麦麸超微粉淀粉混合体系理化特性研究

李渐鹏,尚玉荣,刘润书,徐同成,刘丽娜,刘振华,杜方岭,陶海腾,*

(1.山东省农业科学院农产品研究所,山东济南 250100;2.日照市莒县金穗工贸有限公司,山东日照 276500)



李渐鹏1,尚玉荣1,刘润书2,徐同成1,刘丽娜1,刘振华1,杜方岭1,陶海腾1,*

(1.山东省农业科学院农产品研究所,山东济南 250100;2.日照市莒县金穗工贸有限公司,山东日照 276500)

以小麦淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉4种淀粉为对象,研究不同添加量的麦麸超微粉,对其粘度、透光率、冻融稳定性、凝沉稳定性等加工特性的影响。实验结果表明:麦麸超微粉能与淀粉形成稳定的复合体系,随着麦麸超微粉添加量的增加,主粮淀粉糊的粘度值提高了1000～6000 mPa·s、冻融稳定性提高了35%～45%、糊凝沉稳定性提高了60%～65%,而透光率降低了70%左右。添加适量的麦麸超微粉,能在一定程度上改善淀粉的加工特性,可以开发出高品质的高膳食纤维低蛋白饮食。

麦麸超微粉,淀粉,粘度,透光率,冻融稳定性,凝沉稳定性

麦麸是小麦粉加工过程中的主要副产品,年产量在2000万t左右[1]。麦麸是膳食纤维的主要来源,含量高达46%[2],膳食纤维具有降低血糖功效,其降血糖作用主要与其物理性质(如溶解性、粘性等)有关。膳食纤维尤其是优质膳食纤维食品则是糖尿病患者最佳选择。对于糖尿病患者,每天饮食中添加20 g左右膳食纤维,可很好降低体内血糖水平,使病情好转[3-6]。超微粉碎技术是一种将各种固体物质粉碎成直径小于10 μm粉体的高科技含量的工业技术[7],用超微粉碎设备将麦麸加工成超微粉,处理后的麦麸具有良好的分散性、固定性和溶解性的特点,易于消化和吸收[8-10]。麦麸超微粉适量添加可以在一定程度上改善面团的加工特性[11-12],主要应用在馒头、面包、面条等面制品的加工[13-15],而在淀粉食品加工中的应用却很少。

糖尿病肾病是糖尿病最严重的并发症之一,约有40%患者死于糖尿病肾病,低蛋白饮食是治疗糖尿病肾病的关键,减少蛋白质的摄入量将对尿白蛋白清除率和肾小球滤过率的下降产生有利的影响,还可轻度减缓肾脏衰竭过程[16]。现有的低蛋白饮食是主要以淀粉为原料加工制成的,以提供基本能量为主,营养成分单一,缺乏功能活性。本研究通过向小麦淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉4种常用食品淀粉中添加不同比例的麦麸超微粉,研究其对淀粉的粘度、透光率、冻融稳定性、凝沉稳定性等加工特性的影响,为麦麸在低蛋白饮食的开发利用提供理论依据。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

小麦淀粉鄄城县明珠淀粉厂;玉米淀粉滨州金汇玉米开发有限公司;马铃薯淀粉西吉县万里淀粉有限公司;木薯淀粉崇左市群力淀粉有限责任公司;麦麸超微粉实验室自制,麦麸超微粉平均粒径为10 μm。

NDJ-5S数字式粘度计上海尼润智能科技有限公司;HZF-A500电子天平福州安志科技仪器有限公司;DSY-2-8电热恒温水浴锅北京国华医疗器械厂;CR22DШ高速冷冻离心机日立公司;UV-1750紫外/可见分光光度计莱伯泰科有限公司;MS104S万分之一分析天平瑞士METTLER。

1.2实验方法

1.2.1淀粉糊粘度的测定参照李志西等[17]的方法并进一步改进:分别称取0、15、30、45 g麦麸超微粉与18 g淀粉混匀后,再分别加入蒸馏水定容至300 mL,得麦麸超微粉浓度分别为0%、5%、10%、15%的6%的淀粉浊液,搅拌均匀后,置于沸水浴中充分糊化20 min,成透明胶糊状,冷却至室温,用NDJ-5S型数字式粘度计测定该温度下的淀粉糊(小麦、玉米、马铃薯、木薯)粘度,并于25、50、75 h时,分别测定淀粉糊的粘度。

1.2.2淀粉糊透光率的测定参照高嘉安等[18]的方法并进一步改进:分别称取0、5、10、15 g麦麸超微粉与1 g淀粉混匀后,再分别加入蒸馏定容至100 mL,得麦麸超微粉浓度分别为0%、5%、10%、15%的1%的淀粉乳。搅拌均匀后,置于沸水浴中充分糊化20 min,冷却至室温,用蒸馏水作空白对照,于0、24、48、72 h时,在620 nm波长下测定淀粉糊的透光率。

1.2.3淀粉糊冻融稳定性的测定参照高嘉安等[18]的方法并进一步改进:分别称取0、5、10、15 g麦麸超微粉与6 g淀粉混匀后,再分别加入蒸馏水定容至100 mL,得麦麸超微粉浓度分别为0%、5%、10%、15%的6%的淀粉乳。搅拌均匀后,置于沸水浴中充分糊化20 min,冷却至室温。取50 mL淀粉糊倒入塑料离心管中,加盖置于-15 ℃的冰箱内,24 h后取出,在室温下自然解冻,然后在5000 r/min条件下离心(离心之前配平)20 min,弃去上清液,并用滤纸轻轻按压吸取沉淀物中的水分,称取沉淀物的质量,分别记录冻融次数和析水率。

图1　麦麸超微粉浓度对淀粉糊粘度的影响Fig.1　Effect of wheat bran ultrafine powder concentration on starch paste viscosity

1.2.4淀粉糊凝沉稳定性的测定参照吴雪辉等[19]的方法并进一步改进:分别称取0、5、10、15 g麦麸超微粉与1 g淀粉混匀后,再分别加入蒸馏水定容至100 mL,得麦麸超微粉浓度分别为0%、5%、10%、15%的1%的淀粉乳。搅拌均匀后,置于沸水浴中充分糊化20 min,冷却至室温。将淀粉糊倒入100 mL的量筒中,室温下自然静置,分别在0、2、4、6、10、25、30、50 h时分别记录上清液和下层沉淀物的体积。用上清液体积占淀粉糊总体积的百分比随时间的变化情况来衡量糊的凝沉性质。

1.2.5数据处理运用origin7.0进行数据处理和作图。

2　结果与分析

2.1麦麸超微粉对淀粉糊粘度的影响

2.1.1不同浓度的麦麸超微粉对淀粉糊粘度的影响从图1中可以看出,随着麦麸超微粉浓度的增加,小麦淀粉糊的粘度一直呈上升的趋势,玉米淀粉呈先升高后降低再升高的趋势,而马铃薯淀粉糊和木薯淀粉糊的粘度则呈先降低后升高趋势。麦麸超微粉浓度为15%时，主粮淀粉粗大的粘度值提高了1000～6000 mPa·s。由于麦麸超微粉与水具有较强的结合力,使其具有较高的溶解度、膨润力和吸湿性,从而降低了糊体系的水分活度,糊体系的水分活度降低,导致了粘度的升高[20]。随着麦麸超微粉浓度的增加,麦麸与其他淀粉也形成了稳定复合体系,淀粉糊的粘度最终也呈升高趋势。麦麸超微粉浓度为15%时,与10%相比,小麦、玉米、马铃薯、木薯淀粉糊粘度差异显著(p<0.05),具有统计学意义。

2.1.2时间对麦麸超微粉淀粉糊的粘度影响从图2中可以看出,加入麦麸超微粉的主粮淀粉糊,随着时间的延长,粘度值都有不同的波动,幅度大小并不一致,这是由所形成的复合体系的持续稳定性不同所造成的。图由2a和图2b可以看出,加入不同浓度的麦麸超微粉后,小麦淀粉糊和玉米淀粉糊粘度都呈现了下降的趋势,不加麦麸超微粉的淀粉粘度反而不断升高。由图2c和图2d可以看出，与0 h相比，加入麦麸超微粉50 h时，马铃薯淀粉糊和木薯淀粉糊粘度值变化不大。当50～75 h时，麦麸超微粉淀粉糊的粘度值都呈下降的趋势，说明复合体系稳定性只能维持一段时间，麦麸淀粉食品加工过程应该控制在50 h内。

图2　时间对麦麸超微粉淀粉糊的粘度影响Fig.2　Effect of time on starch paste viscosity containing wheat bran ultrafine powder

2.2麦麸超微粉对淀粉糊透光率的影响

从表1中可以看出,随着麦麸超微粉浓度的增加,淀粉糊的透光率下降极其显著,下降了70%左右，说明麦麸超微粉的透光性还有待进一步的提高。72 h内麦麸超微粉淀粉糊体系的透光率变化幅度变小,说明麦麸超微粉与主粮淀粉形成的复合体系还是相对稳定的。

表1　麦麸超微粉对淀粉糊透光率的影响(%)Table 1　Effects of wheat bran ultrafine powder on starch paste transparency(%)

2.3不同浓度的麦麸超微粉对淀粉糊冻融稳定性的影响

从表2中可以看出,木薯淀粉糊的冻融析水率最低,说明其冻融稳定性最好,马铃薯淀粉糊、小麦淀粉糊和玉米淀粉糊析水率较高,这是因为淀粉分子在其冷却、冷冻期间,分子之间的热运动变慢,使得分子之间容易形成氢键,把淀粉分子结合的水分排挤出来,且直链淀粉分子含量越多越容易形成氢键[21]。木薯淀粉和马铃薯淀粉含有直链淀粉分子较多[22-23],而支链淀粉分子相对较少,因此分子间形成氢键少,析出水分少,冻融稳定性好。而小麦淀粉和玉米淀粉含有的支链淀粉分子多,而直链淀粉分子相对较少,因此分子间形成氢键多,析出水分多,冻融稳定性差。

表2　主粮淀粉糊的冻融稳定性Table 2　The freeze-thaw stability of different starch paste

图3　麦麸超微粉浓度对淀粉糊冻融稳定性的影响Fig.3　Effects of Wheat bran ultrafine powder concentration on starch freeze-thaw stability注：标注不同字母表示差异显著(p<0.05)。

从表2和图3中可以看出,随着麦麸超微粉浓度的增加,所有淀粉糊的析水率降低了35%～45%，说明冻融稳定性提高了35%～45%。超微粉碎处理改变了麦麸的理化性质,使其与水的结合力增强,溶解度、膨润力和吸附性都提高了[24]。因此加入麦麸超微粉后主粮淀粉的析水率呈显著降低,且随着麦麸超微粉浓度的增加,其冻融稳定性也呈显著性提高。

2.4不同浓度的麦麸超微粉对淀粉糊凝沉稳定性的影响

图4　麦麸超微粉浓度对淀粉糊凝沉稳定性的影响Fig.4　Effects of Wheat bran ultrafine powder concentration on starch paste retrogradation stability

2.4.1不同浓度的麦麸超微粉对淀粉糊凝沉稳定性的影响从图4中可以看出,在第50 h,随着麦麸超微粉浓度的增加,小麦、玉米、木薯淀粉糊的析出上清液逐渐减少,减少了60%～65%，说明凝沉稳定性提高了60%～65%。而马铃薯淀粉糊在不添加麦麸超微粉时的凝沉稳定性最好,基本无清液析出,而其他淀粉糊则表现出较差的凝沉稳定性,可能是因为支链淀粉分子不利于凝沉,马铃薯淀粉的支链淀粉分子链比其他淀粉的分子链长[22],使得不同分子链之间不容易形成有序的排列而靠氢键缔合,因此抗凝沉特性更好。另外马铃薯淀粉随着添加的麦麸超微粉浓度的增加,淀粉糊的凝沉有降低现象发生,说明麦麸超微粉并不能提高马铃薯淀粉糊的凝沉稳定性,反而减弱其凝沉稳定性,此方面还有待进一步提高。

图5　麦麸超微粉对淀粉糊凝沉稳定性的影响Fig.5　Effects of time on starch paste retrogradation stability containing wheat bran ultrafine powder

2.4.2时间对麦麸超微粉淀粉糊凝沉稳定性的影响从图5a、图5b和图5d中可以看出,未添加麦麸超微粉时,随着时间延长小麦淀粉糊、玉米淀粉糊、木薯淀粉糊清液体积变化差异显著(p<0.05);加入麦麸超微粉后,第50 h与30 h相比,小麦淀粉糊、玉米淀粉糊、木薯淀粉糊清液体积变化差异不显著(p>0.05),并且浓度越高,清液体积变化差异越不显著,说明高浓度的麦麸超微粉能明显缓解小麦淀粉糊、玉米淀粉糊、木薯淀粉糊凝沉现象发生。从图5c中可以看出,麦麸超微粉浓度为0%时,随着时间延长马铃薯淀粉糊清液体积变化差异不显著(p>0.05),加入麦麸超微粉后,马铃薯淀粉糊清液体积反而升高,说明麦麸超微粉对马铃薯淀粉糊凝沉稳定性没有效果。

3　结论

通过在不同淀粉(小麦、玉米、马铃薯和木薯)中添加麦麸超微粉,测量其粘度、透光率、冻融稳定性、凝沉稳定性等加工特性,发现麦麸超微粉与淀粉可以形成稳定的复合体系,麦麸超微粉能与淀粉形成稳定的复合体系。随着麦麸超微粉添加量的增加,主粮淀粉糊的粘度值提高了1000～6000 mPa·s、冻融稳定性提高了35%～45%、糊凝沉稳定性提高了60%～65%,而透光率降低了70%左右。因此,添加适量的麦麸超微粉,能在一定程度上改善淀粉的加工特性,可以开发出高品质的高膳食纤维低蛋白饮食。

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Researches of physicochemical properties of wheat bran ultrafine-starch complex system

LI Jian-peng1,SHANG Yu-rong1,LIU Run-shu2,XU Tong-cheng1,LIU Li-na1,LIU Zhen-hua1,DU Fang-ling1,TAO Hai-teng1,*

(1.Institute of Agro-Food Science and Technology,Shandong Academy of Agricultural Sciences,Ji’nan 250100,China;2.Jinsui Industry and Trade Co.,ltd.,Rizhao 276500,China)

Regarded 4 kinds of starch(wheat starch,corn starch,potato starch,tapioca starch)as the object,after adding wheat bran ultrafine powder,changes on processing characteristics(such as viscosity,transparency,freeze-thaw stability,retrogradation stability)were studied. The results showed that wheat bran ultrafine powder and starch could form compound system with a high stability. With increasing the amount of wheat bran ultrafine powder,the viscosity was increased by 1000～6000 mPa·s,the freeze-thaw stability was increased by 35%～45% and the paste retrogradation stability was increased by 60%～65%,while the transmittance was decreased by 70%. The processing characteristics of the staple starch could be improved in a certain extent by adding the right amount of wheat bran ultrafine powder,which could be applied in low protein foods with a high dietary fiber content.

wheat bran ultrafine powder;starch;viscosity;transparency;freeze-thaw stability;retrogradation stability

2015-05-19

李渐鹏(1988-)，男，硕士，研究方向：粮油加工，E-mail:869746940@qq.com。

陶海腾(1979-)，男，博士，助理研究员，研究方向：粮油加工，E-mail:taohaiteng@163.com。

山东省农业科学院青年科研基金项目(2015YQN48)；山东省农业科学院科技创新重点项目(2014CXZ03)；海外泰山学者计划(tshw20110532)。

TS235

A

1002-0306(2016)03-0092-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.03.010