热处理对不同直链淀粉含量的玉米淀粉理化性质的影响

王雨生 陈海华 赵 阳 张传鹏

热处理对不同直链淀粉含量的玉米淀粉理化性质的影响

王雨生1，2陈海华1，3赵 阳1张传鹏1

（青岛农业大学食品科学与工程学院1，青岛 266109）
（青岛农业大学学报编辑部2，青岛 266109）
（山东农业大学食品科学与工程学院3，泰安 271018）

采用快速黏度分析法、离心法、差示扫描量热分析法、动态流变仪分析法等，研究了干热与湿热处理对3种不同直链淀粉含量的玉米淀粉糊化性质、膨润性质、热力学性质、流变性质的影响，为淀粉的物理改性研究和加工应用提供理论依据。结果表明，干热处理使淀粉更易糊化，表现为3种玉米淀粉糊化温度降低，溶解度、膨胀度增加。湿热处理加大糊化难度，使3种玉米淀粉的糊化温度升高，膨胀度降低。热处理使玉米淀粉糊稠度、糊化焓值降低。蜡质玉米淀粉经热处理后，溶解度和老化率增加。流变性质测定结果表明，湿热处理不利于高直链玉米淀粉黏弹性凝胶的形成。

热处理 直链淀粉含量 玉米淀粉 理化性质

玉米淀粉来源广泛，价格低廉，是食品工业良好的增稠剂、稳定剂。对玉米淀粉进行热处理，可改变其加工特性。干热处理和湿热处理因简便易行、清洁、无需其他添加物等优点，被广泛应用。热处理对淀粉的理化性质影响显著。Li等［1］研究表明，干热处理降低蜡质玉米淀粉（WCS）的糊化温度、峰值黏度、末值黏度。Takaya等［2］报道，湿热处理使玉米淀粉老化率升高。Donovan等［3］研究表明，湿热处理明显降低小麦淀粉的糊化焓值，且随着湿热处理水分含量的增加，其糊化焓值逐渐降低。深入研究热处理对淀粉的理化性质的影响，可为淀粉的改性研究和加工应用提供参考。

淀粉因直链淀粉含量的不同而具有不同的结构和理化性质，对干热处理、湿热处理的敏感度也不同［4］。目前，关于湿热处理对不同直链淀粉含量的淀粉性质影响的报道较多。Varatharajan等［5］指出，湿热处理对普通马铃薯淀粉和蜡质马铃薯淀粉的结构特性和理化性质的影响不同。Hoover等［4］研究了湿热处理对3种不同直链淀粉含量的玉米淀粉结构特性以及热力学性质、黏度性质、膨润性质、冻融稳定性等的影响。高群玉等［6］报道了湿热处理对3种不同直链淀粉含量的玉米淀粉膨胀度、热力学性质等的影响。以上研究均表明，热处理对不同直链淀粉含量的淀粉性质影响程度不同。此外，对不同直链淀粉含量的玉米淀粉进行干热、湿热处理，并对比2种热处理方式对淀粉糊化性质、膨润性质、热力学性质及流变性质性质影响的研究，目前报道较少。

本研究采用快速黏度分析仪、差示扫描量热仪、动态流变仪研究了干热、湿热2种不同的热处理方式对不同直链淀粉含量的玉米淀粉糊化性质、膨润性质、热力学性质及流变性质的影响，为玉米淀粉在食品中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

高直链玉米淀粉（HACS，水分9.0%，直链淀粉59.8%）：山东华农特种玉米开发有限公司；普通玉米淀粉（CCS，水分10.7%，直链淀粉26.2%）：山东东都食品有限公司；蜡质玉米淀粉（WCS，水分13.1%，直链淀粉3.8%）：山东华农特种玉米开发有限公司；其余试剂均为分析纯。

1.2 试验仪器

RVA Starchmaster快速黏度分析仪：澳大利亚New-port公司；DSC1差示扫描量热仪：瑞士Mettler-Toledo集团；MCR102型动态流变仪：奥地利AntonPaar有限公司；TA-XT.Plus型物性测定仪：英国Stable Micro Systems公司；RS9TTN型离心机：上海安亭科学仪器厂；MS NewClass型分析天平：瑞士Mettler-Toledo集团。

1.3 试验方法

1.3.1 样品的制备

干热处理改性淀粉的制备：分别准确称取3种100 g（以干基计）淀粉放于3个平皿中，在50～60℃鼓风干燥箱中干燥至含水量降到10%以下，密封置于130℃下处理4 h后，冷却，粉碎，过100目筛，待用。

湿热处理改性淀粉的制备：分别准确称取3种玉米淀粉100 g（以干基计），调节含水量至20%，均匀混合后密封，室温下平衡水分24 h后，置于120℃下处理12 h，然后置于室温下冷却，粉碎，过100目筛，待用。

1.3.2 淀粉糊化性质的测定

称取1.3.1中淀粉适量，分散于蒸馏水中制备质量分数为9%的淀粉悬浊液，根据参考文献［7］测定其糊化性质。

1.3.3 膨润性质的测定

根据参考文献［8］，采用离心法测定样品的膨润性质。称取1.3.1中质量为M的淀粉，分散于蒸馏水中配成质量分数为2%的淀粉悬浊液，分别于85、95℃下糊化20 min后，迅速冷却至室温，3 000 r／min离心20 min，测定上清液干重A、沉淀湿重P、沉淀湿重D，计算样品的溶解度、膨胀度。

溶解度＝（A／M）×100%

膨胀度＝P／D

1.3.4 热特性的测定

配制质量分数为35%（m／m）的淀粉悬浊液，根据参考文献［9］测定热处理前后玉米淀粉的起始糊化温度（To）、峰值温度（Tp）、终止糊化温度（Tc）和糊化焓（ΔH0）。并测定糊化后样品于4℃下储存7、14 d后的熔融焓ΔHi（i＝7，14）及老化率Ri。

1.3.5 流变学性质的测定

配制质量分数为4.5%淀粉悬浊液，沸水浴糊化10 min后于冰水浴中迅速冷却至室温。根据参考文献［10］测定样品的静态流变学性质，采用Herschel-Bulkley方程拟合，记录屈服应力τ0、稠度系数K、流动指数n。测定样品的动态流变学性质，记录储能模量（G’）、损耗模量（G”）和损耗角正切值（tanδ＝G”／G’）的变化。

1.3.6 数据统计分析

采用SPSS 17.0统计分析软件对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 热处理对3种玉米淀粉糊化性质的影响

图1 热处理前后3种玉米淀粉的糊化性质

由图1可以看出，干热、湿热处理影响3种玉米淀粉的糊化性质。与原淀粉相比，经干热处理后，3种玉米淀粉糊化温度均降低，其中CCS的糊化温度降低最显著，约降低了10℃。这可能是因为干热处理使玉米淀粉分子内或者分子间的氢键断裂，这有利于水分子与淀粉分子间形成氢键，使玉米淀粉更易吸水润胀。Li等［1］、Lim 等［11］的研究也表明，干热处理降低WCS的糊化温度。经湿热处理后，3种玉米淀粉的糊化温度均升高，其中HACS升高了约6℃。这说明湿热处理使玉米淀粉更加难以糊化。这可能是由于湿热处理后，玉米淀粉的结晶度增加，需要在更高的温度下才能糊化；或是支链淀粉在湿热处理过程中降解，生成短链直链淀粉片段，使玉米淀粉难以糊化［12］。李素玲等［13］研究也表明，湿热处理使HACS、CCS、WCS的糊化温度升高。

与原淀粉相比，干热处理、湿热处理使HACS、WCS的峰值黏度和末值黏度均降低，对CCS的峰值黏度和末值黏度影响不显著。一方面，玉米淀粉分子在热处理过程中的降解，导致淀粉糊黏度降低［12］。HACS、WCS在热处理过程中，淀粉分子的降解占主导作用，因此表现为淀粉糊黏度降低。这分别与Li等［1］、Lim 等［11］报道的干热处理降低WCS 峰值黏度、糯米淀粉末值黏度的结果一致。李素玲等［13］研究也表明，湿热处理使HACS、WCS的峰值黏度降低。另一方面，热处理也可能加强玉米淀粉分子间的交联，从而使玉米淀粉糊的黏度增加［14］。CCS经热处理后淀粉糊黏度变化不明显，可能是淀粉分子降解和交联加强的共同表现。同时，与干热处理相比，经湿热处理后，HACS、WCS的峰值黏度、末值黏度降低更明显。这可能是由于水分的存在有利于淀粉分子的降解，导致峰值黏度、末值黏度降低［15］。

与原淀粉相比，干热处理后，HACS和CCS的衰减值增加，其中CCS的衰减值增加了近60RVU，这说明干热处理使HACS、CCS热稳定性降低。这可能是由于干热处理破坏了玉米淀粉分子的结构，抗剪切能力减弱［14］。而干热处理后WCS衰减值的降低，不足以说明其热稳定性增加。由图1可知，干热处理后WCS峰值黏度比原淀粉降低了近200 RVU，远比末值黏度的变化显著。由此可以看出，干热处理前后WCS的衰减值变化收峰值黏度数值影响较大，因而不能反应其热稳定性。湿热处理使3种玉米淀粉的衰减值均降低，其中WCS的衰减值下降了约150 RVU。这表明湿热处理能增强3种玉米淀粉的热稳定性。与Anderson等［16］报道的湿热处理降低大米淀粉衰减值的结果一致。这可能是湿热处理后，淀粉分子间的相互作用增强，耐剪切力增强的表现［16］。也可能是因为与原淀粉相比，湿热处理过程中生成的小分子直链淀粉具有更高的热稳定性［13］。

2.2 热处理对3种玉米淀粉膨润性质的影响

图2 干热、湿热处理前后对3种玉米淀粉的溶解度和膨胀度

由图2可以看出，当加热温度为85时，HACS、CCS未完全糊化，溶解度、膨胀度均较低。当加热温度升高到95℃时，HACS、CCS完全糊化，因此溶解度、膨胀度均比升85℃时增加。加热温度为85、95℃时，WCS原淀粉的溶解度为0%。比较95℃时3种原淀粉的膨润性质可知，随着支链淀粉含量的增加，3种原淀粉的溶解度逐渐降低、膨胀度逐渐增加。这是因为3种原淀粉的糊化难易程度、膨胀能力与其直链、支链淀粉含量有关［10］。其中WCS原淀粉中几乎只含有支链淀粉，具有较高的吸水膨胀能力，因而基本无直链淀粉溶出。

由图2可以看出，干热、湿热处理影响3种玉米淀粉的膨润性质。与原淀粉相比，干热处理增加3种玉米淀粉的溶解度、膨胀度。这可能是由于干热处理破坏了玉米淀粉的结晶结构，使其更易糊化。这与RVA的测试结果一致。HACS、CCS中，直链淀粉可能与支链淀粉发生了分离，直链淀粉更易析出使溶解度增加，支链淀粉更易吸水润胀使膨胀度增加［1］。值得注意的是，经干热处理后，WCS的溶解度不再为0%，这说明干热处理使其分子发生降解，生成了可溶出的直链淀粉。

与原淀粉相比，湿热处理降低HACS、CCS的溶解度，降低3种玉米淀粉的膨胀度。这说明湿热处理使3种玉米淀粉糊化难度增加，这与RVA的测试结果一致。这可能是由于湿热处理过程中淀粉分子的内部结构变得更加牢固，淀粉分子不易从颗粒内部溶出，因此HACS、CCS溶解度降低［14］。同时，湿热处理过程中支链淀粉降解为直链淀粉、淀粉分子持水能力降低［6，14］。因此WCS溶解度显著增加，膨胀度降低。高群玉等［6］的研究也表明，湿热处理使玉米淀粉的溶解度和膨胀度降低。

2.3 热处理对3种玉米淀粉热力学性质的影响

由表1可以看出，干热、湿热处理影响3种玉米淀粉的热力学性质。与原淀粉相比，干热处理后，3种玉米淀粉的To、Tp、Tc均降低，这与RVA试验中，干热处理使玉米淀粉糊化温度升高的结果一致。Li等［1］也报道，干热处理使糯米淀粉To、Tp、Tc降低。湿热处理后，3种玉米淀粉的To、Tp、Tc均升高，这也与RVA测定的结果一致。Pukkahuta等［17］报道，湿热处理使玉米淀粉的To、Tp、Tc升高。

干热处理、湿热处理使3种玉米淀粉糊化焓值降低。这可能是由于干热处理、湿热处理破坏了淀粉颗粒的结构［3］。原淀粉降解所生成的小分子直链淀粉片段，在糊化过程吸热量较少，也可能导致3种玉米淀粉糊化焓降低［10，13］。Pukkahuta 等［17］报道，湿热处理使玉米淀粉的糊化焓值降低。Jiranuntakul等［18］研究表明，湿热处理降低CCS、WCS的糊化焓值。Donovan等［3］的研究也表明，湿热处理使小麦淀粉的糊化焓值降低。由表1还可以看出，湿热处理后玉米淀粉的糊化焓值明显低于干热处理后玉米淀粉的糊化焓值。这表明湿热处理后对玉米淀粉颗粒结构的破坏作用更大。

淀粉的老化率随贮藏时间的延长而升高，这与赵阳等［10］的研究结果一致。干热处理后，HACS、CCS的R7明显降低，这说明干热处理能抑制HACS、CCS的短期老化。这可能是干热增强了糊化的淀粉分子间的交联作用，使其更加稳定而不易结晶［14-15］。研究表明，直链淀粉含量越高、分子量越小，越容易发生老化［15］。而WCS的R7明显升高，可能是干热处理将支链淀粉降解为易老化的短链直链淀粉片段所致［13］。湿热处理后，3种玉米淀粉的R7

均升高。这可能是因为湿热处理后淀粉结晶度的增加，以及支链淀粉降解为直链淀粉的共同表现。与原淀粉相比，干热处理后，3种玉米淀粉的R14均增加，其中WCS的R14增加了26%。湿热处理使3种淀粉的R14均增加了22%以上，其中WCS的R14增加量高达28%。与Takaya等［2］报道的湿热处理使玉米淀粉老化率升高的结果一致。淀粉的长期老化主要与支链淀粉的结晶，以及直链、支链淀粉形成的复合结晶有关［9-10］。由此可以推测，干热处理、湿热处理对支链淀粉的老化影响程度更大。

表1 热处理前后3种玉米淀粉的糊化、老化性质

2.4 热处理对3种玉米淀粉流变性质的影响

由图3可以看出，随着剪切速率的增加，3种玉米原淀粉及热处理淀粉的表观黏度均逐渐降低，表现出剪切变稀的性质。这与赵阳等［10］的研究结果一致。干热、湿热处理使3种玉米淀粉的表观黏度降低。这与RVA、膨胀度、糊化焓的测定结果一致。与干热处理相比，湿热处理对玉米淀粉表观黏度的影响更大。这与热处理方式对玉米淀粉峰值黏度、末值黏度、膨胀度的影响结果一致。由图3还可以看出，3种玉米淀粉比较，湿热处理使HACS的表观黏度降低程度最大。

表2 热处理前后3种玉米淀粉的Herschel-Bulkley方程拟合参数

由表2可知，热处理前后玉米淀粉的流动特性可以用Herschel-Bulkley模型来拟合。根据样品的屈服应力及流动指数可以看出，玉米淀粉糊为屈服-假塑性流体。干热处理后，HACS和CCS的τ0明显降低，WCS的τ0则略微增加。这说明干热处理使HACS、CCS淀粉糊发生流动所需作用力减小，WCS作用力增加。湿热处理后，3种玉米淀粉的τ0均显著降低，其中HACS的τ0几乎降为0，而CCS、WCS的τ0仍分别保持在0.28、0.45以上，这说明湿热处理对HACS的影响比CCS、WCS显著。这可能是因为HACS中直链淀粉含量较高，而直链淀粉比支链淀粉更易受到湿热处理的影响。干热、湿热处理后，3种玉米淀粉的k均显著降低，与RVA及表观黏度的测试结果一致。干热处理后，HACS、WCS的流动指数下降。湿热处理后，HACS、CCS的流动指数增加，WCS的流动指数则保持不变。Bahrani等［19］研究也表明，湿热处理使CCS的τ0、k均降低，n略有增加。

G’、G”分别反映黏弹性体中弹性成分和黏性成分的大小。冷却的淀粉糊中，直链淀粉形成的凝胶网状结构使样品具有弹性，支链淀粉不能形成凝胶，使样品保持一定的流动性［20］。由图4可知，干热处理对HACS的G’、G”影响不大，使CCS的G’、G”降低。湿热处理使HACS、CCS的G’、G”显著降低。Bahrani等［19］研究也表明，湿热处理降低CCS的G’、G”。经干热处理、湿热处理后，WCS的G’、G”无显著变化。热处理前后，HACS、CCS的G’始终远大于G”，这说明HACS和CCS淀粉糊中弹性成分远大于黏性成分，能够形成黏弹性凝胶。热处理前后WCS的G’始终与G”接近，不能形成黏弹性凝胶。

tanδ（G”／G’）反映了黏弹性体中黏性成分和弹性成分的相对强弱，tanδ越小，表明其中弹性成分所占的比例越大［20］。由图4可知，湿热处理使HACS的tanδ增加，表明湿热处理使HACS中黏性成分比例增加，对其形成黏弹性凝胶有不利影响。由此可以推测湿热处理会破坏HACS的凝胶结构，降低弹性。热处理对CCS和WCS的tanδ影响不大。

图3 热处理前后3种玉米淀粉的表观黏度

图4 热处理前后3种玉米淀粉的动态黏弹性

3 结论

热处理影响3种玉米淀粉的理化性质。干热处理使淀粉更易糊化，表现为3种玉米淀粉糊化温度降低，溶解度、膨胀度增加。湿热处理加大了糊化难度，使3种玉米淀粉的糊化温度升高，膨胀度降低。干热处理、湿热处理均使淀粉糊稠度、糊化焓值降低。这可能是由热处理破坏玉米淀粉颗粒导致的。WCS经热处理后，溶解度显著增加，且更易老化，这可能是由于热处理使支链淀粉降解所致。湿热处理使HACS的tanδ增加，不利于其黏弹性凝胶的形成。

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Effect of Thermal Treatment on Physicochemical Properties of Corn Starches with Different Amylose Content

Wang Yusheng1，2Chen Haihua1，3Zhao Yang1Zhang Chuanpeng1
（College of Food Science and Engineering，Qingdao Agricultural University1，Qingdao 266109）
（Editorial Department of Journal of Qingdao Agricultural University2，Qingdao 266109）
（College of Food Science and Engineering，Shandong Agricultural University3，Taian 266109）

Effects of dry and moisture thermal treatment on corn starches with different amylose content in pasting properties，swelling properties，thermodynamic properties and rheological properties were analyzed by methods of rapid viscosity analyser，centrifugation，differential scanning calorimeter and dynamic rheometer，providing theoretical support for the research and application of physical modified starches.The results indicated that corn starches with different amylose content were easier to be pasted after dry thermal treatment，with the decreased pasting temperature and increased solubility and swelling degree.However，the corn starches with different amylose content were harder to be pasted after moisture thermal treatment，with the increased pasting temperature，and the decreased swelling degree.By thermal treatment，the paste viscosity and gelatinization enthalpy of corn starches were decreased.After thermal treatments，retrogradating rate and solubility of waxy corn starch were increased.The results of rheological properties showed that gelling properties of high amylose corn starch was hindered by moisture thermal treatment.

heat treatment，amylose content，corn starch，physicochemical properties

TS231

A

1003-0174（2016）09-0045-07

山东省高等学校优秀中青年骨干教师国际合作培养项目（SD-20130875），山东农业大学博士后经费资助（76414），青岛农业大学应用型人才培养特色名校建设工程大学生科技创新（QAU-2014152）

2015-01-18

王雨生，男，1979年出生，讲师，农产品贮藏与加工

陈海华，女，1973年出生，教授，农产品贮藏与加工

注：不同的小写字母表示同一列之间存在显著性差异（P＜0.05），相同的小写字母表示同一列之间无显著性差异，余同。