盐对不同直链含量玉米淀粉理化特性及流变学特性的影响

张旭东 薛吉全 刘林三 钟雨越 张仁和 徐淑兔 刘建超 郭东伟

盐对不同直链含量玉米淀粉理化特性及流变学特性的影响

张旭东 薛吉全 刘林三 钟雨越 张仁和 徐淑兔 刘建超 郭东伟

（西北农林科技大学农学院；农业部西北旱区玉米生物学与遗传育种重点实验室，杨凌 712100）

分析了盐对不同直链含量玉米淀粉的理化特性及流变学特性的影响。结果表明，盐抑制了淀粉颗粒的膨胀，盐浓度越大，抑制作用越强。盐质量浓度为0 g／100 mL的蜡质淀粉和普通淀粉膨胀势在65℃到75℃迅速增加，2.0 g／100 mL时膨胀势在75℃到85℃迅速增加且幅度最小。蜡质淀粉和普通淀粉DSC图谱呈G峰和M2峰，高直链淀粉呈G峰。盐提高了凝胶化起始温度，蜡质淀粉从50.1℃增加到90.2℃，普通淀粉从56.6℃增加到99.6℃，高直链淀粉从98.8℃增加到105.7℃。盐也抑制了淀粉的糊化进程，盐浓度越大，糊化温度越高。普通淀粉的储存模量G＇，损耗模量G＇和表观黏度η大于蜡质淀粉。普通淀粉和蜡质淀粉在低盐浓度（0.6 g／100 mL）下的G＇、G＇和η 值均大于高盐浓度（2.0 g／100 mL）。

盐 玉米 直链淀粉 理化特性 流变学特性

玉米淀粉是食品工业中最具应用价值的一类原材料，被广泛用于增稠剂、凝结剂、固定剂、持水剂、包装材料、脂肪替代品以及可降解塑料。根据直链淀粉和支链淀粉的比例不同，玉米淀粉可以分为蜡质玉米淀粉、普通玉米淀粉和高直链玉米淀粉。通常把直链淀粉质量分数为25%的称为普通玉米淀粉；直链淀粉质量分数为50%以上的称为高直链玉米淀粉；直链淀粉质量分数小于5%的则称为蜡质玉米淀粉［1］。

目前国内外研究证明，盐可以影响淀粉的品质特性。Sudhakar等［2］报道盐可以提高马铃薯淀粉的糊化温度，原因是盐与体系中的淀粉和水的相互作用。Eliasson等［3］认为盐对淀粉特性的影响受盐种类和浓度的影响。总之，盐对淀粉的影响是非常复杂的，其中盐对于不同直链含量玉米淀粉品质特性的影响鲜见报道。因此，本试验探讨了盐对于蜡质玉米淀粉、普通玉米淀粉、高直链玉米淀粉的理化特性和流变学特性的影响，以期为玉米淀粉的食品加工提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

蜡质玉米淀粉（含水量12.5%，直链淀粉质量分数1.4%）：意大利Roquette公司；普通玉米淀粉（含水量11.7%，直链淀粉质量分数27.3%）：美国Cargill公司；高直链玉米淀粉（含水量10.4%，直链淀粉质量分数64.4%）：英国Ingredion公司。

Q2000差示扫描量热仪、HR-3混合流变仪：美国TA公司；SUPER-3快速黏度分析仪：澳大利亚Newport Scientific公司。

1.2 试验方法

1.2.1 盐-淀粉悬浮液的制备

称取不同质量的盐，加入到蒸馏水中溶解，分别配制成质量浓度为0、0.6、2.0 g／100 mL 的盐溶液。准确称量的3种不同类型的淀粉样品溶解到盐溶液中，在磁力搅拌器上连续搅拌30 min，所需盐—淀粉溶液均在30 min内取出，备用。

1.2.2 含水量测定

根据GB 50093—2010［4］，采用烘箱干燥法对淀粉的含水量进行测定。

1.2.3 直链淀粉含量测定

参照Zhu等［5］的方法，采用双波长（620 nm 和510 nm）比色法对淀粉的直链含量进行测定。

1.2.4 膨胀势测定

参照Leach等［6］的方法，测定盐对淀粉膨胀势的影响，重复3次，取平均值。

1.2.5 热特性分析

参照Li等［7］的方法，利用差示扫描量热仪分析盐对于淀粉热特性的影响。

1.2.6 黏度特性分析

参照Jiang等［8］的方法，利用快速黏度分析仪分析盐对于淀粉糊化特性的影响。

1.2.7 流变学特性分析

参照Jeng等［9］的方法并加以修改，利用流变仪测定盐对于淀粉凝胶化特性和表观黏度的影响。按照1.2.1的方法，制备淀粉浓度为10 g／100 mL和盐质量浓度分别为0、0.6、2 g／100 mL 的盐- 淀粉悬浮液。将其倒入直径为40 mm的平板托盘上，周围用石蜡油密封防止水分的散失。空隙大小为1.0 mm，拉力为2%，角频率为1 Hz，温度变化范围60～95℃，重复测定2次。

1.3 统计分析

数据用SPSS19.0进行均值、方差、单因素及显著性差异Duncan分析以及使用Origin 9.0绘图。

2 结果与分析

2.1 不同盐添加量对于膨胀势的影响

如图1所示，无论是否有盐的存在，3种淀粉的膨胀势均随着温度的升高而增加，尽管幅度不同，其中蜡质玉米淀粉的膨胀势最大，普通玉米淀粉次之，高直链玉米淀粉最小。盐抑制了淀粉颗粒的膨胀，含盐量越高，膨胀势越低。蜡质玉米淀粉对于盐的抑制作用最为敏感，而高直链玉米淀粉表现更加稳定。在盐存在的条件下，蜡质玉米淀粉和普通玉米淀粉85～95℃曲线的斜率明显小于75～85℃的斜率，说明在较高温度下，盐抑制了淀粉膨胀势增加的幅度。

图1 不同盐添加量对3种淀粉膨胀势的影响

2.2 不同盐添加量对于热特性的影响

由图2可知，在不同盐浓度下，蜡质玉米淀粉和普通玉米淀粉均呈现双峰，高直链玉米淀粉呈现单峰。随着直链淀粉含量和盐浓度的增加，峰位置右移。热特性参数如表1所示，3种淀粉G峰的T0，Tp，Tc均随着直链淀粉和盐含量的增加而增大。M2峰的T0，Tp，Tc在不同淀粉样品及不同盐含量之间差异并不是很明显。随着直链淀粉含量以及含盐量的增加，ΔH在不同样品之间存在显著性差异（P＜0.05）。分析可知，高直链玉米淀粉结构最稳定，而蜡质玉米淀粉结构最不稳定；盐质量浓度为2.0 g／100 mL时的淀粉最难凝胶化，盐质量浓度为0 g／100 mL时，淀粉最易凝胶化。

图2 不同盐添加量对3种淀粉热特性的影响

表1 不同盐添加量的3种玉米淀粉DSC特征参数

表2 不同盐添加量的3种玉米淀粉RVA特征参数

由图3可知，普通玉米淀粉和蜡质玉米淀粉在不同盐添加量下均呈现出“双峰”，而高直链玉米淀粉的糊化曲线呈水平直线。随着直链淀粉含量和盐浓度的增加，淀粉的糊化曲线右移，说明糊化需要更高的温度，更长的时间。

特征参数如表2所示，糊化温度随着直链淀粉和盐含量的增加而增大。在不同盐浓度下，普通玉米淀粉的峰值黏度、最低黏度、最终黏度以及回生黏度均大于相应的蜡质玉米淀粉；衰减值呈相反趋势。随着盐浓度的增大，普通玉米淀粉和蜡质玉米淀粉的衰减值和回生值递减，说明盐浓度的增加会降低淀粉的冷热稳定性。

图3 不同盐添加量对3种淀粉黏度特性的影响

2.3 不同盐添加量对于流变学特性的影响

由图4a 可知，在盐质量浓度为0、0.6、2.0 g／100 mL时，蜡质玉米淀粉和普通玉米淀粉的储存模量G′呈现相同的变化趋势，均从凝胶化起始温度开始增加，随着温度的升高，达到最大G′后，开始下降，然而高直链玉米淀粉的G′保持不变，这是由于试验温度太低不足以使其凝胶化。不同盐浓度下的普通玉米淀粉的凝胶化起始温度都高于相应的蜡质玉米淀粉。盐抑制凝胶化进程，浓度越大，抑制作用越明显。在不同盐浓度下，普通玉米淀粉的G′均大于相应的蜡质玉米淀粉，普通玉米淀粉和蜡质玉米淀粉的G′在低盐浓度（0.6 g／100 mL）下大于高盐浓度（2.0 g／100 mL）。由图4b和图4c可以看出，损耗模量G″和表观黏度η均表现出同样的趋势。

图4 不同盐添加量对于3种淀粉储存模量G′、损耗模量G″和表观黏度η的影响

3 讨论

淀粉的膨胀能力取决于淀粉类型，颗粒形态、大小，盐添加量等因素。蜡质玉米淀粉由于几乎全部是支链淀粉，形成了更加开放的结构，使水分子更容易进入淀粉颗粒内部，从而导致较高的膨胀势。然而高直链玉米淀粉由于更高的直链淀粉含量，导致了其较低的膨胀势。这与Hermansson等［10］研究结果一致，即淀粉的膨胀势反映的是支链淀粉的特性，直链淀粉只是作为稀释剂，并且直链淀粉-脂肪复合物的形成也会限制淀粉颗粒的膨胀。Chen等［11］认为淀粉颗粒和盐离子的静电作用以及盐和淀粉颗粒之间对于水分子的竞争作用导致了盐对淀粉膨胀的抑制作用。Samutsri等［12］报道了同样的现象出现在水稻淀粉中。Zhu等［13］研究认为在较高温度下，NaCl对小麦淀粉的膨胀势具有限制性促进作用。这与本研究的结果一致。

侯蕾等［14］认为淀粉DSC图谱中存在G峰和M2峰，G峰通常是由于直链淀粉双螺旋结构解离而形成的，M2峰是由直链淀粉-脂类复合物形成的。在本研究中，蜡质玉米淀粉和普通玉米淀粉的M2峰出现在100～130℃范围内，这与王中荣等［15］研究结果一致，他们认为M2峰通常出现在110～160℃。高直链玉米淀粉出现单峰，可能是由于直链淀粉含量较高，此温度变化范围达不到出现M2峰所需的温度。随着盐浓度的增加，3种淀粉的G峰的起始温度、峰值温度和终止温度均呈现增加趋势，淀粉的糊化被延迟。这可能是由于盐对于水分子的竞争作用以及与淀粉之间的静电作用限制了淀粉颗粒的膨胀，延迟了淀粉的糊化。这与膨胀势（如图1所示）结果一致。

直链淀粉含量的增加抑制了淀粉的糊化进程，是由于直链淀粉会对支链淀粉产生束缚作用，限制其吸水膨胀，在高直链淀粉中较长的支链分子的结晶结构也会提高糊化温度，以及直链淀粉-脂质复合物也阻碍淀粉颗粒的糊化。这与Singh N等［16］研究结果一致。盐抑制淀粉糊化的原因是盐对于水分子的竞争作用以及与淀粉之间的静电作用。这与上述膨胀势和DSC结果一致。刘辉等［17］报道在不同品种的小米之间，直链淀粉含量与衰减值呈显著负相关，与回生值呈显著正相关，这与本试验研究结果一致。

蜡质玉米淀粉和普通玉米淀粉的G′均呈现先升后降的趋势。G′的增加是由于水分子进入淀粉颗粒内部使其膨胀，依靠膨胀颗粒间的相互作用形成三维网状结构。随着温度的进一步升高，淀粉颗粒破裂，网状结构被破坏，变得松散，G′减小。这与Wong等［18］和Eliasson 等［19］的研究结果一致。盐延迟淀粉的凝胶化进程，浓度越大，凝胶化速度越慢。因为在淀粉溶液中，盐的添加限制了水分子的移动，从而减少了进入淀粉颗粒内部的水分子，导致凝胶化的延迟。Katsuta等［20］报道了水稻淀粉中的相同现象。他们认为盐离子与水的相互作用以及盐离子-淀粉链复合物（直链单螺旋、支链双螺旋）的形成，影响着淀粉悬浮液的稳定性。Tsai等［21］认为非蜡质的水稻和玉米淀粉通常有着比蜡质更高的G′和G″。这是由于不同的凝胶形成机理决定的，随着温度的增加，被释放的直链淀粉分子形成三维网状结构，被膨胀的淀粉颗粒之间的相互作用所加强。普通玉米淀粉颗粒插入到该网状结构中，然而蜡质玉米淀粉仅有膨胀的淀粉颗粒，没有网状结构。普通玉米淀粉和蜡质玉米淀粉在低盐浓度（0.6 g／100 mL）下的G′大于高盐浓度（2.0 g／100 mL）的，是由于盐-淀粉之间的相互作用，低盐浓度促进了凝胶化，高盐浓度抑制了凝胶化。这一结果与Chen等［11］的报道一致。

4 结论

由于直链淀粉含量的差异，3种玉米淀粉的膨胀势差异显著，蜡质玉米淀粉的膨胀势最大，高直链玉米淀粉的膨胀势最小。盐抑制淀粉的膨胀，浓度越大，抑制作用越强。在较高温度下，盐限制性促进淀粉的膨胀势。普通玉米淀粉和蜡质玉米淀粉的热特性曲线呈G峰和M2峰，高直链玉米淀粉只呈现G峰。随着直链淀粉和盐浓度的增加，焓变值减小。普通玉米淀粉和蜡质玉米淀粉的糊化特征曲线为双峰，而高直链玉米淀粉为水平直线。直链淀粉和盐浓度的增加提高了糊化温度，抑制糊化进程。随着盐浓度的增加，普通玉米淀粉和蜡质玉米淀粉的衰减值和回升值均减小。在不同盐浓度下，普通玉米淀粉的G′，G″，η以及凝胶化起始温度均大于相应的蜡质玉米淀粉，而高直链玉米淀粉在温度范围内没有变化。普通玉米淀粉和蜡质玉米淀粉在低盐浓度（0.6 g／100 mL）下的G′，G″，η 值均大于高盐浓度（2.0 g／100 mL）。

［1］洪雁，顾正彪，李兆丰.蜡质玉米淀粉的性质及其在食品加工中的应用［J］.中国粮油学报，2005，20（3）：30-34

Hong Yan，Gu Zhengbiao，Li Zhaofeng.The characteristics of waxy maize starch and its application in food process ［J］.Journal of the Chinese Cereal and Oils Association.2005，20（3）：30-34

［2］Sudhakar V，Singhal R S，Kulkami P R.Studies on starch-hydrocolloid interactions：effect of salts ［J］.Food Chemsitry，1995（4）：405-408

［3］Eliasson A C，Gudmundsson M.Starch：Physicochemical and functional aspects［J］.Carbohydrates in Food，2006（2）：391-469

［4］GB 50093—2010食品安全国家标准食品中水分的测定方法［S］

［5］Zhu T，Jackson D S，Wehling R L，et al.Comparision of amylose determination method and the development of a dual wavelength iodine binding technique ［J］.Cereal Chemistry，2008，85（1）：51-58

［6］Leach H W，McCowen L D，Schoch T J.Structure of the starch granule.Part I.Swelling and solubility patterns of various starches［J］.Cereal Chemistry，1959，36：534-544

［7］Li L，Blanco M，Jane J L.Physicochemical properties of endosperm and pericarp starches during maize development［J］.Science Direct，2007，67：630-639

［8］Jiang Q Q，Gao W Y，Li X，et al.Characterizations of starches isolated from five different Dioscorea L.species ［J］.Food Hydrocolloids，2012，29：35-41

［9］Li JY，Yeh A I.Relationships between thermal，rheological characteristics and swelling power for various starches ［J］.Journal of Food Engineering，2001，50：141-148

［10］Hermansson A M，Svegmark K.Developments in the understanding of starch functionality［J］.Trends in Food Science＆ Technology，1996，7（11）：345-353

［11］Chen H H，Wang Y S，Leng Y，et al.Effect of NaCl and sugar on physicochemical properties of flaxseed polysaccharide-potato starch complexes ［J］.Scienceasia，2014，40（1）：60-68

12］Samutsri W，Suphantharika M.Effect of salts on pasting，thermal，and rheological properties of rice starch in the presence of non-ionic and ionic hydrocolloids ［J］.Carbohydrate Polymers，2012，87（2）：1559-1568

［13］Zhu W，Gayin J，Chatel F，et al.Influence of electrolytes on the heat-induced swelling of aqueous dispersions of native wheat starch granules［J］.Food Hydrocolloids，2009，23（8）：2204-2211

［14］侯蕾，韩小贤，郑学玲，等.不同直链淀粉含量玉米淀粉研究进展［J］.粮食与油脂，2013，26（6）：11-14

Hou L，Han X X，Zheng X L，et al.Research advance on corn starch with different content of amylose ［J］.Cereals and Oils，2013，26（6）：11-14

［15］王中荣，刘雄.不同直链淀粉含量的玉米淀粉理化性质及其应用研究［J］.粮食与油脂，2007，21（5）：15-19

Wang Z R，Liu X.Studies on physico-chemical preperties and application of cornstarch with different content of amylose ［J］.Cereals and Oils，2007，21（5）：15-19

［16］Singh N，Singh S，Isono N，et al.Diversity in amylopectin structure，thermal and pasting properties of starches from wheat varieties／lines［J］.International Journal of Biological Macromolecules，2009，45（3）：298-304

［17］刘辉，张敏.不同品种小米的直链淀粉含量与快速黏度分析仪谱特征值关系研究.［J］食品科学，2010，31（15）：31-33

Liu H，Zhang M.Relationships between amylose content and gelatinization characteristics of different varieties of millet［J］.Food Science，2010，31（15）：31-33

［18］Wong R，Lelievre J.Viscoelastic behaviour of wheat starch pastes ［J］.Rheologica Acta，1981，20（3）：299-307

［19］Eliasson A C.Viscoelastic behaviour during the gelatinization of starchⅡ.Effects of emulsifiers［J］.Journal of Texture Studies，1986，17（4）：357-375

［20］Katsuta，K.Effects of salts and saccharides on the rheological properties and pulsed NMRof rice starch during gelatinization and retrogradation processes［J］.Special Publication-Royal Society of Chemistry，1998，218：59-68

［21］Tsai M L，Li CF，Lii CY.Effects of granular structures on the pasting behaviors of starches 1 ［J］.Cereal Chemistry，1997，74（6）：750-757.

Influences of Salt on Physicochemical and Rheological Properties of Corn Starch with Different Amylose Contents

Zhang Xudong Xue Jiquan Liu Linsan Zhong Yuyue Zhang Renhe Xu Shutu Liu Jianchao Guo Dongwei
（The college of Agronomy in Northwest A＆F University，The Key Laboratory of Biology and Genetics Improvement of Corn in Northwest Arid Area，Ministry of Agriculture，Yangling 712100）

The paper focused on exploring the effect of salt on physicochemical and rheological properties of waxy corn starch，normal corn starch and high amylose corn starch.The results indicated salt limited the swelling behavior of starch granules，the higher salt content was，the lower swelling power was.The swelling power of waxy corn starch and normal corn starch with 0%salt content steeply increased between 65℃ and 75℃，while that with 2.0%salt content slightly grew up between 75℃ and 85℃.Waxy corn starch and normal corn starch all exhibited Gpeak and M2 peak in different salt addition，while high amylose corn starch only showed Gpeak.Salt raised the gelatinization staring temperature，specifically，from 50.1，56.6 and 98.8 ℃ to 90.2，99.6 and 105.7 ℃ for waxy corn starch，normal corn starch and high amylose corn starch respectively.Salt also inhibited the pasting process，the greater salt content was，the higher the pasting temperature was.The storage modulus（G′），loss modulus（G″）and apparent viscosity（η）of normal corn starch with different salt addition were higher than those in waxy maize starch.The G′，G″and η values of waxy corn starch and normal corn starch in 0.6%salt were greater than those in 2.0%high salt concentration.

salt，maize，amylose starch，physicochemical properties，rheological properties

TS231

A

1003-0174（2016）11-0026-06

时间：2016-11-10 15：54：58

网络出版地址：http：／／www.cnki.net／kcms／detail／11.2864.TS.20161110.1554.002.html

杨凌示范区科技计划（2014NY-01），唐仲英基金（A212021205）

2015-12-11

张旭东，男，1989年出生，硕士，作物遗传育种

郭东伟，男，1973年出生，副教授，作物遗传育种薛吉全，男，1964年出生，教授，作物遗传育种