蔗糖和海藻糖对糯米淀粉凝胶冻融稳定性的影响

谢新华 马红静 徐 超 艾志录 王 娜 潘治利 贺 平

(河南农业大学食品科学技术学院，郑州 450002)

蔗糖和海藻糖对糯米淀粉凝胶冻融稳定性的影响

谢新华 马红静 徐 超 艾志录 王 娜 潘治利 贺 平

(河南农业大学食品科学技术学院，郑州 450002)

为提高糯米淀粉凝胶冻融稳定性，研究了蔗糖和海藻糖对淀粉凝胶析水率、质构特性、热特性及微观结构的影响。结果表明，经过5次冻融处理，蔗糖和海藻糖均能显著降低淀粉凝胶析水率，且添加6%蔗糖与添加4%海藻糖对凝胶析水率的影响相同。添加2种糖后，凝胶弹性增加，硬度先增大后减小。差示扫描量热仪测定显示添加2种糖的淀粉凝胶熔融焓/糊化焓均显著降低，表明淀粉老化受抑制，且抑制能力为海藻糖大于蔗糖。利用扫描电镜观察凝胶微观结构发现，添加海藻糖的淀粉凝胶表面光滑平整，凹洞较小，基质较紧密。与蔗糖相比，海藻糖更能提高糯米淀粉凝胶冻融稳定性。

糯米淀粉 蔗糖 海藻糖 冻融稳定性

淀粉是食品的重要组成成分，淀粉凝胶使食品呈半固体状态且富有黏性，在贮藏和流通中，食品经历冻结-解冻处理，淀粉凝胶结构发生较大变化，严重影响食品的外观和质构[1]。研究表明添加小分子糖能保持和提高淀粉凝胶的性质[2-3]；Arunyanart 等[4]研究显示添加蔗糖可以提高大米淀粉凝胶冻融稳定性；陶锦鸿[5]等研究表明糖类物质可以提高莲子淀粉的凝胶强度，而有研究表明相比糖种类，糖浓度对凝胶品质的影响更显著[6]。关于糖对淀粉凝胶性质的影响主要集中于蔗糖和葡萄糖，而对海藻糖的研究并不多。海藻糖具有良好的保水性，在所有二糖中，海藻糖周围的不冻水分子数是最多的[7]，这也使得它在提高淀粉冻融稳定性方面发挥了重要的作用。本试验以糯米淀粉为研究对象，同时选择蔗糖与海藻糖对比，考察2种糖对淀粉凝胶冻融稳定性的影响，以期为糖在淀粉质食品中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

糯米：广东省农业科学研究所；蔗糖、海藻糖均为分析纯：天津市永大化学试剂有限公司。

1.2 试验仪器

DSC-Q200差示扫描量热仪：美国TA公司；S-3400N II扫描电镜：日本HITACHI 公司；TA-XT2i型质构仪：英国Stable Micro System有限公司。

1.3 方法

1.3.1 淀粉凝胶制备

采用碱浸法提取糯米淀粉[8]，粉碎后过100目筛，密封保存。取糖溶于200 mL蒸馏水中，制成质量分数分别为2%、4%、6%、8%、10%的溶液。取12.0 g淀粉加入糖溶液中，95 ℃水浴加热30 min，冷却；分5份倒入50 mL塑料离心管中，加盖置于-18 ℃冰箱中冻结20 h后，于室温下解冻4 h，为1个冻融循环，重复5次，备用。

1.3.2 凝微结构观察

将冻融淀粉凝胶切成厚薄一致的小段，迅速放入真空冷冻干燥机中干燥1 d。取出，喷金1次，用扫描电镜观察样品的微观结构[9]。

1.3.3 凝胶质构分析

采用质构仪测定淀粉凝胶冻融5次后硬度和弹性的变化[1]。

1.3.4 析水率测定

参照1.3.1，将每次冻融后样品在3 000 r/min下离心20 min，弃去上清液，称取沉淀物质量，计算析水率[9]。

1.3.5 热特性分析

取优化的糖添加量。用2.0 mL离心管称取0.2 g干燥的淀粉凝胶样品，按1∶2(m/m)比例添加糖溶液制成淀粉乳，置于铝质盘中密封。样品在4 ℃平衡24 h，取出回温1 h，以空白的铝盒作参比，置于差示扫量热仪中测定。测量参数：加热速率5 ℃/min，温度范围30～100 ℃。冻融处理条件同1.3.1，在室温下解冻后，测定糖对淀粉热特性的影响。老化程度以熔融焓/糊化焓表示[10]。

1.4 数据分析

采用Spss13.0数据分析软件进行处理和分析，图表绘制采用Excel软件。

2 结果分析

2.1 蔗糖和海藻糖对淀粉凝胶冻融稳定性的影响

从表1可以看出，原淀粉凝胶冻融1次的析水率为5.9%，随着冻融次数的增加，析水率明显增大，4次冻融后，析水率增加到23.81%，这可能是多次冻融处理使淀粉分子之间相互作用增强，淀粉分子与水分子之间的相互作用减弱，从而离心析出大量水分；冻融次数超过4次，凝胶析水率呈下降趋势，这可能与淀粉凝胶网络结构的形成有关[1]。添加蔗糖和海藻糖均能显著降低淀粉凝胶析水率，糖添加量越多，效果越好。6%的蔗糖和4%的海藻糖对淀粉凝胶析水率的影响效果基本一致。糖添加量相同时，添加海藻糖的淀粉凝胶析水率较低，这主要与所添加的糖本身水合能力的差异有关[11]。糖分子中的平伏羟基基团能够与邻近的水分子相互作用，形成分子间氢键，因此糖的水合能力主要受平伏羟基数目的影响，海藻糖在二糖中具有最多的平伏羟基数目，水合能力最强[12]。

表1 2种糖对淀粉凝胶析水率的影响

注：同一列数据后有不同小写字母者存在显著性差异(P<0.05)。

2.2 蔗糖和海藻糖对淀粉凝胶质构特性的影响

图1a是蔗糖和海藻糖对淀粉凝胶硬度的影响，可以看出，淀粉凝胶硬度为101.69 g，添加蔗糖和海藻糖后，凝胶硬度均增大，且蔗糖对淀粉凝胶的硬度的影响大于海藻糖。糖添加量为4%时，2种糖对淀粉凝胶硬度的影响差异最大，糖添加量超过8%时，凝胶硬度有下降趋势。图1b是蔗糖和海藻糖对淀粉凝胶弹性的影响，可以看出，淀粉凝胶弹性为0.71，随着糖添加量的增加，凝胶弹性增加，且海藻糖增加淀粉凝胶弹性的能力大于蔗糖。从两种糖对淀粉凝胶质构特性的影响可以看出，海藻糖更能够改善淀粉凝胶的质构品质，使其抵御劣变的能力增强。

图1 两种糖对淀粉凝胶硬度和弹性的影响

2.3 蔗糖和海藻糖对淀粉凝胶热特性的影响

从表2可以看出，淀粉糊化温度在72.85～87.96 ℃的范围内，糊化焓值为2.85 J·g-1，糖的加入能够显著提高淀粉凝胶的糊化温度和糊化焓值。5次冻融后，所有样品的熔融温度和熔融焓均明显低于糊化过程的数值，相转变温度在52.88～68.07 ℃之间，熔融焓为1.88 J·g-1。添加糖的淀粉凝胶温度变化范围为51.59～65.66 ℃，熔融焓变化范围为1.72～1.83 J·g-1。从熔融焓/糊化焓值可以看出，糖的加入显著抑制了冻融淀粉凝胶的老化，且抑制效果为海藻糖>蔗糖。

表2 2种糖对淀粉凝胶DSC特征值的影响

2.4 蔗糖和海藻糖对淀粉凝胶微观结构的影响

图2a是原冻融淀粉凝胶扫描电镜图，图2b和图2c分别是添加蔗糖和海藻糖的冻融淀粉凝胶扫描电镜图。从图2a可以看出，淀粉凝胶结构破坏严重，表面变得粗糙，出现较大的凹洞，淀粉基质变得疏松，这可能是多次冻融处理使淀粉凝胶体系形成大的冰晶体，冻融时对淀粉凝胶网络结构造成破坏。与图2a相比，添加蔗糖和海藻糖的淀粉凝胶微观结构则明显得到改善，凝胶表面变得光滑平整，网络结构中的凹洞明显变小，且淀粉基质变得更加紧密。比较图2b和图2c发现，添加海藻糖的淀粉凝胶改善效果更明显，这说明海藻糖改善淀粉凝胶微观结构的能力强于蔗糖，这与析水率的结果相一致，说明作为冷冻保护剂，海藻糖更能够防止脱水与冷冻处理造成的淀粉结构的破坏。

图2 2种糖对淀粉凝胶微观结构的影响

3 结论

原糯米淀粉凝胶冻融1次的析水率为5.9%，随着冻融次数的增加，析水率逐渐增大，冻融4次时，析水率达到最大值，继续冻融，析水率有下降趋势。蔗糖和海藻糖的添加均能显著降低凝胶析水率，其中添加6%的蔗糖和添加4%的海藻糖对凝胶析水率的影响是相同的，且海藻糖作用较显著，对冻融次数的耐受力较强。添加2种糖后，凝胶弹性均增加，硬度均呈先增大后减小的趋势，海藻糖更能够改善淀粉凝胶的质构特性，使其抵御劣变的能力增强。从熔融焓/糊化焓值可以看出，糖的加入显著抑制了冻融淀粉凝胶的老化，且抑制效果为海藻糖>蔗糖。凝胶扫描电镜图片显示，添加海藻糖的淀粉凝胶表面光滑平整，凹洞最小，基质最紧密。以上研究结果表明，与蔗糖相比，海藻糖更能提高糯米淀粉凝胶的冻融稳定性。

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Effect of Sucrose and Trehalose on Freeze-Thaw Stability of Waxy Rice Starch Gel

Xie Xinhua Ma Hongjing Xu Chao Ai Zhilu Wang Na Pan Zhili He Ping

(College of Food Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002)

To improve the freeze-thaw stability of waxy rice starch gel, the effect of sucrose and trehalose on syneresis, texture properties, thermal properties and microstructure of waxy rice starch was investigated. The results showed that sucrose and trehalose reduce effectively the syneresis of the waxy rice starch gel after 5 freeze-thaw cycles. The syneresis of waxy rice starch gel was consistent with 6% sucrose and 4% trehalose. The sucrose and trehalose increased the springiness and hardness of waxy rice starch gel with addition. Differential scanning calorimetry showed that sucrose and trehalose reduced the retrogradation enthalpy significantly, the aging of starch was inhibited and the inhibition capacity of trehalose was greater than that of sucrose. Scanning electron microscope image showed that the surface of starch gel was smooth, the pores were smaller and the matrix surrounding the pores was stronger with trehalose. Trehalose improves the freeze-thaw stability of waxy rice starch gel more than sucrose. Compared with sucrose, trehalose can improve the freeze-thaw stability of waxy rice starch.

waxy rice starch, sucrose, trehalose, freeze-thaw stability

TS235.1

A

1003-0174(2016)12-0029-04

“十二五”国家科技支撑计划子课题(2012BAD37B06-04),河南省教育厅科技攻关(14A550014)

2015-05-07

谢新华，男，1976年出生，副教授，谷物化学及速冻食品