超高压技术对玉米粉糊化度的影响

李建珍，刘景圣*，张大力，郑明珠，闵伟红

(吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林 长春 130118)

超高压技术对玉米粉糊化度的影响

李建珍，刘景圣*，张大力，郑明珠，闵伟红

(吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林 长春 130118)

为改善玉米粉加工和食用品质，以普通玉米粉为原料，分别采用单因素和正交试验研究压力、保压时间、玉米粉质量浓度对其糊化度的影响。结果表明：在实验范围内，随着超高压处理压力的增大、保压时间的延长、玉米粉糊化度逐渐升高、玉米粉质量浓度的增大，玉米糊化度均呈先增加后降低的趋势；通过正交试验可知，压力500MPa、保压时间20min、玉米粉质量浓度15g/100mL时，玉米粉糊化度达到最大为98.66%。

玉米粉；超高压技术；糊化度

玉米粉具有丰富的营养价值和保健功能，但由于玉米粉本身的分子结构，影响了玉米粉营养成分的利用率[1]，尤其玉米粉食品食用口感粗糙，一直被视作粗粮。虽然目前国内市场玉米粉产品较多，但都是玉米去皮去胚后的粉碎物，没有解决口感粗糙和营养吸收问题。

超高压技术被誉为21世纪十大尖端科技之一，在常温或较低温度下，可以使食品中的酶、蛋白质和淀粉等生物大分子改变活性、变性或糊化，而食品的天然味道、风味和营养价值不受或很少受影响，并可能产生一些新的质构特点[2]。超高压处理可以使淀粉糊化[3-5]。类似于热糊化超高压使淀粉糊化分两步[6]：第一步，淀粉颗粒的无定形区发生水合作用，使淀粉颗粒溶胀，结晶区域变形；第二步，结晶区与水充分接触。热糊化过程中，不同的糊化时间和加热温度使不同的淀粉有不同的糊化温度和糊化度[7]。与此类似，压力糊化过程中，不同的淀粉糊化需要不同的压力范围，糊化度的大小取决于处理压力的大小和高压处理时间、温度等[8]。

本研究采用超高压技术对玉米粉进行改性，使玉米粉中的淀粉糊化，改善玉米粉的加工和食用品质，探索使玉米面粉成为面食品重要原料的途径。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

市售普通玉米粉。

0.05 mol/L碘液、0.1mol/L氢氧化钠溶液、0.05mol/L硫代硫酸钠溶液、1mol/L盐酸溶液、10%硫酸、5g/100mL淀粉酶溶液。

UHPF/3L/800MPa高压食品处理装置 包头科发新型高技术食品机械有限责任公司。

1.2 方法

1.2.1 玉米粉水分含量的测定

按照GB/T 14769—1993《食品中水分的测定方法》中的常压加热干燥法进行测定。

1.2.2 样品前处理

称取适量玉米粉，按玉米粉与水的不同比例调制玉米粉悬浮液作为样品。将制备好的样品装入铝箔袋中，用真空封口机进行真空封口。

1.2.3 超高压处理

将真空包装的不同比例玉米粉悬浮液样品放入超高压设备的高压仓中，进行参数设定，在不同的压力和保压时间条件下对玉米粉进行超高压处理。将超高压处理过的样品进行抽滤，在50℃的烘箱中烘干，粉碎，待测。

1.2.3.1 单因素试验参数设定

压力：将配制好的25g/100mL的玉米粉悬浮液分别在100、200、300、400、500、600MPa条件下保压10min。

保压时间：将配制好的25g/100mL的玉米粉悬浮液在500MPa条件下分别保压5、10、15、20、25、30min。

玉米粉质量浓度：分别配制5、10、15、20、25、30g/100mL的玉米粉悬浮液，在500MPa条件下保压20min。

1.2.3.2 正交试验

在单因素试验的基础上，选取以下因素水平进行正交试验。

表1 玉米糊化工艺正交试验因素水平表Table 1 The table of factors and levels

1.2.4 玉米粉糊化度的测定

酶水解法[9]。

2 结果与分析

2.1 压力对玉米粉糊化度的影响

图1 压力对超高压处理玉米粉糊化度的影响Fig.1 Effects of different pressure on gelatinization degree of corn flour

由图1可知，当压力从100MPa上升到300MPa时，糊化度基本保持不变，维持在3 5%左右，当压力为400MPa时，糊化度为增加到44.48%，随着压力进一步升高，玉米粉糊化度快速升高，压力达到600MPa时，糊化度在试验压力条件下，达到最大值为91.58%，此时经过超高压处理的玉米粉悬浮液变成了类似凝胶的凝块。

从玉米淀粉颗粒的结构可知，玉米淀粉颗粒结构紧密，淀粉分子间的结合力较强，膨胀能力小[10]，且玉米粉含脂类化合物较多，与直连淀粉易形成直连淀粉-脂类化合物，抑制淀粉颗粒膨胀和糊化，所以压力较小时，糊化度基本不变。随着处理压力的增大，水分子和玉米粉淀粉分子间的势能也增大，促使玉米粉中的淀粉分子间氢键断裂以及水分子与淀粉分子间形成氢键而破坏淀粉的微晶结构，导致吸收超高压势能使淀粉糊化[11]。随着压力的不断增大，玉米粉中的淀粉颗粒吸水溶胀程度也越来越大，颗粒结构破坏程度越大，因此糊化度增大，这与刘延奇等[12]偏光显微图像效果相一致，当4 0 0 M P a压力处理时，颗粒形貌变化不大，500MPa时，部分颗粒已经开始吸水膨胀，至600MPa时，大部分颗粒已充分吸水膨胀，压力提供足够的势能，颗粒内部结晶结构被破坏，淀粉糊化度进一步提高。本研究考虑到600MPa处理玉米粉糊化度虽然比较高，但耗能比较大，在以下实验中均采用500MPa。

2.2 保压时间对玉米粉糊化度的影响

图2 保压时间对超高压处理玉米粉糊化度的影响Fig.2 Effects of different holding time on gelatinization degree of corn flour

由图2可知，在500MPa的压力处理下，处理时间在10min之内时，玉米粉的糊化度基本保持稳定，糊化度为70%，随着保压时间的进一步延长，玉米粉的糊化度逐渐升高，当保压时间达到20min时，玉米粉的糊化度达到最高为83.75%，继续延长保压时间，糊化度小幅度降低并保持稳定。这是因为在保压初期，游离水主要是进入玉米粉颗粒的非结晶区，淀粉粒径膨胀有限，当继续延长保压时间，大量的水进入颗粒的非结晶区和部分结晶区，部分晶体崩解，淀粉分子伸展，颗粒剧烈膨胀，破坏其紧密的分子结构，使其发生糊化。另外，压力作用是瞬间传递的，但分子运动、结构调整需要一定时间[13]，因此，在短时间内，玉米粉糊化度比较低，保压时间继续延长，糊化度逐渐升高。

2.3 玉米粉质量浓度对玉米粉糊化度的影响

图3 玉米粉质量浓度对超高压处理玉米粉糊化度的影响Fig.3 Effects of different corn flour concentration on gelatinization degree of corn flour

压力糊化要求自由水的存在，高压处理淀粉糊化需通过水合作用来实现[14]。由图3可知，随着玉米粉质量浓度的增加，糊化度升高，当玉米粉质量浓度达到15g/100mL时，糊化度达到最高为96.87%，玉米粉质量浓度进一步升高，糊化度降低并保持稳定。这是因为玉米淀粉颗粒有两部分(微晶区域和无定形区域)组成，当玉米粉质量浓度较低时，水分含量大，水的增塑作用增加了处于玻璃态的淀粉无定形区链段的活动性，玉米粉无定形区域从玻璃态转化为橡胶态，容易糊化；随着玉米粉质量浓度的增大，水分含量减小，玉米粉中淀粉颗粒的无定形区处于玻璃态，糊化度降低[15]。

2.4 正交试验

表2 玉米糊化工艺正交试验设计及结果Table 2 Design and results of L9(34) orthogonal tests

在以上单因素试验的基础上，对影响超高压技术处理玉米粉糊化度的压力、保压时间、玉米粉质量浓度三因素进行正交试验，正交试验结果见表2。

通过表2可知，影响程度顺序为压力＞保压时间＞玉米粉质量浓度，即压力对糊化度的影响最大，其次是保压时间，而玉米粉悬浮液质量浓度影响最小，超高压技术处理玉米粉影响玉米粉糊化度的最优组合为A1B2C2，在此条件下，玉米粉糊化度达到98.66%，即超高压处理玉米粉，玉米粉糊化的最优条件为玉米粉质量浓度15g/100mL、压力500MPa、保压时间20min。

3 结 论

超高压技术处理玉米粉过程中，压力、保压时间、玉米粉质量浓度影响玉米粉的糊化度，随着压力的升高，保压时间的延长，糊化度逐渐升高。玉米粉质量浓度从5g/100mL上升到15g/100mL时，糊化度升高，玉米粉质量浓度进一步升高，糊化度下降并保持稳定。正交试验结果表明，超高压处理玉米粉，玉米粉糊化的最优条件为压力500MPa、保压时间20min、玉米粉质量浓度15g/100mL，此条件下，玉米粉糊化度达到98.66%。

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Study on Effect of Ultra High Pressure on Gelatinization Degree of Corn Flour

LI Jian-zhen，LIU Jing-sheng*，ZHANG Da-li，ZHENG Ming-zhu，MIN Wei-hong
(College of Food Science and Engineering, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China)

In order to improve process and edible quality, the effects of different pressure, holding time and corn flour concentration on gelatinization degree of corn flour were studied with corn flour as raw material by single factor experiment and orthogonal experiment, in order to improve the processing quality and food quality of corn flour. The results showed that with the increment of pressure and prolongation of holding time, the gelatinization degree enhanced. With the concentration of corn flour increasing, gelatinization degree enhanced firstly and then decreased. The results of orthogonal experiment showed that the corn flour which concentration is 15g/100 mL was gelatinized 98.66 % under pressure of 500 MPa for 20 min.

corn flour；ultra high pressure technology；gelatinization degree

TS207.3

A

1002-6630(2011)06-0148-03

2010-12-20

国家“863”计划项目(2008AA100802)

李建珍(1986—)，女，硕士研究生，研究方向为粮油深加工。E-mail：LJZ-016@163.com

*通信作者：刘景圣(1964—)，男，教授，博士，研究方向为粮食深加工。E-mail：liujs1007@vip.sina.com