不同干燥方式对莲藕淀粉品质特性的影响

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(1.贺州学院广西果蔬保鲜和深加工研究人才小高地,广西贺州 542899;2.贺州学院食品科学与工程技术研究院,广西贺州 542899;3.贺州学院食品与生物工程学院,广西贺州 542899;4.贺州学院材料与环境工程学院,广西贺州 542899)

莲藕(NelumbonuciferaGaertn)为睡莲科多年生植物[1],中国栽培史有3000多年,国内种植莲藕的较为广泛。莲藕的淀粉是主要营养成分,含量达10%～20%[2-3]。我国莲藕资源丰富,莲藕经加工制成淀粉,可作为食品加工业重要的原辅料,具有较大的资源优势和发展前景。

国内外有关莲藕淀粉的研究也有一定报道,田翠华等集中对莲藕淀粉的晶体[4]、颗粒[5]、老化[6-7]、糊化[8]等特性进行研究,宋哲[9]对不同时期莲藕淀粉精细结构、消化性与水分子运动性进行了研究,钱文文等[10]对不同品种莲藕淀粉的颗粒形态及流变特性研究,刘敏等为考察亲水性胶体对淀粉性质的影响,研究不同添加量的黄原胶[11]、魔芋胶[12]分别对复配后莲藕淀粉的糊化、流变、质构特性及微观结构的变化,陈巧莉等[13]探究高静压对莲藕淀粉理化特性的影响,涂静等[14]应用近红外光谱技术无损检测莲藕的淀粉含量,邓青等[15]以莲藕淀粉为原料,烹煮、质构、感官为指标,考察了莲藕淀粉对粉丝品质的影响,李西腾等[16]作了酶法制备莲藕抗性淀粉工艺的研究。目前针对不同干燥方式对莲藕淀粉特性差异比较的研究尚未见报道。

本文以热风干燥、微波干燥、红外干燥和真空微波干燥四种干燥方式处理莲藕淀粉,并对莲藕淀粉干燥处理时间及颗粒形貌、结晶类型、色泽、粘度、冻融性、透明度、凝沉性等特性进行比较,为莲藕淀粉及淀粉制品的加工提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

秋季新鲜莲藕 购于贺州市农贸市场,选择个体完整、大小均匀、无机械损伤莲藕;碘 分析纯,天津市福晨化学试剂厂;二甲基亚砜 分析纯，广东光华化学厂有限公司。

GYB60-6型高压均质机 上海东华高压均质机厂;G80D20CN1P-D2(S0)型微波炉 广东格兰仕微波炉电器制造有限公司;TYPE WBZ-10型智能化静态微波真空干燥机 贵阳新奇微波工业有限公司;DH411C型精密恒温箱 日本雅马拓公司;WS70-1型远红外快速干燥器 绍兴市沪越科学实验仪器厂;QUANTAF250扫描电子显微镜(SEM) 美国FEI公司;DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器 巩义市予华仪器有限责任公司;NDJ-8s数字显示粘度计 邦西仪器科技(上海)有限公司;XRD-6000型X射线衍射仪 岛津国际贸易(上海)有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 原料预处理 新鲜莲藕清洗去皮,切块,莲藕块和水按1∶2的比例加入破壁料理机中打浆;将莲藕浆加入均质机的漏斗容器,设置额定压力40 Mpa,均质时间20 min;匀浆后反复加水过滤进行浆渣分离,滤液静置去除上清液,得沉淀的湿淀粉(湿基含水率40%±0.5%)进行4 ℃冷藏。

1.2.2 淀粉干燥 每次称取200 g湿淀粉在不同干燥方式下进行干燥,各干燥方式的干燥条件根据预实验的基础上确定。

热风干燥:湿淀粉平铺在玻璃器皿,置于恒温箱,热风温度55 ℃。

微波干燥:湿淀粉平铺在玻璃器皿,放置微波炉腔体,设微波功率210 W。

真空微波干燥:湿淀粉平铺在玻璃器皿,放入微波真空干燥机腔体内,设真空度0.09 MPa、微波功率500 W。

红外干燥:湿淀粉平铺在玻璃器皿,置于远红外快速干燥器,功率500 W。

经过干燥后物料通过水分测定仪测定其水分含量,水分含量控制在安全水分含量内,为10.8%±0.05%,干品通过万能粉碎机粉碎,密封袋包装,成品。

1.2.3 水分的测定 按照GB 5009.3-2010《食品安全国家标准食品中水分的测定》进行。

1.2.4 淀粉亮度的测定 采用色差计进行测定,L*值(lightness),在0～100之间变化,L*=0表示黑色,L*=100表示白色。

1.2.5 颗粒形貌扫描 采用扫描电子显微镜对样品进行扫描观察。二次电子分辨率:3.0 nm(30 kV,高真空模式)。用双面胶将样品固定在金属样品台上,然后在真空条件下进行喷金处理后,置于扫描电子显微镜(SEM)中,淀粉颗粒形貌图像放大倍数为2000。

1.2.6 X-射线衍射扫描 采用XRD-6000型X射线衍射仪,步长扫描法,进行淀粉晶体的X射线衍射分析。操作条件如下:起始角2θ=5°,终止角2θ=80°,步长0.05°,扫描速度4°/min,积分时间2 s,靶型Cu,管流30 mA,管压40 kV。

1.2.7 粘度的测定 称取干淀粉12.0 g,倒入三角瓶中,用蒸馏水配制6%的淀粉溶液,将三角瓶放置恒温水浴振荡器中,振荡均匀。当溶液温度升至95 ℃开始计时,保温30 min后,采用粘度计测定淀粉溶液的粘度,记录下粘度值。淀粉溶液保持恒温待用,每保温30 min测定一次粘度,保温终止时间为180 min。

1.2.8 凝沉性的测定 准确称取1.00 g干淀粉配成1%的淀粉-水悬浮液,置于水浴温度95 ℃水浴锅,搅拌糊化30 min,冷却至室温,置于100 mL量筒中,摇匀静置,观察糊液在室温下静置45 h后的分层变化情况,记录5、10、20、25、30、35、40、45 h时上层清液体积,按下式计算清液体积比:

式(1)

式中:V-清液体积比,%;V1-上清液的体积,mL。

1.2.9 冻融稳定性的测定 参照文献[17]的方法,称取2.4 g干淀粉加入40 mL水,配制6%的淀粉乳,置于10 mL离心管中,称重后置于沸水浴加热糊化至透明;将其冷却至室温后,放入-20 ℃冰箱中保存24 h,取出室温解冻,以3000 r/min离心20 min,去除外部水分并称重。析水率c按式(2)计算。

式(2)

式中:c-析水率,%;m1-淀粉糊质量,g;m2-离心管中沉淀物质量,g。

1.2.10 淀粉糊透明度的测定 准确称取1.00 g干淀粉,加入蒸馏水,制成1%淀粉溶液,置于磁力搅拌器上,设置温度85 ℃,转速500 r/min,搅拌糊化30 min;淀粉糊冷却至室温,用分光光度计扫描,在波长620 nm 处测定淀粉糊的透光率,放置24 h,再重新测定一次。

1.3 数据处理

试验数据采用Excel 2010、Origin 7.5、SPSS 19.0软件进行图表绘制和数值分析。

2 结果与分析

2.1 不同干燥方式对莲藕淀粉干燥时间及淀粉亮度的影响

色泽的亮度是评价淀粉干制品品质的一个重要指标,L*值是用来表示亮度的指标,L*值越大,表示样品越亮越白,它能较好地反映干燥产品的颜色改变[18]。

图1 不同干燥方式莲藕淀粉的干燥时间及亮度Fig.1 Drying time and brightness of lotus root starch in different drying methods

2.2 莲藕淀粉的形貌分析

采用扫描电子显微镜分析四种不同干燥方式对莲藕淀粉微观结构影响如图2所示。

由图2可见,在热风干燥条件下,部分莲藕淀粉颗粒表面较粗糙,有明显的凹坑,颗粒间有团聚和裂缝;红外干燥的淀粉,颗粒表面非常粗糙,颗粒结块团聚严重,外观品质差;这两种干燥的淀粉颗粒形状较不规则。微波干燥的淀粉,颗粒表面较粗糙,未见裂缝;真空微波干燥的淀粉没发生糊化和熔融,颗粒较完整,轮廓清晰,表面光滑,极少数颗粒表面有轻微的凹坑。微波干燥和真空微波干燥的淀粉颗粒形状较规律,大颗粒整体结构为椭球型,小颗粒为球形。图2c真空微波干燥的淀粉,相对图2a、图2b、图2d干燥的淀粉,能很好地保持淀粉颗粒的结构特性。原因是真空微波干燥过程,一方面在真空系统中,物料处于负压状态下,隔绝空气使得在干燥过程中容易发生氧化等化学变化的物料能更好地保持原有的特性[19],颗粒形貌的损坏减少;另一方面微波干燥由内向外的独特加热方式,水分蒸发快,时间短,颗粒间团聚少,颗粒受损极小[20]。因此,在真空与微波干燥共同条件与优势下处理淀粉,淀粉颗粒形貌更好。

图2 莲藕淀粉颗粒的扫描电镜图(2000×)Fig.2 SEM of lotus root starch(2000×)

2.3 莲藕淀粉的晶体类型分析

淀粉的晶体类型反映了淀粉产品的性能及用途,X-衍射是研究晶体特性的最直接和最有效的方法[7]。图3为热风干燥、微波干燥、真空微波干燥和红外干燥莲藕淀粉的X-射线衍射图谱。

图3 莲藕淀粉的X-射线衍射图谱Fig.3 X-ray diffraction patterns of lotus root starch

由图3可看出,这四种不同干燥的淀粉分别在2θ为5.6°、15.05°、17.08°和23.16°附近有明显吸收峰,为B型图谱,其呈现尖锐峰衍生射特征,为典型的结晶结构;而其他区域则表现为弥散峰衍射特征,是亚结晶和非晶结构。这与田翠华研究结果[2]的基本一致,莲藕淀粉晶型均为B型结构。其次,不同干燥方法的莲藕淀粉各自的衍射峰高和峰宽基本没有变化,说明干燥方法的并不能使淀粉颗粒其晶粒大小发生改变。

2.4 淀粉粘度变化分析

淀粉的粘度也反应了淀粉类产品的性能及用途,淀粉粘度的研究在现代淀粉类产品生产中有重要意义。由图4可知,淀粉粘度在95 ℃恒温下保温180 min,随着时间延长粘度呈现先上升后下降的趋势。在保温90 min,红外干燥淀粉的淀粉糊粘度值最大,而其他干燥方式的淀粉糊在保温60 min,其粘度值最大;当保温180 min时,各淀粉糊的粘度值降低到最低,其中真空微波干燥淀粉的粘度值为7260 mPa·s,较其他三种干燥方式的低。原因是淀粉糊保温前期,淀粉颗粒吸水膨胀后互相碰撞、摩擦和挤压,淀粉分子之间的缔合程度不断增大,分子间的氢键结合更紧密,分子中的微晶束变大,抗剪切和抗断能力增强,粘度值增大[20];当粘度达到最大值时,随着保时间的延长,淀粉继续吸水膨胀,淀粉糊的体积增大,也致使每个分子平均占用的体积增大,内部分子因分子间的相互作用减弱,造成粘度降低[21]。粘度较小的淀粉应用广泛,常用于工业与食品中作稠化剂、营养强化剂等。

图4 干燥方法对莲藕淀粉粘度变化的影响Fig.4 Effect of different drying methods on viscosity change of lotus root starch

2.5 淀粉的凝沉稳定性分析

莲藕淀粉糊在静置存放过程中会产生凝聚和沉淀现象。由图5可知,随着淀粉糊存放时间的延长,莲藕淀粉糊析出的清液体积比均逐渐增加,存放40 h后基本达到稳定状态。莲藕淀粉的清液体积比较高的是微波干燥的(68.0%),真空微波干燥的(67.8%)与其的较接近;红外干燥的(65.0%)较低,热风干燥的(63.8%)最低。清液体积比较大,则沉降积较小,表明淀粉润湿性、分散性和流动性较好[22],交联度较好[23-24]。因此,微波干燥和真空微波干燥的莲藕淀粉的凝沉稳定性、分散性和流动性比红外干燥和热风干燥的更好。

图5 莲藕淀粉的凝沉性Fig.5 Retrogradation of lotus root starch

2.6 淀粉冻融稳定性分析

研究淀粉冻融稳定性有助于进一步了解淀粉分子内部结构,推动了淀粉产品工业化生产条件的优化[25]。淀粉的冻融稳定性通过析水率大小来反映,析水率越小,冻融稳定性越好,反之越差[26]。

由图6可知,红外干燥的莲藕淀粉析水率(60.2%)最大,热风干燥的(52.4%)次之;微波干燥的(43.2%)最小,说明红外干燥的莲藕淀粉较其他干燥方式的冻融稳定性差,而微波干燥的冻融稳定性较好。原因微波干燥的过程中,颗粒内部无定形区的直链与直链、直链与支链间的互相作用增大,在无定形区内断裂的直链淀粉比原粉少[27],且热效应产生直链淀粉进一步促使此作用力的増强,因此微波干燥后莲藕淀粉的析水率比其他样品小;其次,研究表明,微波干燥能够使淀粉颗粒的部分支链断裂,降低了支链淀粉和中间级分含量,直链淀粉含量升高[18,28]。图6中,真空微波干燥的(43.8%)淀粉析水率,与微波燥的无显著性差异,两种干燥方式的淀粉冻融稳定性都较好,另外,说明真空微波干燥的淀粉其直链淀粉含量与微波干燥的含量相当。

图6 干燥方法对莲藕淀粉冻融稳定性的影响Fig.6 Effects of different drying methods on freeze-thaw stability of lotus root starch

2.7 淀粉糊透明度分析

透明度是淀粉糊的外在表现形式,影响到淀粉类产品的感官评价及消费者和市场的接受性[29],研究淀粉的透明度具有必要性。淀粉糊的透光率可以判断比较透明度,透光率越大,透明度越高,反之透明度越小,则直链淀粉含量越高[30]。

表1为不同干燥淀粉的透明度及24 h后变化的透明度。由表1可知,红外干燥莲藕淀粉的淀粉糊透光率和变化率较高,则其透明度较高;真空微波干燥的淀粉其淀粉糊透光率、变化率较低,则其透明度较低,直链淀粉含量较高。原因是高含量直链淀粉的分子在水溶液中流动半径大,造成溶液的空间位阻大[31],分子分散均匀,光线通过淀粉糊时可产生较多的反射和散射,透明度较低,流动性和分散性好[20]。因此,真空微波干燥莲藕淀粉的透明度低,流动性与分子分散较好,较适合用作护色剂、抗结剂等。

表1 莲藕淀粉糊的透明度(%)Table 1 Diaphaneity of lotus root starch paste(%)

3 结论

热风干燥、微波干燥、真空微波干燥和红外干燥四种不同干燥方式处理的莲藕淀粉X-射线衍射图谱一致,晶体类型均为B型结构。四种干燥方式处理淀粉时,真空微波干燥时间与微波干燥相比长4 min,与干燥时间最长的热风干燥用时相比缩短40 min;真空微波干燥的的淀粉亮度(91.8)最高,色泽自然,淀粉颗粒较完整,无团聚,轮廓清晰,表面光滑,外观最好,淀粉析水率较低,冻融稳定性较好;真空微波干燥淀粉的粘度值7260 mPa·s,透光率25.6%,透光率变化率3.9%,其粘度和透明度较其他三种干燥方式的低。

综合比较,莲藕淀粉干燥耗时、淀粉外观形貌及性能,真空微波干燥方式优于其他三种方式。