微波处理对普通玉米淀粉和蜡质玉米淀粉理化性质的影响

王雨生 秦福敏 陈海华,3 赵 阳 闫 盼

(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)

微波处理对普通玉米淀粉和蜡质玉米淀粉理化性质的影响

王雨生1,2秦福敏1陈海华1,3赵 阳1闫 盼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)

为探讨微波处理对普通玉米淀粉(CCS)和蜡质玉米淀粉(WCS)理化性质的影响，采用快速黏度分析法、差示扫描量热法、流变分析法，研究了不同时间或功率微波处理后CCS、WCS的理化性质。结果表明，微波处理时间和功率影响CCS、WCS的理化性质。60～90 s或462～700 W的微波处理增加CCS、WCS的糊化难度，使其起糊温度升高。微波处理导致CCS淀粉糊稠度、糊化焓降低，WCS的膨胀度降低。微波处理使WCS淀粉糊储能模量、损耗模量升高，增加其在外力作用下的稳定性，但只能形成弱凝胶。不同时间、不同功率的微波处理对CCS、WCS的短期老化和长期老化均有一定的抑制作用，使CCS、WCS的回生值、老化率均降低。

微波处理 玉米淀粉 糊化性质 老化性质 流变性质

玉米淀粉是常用的食品原辅料。不同品种的食品级玉米淀粉间性质差异较大，可以适应不同食品的需求[1]。其中，普通玉米淀粉(CCS)[2]、蜡质玉米淀粉(WCS)[3]来源广泛、成本低廉，是常用的增稠剂、胶凝剂、稳定剂，可改善食品感官品质。对淀粉进行改性处理，可适应生产加工的需要。淀粉改性方法有物理改性、化学改性和酶法改性[4]。其中，热处理是常用的物理改性方法[5]。对淀粉进行热处理的过程中，不易产生有害物质[6]。与干热处理、湿热处理相比，微波处理更加方便、快捷，且效果显著[6-7]。在不同的热处理条件下，淀粉理化性质会发生不同程度的改变，并对食品的品质产生不同的影响[4-5]。

随着生活节奏的加快，微波加热技术在食品工业中的应用日益广泛。微波是一种高频电磁波使物质在电磁场中加热的非电离能量，具有加热效率高、渗透性强等特点，其能量对氢键、范德华力、疏水键、盐键等具有较强的破坏作用[7]。微波处理可使淀粉的微观结构发生改变，导致淀粉性质改变[8]。Luo等[9]的研究表明，微波处理使CCS的膨胀度、溶解度和糊化焓降低。Stevenson等[10]研究表明，微波处理使CCS峰值温度升高，糊化焓降低。Lewandowicz等[11]研究表明，微波处理使CCS、WCS及小麦淀粉的糊化温度升高、溶解度降低。Anderson等[12]研究表明，微波处理使普通大米淀粉峰值黏度、末值黏度、衰减值增加，使蜡质大米淀粉峰值黏度、末值黏度、衰减值降低。Abraham等[13]的研究表明，微波处理的木薯淀粉的溶解度、持水力降低。这些研究局限于微波处理对淀粉性质影响的定性比较，并未对微波处理时间和功率等的影响进行深入探讨。

课题组前期研究结果表明，不同时间或不同功率的微波处理，对马铃薯淀粉的糊化性质、凝胶性质的影响不同[14]。Xie等[8]研究了微波处理对马铃薯淀粉流变性质的影响，结果表明，随着微波处理时间的增加，马铃薯淀粉糊的表观黏度、储能模量、损耗模量均呈先升高后降低的趋势。Ndife等[7]报道，经不同时间的微波处理后，CCS的糊化速率降低。除此之外，鲜有关于微波处理时间、微波功率对CCS、WCS理化性质影响的报道。

因此，本试验采用快速黏度分析法、差示扫描量热法、流变分析法，研究微波处理对CCS、WCS糊化性质、膨润性质、流变性质、热性质的影响，比较不同时间、不同功率的微波处理后，CCS、WCS理化性质的变化，以期为微波技术在淀粉食品的加工应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

普通玉米淀粉(CCS，含水量为13.2%，直链淀粉质量分数为26.2%)：山东东都食品有限公司；蜡质玉米淀粉(WCS，含水量13.3%，直链淀粉质量分数为3.8%)：山东华农特种玉米开发有限公司；其他试剂均为分析纯。

1.2 试验仪器

P70D20L-DE(WO)型微波炉：广东格兰仕微波炉电器制造有限公司；LXJ-IIB型低速离心机：上海安亭科学仪器厂； RVA Starchmaster快速黏度分析仪：澳大利亚Newport公司；MCR102型动态流变仪：奥地利Anton·Paar有限公司；DSC1型差示扫描量热仪：瑞士Mettler-Toledo集团。

1.3 试验方法

1.3.1 样品的制备

根据邵子晏等[14]的方法制备样品。

微波处理时间：称取适量淀粉，调节含水量为30%，在700 W微波功率下分别处理30、60、90 s，取出于干燥箱中烘干后研磨过100目筛，待用。对照及经过不同时间微波处理的普通玉米淀粉、蜡质玉米淀粉分别命名为：CCS-0、CCS-30、CCS-60、CCS-90，WCS-0、WCS-30，WCS-60，WCS-90。

微波处理功率：称取适量淀粉，调节含水量为30%，分别在280、462、700 W下处理60 s，取出于干燥箱中烘干后研磨过100目筛，待用。对照及经过不同功率微波处理的普通玉米淀粉、蜡质玉米淀粉分别命名为：CCS-0、CCS-280、CCS-462、CCS-700，WCS-0、WCS-280，WCS-462，WCS-700。

玉米淀粉悬浊液的配制：取适量样品均匀分散于蒸馏水中配制成一定质量分数的悬浊液，待用。

1.3.2 玉米淀粉糊化性质的测定

根据Chen等[15]的方法，配制6%(m/m干基计)的玉米淀粉悬浊液，用快速黏度分析仪测定玉米淀粉的糊化性质，记录样品的起糊温度，峰值黏度，末值黏度，衰减值与回生值。结果取5次试验的平均值。

1.3.3 玉米淀粉膨润性质测定

根据Chen等[16]的方法，配制2%的玉米淀粉悬浊液，于95 ℃下糊化20 min后，测定玉米淀粉的膨润性质，计算溶解度、膨胀度。结果取5次试验的平均值。

1.3.4 玉米淀粉流变性质的测定

根据赵阳等[17]的方法，取1.3.2中所得淀粉糊，置于动态流变仪的样品台上，采用直径为50 mm的平行板系统，间隙1 mm，温度25 ℃，恒定频率1 Hz进行线性黏弹区扫描后，测定玉米淀粉的流变性质。结果取5次试验的平均值。

静态流变学性质的测定：在剪切速率0.01～300 s-1范围内进行扫描，记录样品表观黏度随剪切速率的变化过程中，剪切速率为0.1 s-1、100 s-1时的表观黏度(η0.1、η100)。

采用Herschel-Bulkley模型对剪切应力τ与剪切速率γ进行回归拟合，记录屈服应力τ0、复相关系数R2、稠度系数K、流动指数n。Herschel-Bulkley方程：

τ=τ0+kγn

动态学流变性质的测定：恒定应变0.2%，在频率为0.1～10 Hz内进行振荡扫描，记录储能模量(G′)，损耗模量(G″)和损耗角(tanδ=G″/G′)。

1.3.5 玉米淀粉热性质的测定

根据赵阳等[18]的方法，差式扫描量热仪用铟标准品校正后，对样品进行扫描。结果取5次试验的平均值。

糊化过程的热学性质测定：配制淀粉与水比例为1∶3的淀粉悬浊液，移取30 μL于40 μL的铝坩埚中，压盖后平衡水分24 h。温度范围为30～100 ℃，升温速率为10 ℃/min。记录起始糊化温度(T0)、峰值温度(Tp)、终止糊化温度(Tc)和糊化焓(ΔH0)。

老化过程的热学性质测定：糊化后的坩埚中的样品在4 ℃下放置3、20 d后再次进行扫描。温度范围为40～125 ℃，升温速率为10 ℃/min。记录熔融焓(ΔH3、ΔH20)，计算老化率(R3、R20)。计算公式：

R3=ΔH3/ΔH0

R20=ΔH20/ΔH0

1.3.6 统计分析方法

采用SPSS17.0统计分析软件对数据进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 微波处理对玉米淀粉糊化性质的影响

由表1可知，微波处理时间影响CCS、WCS的糊化性质。与对照相比，微波处理时间为30 s时，CCS和WCS的起糊温度均降低，微波处理时间为60 s以上时，CCS和WCS的起糊温度均升高。这说明短时间的微波处理使CCS和WCS容易糊化，但长时间的微波处理使CCS、WCS难以糊化。与对照相比，微波处理使CCS峰值黏度、末值黏度降低。Lewandowicz等[11]的研究结果也表明，微波处理使木薯淀粉和马铃薯淀粉糊的黏度降低。而经微波处理后，WCS的峰值黏度、末值黏度增加，但随着微波处理时间的增加，WCS的峰值黏度、末值黏度呈现增加后降低。Colman等[19]的研究也表明，木薯淀粉的峰值黏度随微波处理时间的延长先增加后降低。微波处理时间小于60 s时，CCS和WCS的衰减值均增加，其中微波处理30s的CCS衰减值比对照增加了24 cp，而微波处理60 s的WCS衰减值比对照增加了39 cp。邵子晏等[14]的研究也表明，经不同时间微波处理后的马铃薯淀粉衰减值升高。经不同时间的微波处理后，CCS和WCS的回生值均降低。

表1 微波处理时间对玉米淀粉糊化性质的影响

注：不同的小写字母表示同一列之间的显著性差异，P<0.05，下同。

由表2可知，随着微波功率的增加，CCS和WCS的起糊温度均呈现先降低后增加的趋势。与对照相比，不同功率的微波处理使CCS的峰值黏度、末值黏度降低。而WCS的峰值黏度、末值黏度均高于对照，但随着WCS的峰值黏度先增加后降低。这说明一定功率的微波处理对蜡质玉米淀粉糊有增稠作用，但功率过高反而导致蜡质玉米淀粉糊稠度降低。随着微波功率的增加，CCS的衰减值先降低后增加；WCS的衰减值先升高而后降低，但均高于对照。邵子晏等[14]的研究结果也表明，不同功率的微波处理使马铃薯淀粉衰减值增加。经不同功率的微波处理后CCS和WCS的回生值降低。

表2 微波处理功率对玉米淀粉糊化性质的影响

RVA的测定结果表明，微波处理条件不同，对玉米淀粉糊化性质的影响不同。一定强度的微波处理促进玉米淀粉分子的热运动，使玉米淀粉颗粒发生一定程度的膨胀，促进玉米淀粉与水间、玉米淀粉分子间的相互作用[20]。因此微波处理时间低于30 s、功率低于280 W时，CCS、WCS的起糊温度降低，WCS的峰值黏度、末值黏度增加。另一方面，高强度的微波处理使玉米淀粉颗粒裂解，粒度减小，糊化难度增加[7,21]。因此微波处理时间超过60 s、功率大于462 W时，CCS、WCS的起糊温度升高。玉米淀粉分子结构在高频振动下受损[7]。因此CCS峰值黏度、末值黏度降低，CCS、WCS热稳定性降低。微波处理使CCS、WCS回生值降低，这说明微波处理使冷却后的玉米淀粉糊流动性增加。这可能是由于微波处理抑制玉米淀粉老化回生，也可能是由于微波处理阻碍玉米淀粉糊发生胶凝[18]。

2.2 微波处理对玉米淀粉膨润性质的影响

由图1可知，随着微波处理时间或微波处理功率的增加，CCS和WCS的溶解度、膨胀度变化趋势相似。随着微波时间或微波处理功率的增加，CCS的溶解度降低，膨胀度变化不显著。这说明微波处理减少了CCS糊化初期的直链淀粉溶出[2]。随着微波时间或微波处理功率的增加，WCS的溶解度略有降低。与对照相比，经微波处理后WCS的膨胀度降低。这可能是由于微波处理造成支链淀粉发生降解，分子量降低，导致淀粉糊持水力下降[21]。这与Luo等[9]的研究结果一致。

图1 微波处理对普通玉米淀粉、蜡质玉米淀粉膨润性质的影响

2.3 微波处理对玉米淀粉流变性质的影响

由表3、表4可知，微波处理前后，CCS、WCS的R2均大于0.99，说明其流动特性可以用Herschel-Bulkley模型来拟合。CCS、WCS的η100远小于η0.1，且流动指数小于1，说明CCS、WCS具有剪切变稀性质。同时，CCS、WCS的屈服应力大于0，说明CCS、WCS为屈服-假塑性流体。这与赵阳等[17]、王慧云等[22]的研究结果一致。相同的微波处理条件下，比较CCS与WCS可知，CCS的η0.1大于WCS，而η100小于WCS，且CCS的流体指数小于WCS，这说明与WCS相比，CCS的剪切变稀性较强。

由表3可知，与对照相比，经过不同时间的微波处理后，CCS的表观黏度、稠度系数、屈服应力降低，这说明微波处理降低CCS淀粉糊的稠度，使CCS流动性增强，触发其流动所需应力降低。WCS的表观黏度、稠度系数增加，这说明微波处理增加WCS淀粉糊的稠度。但随着微波处理时间的增加，WCS的表观黏度、稠度系数先增高后降低。这均与RVA的测定结果一致。Xie等[8]的研究表明，随着微波处理时间的增加，马铃薯淀粉的表观黏度先增加后降低。微波处理时间对WCS的屈服应力，CCS、WCS的流动指数影响不显著。

由表4可知，随着微波功率的增加，CCS的表观黏度、稠度系数、屈服应力降低，这说明经过大功率的微波处理后，CCS流动性增强。这与RVA的测定结果一致。CCS的流动指数随微波功率先降低后增加，但由于其表观黏度和稠度系数降低显著，CCS的流动指数变化并不能反映其剪切变稀性的强弱。随着微波功率的增加，WCS的表观黏度、稠度系数先增高后降低。微波功率对WCS的屈服应力、流动指数影响不显著。

由表5、表6可知，微波处理前后，CCS的G’远大于G”，tanδ远小于1。这说明CCS中弹性成分远大于黏性成分，能够形成黏弹性凝胶。而WCS的G’与G”接近，tanδ大于0.4，说明WCS形成弱凝胶。这与赵阳等[17]、王慧云等[22]的研究结果一致。相同的微波处理条件下，比较CCS与WCS可知，CCS的G’与G”均大于WCS，这说明与WCS相比，CCS冷糊中弹性因素和黏性因素较多，表现为CCS冷糊的稠度高于WCS[23]。这与RVA测定的末值黏度及静态流变学性质的测定结果一致。

表3 微波处理时间对玉米淀粉静态流变学性质的影响

表4 微波功率对玉米淀粉静态流变学性质的影响

表5 微波处理时间对玉米淀粉动态流变学性质的影响

表6 微波处理功率对玉米淀粉动态流变学性质的影响

由表5可知，随着微波处理时间的增加，CCS的G′、G″降低。这说明微波处理使CCS中弹性成分和黏性成分减少[23]。这可能是由于微波处理使CCS的分子结构破坏导致的[25]。振荡频率为0.1 Hz时，微波处理时间对CCS的tanδ0.1影响不显著，而振荡频率为10 Hz时，CCS的tanδ10随微波处理时间的延长而降低。这说明微波处理增强CCS凝胶在高频剪切作用下的稳定性。振荡频率为0.1 Hz时，与对照相比，WCS的G′、G″均略有增加，这说明微波处理使WCS中弹性成分和黏性成分增加[23]。这与RVA、静态流变学性质的测定结果一致。Xie等[8]的研究结果也表明，不同时间的微波处理使马铃薯淀粉储能模量、损耗模量增加。微波处理使WCS的tanδ0.1降低，但仍大于0.43，因此WCS只能形成弱凝胶。振荡频率为10 Hz时，WCS的G′、G″均随微波处理时间的延长而降低，这表明在外力作用下，微波处理使WCS淀粉糊的稳定性降低。微波处理时间对WCS的tanδ10影响不显著。

流变性质的结果表明，微波处理降低CCS淀粉糊的稠度，增加CCS淀粉糊的流动性和CCS凝胶在外力作用下的稳定性。与CCS不同，经微波处理后，WCS淀粉糊的稠度增加。微波处理增强WCS淀粉糊的黏弹性，但WCS仍只能形成弱凝胶。

2.4 微波处理对玉米淀粉热性质的影响

由表7可知，微波处理时间对CCS的T0、TP、TC影响不显著，但使TC-TO增加。这说明微波处理使CCS完全糊化所需时间延长。随微波时间的增加，CCS的糊化焓值降低，这与Luo等[9]、Stevenson等[10]的研究结果一致。与对照相比，CCS的R3、R20略有降低，这说明不同时间的微波处理抑制CCS的短期老化和长期老化。随微波处理时间的增加，WCS的TO、TP、TC均升高，这说明微波处理使WCS难以糊化，这与RVA的测定结果一致。随微波处理时间的增加，WCS的糊化焓值降低。这可能是由于微波处理降低了WCS的结晶有序度，因此在糊化过程中，破坏结晶结构所需能量减少，导致糊化焓降低[24]。与对照相比，经不同时间的微波处理后WCS的R3、R20略有降低。

表7 微波处理时间对玉米淀粉热性质的影响

表8 微波处理功率对玉米淀粉热性质的影响

由表8可知，微波处理对CCS、WCS热性质的影响与微波处理时间的影响相似。不同功率的微波处理使CCS的TC-TO值增加，糊化焓显著降低，R3、R20略有降低。随着微波功率的增加，WCS的TO、TP、TC升高，糊化焓降低。与对照相比，经不同时间的微波处理后WCS的R3、R20略有降低。

热性质的测定结果表明，微波处理增加CCS、WCS的糊化难度，使CCS糊化过程延长、WCS糊化温度升高。微波处理破坏CCS、WCS的双螺旋结构，降低其糊化焓。微波处理对CCS、WCS的短期老化和长期老化均有一定的抑制作用。

3 结论

微波处理增加CCS、WCS的糊化难度，使CCS、WCS起糊温度升高。微波处理不不利于淀粉颗粒吸水膨胀，使CCS淀粉糊稠度、WCS的持水力降低。微波处理破坏CCS、WCS的结晶结构，导致其糊化焓降低。微波处理增加WCS在外力作用下的稳定性，使WCS淀粉糊稠度、储能模量、损耗模量增加，但只能形成弱凝胶。不同条件下的微波处理对CCS和WCS理化性质影响不同。微波处理时间低于30 s、功率低于280 W时，促进玉米淀粉分子的热运动，使玉米淀粉颗粒发生一定程度的膨胀，促进玉米淀粉与水间、玉米淀粉分子间的相互作用，使CCS、WCS的起糊温度降低，WCS的峰值黏度、末值黏度增加。微波处理时间超过60 s、功率大于462 W时，高强度的微波处理使玉米淀粉颗粒裂解，粒度减小，糊化难度增加，导致CCS、WCS的起糊温度升高。同时，玉米淀粉分子结构在高频振动下受损，因此CCS峰值黏度、末值黏度降低，CCS、WCS热稳定性降低。不同时间、不同功率的微波处理对CCS、WCS的短期老化和长期老化均有一定的抑制作用，使CCS、WCS的回生值老化率均降低。

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Effects of Microwave Treatment on Physicochemical Properties of Common Corn Starch and Waxy Corn Starch

Wang Yusheng1,2Qin Fumin1Chen Haihua1,3Zhao Yang1Yan Pan1

(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 271018)

To investigate the effect of microwave treatment on the physicochemical properties of common corn starch (CCS) and waxy corn starch (WCS), the properties of CCS and WCS with microwave treatment at different time or power were studied by rapid viscosity analyzer, differential scanning calorimeter, and dynamic rheometer. The results showed that properties of CCS and WCS were significantly influenced by the time and power of the microwave treatment. CCS and WCS treated by microwave at 60～90 s or 462～700 W were harder to paste, with pasting temperature increased. Viscosity and enthalpy of CCS, as well as swelling power of WCS were decreased by microwave treatment. The stability of WCS to possessing under the influence of external force was improved by microwave treatment with increased storage modulus and loss modulus, while gelling capacity of WCS was still weak. Both short-term and long-term retrogradation of CCS and WCS were inhibited by microwave treatment at different time or power, with setback value and retrogradation rate of CCS and WCS deceased.

microwave treatment, corn starches, gelatinization properties, retrogradation properties, rheological properties

TS231

A

1003-0174(2016)12-0018-08

山东省自然科学基金(ZR2016CM17)，山东省高等学校优秀中青年骨干教师国际合作培养(SD-20130875)，山东农业大学博士后经费资助(76414)，2014年度国家级大学生创新创业训练计划(SRTP-201410435031)

2015-04-26

王雨生，男,1979年出生，讲师，农产品加工与贮藏

陈海华，女，1973年出生，教授，食品化学