蔗糖和海藻糖對(duì)糯米淀粉凝膠凍融穩(wěn)定性的影響

謝新華 馬紅靜 徐 超 艾志錄 王 娜 潘治利 賀 平

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，鄭州 450002)

蔗糖和海藻糖對(duì)糯米淀粉凝膠凍融穩(wěn)定性的影響

謝新華 馬紅靜 徐 超 艾志錄 王 娜 潘治利 賀 平

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，鄭州 450002)

為提高糯米淀粉凝膠凍融穩(wěn)定性，研究了蔗糖和海藻糖對(duì)淀粉凝膠析水率、質(zhì)構(gòu)特性、熱特性及微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，經(jīng)過5次凍融處理，蔗糖和海藻糖均能顯著降低淀粉凝膠析水率，且添加6%蔗糖與添加4%海藻糖對(duì)凝膠析水率的影響相同。添加2種糖后，凝膠彈性增加，硬度先增大后減小。差示掃描量熱儀測定顯示添加2種糖的淀粉凝膠熔融焓/糊化焓均顯著降低，表明淀粉老化受抑制，且抑制能力為海藻糖大于蔗糖。利用掃描電鏡觀察凝膠微觀結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，添加海藻糖的淀粉凝膠表面光滑平整，凹洞較小，基質(zhì)較緊密。與蔗糖相比，海藻糖更能提高糯米淀粉凝膠凍融穩(wěn)定性。

糯米淀粉 蔗糖 海藻糖 凍融穩(wěn)定性

淀粉是食品的重要組成成分，淀粉凝膠使食品呈半固體狀態(tài)且富有黏性，在貯藏和流通中，食品經(jīng)歷凍結(jié)-解凍處理，淀粉凝膠結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化，嚴(yán)重影響食品的外觀和質(zhì)構(gòu)[1]。研究表明添加小分子糖能保持和提高淀粉凝膠的性質(zhì)[2-3]；Arunyanart 等[4]研究顯示添加蔗糖可以提高大米淀粉凝膠凍融穩(wěn)定性；陶錦鴻[5]等研究表明糖類物質(zhì)可以提高蓮子淀粉的凝膠強(qiáng)度，而有研究表明相比糖種類，糖濃度對(duì)凝膠品質(zhì)的影響更顯著[6]。關(guān)于糖對(duì)淀粉凝膠性質(zhì)的影響主要集中于蔗糖和葡萄糖，而對(duì)海藻糖的研究并不多。海藻糖具有良好的保水性，在所有二糖中，海藻糖周圍的不凍水分子數(shù)是最多的[7]，這也使得它在提高淀粉凍融穩(wěn)定性方面發(fā)揮了重要的作用。本試驗(yàn)以糯米淀粉為研究對(duì)象，同時(shí)選擇蔗糖與海藻糖對(duì)比，考察2種糖對(duì)淀粉凝膠凍融穩(wěn)定性的影響，以期為糖在淀粉質(zhì)食品中的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

糯米：廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所；蔗糖、海藻糖均為分析純：天津市永大化學(xué)試劑有限公司。

1.2 試驗(yàn)儀器

DSC-Q200差示掃描量熱儀：美國TA公司；S-3400N II掃描電鏡：日本HITACHI 公司；TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀：英國Stable Micro System有限公司。

1.3 方法

1.3.1 淀粉凝膠制備

采用堿浸法提取糯米淀粉[8]，粉碎后過100目篩，密封保存。取糖溶于200 mL蒸餾水中，制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2%、4%、6%、8%、10%的溶液。取12.0 g淀粉加入糖溶液中，95 ℃水浴加熱30 min，冷卻；分5份倒入50 mL塑料離心管中，加蓋置于-18 ℃冰箱中凍結(jié)20 h后，于室溫下解凍4 h，為1個(gè)凍融循環(huán)，重復(fù)5次，備用。

1.3.2 凝微結(jié)構(gòu)觀察

將凍融淀粉凝膠切成厚薄一致的小段，迅速放入真空冷凍干燥機(jī)中干燥1 d。取出，噴金1次，用掃描電鏡觀察樣品的微觀結(jié)構(gòu)[9]。

1.3.3 凝膠質(zhì)構(gòu)分析

采用質(zhì)構(gòu)儀測定淀粉凝膠凍融5次后硬度和彈性的變化[1]。

1.3.4 析水率測定

參照1.3.1，將每次凍融后樣品在3 000 r/min下離心20 min，棄去上清液，稱取沉淀物質(zhì)量，計(jì)算析水率[9]。

1.3.5 熱特性分析

取優(yōu)化的糖添加量。用2.0 mL離心管稱取0.2 g干燥的淀粉凝膠樣品，按1∶2(m/m)比例添加糖溶液制成淀粉乳，置于鋁質(zhì)盤中密封。樣品在4 ℃平衡24 h，取出回溫1 h，以空白的鋁盒作參比，置于差示掃量熱儀中測定。測量參數(shù)：加熱速率5 ℃/min，溫度范圍30～100 ℃。凍融處理?xiàng)l件同1.3.1，在室溫下解凍后，測定糖對(duì)淀粉熱特性的影響。老化程度以熔融焓/糊化焓表示[10]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Spss13.0數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行處理和分析，圖表繪制采用Excel軟件。

2 結(jié)果分析

2.1 蔗糖和海藻糖對(duì)淀粉凝膠凍融穩(wěn)定性的影響

從表1可以看出，原淀粉凝膠凍融1次的析水率為5.9%，隨著凍融次數(shù)的增加，析水率明顯增大，4次凍融后，析水率增加到23.81%，這可能是多次凍融處理使淀粉分子之間相互作用增強(qiáng)，淀粉分子與水分子之間的相互作用減弱，從而離心析出大量水分；凍融次數(shù)超過4次，凝膠析水率呈下降趨勢，這可能與淀粉凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成有關(guān)[1]。添加蔗糖和海藻糖均能顯著降低淀粉凝膠析水率，糖添加量越多，效果越好。6%的蔗糖和4%的海藻糖對(duì)淀粉凝膠析水率的影響效果基本一致。糖添加量相同時(shí)，添加海藻糖的淀粉凝膠析水率較低，這主要與所添加的糖本身水合能力的差異有關(guān)[11]。糖分子中的平伏羥基基團(tuán)能夠與鄰近的水分子相互作用，形成分子間氫鍵，因此糖的水合能力主要受平伏羥基數(shù)目的影響，海藻糖在二糖中具有最多的平伏羥基數(shù)目，水合能力最強(qiáng)[12]。

表1 2種糖對(duì)淀粉凝膠析水率的影響

注：同一列數(shù)據(jù)后有不同小寫字母者存在顯著性差異(P<0.05)。

2.2 蔗糖和海藻糖對(duì)淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

圖1a是蔗糖和海藻糖對(duì)淀粉凝膠硬度的影響，可以看出，淀粉凝膠硬度為101.69 g，添加蔗糖和海藻糖后，凝膠硬度均增大，且蔗糖對(duì)淀粉凝膠的硬度的影響大于海藻糖。糖添加量為4%時(shí)，2種糖對(duì)淀粉凝膠硬度的影響差異最大，糖添加量超過8%時(shí)，凝膠硬度有下降趨勢。圖1b是蔗糖和海藻糖對(duì)淀粉凝膠彈性的影響，可以看出，淀粉凝膠彈性為0.71，隨著糖添加量的增加，凝膠彈性增加，且海藻糖增加淀粉凝膠彈性的能力大于蔗糖。從兩種糖對(duì)淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響可以看出，海藻糖更能夠改善淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)，使其抵御劣變的能力增強(qiáng)。

圖1 兩種糖對(duì)淀粉凝膠硬度和彈性的影響

2.3 蔗糖和海藻糖對(duì)淀粉凝膠熱特性的影響

從表2可以看出，淀粉糊化溫度在72.85～87.96 ℃的范圍內(nèi)，糊化焓值為2.85 J·g-1，糖的加入能夠顯著提高淀粉凝膠的糊化溫度和糊化焓值。5次凍融后，所有樣品的熔融溫度和熔融焓均明顯低于糊化過程的數(shù)值，相轉(zhuǎn)變溫度在52.88～68.07 ℃之間，熔融焓為1.88 J·g-1。添加糖的淀粉凝膠溫度變化范圍為51.59～65.66 ℃，熔融焓變化范圍為1.72～1.83 J·g-1。從熔融焓/糊化焓值可以看出，糖的加入顯著抑制了凍融淀粉凝膠的老化，且抑制效果為海藻糖>蔗糖。

表2 2種糖對(duì)淀粉凝膠DSC特征值的影響

2.4 蔗糖和海藻糖對(duì)淀粉凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖2a是原凍融淀粉凝膠掃描電鏡圖，圖2b和圖2c分別是添加蔗糖和海藻糖的凍融淀粉凝膠掃描電鏡圖。從圖2a可以看出，淀粉凝膠結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，表面變得粗糙，出現(xiàn)較大的凹洞，淀粉基質(zhì)變得疏松，這可能是多次凍融處理使淀粉凝膠體系形成大的冰晶體，凍融時(shí)對(duì)淀粉凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)造成破壞。與圖2a相比，添加蔗糖和海藻糖的淀粉凝膠微觀結(jié)構(gòu)則明顯得到改善，凝膠表面變得光滑平整，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的凹洞明顯變小，且淀粉基質(zhì)變得更加緊密。比較圖2b和圖2c發(fā)現(xiàn)，添加海藻糖的淀粉凝膠改善效果更明顯，這說明海藻糖改善淀粉凝膠微觀結(jié)構(gòu)的能力強(qiáng)于蔗糖，這與析水率的結(jié)果相一致，說明作為冷凍保護(hù)劑，海藻糖更能夠防止脫水與冷凍處理造成的淀粉結(jié)構(gòu)的破壞。

圖2 2種糖對(duì)淀粉凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

3 結(jié)論

原糯米淀粉凝膠凍融1次的析水率為5.9%，隨著凍融次數(shù)的增加，析水率逐漸增大，凍融4次時(shí)，析水率達(dá)到最大值，繼續(xù)凍融，析水率有下降趨勢。蔗糖和海藻糖的添加均能顯著降低凝膠析水率，其中添加6%的蔗糖和添加4%的海藻糖對(duì)凝膠析水率的影響是相同的，且海藻糖作用較顯著，對(duì)凍融次數(shù)的耐受力較強(qiáng)。添加2種糖后，凝膠彈性均增加，硬度均呈先增大后減小的趨勢，海藻糖更能夠改善淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)特性，使其抵御劣變的能力增強(qiáng)。從熔融焓/糊化焓值可以看出，糖的加入顯著抑制了凍融淀粉凝膠的老化，且抑制效果為海藻糖>蔗糖。凝膠掃描電鏡圖片顯示，添加海藻糖的淀粉凝膠表面光滑平整，凹洞最小，基質(zhì)最緊密。以上研究結(jié)果表明，與蔗糖相比，海藻糖更能提高糯米淀粉凝膠的凍融穩(wěn)定性。

[1]汪蘭,程薇,喬宇,等.凍融循環(huán)處理對(duì)淀粉凝膠結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響[J].食品科技,2010,35(2):177-182

Wang Lan, Cheng Wei, Qiao Yu,et al. The effect of repeated freeze-thaw treatments on microstructure and physicochemical properties of various starch gels[J].Food Science and Technology, 2010,35(2):177-182

[2]楊玉玲,張沫,陳銀基,等.綠豆淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)特性和超微結(jié)構(gòu)研究[J].中國糧油學(xué)報(bào),2014,29(4):36-41

Yang Yuling,Zhang Mo,Chen Yinji, et al. Textural properties and microstructure of starch gel from mung bean[J]. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2014,29(4):36-41

[3]杜先鋒,許時(shí)嬰,王璋.食品成分對(duì)淀粉凝膠力學(xué)性能的影響[J].中國糧油學(xué)報(bào),2002,17(2):6-9

Du Xianfeng,Xu Shiying,Wang Zhang. Influence of food ingredients on the mechanical properties of starch gels[J]. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2002,17(2):6-9

[4]Arunyanart T,Charoenrein S. Effect of sucrose on the freeze-thaw stability of rice starch gels:correlation with microstructure and freezable water[J].Carbohydrate Polymers,2008,74(4):514-518

[5]陶錦鴻,鄭鐵松,胡月珍.蓮子淀粉凝膠力學(xué)性能影響因素的研究[J]. 食品科學(xué),2009,30(21):109-112

Tao Jinhong,Zheng Tiesong,Hu Yuezhen. Mechanical properties of lotus-seed starch gels[J].Food Science, 2009,30(21):109-112

[6]董瑤,鄭明珠,劉景圣,等.玉米凝膠特性影響因素的研究進(jìn)展[J]. 食品工業(yè),2015,36(1):240-244

Dong Yao,Zheng Mingzhu,Liu Jingsheng,et al. Studies on the factors effecting corn gel properties[J].The Food Industry, 2015,36(1):240-244

[7]蒙健宗,趙文報(bào).海藻糖的性質(zhì)及其在新型食品開發(fā)中的應(yīng)用[J].食品科學(xué),2005,26(6):281-283

Meng Jianzong,Zhao Wenbao. Properties and applications of trehalose in new food development[J].Food Science, 2005,26(6):281-283

[8]王立,姚惠源.大米淀粉生產(chǎn)、性質(zhì)及其應(yīng)用[J].糧食與油脂,2004,20(7):4-7

Wang Li,Yao Huiyuan. Production,property and application of rice starch[J].Cereals and Oils, 2004,20(7):4-7

[9]張華,袁博，趙瓊,等,小麥淀粉凝膠凍融穩(wěn)定性研究[J].食品工業(yè),2015,36(3):35-37

Zhang Hua,Yuan Bo,Zhao Qiong,et al. Study on freeze-thaw stability of wheat starch gel[J]. The Food Industry, 2015,36(3):35-37

[10]Lee M H,Baek M H,Cha D S,et al.Freeze-thaw stabilization of sweet potato starch gel by polysaccharide gums[J].Food Hydrocolloids,2002,16(4):345-352

[11]Sanguanpong V,Chotineeranat S,Piyachomkwan K.Hydration and physicochemical properties of small-particle cassava starch[J].Journal of the Science of Food and Agriculture,2003,83(2):123-132

[12]袁勤生.海藻糖的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].食品與藥品，2015，7(4)：1-5

Yuan Qinsheng.progress in application of trehalose[J].Food and Drug,2015,7(4):1-5.

Effect of Sucrose and Trehalose on Freeze-Thaw Stability of Waxy Rice Starch Gel

Xie Xinhua Ma Hongjing Xu Chao Ai Zhilu Wang Na Pan Zhili He Ping

(College of Food Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002)

To improve the freeze-thaw stability of waxy rice starch gel, the effect of sucrose and trehalose on syneresis, texture properties, thermal properties and microstructure of waxy rice starch was investigated. The results showed that sucrose and trehalose reduce effectively the syneresis of the waxy rice starch gel after 5 freeze-thaw cycles. The syneresis of waxy rice starch gel was consistent with 6% sucrose and 4% trehalose. The sucrose and trehalose increased the springiness and hardness of waxy rice starch gel with addition. Differential scanning calorimetry showed that sucrose and trehalose reduced the retrogradation enthalpy significantly, the aging of starch was inhibited and the inhibition capacity of trehalose was greater than that of sucrose. Scanning electron microscope image showed that the surface of starch gel was smooth, the pores were smaller and the matrix surrounding the pores was stronger with trehalose. Trehalose improves the freeze-thaw stability of waxy rice starch gel more than sucrose. Compared with sucrose, trehalose can improve the freeze-thaw stability of waxy rice starch.

waxy rice starch, sucrose, trehalose, freeze-thaw stability

TS235.1

A

1003-0174(2016)12-0029-04

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃子課題(2012BAD37B06-04),河南省教育廳科技攻關(guān)(14A550014)

2015-05-07

謝新華，男，1976年出生，副教授，谷物化學(xué)及速凍食品