百合淀粉和芋头淀粉微观形态、热性质和回生性比较

邢禹哲，余世锋*，肖云鹏，刘子祯，宫春宇，王存堂

齐齐哈尔大学食品与生物工程学院（齐齐哈尔 161006）

我国野生植物淀粉资源丰富，种类繁多，野生植物以壳斗科、禾本科、寥科、百合科、天南星科、旋花科等为主，其种子的淀粉含量较高[1]。百合属于百合科，是多年生草本植物，在我国种植广泛，百合鳞茎中淀粉含量较为丰富[2]，有重要的开发利用价值。芋头属于天南星科，芋头资源极为丰富[3]，芋头块茎中含有较为丰富的淀粉，芋头淀粉在食品等领域有较为广泛的应用。然而，目前百合淀粉和芋头淀粉性质方面研究较少，开发利用还不深入。因此，以百合和芋头为原料制备淀粉，进而测定百合和芋头淀粉颗粒微观结构及大小分布、热性质和回生性，可为百合淀粉和芋头淀粉加工利用提供依据，有重要理论及工业实际价值。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

百合和芋头市售。氢氧化钠、碘、碘化钾、无水乙醇、冰乙酸等化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

FW 80高能粉碎机，天津市泰斯特仪器有限公司；BCD-228 F型电冰箱，青岛海尔股份有限公司；DSC-Q 20差示扫描量热仪，美国TA公司；RVA流变仪，美国；TG-16型离心机，上海安亭科学仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 淀粉的制备

采用氢氧化钠浸泡法：将鲜百合和芋头的根部及锈斑除去后清洗干净，用0.2%的氢氧化钠溶液充分浸泡8 h后，将二者分别用高速组织捣碎机完全破碎，使用搅拌器匀速搅拌12 h，用200目筛子将残渣过滤，离心（4 000 r/min，15 min），弃去上层清液，刮去杂质，获得白色沉淀。重复离心3次，直至沉淀呈白色且无明显杂质，45 ℃的烘箱中烘干48 h，获得淀粉，然后粉碎过100目筛子，获得淀粉样品，封口袋密封保藏备用。

1.3.2 水分含量测定

淀粉水分含量根据GB 5009.3—2016《食品中水分的测定方法》进行测定。

1.3.3 颗粒形态测定

采用S-4300型扫描电子显微镜测定淀粉颗粒形态，扫描电压20.00 kV。将各样品粉末均匀地固定于直径1.0 cm的样品台上，喷金镀膜，然后置于电子显微镜下放大不同倍数、不同角度进行观察拍照。

1.3.4 粒度测定

采用LS-2000型激光粒度分析仪测定淀粉颗粒粒度特征，配置1%淀粉分散液，以水为背景调试机器背景，然后取少许分散液加入样品池中，在0.05～300 μ m之间扫描，记录数据并计算分析。

1.3.5 热特性的测定

采用DSC-Q20差示扫描量热仪测定淀粉热性质，称取4.0 mg（干基）样品，按质量比1︰2比例加入去离子水，用铝制坩埚（T060601）压盖密封后，置于室温隔夜平衡后测定，空坩埚作为参照，扫描温度范围为10～140 ℃，扫描速率为10 ℃/min，每个样品做3次重复，取平均值。试验过程中，百合淀粉选取温度范围为50～80 ℃，芋头淀粉选取温度范围为70～100 ℃，根据选取温度范围，计算热特征参数及热焓变值（ΔH）。

1.3.6 回生性质的测定

淀粉经糊化后，放入4±1 ℃冰箱，分别放置1，3，5，7，11和14 d，贮藏一定时间后，取出至室温平衡0.5 h，采用差示扫描量热仪（DSC Q20）测定，扫描温度范围为10～140 ℃，扫描速率10 ℃/min，选取温度范围为40～80 ℃，计算回生焓变值（ΔHr）及热特征参数。

1.4 数据分析

采用SPSS 19.0软件统计分析和Origin 7.0软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 颗粒形态及大小分布

百合淀粉和芋头淀粉颗粒形态如图1所示。从图1可以看出，百合淀粉颗粒形态为细长的卵形、纺锤形。芋头淀粉呈不规则多角形或多面体，与文献[3-4]相近。淀粉颗粒形态差异，主要由于淀粉种类决定。

图1 百合淀粉和芋头淀粉颗粒形态

百合淀粉和芋头淀粉颗粒粒径分布如图2所示。百合淀粉颗粒体积平均直径为31.54 μm，芋头淀粉颗粒体积平均直径为17.36 μm，芋头粒径与文献[5]不同，可能由于测量方法和粒径表示方法不同所致。百合淀粉和芋头淀粉颗粒粒径不同，导致了两种淀粉不同用途，芋头淀粉颗粒为多角形且粒径小，可以作为粉底应用于化妆品行业；而百合淀粉颗粒较大且具有较高营养价值，可作为增稠剂应用于食品行业。

图2 百合淀粉和芋头淀粉颗粒大小分布

2.2 热性质

百合淀粉、芋头淀粉热特性质如表1所示。由表1可知，百合淀粉和芋头淀粉的熔化温度分别为57.96±0.35 ℃和75.31±0.26 ℃，峰值温度分别为62.93±0.44℃和79.67±0.48 ℃，糊化焓变值为15.20±0.36和16.97±0.66 J/g。百合淀粉和芋头淀粉糊化参数有显著差异，芋头淀粉的糊化温度、峰值温度和糊化焓变均高于百合淀粉。百合淀粉和芋头淀粉熔点和峰值温度不同，可能由于颗粒大小不同所致；糊化焓变不同，可能是由于百合淀粉和芋头淀粉分子结构和粒径大小的差异所致。另外，百合淀粉和芋头淀粉中直链淀粉含量不同[6-7]，也会导致热特性参数的差异。文献[8-9]也证实了直链淀粉含量会影响淀粉糊化特征参数。由此可知，淀粉分子结构、直链/支链淀粉比例、颗粒大小均会影响淀粉热性质。因而在百合淀粉和芋头淀粉利用过程中，可根据两种淀粉不同热性质而选择不同应用领域，而且在百合淀粉和芋头淀粉改性加工过程中，可以通过控制不同热加工条件，进而有效改变淀粉性质，应用于不同领域。

表1 淀粉的热特征参数

2.3 回生性质

2.3.1 淀粉回生熔点和峰值温度比较

百合淀粉和芋头淀粉凝胶贮藏过程中的回生熔点和峰值温度如图3所示。从图3可见，百合淀粉和芋头淀粉回生温度随贮藏时间延长而降低，在起始的0～7 d内回生熔点和峰值温度显著下降，在7～14 d回生熔点和峰值温度的变化不大，这可能是由于贮藏初期淀粉分子迅速聚合，随着时间的延长重新聚合基本完成，特征温度趋于稳定[8-10]。芋头淀粉凝胶回生熔点温度高于百合淀粉凝胶回生熔点温度，可能是由于百合淀粉和芋头淀粉中直链淀粉含量不同所致，贮藏过程中芋头淀粉中直链淀粉迅速结晶形成晶核重聚难于熔化，因而糊化熔点较高。然而，百合淀粉回生峰值温度高于芋头淀粉回生峰值温度，可能是由于淀粉分子结构不同，导致淀粉重结晶结构不同所致。

2.3.2 淀粉回生焓变比较

图4 百合淀粉和芋头淀粉凝胶在4 ℃贮藏过程中回生焓变情况

百合淀粉和芋头淀粉凝胶回生焓变值如图4所示。从图4可知，百合淀粉和芋头淀粉凝胶的回生焓变值在0～11 d内呈增长趋势，11～14 d内随贮藏时间延长回生焓变值变化不大。由此可知，百合淀粉和芋头淀粉凝胶在4 ℃贮藏11 d时重结晶过程基本结束。另外，芋头淀粉回生焓变值高于百合淀粉，由于淀粉中直链淀粉含量不同所致[8-10]。在DSC测试过程中，淀粉回生焓变主要由支链淀粉重结晶所致，而直链淀粉回生值不易测定，因而在相同质量淀粉样品中，直链淀粉含量越高，支链淀粉含量就越低，淀粉回生焓变绝对值就越小。

3 结论

1) 淀粉来源不同，颗粒形态和粒径会有差异。百合淀粉颗粒形态为细长的卵形和纺锤形；芋头淀粉呈不规则多角形或多面体。

2) 百合淀粉颗粒体积平均直径为31.54 μm，芋头淀粉颗粒体积平均直径为17.36 μm。

3) 百合淀粉和芋头淀粉的熔化温度分别为57.96±0.35 ℃和75.31±0.26 ℃，峰值温度分别为62.93±0.44℃和79.67±0.48 ℃，糊化焓变值分别为15.20±0.36和16.97±0.66 J/g。

4) 百合淀粉和芋头淀粉回生熔点温度和峰值温度随贮藏时间延长而降低，回生焓变随贮藏时间延长而增大，在4 ℃贮藏过程中，百合淀粉和芋头淀粉凝胶的回生过程在11 d内完成，而且淀粉回生焓变值反映支链淀粉重结晶情况。