馬鈴薯淀粉的物化性質(zhì)研究

張根生 孫 靜 岳曉霞 何麗瑩

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150076）

馬鈴薯淀粉的物化性質(zhì)研究

張根生 孫 靜 岳曉霞 何麗瑩

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150076）

研究馬鈴薯淀粉的組成、顆粒形貌、粒徑大小及溶解度與膨潤(rùn)力、透明度、凝沉性、糊化方面的性質(zhì)，并與綠豆、玉米淀粉進(jìn)行比較。結(jié)果表明，馬鈴薯淀粉的蛋白質(zhì)含量為0.27%，直鏈淀粉含量為20.4%，顆粒為橢圓形，平均粒徑為40μm；馬鈴薯淀粉的溶解度與膨潤(rùn)力較高；馬鈴薯淀粉的透明度為66.8%，凝沉性高于豆類(lèi)淀粉，峰值黏度為2 000BU。

馬鈴薯；淀粉；性質(zhì)

馬鈴薯（solanttm tuberosum L1）又名土豆、山藥、洋番薯等，是茄科茄屬多年生塊莖草本植物，主要生長(zhǎng)在北緯35°～50°、光照強(qiáng)、晝夜溫差大、氣候冷涼的沙質(zhì)土壤帶。其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值十分豐富，具有多種食療保健作用。馬鈴薯在眾多國(guó)家受到青睞。意大利、德國(guó)、美國(guó)、法國(guó)、加拿大、日本和西歐等國(guó)家，都將馬鈴薯直接加工成各種各樣的方便食品，頗受歡迎。馬鈴薯是世界五大糧食作物之一，年產(chǎn)值30億t左右［1］。其淀粉是重要的植物淀粉，它的生產(chǎn)量和商品量?jī)H次于玉米淀粉，在所有植物淀粉中居第二位［2］。目前，中國(guó)的馬鈴薯淀粉加工業(yè)處于發(fā)展階段，馬鈴薯淀粉生產(chǎn)量和商品量在不斷增加，同時(shí)馬鈴薯淀粉的利用也必將趨于專用化。人們?cè)谥匾曬R鈴薯淀粉的數(shù)量的同時(shí)，有必要深入認(rèn)識(shí)馬鈴薯淀粉的性質(zhì)，并根據(jù)馬鈴薯淀粉的性質(zhì)，有針對(duì)性地改良馬鈴薯淀粉專用品質(zhì)，以生產(chǎn)出適合市場(chǎng)需要的馬鈴薯淀粉。呂振磊等［3］研究了馬鈴薯淀粉糊化及凝膠特性；于天峰等［4］研究了馬鈴薯淀粉特性及其利用。但是目前有關(guān)馬鈴薯淀粉性質(zhì)的研究卻少有報(bào)道，本試驗(yàn)針對(duì)這一情況，對(duì)馬鈴薯淀粉的理化性質(zhì)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，以期為馬鈴薯資源進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)和指導(dǎo)，促進(jìn)中國(guó)馬鈴薯深加工業(yè)的發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯淀粉：黑龍江省克山農(nóng)場(chǎng)；

玉米淀粉：黑龍江昊天玉米開(kāi)發(fā)有限公司；

綠豆淀粉：哈達(dá)綠豆淀粉廠；

純直鏈淀粉：杰華科技有限公司；

乙醚、鹽酸、碘液、甲基橙、硫酸銅、硫酸鉀、硫酸、硼酸、氫氧化鈉、乙醇、乙酸、碘：均為分析純?cè)噭?/p>

1.2 主要儀器與設(shè)備

凱氏定氮器：5M/HT4－KDN－04A 型，西化儀（北京）科技有限公司；

紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：SP－722E型，上海光譜儀器有限公司；

數(shù)顯恒溫水?。篋K－98－1型，余姚市東方電工儀器廠；

高速離心機(jī)：TGL－16G－B型，湖南星科科學(xué)儀器有限公司；

電熱恒溫干燥箱：202型，余姚市東方電工儀器廠；

電子天平：BS－224S型，賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；

掃描電子顯微鏡：FEI sirion型，荷蘭飛利浦公司；

布拉本德黏度儀：ViskograPh－E型，德國(guó)布拉本德公司。

1.3 方法

1.3.1 淀粉化學(xué)成分的分析 水分含量：按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《食品中水分的測(cè)定方法》（GB/T14769——93）中常壓加熱干燥法測(cè)定；蛋白質(zhì)含量：采用凱氏定氮法（GB5009——85）；脂肪含量：采用索氏抽提法，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T22427——2008）進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2 淀粉中直鏈淀粉含量的測(cè)定

（1）直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制［5］：準(zhǔn)確稱取40.00mg純直鏈淀粉，用1mL 95%乙醇潤(rùn)濕，再加入9mL 1mol/L NaOH溶液，在沸水浴上加熱10min，冷卻，用蒸餾水配制成100mL標(biāo)準(zhǔn)液。

吸取0，1，2，3，4，5mL標(biāo)準(zhǔn)溶液分別放入5個(gè)100mL容量瓶中，用1mL/L HAC（相應(yīng)地分別加入0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0mL），再加入2mL的碘液，用蒸餾水定容至刻度。靜置20min后，在波長(zhǎng)620nm下測(cè)定其吸光值。以吸光值為縱坐標(biāo)，直鏈淀粉的含量為橫坐標(biāo)，得出標(biāo)準(zhǔn)曲線圖（見(jiàn)圖1）。

圖1 直鏈淀粉含量標(biāo)準(zhǔn)曲線Figure 1 The standard curve of amylase content

（2）樣品中直鏈淀粉含量的測(cè)定：準(zhǔn)確稱取樣品100mg置于50mL三角瓶中，加入濃度為95%乙醇1mL和1mol/L NaOH 9mL，在沸水浴中加熱10min，使淀粉糊化，冷卻后用去離子水轉(zhuǎn)移到100mL容量瓶中稀釋至刻度。準(zhǔn)確吸取5mL上述試液放入另一個(gè)100mL容量瓶中，加入1mL 1mol/L醋酸和2mL的碘液，定容、靜置、比色、查標(biāo)準(zhǔn)曲線，即可得試樣中的直鏈淀粉含量。

1.3.3 淀粉顆粒形貌、大小的研究 將準(zhǔn)備好的樣品取微量，涂抹到事先粘有導(dǎo)電膠布的鋁制載物臺(tái)上，按壓均勻后用洗耳球?qū)⒍嘤辔凑忱蔚牡矸鄞档?。然后將載物臺(tái)放入鍍金儀器中，用離子濺射鍍膜儀將樣品噴炭鍍金，30min后將載物臺(tái)取出用掃描電子顯微鏡觀察拍攝顆粒形貌，并測(cè)量顆粒粒徑大小。放大倍數(shù)為500、1 000倍。

1.3.4 淀粉溶解度與膨潤(rùn)力的測(cè)定 準(zhǔn)確稱取一定量淀粉樣品m（g，干基），配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的淀粉乳100mL，分別在不同溫度下加熱30min，同時(shí)不停攪拌，然后以3 000r/min離心20min；分離上清液和沉淀物，將上清液傾入已烘干至恒重的鋁盒中，置于90℃水浴中蒸干，然后移入干燥箱中，在105℃下烘干至恒重，得被溶解淀粉質(zhì)量A（g），稱取離心管物沉淀質(zhì)量P（g），按下列公式計(jì)算溶解度（式（1））和膨潤(rùn)力（式（2））［6］：

1.3.5 淀粉糊透明度和凝沉性的測(cè)定 稱取一定量的淀粉樣品，加適量的蒸餾水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉乳，放置于燒杯中，置沸水浴中加熱、攪拌30min，使之糊化并保持淀粉乳的體積不變，冷卻至室溫，用分光光度計(jì)，在620nm波長(zhǎng)下，以蒸餾水為空白，測(cè)定淀粉糊的透明度。

將100mL配制好的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉乳，放入具塞量筒中，在室溫下靜置24h后記錄上層清液和下方沉淀物的體積。用下方沉淀體積占糊總體積的百分比來(lái)表示糊的凝沉性［7］。

1.3.6 淀粉糊黏度的測(cè)定 用布拉班德黏度儀（brabender viscograph，BV）測(cè)定。稱取一定質(zhì)量的淀粉溶解于450mL蒸餾水中，并將淀粉乳置于Brabender測(cè)量杯中，從30℃開(kāi)始升溫，以3℃/min的速率加熱至95℃，保溫30min，再以3℃/min的速率冷卻至50℃，保溫30min，Brabender黏度計(jì)自動(dòng)繪出一條隨時(shí)間和溫度變化的連續(xù)黏度曲線。Brabender黏度計(jì)測(cè)量范圍為700cm·g，轉(zhuǎn)速250r/min，曲線上的黏度單位是BU［8］。

2 結(jié)果與討論

2.1 淀粉顆粒形貌、大小的分析

利用電子掃描顯微鏡拍攝淀粉顆粒的形貌和大小，放大倍數(shù)為500倍，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 馬鈴薯淀粉（A）、綠豆淀粉（B）的SEM圖（×500）Figure 2 The SEM picture of potato starch（A）and mung bean starch（B）

由圖2可知，馬鈴薯淀粉的形貌和大小與綠豆淀粉有差別。馬鈴薯淀粉顆粒比較大，在一般的商業(yè)淀粉中顆粒最大，大粒呈卵形或貝殼形，小粒為圓形，表面光滑，無(wú)裂紋。綠豆淀粉表面較光滑，較小顆粒多呈圓形，較大顆粒呈橢圓形。用掃描電子顯微鏡上的微尺可測(cè)得馬鈴薯淀粉顆粒粒徑范圍為20～100μm。從表1可以看出馬鈴薯淀粉的平均粒徑最大，綠豆淀粉次之，玉米淀粉相對(duì)較小。

表1 淀粉粒的粒徑Table 1 The particle size of starch granules

2.2 淀粉基本組成成分

不同品種的淀粉化學(xué)成分有所不同，其測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，綠豆淀粉營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，蛋白質(zhì)含量與脂肪含量遠(yuǎn)大于馬鈴薯淀粉和玉米淀粉。綠豆淀粉的直鏈淀粉含量相對(duì)較高。一些研究者［9］認(rèn)為沒(méi)有面筋的淀粉類(lèi)產(chǎn)品要求直鏈淀粉含量至少要達(dá)到30%才能有較好的粉絲品質(zhì)，因此綠豆淀粉生產(chǎn)的粉絲品質(zhì)較好。

表2 馬鈴薯淀粉基本組成成分Table 2 The basic components of potato starch/%

2.3 淀粉糊的溶解度和膨潤(rùn)力

在不同溫度下對(duì)馬鈴薯淀粉、綠豆淀粉、玉米淀粉測(cè)得的溶解度和膨潤(rùn)力，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 各種淀粉的溶解度Figure 3 The solubility of various starch

由圖3可知，3種淀粉的溶解度均隨著溫度的升高而增加。在同一溫度下，馬鈴薯淀粉的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于另外兩種。這種溶解度大小的差異，與各淀粉的顆粒大小有關(guān)，馬鈴薯顆粒較大，故最易溶解，玉米淀粉則顆粒較小，故不容易溶解，而綠豆淀粉顆粒大小介于兩者之間，所以其溶解度也介于兩者之間。

不同溫度下淀粉的膨潤(rùn)力見(jiàn)圖4。由圖4可知，隨著溫度的上升，3種淀粉的膨潤(rùn)力隨之增加。在溫度小于60℃時(shí)3種淀粉的膨潤(rùn)力都很小，但當(dāng)溫度高于60℃時(shí)馬鈴薯淀粉膨潤(rùn)力迅速增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于玉米淀粉和綠豆淀粉，表明馬鈴薯淀粉顆粒內(nèi)部的結(jié)合鍵的力比其它兩種淀粉弱。

圖4 各種淀粉的膨潤(rùn)力Figure 4 Swelling power of various starch

2.4 淀粉糊的透明度和凝沉性

透明度是淀粉糊所表現(xiàn)出的重要外在特征之一，直接關(guān)系到淀粉類(lèi)產(chǎn)品的外觀和用途。由圖5可知，馬鈴薯淀粉糊的透明度最好，達(dá)到66.8%，綠豆淀粉次之，而玉米淀粉糊最差，僅為26.0%。這是由于馬鈴薯淀粉顆粒大、結(jié)構(gòu)松散，在熱水中能完全膨脹糊化；而玉米淀粉顆粒結(jié)構(gòu)緊密，糊化后仍有沒(méi)有完全糊化的顆粒狀淀粉存在，因此玉米淀粉糊透明性差。透明度大的淀粉適宜應(yīng)用在飲料、果凍等食品加工中，這就為馬鈴薯淀粉的應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供了可行的理論基礎(chǔ)。

圖5 不同種類(lèi)淀粉糊的透明度Figure 5 Paste transparency of starch from different types

由圖6可知，馬鈴薯淀粉的沉降體積最大，而綠豆淀粉和玉米淀粉沉降體積相差不大。淀粉沉降體積越小，越易凝沉。因此馬鈴薯淀粉的凝沉性最差，而綠豆淀粉凝沉性最強(qiáng)。這種凝沉現(xiàn)象主要是淀粉分子鏈間氫鍵結(jié)合成束狀結(jié)構(gòu)，而使其溶解度降低的結(jié)果。

圖6 不同種類(lèi)淀粉糊的凝沉性Figure 6 The transparency of starch from different types

2.5 淀粉糊化黏度曲線

淀粉乳加熱到一定溫度，淀粉顆粒開(kāi)始膨脹，溫度繼續(xù)上升，顆粒繼續(xù)膨脹，終至晶體結(jié)構(gòu)消失；體積膨大，相互接觸變成粘稠狀液體，即使停止攪拌，淀粉也不會(huì)再沉淀。這種現(xiàn)象稱為“糊化”。糊化的淀粉味良，容易消化，稱為a淀粉［10］。各種淀粉糊化溫度、糊化黏度峰值是不同的。在相同濃度條件下，分別測(cè)定了馬鈴薯、綠豆、玉米3種淀粉糊的黏度變化曲線，結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 不同淀粉糊的黏度曲線Figure 7 Viscosity curves of different starch

由圖7可知，馬鈴薯淀粉糊黏度峰值最大，平均達(dá)到2 000BU，比玉米淀粉（460BU）的糊漿黏度峰值高，而綠豆淀粉沒(méi)有明顯的黏度峰，馬鈴薯淀粉糊化曲線的形狀與玉米淀粉大致相同。觀察圖7可知馬鈴薯淀粉比其它兩種淀粉易于糊化，主要因?yàn)轳R鈴薯淀粉顆粒比其它兩種淀粉顆粒大得多，直鏈淀粉含量也較低，因此成糊溫度低，易糊化。同時(shí)，馬鈴薯淀粉一旦糊化，黏度迅速增加。在保溫階段，馬鈴薯淀粉黏度迅速下降，這主要是由于馬鈴薯淀粉顆粒大，結(jié)構(gòu)松散，吸水性強(qiáng)，分子間結(jié)合力較弱，當(dāng)溫度升高到一定溫度后，如繼續(xù)加熱，高膨脹的顆粒被破壞，因此黏度急驟下降。

3 結(jié)論

對(duì)馬鈴薯淀粉的研究表明：馬鈴薯淀粉的水分含量為16.04%，蛋白質(zhì)為0.27%，脂肪為0.12%，直鏈淀粉為20.38%；馬鈴薯淀粉顆粒呈不規(guī)則的圓形或卵形，表面光滑，無(wú)裂紋。粒徑范圍為20～100μm，平均粒徑為40μm；馬鈴薯淀粉溶解度與膨潤(rùn)力較高，淀粉糊的透明度較好，為66.8%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于綠豆淀粉和玉米淀粉糊的透明度；馬鈴薯淀粉凝沉性差，峰值黏度高，用布拉本德黏度儀測(cè)得馬鈴薯淀粉的峰值黏度為2 000BU。

1 常志敏.馬鈴薯的生長(zhǎng)特性、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及加工利用［J］.安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007，13（7）：146～147.

2 于天峰.馬鈴薯淀粉的糊化特性、用途品質(zhì)改良［J］.中國(guó)馬鈴薯，2005，19（4）：223～225.

3 呂振磊，李國(guó)強(qiáng)，陳海華.馬鈴薯淀粉糊化及凝膠特性研究［J］.食品與機(jī)械，2010，26（3）：22～26.

4 于天峰，夏平.馬鈴薯淀粉特性及其利用研究［J］中國(guó)農(nóng)業(yè)通報(bào)，2005，21（1）：55～58.

5 何鋼，謝碧霞，謝濤.淀粉品質(zhì)特性研究進(jìn)展［J］.經(jīng)濟(jì)林研究，2003，21（4）：112～116.

6 金茂國(guó)，吳嘉根，吳旭初.粉絲生產(chǎn)用淀粉性質(zhì)及其與粉絲品質(zhì)關(guān)系的研究［J］.無(wú)錫輕工大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，14（4）：307～311.

7 陳曉，劉欣，趙力超，等.竹芋淀粉的性質(zhì)研究［J］.食品科學(xué)，2008，29（12）：132～136.

8 高群玉，吳磊，劉垚.甘薯淀粉糊性質(zhì)的研究［J］.食品工業(yè)科技，2008，29（8）：153～155.

9 魏晶石.馬鈴薯淀粉的特性及其對(duì)粉絲生產(chǎn)形狀的影響［J］.馬鈴薯雜志，1990，4（3）：167～169.

10 潘明.馬鈴薯淀粉和玉米淀粉的特性及其應(yīng)用比較［J］.中國(guó)馬鈴薯，2001，15（4）：222～226.

Study on physic－chemical characteristics of potato starch

ZHANG Gen－s heng SUN Jing YUE Xiao－xiaHE Li－ying

（College of Food Engineering，Harbin University of Commerce，Harbin，Heilongjiang150076，China）

The physic－chemical characteristics of potato starch sample were determined，covering chemical compositions，granule morphology，granule size and solubility and swelling power，clarity，sedimentate，paste viscosity and were compared with mung bean and corn starch.Results showed that the protein content of the potato starch was 0.27%and the the amylose content was 20.4%，with granule shape of ellipse and the average granule size was 40μm，solubility and swelling power of the potato starch is higher，clarity of starch was 66.8%，sedimentate is strong，peak viscosity of starch is 2 000 BU.

potato；starch paste；characteristics

10.3969 /j.issn.1003－5788.2010.05.007

張根生（1964－），男，哈爾濱商業(yè)大學(xué)教授，碩士。E－mail：zhanggsh＠163.com

2010－06－01