蓮子熱風(fēng)干燥過(guò)程對(duì)其淀粉熱特性及凝膠化的影響

徐建國(guó)，張森旺，徐 剛，顧 震，李華棟

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蓮子熱風(fēng)干燥過(guò)程對(duì)其淀粉熱特性及凝膠化的影響

徐建國(guó)，張森旺，徐 剛，顧 震，李華棟※

（江西省科學(xué)院食品工程創(chuàng)新中心，南昌 330096）

為解決蓮子干燥過(guò)程中淀粉形態(tài)結(jié)構(gòu)變化造成蓮子結(jié)殼、硬化，不利于干燥以及復(fù)水難、易返生問(wèn)題，該文利用差示掃描量熱技術(shù)（differential scanning calorimetry, DSC）對(duì)新鮮蓮子以及不同熱風(fēng)干燥（70、80、90 ℃）蓮子的淀粉熱特性與凝膠化過(guò)程進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，蓮子淀粉在低水分環(huán)境（42.2%，以質(zhì)量比計(jì)）時(shí)存在2個(gè)明顯的吸熱峰，高水分環(huán)境（71.1%，以質(zhì)量比計(jì)）時(shí)存在1個(gè)明顯的吸熱峰；蓮子在干燥過(guò)程中不斷失水，并伴隨著淀粉凝膠化。方差分析（analysis of variance，ANOVA）表明，高溫干燥顯著影響蓮子淀粉的熱特性，其淀粉凝膠化溫度（峰起溫度T、峰頂溫度T以及峰止溫度T）部分顯著升高。相同干燥條件下，蓮子淀粉糊化焓Δ受水分顯著影響，但干燥溫度、升溫速率對(duì)其影響不顯著（＞0.01）。采用Kissinger、Crane方程獲得了淀粉凝膠化動(dòng)力學(xué)參數(shù)（活化能E、指前因子以及反應(yīng)級(jí)數(shù)）。蓮子淀粉的非等溫凝膠化反應(yīng)可近似為一級(jí)反應(yīng)，高溫干燥后其E值出現(xiàn)增加，并隨著水分增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。研究結(jié)果可為確定蓮子高品質(zhì)干燥工藝以及干蓮子、蓮子淀粉后續(xù)加工過(guò)程提供技術(shù)支持。

干燥；淀粉；凝膠化；蓮子；差示掃描量熱法；活化能；熱特性

0 引 言

蓮子是中國(guó)特有的優(yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)品，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富，深受大眾喜愛(ài)。新鮮蓮子是一種營(yíng)養(yǎng)成分豐富、內(nèi)部呈多孔結(jié)構(gòu)的天然產(chǎn)物。淀粉是蓮子主要成分，約占其干物質(zhì)質(zhì)量的50%，屬于高直鏈淀粉含量的特異性淀粉，顆粒晶形為C型結(jié)構(gòu)[1-2]。在濕、熱加工過(guò)程中，淀粉顆粒因水分、熱量的作用，常會(huì)發(fā)生凝膠化[3-5]。淀粉顆粒晶體形態(tài)、結(jié)構(gòu)的物理化學(xué)變化將直接影響到產(chǎn)品品質(zhì)和質(zhì)量，如結(jié)構(gòu)特性、感觀特性、營(yíng)養(yǎng)特性等[6-7]。

干燥是干蓮子生產(chǎn)、加工的重要手段，該過(guò)程中熱量、水分耦合傳遞[8]。蓮子干燥過(guò)程中，一方面，不適宜的溫度梯度和水分梯度會(huì)使蓮子淀粉顆粒發(fā)生溶脹、糊化，造成物料表面結(jié)殼、硬化，影響產(chǎn)品質(zhì)量[9]；另一方面，淀粉凝膠化會(huì)使蓮子內(nèi)部孔隙率改變，進(jìn)而影響水分傳遞特征，如水分分布狀態(tài)、有效傳遞系數(shù)、干燥速率等，最終影響到干燥效率和能耗；另外，在貯藏過(guò)程中，淀粉凝膠化后易發(fā)生老化[10]，導(dǎo)致陳年蓮子不易煮爛。因此，探索蓮子干燥過(guò)程中淀粉顆粒和水分的這種相互作用，了解淀粉凝膠化過(guò)程，可以更好地確定蓮子干燥方式和工藝，有利于生產(chǎn)出高品質(zhì)干蓮子。但涉及干燥這一濕熱加工過(guò)程對(duì)蓮子內(nèi)部淀粉凝膠化過(guò)程的影響研究鮮有報(bào)道。

目前，研究者通常采用熱分析技術(shù)-差示掃描量熱法（differential scanning calorimetry，DSC）研究淀粉/水體系的相變過(guò)程[11-13]，獲得體系的凝膠化溫度、糊化焓等相變信息，進(jìn)而探討淀粉凝膠化過(guò)程。本文主要采用DSC熱分析技術(shù)研究蓮子熱風(fēng)干燥過(guò)程中淀粉熱特征與凝膠化過(guò)程，探索蓮子淀粉凝膠化過(guò)程與干燥溫度、水分含量、升溫速率的關(guān)系，為解決淀粉形態(tài)結(jié)構(gòu)變化造成蓮子結(jié)殼、硬化，不利于干燥、復(fù)水難問(wèn)題，以及確定蓮子高品質(zhì)干燥工藝和干蓮子后續(xù)加工過(guò)程提供基礎(chǔ)及科學(xué)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

蓮子品種為江西廣昌白蓮。蓮蓬由江西省廣昌白蓮研究所試驗(yàn)基地提供。蓮蓬采摘期主要集中在7、8、9月。蓮蓬每周采摘，并保存于0～5 ℃冰箱中，作為一周的試驗(yàn)原料。試驗(yàn)前，人工從蓮蓬中剝除蓮殼，獲得蓮子，并選擇成熟度相對(duì)均一、顆粒飽滿的蓮子作為試驗(yàn)原料。新鮮蓮子初始濕基含水率為63.2%（以質(zhì)量比計(jì)，下同）。

1.2 關(guān)鍵設(shè)備

EXSTAR DSC7020高敏感度差示掃描熱量計(jì)以及附屬系統(tǒng)，SII（日本精工）公司；Shimadzu XRD－7000 X射線衍射儀及附屬系統(tǒng)，島津公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱（GZX系列），上海博迅實(shí)業(yè)有限公司；DS－1型高速組織搗碎機(jī)，上海標(biāo)本模型廠；KA22型風(fēng)速儀，沈陽(yáng)加野科學(xué)儀器有限公司。

1.3 蓮子薄層熱風(fēng)干燥試驗(yàn)

將蓮子放入干燥裝置中進(jìn)行薄層熱風(fēng)干燥，干燥溫度分別選擇常用熱風(fēng)干燥溫度70、80、90 ℃，干燥風(fēng)速0.1 m/s左右。在70、90 ℃干燥過(guò)程中，蓮子干燥至不同含水率時(shí)，取蓮子樣品，作為后續(xù)凝膠化試驗(yàn)的原料。

依據(jù)課題組前期對(duì)蓮子熱風(fēng)干燥動(dòng)力學(xué)研究[8]，干燥過(guò)程中蓮子取樣時(shí)，其濕基含水率分別選擇在63%、45%、30%、15%、7%左右。這些不同濕基含水率的蓮子代表其在干燥過(guò)程中經(jīng)歷過(guò)不同的受熱時(shí)間。70 ℃干燥過(guò)程中，蓮子處于上述濕基含水率時(shí)的干燥時(shí)間分別約為0、150、255、370、490 min；80 ℃干燥過(guò)程中，蓮子干燥至濕基含水率7%時(shí)的時(shí)間約為340 min；90 ℃干燥過(guò)程中，蓮子處于上述濕基含水率時(shí)的干燥時(shí)間分別約為0、90、150、220、275 min。

1.4 蓮子淀粉凝膠化試驗(yàn)[14-15]

本文采用傳統(tǒng)的水洗法制粗淀粉[14-16]。取上文1.3試驗(yàn)中不同干燥條件、不同濕基含水率的蓮子以及新鮮蓮子，分別置于組織搗碎機(jī)中，加入少量水，破碎、打漿。打漿液過(guò)120目標(biāo)準(zhǔn)篩后，收集過(guò)濾液并靜置、沉淀；棄去上清液，下層沉淀用水清洗，再靜置、沉淀，反復(fù)3次后，常溫20 ℃干燥24 h制蓮子粗淀粉。采用105 ℃烘干法測(cè)得上述不同條件下蓮子干淀粉的濕基含水率[17]。

取一定量蓮子干淀粉與水制成10 mg左右的淀粉濁液，放入鋁制坩堝中，并密封壓片。壓片常溫靜置2 h。將壓片放入DSC7020樣品池中，以空白鋁制坩堝作為參比，分別在升溫速率5、10、15 ℃/min條件下，進(jìn)行DSC試驗(yàn)。掃描溫度范圍為40～120 ℃。從DSC曲線上可以獲得峰起溫度T、峰頂溫度T、峰止溫度T以及糊化焓Δ等凝膠化過(guò)程特征參數(shù)。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。壓片中淀粉含水率（%）采用計(jì)算法獲得。

1.5 蓮子淀粉XRD 試驗(yàn)[32-33]

將1.4中不同干燥條件的蓮子干淀粉研細(xì)，放入X射線衍射儀的樣品池中，制樣。在衍射條件：管電壓40 kV、管電流40 mA，入射狹縫1°、防散射狹縫1°、接收狹縫0.15 mm下，進(jìn)行蓮子淀粉XRD試驗(yàn)。XRD掃描范圍為5°～35°，掃描速率為2°/min。試驗(yàn)重復(fù)3次。

1.6 非等溫凝膠化反應(yīng)級(jí)數(shù)與活化能確定[18-20]

依據(jù)Ozawa理論，在非等溫過(guò)程中，假設(shè)最大反應(yīng)速率出現(xiàn)在最高溫度，即峰頂溫度T處，對(duì)于A(s)→B(s)反應(yīng)，其反應(yīng)速率可以描述為

式中，表示轉(zhuǎn)化度，%；為反應(yīng)時(shí)間；表示指前因子，min-1；表示反應(yīng)級(jí)數(shù)；E為活化能，J/mol；為氣體常數(shù)，8.314 J/(mol·K)，為反應(yīng)溫度，K。

因此，式（1）可變?yōu)?/p>

式（2）成立時(shí)，應(yīng)滿足條件式（3）

當(dāng)一級(jí)反應(yīng)=1，反應(yīng)溫度=T時(shí)，式（1）、式（2）可以化為

對(duì)式（4）兩邊取對(duì)數(shù)，可得Kissinger方程，即

采用Crane方程（6）獲得蓮子淀粉非等溫凝膠化反應(yīng)級(jí)數(shù)。

因此，利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)式（5）、（7）可以獲得非等溫凝膠化動(dòng)力學(xué)參數(shù)E、指前因子以及反應(yīng)級(jí)數(shù)。

1.7 數(shù)據(jù)處理

DSC試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SII（日本精工）公司提供的Muse Standard Analysis（Version 7.8U）自帶軟件處理。XRD試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用島津公司提供的XRD-7000自帶軟件處理。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用SAS（9.3）進(jìn)行方差分析（analysis of variance，ANOVA）。不同指標(biāo)（T、T以及T等）均值采用Duncan多范圍檢驗(yàn)。當(dāng)≤0.01時(shí)，相同指標(biāo)的不同均值被視為顯著性差異。

其他數(shù)據(jù)采用Matlab R2012b（8.0.0.783）軟件編程處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 干燥溫度對(duì)蓮子淀粉凝膠化過(guò)程的影響

淀粉凝膠化通常被認(rèn)為是淀粉顆粒形態(tài)結(jié)構(gòu)從有序到無(wú)序的不可逆過(guò)程，以顆粒溶脹、吸熱、分子形態(tài)和結(jié)晶度降低、粘度增加等特征為反應(yīng)標(biāo)志[21]。凝膠化過(guò)程中，淀粉處于不同水含量的環(huán)境中，DSC曲線上會(huì)出現(xiàn)1個(gè)或多個(gè)吸熱峰[22]。這些吸熱峰代表不同微結(jié)構(gòu)的淀粉顆粒發(fā)生了有序向無(wú)序狀態(tài)的改變。新鮮蓮子淀粉處于實(shí)驗(yàn)條件高水分環(huán)境（71.1%）狀態(tài)下，不同升溫速率的DSC曲線上存在1個(gè)明顯的吸熱峰G（圖1 a），該峰頂溫度T處于60與80 ℃之間；隨著水分的降低，當(dāng)?shù)矸厶幱诘退郑?2.2%）狀態(tài)，其DSC曲線上存在G和M，2個(gè)吸熱峰，峰M的峰頂溫度T處于80與110 ℃之間（圖1b）。吸熱峰G與淀粉晶體顆粒的凝膠化過(guò)程有關(guān)，而吸熱峰M與凝膠化后淀粉的糊化過(guò)程有關(guān)[23]。

本文主要研究峰頂溫度T處于60～80 ℃之間的吸熱峰G。

a. 蓮子淀粉在高水分狀態(tài)（71.1%）時(shí)的DSC曲線a. DSC thermograms of starch extracted from fresh lotus seeds at high water content (71.1%)b. 蓮子淀粉在低水分狀態(tài)（42.2%）時(shí)的DSC曲線b. DSC thermograms of starch extracted from fresh lotus seeds at low water content (42.2%)

表1 不同干燥溫度下蓮子淀粉凝膠化溫度To（℃）、Tp（℃）、Te（℃）以及糊化焓ΔH（J/g 干物質(zhì)）變化規(guī)律

注：表中數(shù)值采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；T、T、T、Δ每組內(nèi)每行（或列）具有的相同數(shù)字（或字母）均值表示無(wú)顯著性差異（>0.01）。

Note: Means±SD (=3); in the group ofT,T,Tand Δ, values within each group followed by the same letter(in column) or numeral (in row) are not significantly different (>0.01).

表1列出了不同干燥溫度下的蓮子淀粉凝膠化峰起溫度T、峰頂溫度T以及峰止溫度T的變化規(guī)律。新鮮蓮子淀粉T范圍為63.7～67 ℃，70 ℃干燥蓮子的T范圍為69.4～72.5 ℃，80 ℃干燥蓮子的T范圍為69.9～72.8 ℃。ANOVA表明，相比常溫20 ℃干燥（本文均指新鮮蓮子淀粉），70、80 ℃干燥蓮子的淀粉凝膠化溫度T、T、T均顯著升高。有研究表明，峰起溫度T與淀粉顆粒的晶形完整度有關(guān)。晶形較差的淀粉顆粒，具有較低的T[24]。

C型晶體結(jié)構(gòu)的蓮子淀粉由不同比例的A型、B型同質(zhì)異晶體組成。A型結(jié)構(gòu)主要由短側(cè)鏈的直鏈淀粉構(gòu)成；B型結(jié)構(gòu)主要由長(zhǎng)支鏈的支鏈淀粉構(gòu)成[2]。在XRD波譜上，C型結(jié)構(gòu)淀粉在衍射角2為5.6°、15°位置出現(xiàn)衍射峰，在17°、23°位置出現(xiàn)強(qiáng)衍射峰[2,32]。圖2可以看出，相比20 ℃干燥，70、80、90 ℃干燥的蓮子其淀粉XRD圖譜上，15°、23°位置的衍射峰寬均變窄、峰形變尖銳，結(jié)晶度增加。這說(shuō)明，高溫干燥可以改變蓮子淀粉的晶形完整度，使其晶形趨于完整，結(jié)晶度增加，溶脹性變差。高結(jié)晶度的淀粉具有相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，較難發(fā)生凝膠化[25]，這是高溫干燥蓮子淀粉凝膠化溫度T、T升高的原因。

圖2 不同干燥溫度下蓮子淀粉XRD波譜

在升溫速率10、15 ℃/min條件下，干燥溫度對(duì)蓮子淀粉的糊化焓Δ的影響不顯著（＞0.01）（表1）。相比新鮮蓮子淀粉，高溫干燥后蓮子糊化焓Δ值存在降低現(xiàn)象。這可能與淀粉中存在未分離的蛋白質(zhì)等高分子物質(zhì)有關(guān)[2,26]。在升溫速率5 ℃/min、水分含量42%左右時(shí)，80 ℃干燥蓮子的糊化焓Δ顯著降低。這可能與低水分含量下，同淀粉顆粒相互作用的水太少，淀粉發(fā)生的不完全凝膠化有關(guān)[10]。

2.2 水分對(duì)蓮子淀粉凝膠化過(guò)程的影響

水分是影響淀粉發(fā)生凝膠化的重要因素[27-28]。表1表明，隨著淀粉水分含量的降低，不同干燥溫度的蓮子T值均顯著降低。在較高的升溫速率（15 ℃/min）下，水分含量從71%左右降低至42%左右時(shí)，新鮮蓮子淀粉T降低了2.4 ℃，70 ℃干燥的蓮子T降低了1.9 ℃，80 ℃干燥的蓮子T降低了1.2 ℃。這是因?yàn)榈退趾浚?2%）時(shí)，淀粉溶脹不徹底，未完全凝膠化，進(jìn)而使其T降低[10]。

當(dāng)水分從71%左右降低至56%左右時(shí)，不同干燥溫度的蓮子T、T值均顯著降低（≤0.01）。當(dāng)水分再降至42%左右時(shí)，升溫速率為5 ℃/min條件下，20 ℃干燥的蓮子T變化不顯著；70、80 ℃干燥蓮子的T顯著增加；升溫速率為15 ℃/min條件下，80 ℃干燥蓮子的T顯著降低；其他T數(shù)值變化不顯著；除70 ℃干燥蓮子在升溫速率15 ℃/min條件下T變化不顯著外，其他T反而出現(xiàn)顯著增加現(xiàn)象（≤0.01）（表1）。這可能與低水分區(qū)間蓮子淀粉凝膠過(guò)程存在二個(gè)互相影響的吸熱峰（G和M）有關(guān)。

2.3 升溫速率對(duì)蓮子淀粉凝膠化過(guò)程的影響

從表1中可以發(fā)現(xiàn)，隨著升溫速率的升高，不同干燥條件下的蓮子凝膠化溫度T、T、T均顯著增加。這一變化規(guī)律與大米等種類淀粉一致[29-30]。較高的升溫速率會(huì)造成淀粉液表面到中心出現(xiàn)溫度梯度，這可能影響到糊化特征峰向高溫方向移動(dòng)。

目前，之前的研究認(rèn)為升溫速率對(duì)糊化焓的影響依賴于其水分含量的變化[29-30]。本文試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，除80 ℃干燥蓮子其淀粉在低水分含量42.6%時(shí)，升溫速率對(duì)糊化焓有影響外，升溫速率對(duì)其它不同干燥條件下蓮子淀粉糊化焓影響不顯著（表1）。

2.4 非等溫凝膠化反應(yīng)級(jí)數(shù)與反應(yīng)活化能

表2列出了蓮子不同干燥條件下，采用Kissinger、Crane方程獲得的淀粉非等溫凝膠化活化能E、指前因子以及反應(yīng)級(jí)數(shù)。蓮子淀粉非等溫凝膠化反應(yīng)近似為一級(jí)反應(yīng)。活化能E反應(yīng)了淀粉凝膠化過(guò)程中所需的最小能量。E值越大，淀粉凝膠化過(guò)程越困難[28]。經(jīng)過(guò)高溫70、80 ℃干燥后的蓮子，其E值均高于相同含水率下新鮮蓮子。這說(shuō)明，高溫干燥后的蓮子需要更多的能量用于克服水分在其內(nèi)部傳遞阻力和氫鍵作用力，以溶脹淀粉顆粒、發(fā)生凝膠化[25,28]。

表2 不同干燥溫度下蓮子淀粉活化能Ea (kJ/mol)變化規(guī)律

注：括號(hào)中的數(shù)值為2；為指前因子，min-1；為反應(yīng)級(jí)數(shù)。

Note: Values in parentheses denote2;is the pre-exponential factor, min-1;is the reaction order.

同時(shí)，隨著水分的增加（42.2%～56.7%），新鮮蓮子淀粉的E值出現(xiàn)降低趨勢(shì)，由628.4 kJ/mol下降至459.3 kJ/mol；當(dāng)水分增加至71.1%時(shí)，E值近似保持不變（459.7 kJ/mol）；70 ℃干燥蓮子的淀粉E值則一直呈下降趨勢(shì)；80 ℃干燥蓮子的淀粉E值，除在含水率57.5%時(shí)出現(xiàn)低值（502.5 kJ/mol），總體呈下降趨勢(shì)。水分增加會(huì)使更多的自由水進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部，參與水－淀粉間的相互作用，促使其溶脹。這一過(guò)程可能會(huì)降低淀粉凝膠化的能級(jí)壁壘。

2.5 蓮子熱風(fēng)干燥過(guò)程中的凝膠化現(xiàn)象

圖3a是蓮子70 ℃熱風(fēng)干燥過(guò)程中，經(jīng)過(guò)不同受熱時(shí)間后，不同干燥程度的蓮子，其淀粉在含水率71%左右時(shí)的DSC曲線（10 ℃/min）。隨著干燥的進(jìn)行，蓮子淀粉凝膠化峰頂溫度T逐漸向高溫方向移動(dòng)。特別是干燥開始階段濕基含水率（62%～45%），峰頂溫度由72.1 ℃快速移動(dòng)至75 ℃，在此后干燥過(guò)程中，峰頂溫度移動(dòng)相對(duì)緩慢至75.7 ℃。相似規(guī)律同樣發(fā)生在蓮子90 ℃熱風(fēng)干燥過(guò)程中（圖3b）。這意味著干燥過(guò)程中蓮子在不斷失水的同時(shí)，其淀粉顆粒結(jié)晶度不斷增加[25]；干燥前期高水分階段，這一改變尤其明顯。這也說(shuō)明蓮子淀粉在高水分狀態(tài)、較低凝膠化溫度下就會(huì)出現(xiàn)溶脹現(xiàn)象，發(fā)生凝膠化反應(yīng)[24]。

a. 蓮子70 ℃熱風(fēng)干燥過(guò)程中淀粉凝膠化過(guò)程

a. Starch gelatinization of lotus seeds during hot air drying at 70 ℃

b. 蓮子90 ℃熱風(fēng)干燥過(guò)程中淀粉凝膠化過(guò)程

新鮮蓮子中水分主要以半結(jié)合水狀態(tài)分布在淀粉顆粒周圍[8]。高溫?zé)犸L(fēng)干燥一經(jīng)發(fā)生，蓮子從表面到內(nèi)部迅速建立起溫度梯度、水分梯度，處于非等溫狀態(tài)，晶形較差的淀粉首先發(fā)生淀粉凝膠化。隨著干燥的進(jìn)行，發(fā)生凝膠化、半凝膠化的淀粉在失去水的同時(shí)，使得細(xì)胞結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，不斷改變著蓮子內(nèi)部的孔隙率和半結(jié)合水的流動(dòng)性、分布狀態(tài)，導(dǎo)致其傳熱、傳質(zhì)過(guò)程發(fā)生變化，影響干燥過(guò)程[8,31]。同時(shí)，這部分淀粉會(huì)極易發(fā)生老化現(xiàn)象[32]，影響產(chǎn)品質(zhì)量。另外，本試驗(yàn)濕法制淀粉過(guò)程中，較新鮮蓮子，熱風(fēng)90 ℃干燥蓮子因淀粉凝膠化現(xiàn)象導(dǎo)致了淀粉產(chǎn)量顯著下降。這為蓮子高品質(zhì)干燥工藝提供了技術(shù)支持。

3 結(jié) 論

1）蓮子淀粉的凝膠化是吸熱過(guò)程。非等溫凝膠化反應(yīng)級(jí)數(shù)近似為一級(jí)，該過(guò)程受水分、升溫速率、干燥溫度的影響。在低水分環(huán)境（42.2%）時(shí)，其凝膠化過(guò)程存在2個(gè)明顯的吸熱峰，高水分環(huán)境（71.1%）時(shí)存在1個(gè)明顯的吸熱峰。

2）高溫?zé)犸L(fēng)干燥顯著影響蓮子淀粉的熱特性。高溫干燥后蓮子淀粉凝膠化溫度（T、T、T）顯著升高，活化能E值增加，凝膠化過(guò)程變得困難。糊化焓Δ受水分顯著影響，但干燥溫度、升溫速率對(duì)其影響不顯著；E隨著水分增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。

3）蓮子在高溫?zé)犸L(fēng)干燥過(guò)程中不斷失水，并伴隨著淀粉凝膠化過(guò)程。干燥前期的高水分階段，其結(jié)晶度改變、凝膠化尤其明顯。本文研究為確定蓮子高品質(zhì)干燥工藝以及干蓮子后續(xù)加工過(guò)程提供了技術(shù)支持。

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Starch thermal property and gelatinization of lotus seeds during hot air drying

Xu Jianguo, Zhang Senwang, Xu Gang, Gu Zhen , Li Huadong※

(,330096,)

Lotus (Nelumbo nucifera), an aquatic crop, is a type of important economic plant in Asia and Africa. Lotus seeds are popular food ingredients to East Asian cuisine and are used extensively in traditional Chinese medicine and Chinese desserts. There is rich source of C type starch in lotus seeds. Starch gelatinization often occurs when starch granules are heated in an aqueous medium, which is a phase transition from an ordered state to a disordered state. Starch gelatinization affects texture, nutritional value and porosity, which changes moisture diffusivity of porous materials significantly. On the other hand, gelatinized starch tends to an ordered crystalline structure during storage, which is termed as retrogradation that affects acceptability and shelf life of starchy food. Drying is one of the major processes for dried lotus seeds, which could suppress activities of microorganisms, enzymes or ferments and maintain its nutrition content. Hot air drying is a complex process of heat and mass transfer simultaneously. A better understanding of starch thermal property and gelatinization of lotus seeds during hot air drying will help to improve product quality and efficiency of drying process. The gelatinization properties of starch extracted from lotus seeds dried at different temperatures (70, 80 and 90 ℃) were determined at various water contents that varied from 42.2% to 71.1% (mass ratio) and heating rates (5, 10 and 15 ℃/min) by differential scanning calorimetry (DSC) in this study. DSC thermograms were determined from 40 to 120 ℃. DSC analysis revealed that a single endotherm peak denoted as G was observed in lower temperature region (60-80 ℃) when starch was heated in high water content of 71.1%, and 2 combined endothermic peaks (G and M) were exhibited at 42.2% water content. All gelatinization transition temperatures, such as onset temperature, peak temperature and end temperature, increased with drying temperature and heating rate significantly. The gelatinization enthalpy of lotus seed starch increased with water content significantly and the effect of drying temperature and heating rate on gelatinization enthalpy was not significant (>0.01). The kinetic parameters (reaction order, frequency factor and activation energy) were determined using Kissinger equation and Crane equation at different water content. First-order reaction kinetics described non-isothermal gelatinization process of lotus seed starch well. Activation energy values decreased with water content from 42.2% to 71.1%, and activation energy values of lotus seed starch dried at 70 and 80 ℃ were higher than those of starch extracted from fresh lotus seed dried at 20 ℃. Lotus seed starch gelatinization occurs throughout the hot air drying process, especially at higher drying temperature and at higher water content varying from 63% to 45%. This study will be helpful in optimization of lotus seeds drying process and in application of lotus starch in food industry.

drying; starch; gelatinization; lotus seeds; differential scanning calorimetry; activity energy; thermal property

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.17.039

TS255

A

1002-6819(2017)-17-0298-06

2017-04-20

2017-08-25

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（31471629）

徐建國(guó)，山東青州人，副研究員，主要從事干燥技術(shù)與設(shè)備研究。南昌 江西省科學(xué)院食品工程創(chuàng)新中心，330096。Email：xujian_guo@126.com

李華棟，教授，博士，主要從事食品工程研究。南昌 江西省科學(xué)院食品工程創(chuàng)新中心，330096。Email：chem_food@hotmail.com