芸豆淀粉理化特性研究

杜双奎 王 华 聂丽洁

(西北农林科技大学食品科学与工程学院，杨凌 712100)

芸豆淀粉理化特性研究

杜双奎 王 华 聂丽洁

(西北农林科技大学食品科学与工程学院，杨凌 712100)

淀粉是芸豆中的主要碳水化合物，其性质直接影响芸豆资源的开发与利用。以花芸豆、小红芸豆、红芸豆、小黑芸豆和小白芸豆等菜豆属芸豆为试验材料，采用湿磨法提取淀粉，以马铃薯淀粉和玉米淀粉为对照，分析芸豆淀粉的颗粒特性与糊化特性。结果表明，5种芸豆淀粉颗粒形貌相似，大淀粉颗粒多为卵圆形或肾形，小颗粒多呈圆形，淀粉颗粒长轴粒径介于玉米淀粉和马铃薯淀粉之间。淀粉颗粒偏光十字多为较粗的“X”形或斜“十”形，较明显。芸豆淀粉溶解度和膨胀度均随温度升高而增大，属限制型膨胀淀粉。芸豆淀粉的透光度明显小于马铃薯淀粉，冻融稳定性不及玉米淀粉和马铃薯淀粉。芸豆淀粉起糊温度、峰值黏度、破损值、最终黏度和回生值分别为76．6～77．8℃、117．3～150．9 RVU、5．0～32．0 RVU、205．1～225．2 RVU和91．9～104．2 RVU。芸豆淀粉糊表现出好的热稳定性、抗剪切，易回生。

芸豆 芸豆淀粉 理化特性

芸豆，又名菜豆，豆科菜豆属(Phaseolus vulgaris L．)。芸豆原产美洲的墨西哥和阿根廷，我国在16世纪末开始引种栽培，主要有红芸豆、大白芸豆、花芸豆等多个品种。芸豆籽粒不仅营养丰富，而且具有药用价值，在国内外市场上深受欢迎［1－2］。近年来，随着人们生活水平的提高、保健意识的增强，以杂豆为原料的各种精制食品、方便食品及营养食品应运而生，并呈现迅速增长态势。淀粉是杂豆中的主要碳水化合物，其性质直接影响杂豆制品的加工特性。目前，有关绿豆淀粉、鹰嘴豆淀粉、蚕豆淀粉、扁豆淀粉等杂豆淀粉加工特性研究及应用已有报道［3－7］。淀粉理化特性影响食品的品质，如硬度、黏稠度、咀嚼度和消化特性等，淀粉加工过程中原料的输送、搅拌、混合、能量的损耗等均与淀粉糊的流变特性密切相关［8］。本研究以花芸豆、小红芸豆、红芸豆、小黑芸豆和小白芸豆为材料，采用湿磨法提取淀粉，分析5种芸豆淀粉的颗粒特性和糊化特性，旨在为芸豆资源的开发和利用提供基础理论依据，对芸豆淀粉的深加工起指导作用。

1 材料与方法

1．1 试验材料

花芸豆、小红芸豆、红芸豆、小黑芸豆、小白芸豆:市售;马铃薯淀粉和玉米淀粉:Sigma公司。

1．2 试验仪器

JSM－6360LV型扫描电子显微镜:日本电子株式会社;快速黏度分析仪RVA:澳大利亚Newport Scientific仪器公司;FW100高速万能粉碎机:天津泰斯特仪器有限公司;DMBA400数码显微镜:麦克奥迪实业集团中国有限公司;SHA－C恒温振荡水浴锅:常州国华电器有限公司;TDL－5－A低速台式大容量离心机:上海安亭科学仪器厂等。

1．3 试验方法

1．3．1 芸豆淀粉的提取［9］

取芸豆各50 g，用水漂洗3次，除去表面灰尘。加入150 mL 0．45%Na2S2O5溶液浸泡，放置过夜，用微型搅拌机磨浆，用53μm尼龙筛过滤以除去纤维，用0．45%Na2S2O5溶液不断洗涤纤维至没有黏性为止。将收集所得淀粉乳离心，刮去蛋白质层，加入450 mL NaCl溶液和50 mL甲苯搅拌洗涤数次以除去剩余蛋白质，直到甲苯层清亮，随后加入乙醇，离心，重复洗涤数次，洗除甲苯。取下层沉淀物－淀粉于32℃下干燥48 h。干燥后的淀粉过100目筛，装入自封袋中备用。

1．3．2 颗粒形貌观察［8］

1．3．2．1 光学形貌观察

以水和甘油1:1作溶剂，制备适宜浓度的淀粉乳，滴于载玻片上，盖上盖玻片，显微镜下观察淀粉颗粒的形貌，偏光显微镜放大400倍观察淀粉颗粒的偏光十字。

1．3．2．2 淀粉颗粒扫描电子显微镜观察

将待测样品均匀的固定在导电双面胶的样品台面上，然后喷金处理。样品保存于干燥器中，经过短暂干燥后，置于扫描电子显微镜下并拍摄具有代表性的淀粉颗粒形貌。

1．3．3 淀粉溶解度(SA)与膨胀力(SP)［10］

称取0．5 g(db)样品，放入45 mL已知质量的带盖离心管中，加入40 mL蒸馏水，振荡后分别于50、60、70、80、90℃振荡水浴30 min，振荡速度120 r/min，取出冷却至室温，3 800 r/min离心20 min。倒出上清液，于130℃下干燥恒重后称得溶出物质量，同时称取管中沉淀物质量。

式中:m1为上清液中溶出物质量/g;m2为管中沉淀物质量/g。

1．3．4 透明度［8］

配制质量浓度为0．01 kg/L淀粉乳，在沸水浴中加热，搅拌30 min，并不时加入蒸馏水以保持淀粉糊的原有体积，然后冷却到25℃。以蒸馏水为空白，在620 nm波长下，用分光光度计测淀粉糊的透光率。

1．3．5 冻融稳定性［8］

配制质量浓度为0．06 kg/L淀粉乳，在恒定震荡下，快速加热到95℃，保持30 min，再冷却到25℃。将得到的凝胶在4℃下冷藏24 h(为了增加晶核)，再在 －18℃下冷冻24 h，然后在25℃下融解2 h，摇15 s后，3 000 r/min下离心20 min，去掉上清液，称取沉淀物质量，计算析水率，循环5次。由图1可以看出，5种芸豆淀粉颗粒多为肾形，少数为圆形，轮纹均较明显，而且分布均匀，与扁豆淀粉轮纹形状相似［8］。马铃薯淀粉多为卵形，少数为圆形，颗粒大小明显大于其他淀粉颗粒，轮纹明显。玉米淀粉颗粒多为多角形，轮纹不明显。7种淀粉颗粒粒心比较明显，其位置与淀粉来源、颗粒大小、颗粒形状等不同有关。

不同来源的淀粉颗粒，其偏光十字的位置和形状以及明显程度有差别。白芸豆淀粉偏光十字为比较明显的“X”形，盲区较小;小黑芸豆和玉米偏光十字多为斜“十”形，十字交叉点位于颗粒中央;花芸豆偏光十字比较粗，为“X”形，有盲区;小红芸豆、红芸豆偏光十字形状不规则，有“X”形和斜“十”形2种，十字交叉点都位于颗粒中央;马铃薯淀粉偏光十字最明显，十字交叉点位于颗粒的一端(图1)。

式中:I为析水率/%;m1为淀粉糊质量/g;m2为沉淀物质量/g。

1．3．6 淀粉糊化黏度特性［9］

淀粉质量浓度为8%(W/W，db，总质量为28 g)。快速黏度分析仪测定参数设定:从50℃开始计时，以6℃/min速度升温至95℃，保温5 min;再以6℃/min速度冷却到50℃，保温2 min。搅拌子旋转速度起初为960 r/min搅拌10 s，混匀物料，随后转速设置为160 r/min。

图1 淀粉颗粒形貌和偏光十字照片(×400)

2 结果与分析

2．1 芸豆淀粉颗粒形貌

2．1．1 光学形貌与偏光十字

图1是芸豆淀粉的颗粒光学形貌与偏光十字，

2．1．2 淀粉颗粒扫描电子显微镜观察

由图2可以看出，芸豆淀粉中大多数淀粉颗粒表面光滑，大淀粉颗粒多呈卵圆形或肾形，小颗粒多呈圆形。芸豆淀粉颗粒形状与玉米淀粉明显不同，与马铃薯淀粉相似，圆形颗粒少于马铃薯淀粉。利用电镜标尺估测的淀粉颗粒粒径大小见表1，由表1可知，豆类淀粉粒径范围在4．25～41．49μm，长轴平均粒径为20．04～25．33μm，介于玉米淀粉13．06 μm和马铃薯淀粉26．12μm之间，小红芸豆淀粉颗粒较小，花芸豆淀粉颗粒最大。这与Hoover等［6］报道结果相近。

图2 淀粉颗粒扫描电子显微镜照片(×1 200)

表1 淀粉颗粒粒径范围及长轴平均粒径

2．2 芸豆淀粉溶解度与膨胀度

不同来源淀粉的溶解度和膨胀度随温度变化曲线如图3、图4所示。由图3可以看出，淀粉溶解度随着温度升高而增大。当温度低于60℃时，淀粉颗粒吸水膨胀不明显，溶解度变化不大;当温度高于60℃，红芸豆淀粉与马铃薯淀粉吸水膨胀较快，其他几种淀粉在高于70℃才较快膨胀。芸豆淀粉均存在一个初始膨胀阶段和迅速膨胀阶段，为典型的二段膨胀过程，属限制型膨胀淀粉［11］。芸豆淀粉的溶解度低于马铃薯淀粉，与玉米淀粉接近，70℃后高于玉米淀粉。由图4可以看出，除马铃薯淀粉外，其他淀粉的膨胀度随温度增大而增大。马铃薯淀粉膨胀度在低于70℃时随温度增加而增加，之后迅速降低，这是由于低质量浓度的马铃薯淀粉乳加热形成了稳定的低黏度胶体溶液，胶体溶液被视为溶出物一并倒出，膨胀度降低。木薯淀粉和蜡质玉米淀粉在一定温度下加热后也有类似现象［10］。淀粉的溶解和膨胀与淀粉颗粒的大小、形态、组成、直链和支链淀粉的比例以及支链淀粉中长链短链所占的比例有关［12］。

2．3 芸豆淀粉透明度

淀粉糊透明度用淀粉糊的透光率来反映，透光率越高，表明淀粉糊的透明度越好，加工的淀粉产品亮度越高。由图5可以看出，不同芸豆淀粉透光率有差异，小红芸豆淀粉最低，红芸豆淀粉较高。花芸

图5 不同芸豆淀粉的透光率

豆淀粉的透光率与玉米淀粉接近(5．9%)，所有芸豆淀粉透光率明显小于马铃薯淀粉(78．0%)。淀粉分子结构、直链淀粉含量是影响淀粉糊透明度的重要因素，直链淀粉含量越高，导致淀粉分子缔合程度较大，其透光度越低［13］。马铃薯淀粉颗粒直链淀粉含量较低，其透光度远高于豆类淀粉。

2．4 芸豆淀粉冻融稳定性

不同淀粉的冻融稳定性差异明显(表2)。红芸豆和小白芸豆淀粉冻融1次后析水率明显高于其他淀粉，其余淀粉在冻融2次后析水率明显升高。冻融5次后，不同淀粉析水率由大到小的顺序为:小红芸豆＞小黑芸豆＞红芸豆＞小白芸豆＞花芸豆＞玉米＞马铃薯。起初凝胶析水率高归因于直链淀粉片段的结晶作用引起，后期的变化是由于支链淀粉发生部分可逆的结晶作用引起［14］。

2．5 芸豆淀粉糊化特性

芸豆淀粉的糊化黏度特征值见表3。

表3 淀粉糊化黏度特征值

由表3可以看出，芸豆淀粉起糊温度范围为76．6～77．8℃，其中红芸豆淀粉最低，小白芸豆淀粉最高。芸豆淀粉的起糊温度高于马铃薯淀粉，低于玉米淀粉。起糊温度越小，表明淀粉越易吸水和膨胀，越易糊化，红芸豆淀粉起糊温度最低，说明其所含的淀粉对膨胀和破裂的抵抗性较小，易于糊化。芸豆淀粉的峰值黏度范围为117．3～150．9 RVU，红芸豆淀粉最低，小红芸豆淀粉最高。破损值、最终黏度和回生值分别为5．0～32．0 RVU、205．1～225．2 RVU和91．9～104．2 RVU。芸豆淀粉峰值黏度和破损值明显低于马铃薯淀粉，与玉米淀粉接近。芸豆淀粉的峰值黏度远低于马铃薯淀粉，与玉米淀粉峰值黏度相当，淀粉峰值黏度受淀粉分子结构的影响。蔡一霞等［15］研究表明，支链淀粉含短链部分的比例高，利于淀粉糊化，易形成较高的黏度和破损值。Tester and Morrison研究发现直链淀粉比支链淀粉对淀粉颗粒的膨胀有抑制作用，因此，直链淀粉含量低的淀粉颗粒膨胀较快，破损程度大［12］。最终黏度和回生值明显高于玉米淀粉和马铃薯淀粉，说明芸豆淀粉糊具有较高的回生趋势。淀粉糊化特性主要受颗粒膨胀、膨胀颗粒之间的摩擦、直链淀粉溶出、淀粉结晶度和淀粉组成的链长等影响［15－16］。红芸豆淀粉具有低的起糊温度、峰值黏度、破损值以及回生值，表现出易糊化、抗剪切，不易回生的糊化加工特性，可用于汤和调味汁等食品［17］。

3 结论

3．1 芸豆淀粉颗粒多为卵圆形，少数为圆形，轮纹较明显。芸豆淀粉颗粒的偏光十字多为较明显的“X”形。5种芸豆淀粉颗粒形貌类似，大多数表面光滑，大淀粉颗粒多呈卵圆形或肾形，小颗粒多呈圆形，粒径介于玉米淀粉和马铃薯淀粉之间。

3．2 芸豆淀粉溶解度、膨胀度随温度升高而增大。芸豆淀粉存在一个初始膨胀阶段和迅速膨胀阶段，为典型的二段膨胀过程，属限制型膨胀淀粉。芸豆淀粉的透光度明显小于马铃薯淀粉。芸豆淀粉冻融稳定性不及玉米淀粉和马铃薯淀粉。

3．3 芸豆淀粉的糊化温度峰值黏度、破损值、最终黏度和回生值分别为76．6～77．8℃、150．9～117．3 RVU、5．0～32．0 RVU、205．1～225．2 RVU和91．9～104．2 RVU。芸豆淀粉的起糊温度高于马铃薯淀粉，低于玉米淀粉;峰值黏度和破损值显著低于马铃薯淀粉，与玉米淀粉接近;最终黏度和回生值显著高于玉米淀粉和马铃薯淀粉。芸豆淀粉糊具有较高的回生趋势。

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Study on Physical and Chemical Properties of Kidney Bean Starch

Du Shuangkui Wang Hua Nie Lijie
(College of Food Science and Engineering，Northwest Agriculture and Forestry University，Yangling 712100)

Starch is the main carbohydrate in kidney beans，and its properties have a direct influence on the exploitation and utilization of kidney beans．Colored kidney beans，small red kidney beans，red kidney beans，black beans，and other phaseolus legumes have been selected as materials，and the starch is extracted through wet milling process．Besides，it analyzes particles'characteristics and pasting properties of kidney bean starch compared with potato starch and corn starch．The results showes that the features of the five kidney bean starch's particles are similar．Large starch particles are mostly oval or kidney shaped，and small particles are mostly round．Starch particles'long axis size is between that of corn starch and potato starch．Most of the polarization crosses are apparent and like thick“X”or inclined“十”shape．The solubility and dilation of kidney bean starch will increase when the temperature is increased．It belongs to restrictive swelling starch．Transparency of kidney bean starch is significantly less than potato starch's．Freeze －thaw stability of kidney bean starch is less than corn starch's and potato starch's．Pasting temperature，peak viscosity，breakdown，final viscosity and setback value of kidney bean starch are 76．6～77．8℃，117．3～150．9 RVU，5．0～32．0 RVU，205．1～225．2 RVU and 91．9～104．2 RVU 91．9～243．3 RVU．Pastes of kidney bean starch have showed the heat stability，shear capacity and high retrogradation trend．

kidney bean，kidney bean starch，physical and chemical properties

TS231．3

A

1003－0174(2012)08－0031－05

陕西省农业科技攻关项目(2012K02－14)

2011－10－17

杜双奎，男，1972年出生，副教授，博士，食品科学