周劍敏 卞 旭 孫 佳 孫旭陽 高成成 吳 迪 陳鳳蓮 湯曉智

(南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院；江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心； 江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1，南京 210023) (哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院2，哈爾濱 150076)

大米含有非常豐富的淀粉，約占干物質(zhì)總量的90%[1]。淀粉經(jīng)過糊化后，能形成具有一定彈性和強(qiáng)度的半透明凝膠，凝膠的黏彈性、強(qiáng)度等特性對大米淀粉凝膠類食品的加工、成型以及其口感、食用性能等都有較大影響。此外，糊化處理后的大米淀粉凝膠制品在運(yùn)輸、儲(chǔ)存過程中會(huì)不可避免的發(fā)生老化現(xiàn)象，這嚴(yán)重影響了淀粉凝膠制品的品質(zhì)、口感及貨架期[2]。

將淀粉與親水性膠體混合在食品工業(yè)中常用于調(diào)控淀粉性能，如流變特性[3]、質(zhì)構(gòu)特性[4]及老化特性[5]等。王玉珠等[6]探究了添加HPMC、瓜爾豆膠和卡拉膠對大米淀粉黏度特性的影響，結(jié)果表明HPMC、瓜爾豆膠使大米淀粉的黏度、回生值增加，卡拉膠使大米淀粉的黏度和回生值降低。Yalcin等[7]向米粉中添加黃原膠或刺槐豆膠來探究糊化程度對米粉品質(zhì)特性的影響，發(fā)現(xiàn)黃原膠使樣品的RVA黏度值下降，而刺槐豆膠增加RVA黏度值。唐敏敏等[8]研究了黃原膠對大米淀粉長期回生的影響,結(jié)果表明向大米淀粉中添加黃原膠能夠使凝膠的質(zhì)地更加柔軟，黏著性增加，內(nèi)聚性降低，凝膠結(jié)構(gòu)更加致密，且黃原膠能降低淀粉的重結(jié)晶度，抑制支鏈淀粉的回生。

在天然中性多糖中，普魯蘭多糖由于其無毒、安全、耐熱性強(qiáng)、耐鹽性好、耐酸堿、良好的成膜特性、可塑性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注[9]。盡管普魯蘭多糖在醫(yī)藥和食品領(lǐng)域已經(jīng)有了較廣泛的應(yīng)用，但普魯蘭多糖對秈米粉凝膠及老化特性的研究仍然不多?；诖?，本研究探索普魯蘭多糖對秈米粉的糊化特性、流變特性、凝膠質(zhì)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)以及老化的影響，以拓展普魯蘭多糖在食品工業(yè)特別是淀粉凝膠類食品中的應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 原料及設(shè)備

秈米粉：江西金林糧油食品有限公司；普魯蘭多糖(平均分子量1×105Da)；其他化學(xué)試劑為分析純。

Super4型快速黏度測定儀；MCR 302動(dòng)態(tài)流變儀；D8 Advance X射線衍射儀；TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀；TM-3000型臺(tái)式掃描電子顯微鏡。

1.2 混合粉的制備

將普魯蘭多糖與秈米粉按照一定比例(2%、4%、6%、8%，以混合粉總質(zhì)量為100計(jì))充分混合均勻，不添加普魯蘭多糖的秈米粉作為對照。

1.3 糊化特性的測定

準(zhǔn)確稱取(3.5±0.01)g樣品，樣品水分基準(zhǔn)為14%，加入蒸餾水(25.0±0.01)mL，置于RVA專用鋁盒中進(jìn)行混合。具體測試程序?yàn)椋?0 ℃ 保持1 min；然后以12 ℃/min的速率升溫至95 ℃(3.75 min)，保持2.5 min后，再以12 ℃/min 的速率降溫至50 ℃(3.75 min)，保持1 min。測定過程中攪拌器960 r/min保持10 s，其余時(shí)間均保持在160 r/min。每組樣品取3次平行。用TCW配套軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到峰值黏度、最低黏度、崩解值、最終黏度、回生值和糊化溫度等特征參數(shù)。

1.4 動(dòng)態(tài)流變特性測定

采用Anton Paar MCR 302動(dòng)態(tài)流變儀進(jìn)行測定。取1.3制備得到的樣品糊，平板直徑為50 mm(轉(zhuǎn)子：PP50)，平板間距1 mm。測試溫度為25 ℃，應(yīng)變?yōu)?.5%，頻率變化范圍為0.1～20 Hz，測定樣品彈性模量G′、黏性模量G″和損耗角正切值tanδ的變化。

1.5 掃描電子顯微鏡

取1.3處理得到的樣品糊，倒入塑料模具中，4 ℃下放置24 h(蓋上塑料膜密封防止水分損失)得到凝膠，用 3%戊二醛固定，0.1 mol/L的磷酸緩沖液沖洗后，再用 30%、50%、70%、90%和 100%的乙醇梯度洗脫，經(jīng)冷凍干燥后，離子濺射噴金，置于掃描電子顯微鏡下觀察，取500倍圖片保存。

1.6 凝膠質(zhì)構(gòu)特性的測定

采用TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行測定。取1.3制備得到的樣品糊，倒入塑料模具中，于4 ℃下放置24 h(蓋上保鮮膜防止水分流失)，取出后在室溫下放置30 min。使用P/6圓柱型探頭，測試前速度：5.00 mm/sec，測試速度：2.00 mm/sec，測試后速度：2.00 mm/sec，距離：10 mm，觸發(fā)力：5.0 g，間隔時(shí)間：5 s，數(shù)據(jù)采集：200 pp/s，測試凝膠的硬度、脆性、彈性、黏聚性、膠著度、咀嚼度、回復(fù)性、黏附性等特性。

1.7 X-射線衍射分析

取1.3處理得到的樣品糊，冷卻至室溫后倒入塑料模具中，4 ℃下放置7 d(蓋上塑料膜密封防止水分損失)，凍干后磨粉并進(jìn)行X-射線衍射分析，管壓40 kV，管流30 mA，掃描范圍3°～50°，掃描速度為3°/min。采用Jade 6.0對衍射圖譜進(jìn)行處理，計(jì)算相對結(jié)晶度。

1.8 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)采用Origin 8.5進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析以及作圖，SPSS19.0 數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并用Duncan法進(jìn)行顯著性分析(P<0.05) 。

2 結(jié)果與討論

2.1 混合粉的糊化特性分析

由表1可以看出，隨著普魯蘭多糖添加量的增加，混合粉的峰值黏度、最低黏度、崩解值、最終黏度和回生值均呈逐漸降低的趨勢，糊化溫度略有升高。峰值黏度的降低可能是因?yàn)槠蒸斕m多糖與水分子的結(jié)合能力高于淀粉與水分子的結(jié)合能力，起到了和淀粉競爭水的作用，從而抑制了淀粉糊化，導(dǎo)致淀粉糊的黏度降低[10]。此外，糊化黏度與淀粉的總量相關(guān)，隨著普魯蘭多糖添加量的增加，總淀粉含量降低，也導(dǎo)致峰值黏度的持續(xù)降低。崩解值是由于在高溫下糊化淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)解體引起的黏度變化，主要受直鏈淀粉含量和支鏈淀粉的精細(xì)結(jié)構(gòu)影響[11]。隨著普魯蘭多糖添加量的增加，崩解值下降，說明普魯蘭多糖能夠增強(qiáng)淀粉的熱糊穩(wěn)定性，這可能是由于普魯蘭多糖類似于直鏈淀粉的線性結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的?；厣捣磻?yīng)淀粉老化的趨勢，回生值越低，老化越不明顯[12]。隨著普魯蘭多糖添加量從0%增加到8%，大米淀粉的回生值從1 609 cP降低為1 298 cP，表明普魯蘭多糖在一定程度上抑制了直鏈淀粉的短期回生，能夠有效延緩大米淀粉的老化，且普魯蘭多糖的添加量越大，延緩淀粉老化的作用越強(qiáng)。普魯蘭多糖的添加使秈米淀粉的糊化溫度略微升高，可能是因?yàn)槠蒸斕m多糖的添加與淀粉競爭水，水分子對淀粉顆粒的滲透和對淀粉分子中氫鍵的攻擊遭到抑制，因此抑制了淀粉的糊化，使得糊化時(shí)間被推遲，糊化溫度升高[10]。

2.2 動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性

圖1 為普魯蘭多糖添加對秈米粉動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性的影響。由圖1可見，所測樣品的G′均大于G″，tanδ小于1，G′與G″隨頻率增加而上升，表現(xiàn)為一種典型的弱凝膠動(dòng)態(tài)流變學(xué)譜圖[13]。隨著普魯蘭多糖添加量的增加，混合粉的G′和G″呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，而tanδ呈上升的趨勢，表明普魯蘭多糖的添加對大米淀粉凝膠的黏彈特性具有不利影響，這一結(jié)果與糊化特性中最終黏度呈下降趨勢相一致。其原因在于普魯蘭多糖對大米淀粉的糊化具有一定程度上抑制的作用。當(dāng)大米淀粉中添加了普魯蘭多糖時(shí)，普魯蘭多糖的強(qiáng)親水特性使得其一方面可以與淀粉顆粒競爭水；另一方面，在糊化的過程中，普魯蘭多糖分子可能與滲漏出來的直鏈淀粉結(jié)合，并黏附到淀粉顆粒的表面，抑制淀粉顆粒的吸水膨脹和直鏈淀粉的進(jìn)一步滲出。

表1 混合粉的糊化特性

注：同列中字母不同表示差異顯著(P<0.05)，下同。

圖1 動(dòng)態(tài)時(shí)間流變學(xué)特性

2.3 凝膠微觀結(jié)構(gòu)

由圖2掃描電鏡圖可知，純秈米粉老化后凝膠結(jié)構(gòu)的連續(xù)性明顯較好，孔洞較少，凝膠結(jié)構(gòu)致密，隨著普魯蘭多糖添加量的逐漸增大，混合粉的凝膠結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)孔洞越來越多的趨勢，結(jié)構(gòu)變得粗糙，表明秈米粉連續(xù)性的凝膠結(jié)構(gòu)被破壞。其原因可能是，隨著普魯蘭多糖添加量的增加，淀粉分子與水分子的結(jié)合受到阻礙，從而抑制淀粉的溶脹，影響混合粉糊化特性。普魯蘭多糖可能與直鏈淀粉分子相結(jié)合，從而抑制了老化過程中直鏈淀粉的重排，破壞了淀粉凝膠結(jié)構(gòu)的連續(xù)性。網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)是由于冷凍干燥時(shí)脫水而形成的，且普魯蘭多糖添加量越大，形成的孔洞越多，表明普魯蘭多糖易與水分子結(jié)合，從而影響了淀粉的糊化和老化[14]。

圖2 混合粉凝膠結(jié)構(gòu)截面掃描電鏡圖

2.4 混合粉的凝膠質(zhì)構(gòu)特性

由表2可知，隨著普魯蘭多糖添加量的增加，凝膠的硬度、彈性、膠著度和咀嚼度均呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。凝膠的質(zhì)構(gòu)特性是對淀粉凝膠食品接受程度最重要的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，凝膠硬度和彈性是其最主要的質(zhì)構(gòu)特性[15]。純秈米粉具有最高的凝膠硬度和彈性，添加8%普魯蘭多糖后，凝膠硬度和彈性分別降低到8.15 g和0.56。這可能是普魯蘭多糖添加量的增加破壞了淀粉凝膠結(jié)構(gòu)的連續(xù)性(圖2)，導(dǎo)致混合粉的凝膠硬度降低。凝膠質(zhì)構(gòu)呈現(xiàn)的結(jié)果與RVA的最終黏度以及混合粉的流變特性相一致。

表2 混合粉凝膠TPA特征值

2.5 X-射線衍射

X-射線衍射法通過測定淀粉體系內(nèi)晶體的含量來反映淀粉的回生程度，結(jié)晶的含量和大小決定了衍射峰的高度和寬度，峰越高、越窄，表明著結(jié)晶含量越多、結(jié)晶區(qū)域越完整，回生程度強(qiáng)。圖3為不同添加量的普魯蘭多糖與秈米復(fù)配的樣品糊化后的回生XRD圖。在淀粉的老化過程中，A型到B型衍射峰的轉(zhuǎn)變已經(jīng)被廣泛報(bào)道[16]，即在17°處附近有一特征峰，這主要由貯存過程的中支鏈淀粉的重結(jié)晶所引起的，表明了淀粉糊分子聚集狀態(tài)的改變。此外，20°處的峰往往被認(rèn)為是直鏈淀粉和與天然存在的脂質(zhì)復(fù)合所形成的，直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物作為一種抗消化的產(chǎn)物，對于人體血糖的調(diào)節(jié)也有一定的作用，被定義為RS5型抗性淀粉[17]。進(jìn)一步計(jì)算相對結(jié)晶度，由表3可以看出，隨著普魯蘭多糖添加量的逐漸升高，樣品體系的重結(jié)晶度有所降低，可見普魯蘭多糖對秈米淀粉的重結(jié)晶具有一定的抑制作用。普魯蘭多糖的添加，使淀粉分子間形成氫鍵的難度增加，普魯蘭多糖的親水特性也使得淀粉分子周圍的水分子無法有效參與淀粉的老化，同時(shí)，普魯蘭多糖也會(huì)抑制淀粉吸水溶脹，減少直鏈淀粉的滲出，一定程度上抑制了淀粉的回生。

圖3 添加不同比例普魯蘭多糖的秈米粉的XRD圖

表3 X-射線衍射測定的回生樣品的相對結(jié)晶度

普魯蘭多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%02468相對結(jié)晶度/%13.34±0.52a11.33±0.61b10.19±0.54c9.60±0.38cd7.12±0.44e

3 結(jié)論

研究不同添加量的普魯蘭多糖對秈米粉糊化特性、流變特性、凝膠質(zhì)構(gòu)以及微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，普魯蘭多糖的添加降低了混合粉的峰值黏度、最低黏度、崩解值、最終黏度和回生值，表明普魯蘭多糖抑制了淀粉的糊化。隨著普魯蘭多糖添加量的增加，G′ ，G″逐漸下降，tanδ逐漸增加，凝膠強(qiáng)度和彈性逐漸下降，表明普魯蘭多糖的添加破壞了大米淀粉凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的連續(xù)性。此外，普魯蘭多糖的增加使凝膠體系的重結(jié)晶度明顯降低，表明普魯蘭多糖能有效地抑制大米淀粉的回生。普魯蘭多糖可作為一種新型的延緩老化劑，用于開發(fā)保質(zhì)期長、口感好的淀粉凝膠類食品。