刘航,徐元元,马雨洁,徐变娜,王敏
(西北农林科技大学食品科学与工程学院,陕西杨凌,712100)
不同品种苦荞麦淀粉的主要理化性质*
刘航,徐元元,马雨洁,徐变娜,王敏
(西北农林科技大学食品科学与工程学院,陕西杨凌,712100)
研究了不同种类苦荞淀粉的性质。采用扫描电镜(SEM)拍摄了苦荞淀粉颗粒的形态;用X-射线衍射仪测定了X衍射图样及结晶结构;用快速黏度分析仪(RVA3)对各个淀粉黏度进行了测定;并与玉米淀粉进行了比较。同时测定了淀粉糊的透明度、凝沉曲线等性质。
苦荞麦,淀粉,理化性质
苦荞[Fagopyrum tataricum(L.)Gaertn.]是一种蓼科荞麦属双子叶植物,又名鞑靼荞麦(Tartary Buckwheat),是药食两用的粮食珍品,原产于我国西南部的四川凉山地区[1],目前在西北和西南等地区广有种植。由于苦荞麦在抗氧化、抗癌及增强人体免疫力等方面的生理功能[2],近年来越来越受到人们的青睐。淀粉是苦荞麦中的主要成分,苦荞麦的加工品质都受到其理化特性的影响。本实验以5种苦荞籽为原料制备苦荞淀粉,并与市售的玉米淀粉比较,探讨苦荞淀粉的基本理化特性,为苦荞麦加工以及品质的改良提供理论依据。
5个品种的苦荞籽,分别为西农 9940、西农9920、西农9909、川荞1号以及凉山小米荞(脱壳苦荞),均为2011年收获的优良苦荞麦种子,由西北农林科技大学陕西榆林小杂粮试验站提供;玉米淀粉,市售;无水乙醇、NaOH、石油醚(30~60℃)、乙酸、碘酸钾、碘、HCl等,均为分析纯试剂。
KQ-700DE型数控超声波清洗器,昆山市超声仪器有限公司;UV mini1240分光光度计,日本岛津公司;JD400-3电子分析天平,沈阳龙腾电子有限公司;快速粘度分析仪(RVA-SUPER3),澳大利亚新港科技有限公司 ;JSM-6360LV扫描电镜,日本JEOL公司;HH-6数显恒温水浴锅,国华电器有限公司;DHG-9203A电热恒温鼓风干燥箱,上海精宏实验设备有限公司。
用高速万能粉碎机磨粉,过60目筛。按料液比1∶20(g∶mL)添加体积分数 80%的乙醇,50℃下,功率为640 W的超声波处理30 min对苦荞麦粉中的黄酮类物质进行清除,重复处理2遍清除率可以达到80.1%。再参照杜健等人方法[3]并稍作修改,利用0.3%NaOH溶液在30℃下磁力搅拌10 min,3500r/min离心10 min,去除上清液,蒸馏水水洗3遍去除蛋白质,清除率达53.5%。再利用30~60℃石油醚浸泡振荡法清除油脂,在40℃烘箱干燥得到苦荞淀粉,粉碎过180目筛收集置于4℃冰箱中备用。
根据双波长比色原理[4],直链淀粉与碘反应产生纯蓝色复合物,支链淀粉与碘反应生成紫红色复合物,用两类淀粉的标准溶液分别与碘起显色反应,在同一个坐标系里进行扫描或作吸收曲线,按照吸收曲线确定参比波长 λ1,λ2,λ3,λ4。含有直链和支链淀粉的样品与碘显色,在选定的波长处作4次比色,然后用以上标准曲线即可分别求出样品中两类淀粉的含量。
利用扫描电镜(SEM)对淀粉进行观察,将一定量的干淀粉充分分散在载物台上双面导电胶上,在真空条件下进行喷金处理,扫描电镜工作电压为100V(日本标准),加速电压为15kV。
准确称取淀粉样品1.0 g,加入到100 mL蒸馏水中,配置质量浓度为10 mg/mL的淀粉乳,沸水浴中加热30 min并不断搅拌,冷却至30℃,以蒸馏水为空白(100%透光率),比色皿的厚度为1 cm,在620 nm处测定样品透光率[5]。
使用D/max2200pc型X射线衍射仪在室温下测定淀粉的结晶特性。测试条件:衍射角2θ,5°~60°,步长:0.02°,靶型:Cu,管压、管流:40kV、30mA。
室温下利用快速黏度分析仪(RVA-3)对淀粉进行粘度分析,按料液比1∶2(g∶mL)添加蒸馏水,温度范围50~95℃,过程时间13 min,转速960~160 r/min。
把质量浓度为10 mg/mL淀粉糊放于100 mL,20 mm的刻度管中,在30℃下每隔一段时间记录上层清液体积,绘成清液体积百分比对时间的变化曲线即为淀粉糊的凝沉曲线。沉降24 h后,下层糊液的体积即为沉降积[6]。
称取500mg淀粉样品加入到50 mL蒸馏水中,振荡均匀,在不同温度下搅拌加热30 min,水浴温度以5℃为间隔从60℃升温至90℃。以3000 r/min离心20 min,上清液蒸干后即得可溶物质,称重为A;下层沉淀物收集并称重为P[7]。溶解度和膨润度计算公式如下:
式中:m为淀粉样品的质量,g;A为水溶淀粉的质量,g;P为膨胀淀粉的质量,g。
采用Excel2003和DPS6.5分析软件对单因素试验中的各因素进行比较分析。试验中各数据重复测定3次取平均值。
利用双波长比色法对不同淀粉中的直链、支链淀粉含量进行测定,所测得的直链淀粉标准曲线方程为:y=0.2639x-0.0383,R2=0.9994;测得的支链淀粉标准曲线方程为:y=0.0652x+0.0071,R2=0.9989。根据双波长扫描结果确定λ1=472 nm,λ2=574 nm,λ3=738 nm,λ4=544 nm,各个淀粉中直链和支链淀粉含量测定结果如表1所示。从表1可以看出,所有苦荞淀粉中的直链淀粉含量都高于玉米淀粉;不同品种苦荞淀粉中的直链淀粉含量差异也很明显,其中西农9920的直链淀粉含量最高,为33.4%;而川荞1号直链淀粉含量最低,为28.5%。这一结果与以往关于苦荞直链淀粉含量较高的报道相一致。
表1 不同淀粉直、支链淀粉含量 %
不同淀粉颗粒,外貌特征和大小都有一定的差别,这是淀粉颗粒重要的形态特征。淀粉颗粒形态的差异主要是品种的基因和生长环境综合作用的结果[8]。由图1可见,玉米淀粉颗粒呈多角形,不同苦荞淀粉颗粒的形状都可以认为是不规则性,苦荞淀粉颗粒更加圆滑一些。在放大倍数相同的情况下,玉米淀粉颗粒相比苦荞淀粉更大,而不同品种苦荞淀粉颗粒大小比较接近,没有明显的差异。
淀粉糊的透明性与老化有很大的相关性,一般易老化者透明度较差。透光率反映淀粉糊透明度的高低,显示淀粉与水结合能力的强弱[9]。淀粉颗粒吸水膨润和受热糊化后,如果淀粉分子完全膨润,不发生相互缔合,回生后不形成凝胶束,则淀粉糊就非常透明。
由图2可见,玉米淀粉的透光率最大,苦荞淀粉中川荞1号的透光率最大,为16.8%;西农9920淀粉的透光率最低,只有12.4%。一般情况下,直链淀粉含量高的淀粉透明度低[10]。这一结论与本研究中不同淀粉直支链淀粉的含量及透光率高低的结果相吻合。
图2 不同淀粉的透光率
不同淀粉的X射线衍射图谱如图3所示。由图3可以看出,玉米淀粉的X射线衍射图的特征峰对应的衍射角与各种苦荞淀粉的基本一致,其出现衍射峰的衍射角为 15°、16.9°、18°和 22.38°,各种苦荞淀粉特征峰值与之接近,它们都与A结晶淀粉X射线衍射图特征一致,因此各个苦荞淀粉可以认为是A晶型结构淀粉。不同品种苦荞淀粉的X射线衍射图谱也存在一定差异,西农9940、西农9920两个淀粉样品的第4特征峰对应的衍射角不够明显;而且西农9909淀粉的X射线衍射峰值强度较弱且在衍射后期有小的杂峰出现,这可能与样品内的细小杂质有关。
图3 苦荞淀粉X射线衍射图
不同淀粉糊黏度分析曲线如图4所示。从图4可以看出,玉米淀粉糊的黏度低于所有苦荞淀粉糊黏度,各个苦荞淀粉糊的黏度也存在明显区别。苦荞淀粉峰值黏度出现的时间几乎一致,早于玉米淀粉峰值粘度出现时间;西农9920的峰值黏度最高,达到了4.545 Pa·s,西农9909的崩溃黏度最低,为1.996Pa·s,其中西农9940的黏度曲线趋势与其他苦荞品种存在差异,没有明显的黏度崩溃迹象。苦荞淀粉最终黏度比较接近,没有太大的区别,只有西农9909的最终粘度比较低,为4.168 Pa·s,西农9920的最终黏度依然最高,为5.069 Pa·s。
图4 不同淀粉黏度分析曲线
不同淀粉糊的凝沉曲线如图5所示。从图5可以看出,玉米淀粉糊与不同苦荞淀粉糊的凝沉趋势比较类似。在凝沉的前8 h,各个淀粉的凝沉几乎呈现直线变化,小米荞淀粉的凝沉积始终最低,玉米淀粉凝沉值最高。但是8 h过后,玉米淀粉的凝沉曲线趋于直线,凝沉值不再有明显的增长,24 h后的凝沉积为63.5 mL。不同苦荞淀粉糊的凝沉值在凝沉8 h后仍继续增长,而且西农9940淀粉糊的凝沉值增长的最快。24 h后不同苦荞淀粉糊的凝沉积分别为:西农9940为22 mL,小米荞为23 mL,西农9909为19.8 mL,西农9920为29 mL,川荞1号为22 mL,它们之间没有显著的差异,但是与玉米淀粉相比苦荞淀粉的凝胶能力要强。
图5 不同淀粉的凝沉曲线
由图6和图7可见,不同淀粉的膨润度和溶解度都呈现出随温度上升而增大,玉米淀粉的膨润度低于苦荞淀粉的,这与玉米淀粉中直链淀粉含量较低有关。在溶解度方面,玉米淀粉的溶解度比苦荞淀粉的高,这与膨润度结果一致,但在80℃时,有一个明显的下降;而西农9909则有一个明显的上升。最终玉米淀粉溶解度仍高于苦荞淀粉。苦荞淀粉之间的差异也比较明显,且与膨润度结果基本一致。
图6 不同淀粉膨润度曲线
图7 不同淀粉溶解度曲线
试验所用苦荞品种的淀粉颗粒大小比较接近,没有明显的差异均小于玉米淀粉颗粒。X射线衍射结果表明,苦荞淀粉的晶体结构为典型的A晶型,与一般谷物作物的结构一致。苦荞淀粉中的直链淀粉含量高于玉米淀粉,平均高达30.14%,其中西农9920最高为33.4%,川荞1号最低为28.5%。从凝沉特性可以看出苦荞淀粉的凝胶能力普遍要远强于玉米淀粉,同时从膨润度和溶解度曲线可以知道,苦荞淀粉结合水以及持水能力都要强于玉米淀粉,这与其高含量的直链淀粉有关。
[1]郭刚军,何美莹,邹建云,等.苦荞黄酮的提取分离及抗氧化活性研究[J].食品科学,2008,29(12):373-376.
[2]李海萍,王敏,柴岩,等.凉山地区苦荞酚类物质的提取及抗氧化能力研究[J].安徽农业科学,2010,38(10):5097-5100.
[3] 郎桂常.苦荞麦的营养价值及其开发应用[J].中国粮油学报,1996,11(3):9-14.
[4]Guo Xiaona,Yao Huiyuan.Fractionation and characterization of tartary buckwheat flour proteins[J].Food Chemistry,2006,98:90-94.
[5]杜健,张晖,郭晓娜,等.苦荞麦分离蛋白的提取及功能性质研究[J].粮食与饲料工业,2007(3):17-19.
[6]厦门大学化学系分析化学教研室.双波长分光光度法原理简介[J].分析化学,1978,6(3):224-231.
[7]高群玉,吴磊,刘垚.甘薯淀粉糊性质的研究[J].食品工业科技,2008,29(08):153-155.
[8]王航,黄立新,高群玉,等.橡子淀粉性质的研究[J].食品与发酵工业,2002,28(7):1-4.
[9]单珊,周慧明,朱科学.紫薯淀粉理化性质的研究[J].粮食与饲料工业,2011,(4):27-30.
[10]Tester R F,Karkalas J.The effects of environmental conditions on the structure features and physicochemical properties of starches[J].Starch,2001,53:513-519.
[11]顾娟,洪雁,顾正彪.荞麦淀粉理化性质的研究[J].食品与发酵工业,2008,34(04):36-39
[12]罗志刚,高群玉,杨连生.甘薯淀粉性质的研究[J].食品科技,2004,(2):15-17
[13]黄小平,王萍,刘敦华,等.甘薯淀粉性质及所制粉丝品质的研究[J].粮食与食品工业,2008,15(02):31~32,40
[14]Oluwatooyin F O,Tayo N F,Ellina K,et al.Comparison of the physicochemical properties and pasting characteristics of flour and starch from red and white sweet potato cultivars[J].J Agric Food Chem,2003,51(8):2232-2236.
ABSTRACTThe physical and chemical properties of different kinds of tartary buckwheat starches were studied.The granule morphology,X-ray diffraction pattern and paste viscosity of different tartary buckwheat starches compared with maize starch were analyzed by SEM,X-ray diffraction and RVA3 respectively.Also,the transparency,gelatinization and other properties of the starches were studied.It provided some basis theory for guiding development and further research of tartary buckwheat starch.
Key wordsbuckwheat,starch,physicochemical properties
Study on the Main Physicochemical Properties of Different Tartary Buckwheat Starches
Liu Hang,Xu Yuan-yuan,Ma Yu-jie,Xu Bian-na,Wang Min
(College of Food Science and Engineering,Northwest A & F University,Yangling 712100,China)
硕士研究生(王敏博士为通讯作者)。
*国家现代农业产业技术体系建设资金资助(CARS-08-D-2);国家科技支撑计划课题(2012BAD34B05)
2012-03-23,改回日期:2012-05-16