新型加热处理对小麦淀粉性质的影响研究

姜倩倩，高娜，田耀旗，金征宇

（1.烟台大学 文经学院，山东 烟台 264000；2.江南大学 食品科学与技术国家重点实验室，江苏 无锡 214122）

小麦在世界粮食作物中具有举足轻重的作用，小麦食品也是人们饮食中的重要部分。淀粉是小麦籽粒的主要贮藏物质，占籽粒干重的65%～70%。因此对于小麦淀粉的糊化及回生性质的研究就具有重要的意义。早在20世纪初，人们就发现面包的老化现象，当时人们不得不夜里赶工以避免由于存储造成的产品损耗[1-4]。目前也有一些关于小麦淀粉研究如向小麦粉中添加面筋蛋白、大豆蛋白可明显改善面包制品的品质[5-10]。有研究表明小麦淀粉在水分为27%～50%时，重结晶随水分增加而增加；在水分为50%～90%时，重结晶随水分增加而减少[11]。但是随着经济和绿色加工技术的快速发展，人们对食品质量的要求也越来越高，同时以小麦淀粉为原料的各种方便食品、功能食品及营养食品的需求扩大，小麦淀粉及其制品在工业领域也有了新的发展[12-20]。但是目前尚未见新型绿色的加热方式对小麦淀粉的性质影响的系统研究和对比研究，所以本试验以小麦淀粉为研究对象，探讨高压加热、超声-微波协同加热、微波加热、普通加热对小麦淀粉糊化及回生特性的影响，旨在为新型的绿色加工方式的应用及小麦制品的加工及质量控制方面提供科学有效的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小麦淀粉（含水量11.2%）：江南大学食品科学与技术国家重点实验室自制；淀粉葡萄糖苷酶（EC 3.2.1.3；10 万u/mL）：无锡赛得生物化工有限公司；3，5-二甲基水杨酸：上海源叶生物科技有限公司；所用化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

Pyris-1 型差示扫描量热仪（differential scanning calorimetry，DSC）：美国 Perkin-Elmer 公司；UHP900X2-Z 高压设备：包头科发高压科技有限公司；RVA 快速粘度仪：波通瑞华科学仪器有限公司；CW-2000 超声-微波协同萃取仪：上海新拓微波溶样测试有限公司；Quanta-200 型电子扫描显微镜：荷兰FEI 公司。

1.3 方法

1.3.1 小麦淀粉的糊化

将小麦淀粉与水按质量比1∶5 加入蒸馏水，分别采用4种加热方式使其糊化。其中普通热糊化，沸水浴；微波加热糊化，微波频率2 450 MHz，微波功率为500 W；超声-微波加热糊化，微波功率为500 W，超声波频率40 kHz，超声波功率为50 W；超高压加热糊化，压力设定600 MPa。

1.3.2 DSC 测定

扫描温度从20℃到90℃，然后从90℃冷却到20℃，温度扫描速率为10℃/min。分别记录下初始温度（To），峰值温度（Tp），终止温度（Tc）和晶体融化焓变（ΔH）。重复测定取平均值。

1.3.3 黏度测定

开启仪器预热20 min 后，运行控制软件设定控制程序。将粉碎后样品移入样品筒水面，插入搅拌器，进行测量循环。

1.3.4 淀粉消化性测定

采用 3，5-二硝基水杨酸（3，5-dinitrosalicylic acid，DNS）法。平行测定3 次。

1.3.5 回生程度测定

将上述4种加热方法糊化的小麦淀粉样品密封在带盖的试剂瓶中，分别在 4℃储藏 1、3、5、7、14 d，然后低温干燥，粉碎过100 目筛网，采用上述1.3.2 DSC 测定方法，测定回生度。

1.3.6 微观形态的观察

将小麦淀粉凝胶通过扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）进行微观形态结构观察。将适量待测样品洒在导电双面胶上，然后粘附在铜台上，真空喷金后，采用5.0 kV 的加速电压，置于Quanta-200 型电子扫描显微镜下观察并拍摄其在200 μm下具有代表性的样品图像。

2 结果与分析

2.1 对小麦淀粉糊化终点的影响

小麦淀粉完全糊化DSC 图谱见图1。

图1 小麦淀粉完全糊化DSC 图谱Fig.1 The DSC spectrogram of gelatinized wheat starch

由图1 DSC 图谱结果可明显看出，与普通加热完全糊化小麦淀粉相比，微波加热、超声-微波协同加热、高压加热这3种加热糊化的小麦淀粉已无吸热结晶峰出现。小麦淀粉颗粒表面由结晶层和非结晶层组成，其中结晶层更坚固，通常淀粉凝胶的测定焓变值（ΔH）小于0.001 J/g 时，表明淀粉晶体结构完全破坏，3种新型加热处理的小麦淀粉凝胶也已达到完全糊化的状态。同时结合试验操作条件，对于小麦淀粉糊化，3种新型的绿色加热方式是高效快速的有效加热方法。普通加热中，能量是由外向内传递，而微波加热的特点是使物料内外同时加热，升温速率快，高压加热会破坏分子非共价键，使得淀粉链发生韧化。并且对于后续的小麦淀粉的性质研究来说，此试验结果是有效的研究起点的依据。

2.2 小麦淀粉黏度性质

小麦淀粉的黏度性质对于面制品的加工具有重要的参考价值，不同加热处理的小麦淀粉的黏度性质如图2所示。

图2 不同加热处理的小麦淀粉黏度曲线Fig.2 The viscosity of wheat starch prepared by differen theat treatments

试验结果发现，与普通加热糊化的小麦淀粉样品相比，超声-微波加热和高压加热糊化的淀粉黏度明显较小。另外试验中还发现超声微波协同加热和微波加热样品黏度相差较少。淀粉糊化过程中颗粒的吸水膨胀和溶解是造成淀粉黏度变化的主要因素之一，新型的超声、微波加热方法热效率高，但是快速的微波辐射和超声作用可能导致糊化过程中小麦淀粉颗粒的膨胀程度不充分，颗粒的破裂程度和溶出的淀粉链不均匀，所以加热样品的黏度较小。高压加热糊化有别于普通加热处理，高压加热的淀粉样品直链淀粉溶出量较少，颗粒完整度更高，这可能是造成其样品黏度最低的原因。

2.3 小麦淀粉酶解消化性质

不同加热方式糊化的小麦淀粉的体外酶解消化性质如图3所示。

从图3中可以明显看出，随着时间的延长，小麦淀粉的酶解程度逐渐上升。但是不同加热方式的样品酶解终点释放的葡萄糖含量明显不同，葡萄糖含量由高到低顺序依次是普通加热样品〉超声-微波协同加热样品〉微波加热样品〉高压加热样品。这与上述试验结果一致，说明微波糊化的淀粉和高压糊化淀粉仍较多保持部分颗粒的完整性，使得淀粉内部端基不能完全暴露出来，减少了与淀粉酶的可接触面积，酶解位点减少，所以酶很难和较多底物结合。此外后3种加热处理的样品颗粒内部直链淀粉高，结构较紧密，所以酶解的葡萄糖含量较少。而在微波加热的基础上同时辅助超声波处理，会一定程度上增加对颗粒的破坏性，释放的葡萄糖量会稍增加。

图3 不同加热方式的小麦淀粉消化过程Fig.3 In vitro starch hydrolysis process of wheat starch by differen treatments

2.4 小麦淀粉的回生性质

储存在4℃的小麦淀粉的热力学参数见表1。

表1 储存在4℃的小麦淀粉的热力学参数Table 1 Thermal properties of wheat starch stored at 4℃

在天然淀粉颗粒中直链淀粉是分散在支链淀粉中，因而直链淀粉在分子运动中相遇的几率很小，但是在糊化后的小麦淀粉储藏在易回生的4℃条件下，支链淀粉及直链淀粉之间更易形成结晶，并且随着时间的延长，结晶回生程度越大。试验结果表明，在相同的储藏时间下，不同加热方式糊化的小麦淀粉回生程度有较大差异，按照回生度由大到小的具体顺序为普通加热〉超声-微波协同加热〉微波加热〉高压加热。微波糊化和高压糊化中直链淀粉溶出很少甚至没有溶出，这也可能是新型加热方式糊化的小麦淀粉回生速度慢于普通热糊化样品的原因。但是新型的物理加热方式对小麦淀粉凝胶的结晶融化温度和温度范围没有产生明显的影响。

2.5 小麦淀粉的回生电镜图

储存14 d 小麦淀粉凝胶的电子扫描图像见图4。

图4 储存14 d 小麦淀粉凝胶的电子扫描图像Fig.4 SEM images of stored 14 d wheat starch gels

由图4可以明显看出，普通加热处理后回生的小麦淀粉微观结构极不平整，这主要由于4℃条件下储存，直链淀粉和支链淀粉的重新有序化堆积和重结晶核形成有关。而在微波加热和高压加热制备的小麦淀粉凝胶中，颗粒运动的束缚以及空间的局限性使得凝胶的破坏程度较低，结构更致密些。且在辅助超声波处理下，由于其较强的机械化作用，所以凝胶内部产生了较多的碎片；高压加热糊化淀粉链的变化主要集中在颗粒内部，所以凝胶微观结构较平整致密。扫描电镜的观察结果进一步证明了上述不同加热方式造成小麦淀粉糊化性质和回生性质差异性的试验结果。

3 结论

1）与普通加热糊化的小麦淀粉相比，高压加热、超声-微波加热和微波加热糊化具有热效率高的优势，并且可改善小麦淀粉的糊化特性及延缓回生程度和速度，与4℃储存14 d 的普通加热的小麦淀粉相比，高压糊化和微波糊化的样品ΔH只有（1.8±0.1）J/g 和（2.0±0.2）J/g。

2）本研究中3种新型绿色物理加热方式在小麦制品加工生产中具有良好的应用前景，尤其是对减少小麦制品的老化程度和降低面制品的餐后血糖生成指数，具有重要意义。

3）小麦制品除了主要成分淀粉外，其他成分如蛋白质、脂类、添加剂的作用影响机理，以及在新型加热方式下的影响结果还有待进一步深入研究。