刺槐豆胶与玉米淀粉混合物流变性分析

裴晶莹，赵佳慧，李晓磊，刘博，李丹

（1.长春大学吉林省教育厅农产品深加工重点实验室，吉林长春130022；2.长春大学食品科学与工程学院，吉林长春130022）

刺槐豆胶与玉米淀粉混合物流变性分析

裴晶莹1，2，赵佳慧1，2，李晓磊1，*，刘博1，李丹1，*

（1.长春大学吉林省教育厅农产品深加工重点实验室，吉林长春130022；2.长春大学食品科学与工程学院，吉林长春130022）

为研究非淀粉多糖类胶体对淀粉流变特性的影响，测定5组不同配比刺槐豆胶/玉米淀粉混合物0∶1.2、0.1∶1.1、0.2∶1.0、0.9∶0.3、0.4∶0.8（质量比）的黏弹性。采用Power-Law模型对静态流变学试验数据进行回归拟和，决定系数R2均在0.99以上，流体指数n＜1，表明玉米淀粉及两者混合体系属于假塑性流体；随着刺槐豆胶/玉米淀粉混合物质量比的提高，混合体系的稠度系数显著增加，流体指数降低，假塑性增强。当刺槐豆胶/玉米淀粉质量比小于0.3∶0.9（质量比）时，稠度系数增加不再显著。动态流变学试验显示，刺槐豆胶/玉米淀粉质量比大于0.3∶0.9（质量比）时，弹性较大，黏度适中。刺槐豆胶/玉米淀粉质量比为0.4∶0.8（质量比）时，黏度最大，弹性最小，混合体系具有更好的协同增稠效果。

玉米淀粉；刺槐豆胶；流变特性；贮能模量；损耗模量

淀粉与非淀粉多糖类亲水性胶体均具有增稠性、凝胶性等特点，常常被共同应用于食品体系中，以起到提高产品稳定性、控制水分流动、降低成本及简化加工工艺等作用。淀粉与亲水性胶体混合体系的功能特性与产品的质构和感官特性密切相关。因此，关于淀粉与非淀粉多糖类胶体混合物黏弹性的研究极为重要。考察两者之间的协效作用，对于掌握它们赋予食品特定功能性质的规律具有重要的意义。

刺槐豆胶（locust bean gum）是从刺槐种子胚乳中提取出的一种半乳甘露聚糖，其中半乳糖、甘露糖的质量比大约为4∶1。刺槐豆胶具有较好的透明度、溶胀性和增稠性，被广泛应用于食品工业中，用作水溶性增稠剂、乳化剂和凝胶增强剂[1]等。

玉米淀粉是可利用的最廉价的淀粉，淀粉糊化后能形成具有一定弹性和强度的凝胶，凝胶的黏弹性、强度等特性直接影响到淀粉质食品的加工性能及品质[2]。其流变和凝胶特性有助于使调料既具有稠性又始终为短性糊丝，可做零售业或公共饮食业的增稠剂。

国内报道过一些关于淀粉与胶体混合的研究，例如张雅媛等[3]考察玉米淀粉与黄原胶混合胶的流变学特性研究。表明玉米淀粉与黄原胶共混后，黏弹性变化明显。对刺槐豆胶/玉米淀粉混合体系的研究有待进一步探讨，本文以玉米淀粉为原料，加入不同比例的刺槐豆胶，利用动态流变仪[4]，研究两者混合后体系流变特性的变化，为更好的在食品工业中应用刺槐豆胶/玉米淀粉混合体系及品质控制提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

玉米淀粉：美国Sigma有限公司（S4126-corn starch）；刺槐豆胶：西班牙产，胶体含量99%；HX201型水浴锅：北京长流科学仪器公司；Discovery-HR-3型流变仪：美国TA公司。

1.2 试验方法

1.2.1 样品制备

本试验依据多次试验结果，选取5个不同配比刺槐豆胶/玉米淀粉混合物 0 ∶1.2、0.1 ∶1.1、0.2 ∶1.0、0.9 ∶0.3、0.4∶0.8，（质量比）。准确称取不同配比的玉米淀粉和刺槐豆胶样品，加入蒸馏水制成6%玉米淀粉和刺槐豆胶混合液，置于磁力搅拌器上500 r/min，5min，然后沸水糊化10min。

1.2.2 流变特性测定

流变特性的测定均取用按1.2.1方法配置成的样品。采用平板-平板测量系统，平板直径4 cm，设置间隙0.1 cm，加入样品，擦去平板外多余样品，加上盖板，并加入蒸馏水以防止水分蒸发。每次测试均需更换样品。

静态剪切流变的测试：在25℃下，测量剪切速率（γ）从 0～300 s-1递增，再从 300 s-1～0 递减范围内样品变化情况。采用Power-Law模型对数据点进行回归拟和，决定系数R2表示方程拟和精度。Power-Law方程：

式中：τ为切应力，N/m2；dv/dx为速度梯度；K为稠度系数（Pa/s），相当于黏度的量度；n为流型指数；流型指数n表示非牛顿程度的量度，当n=1时，即为牛顿液体；当 n＜1，为假塑性流体；当 n＞1，为膨胀性流体。幂律方程中，K、n值是两个重要流变参数。

动态黏弹性测定：温度25℃，扫描应变1%，测定由低频率（0.1 Hz）至高频率（10 Hz）内贮能模量（G′）、损耗模量（G″）及损耗角正切值（tanδ=G″/G'）随角频率的变化。

1.3 统计分析

所有试验均重复3次，采用SPSS软件计算平均值、标准差和各平均值之间的差异性。

2 结果与分析

2.1 静态剪切流变特性的测定

刺槐豆胶与玉米淀粉混合体系静态流变曲线见图1。

图1 刺槐豆胶与玉米淀粉混合体系静态流变曲线Fig.1 Static rheological curve of mixture of corn starch and locust bean gum

由图1可见，不同比例的刺槐豆胶淀粉糊在流动过程中所需的剪切应力随着剪切速率的增加而增大，随着胶体比例的增加，混合体系流动过程中所需的剪切应力减小。依据幂律方程（Power-Law）对各曲线数据点进行拟合（见表1），结果显示决定系数R2均在0.99以上，Power-Law模型对曲线具有较高的拟合精度[5]。流体指数n小于1，表明刺槐豆胶/玉米淀粉混合体系为假塑性流体[6]。添加刺槐豆胶后，混合体系上行曲线与下行曲线的稠度系数K显著增加，n值降低，说明混合体系具有更强的增稠性及假塑性，更易剪切稀化。统计分析结果表明，刺槐豆胶/玉米淀粉质量比小于0.3∶0.9质量比时，混合体系的K值显著增加，大于0.3∶0.9质量比时，增加不再显著。

表1 刺槐豆胶与玉米淀粉混合体系Power-Law方程拟合参数Table 1 Fitting parameters of Power-Law equation for mixture of corn starch and locust bean gum

2.2 动态黏弹性测定

糊凝胶体系的动态黏弹性与其实际应用性能直接相关[7]。贮能模量（G′）代表能量贮存而可恢复的弹性质。损耗模量（G″）代表能量消散的黏性性质[8]见图2和图3。

图2 刺槐豆胶与玉米淀粉混合体系贮能模量随频率变化曲线Fig.2 Storage modulus of mixture of corn starch and locust bean gum composite system as a function of frequency

图3 刺槐豆胶与玉米淀粉胶混合体系损耗模量随频率变化曲线Fig.3 Loss modulus of mixture of of corn starch and locust bean gum as a function of frequency

由图2和图3可见，所测样品G′均远大于G″，损耗角正切值（tanδ）小于 1，G′与 G″随频率增加而上升，表现为一种典型的弱凝胶动态流变学谱图。添加刺槐豆胶后，混合体系的G′和G''均显著增加，且随着刺槐豆胶比例的增加而增大，混合体系表现出更为优越的黏弹性。这进一步表明混合体系内部结构的分子链段间的缠结点增多，凝胶体系网络结构加强。

tanδ 为 G''与 G′比值，tanδ 越大，表明体系的黏性比例越大，流动性强，反之则弹性比例较大见图4。

图4 刺槐豆胶与玉米淀粉混合体系tanδ随频率变化曲线Fig.4 Loss angle tangent of mixture of corn starch and locust bean gum as a function of frequency

由图4可见，与玉米淀粉相比，混合体系tanδ的频率依赖性降低，随着角速率的增加，体系的弹性增加，黏性减小。当刺槐豆胶/玉米淀粉比例为0.4∶0.8（质量比）时，tanδ最高，混合体系具有更好的协同增稠作用。

综合考虑成本和混合效果，表明在实际应用中选择刺槐豆胶/玉米淀粉的比为0.3∶0.9（质量比）较为适宜。

混合是一种成本低、效果好、工艺简单、适合工业化生的方法，采用混合的方法，可改善玉米淀粉本身性能的不足，混合体系具有更为优越的黏弹性。从而减少或替代变性淀粉在食品中的应用。对玉米淀粉与刺槐豆胶混合体系流变及凝胶特性的研究是深入探讨大分子多糖间混合体系及其性能影响规律的基本依据。两种配比体系的流变性研究结果为更好的在食品工业中应用玉米淀粉/刺槐豆胶混合体系及品质控制提供参考。

3 结论

玉米淀粉与刺槐豆胶可通过分子间的相互作用而达到协同增效的作用，混合后的体系具有更高的稠度系数及动态模量。随着刺槐豆胶比例的增加，混合体系的流体指数n降低，假塑性增强。统计分析结果表明，当刺槐豆胶/玉米淀粉质量比小于0.3∶0.9（质量比）时，混合体系的稠度系数显著增加，大于0.3∶0.9（质量比）时，增加不再显著。刺槐豆胶/玉米淀粉质量比小于0.3∶0.9（质量比）时，弹性较大，黏度适中。刺槐豆胶/玉米淀粉质量比为0.4∶0.8（质量比）时，混合体系黏度最大，弹性最小，具有更好的协同增稠效果。

[1]张伏,付三玲,佟金,等.玉米淀粉糊的流变学特性分析[J].农业工程学报,2008,24(9):294-297

[2]吴雪辉,张加明.板栗淀粉性质研究[J].食品科学,2003,24(6):38-41

[3]张雅媛,洪雁,顾正彪,等.玉米淀粉与黄原胶复配体系流变和凝胶特性分析[J].农业工程学报,2011,24(6):38-41

[4]谭洪卓,谷文英,刘敦华,等.甘薯淀粉糊与绿豆淀粉糊的流变行为共性与区别[J].农业工程学报,2006,22(7):32-37

[5]詹晓北,王卫平,朱莉.食用胶的生产性能与应用[M].北京:中国轻工业出版社,2003

[6]黄来发.食品增稠剂[M].北京:中国轻工业出版社,2007

[7]Yoshimura M,Takaya T,Nishinari K.Effects of konjac-glucomannan on the gelatinization and retrogradation of corn starch as determined by rheology and differential scanning calorimetry[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,1996,44(10):2970-2976

[8]Lee M H,Baek M H,Cha D S,et al.Freeze-thaw stability of sweet potatostarchgelbypolysaccharidegums[J].FoodHydrocolloids,2002,16:345-352

Rheological Analysis of Corn Starch and Locust Bean Gum Mixture

PEI Jing-ying1，2，ZHAO Jia-hui1，2，LI Xiao-lei1，*，LIU Bo1，LI Dan1，*
（1.Key Laboratory of Agroproducts Processing Technology at Jilin Provincial University，Educational Department of Jilin Provincial Government，Changchun University，Changchun 130022，Jilin，China；2.College of Food Science and Technology，Changchun University，Changchun 130022，Jilin，China）

To study the effects of non-starch polysaccharide on the rheological properties of starch，we determined the viscoelastic properties of the mixtures of corn starch/locust bean gum 1.2 ∶0，1.1 ∶0.1，1.0 ∶0.2，0.9 ∶0.3，0.8 ∶0.4（mass ratio）.The Power-Law model fitted the data of the static rheology with the correlation coefficient of more than 0.99.The fluid index was less than 1，indicating that the mixture was pseudoplastic fluid.With the increase in the proportion of locust bean gum，the consistency coefficient of mixture increased significantly，fluid index decreased，pseudoplasticity enhanced.When the ratio of corn starch and locust bean gum was less than 0.9∶0.3（mass ratio），the increase was no longer significant.Dynamic rheological tests showed that the elasticity was large and the viscosity was moderate if the ratio of corn starch to locust bean gum mass ratio was less than 0.9 ∶0.3（ mass ratio）.The elasticity was the smallest and the viscosity was the biggest when the ratio of corn starch to locust bean gum was 0.8 ∶0.4（mass ratio）.The mixtures of corn starch/locust bean gum showed better synergistic thickening effects.

corn starch；locust bean gum；rheological properties；storage modulus；loss modulus

裴晶莹，赵佳慧，李晓磊，等.刺槐豆胶与玉米淀粉混合物流变性分析[J].食品研究与开发，2018，39（1）：1-4

PEI Jingying，ZHAO Jiahui，LI Xiaolei，et al.Rheological Analysis of Corn Starch and Locust Bean Gum Mixture[J].Food Research and Development，2018，39（1）：1-4

10.3969/j.issn.1005-6521.2018.01.001

国家自然科学基金“面上项目”（NSFC-31371749）；吉林省教育厅“十三五”科学技术研究项目（吉教科合字[2016]第298号，JJKH20170502KJ）

裴晶莹（1992—），女（汉），硕士研究生，研究方向：功能食品。

*通信作者：李晓磊（1978—），女（汉），副教授，博士，研究方向：功能食品；李丹（1972—），男（满），教授，博士，研究方向：功能食品。

2017-06-16