海藻糖对三种淀粉理化性质的影响

金娃，陈威，李松原，赵凯

(哈尔滨商业大学 食品工程学院，哈尔滨 150028)

淀粉是一种天然存在的、生物可降解的且廉价的多糖分子[1]，其不仅可以作为原料，而且可以作为稳定剂[2]、增稠剂[3]等添加剂应用于食品调味品中[4]，但由于原淀粉的许多固有性质(冷水不溶性，糊液在酸、热、剪切作用下不稳定)限制了淀粉的应用，为解决这些问题，可以通过在淀粉中添加糖类物质如葡萄糖、蔗糖[5]及海藻糖等改善淀粉的理化性质，使其赋予更多优良的应用性能。

海藻糖是由两个吡喃型葡萄糖单体通过α,α-1,1-糖苷键连接而成的双糖，化学名称为α-D-吡喃葡糖基-α-D-吡喃葡糖苷[6]。海藻糖作为天然糖类，呈白色晶体状，具有防止淀粉变性的作用，性质安全稳定，可以在恶劣环境下对生物起到防护作用[7]，被美国食品药品监督管理局(FDA)批准为一般安全，在食品工业中得到广泛应用[8]。本文选取海藻糖为研究对象，探究其对马铃薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉性质的影响，实验结果有助于深入理解海藻糖与淀粉的相互作用，拓展其在食品工业中的应用范围。

1 材料与方法

1.1 实验材料

玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉：市售；海藻糖、蔗糖：广州亿宝莱生物科技有限公司，以上试剂均为食品级。

1.2 主要实验设备

DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器 郑州市亚荣仪器有限公司；TG16-WS台式高速离心机 上海卢湘仪离心机仪器有限公司；DHG-9203A电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司；BS224S分析天平 北京赛多利斯科学仪器有限公司；HH-ZK4双列四孔水浴锅 巩义市予华仪器有限公司；BCD-216SDN冰箱 青岛海尔股份有限公司；722E分光光度计 上海光谱仪器有限公司；DSC4000差示扫描量热仪 PerkinElmer公司。

1.3 方法

1.3.1 对海藻糖与淀粉共混体系透明度的测定

在淀粉中加入0%、1%、2%、3%、4%、5%、6%(W/W)的海藻糖制备成1%(W/V)的淀粉乳，在95 ℃水浴锅中加热30 min使之糊化，期间不停搅拌，并不时加入蒸馏水保持原体积，室温下冷却。以蒸馏水为空白，采用分光光度计在620 nm波长下测定透光率。

1.3.2 对海藻糖与淀粉共混体系冻融稳定性的测定

参考1.3.1的方法制备淀粉乳，室温冷却，将冷却后的淀粉乳倒入50 mL离心管中，并置于-18 ℃冰箱中24 h，在室温下自然解冻4 h，以此为一个冻融循环，重复4次。每次解冻后采用3000 r/min离心20 min，弃上清液后称重，按公式(1)计算析水率：

公式(1)

式中：m为沉淀物的质量，g；M为离心前淀粉凝胶的质量，g。

1.3.3 对海藻糖与淀粉共混体系凝沉性的测定

参考1.3.1的方法制备淀粉乳，室温冷却，分别倒入具塞试管中，每隔一段时间记录上层清液和下层沉淀的体积，用上清液体积占淀粉糊总体积的百分比随时间变化情况来表示淀粉糊的凝沉性质。

1.3.4 对海藻糖与淀粉共混体系热特性的测定

准确称取0.20～0.25 mg不同糖浓度的淀粉-海藻糖混合样品置于DSC铝坩埚中，按1∶2的比例加入蒸馏水，密封后室温平衡3 h后进行测定，温度扫描范围是20～100 ℃，加热速率为10 ℃/min，测定糊化起始温度(onset temperature，To)、糊化峰值温度(peak temperature，Tp)、糊化终止温度(conclusion temperature，Tc)以及糊化焓(gelatinization enthalpy，ΔHgel)。将测定后的样品于4 ℃条件下储存3 d，测定其老化焓(retrogradation enthalpy，ΔHret)。按公式(2)计算老化度(retrogradation degree，RD)。

公式(2)

式中：ΔHret为老化焓，J/g；ΔHgel为糊化焓，J/g。

1.3.5 数据分析

利用SPSS 7.0与Excel 2012数据处理软件对数据进行分析，并使用Origin 8.5软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 海藻糖对3种淀粉透明度的影响

不同海藻糖添加量对3种淀粉透明度的影响结果见图1。

图1 海藻糖添加量对3种淀粉透明度的影响Fig.1 Effects of trehalose additive amount on the transparency of three kinds of starch

由图1可知，随着海藻糖添加量的增加，3种淀粉的透光率均呈现先升高后降低的趋势。淀粉透光率升高，可能是海藻糖与淀粉分子间形成的氢键代替空间结构中所必需的水分子，使淀粉的分散程度增大，透光率增加。当海藻糖添加量达到一定量时，海藻糖在淀粉体系中难以分散均匀，导致淀粉透光率下降。

2.2 海藻糖对3种淀粉凝沉性的影响

不同海藻糖添加量对3种淀粉凝沉性的影响结果见图2。

图2 海藻糖添加量对3种淀粉凝沉性的影响Fig.2 Effects of trehalose additive amount on the retrogradation property of three kinds of starch

由图2可知，马铃薯淀粉的凝沉性最弱，与其他两种淀粉相比，马铃薯淀粉的粘度最大且磷酸单酯含量高，磷酸酯键可以与淀粉支链结合，抑制分子聚合，从而使得淀粉糊不易凝沉[9]。

海藻糖的添加对淀粉凝沉具有一定的延缓效果，当海藻糖添加量增加时，淀粉凝沉性逐渐减弱，淀粉凝沉性与淀粉的老化有一定关系，在充足的水分条件下，凝沉性强则淀粉老化程度高。当含有多个羟基的海藻糖加入后，形成一种抗增塑作用，淀粉糊的水分活度降低，导致分子链迁移困难，抑制了淀粉分子的结晶重排和交联缠绕，老化度降低，凝沉性降低。

2.3 海藻糖对3种淀粉冻融稳定性的影响

不同海藻糖添加量对3种淀粉冻融稳定性的影响结果见图3。

图3 海藻糖添加量对3种淀粉冻融稳定性的影响Fig.3 Effects of trehalose additive amount on the freeze-thaw stability of three kinds of starch注：a为马铃薯-海藻糖；b为玉米-海藻糖；c为小麦-海藻糖。

由图3可知，随着冻融次数的增加，析水率逐渐增大，马铃薯淀粉的析水率最低，其次是小麦淀粉，玉米淀粉的析水率最高，这与淀粉中磷酸单酯含量有关，磷酸酯键可与支链淀粉结合，抑制淀粉糊老化，从而降低析水率[10]。加入海藻糖后，淀粉析水率明显下降，可能是由于海藻糖具有更低的水扩散系数和更高的玻璃态转化温度[11]，易形成高度浓缩的高渗透压溶液，抑制分子间结晶重排，减少冻结过程中冰晶对淀粉糊质构的损伤，降低了淀粉的老化程度与析水率，且海藻糖中的平伏羟基基团与水分子结合，造成淀粉分子周围的自由水含量相对下降，同样会导致析水率降低。

2.4 海藻糖对3种淀粉热焓特性的影响

不同海藻糖添加量对3种淀粉DSC特征值的影响结果见表1～表3。

表1 海藻糖对马铃薯淀粉糊化、老化特性的影响Table 1 Effects of trehalose on gelatinization and retrogradation properties of potato starch

表2 海藻糖对玉米淀粉糊化、老化特性的影响Table 2 Effects of trehalose on gelatinization and retrogradation properties of corn starch

表3 海藻糖对小麦淀粉糊化、老化特性的影响Table 3 Effects of trehalose on gelatinization and retrogradation properties of wheat starch

由表1～表3可知，3种淀粉在加入海藻糖后，To～Tc缩短，To～Tc越小，表明淀粉结晶结构越稳定。这可能是因为海藻糖中的平伏羟基可以和相邻的水分子相互作用形成氢键，阻碍水分子的运动，只有借助更高的温度才可以破坏这种结合力，从而导致淀粉糊化温度升高[12]。ΔH的降低反映部分淀粉晶体结构稳定性的减弱和双螺旋结构的消失[13-14]，海藻糖的添加使得单位重量样品中双螺旋结构数量减少和亲水性糖的羟基与支链淀粉的侧链相互作用，使得双螺旋结构的强度减弱，因此ΔH随着海藻糖的添加而呈下降趋势。

另外，海藻糖的加入使水分子自由度下降，水分子对淀粉颗粒及其氢键的破坏作用减弱，3种淀粉在加入不同添加量的海藻糖后，老化焓均有所减小，随着时间的延长，淀粉的老化程度受到明显的抑制。可能是由于糖分子较淀粉分子拥有较多的羟基数目，更易通过氢键与淀粉分子结合，阻碍淀粉分子间微晶束的形成，延缓淀粉的老化，使回生率降低。另外，海藻糖使共混体系持水性增强，影响水分迁移，不利于支链淀粉重结晶，抑制淀粉分子链重新结合形成双螺旋结构，从而延缓淀粉的老化[15]。

3 结论

随着海藻糖添加量的增加，淀粉的凝沉性、老化度降低，透明度、冻融稳定性提高，且时间越长，效果越明显，由于海藻糖具有良好的持水性，可以降低体系内的水分活度，阻碍淀粉重结晶，延缓淀粉老化；海藻糖的添加使3种淀粉的糊化温度提高，由于海藻糖耐高温，且海藻糖分子的平伏羟基可以和淀粉相互作用并形成稳定结构，阻碍水分子的运动，在一定程度上提高了淀粉的糊化温度。