不同添加物对羟丙基木薯淀粉流变特性的影响

胡珊珊 王 颉 孙剑锋 刘亚琼 牟建楼 王 娜

不同添加物对羟丙基木薯淀粉流变特性的影响

胡珊珊 王 颉 孙剑锋 刘亚琼 牟建楼 王 娜

(河北农业大学食品科技学院，保定 071001)

淀粉糊流变特性是影响淀粉类食品加工品质的主要因素。利用流变仪测定了不同添加物质对羟丙基木薯淀粉流变特性的影响，结果表明:添加不同的物质均未改变羟丙基木薯淀粉糊的流体类型，各流变参数经Herschel－Bulkley模型进行拟合，拟合系数接近1。单甘酯、食盐、柠檬酸使羟丙基木薯淀粉糊的剪切应力不同程度降低，黏稠系数减小，流变特性指数增加;蔗糖酯、酪朊酸钠、黄原胶、CMC、瓜尔豆胶、蔗糖使羟丙基木薯淀粉糊的剪切应力明显提高，黏稠系数增加，流变特性指数减小。

羟丙基木薯淀粉 流变特性 Herschel－Bulkley模型

羟丙基木薯淀粉是经过羟丙基醚化和交联酯化双重变性后的产物［1－2］，由于羟丙基具有亲水性，能减弱淀粉颗粒结构内部氢键强度，使其易于膨胀、糊化容易、糊液透明、流动性好、凝沉性弱、稳定性高［3］。

羟丙基木薯淀粉可作为食品增稠剂和悬浮剂等，常用于流体、半流体类的食品中，目前对于羟丙基木薯淀粉的研究主要是合成、性能和应用［4－6］，而物料的流变特性是影响加工过程和质量控制的重要因素，最终产品的感观和质构也与其流变特性相关［7－8］。据文献报道，许多食品成分对原淀粉的性能有影响，李光磊等［9］报道了不同食品成分对红薯淀粉糊黏度特性的影响，结果表明氯化钠使红薯淀粉糊的峰值黏度下降，蔗糖则使红薯淀粉糊的峰值黏度升高，明矾对红薯淀粉糊峰值黏度影响较大，玉米淀粉可以使红薯淀粉糊的最终黏度升高。张燕萍等［10］研究了食品成分对淀粉糊性能的影响，表明一些食品成分对玉米淀粉和玉米淀粉磷酸酯的黏度、老化都有影响。谭勇等［11］研究了无机盐类和酸碱调节剂对木薯粉黏度特性的影响，木薯粉黏度随pH下降而降低，随pH升高而略有增加，无机盐类对其黏度影响不大。Alummootti N Jyothi等［12］研究了盐、酸和抗氧化剂对木薯淀粉糊化特性的影响，三者对木薯淀粉的峰值黏度存在较大的差异。

作为食品原料，羟丙基木薯淀粉的流变特性对加工工艺参数的确定和产品质量的控制有重大意义，而其流变特性会受到食品中其他成分的影响，因此，本文采用旋转黏度仪，测定了添加不同物质后羟丙基木薯淀粉糊剪切应力随剪切速率的变化，并对参数进行Herschel－Bulkley模型回归，研究了常见食品添加物乳化剂、增稠剂和调味剂对其剪切应力的影响，为食品工业应用该淀粉质食品的生产和质量控制提供理论依据。

1 材料与方法

1．1 材料

羟丙基木薯淀粉:石家庄银河变性淀粉有限公司;单甘脂(HLB=3．8)、蔗糖脂肪酸酯(HLB=15):北京北方霞光食品添加剂有限公司;酪朊酸钠:石家庄兄弟工贸有限公司;黄原胶、瓜尔豆胶:淄博中轩食品有限公司;羧甲基纤维素:上海申光食用化学品有限公司;柠檬酸:天津市北方天医化学试剂厂;砂糖、食盐、白醋等均为市售。

1．2 仪器

C－LTD80 Rheolab QC流变仪:奥地利安东帕(中国)有限公司;HHS－12型电子恒温水浴锅:上海东星建材试验设备有限公司。

1．3 方法

1．3．1 试验方法

1．3．1．1 羟丙基木薯淀粉糊的制备

用天平称取质量分数为5%的羟丙基木薯淀粉和不同质量分数的添加物，以100%计按相应比例加入水，搅拌均匀后置于95℃的水浴锅内，糊化30 min后取出冷却至室温。

1．3．1．2 不同添加物对羟丙基木薯淀粉糊流变特性的影响

在淀粉糊中分别加入不同物质，乳化剂(单甘脂、蔗糖酯、酪朊酸钠)、增稠剂(黄原胶、CMC、瓜尔豆胶)和调味剂(蔗糖、食盐和柠檬酸)，测定添加不同物质后的淀粉糊的流变曲线。

1．3．1．3 羟丙基木薯淀粉糊的流变模型

淀粉糊分散体系大多为非牛顿流体，考查其剪切压力和剪切速率曲线，可用Herschel－Bulkley模型进行回归［13］。

式中:τ为剪切应力(Pa);τ0为屈服应力(Pa)，k为黏稠系数(Pa·sn);γ为剪切速率(s－1);n为流动性特征指数(无因次)。该模型方程是具有一定屈服应力的非牛顿流体方程，其中τ0是塑性流体的特征值，表示使流体开始流动所需的最低剪切应力，τ0的存在与淀粉糊中分子缔合或螺旋有序结构的破坏有关。k值和增稠能力有关，k值越大，表明增稠能力越强。n值表征非牛顿流体与牛顿流体之间的差异程度，0＜n＜1，n越小偏离牛顿型越远，n值不是一个恒定常数，而是与温度、剪切速率、分子量等因素相关，黏度随剪切速率增大而降低越多，流变性越强。

1．3．2 测定方法

流变性的测定:采用C－LTD80 Rheolab QC流变仪，直径为38．996 mm的转子，型号为c－cc39/QC－LTD的转筒，量取80 ml样品倒入转筒内，在35℃剪切速率0～100 s－1下每隔5 s测定一次，共测定90个点。

1．3．3 数据统计方法

采用Origin Pro 8对数据进行非线性回归分析。

2 结果与分析

2．1 乳化剂对羟丙基木薯淀粉糊流变特性的影响

单甘脂、蔗糖酯和酪朊酸钠是食品中常用的乳化剂，单甘酯是一种油包水(W/O)型乳化剂，蔗糖酯则具有水包油型乳化剂性能，酪朊酸钠是各种食品的营养增补剂和蛋白质，又是乳化稳定增稠剂，既具有良好的功能性又有很高的营养价值，三者经常与羟丙基木薯淀粉复配用于调味品、饮料等食品中。根据添加剂的用量标准，在羟丙基木薯淀粉中分别加入0．5%的单甘脂、蔗糖酯和酪朊酸钠，测定淀粉糊的流变特性曲线如图1所示。加入单甘脂、蔗糖酯和酪朊酸钠后，淀粉糊的的曲线形状没有发生改变，表明仍为假塑性流体。加入单甘脂后，在同一剪切速率下，剪切应力稍有下降;加入蔗糖酯和酪朊酸钠后，在同一剪切速率下，剪切应力明显上升，对曲线进行Herschel－Bulkley模型回归，结果如表1所示。

图1 不同乳化剂对羟丙基木薯淀粉糊流变特性的影响

表1 添加不同乳化剂后羟丙基木薯淀粉糊的流变特性参数值

从图1可以看出，添加单甘脂后，淀粉糊的黏稠系数k降低，由于单甘酯属类脂类化合物，可与淀粉形成类酯化合物，包裹直链淀粉的螺旋结构，阻止水分子进入淀粉颗粒内部［14］。而蔗糖酯是一种多元醇脂肪酸酯，从分子结构上看，亲水部分蔗糖基占优势，从而阻碍淀粉颗粒吸水膨胀，使得淀粉糊的糊化温度升高，表现为体系的黏稠度系数k相应升高。酪朊酸钠在淀粉高温糊化过程中具有很好的热稳定性和一定的增稠性［15］，因此添加酪朊酸钠后，淀粉糊的黏稠度系数k也升高。乳化剂对羟丙基木薯淀粉糊流变特性的影响与乳化剂的种类有关，因此在应用羟丙基木薯淀粉质的食品加工中，选择合适的乳化剂以达到需要的流变效果。

2．2 增稠剂对羟丙基木薯淀粉糊流变特性的影响

黄原胶、CMC和瓜尔豆胶是食品中常用的稳定增稠剂，在淀粉糊中分别添加0．5%的黄原胶、CMC和瓜儿豆胶后测定淀粉糊的流变特性曲线如图2所示。添加这3种增稠剂后，淀粉糊在同一剪切速率下，剪切应力均明显增大，对曲线进行Herschel－Bulkley模型回归，结果如表2所示。

图2 不同增稠剂对羟丙基木薯淀粉糊流变特性的影响

表2 添加不同增稠剂后羟丙基木薯淀粉糊的流变特性参数值

由表2可知，加入黄原胶、CMC和瓜尔豆胶后，淀粉糊的黏稠系数均增大，流变特征性指数n均减小，瓜尔豆胶的作用效果最明显。瓜尔豆胶是由2个甘露糖和1个α－D－半乳糖由配糖键结合而成的高分子胶体，其链上的羟基可与淀粉形成氢键，增大了分子的流体力学体积，使得瓜尔豆胶与淀粉间产生强烈的协同增效作用［16］。淀粉和黄原胶则是形成一种网状结构，该结构把水分包裹起来，淀粉和淀粉，黄原胶和黄原胶以及黄原胶和淀粉之间互相连接，这样淀粉糊黏度高，不易流动［17］。添加CMC后，在同一剪切速率下，剪切应力有较明显提高，表观黏度稍有增加，CMC是阴离子型高分子，分子链间的静电斥力作用使得分子趋于伸展，同时与水分子作用增加，使得淀粉糊流体力学体积增大，黏度增大［18］，但其中的Na+又会影响体系中的水分子和淀粉分子之间的相互作用，二者的相互作用进而使得淀粉糊的黏度增加不明显。增稠剂对羟丙基木薯淀粉糊流变特性的影响表现为均增加淀粉糊的黏稠度，影响程度的大小不用与增稠剂的种类有关，因此在应用羟丙基木薯淀粉的食品加工中，考虑经济效益，选择合适的增稠剂以达到相应产品需要的黏稠度。

2．3 调味剂对羟丙基木薯淀粉糊流变特性的影响

羟丙基木薯淀粉常作为增稠剂用于各种调味中，在淀粉糊中分别添加5%的蔗糖、5%的食盐和0．5%的柠檬酸，测定淀粉糊的流变特性曲线如图3所示。添加蔗糖使得淀粉糊的剪切应力明显提高;食盐、柠檬酸的存在则使得淀粉糊的剪切应力不同程度降低，但变化程度较小。

图3 不同调味剂对羟丙基木薯淀粉糊的流变特性的影响

表3 添加不同调味剂后羟丙基木薯淀粉糊的流变特性参数值

从表3可以看出，添加蔗糖后淀粉的黏稠系数增大，这是因为蔗糖分子中有多个羟基，易溶于水，糖溶于淀粉乳中相对减少了膨胀糊化淀粉颗粒的水分，使淀粉乳中的淀粉颗粒吸水膨胀的机会减少，颗粒膨胀受到阻碍，使其糊化温度升高，进而使得最终黏度增大，表现为黏稠系数k增加;另外，蔗糖可使水中各种成分的活动性减弱，导致水和体系中其他成分的相互作用减小［19］，致使黏度曲线发生改变。而食盐是一种强电解质，在水中可以全部解离为Na+和Cl－，这两种离子的存在会影响体系中的水分子和淀粉分子之间的相互作用，淀粉与淀粉之间及淀粉与水溶液之间的氢键结构会被破坏，使得淀粉糊的黏度略有下降;同时Na+与淀粉中的羟基发生作用，导致电荷下降，斥力减小，从而使淀粉难以糊化［20］。添加柠檬酸后，体系的pH降低，由于淀粉糊液呈酸性时，在高温条件下溶液中的H+会分解淀粉分子的糖苷键，使得淀粉分子变小，淀粉糊体系稀化而黏度降低［21］。调味剂对羟丙基木薯淀粉糊流变特性的影响与调味剂的种类有关，在应用羟丙基木薯淀粉质的食品加工中，不同调味剂要混合加入，考虑产品的感官，确定不同调味剂的最适添加量以达到产品需要的流变特性，未来需要进一步深入研究。

3 结论

3．1 加入不同添加物后羟丙基木薯淀糊仍为非牛顿假塑性流体。乳化剂和调味剂对羟丙基木薯淀粉糊流变特性的影响趋势不一致，而增稠剂均增加羟丙基木薯淀粉糊的黏稠度，增加的程度与增稠剂的种类有关。

3．2 单甘酯、食盐、柠檬酸的存在使得羟丙基木薯淀粉糊的剪切应力不同程度降低，黏稠系数k也相应降低，但变化程度较小;蔗糖酯、酪朊酸钠、黄原胶、CMC、瓜尔豆胶和蔗糖的添加对羟丙基木薯淀糊的流变性产生相反的影响，使羟丙基木薯淀糊的剪切应力明显提高，黏稠系数k明显增大。

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Effects of Different Added Substances on the Rheological Properties of Hydroxypropyl Cassava Starch Paste

Hu Shanshan Wang Jie Sun Jianfeng Liu Yaqiong Mu Jianlou Wang Na
(College of Food Science and Technology，Agriculture University of Hebei，Baoding 071001)

The rheological property of starch pastes is an important influencing factor during the processing of starchy food．The effect of different added substances on the rheological properties of hydroxypropyl cassava starch was measured by rheometer．The results showed that:the fluid type of hydroxypropyl cassava starch was not altered by the different added substance，and the fitting coefficient closed to 1 as the rheological parameters was fitted by the Herschel－Bulkley model．Monoglycerides，salt and citric acid had the same effect on the hydroxypropyl cassava starch，which made the shear stress reduced to varying degrees，the consistency index decreased and the flow index increased．Contrary to that，sucrose esters，sodium caseinate，xanthan gum，CMC，guar gum made the shear stress significantly increased，the consistency index increased and flow index decreased．The results of this study offered valuable references for the further processing of hydroxypropyl cassava starchy products．

hydroxypropyl cassava starch，rheological properties，herschel－bulkley model

TS231

A

1003－0174(2012)05－0035－04

国家海洋公益性行业科研专项“贝类高值化利用技术中试研究与示范”(200805046)

2011－08－23

胡珊珊，女，1987年出生，硕士，食品工程

王颉，男，1955年出生，教授，博士生导师，食品工程