顯微圖分析超聲波對(duì)甘薯淀粉形態(tài)的影響

劉立增，郭俊杰，牛瑞華，連喜軍，*（.天津商業(yè)大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系，天津30034；.天津市食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津30034）

顯微圖分析超聲波對(duì)甘薯淀粉形態(tài)的影響

劉立增1，郭俊杰1，牛瑞華2，連喜軍2，*
（1.天津商業(yè)大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系，天津300134；2.天津市食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津300134）

超聲波處理可提高甘薯淀粉的回生率。通過對(duì)比甘薯淀粉糊化前、糊化后、高壓后、老化后等不同階段超聲作用前后顯微圖片，探討超聲波對(duì)甘薯淀粉形態(tài)的影響。甘薯淀粉糊化前超聲處理使甘薯淀粉球在水中分布均勻，相互間吸引力減小，有利于淀粉球吸水膨脹；甘薯淀粉糊化后超聲處理短時(shí)間促進(jìn)淀粉球溶脹破裂，長(zhǎng)時(shí)間作用促進(jìn)淀粉成膜，使甘薯支鏈淀粉間聚集作用增強(qiáng)；甘薯淀粉高壓后超聲處理使淀粉球全部破裂，部分支鏈淀粉接枝成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，淀粉的凝膠狀消失，回生率降低；老化后超聲處理先使凝膠狀淀粉融化，長(zhǎng)時(shí)間超聲處理使回生后淀粉板結(jié)硬化，提高了甘薯回生淀粉的抗酶解能力。

甘薯回生淀粉，超聲波處理，顯微圖

超聲波處理可提高甘薯淀粉的回生率。通過對(duì)比甘薯淀粉糊化前、糊化后、高壓后、老化后等不同階段超聲作用前后顯微圖片，探討超聲波對(duì)甘薯淀粉形態(tài)的影響。甘薯淀粉糊化前超聲處理使甘薯淀粉球在水中分布均勻，相互間吸引力減小，有利于淀粉球吸水膨脹；甘薯淀粉糊化后超聲處理短時(shí)間促進(jìn)淀粉球溶脹破裂，長(zhǎng)時(shí)間作用促進(jìn)淀粉成膜，使甘薯支鏈淀粉間聚集作用增強(qiáng)；甘薯淀粉高壓后超聲處理使淀粉球全部破裂，部分支鏈淀粉接枝成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，淀粉的凝膠狀消失，回生率降低；老化后超聲處理先使凝膠狀淀粉融化，長(zhǎng)時(shí)間超聲處理使回生后淀粉板結(jié)硬化，提高了甘薯回生淀粉的抗酶解能力。

淀粉的應(yīng)用過程涉及淀粉的糊化、回生等過程。超聲波作用可以改變淀粉分子量、表面結(jié)構(gòu)、結(jié)晶結(jié)構(gòu)與凝膠質(zhì)構(gòu)特性、流變特性、熱性質(zhì)、反應(yīng)性能等[1-4]，部分文獻(xiàn)還報(bào)道了超聲波可以提高抗性淀粉制備產(chǎn)率[5-6]。但現(xiàn)有文獻(xiàn)尚未采用顯微圖形分析超聲波對(duì)淀粉的作用。為了深入分析超聲波處理對(duì)回生抗性淀粉制備產(chǎn)率提高的原因，本文在淀粉回生過程的糊化前、糊化后、高壓后和老化后等階段對(duì)淀粉液進(jìn)行超聲處理，通過顯微圖片分析超聲對(duì)淀粉回生不同階段的作用及其對(duì)回生淀粉制備產(chǎn)率提高的原因。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

甘薯淀粉 市售，水分含量18.5%（w∶w），直鏈淀粉含量為26.5%；胃蛋白酶（活力單位20000U/mL）、高溫ɑ-淀粉酶（活力單位25000U/mL）、葡萄糖淀粉酶（活力單位15000U/mL） 天津市諾奧科技發(fā)展有限公司提供；鹽酸、氫氧化鈉、磷酸氫二鈉等試劑 均為分析純。

KQ-500B型超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；YXQG02型手提式電熱壓力蒸汽消毒器 山東安德醫(yī)療科技有限公司；電熱恒溫水浴鍋、DH-101-3BS型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 天津市中環(huán)實(shí)驗(yàn)電爐有限公司；BCD-229KB型海爾冰箱 青島海爾股份有限公司；LXJ-Ⅱ型離心沉淀機(jī) 上海醫(yī)用分析儀器廠；尼康YS100型生物顯微鏡 日本尼康株式會(huì)社。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 甘薯回生淀粉制備工藝流程[6]10g甘薯淀粉與100mL蒸餾水混合攪拌均勻，在水浴鍋中95℃下糊化30min，然后取出放于高壓鍋中，120℃高壓（蒸汽壓力0.14MPa）處理30min，冷卻后放入4℃冰箱老化3d。

1.2.2 甘薯淀粉回生率測(cè)定 甘薯淀粉回生率測(cè)定參考文獻(xiàn)[7]。稱取5g樣品放入100mL三角瓶中，加入檸檬酸-磷酸氫二鈉（pH1.8）緩沖液，均質(zhì)后加入0.05g的胃蛋白酶，在38℃水浴中振蕩加熱60min。冷卻至室溫，加入磷酸氫二鈉緩沖液，用氫氧化鈉調(diào)pH為5.7，加入0.6mL的高溫ɑ-淀粉酶，在85℃恒溫水浴中振蕩加熱70min，冷卻至室溫，用鹽酸調(diào)pH為4.6，加入0.1g的葡萄糖淀粉酶，58℃恒溫水浴中酶解20h，冷卻至室溫，離心（2000×g，5min），水洗4次。80℃烘干至衡重，得到甘薯回生樣品。甘薯淀粉回生率（%）=（回生樣品重/總淀粉含量）×100。

1.2.3 超聲波處理 在1.2.1的工藝流程中，超聲波作用溫度設(shè)為40℃，分別在淀粉糊化前超聲作用（2、4、6、8min）、糊化后超聲作用（2、4、6、8、40min）、高壓后超聲作用（2、4、6、8min）和老化后超聲作用（2、4、6、40）min，其他條件不變，作用完后取淀粉糊制片，進(jìn)行顯微觀察并拍照。

1.2.4 甘薯淀粉顆粒形態(tài)觀察 用細(xì)針挑取少許濕淀粉，放入載玻片上的無菌水滴上，輕輕攪動(dòng)使其均勻，常溫下晾干，在顯微鏡（OLYMPUS IX71）下觀察并拍片，放大倍數(shù)為400倍。

2 結(jié)果與討論

2.1 糊化前超聲波處理對(duì)甘薯淀粉的作用

圖1為糊化前超聲波處理對(duì)甘薯淀粉的作用。由圖1（a）可知，超聲作用前甘薯淀粉球在水中分布呈現(xiàn)聚集狀，說明淀粉球表面有正負(fù)電荷或離子存在，不同淀粉球相互吸引，而淀粉球表面的疏水基團(tuán)使淀粉球聚集體在水中相互排斥，形成條帶狀。由圖1（b～e）可知，隨著超聲作用延長(zhǎng)，淀粉球聚集狀態(tài)逐漸被打散，最后趨于均勻分布。超聲使局部水分子溫度急劇升高，分子運(yùn)動(dòng)加快，低溫分子與高溫分子交互運(yùn)動(dòng)打破了淀粉球的聚集狀態(tài)，使條帶狀淀粉球逐漸分散開來。甘薯淀粉球在水中分布均勻，相互間吸引力減小，有利于淀粉球吸水膨脹釋放出直、支鏈淀粉，從而加快糊化。

2.2 糊化后超聲波處理對(duì)甘薯淀粉的作用

圖2為糊化后超聲波處理對(duì)甘薯淀粉的作用。由圖2（a）可知，甘薯淀粉經(jīng)30min糊化后，仍有一些溶脹的淀粉球沒有破裂，這些淀粉球如果通過高壓破裂有可能造成直鏈淀粉斷鏈，使具備回生條件的直鏈淀粉減少，從而降低回生率。由圖2（b～e）可知，隨著超聲作用延長(zhǎng)，凝膠化淀粉中的完整淀粉球越來越少，超聲作用8min后基本上沒有完整淀粉球存在。超聲作用40min后，淀粉明顯成膜，甘薯支鏈淀粉間聚集作用增強(qiáng)。

圖2 糊化后超聲波處理對(duì)甘薯淀粉的作用（400×）Fig.2 The effects of ultrasonic wave treatment on sweet potato starch after pasting（400×）

2.3 高壓后超聲波處理對(duì)甘薯淀粉的作用

圖3為0.14MPa高壓淀粉后超聲波處理對(duì)甘薯淀粉的作用。由圖3可知，未經(jīng)超聲作用空白甘薯淀粉經(jīng)高壓后，仍有部分溶脹的淀粉球沒有完全破裂，超聲作用2min后，所有淀粉球全部破裂，淀粉分子呈現(xiàn)均勻凝膠化，這是淀粉球在超聲空化過程的高溫引起淀粉球膜溶解，淀粉分子、水分子相互作用形成的。延長(zhǎng)超聲時(shí)間到4min，膠凝化的淀粉分子出現(xiàn)明顯交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，繼續(xù)延長(zhǎng)超聲時(shí)間到6min，交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)顯得更加緊密，有淀粉凝塊出現(xiàn)，隨后超聲作用8min后，凝塊減少，交聯(lián)淀粉網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增大，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)末端凝塊消失。高壓糊化后超聲作用首先使淀粉球中直鏈淀粉溶出形成均勻凝膠，進(jìn)而甘薯支鏈淀粉間開始發(fā)生交聯(lián)，交聯(lián)聚集度增強(qiáng)，繼續(xù)超聲作用，則交聯(lián)支鏈淀粉末端被空化高溫熔化。經(jīng)回生率測(cè)定發(fā)現(xiàn)，超聲作用8min后甘薯淀粉的回生率由空白的2.3%降低到1.9%，表明長(zhǎng)時(shí)間超聲作用會(huì)使甘薯淀粉鏈斷裂，參與回生淀粉減少。

圖3 高壓后超聲波處理對(duì)甘薯淀粉的作用（400×）Fig.3 The effects of ultrasonic wave treatment on sweet potato starch after autoclaving（400×）

2.4 老化后超聲波處理對(duì)甘薯淀粉的作用

圖4為老化后超聲波處理對(duì)甘薯淀粉的作用。由圖4可知，老化后超聲處理先使凝膠狀淀粉融化，長(zhǎng)時(shí)間超聲處理使回生后淀粉板結(jié)硬化，提高了甘薯回生淀粉的抗酶解能力。老化后淀粉呈現(xiàn)固體凝膠狀，此時(shí)淀粉分子間形成很多氫鍵，淀粉結(jié)合水減少。由于淀粉中含水量減少，超聲作用形成的能量不能很快擴(kuò)散，淀粉局部溫度升高快，水分蒸發(fā)多，淀粉發(fā)生板結(jié)硬化。干燥后超聲處理的回生淀粉硬度比空白組明顯高。

圖4 老化后超聲波處理對(duì)甘薯淀粉的作用（400×）Fig.4 The effects of ultrasonic wave treatment on sweet potato starch after aging（400×）

3 結(jié)論

甘薯淀粉糊化前超聲處理使甘薯淀粉球在水中分布均勻，相互間吸引力減小，有利于淀粉球吸水膨脹；甘薯淀粉糊化后超聲處理短時(shí)間促進(jìn)淀粉球溶脹破裂，長(zhǎng)時(shí)間作用促進(jìn)淀粉成膜，使甘薯支鏈淀粉間聚集作用增強(qiáng)；甘薯淀粉高壓后超聲處理使淀粉球全部破裂，部分支鏈淀粉接枝成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，淀粉的凝膠狀消失，回生率降低；老化后超聲處理先使凝膠狀淀粉融化，長(zhǎng)時(shí)間超聲處理使回生后淀粉板結(jié)硬化，提高了甘薯回生淀粉的抗酶解能力。

[1]李堅(jiān)斌，李琳，陳玲，等.超聲波處理下馬鈴薯淀粉糊的流變學(xué)特性[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，56（3）：90-94.

[2]王大為，劉鴻鋮，宋春春，等.超聲波輔助提取馬鈴薯淀粉及其特性的分析[J].食品科學(xué)，2013，34（16）：17-22.

[3]汪樹生，蘇玉春，陳光.超聲波處理對(duì)木薯淀粉糊理化性質(zhì)的影響[J].現(xiàn)代食品科技，2012，28（12）：1645-1647.

[4]孫俊良.超聲波處理對(duì)淀粉性質(zhì)及其酶解產(chǎn)物分子特性的影響[J].河南科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，38（2）：81-86.

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[7]曹力心.馬鈴薯抗性淀粉的制備工藝及活性研究[D].天津：天津科技大學(xué)，2006.

Analysis of the mechanism of improving retrogradation rate of sweet potato starch by ultrasonic wave in method of micrograph

LIU Li-zeng1，GUO Jun-jie1，NIU Rui-hua2，LIAN Xi-jun2，*
（1.School of Science，Tianjin University of Commerce，Tianjin 300134，China；2.The Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology，Department of Biological Technology and Food Science，Tianjin University of Commerce，Tianjin 300134，China）

The retrogradation rate of sweet potato has been improved by the treatment of ultrasonic wave.The effects of the treatment of ultrasonic wave on morphology of sweet potato starch were investigated by analyzing the micrographs of sweet potato starch at different stages such as before-pasting，after-pasting，afterautoclaving，after-aging.The distribution of sweet potato granules in water had become more evenly by ultrasonic wave treatment at stage of pre-pasting and the attractive force among different granules decreased，thus it was easier for those granule balls to absorb water and to swell.The breakage of granules increased by the ultrasonic wave treatments after being pasted for a short time，but for a long time，the starch film was built and the aggregation of amylopectin were strengthened.The breakage of all starch balls，the network structure formation by graft amylopectin，the disappearance of gelling and the increase of retrogradation rate happened when the ultrasonic wave treatments were carried out after autoclaving.The gelatinized starch was firstly melted by the ultrasonic wave treatments after aging，then the stiff starch was hardened and the hydrolysis resistance of sweet potato starch was enhanced by long time treating.

retrograded sweet potato starch；ultrasonic wave treatment；micrograph

TS231

A

1002-0306（2014）14-0100-03

10.13386/j.issn1002-0306.2014.14.013

2013－10－23 *通訊聯(lián)系人

劉立增（1973-），男，博士，研究方向：食品科學(xué)。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31271935）。