韧化处理对甘薯淀粉糊特性的影响

李飞,陈梦雪,汤玉洁,曾洁,李光磊

（河南科技学院,河南新乡453003）

韧化处理对甘薯淀粉糊特性的影响

李飞,陈梦雪,汤玉洁,曾洁,李光磊

（河南科技学院,河南新乡453003）

以普通甘薯淀粉为原料,研究韧化处理条件（不同水分质量分数、处理温度以及处理时间）对甘薯淀粉溶解度、膨胀度、透光率、凝沉稳定性、冻融稳定性等理化特性的影响.结果表明：经韧化处理后,相较于空白样,随着水分质量分数的增大,甘薯淀粉膨胀度由8.35%降至4.83%,呈现先增后减的变化趋势,溶解度增加,透光率均减小,且在水分质量分数为65%时最小,为26.1,处理样品的析水率均高于空白样,且随时间的延长上清液所占体积逐渐增大；随着处理温度的增高,相较于空白样,甘薯淀粉的膨胀度由4.43%增至11.34%,溶解度以及透光率均呈减小趋势；随着处理时间的增长,样品的膨胀度在48 h后高于空白样，样品的溶解度在处理12 h达到最大为44.62%,其余处理的溶解度均低于空白样,处理样的透光率低于空白样,析水率呈无规律变化.适度韧化处理可以提高甘薯淀粉的冻融稳定性.韧化处理后,甘薯淀粉的凝沉稳定性随水分质量分数的增加而增强,随韧化处理温度的升高而变差.

韧化处理；甘薯淀粉；淀粉糊特性

甘薯在全球每年的粮食作物产量中排名第七,并且近年来它的角色产生了戏剧性的变化,由一种主食变为了一种健康食品,甚至是工业原料[1].甘薯的淀粉含量丰富,不仅可以作为一种多糖为人类提供能量,并且可以作为增稠剂、稳定剂等广泛应用于食品工业.但是由于薯块中含有的果胶（纤维等）杂质多、颗粒大,且在加工过程中易产生褐变,导致甘薯原淀粉在工业化生产中具有许多局限性.

韧化处理是一种重要的水-热物理改性法,一般是指在过量水分质量分数（＞60%）或者中等水分质量分数（≥40%）的条件下,在低于淀粉糊化温度且高于玻璃态转化温度的条件下对淀粉进行的热处理[2].天然淀粉经过韧化处理改性后,不但加工工艺及产品的理化性质得到明显改善,而且也不会有化学试剂的残留,这样不仅扩大了产品的应用范围,还提高了改性产品的附加值.作为淀粉改性技术,韧化处理可以改善淀粉的溶解性、透明度和糊化特性等,因此可以应用到罐头食品和冷冻食品中；消化性能得到改善,从而可应用到婴幼儿、老人和高血糖患者等特殊人群的食品中；冻融稳定性得到改善,可以生产出具有良好冻融稳定性的淀粉制品；也可用来生产能够替代其他淀粉的改性淀粉[3].本文主要研究了韧化处理后甘薯淀粉的膨胀度、溶解度、透光率、冻融稳定性、凝沉稳定性等几个特性及对其的影响,为韧化处理后改性甘薯淀粉的应用提供基础.

1 材料与方法

1.1 试验材料

甘薯淀粉（上海塞翁福农业发展有限公司）.

1.2 主要仪器

722N可见分光光度计（上海精密科学仪器有限公司）；SHA-C水浴恒温振荡器（金坛市杰瑞尔电器有限公司）；WE-3水浴恒温振荡器（天津市欧诺仪器仪表有限公司）；L550台式低速离心机（湖南湘仪实验室仪器开发有限公司）；TDL-40B台式离心机（上海安亭科技仪器厂）；DHG-9140A型电热恒温鼓风干燥箱（上海三发科学仪器有限公司）.

1.3 试验方法

1.3.1 淀粉的韧化处理 设置水分质量分数、水浴温度和振荡时间3个不同的韧化处理条件.取一定量甘薯淀粉置于锥形瓶中,加入一定量的蒸馏水调制成淀粉乳（水分质量分数设置为45%、55%、65%、75%、85%）,摇匀、膜封后放入水浴锅中振荡,在不同温度（35℃、40℃、45℃、50℃、55℃）下以100 r/min振荡一定时间（时间设置为12 h、24 h、36 h、48 h、60 h）.在3 000 r/min下离心10 min,弃上清液,用蒸馏水清洗下层淀粉2次,再离心,然后倒入培养皿中,在40℃下热风干燥24 h,研磨后过100目筛,即得韧化处理淀粉样品.

1.3.2 溶解度和膨胀度的测定 准确称量0.500 0 g样品（干基）放入离心管中,加40 mL蒸馏水,振荡均匀后85℃水浴30 min,取出后冷却至室温,3 500 r/min离心20 min,分别将上清液和沉淀物倒入培养皿中, 130℃干燥至恒质量[4],计算溶解度（SA）和膨胀度（SP）：

式中,A为上清液溶出物质质量/g；W为样品干质量/g；P为离心管中沉淀物质量/g.

1.3.3 透光率的测定 准确称量150 mg的淀粉样品（干基）,与15 mL蒸馏水一同加入具有磨口塞的试管中配制成质量分数为1%的淀粉乳,振荡均匀后95℃水浴加热30 min,并且每隔2 min充分振荡试管一次,待其充分均匀糊化后取出,冷却至室温,以蒸馏水做参照,用可见分光光度计在620 nm处测淀粉糊的透光率.

1.3.4 冻融稳定性的测定 称取一定量的淀粉样品（干基）,加蒸馏水配制成质量分数为6%的淀粉乳,95℃加热20 min,趁热称取一定量的淀粉糊于塑料离心管中,冷却至室温后,在-10℃的冰箱里冷冻24 h,取出后室温下自然解冻,在3 800 r/min下离心20 min,弃去上清液,称取沉淀质量,然后计算析水率.1.3.5凝沉稳定性的测定 准确称量1.000 0 g淀粉（干基）,与100 mL的蒸馏水一同配制成质量分数为1%的淀粉乳,放入恒温水浴振荡器中在90℃糊化15 min,冷却至室温后,取20 mL倒入20 mL具塞试管中,每隔2 h记录上清液体积,共记录12 h,并计算上清液占总体积的百分比.

2 结果与分析

2.1 韧化处理对甘薯淀粉溶解度和膨胀度的影响

淀粉在受热条件下,淀粉颗粒内部从有序向无序状态过渡,淀粉中的直链淀粉从膨胀的淀粉颗粒中解离扩散以及浸出.淀粉的溶解度是指受热过程中溶出的直链淀粉占淀粉干质量的百分比.淀粉的膨胀度是指每克干淀粉在一定温度下吸水的质量数.

2.1.1 不同水分质量分数对甘薯淀粉溶解度和膨胀度的影响 在处理温度为45℃,处理时间为24 h的条件下,设置韧化处理水分质量分数分别为45%、55%、65%、75%和85%,研究不同水分质量分数韧化处理对淀粉溶解度和膨胀度的影响,结果见表1.

表1 不同水分质量分数韧化处理后甘薯淀粉的膨胀度和溶解度Tab.1 The swelling degree and solubility of starch different water content

由表1可知,甘薯淀粉的溶解度随处理时淀粉水分质量分数的升高而逐渐升高,膨胀度则随之下降,在水分质量分数小于65%时,膨胀度高于原淀粉,在水分质量分数等于或高于65%时,膨胀度低于原淀粉.在水分质量分数等于或低于65%时,溶解度小于原淀粉,水分质量分数高于65%时,溶解度高于原淀粉.随着水分质量分数的增加,韧化处理后支链淀粉断裂,直链淀粉的量随之增加,因此膨胀度随之降低,溶解度随之增高.

2.1.2 处理温度对甘薯淀粉膨胀度和溶解度的影响 以韧化处理水分质量分数为65%,处理时间为24 h,

处理温度分别为35、40、45、50、55℃,研究不同温度对淀粉溶解度和膨胀度的影响,结果见表2.

表2 不同温度韧化处理后甘薯淀粉的膨胀度和溶解度Tab.2 Starch swelling and solubility in different temperatures after treatment

由表2可知,随着处理温度的升高,甘薯淀粉的溶解度逐渐下降,膨胀度逐渐升高.在处理温度等于或低于45℃时,膨胀度低于原淀粉,在处理温度高于45℃时,膨胀度高于原淀粉；在处理温度低于45℃时,溶解度高于原淀粉,在处理温度等于或高于45℃时,溶解度低于原淀粉.其原因可能是随着韧化处理温度的升高,淀粉分子间作用力增强,限制了淀粉颗粒的溶出,溶解度随之下降.韧化处理影响了淀粉的无定形区,支链淀粉外围侧链发生变化,导致膨胀度升高.

2.1.3 处理时间对甘薯淀粉膨胀度和溶解度的影响 以韧化处理水分含量为65%,处理温度为45℃,设置处理时间分别为12、24、36、48、60 h,研究不同处理时间对甘薯淀粉溶解度和膨胀度的影响,结果见表3.

表3 韧化处理不同时间甘薯淀粉的膨胀度和溶解度Tab.3 The swelling and solubility of starch in different time

由表3可知,韧化处理时间为12 h时甘薯淀粉的溶解度较原淀粉升高,膨胀度下降,随着处理时间的延长,溶解度和膨胀度无明显的升高或降低的趋势.但处理时间小于或等于36 h时,膨胀度低于原淀粉,处理时间大于36 h时,膨胀度高于原淀粉；在处理时间小于24 h时,溶解度大于原淀粉,处理时间大于或等于24 h时,溶解度小于原淀粉.因为韧化处理时间为12 h时,处理时间较短,对支链淀粉和直链淀粉比例影响较小,所以膨胀度低于原淀粉,溶解度高于原淀粉.随着处理时间的延长,支链淀粉断裂,直链淀粉增加,膨胀度随之增加,溶解度随之降低.

Genkina等[5]研究韧化处理温度对甘薯淀粉的影响发现,淀粉膨胀度和溶解度经韧化处理后都有所降低.赵佳[6]的研究结果表明,韧化处理玉米淀粉的溶解性和膨胀度低于原淀粉,随着韧化处理温度升高、处理时间的延长,淀粉的直链淀粉含量升高,即膨胀度和溶解度均降低.黄华宏[4]指出很多前人的报道中溶解度和膨胀度都具有平行变化的趋势,但其试验中膨胀度和溶解度呈显著负相关,这一试验结果与本文试验结果相符.

2.2 韧化处理对甘薯淀粉糊透明度的影响

透明度是淀粉的重要理化特性,直接影响着淀粉产品的感官,是影响食品加工品质的重要因素之一.淀粉糊透明度的高低常用透光率来表示.试验比较了不同水分质量分数、韧化处理温度及韧化处理时间对甘薯淀粉糊透光率的影响,结果见表4.

表4 不同韧化条件对甘薯淀粉透光率的影响Tab.4 Effects of different toughening conditions on the transmittance of sweet potato starch

由表4可知,韧化改性后甘薯淀粉的透光率并不是随淀粉乳水分质量分数的升高直线下降.在水分质量分数为55%和65%时,淀粉的透光率较低,韧化处理后各种水分质量分数的淀粉糊透光率均低于原淀粉,这是由于水分与热能的相互作用破坏了支链淀粉的α-1,6-糖苷键,同时使α-1,4键也发生裂解造成结构改变,引起透光率的降低,即透明度降低.随着处理温度的升高,改性淀粉的淀粉糊透光率逐渐下降,经不同温度韧化处理后淀粉的淀粉糊透光率均低于原淀粉.随着处理时间的延长,改性淀粉透光率逐渐下降,经不同处理时间韧化处理后淀粉糊的透明度均低于原淀粉.

2.3 韧化处理对甘薯淀粉糊冻融稳定性的影响

通常用析水率来反映淀粉的冻融稳定性.随着冷冻时间的增加,凝胶中淀粉分子之间相互作用增大,链淀粉分子链在平行趋向形成凝胶束时,迫使水分子从凝胶中挤出,即析水作用[7].析水率越高,则冻融稳定性越差,反之,冻融稳定性越好.不同韧化处理条件对甘薯淀粉糊冻融稳定性的影响见表5.

表5 不同韧化条件对甘薯淀粉糊冻融稳定性的影响Tab.5 Effects of different toughening conditions on stability of sweet potato starch paste

由表5可知,析水率随韧化处理初始甘薯淀粉水分质量分数的升高而升高.这是因为直链淀粉易重新排列和缔合而发生凝沉现象,随着水分质量分数的增加,直链淀粉含量增加,冻融稳定性越差.韧化处理温度对甘薯淀粉冻融稳定性无明显的升高或降低的影响趋势,但韧化处理后,淀粉除50℃条件下析水率低于原淀粉外,其他均高于原淀粉.处理时间为36 h时,析水率最低,冻融稳定性最好.

2.4 韧化处理对甘薯淀粉凝沉稳定性的影响

淀粉糊的凝沉性是淀粉的重要性质,也是食品工业中的一个重要现象,直接关系到淀粉类食品货架期及其他重要性质,如外观、口感、色泽、甚至营养[8].淀粉糊的凝沉是淀粉糊化的一个逆过程,由于淀粉糊中的分子链之间的束状结构通过氢键结合起来,使得淀粉的溶解度降低.所以经过一段的时间放置,淀粉糊会逐渐地分层,有水分析出,凝沉速率和凝沉程度通常受到直连淀粉和支链淀粉比例的影响[9].

2.4.1 水分质量分数对甘薯淀粉糊凝沉稳定性的影响 不同水分质量分数韧化处理后淀粉上清液占总体积的百分率见图1.

图1 不同水分质量分数韧化处理甘薯淀粉上清液占总体积的百分率Fig.1 The total volume fraction of starch with different water contents in the treatment of starch toughening

由图1可知,改性甘薯淀粉凝沉稳定性随处理时淀粉水分质量分数的增加而增强.前5 h所有水分质量分数韧化处理的淀粉凝沉速度都较慢,5～9 h之间凝沉速度较快,9 h以后凝沉基本停止或个别有少量水分析出.这是由于水分质量分数的增加导致韧化处理后直链淀粉含量增加,直链淀粉分子在水中分散,分子间作用力增强,凝沉稳定性增强.

2.4.2 处理温度对甘薯淀粉糊凝沉稳定性的影响 不同温度韧化处理后甘薯淀粉上清液占总体积的百分率见图2.

图2 不同温度韧化处理后淀粉上清液占总体积的百分率Fig.2 The total volume fraction of starch in different treatment temperatures

由图2可知,改性甘薯淀粉凝沉稳定性随韧化处理温度的升高而变差,与对照样品相比,35℃韧化处理时沉淀体积减少,而随着韧化温度的升高,沉淀体积逐渐增加,基本上高于对照样品.这是因为随着韧化处理温度的升高,淀粉分子无定形区受到影响,分子间作用力减弱,凝沉稳定性减弱.

2.4.3 处理时间对甘薯淀粉糊凝沉稳定性的影响 不同处理时间韧化甘薯淀粉上清液占总体积的百分率见图3.

图3 不同处理时间韧化甘薯淀粉上清液占总体积的百分率Fig.3 The total volume fraction of starch in different treatment time

由图3可知,随着处理时间的延长,各组上清液占总体积的百分率无明显差异,析水速度也无较大差异.由此分析可能处理时间对甘薯淀粉的凝沉稳定性无较大影响.

3 结论

经过韧化处理后的甘薯淀粉较原淀粉溶解度和透明度降低,膨胀度升高.随着淀粉水分质量分数的增加,改性甘薯淀粉溶解度升高,膨胀度下降；而随着处理温度的增加及处理时间的延长,韧化处理淀粉的膨胀度升高,溶解度降低.韧化处理后淀粉的透光率均低于原淀粉,随着处理温度的升高,改性甘薯淀粉透光率逐渐下降；透光率随水分质量分数的增加逐渐降低,至水分质量分数为55%和65%时达到最低,之后随水分质量分数的增加而增加.冻融稳定性随淀粉水分质量分数的增加而下降,处理温度和处理时间对其无明显影响.改性甘薯淀粉凝沉稳定性随处理时淀粉水分质量分数的增加而增强；改性甘薯淀粉凝沉稳定性随韧化处理温度的升高而变差,与对照样品相比,韧化处理35℃沉淀体积减少,而随着韧化温度的升高,沉淀体积逐渐增加,基本上高于对照样品；随着处理时间的延长,各组上清液占总体积的百分率呈现无规律变化.

参考文献：

[1]Ha Y S,Suk Y L,Seung J C,et al.Digestibility and physicochemical properties of granular sweet potato starch as affected by annealing[J].Food Science and Biotechnology,2014,23（1）：23-31.

[2]Lan H,Hoover R,Jayakody L,et al.Impact of annealing on the molecular structure and physicochemical properties of normal,waxy and high amylase bread wheat starches[J].Food Chemistry,2008,111（3）：663-675.

[3]李润泽,夏杨毅,杨瑞学.甘薯改性淀粉研究进展[J].农业机械,2011（20）：130-133.

[4]黄华宏.甘薯淀粉理化特性研究[D].杭州：浙江大学,2002.

[5]Genkina N K,Wasserman L A,Noda T,et al.Effects of annealing on the polymorphic structure of starches from sweet potatoes（Ayamurasaki and Sunnyred cultivars）grown at various soil temperatures[J].Carbohydrate Research,2004,339（9）：1093-1098.

[6]赵佳.水-热处理对淀粉理化特性的影响[D].杨凌：西北农林科技大学,2012.

[7]高群玉,吴磊,垚刘 .甘薯淀粉糊性质的研究[J].食品工业科技,2008,29（8）：153-155.

[9]李鑫,赵燕,廖斌,等.甘薯淀粉糊透明度及凝沉性初探[J].食品研究与开发,2011,32（3）：34-37.

（责任编辑：邓天福）

Effects of annealing on the physicochemical properties of sweet potato starches

Li Fei,Chen Mengxue,Tang Yujie,Zeng Jie,Li Guanglei
（Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China）

The effectofannealing with deferentmoisture,annealing temperature and annealing time on physicochemical properties including the solubility,swelling,transparency,retro gradation property and the frozenthaw stability of sweet potato starch were studied.The results indicated that the presented the trend of first increased and then decreased after annealing treatment.Compared with the blank sample,with the increase of moisture content, the sweet potato starch swelling degree from 8.35%fell 4.83%,increased solubility,light transmittance decreased and in moisture content for 65%minimum was 26.1,sample analysis of water rates were higher than the blank sample and with the time growth supernatant accounted for and gradually increase the volume；With the increase of the processing temperature,the expansion of sweet potato starch increased from 4.43%to 11.34%,and the solubility and light transmittance decreased；Along with the increase of processing time,swelling sample at 48 hours is higher than the blank sample,sample solubility in 12 hours is maximum reach to 44.62%,dealing with the rest of the solubility of were lower than blank sample,the kind of light transmission rate is lower than the blank sample,the elutriation rate showed no changes.In addition,Moderate patenting process can be improved freeze-thaw stability of sweet potato starch.When the potato starch retrogradation stability after patenting process with increased moisture content of starch and modified potato starch retrogradation enhanced stability over patenting temperature rises deteriorated.

annealing；sweet potato starch；propertie

TS235.2

A

：1008-7516（2015）04-0024-07

10.3969/j.issn.1008-7516.2015.04.005

2015-06-08

李飞（1987―）,男,河南西平人,硕士研究生.主要从事粮食资源深度利用研究.

李光磊（1970―）,男,河南新乡人,博士,副教授,硕士生导师.主要从事农产品深加工与转化研究.