泰州芋头营养成分及其淀粉性质的研究

施　帅,李志方,瞿桂香,徐海祥,兰海燕,窦上轩

(江苏农牧科技职业学院,江苏泰州 225300)



泰州芋头营养成分及其淀粉性质的研究

施帅,李志方,瞿桂香,徐海祥,兰海燕,窦上轩

(江苏农牧科技职业学院,江苏泰州 225300)

本文以泰州地区三种芋头为原料,采用喷雾干燥法提取芋头淀粉,并将得到的淀粉进行不同性质的比较研究。结果表明泰兴香荷芋淀粉、靖江香沙芋淀粉、兴化龙香芋淀粉的直链淀粉蓝值分别为1.16、0.97、1.10,支链淀粉蓝值分别为0.19、0.14、0.13。在溶解度比较中,泰兴香荷芋淀粉的溶解度最大,其次是靖江香沙芋和兴化龙香芋,且膨润力与溶解度成正相关关系。泰兴香荷芋淀粉的氨基酸总量最高为3.03 mg/100 g,泰兴香荷芋和兴化龙香芋中鲜味氨基酸含量与氨基酸总量之比分别达到38%和44%;泰兴香荷芋头淀粉所含的磷、钾元素含量最高分别为1419 mg/kg和8084 mg/kg。从颗粒形态上看,泰兴香荷芋淀粉颗粒较小且表面光滑、均匀,颗粒形状呈球形,兴化龙香芋颗粒呈不规则菱形,靖江香沙芋淀粉颗粒呈不规则球形,球形表面凸凹不平。泰州芋头香糯口感大,其中泰兴芋头质量指标较好,可以作为泰州芋头开拓更大的产业发展空间。

芋头,淀粉提取,品质,分析

泰州水网纵横,三水交汇,富含水分的沙壤土,特别适合芋头的生长。泰兴香荷芋富含蛋白质、矿物质和维生素、皂角甙等多种成分,有独特香味,系养胃保健的优质碱性食品。目前,有关其他地区的芋头方面的研究报道不多,姜绍通、汪洪普等对从新鲜芋头提精制芋头多糖进行分离纯化,研究各组分的化学特征及对小鼠体外免疫细胞功能的影响。通过水提醇沉,酶法辅助法去蛋白,透析、冷冻干燥得芋头多糖,经离子交换柱和凝胶色谱柱分离纯化得到3种多糖组分[1],孙忠伟研究了芋头淀粉的提取工艺和芋头淀粉的性质[2]。杨莹莹对紫甘薯酸奶的发酵工艺条件进行了优化,并利用了质构技术和顶空固相微萃取-气质联用技术对其质构特性和风味成分进行了研究[3],于新、徐文兴等研究了非油炸芋头脆片加工过程中,原料的配比、面团水分含量、食用油等对芋头脆片成品品质的影响[4]。且研究的芋头品种集中在浙江奉化、广西荔浦和福建等地。

泰州芋头真正走进人们视野的是2012年在《舌尖上的中国》播出的兴化龙香芋,让亿万观众领略了龙香芋美味,然而对泰州芋头营养成分及淀粉性质的研究未见报道。为了切实为芋农增收和芋头产业的发展发挥更大的作用,有必要对泰州地区的芋头进行营养成分分析及相关性质的研究。根据相关文献报道[2],在保证淀粉品质的前提下用水来浸提,并用抗坏血酸和亚硫酸钠来护色。对靖江香沙芋,泰兴香荷芋及兴化龙香芋进行基本营养成分分析,并研究了自制芋头淀粉的营养成分、溶解度、膨润力、透光度和吸水率等方面的性质,以期对今后芋头的开发利用有一定现实意义。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

芋头泰兴香荷芋的芽呈红色;兴化龙香芋叶片深绿色,叶柄绿色,叶柄长,叶片与叶柄相连处有紫晕,母芋近圆球形,肉白色,粉而香,子芋少,椭圆形,肉质粘;靖江香沙芋滑腻、粟香、沙性偏强,购于泰州各产地;抗坏血酸 购于国药集团(上海)化学试剂有限公司;正丁醇国药集团(上海)化学试剂有限公司;亚硫酸钠苏州华航化工科技有限公司;以上试剂均为分析纯。

DS-1型高速组织捣碎机上海标本模型厂;GYB系列高压均质机上海东华高压均质机厂;B-290型小型喷雾干燥机北京来亨科贸有限责任公司;754型紫外分光光度计上海菁华科技仪器有限公司;TD5A-WS型离心机金坛市金南仪器制造有限公司。

1.2实验方法

1.2.1芋头淀粉制备步骤选择市售芋头,球茎肥大,形状端正,整洁均匀,组织充实,无干枯收缩和硬化现象,无损伤,无变质腐烂。将芋头表面粗糙部分去除,去皮后清洗芋头,切成薄块,再清洗一遍。将切块后的芋头置于料水比为1∶2、pH为7的水溶液覆盖下,然后将芋头块置于高速组织捣碎机中进行捣碎,至均匀黏稠,无块状颗粒。并在粉碎的过程中加入 0.01‰抗坏血酸及0.02‰亚硫酸钠[1]溶液浸泡70 min,将捣碎后的匀浆过100目筛,收集滤出液及滤渣,并将滤渣用少量清水冲洗过滤三次,收集滤液。将滤液加入高压均质机中,在20～30 MPa压力下进行均质。喷雾干燥,进风口温度为135 ℃,出风口温度为75 ℃。抽风机100%,蠕动泵20%。将喷雾干燥完成后的淀粉收集,置于恒温干燥箱(40 ℃)中干燥,收集。

1.2.2直链淀粉与支链淀粉的粗分离称取5.0 g芋头淀粉,放入500 mL的烧杯中,加入少量的无水乙醇,使样品充分湿润,再加入200 mL 0.5 mol/L NaOH溶液。在沸水浴中加热且不停搅拌30 min至完全分散。冷却后离心(4000 r/min,20 min),去除未分散的残渣(沉淀部分)。用2 mol/L HCl中和离心液,并加入100 mL正丁醇-异戊醇(体积之比为3∶1)混合液,然后在沸水浴中加热搅拌20 min,此时溶液透明,冷却至室温,移入2～4 ℃冰箱中静置24 h,取出离心(4000 r/min,20 min),上清液即为粗支链淀粉,沉淀物即为粗直链淀粉。分别收集待用[5]。

1.3直链淀粉和支链淀粉的纯化

将沉淀物(即粗直链淀粉)全部转移到装有120 mL正丁醇饱和水溶液,然后置于沸水浴中搅拌直至溶液分散透明,再逐渐冷却至室温,移入冰箱内(2～4 ℃)保持24 h,取出离心(4000 r/min,20 min),将得到的沉淀重复上面步骤6次,然后将沉淀物浸入无水乙醇中静置24 h,再以无水乙醇洗涤沉淀物数次,最后将该沉淀物于干燥箱中干燥,得到直链淀粉的纯品,收集待用[2]。将下层溶液加40 mL正丁醇-异戊醇(体积之比为1∶1)混合液,在沸水浴中加热搅拌直至溶液分散透明,冷却至室温,移入冰箱于2～4 ℃静置48 h,取出离心(4000 r/min,20 min),去除沉淀物,用上清液重复以上步骤4次。所得到的上清液减压浓缩至原体积的一半,加入2倍体积的无水乙醇沉淀、离心,将沉淀溶于热的200 mL 0.5 mol/L NaOH溶液中,离心去沉淀,离心液中再加入2倍体积的无水乙醇,将沉淀物溶于200 mL的蒸馏水中,用2倍的无水乙醇再沉淀,以无水乙醇洗涤数次,最后将该沉淀物于干燥箱中干燥,得到支链淀粉100%的纯品。收集待用[5]。

1.4蓝值的测定

蓝值是表示淀粉与碘结合性能的一个指标。通过测定所形成的络合物在一定波长下的光吸收值。分别取0.5 mg纯化的直链淀粉与支链淀粉加到50 mL的烧杯中,再加入1 mL的蒸馏水和0.5 mL 1 mol/L的氢氧化钠溶液,然后在沸水中加热3 min,然后冷却。加入0.5 mL 1 mol/L的盐酸溶液,再加入0.1 g酒石酸氢钠,加水至45 mL,再加入0.5 mL碘溶液(碘化钾和碘的混合溶液,其中碘的质量分数为0.2%,碘化钾的质量分数为2%),将溶液补充到50 mL,混匀,在室温下放置20 min,用分光光度计于680 nm波长下测吸光度。用相同浓度的碘溶液作参比液。按以下公式计算蓝值:蓝值=OD680 nm×4/样品的质量浓度(mg/100 mL)[5]。

1.5不同芋头淀粉溶解度及膨润力测定

称取不同淀粉样品,加入100 mL蒸馏水中,在80 ℃下加热搅拌30 min,搅拌均匀制成质量分数为0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2%的淀粉溶液,将淀粉液置于离心机中离心,转速3000 r/min,时间30 min。得上清液,将上清液于水浴锅上蒸发近干后,再置于恒温干燥箱中烘干,温度105 ℃,至恒重。得烘干物质量m,带入下列公式中计算其溶解度[6-7]。

式中:m-上清液蒸发干燥至恒重质量g;M-淀粉样品质量g;W-离心后沉淀物质量g。

1.6扫描电镜技术

将粉状样品干燥后,用导电胶粘在样品座上。把样品座置于离子溅射仪中,在样品表面蒸镀一层10～20nm厚的铂金膜后。在不同放大倍数下进行电镜观察并拍摄照片。

1.7不同芋头淀粉溶液析水率测定

称取不同淀粉样品,加入100mL蒸馏水中,在80 ℃下加热搅拌30min,搅拌均匀制成质量分数为0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2%的淀粉溶液,将淀粉凝胶放入离心管中,置于冰箱冷冻室,24h后取出。待其自然解冻后观察其现象。再置于冰箱冷冻室,反复冷冻,使其水分析出后进行离心,得沉淀物质量,带入下列公式中计算得出其淀粉析水率[8]。

式中:M-淀粉糊质量;m-离心管中沉淀物质量。

1.8芋头基本营养成分的测定

磷和钾元素的测定方法:根据GB/T5009.91-2003《食品中矿物质的测定》;

灰分:GB5009.4-2010 食品中灰分的测定;

脂肪:GB/T5009.6-2003 食品中脂肪的测定 第一法 索氏抽提法;

淀粉:GB/T5009.9-2008 食品中淀粉的测定 第二法 酸水解法;

氨基酸总量的测定方法:参考GB/T8314-2013《食品中氨基酸总量的测定》。

上述指标均重复测定3次,取平均值。

1.9数据处理

利用SAS8.2软件进行。

2　结果与分析

2.1芋头营养成分的测定

磷元素是DNA和RNA的组成元素,有助于增强记忆力,也是维持骨骼和牙齿的必要物质。由表1可以看出在三种芋头测定结果中泰兴香荷芋所含的磷元素和钾元素含量最高,分别为1419mg/kg和8084mg/kg,而兴化龙香芋的磷元素含量和钾元素含量最低。在氨基酸含量的对比中,泰兴香荷芋的氨基酸含量最高值为3.086mg/100g。干物质中主要成分为淀粉,含量9～12g/100g,其中兴化龙香芋淀粉含量最高为12.04g/100g,较适宜作为加工淀粉的品种。从表1综合来看,在3种芋头营养成分对比中可以得出泰兴香荷芋淀粉的营养价值最高。

表1　不同芋头营养成分测定结果(mg/kg)Table 1　The nutritional compositionof some different type of taro(mg/kg)

2.2芋头氨基酸的组成及含量

由表2可知,泰州芋头经水解后得到4种鲜味氨基酸和9种必需氨基酸,氨基酸种类较齐全,比例相对平衡。泰兴香荷芋和兴化龙香芋中鲜味氨基酸含量与氨基酸总量之比分别达到38%和44%,远高于一般食品类鲜味氨基酸的含量,这可能是造成泰州芋头独特的香糯口感的主要原因,具有较高的营养价值。另外,作为人体主要限制因子的赖氨酸含量在3种泰州芋头中的含量也比较丰富,可以补充人体赖氨酸的不足。

表2　芋头的氨基酸组成及含量Table 2　Composition and content of amino acids of taro

注:Δ为鲜味氨基酸，表中数据单位为g/100 g氨基酸。

2.3芋头淀粉蓝值的测定

蓝值是反映淀粉结合碘的能力,与直链淀粉的链长或支链淀粉的侧链长有关。链较长,则蓝值就较高。直链淀粉和支链淀粉由于它们分子结构和线性聚合度的差异,所测的蓝值也就不同。直链淀粉由于其线性聚合度高,故其蓝值大,直链淀粉的蓝值一般为0.8～1.2;支链淀粉由于其侧链长短,故其蓝值小,支链淀粉的蓝值一般为0.08～0.22[4]。实验测得的泰兴香荷芋、靖江香沙芋、兴化龙香芋的直链淀粉蓝值分别为1.16、0.97、1.10,支链淀粉蓝值分别为0.19、0.14、0.13,均处于相应的分布范围内,在直链淀粉中,泰兴香荷芋和兴化龙香芋显著高于靖江香沙芋中的含量(p<0.05)。表明纯化后的芋头直链淀粉和支链淀粉的纯度均达到要求。

表3　芋头淀粉蓝值的测定结果Table 3　The blue values of the different type of taro

注:n=3;同列均值有共同上标字母者表示差异不显著(p>0.05)，标有不同字母表示差异显著。

2.4不同芋头淀粉质量分数对溶解度及膨润力的影响

淀粉膨润力反映了其中直链淀粉的特性,而淀粉的溶解主要是直链淀粉从润胀的颗粒中逸出,膨润力大小表明淀粉颗粒内部结合键力的强弱[9]。由图1可知,泰兴香荷芋的溶解度最大,其次为靖江香沙芋,兴化龙香芋的溶解度最差。且随着淀粉质量分数的增大,溶解度相应的降低。由图2可知，兴化龙香芋膨润力最高，靖江香沙芋膨润力最低。淀粉的膨润力与溶解度都影响着其在食品中的应用。

图1　不同芋头淀粉质量分数对溶解度的影响Fig.1　Effects of content on the solubility of taro starch

图2　不同芋头淀粉质量分数对膨润力的影响Fig.2　Effects of content on swelling power of taro starch

2.5芋头淀粉糊凝沉性质的测定

淀粉糊凝沉速度是反映淀粉特性的一个指标。由图3可以看出,在开始阶段,淀粉糊凝沉速度很快,但在2 d后淀粉凝沉速度变的缓慢。芋头淀粉糊凝沉速度最快的排列顺序为:泰兴香荷芋>兴化龙香芋>靖江香沙芋。泰兴香荷芋粉糊凝沉速度快,表明淀粉的含量多,淀粉的提取率高。

图3　芋头淀粉糊凝沉性质测定结果Fig.3　Coagulation and sedimentation of taro starch paste

2.6芋头淀粉颗粒型貌的观察

图4～图6为泰州不同品种芋头扫描式电子显微镜分析的结果。不同芋头品种的淀粉颗粒,在颗粒大小和超微形貌上,有着不同的特征。从颗粒形态上看,泰兴芋头淀粉颗粒较小且表面光滑、均匀。颗粒形状呈球形。兴化芋头颗粒呈不规则菱形。靖江芋头淀粉颗粒呈不规则球形,球形表面凸凹不平。芋头淀粉颗粒小,在煮熟后,口感粉滑、细腻,而且淀粉糊冷热稳定性好。

图4　泰兴芋头淀粉电镜图Fig.4　Electron micrographs of taixing taro starch注：(A)放大800倍；(B)放大2500倍； (C)放大4000倍,图4、图5同。

图5　兴化芋头淀粉电镜图Fig.5　Electron micrographs of xinghua taro starch

图6　靖江芋头淀粉电镜图Fig.6　Electron micrographs of jingjiang taro starch

2.7不同芋头淀粉质量分数对析水率影响

从图7可以看出,靖江香沙芋的析水率最大,其次是兴化龙香芋,靖江香沙芋析水率与兴化龙香芋析水率曲线几乎重合,而泰兴香荷芋析水率则较靖江香沙芋及兴化龙香芋小。同时可以看出,随着淀粉浓度的增大,淀粉的析水率随着其浓度的增大而减小。通过图7则可以推断三种芋头淀粉中直链淀粉含量大小关系为靖江香沙芋>兴化龙香芋>泰兴香荷芋。如果淀粉糊的冻融稳定性不好则其在冻融过程中就会使游离水分析出,从而破坏食品原有的质构,使食品的品质下降。

图7　不同芋头淀粉对析水率的影响Fig.7　Effects of content on water evolution rate of taro starch

3　结论

研究确定了泰州3种芋头营养成分及淀粉性质,研究发现,泰兴香荷芋的氨基酸总量最高值为3.086 mg/100 g;兴化龙香芋淀粉含量高,适宜作为食品加工淀粉的品种。兴化龙香芋中鲜味氨基酸含量与氨基酸总量之比在所比较的芋头品种中最高,可以以此为原料开发一些蒸煮类食品。泰兴芋头芋头淀粉颗粒小,在稳定性上有很好的应用前景。

[1]姜绍通,汪洪普,潘丽军.芋头多糖的分离纯化及对细胞免疫的调节作用[J].食品科学,2013,34(19):287-292.

[2]孙忠伟.芋头淀粉的提取及性质研究[D].无锡:江南大学,2004.

[3]杨莹莹.凝固型紫甘薯酸奶发酵工艺优化及质构特性和风味的研究[D].烟台:烟台大学,2013.

[4]于新,徐文兴,冯彤.非油炸芋头脆片加工工艺的研究[J].广州食品工业科技,2004,20(4):64-68.

[5]王愈,宋伟,孙忠伟.芋头淀粉的研究[J].中国粮油学报,2006,21(4):85-90.

[6]李共国.芋头喷雾干燥粉的加工工艺[J]. 现代商贸工业,2004,(4):29-30.

[7]杜秀杰.槟榔芋淀粉特性及其抗老化研究[J].集美大学学报,2012,(2):15-18.

[8]曹新志,刘芳,武玉娟,等.芋头淀粉性质研究[J].农产品加工,2012,(4):57-60.

[9]袁军,陈龙,孙文静,等.芋头淀粉提取工艺优化及淀粉特性研究[J].食品工业科技,2012,(19):252-256.

Analysis of nutriental contents and properties of Taizhou taro starch

SHI Shuai，LI Zhi-fang，QU Gui-xiang，XU Hai-xiang，LAN Hai-yan，DOU Shang-xuan

(Jiangsu Agri-Animal Husbandry Vocational College,Taizhou,225300,China)

The physical and chemical properties of taro starch extracted through the spray drying method were systematically studied with three different taro as raw materials. The blue values of amylose starch were 1.16,0.97,1.1 in taixing,jingjiang and xinghua taro amylose respectively,the blue values of amylopectin starch were 0.19,0.14,0.13 in Taixing,jingjiang and xinghua taro amylopectin respectively. In the comparison of solubility,taixing xianghe taro had a wide distribution,the following sequence was observed:jingjiang xiangsha taro>xinghua longxiang taro. Analysis of amino acids were 3.03 mg/100 g in taixing xianghe taro starch which was more than the other two taro.The nutritional assessment of amino acids showed that the taixing xianghe and xinghua longxiang taro contained delicious amino acids which of EAA was 38% and 44% respectively. Taixing xianghe taro contained the highest content of phosphorus and potassium,which were 1419 mg/kg and 8084 mg/kg. Granule morphology showed that taixing xianghe taro starch particles were smaller than those of taros and the surface was smooth,uniformly,particle shape was spherical. Xinghua longxiang taro particles was irregular diamond. Jingjiang xiangsha taro starch particles was irregular sphere,and spherical surface was uneven.Taizhou taro was delicate,delicious,which of the taixing xianghe taro was with better quality on the domestic market.

taro;extraction of starch;quality;analysis

2015-07-13

施帅(1980-)，男，硕士，讲师，研究方向：食品加工与质量控制，E-mail:shshuai027@163.com。

泰州市农业科技支撑项目,芋头绿色精深加工技术研究与新产品开发(TN2013001);2014年江苏省创新创业项目(201412806003Y)。

TS232

A

1002-0306(2016)05-0082-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.05.008