芋頭淀粉脂肪模擬品的制備及特性研究

邊 偉，陳 龍，袁 軍，周才瓊

(西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院特色食品工程技術(shù)研究中心，重慶400716)

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，社會水平的提高，人們對食品的要求越來越高，脂肪具有宜人的口感，深受國民喜愛。國民脂肪攝入增加，肥胖相關(guān)的疾病發(fā)病率急速上升。脂肪模擬品替代食品加工中脂肪配料可降低脂肪攝入和降低產(chǎn)品能量［1］。脂肪模擬品是以蛋白質(zhì)或碳水化合物為基礎(chǔ)成分的產(chǎn)品，它們是以水體狀體系的物理特性來模擬出油脂的潤滑細膩的口感特性。碳水化合物基模擬脂肪能形成凝膠，持水性高，增加水相粘度，從而改善水相的結(jié)構(gòu)特性，產(chǎn)生類似于脂肪的流動性、口感、質(zhì)構(gòu)、潤滑性、渾濁性和粘度等眾多脂肪的特性［2］。淀粉脂肪模擬品主要指利用部分酸水解或者酶水解淀粉顆粒，當?shù)矸鬯馕镱w粒度與脂肪顆粒度相當時，形成的凝膠具有與脂肪類似的口感和物理特性，以部分替代油脂。國內(nèi)淀粉脂肪模擬品的研究主要集中于馬鈴薯淀粉、大米淀粉和玉米淀粉等。王秀軍等人用小麥麩皮深加工過程中拋棄的原料制備具有麥芽糊精、蛋白質(zhì)和功能性多糖復(fù)合型脂肪替代品，充分利用資源的同時也帶來了經(jīng)濟效益［3］。淀粉具備來源廣、生產(chǎn)成本低廉、口味比較溫和、淀粉脂肪模擬品易加工等特點，所以是脂肪模擬品的常用原料。刑名等人［4］研究認為在一般情況下酶解淀粉DE值6.0左右能形成柔軟的、可伸展的、熱可逆的凝膠，入口有類似脂肪的口感。芋頭干基淀粉含量較高，淀粉粒度細小，接近脂肪顆粒大小，所以，本實驗以芋頭淀粉為基質(zhì)研究脂肪模擬品的制備及特性［5］。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

芋頭 重慶市北碚區(qū)天生市場，為芋colocasia esculenta;芋頭淀粉 實驗室自制，過100目篩，40℃鼓風(fēng)干燥48h以上，經(jīng)測定芋頭淀粉顆粒體積平均粒度8.97μm，白度94.11;亞硫酸鈉、乙酸鉛、硫酸鈉、乙醚、硫酸銅、亞甲藍、亞鐵氫化鉀、酒石酸鉀鈉、醋酸鉀、醋酸鈉、硫酸鋅、氯化鈣、重鉻酸鉀等 均為分析純;高溫α－淀粉酶(液體)酶活力20500U/mL，湖南禮來生物技術(shù)公司。

Avant J－3DI型離心機 美國 Beckman Coulter，Inc.;Mastersizer2000型粒度分析儀 英國Malvern Instruments Ltd.;TA－XT2i質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Microsystems Ltd;Micro Visco－Amylo－Graph粘度儀德國Brabender Ltd.。

1.2 實驗方法

1.2.1 芋頭淀粉脂肪模擬品制備

1.2.1.1 制備工藝［6－8］15%芋頭淀粉漿液→調(diào) pH至6.0～6.5→加入高溫 α－淀粉酶，水浴→6mol/L的 HCl調(diào)pH＜2.0，滅酶，迅速冷卻10min左右→10mol/L的 NaOH調(diào)pH至7左右→4000r/min，15min→測DE值→噴霧干燥(控制進風(fēng)溫度在180℃左右)→產(chǎn)品。

1.2.1.2 單因素實驗 稱取一定量芋頭淀粉調(diào)制成質(zhì)量分數(shù)為15%的淀粉漿，鹽酸調(diào)漿液pH至6.0～6.5之間，分析不同加酶量(2.05、4.1、6.15、8.2、10.25、12.30、14.35、16.4U/g)、不同酶解溫度(80、82.5、85、87.5、90、92.5℃)和不同酶解時間(10、15、20、25、30、35、40min)下酶解淀粉DE值變化。以DE值6為指標確定各因素水平。

1.2.1.3 脂肪模擬品制備的工藝優(yōu)化 在單因素實驗基礎(chǔ)上，以DE值為指標，以酶添加量、酶解時間和酶解溫度為因素設(shè)計L9(34)正交實驗。

1.2.2 指標分析 灰分:GB/T 5009.4－2010，灼燒法;水分:GB/T 5009.3－2010，直接干燥法;粗蛋白:GB/T 5009.5－2003，凱氏定氮法;粗脂肪:GB/T 5009.6－2003，索氏抽提法;高溫 α－淀粉酶活力［9］。

1.2.3 芋頭淀粉脂肪模擬品特性分析

1.2.3.1 粒度 用MALVER公司的Mastersizer2000型粒度分析儀對制備芋頭淀粉脂肪模擬品和原淀粉進行粒度分析。

1.2.3.2 吸濕性［10］稱取一定質(zhì)量樣品，在105℃烘干至恒重，按照一定順序分別與超純水、KAc、NaAc、ZnSO4、CaCl2、Na2Cr2O7·2H2O 飽和溶液，放入不同的干燥皿中，在一定環(huán)境下(干燥、避光、室溫)密封放置10d后，取樣并稱出水分含量。

1.2.3.3 凝膠強度［11－12］配制所需濃度(w/w)的脂肪模擬品溶液，攪拌均勻使其充分溶解，吸取20mL均勻液于25mL燒杯，4℃下放置12h，測定凝膠強度。TA－XT2i型質(zhì)構(gòu)儀參數(shù):TPA模式，p/0.5探頭，實驗前速度5.0mm/s、下壓速度1.0mm/s、下壓距離50%。

1.2.3.4 凝膠性能［13］配制一定濃度的脂肪模擬品溶液，攪拌均勻后吸取20mL于25mL燒杯，4℃環(huán)境下放置12h后，記錄凝膠質(zhì)地、潤滑度、透明度等性質(zhì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 芋頭淀粉脂肪模擬品制備及影響因素

2.1.1 單因素實驗結(jié)果

2.1.1.1 酶解溫度對DE值的影響 如圖1，在淀粉含量15%、酶添加量8.20U/g、酶解時間30min、溫度范圍80～92.5℃時，DE值在0.93～6.20之間，呈先升后降趨勢，溫度大于90℃后DE值急劇降低。

圖1 酶解溫度對DE值的影響Fig.1 Influence of the enzymatic hydrolysis temperature on DE value

2.1.1.2 酶解時間對DE值的影響 如圖2，在淀粉含量15%、溫度90℃、酶添加量8.20U/g、酶解10～40min時，DE值在1.98～6.26之間，呈上升趨勢。當酶解時間在10～30min時，DE值上升較快，30min后，DE值上升緩慢。

圖2 酶水解時間對DE值的影響Fig.2 Influence of the enzymatic hydrolysis time on DE value

2.1.1.3 酶添加量對DE值的影響 如圖3所示。在溫度90℃、酶添加量范圍2.05～16.4U/g之間，酶解時間30min時，DE值范圍為2.71～12.15。隨酶添加量增加，淀粉水解度增加。在本實驗濃度范圍內(nèi)，DE值均勻增加，說明淀粉酶作用效率明顯，符合要求，表明酶添加量在此范圍內(nèi)能夠有效促進脂肪模擬品的水解。

圖3 酶添加量對DE值的影響Fig.3 Influence of the quantity of α－amylase on DE value

2.1.2 正交實驗結(jié)果 在單因素實驗的基礎(chǔ)上，以酶添加量、酶解時間及酶解溫度3因素3水平進行L9(34)正交實驗，實驗結(jié)果如表1。DE值在4.23～7.11間波動，極差分析芋頭淀粉DE值極差R值范圍0.31～1.72，各因素影響DE主次為:酶添加量(A)＞酶水解時間(B)＞酶水解溫度(C)。方差分析可知:F(酶添加量)=27.68＞F0.05(2，2)=19，酶添加量對DE值有顯著影響(p＜0.05)。

以DE值6為指標，制備脂肪模擬品最佳工藝條件為 A2B2C2，即酶添加量 8.20U/g，酶水解時間30min，酶水解溫度87.5℃。該工藝處理不在本正交實驗處理中，對最佳工藝條件進行驗證實驗，測定產(chǎn)品DE值為6.03。

表1 正交實驗結(jié)果Table 1 Results of the orthogonal experiments

表2 脂肪模擬品制備的方差分析結(jié)果Table.2 Analysis of variance of preparation of fat mimics

表3 制備芋頭淀粉脂肪模擬品與原淀粉粒徑的比較Table 3 Different particle size comparison between fat analog products and native starch

2.2 制備芋頭淀粉脂肪模擬品與原淀粉性質(zhì)比較研究

2.2.1 制備芋頭淀粉脂肪模擬品與原淀粉基本組成

選擇DE值6.03芋頭淀粉脂肪模擬品和原淀粉進行比較研究，基本成分如圖4，制備芋頭淀粉脂肪模擬品灰分低于原淀粉，粗蛋白和粗脂肪含量遠低于原淀粉。

圖4 制備芋頭淀粉脂肪模擬品與原淀粉基本組成Fig.4 Basic components of the preparation of fat analog products of taro starch and the original starch

2.2.2 制備芋頭淀粉脂肪模擬品與原淀粉粒度分析結(jié)果如表3所示，芋頭淀粉和制備芋頭淀粉脂肪模擬品體積平均粒度在10μm以下，粒度小于10μm的顆粒均可模擬脂肪顆粒的潤滑性和口感等，所以理論上芋頭淀粉也可用于替代脂肪作為脂肪替代品。但經(jīng)過酶解處理后，制備芋頭淀粉脂肪模擬品比表面積高于原淀粉，體積平均粒度低于原淀粉，其中，d(0.1)和d(0.5)遠低于原淀粉，更適合作為脂肪替代品。

2.2.3 制備芋頭淀粉脂肪模擬品吸濕性 結(jié)果如圖5，制備芋頭淀粉脂肪模擬品吸濕性強度與所處環(huán)境相對濕度呈正比，制備芋頭淀粉水分含量在環(huán)境相對濕度為20%時為7.31%，當環(huán)境相對濕度大于52%時產(chǎn)品吸濕性快速增加。當環(huán)境適度達到100%時，其水分含量為29.41%。

圖5 制備芋頭淀粉脂肪模擬品與原淀粉的吸濕性Fig.5 Hygroscopicity of the preparation of fat analog products of taro starch and the original starch

2.2.4 制備芋頭淀粉脂肪模擬品與原淀粉凝膠特性比較分析 選取制備芋頭淀粉脂肪模擬品和原淀粉濃度分別為25%、30%、35%溶液形成的凝膠，測定其凝膠強度，結(jié)果如圖6所示。在不同濃度下制備芋頭淀粉脂肪模擬品凝膠強度均低于原淀粉。

圖6 制備芋頭淀粉脂肪模擬品與原淀粉的凝膠強度Fig.6 Gel strength of the preparation of fat analog products of taro starch and the original starch

將制備芋頭淀粉脂肪模擬品與原淀粉配制不同濃度的溶液，觀察其凝膠性狀，結(jié)果如表4，二者均可以在25%以上的濃度形成凝膠，并隨處理淀粉濃度的增加，向質(zhì)硬、粗糙、不透明、不潤滑等相應(yīng)感官性狀靠近;濃度大于25%時形成的凝膠感官性狀較差。處理濃度25%時，制備芋頭淀粉凝膠軟滑細膩，呈透明狀，優(yōu)于芋頭原淀粉形成的凝膠，因此確定制備芋頭淀粉脂肪模擬品使用濃度為25%。

表4 制備芋頭淀粉脂肪模擬品與原淀粉凝膠的性狀Table 4 Gel characteristics of the preparation of fat analog products of taro starch and the original starch

3 結(jié)論與討論

本實驗采用芋頭淀粉作為初始原材料。探討了酶添加量，酶解時間和酶解溫度對芋頭淀粉脂肪模擬品DE值的影響，并且研究了制備芋頭淀粉脂肪模擬品和原淀粉的基本組成、粒度、吸濕性和凝膠特性，得出以下結(jié)論:

高溫α－淀粉酶的添加量，酶解時間和酶解溫度均對產(chǎn)品的DE值有影響。最佳工藝條件為:酶添加量8.20U/g，酶水解時間30min，酶水解溫度87.5℃。在最佳工藝條件下產(chǎn)品DE值為6.03，接近目標DE值6.0。

芋頭淀粉和制備芋頭淀粉脂肪模擬品粒度小，體積平均粒度在10μm以下，均可用于脂肪替代品，但是制備芋頭淀粉脂肪模擬品比表面積高于原淀粉，體積平均粒度低于原淀粉，其中，d(0.1)和 d(0.5)遠低于原淀粉，更適合作為脂肪替代品。25%濃度制備芋頭淀粉凝膠強度為201g/cm2，低于原淀粉，感官評定顯示其凝膠比原淀粉更細膩潤滑。

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