淮山藥淀粉糊化及質(zhì)構(gòu)特性

趙小梅,李清明,2,*,蘇小軍,2,舒青青,廖盧艷,肖 瀟,韋本輝

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,湖南長沙 410128;2.作物種質(zhì)創(chuàng)新與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南長沙 410128;3.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所,廣西南寧 530007)

淮山藥淀粉糊化及質(zhì)構(gòu)特性

趙小梅1,李清明1,2,*,蘇小軍1,2,舒青青1,廖盧艷1,肖 瀟1,韋本輝3

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,湖南長沙 410128;2.作物種質(zhì)創(chuàng)新與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南長沙 410128;3.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所,廣西南寧 530007)

本實(shí)驗(yàn)選用新選育高淀粉含量淮山藥提取淀粉,并采用快速粘度儀和質(zhì)構(gòu)儀研究了淀粉濃度、pH、蔗糖、卡拉膠、檸檬酸以及食鹽對淮山藥淀粉糊化以及質(zhì)構(gòu)特性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明增大淀粉濃度和蔗糖使淮山藥淀粉的熱穩(wěn)定性變差,添加食鹽能增強(qiáng)其熱穩(wěn)定性;增加淀粉濃度、添加檸檬酸以及食鹽可以增大淮山藥淀粉的凝膠性,添加卡拉膠則相反;除pH外其他因素皆可增加淮山藥淀粉的凝沉性;pH在弱酸及堿性條件下對淮山藥淀粉的糊化及質(zhì)構(gòu)性質(zhì)無太大影響;添加檸檬酸和食鹽可減小淮山藥淀粉凝膠的硬度、粘性和咀嚼性,增加淀粉濃度、添加蔗糖對其影響則相反。

淮山藥,淀粉,糊化特性,質(zhì)構(gòu)特性

淮山藥又名山藥,是薯蕷科植物的塊莖,是我國傳統(tǒng)的藥食同源食物,在我國廣泛種植?；瓷剿幹谐卸喾N功能成分外,新鮮淮山藥中淀粉含量占根莖重量的12%～20%,可作為提取淀粉的一種重要原料[1-2]。

淀粉的品質(zhì)特性直接影響淮山藥及其加工產(chǎn)品的品質(zhì),Bolanle對43種淮山藥的淀粉特性進(jìn)行了研究,結(jié)果表明淮山藥淀粉具有很強(qiáng)的凝膠能力,在食品工業(yè)和其他工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景[3]。淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)對淀粉質(zhì)食品的加工性以及口感有很大影響,研究表明,地域以及品種差異所得淀粉糊化性質(zhì)存在差異[4]?；瓷剿幍矸鄣娜芙舛取⑴驖櫠纫约巴该鞫冉缘陀隈R鈴薯淀粉。另外,淮山藥淀粉起糊溫度高,熱穩(wěn)定性好,抗堿性能力強(qiáng)[5],但凍融穩(wěn)定性差。添加蔗糖、NaCl和Na2CO3可提高淮山藥淀粉的起糊溫度,增強(qiáng)其熱穩(wěn)定性及抗剪切能力。張麗芳等[6]研究發(fā)現(xiàn)淮山藥淀粉糊易剪切稀化,但其抗性淀粉抗剪切能力強(qiáng)。張紅建等[7]利用快速粘度儀(rapid visco analyser,RVA)分析得知pH、食鹽、α-淀粉酶及蔗糖對淮山藥淀粉糊化特性有較大影響。李昌文等[8]研究表明添加食鹽和白糖可降低淮山藥淀粉糊黏度,而羧甲基纖維素(CMC)、黃原膠、魔芋膠以及單甘酯的添加使淮山藥淀粉糊的黏度增加。國外學(xué)者也曾用RVA研究淮山藥淀粉糊化特性[9-11]。R A Freitas等[12]研究表明淮山藥淀粉形成凝膠所需要的活化能高于木薯淀粉,其凝膠強(qiáng)度也更大。Alves等[13]研究表明擠壓制備能減慢淮山藥淀粉凝膠的老化速率,在原料的水分含量為24%以及18%時(shí),淮山藥淀粉的凝膠強(qiáng)度更大。淀粉的應(yīng)用與其糊化性質(zhì)密切相關(guān),而淀粉糊化又受淀粉種類、濃度、pH以及其添加物等因素的影響。淀粉糊化后形成凝膠,凝膠的硬度、粘彈性對淀粉凝膠產(chǎn)品的成型以及口感有較大影響。

表1 淀粉濃度對淮山藥淀粉糊化特性的影響

注:不同小寫字母表示同一列數(shù)值之間存在顯著性差異(p<0.05),表2～表12同。

本實(shí)驗(yàn)選用廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院新選育的高淀粉含量的淮山藥品種提取淀粉,采用RVA和質(zhì)構(gòu)儀研究淀粉濃度、pH、蔗糖、卡拉膠、檸檬酸以及食鹽等因素對該品種淮山藥淀粉糊化特性以及凝膠特性的影響,為食品工業(yè)探索新的淀粉原料,對淮山藥加工、貯藏及應(yīng)用均具有重要意義,為淮山藥加工品的品質(zhì)控制、加工型品種選育和加工工藝提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

淮山藥 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所新選育品種,經(jīng)檢測干基淀粉含量為61%;卡拉膠 滕州市香凝生物工程有限責(zé)任公司;食鹽 湖南省湘澧鹽化有限責(zé)任公司;HCl 分析純,購于衡陽市凱信化工試劑有限公司;NaOH、蔗糖、檸檬酸 分析純,購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

BSA223型電子天平 賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司;DHG-9423A型熱風(fēng)干燥箱 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;LD5-2A型離心機(jī) 北京京立離心機(jī)有限公司;RVA TECMASTER快速粘度分析儀 瑞典 Perten公司;TA-XT.Plus型質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro Systems公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 淮山藥淀粉的提取 參照李昌文的方法[14]。

1.2.2 各因素對淀粉糊化特性和質(zhì)構(gòu)特性的影響 配制淮山藥淀粉懸濁液,其濃度梯度為4%、6%、8%、10%、12%,再以8%淀粉濃度為固定因素進(jìn)行后期實(shí)驗(yàn)[15]。用HCl及NaOH將溶液的pH分別調(diào)為2、4、6、8、10;分別配制濃度為5%、10%、15%、20%、25%的蔗糖溶液;分別配制濃度為0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%的卡拉膠溶液;分別配制濃度為0.05%、0.1%、0.15%、0.20%、0.25%的檸檬酸溶液;分別配制濃度為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的食鹽溶液[16-18];將配制好的各溶液代替蒸餾水加入淮山藥淀粉中配成濃度為8%的淀粉懸濁液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。考察不同淀粉濃度、pH、蔗糖、卡拉膠、檸檬酸以及食鹽對淮山藥淀粉糊化特性與質(zhì)構(gòu)特性的影響。實(shí)驗(yàn)中除pH這個(gè)因素外,其他各因素實(shí)驗(yàn)配制溶液使用的是符合要求的蒸餾水,pH在5～6之間。

1.2.3 淀粉糊化特征曲線的測定 根據(jù)原淀粉水分含量稱取相應(yīng)質(zhì)量的淀粉樣品放入專用鋁盒中,準(zhǔn)確加入25 mL蒸餾水后放入快速粘度分析儀內(nèi),960 r/min攪拌10 s后保持160 r/min至實(shí)驗(yàn)結(jié)束。以初始溫度50 ℃保持1.4 min后以10 ℃/min升溫至95 ℃,保持2.4 min,再以12.5 ℃/min將溫度降到50 ℃后保持2 min。

1.2.4 淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性的測定 將1.2.3測定完糊化曲線的樣品轉(zhuǎn)移至10 mL離心管,在4 ℃冰箱中放置48 h后倒出,切成2 cm長的小段,用P/0.5的探頭測定淮山藥淀粉的凝膠特性。參數(shù)設(shè)置為:測試前速率1.0 mm/s,測試速率1.0 mm/s,壓后返回速率1.0 mm/s,兩次壓縮時(shí)間間隔5.0 s,受壓變形20%,觸發(fā)力5.0 g。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析均采用DPS6.5統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行。所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 淀粉濃度對淮山藥淀粉糊化特性以及質(zhì)構(gòu)特性的影響

淀粉濃度對淮山藥淀粉糊化特性和凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響分別見表1和表2。

由表1可知,濃度對淮山藥淀粉的糊化特性影響顯著,隨著淮山藥淀粉濃度的增大,淀粉的峰值粘度、谷值粘度、衰減值、最終粘度以及回生值總體呈增大的趨勢,而消減值為負(fù)值,隨濃度增大而顯著降低。

表2 淀粉濃度對淮山藥淀粉糊凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

表3 pH對淮山藥淀粉糊化特性的影響

表4 pH對淮山藥淀粉糊凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

這說明隨著淀粉濃度的增大,淮山藥淀粉糊的熱穩(wěn)定性變差,凝膠性變強(qiáng),易回生,凝沉性增強(qiáng)。這主要是由于增大淀粉乳的濃度,增大了單位體積內(nèi)直鏈淀粉和支鏈淀粉的數(shù)量,淀粉分子之間相互接觸增加,使得淮山藥淀粉糊的粘度增強(qiáng),這與馬鈴薯淀粉、糜子淀粉[19]的變化規(guī)律基本一致。該品種淮山藥淀粉的熱穩(wěn)定性比馬鈴薯淀粉好[15],且不易回生。

由表2可知,淮山藥淀粉凝膠的硬度、粘性以及咀嚼性隨著淀粉乳濃度的增大而顯著增大,且其凝膠強(qiáng)度高于馬鈴薯淀粉。凝膠的彈性、凝聚力以及回復(fù)性在淀粉乳濃度在6%、8%、8%時(shí)比較好。淀粉的粘性反映分子間的內(nèi)聚力,長鏈淀粉分子含量越大,凝膠中分子間相互作用力越大,凝膠的粘性越大[20]。淀粉凝膠的彈性主要受淀粉分子所形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的影響,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)交聯(lián)點(diǎn)數(shù)量越大,淀粉凝膠的彈性越強(qiáng)[21]。而淀粉濃度過低時(shí),單位體積內(nèi)淀粉分子之間交聯(lián)聚合的機(jī)會少,淀粉濃度過高不利于淀粉分子鏈的遷移[22]。

2.2 pH對淮山藥淀粉糊化特性以及質(zhì)構(gòu)特性的影響

pH對淮山藥淀粉糊化特性和凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響分別見表3和表4。

由表3可知,pH對淮山藥淀粉的糊化性質(zhì)影響顯著,pH為2時(shí),淮山藥淀粉的糊化特性較其他pH下有較大差異,此時(shí)淀粉糊的谷值粘度、最終粘度、回生值和消減值最小,而峰值粘度、衰減值最大,說明在pH為2時(shí),淮山藥淀粉糊的熱穩(wěn)定性差,凝沉性強(qiáng),凝膠性差,不易回生。pH在4～10之間時(shí),淮山藥淀粉糊化性質(zhì)總體呈平緩趨勢,說明弱酸及堿性環(huán)境對淮山藥淀粉的糊化性質(zhì)影響較小。

由表4可知,pH為2時(shí),淮山藥淀粉凝膠的各項(xiàng)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)值最低,pH為4時(shí)具有最大硬度、彈性、粘性以及咀嚼性,但凝聚力以及回復(fù)性較差,pH為6～10時(shí),淮山藥淀粉凝膠的硬度、彈性以及凝聚力差異不顯著。說明弱酸及堿性條件下淮山藥淀粉凝膠的硬度、彈性以及凝聚力比較穩(wěn)定。

2.3 蔗糖濃度對淮山藥淀粉糊化特性以及質(zhì)構(gòu)特性的影響

蔗糖對淮山藥淀粉糊化特性和凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響分別見表5和表6。

表5 蔗糖對淮山藥淀粉糊化特性的影響

表6 蔗糖對淮山藥淀粉糊凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

表7 卡拉膠對淮山藥淀粉糊化特性的影響

表8 卡拉膠對淮山藥淀粉糊凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

由表5可知,與對照組相比,添加蔗糖后,淮山藥淀粉糊的谷值粘度、最終粘度、回生值均顯著減小,消減值的絕對值則顯著增大。說明添加蔗糖后,淮山藥淀粉糊的最終粘度降低,凝沉性增強(qiáng),不易回生。蔗糖濃度5%～25%之間,除谷值粘度外其他糊化特性指標(biāo)均隨蔗糖濃度增大而增大,這與江帆等人研究結(jié)果相符[23]。

由表6可知,與對照組相比,添加蔗糖后,淮山藥淀粉凝膠的硬度、粘性、咀嚼性顯著增大,凝聚力及回復(fù)性顯著降低,彈性則變化不顯著。在5%～25%的添加范圍內(nèi)蔗糖添加量對淮山藥淀粉的硬度、凝聚力、粘性以及咀嚼性有顯著影響。蔗糖濃度大于15%后對淀粉凝膠的回復(fù)性無明顯影響。

2.4 卡拉膠濃度對淮山藥淀粉糊化特性以及質(zhì)構(gòu)特性的影響

卡拉膠對淮山藥淀粉糊化特性和凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響分別見表7和表8。

由表7可知,與對照組相比,淮山藥淀粉糊的粘度呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,這與呂振磊[15]等人的研究結(jié)果相似,與蘇曉芳[24]等人的研究結(jié)果不一致,這可能是由于本實(shí)驗(yàn)是在淀粉中添加卡拉膠后再加水糊化,在加熱糊化過程中,卡拉膠不是作為連續(xù)相,而是形成膠體對淀粉顆粒進(jìn)行包裹,阻礙了淀粉的糊化,使得淀粉糊的粘度降低[25]。實(shí)驗(yàn)組淮山藥淀粉粘度逐漸增大,這是可能是由于卡拉膠的粘度隨濃度增大而造成的。添加卡拉膠后,淮山藥淀粉的衰減值、回生值和消減值顯著減少,說明添加卡拉膠后,淮山藥淀粉的熱穩(wěn)定性和凝沉性變強(qiáng),凝膠性變差,不易回生。這可能是由于膠體大分子會阻礙淮山藥淀粉分子間的相互作用。

由表8可知,添加卡拉膠后,淮山藥淀粉凝膠硬度、粘性以及咀嚼性與對照組存在部分差異,彈性、凝聚力以及回復(fù)性沒差異或存在極小差異。

表9 檸檬酸對淮山藥淀粉糊化特性的影響

表10 檸檬酸對淮山藥淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

表11 食鹽對淮山藥淀粉糊化特性的影響

表12 食鹽對淮山藥淀粉糊凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

2.5 檸檬酸濃度對淮山藥淀粉糊化特性以及質(zhì)構(gòu)特性的影響

檸檬酸對淮山藥淀粉糊化特性和凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響分別見表9和表10。

由表9可知,與對照組相比,各添加檸檬酸組的淮山藥淀粉的峰值粘度、谷值粘度、最終粘度、回生值和消減值(除檸檬酸濃度0.25%)均顯著增大。在0.05%～0.25%的濃度條件下,隨著檸檬酸濃度的增大,谷值粘度、最終粘度、回生值和消減值相應(yīng)降低,衰減值隨濃度增大而增大,峰值粘度變化不顯著。說明添加檸檬酸后,淮山藥淀粉糊的粘度增大,凝沉性增強(qiáng)和凝膠性增強(qiáng),易回生。淀粉糊的熱穩(wěn)定性存在增強(qiáng)的階段,但隨著檸檬酸添加濃度的進(jìn)一步增加,淮山藥淀粉糊的熱穩(wěn)定性變差。在0.05%～0.25%的濃度范圍內(nèi),隨著檸檬酸添加濃度的增大,淮山藥淀粉糊的凝沉性先變差后增強(qiáng)。與表3比較可知,添加檸檬酸組淮山藥淀粉的粘度高于表3中不同pH條件下的粘度,說明檸檬酸與HCl對淮山藥淀粉粘度的影響是不相同的。

由表10可知,添加檸檬酸后,淮山藥淀粉凝膠的硬度、粘性以及咀嚼性顯著變差,彈性、凝聚力以及回復(fù)性在個(gè)別組之間存在差異。在0.05%～0.25%的濃度條件下,淀粉凝膠性質(zhì)差異不明顯。

2.6 食鹽濃度對淮山藥淀粉糊化特性以及質(zhì)構(gòu)特性的影響

食鹽對淮山藥淀粉糊化特性和凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響分別見表11和表12。

由表11可知,食鹽對淮山藥淀粉糊化特性的影響較大。與對照組相比,添加食鹽后淮山藥淀粉糊的峰值粘度、衰減值減小,淮山藥淀粉糊的谷值粘度、最終粘度(除0.5%食鹽)、回生值(除0.5%食鹽)以及消減值增大。這與小利馬豆淀粉的變化趨勢基本一致[26]。這說明添加食鹽使淮山藥淀粉糊的熱穩(wěn)定性以及凝膠性變強(qiáng),凝沉性變差,易回生。食鹽添加濃度為0.5%時(shí),淀粉糊具有最小回生值。這與謝新華等[27]人的研究結(jié)果基本一致。這可能是因?yàn)槭雏}中的NaCl是強(qiáng)電解質(zhì),一方面NaCl解離出大量離子抑制了水分子的電離,另一方面NaCl電離出大量陽離子跟淮山藥淀粉的磷酸基團(tuán)結(jié)合同時(shí)從兩方面阻礙了淀粉的吸水糊化,使得淮山藥淀粉糊的峰值粘度降低,回生值增大[28]。

由表12可知,與對照組相比,添加食鹽可減小淮山藥淀粉凝膠的硬度、粘性、咀嚼性以及回復(fù)性,彈性略有增大,食鹽濃度為1%時(shí)有最大彈性值和最大凝聚力。

3 結(jié)論

增大淀粉乳濃度,強(qiáng)酸條件以及添加蔗糖會使淮山藥淀粉糊的熱穩(wěn)定性變差;添加卡拉膠及食鹽則增強(qiáng)其熱穩(wěn)定性。增大淀粉乳濃度,強(qiáng)酸以及添加蔗糖和卡拉膠可使淮山藥淀粉糊的凝沉性增強(qiáng);添加檸檬酸和食鹽則相反。增大淀粉乳濃度和添加檸檬酸以及食鹽會使淮山藥淀粉糊的凝膠性變強(qiáng),容易回生;而強(qiáng)酸條件以及添加蔗糖和卡拉膠則使凝膠性減弱,不易回生。增大淀粉乳濃度以及添加蔗糖可使淮山藥淀粉凝膠的硬度、粘性以及咀嚼性增強(qiáng),添加檸檬酸以及食鹽則會降低淮山藥淀粉凝膠的硬度、粘性以及咀嚼性?？ɡz、弱酸及堿性條件對淮山藥淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性影響不顯著。因此可根據(jù)這些因素的影響對該品種淮山淀粉在食品工業(yè)中廣泛的應(yīng)用,其較好的熱穩(wěn)定性及質(zhì)構(gòu)特性使其在穩(wěn)定劑、增稠劑以及粘合劑等方面的應(yīng)用具有獨(dú)特優(yōu)勢。

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The pasting and texture properties of Chinese yam starch

ZHAO Xiao-mei1,LI Qing-ming1,2,*,SU Xiao-jun1,2,SHU Qing-qing1,LIAO Lu-yan1,XIAO Xiao1,WEI Ben-hui3

(1.College of Food Science and Technology,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China;2.Hunan Provincial Key Laboratory of Crop Germplasm Innovation and Utilization,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China;3.Cash Crops Research Institute,Guangxi Academy of Agricultural Science,Nanning 530007,China)

The rapid visco analysis and texture analyzer were used to investigate the pasting and texture properties of the Chinese yam starch obtained from the newly cultivated high-starchy variety. The effects of starch concentration,pH,sucrose,carrageenan,citric acid,salt and sodium benzoate were statistically analyzed. As results,it showed that the increasing of starch or sucrose concentration results in the worse thermal stability,while adding salts enhanced it. Increase the concentration of starch,add citric acid and salt,but not carrageenan,countribute to a highly gelatinization properties. All factors makes a better retrogradation properties except the pH,meanwhile,there was no significant effect on Chinese yam starch texture characteristics in slightly acidic or alkaline condition. The additions of citric acid and salt could reduce the hardness,adhesion and chewiness of Chinese yam starch gel while increasing the concentration of starch or add sucrose concentration showed the opposite influences.

Chinese yam;starch;pasting property;texture characteristics

2016-08-12

趙小梅(1989-)，女，碩士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程，E-mail：mavis1015@163.com。

*通訊作者:李清明(1973-)，男，博士，副教授，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品深加工，E-mail：liqmemail@163.com。

湖南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016NK2113)。

TS231

A

1002-0306(2017)06-0110-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.06.012