谷朊粉生产中B淀粉浆理化特性

张军合，饶平凡，张利真，尚益民，胡蕊薪

（河南科技学院食品学院，河南新乡453003）

谷朊粉生产中B淀粉浆理化特性

张军合，饶平凡，张利真，尚益民，胡蕊薪

（河南科技学院食品学院，河南新乡453003）

以目前广泛使用的三相卧螺法生产谷朊粉中的B淀粉浆为原料，通过扫描电子显微镜、电感耦合等离子发射光谱等技术测定了B淀粉的理化特性，包括微观结构、上清液中金属离子浓度、还原糖含量、热力学特性、粘度等，并与A淀粉及小麦粉进行了对比分析。扫描电子显微镜的观察显示B淀粉颗粒较小，与蛋白质、戊聚糖等粘性物质黏结。差示扫描量热仪的热力学特性以及透光率的分析表明小麦B淀粉糊化温度低，易糊化。B淀粉浆中的金属离子种类和含量以及还原糖含量适合后续发酵利用。

B淀粉；理化特性；DNS；还原糖

目前生产谷朊粉的主要方法是三相卧螺法[1]，即通过湿法把小麦粉分为三项，A淀粉、湿谷朊+B淀粉、戊聚糖。A淀粉颗粒大，比较易于分离；B淀粉是生产A淀粉时被离心脱水机刮下来的“废物”，又称尾淀粉或淀粉糊精等，总量可达原料面粉总量的1/10-1/5[2-3]。小麦B淀粉的淀粉含量约78%，成分主要包括破碎的小淀粉粒、损伤的大淀粉粒、面筋碎片、戊聚糖以及色素等[4-6]，多与蛋白质混粘在一起，一般的分离纯化方法难以分离，其中的戊聚糖和脂肪不利于其加工利用[7]。B淀粉中的非淀粉多糖，如葡聚糖、戊聚糖等不被单胃动物的内源消化酶分解，直接进入大肠后被大肠里的微生物分解和发酵，造成单胃动物尤其是禽类的营养障碍[8]。

传统的谷朊粉生产是以小麦粉为原料，综合利用率只达到73.5%，由于B淀粉颗粒小，粘度大，亲水性强，不容易烘干，难以分离，B淀粉浆除很少一部分用作农户从事养殖外[9]，大部分随污水直接排放，既造成浪费又污染严重，B淀粉浆的处理目前已成为谷朊粉生产中非常棘手的问题。有人曾对B淀粉浆的成分进行过较为详细的研究[3-4]，研究其难以分离的原因以及其复杂的成分对B淀粉后续深加工的影响，目前对B淀粉浆也没有较为理想的处理方法，本文直接以B淀粉浆为原料，研究其理化特性，采用电子显微镜、等离子发射光谱等技术对其微观结构、上清液中金属离子浓度、还原糖含量、热力学特性、粘度等理化指标进行分析比较，为其后续综合利用提供参考。回生值（setback）、糊化温度（pasting temperature）和峰值时间（peak time）。

1.5 数据分析

所有实验均进行3次平行试验，采用Origin 8.0软件对实验数据分析处理，实验结果以表示。

1 材料与方法

1.1 材料

A淀粉浆、B淀粉浆、小麦粉：河南中鹤现代农业产业集团有限公司。

1.2 药品与试剂

DNS试剂。

1.3 仪器与设备

BT25S电子分析天平：赛多利斯科学仪器北京有限公司；L550台式低速离心机：湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；HH—6恒温水浴锅：金坛市杰瑞尔电器有限公司；202—2型电热恒温鼓风干燥箱：中华人民共和国上海市实验仪器总厂；RVA-TecMaster快速粘度仪（RVA）：瑞典波通仪器公司；Quanta 200扫描电子显微镜：美国FEI公司；Optim2100电感耦合等离子发射光谱：美国PE公司；旋转式研磨仪ZM1：德国莱驰。

1.4 测定方法

1.4.1 B淀粉的表观观察

将A淀粉粒、B淀粉粒充分烘干过100目筛，平铺于白纸上，对比观察，拍照。

1.4.2 B淀粉的显微观察

将A、B淀粉粒充分烘干过100目筛，取适量分散均匀的淀粉粒用电子显微镜分别在放大倍数为800倍和3000倍的情况下观察并拍照。

1.4.3 B淀粉浆上清液中金属离子浓度的测定

将适量B淀粉样品稀释为27%的溶液，用形状细长的25mL干燥量筒取B淀粉浆，并用保鲜膜封口静置约24 h，取上层澄清液于专用橡胶质管中，利用Optime2100DV电感耦合等离子发射光谱仪测定B淀粉浆上清液中各金属离子的浓度。

1.4.4 DNS法测B淀粉浆还原糖

根据参考文献[10]制作葡萄糖标准曲线和求DE值。

标准曲线：y=0.599 4x-0.031 8，R2=0.996，式中：x为葡萄糖的浓度；y为OD值。

1.4.5 淀粉粒的热力学特性测定

根据参考文献[11]测淀粉的热力学特性。

1.4.6 淀粉粒的粘度测定

根据参考文献[12]测定淀粉粒的粘度。测定结束后记录峰值粘度（peak viscosity）、谷底粘度（trough viscosity）、破损值（breakdown）、最终粘度（finalviscosity）、

2 结果与分析

2.1 A、B淀粉表观对比（恒重干燥后）

A、B淀粉表观对比（恒重干燥后）见图1。

图1 A、B淀粉表观对比Fig.1 Apparent contrast of A-starch and B-starch

由图1可以看出：与A淀粉相比，B淀粉色泽暗黄、粗糙、颗粒均匀度差；这是因为B淀粉成分复杂，含有色素物质和非淀粉成分如粗蛋白、粗纤维及水溶性糖等，使B淀粉的色泽变深，颗粒不均匀，而且这些成分和淀粉颗粒粘连在一起，给B淀粉的后期利用带来诸多技术和成本障碍。

2.2 A、B淀粉粒的形态和大小

A、B淀粉粒的形态和大小见图2。

图2 A、B淀粉电镜对比（Quanta 200环境扫描电镜）Fig.2 Electronm icroscope comparison of A-starch and B-starch

从图2的扫描电镜图片可以看出：A淀粉的平均粒径大小在10μm～35μm之间，颗粒间多数相对独立存在，其形态主要是圆形淀粉颗粒，表面光滑并有凹陷面；B淀粉主要由较小的椭圆形淀粉和不规则颗粒组成，平均粒径1μm～10μm，表面粗糙伴有裂缝；由于B淀粉颗粒小、含杂多，易于与蛋白质、戊聚糖等成分粘结在一起，因此表现为颗粒间的紧密黏结。在观察的过程中发现，A淀粉中也有个别微小颗粒，B淀粉颗粒周围也零星的分散着个别大颗粒，这说明在工业化生产中，A淀粉B淀粉之间的分离不太彻底。

2.3 B淀粉浆上清液中金属离子浓度

B淀粉浆上清液中金属离子种类和浓度详见表1。

表1 B淀粉浆上清液中金属离子浓度测定结果Table 1 Concentration ofmetalion in supernatant fluid of B-starch

由表1中可知，B淀粉中的金属离子种类丰富，多数金属离子是参与代谢活动的酶的构成成分或激活剂，影响生物体内的物质代谢和生物转化。Gupta和Dhanya分别发现Mg2+和Ca2+浓度对发酵结果起决定作用，Ca2+是α－淀粉酶的激活剂，Mg2+是柠檬酸脱氢酶、己糖磷酸化酶、羧化酶等的激活剂，K+是许多酶的激活剂，能促进糖的代谢。

各种金属离子按照含量由多到少的排列顺序为：含量较多的金属离子为K、Mg、Na、Ca；含量较少的金属离子为Fe、Cu；微含量的金属离子为Pb、Cr、、Cd。

上述分析可知，B淀粉中含有淀粉、蛋白质、戊聚糖以及多种矿物质，为微生物的生长繁殖和代谢产物的形成提供了充足的营养成分，因此，以B淀粉为原料进行发酵产品的制备时，除少数特殊工艺外，不需另外添加氮源、矿物质等成分，是B淀粉综合利用的有效途径之一。

2.4 淀粉中还原糖含量

淀粉中还原糖含量以DE值表示，见表2。

表2 三种淀粉DE值Table2 DE valueof A-starch，B-starch and wheat flour

用DNS法测得实验结果表明（表2）：三种淀粉中还原糖含量顺序为B淀粉＞A淀粉＞小麦淀粉。显而易见，以B淀粉原料进一步发酵利用具有一定的理论基础。

2.5 A、B淀粉粒的热力学特性

用DSC测得的热焓大小反映了淀粉整体的结晶化度，在分子水平上，涉及到淀粉晶体中胶束状支链淀粉双螺旋分子结构的解旋和分散，及氢键断裂后与溶液中的水发生水合反应等过程[10]。因此，热焓的大小会受到淀粉颗粒的晶体结构、分子大小、水中的溶解性等的影响。

表3 三种淀粉热力学特性测定相关数据Table3 Thermodynamic property of A-starch，B-starch and wheat flou r

三种淀粉的热力学性质见表4和图3。

表4 三种淀粉的热力学参数Table4 Thermodynam ic parameter of A-starch，B-starch and wheat flour

图3 A、B淀粉和小麦粉的的DSC图谱Fig.3 DSC atlasof A-starch，B-starch and wheat flour

由表4和图3可知，对于糊化的起始温度To，小麦淀粉＞A淀粉＞B淀粉；峰值温度Tp，A淀粉＞B淀粉＞小麦淀粉；终止温度Tc，A淀粉＞B淀粉＞小麦淀粉；吸收热焓值△H，A淀粉＞B淀粉＞小麦淀粉。

上述结果表明，在同等条件下，B淀粉糊化温度低，易于糊化。

差示扫描量热仪对A淀粉和B淀粉的热力学特性的分析显示，小麦B淀粉比A淀粉更容易发生相变，这和B淀粉成分的复杂性以及不同成分的比例有关。

2.6 淀粉的糊化特性

糊化淀粉低温静置，分子重新排列，溶解度下降，出现回生现象，直接影响制品的风味、弹性和外观。A、B淀粉和小麦粉的的热力学性质见图4和表5。

图4 A、B淀粉和小麦粉的的RVA图谱Fig.4 RVA atlasof A-starch，B-starch and wheat flour

表5 A、B淀粉和小麦粉的的糊化特性参数Table5 Gelatinization property of A-starch，B-starch and wheat flour

测定结束后记录峰值粘度（peak viscosity）、谷底粘度（trough viscosity）、破损值（breakdown）、最终粘度（final viscosity）、回生值（setback）、糊化温度（pasting temperature）和峰值时间（peak time）。

由图4和表5可知，不同种类的淀粉比较，峰值粘度大小顺序是：小麦粉＞A淀粉＞B淀粉；谷底粘度大小顺序是：小麦粉＞A淀粉＞B淀粉；破损值大小顺序是：小麦粉＞B淀粉＞A淀粉；最终粘度大小顺序是：小麦粉＞B淀粉＞A淀粉；回生值大小顺序是：B淀粉＞小麦粉＞A淀粉；峰值时间长短顺序是：小麦粉＞A淀粉＞B淀粉；糊化温度高低顺序是：小麦粉＞B淀粉＞A淀粉。数据分析如下：

与小麦粉和A淀粉比较，B淀粉的回生值最高，即热稳定性差，分子更易重新排列，溶解度下降，在加工过程中发生老化，影响制品的品质；B淀粉的起始糊化温度随着质量分数的增加而降低，表明B淀粉更易糊化。

相同浓度下A淀粉浆的粘度明显比B淀粉浆大，其最高粘度分别为1 082 cP和977 cP，这是因为粘度主要是淀粉颗粒温度升高吸入水分后分子迅速扩散的表观现象。糊化后B淀粉比A淀粉的稳定性好，这可能是因为B淀粉中所含的杂质所引起的。

3 结论

本试验研究了目前广泛使用的三相卧螺法生产谷朊粉中的下脚料B淀粉浆的理化特性，包括微观结构、上清液中金属离子浓度、透光率、还原糖含量、热力学特性、粘度等，并与A淀粉及小麦粉进行了对比和分析比较，表观观察和扫描电镜观察的结果表明：B淀粉由较小的淀粉颗粒组成且含多种杂质，与蛋白质、戊聚糖等物质黏结紧密，不易分离；透光率还是热力学特性，或者糊化特性，均说明B淀粉易糊化。B淀粉浆中的金属离子和还原糖含量都很适合后续发酵利用，为下一步综合开发利用提供了参考。

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Physical and Chem ical Properties Research of B-starch

ZHANG Jun-he，RAOPing-fan，ZHANG Li-zhen，SHANGYi-min，HURui-xin
（Food College，Henan Institute of Scienceand Technology，Xinxiang 453003，Henan，China）

Taking B-starch，leftovers of vital gluten production by widely accepted three-phase lie screw method，as raw material，this papermeasured and analyzed physical and chemical properties of B-starch by electron microscope and inductively coupledplasma optical emission spectrometry，by which microstructure，metal ion concentration in supernatant fluid，contentof reducingsugar，thermodynamic property，gelatinization property were all concluded，also comparison with A-starch and wheat flourwere carried out.The result of electron microscope indicated that particle size of B-starch was small and impurities were embe-dded，which contributed to bond with protein and pentosan.Analysis of thermodynamic property by differential scanning calorimeterand luminousnessshowed thatB-starchwaseasy to gelatinization.In addition，contentsofmetal ion and reducing sugarmade B-starch accessible to be fermented for comprehensive utilization.

B-starch；physicaland chemicalproperties；DNS；reducing sugar

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.05.003

2014-12-14

新乡市重点科技攻关计划项目（ZG14029）；河南省教育厅科学技术重点研究项目（14A550013）；国家级大学生创新训练计划项目（201310467051）；河南省高校科技创新团队支持计划项目（13IRTSTHN006）

张军合（1972—），男（汉），副教授，博士，研究方向：淀粉科学与工艺。