯著，說明蕨根的凝沉性較弱，抗老化性較強(qiáng)。

3 結(jié)論

3.1 蕨根淀粉掃描電鏡結(jié)果表明，蕨根淀粉顆粒表面光滑，大小均勻，呈橢圓或鵝卵石形，粒徑范圍10.23～26.14μm，長(zhǎng)軸平均粒徑19.09μm。

3.2 布拉班德糊黏度曲線表明：蕨根淀粉糊化溫度68.9～89.4℃，峰值黏度611 mPa·s。

3.3 與玉米淀粉相比，蕨根淀粉糊穩(wěn)定性好、透光性好、凍融穩(wěn)定性好、凝沉性較弱、抗老化性較強(qiáng)、抗剪切性稍差。蕨根淀粉較適于速溶、快餐、冷凍食品加工。

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Study on Granul Shape and Pasting Properties of Fern Root Starch

Du Chuanlai1Wang Li1Pan Miaomiao2Guo Ziyi1
（Anhui Science and Technology University1，F(xiàn)engyang 233100）
（Anhui Fengbao Grain and Oil Food Stuffs Co.，Ltd2，F(xiàn)engyang 233100）

To discuss the pasting properties of fern root starch，the fern root was used as material to extract starch，and the starch was purified.The fern root starch granul shape，the viscosity curve of starch paste，the cold and hot viscosity，transparence，anti－cutting quality，the freeze－thaw stability，settlement and anti－aging physical properties were investigated in the research，and And the results are compared with corn starch.The result as follows：The surface of fern root starch granul was smooth by scanning electron microscope，the size was uniform，the shape was elliptic or ovate，grain diameter size scope was 10.23～26.14μm，average diameter in major axis was 19.09μm，slightly more than the corn starch.The viscosity curve of Brabender indicated pasting temperature of fern root starch was68.9 ～89.4 ℃ ，which was lower than that of corn starch paste.However，peak value viscosity was611 mPa.s，which was higher than the corn starch paste.Compara to corn starch，the fern root starch stability，the transparence，the stability in freezing and the freeze－thawand the anti－aging property were better，but the retrogradation and the shearing resistance was worse.So the fern root starch can be applied in instant food，fast food and frozen food.

fern root，starch，granul shape，pasting properties

TS232

A

1003－0174（2016）07－0046－05

時(shí)間：2016 －07－15 10：56：01

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http：／／www.cnki.net／kcms／detail／11.2864.TS.20160715.1056.002

國家農(nóng)業(yè)成果轉(zhuǎn)化基金（2014GB2C300011），安徽科技學(xué)院重點(diǎn)學(xué)科（AKZDXK2015B04）

2015－03－18

杜傳來，男，1968年出生，副教授，食品貯藏保鮮與加工