新型加熱處理對(duì)小麥淀粉性質(zhì)的影響研究

姜倩倩，高娜，田耀旗，金征宇

（1.煙臺(tái)大學(xué) 文經(jīng)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264000；2.江南大學(xué) 食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫 214122）

小麥在世界糧食作物中具有舉足輕重的作用，小麥?zhǔn)称芬彩侨藗冿嬍持械闹匾糠?。淀粉是小麥籽粒的主要貯藏物質(zhì)，占籽粒干重的65%～70%。因此對(duì)于小麥淀粉的糊化及回生性質(zhì)的研究就具有重要的意義。早在20世紀(jì)初，人們就發(fā)現(xiàn)面包的老化現(xiàn)象，當(dāng)時(shí)人們不得不夜里趕工以避免由于存儲(chǔ)造成的產(chǎn)品損耗[1-4]。目前也有一些關(guān)于小麥淀粉研究如向小麥粉中添加面筋蛋白、大豆蛋白可明顯改善面包制品的品質(zhì)[5-10]。有研究表明小麥淀粉在水分為27%～50%時(shí)，重結(jié)晶隨水分增加而增加；在水分為50%～90%時(shí)，重結(jié)晶隨水分增加而減少[11]。但是隨著經(jīng)濟(jì)和綠色加工技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)食品質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，同時(shí)以小麥淀粉為原料的各種方便食品、功能食品及營(yíng)養(yǎng)食品的需求擴(kuò)大，小麥淀粉及其制品在工業(yè)領(lǐng)域也有了新的發(fā)展[12-20]。但是目前尚未見新型綠色的加熱方式對(duì)小麥淀粉的性質(zhì)影響的系統(tǒng)研究和對(duì)比研究，所以本試驗(yàn)以小麥淀粉為研究對(duì)象，探討高壓加熱、超聲-微波協(xié)同加熱、微波加熱、普通加熱對(duì)小麥淀粉糊化及回生特性的影響，旨在為新型的綠色加工方式的應(yīng)用及小麥制品的加工及質(zhì)量控制方面提供科學(xué)有效的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥淀粉（含水量11.2%）：江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自制；淀粉葡萄糖苷酶（EC 3.2.1.3；10 萬(wàn)u/mL）：無(wú)錫賽得生物化工有限公司；3，5-二甲基水楊酸：上海源葉生物科技有限公司；所用化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Pyris-1 型差示掃描量熱儀（differential scanning calorimetry，DSC）：美國(guó) Perkin-Elmer 公司；UHP900X2-Z 高壓設(shè)備：包頭科發(fā)高壓科技有限公司；RVA 快速粘度儀：波通瑞華科學(xué)儀器有限公司；CW-2000 超聲-微波協(xié)同萃取儀：上海新拓微波溶樣測(cè)試有限公司；Quanta-200 型電子掃描顯微鏡：荷蘭FEI 公司。

1.3 方法

1.3.1 小麥淀粉的糊化

將小麥淀粉與水按質(zhì)量比1∶5 加入蒸餾水，分別采用4種加熱方式使其糊化。其中普通熱糊化，沸水??；微波加熱糊化，微波頻率2 450 MHz，微波功率為500 W；超聲-微波加熱糊化，微波功率為500 W，超聲波頻率40 kHz，超聲波功率為50 W；超高壓加熱糊化，壓力設(shè)定600 MPa。

1.3.2 DSC 測(cè)定

掃描溫度從20℃到90℃，然后從90℃冷卻到20℃，溫度掃描速率為10℃/min。分別記錄下初始溫度（To），峰值溫度（Tp），終止溫度（Tc）和晶體融化焓變（ΔH）。重復(fù)測(cè)定取平均值。

1.3.3 黏度測(cè)定

開啟儀器預(yù)熱20 min 后，運(yùn)行控制軟件設(shè)定控制程序。將粉碎后樣品移入樣品筒水面，插入攪拌器，進(jìn)行測(cè)量循環(huán)。

1.3.4 淀粉消化性測(cè)定

采用 3，5-二硝基水楊酸（3，5-dinitrosalicylic acid，DNS）法。平行測(cè)定3 次。

1.3.5 回生程度測(cè)定

將上述4種加熱方法糊化的小麥淀粉樣品密封在帶蓋的試劑瓶中，分別在 4℃儲(chǔ)藏 1、3、5、7、14 d，然后低溫干燥，粉碎過(guò)100 目篩網(wǎng)，采用上述1.3.2 DSC 測(cè)定方法，測(cè)定回生度。

1.3.6 微觀形態(tài)的觀察

將小麥淀粉凝膠通過(guò)掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）進(jìn)行微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)觀察。將適量待測(cè)樣品灑在導(dǎo)電雙面膠上，然后粘附在銅臺(tái)上，真空噴金后，采用5.0 kV 的加速電壓，置于Quanta-200 型電子掃描顯微鏡下觀察并拍攝其在200 μm下具有代表性的樣品圖像。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)小麥淀粉糊化終點(diǎn)的影響

小麥淀粉完全糊化DSC 圖譜見圖1。

圖1 小麥淀粉完全糊化DSC 圖譜Fig.1 The DSC spectrogram of gelatinized wheat starch

由圖1 DSC 圖譜結(jié)果可明顯看出，與普通加熱完全糊化小麥淀粉相比，微波加熱、超聲-微波協(xié)同加熱、高壓加熱這3種加熱糊化的小麥淀粉已無(wú)吸熱結(jié)晶峰出現(xiàn)。小麥淀粉顆粒表面由結(jié)晶層和非結(jié)晶層組成，其中結(jié)晶層更堅(jiān)固，通常淀粉凝膠的測(cè)定焓變值（ΔH）小于0.001 J/g 時(shí)，表明淀粉晶體結(jié)構(gòu)完全破壞，3種新型加熱處理的小麥淀粉凝膠也已達(dá)到完全糊化的狀態(tài)。同時(shí)結(jié)合試驗(yàn)操作條件，對(duì)于小麥淀粉糊化，3種新型的綠色加熱方式是高效快速的有效加熱方法。普通加熱中，能量是由外向內(nèi)傳遞，而微波加熱的特點(diǎn)是使物料內(nèi)外同時(shí)加熱，升溫速率快，高壓加熱會(huì)破壞分子非共價(jià)鍵，使得淀粉鏈發(fā)生韌化。并且對(duì)于后續(xù)的小麥淀粉的性質(zhì)研究來(lái)說(shuō)，此試驗(yàn)結(jié)果是有效的研究起點(diǎn)的依據(jù)。

2.2 小麥淀粉黏度性質(zhì)

小麥淀粉的黏度性質(zhì)對(duì)于面制品的加工具有重要的參考價(jià)值，不同加熱處理的小麥淀粉的黏度性質(zhì)如圖2所示。

圖2 不同加熱處理的小麥淀粉黏度曲線Fig.2 The viscosity of wheat starch prepared by differen theat treatments

試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與普通加熱糊化的小麥淀粉樣品相比，超聲-微波加熱和高壓加熱糊化的淀粉黏度明顯較小。另外試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)超聲微波協(xié)同加熱和微波加熱樣品黏度相差較少。淀粉糊化過(guò)程中顆粒的吸水膨脹和溶解是造成淀粉黏度變化的主要因素之一，新型的超聲、微波加熱方法熱效率高，但是快速的微波輻射和超聲作用可能導(dǎo)致糊化過(guò)程中小麥淀粉顆粒的膨脹程度不充分，顆粒的破裂程度和溶出的淀粉鏈不均勻，所以加熱樣品的黏度較小。高壓加熱糊化有別于普通加熱處理，高壓加熱的淀粉樣品直鏈淀粉溶出量較少，顆粒完整度更高，這可能是造成其樣品黏度最低的原因。

2.3 小麥淀粉酶解消化性質(zhì)

不同加熱方式糊化的小麥淀粉的體外酶解消化性質(zhì)如圖3所示。

從圖3中可以明顯看出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，小麥淀粉的酶解程度逐漸上升。但是不同加熱方式的樣品酶解終點(diǎn)釋放的葡萄糖含量明顯不同，葡萄糖含量由高到低順序依次是普通加熱樣品〉超聲-微波協(xié)同加熱樣品〉微波加熱樣品〉高壓加熱樣品。這與上述試驗(yàn)結(jié)果一致，說(shuō)明微波糊化的淀粉和高壓糊化淀粉仍較多保持部分顆粒的完整性，使得淀粉內(nèi)部端基不能完全暴露出來(lái)，減少了與淀粉酶的可接觸面積，酶解位點(diǎn)減少，所以酶很難和較多底物結(jié)合。此外后3種加熱處理的樣品顆粒內(nèi)部直鏈淀粉高，結(jié)構(gòu)較緊密，所以酶解的葡萄糖含量較少。而在微波加熱的基礎(chǔ)上同時(shí)輔助超聲波處理，會(huì)一定程度上增加對(duì)顆粒的破壞性，釋放的葡萄糖量會(huì)稍增加。

圖3 不同加熱方式的小麥淀粉消化過(guò)程Fig.3 In vitro starch hydrolysis process of wheat starch by differen treatments

2.4 小麥淀粉的回生性質(zhì)

儲(chǔ)存在4℃的小麥淀粉的熱力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 儲(chǔ)存在4℃的小麥淀粉的熱力學(xué)參數(shù)Table 1 Thermal properties of wheat starch stored at 4℃

在天然淀粉顆粒中直鏈淀粉是分散在支鏈淀粉中，因而直鏈淀粉在分子運(yùn)動(dòng)中相遇的幾率很小，但是在糊化后的小麥淀粉儲(chǔ)藏在易回生的4℃條件下，支鏈淀粉及直鏈淀粉之間更易形成結(jié)晶，并且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，結(jié)晶回生程度越大。試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同的儲(chǔ)藏時(shí)間下，不同加熱方式糊化的小麥淀粉回生程度有較大差異，按照回生度由大到小的具體順序?yàn)槠胀訜帷党?微波協(xié)同加熱〉微波加熱〉高壓加熱。微波糊化和高壓糊化中直鏈淀粉溶出很少甚至沒有溶出，這也可能是新型加熱方式糊化的小麥淀粉回生速度慢于普通熱糊化樣品的原因。但是新型的物理加熱方式對(duì)小麥淀粉凝膠的結(jié)晶融化溫度和溫度范圍沒有產(chǎn)生明顯的影響。

2.5 小麥淀粉的回生電鏡圖

儲(chǔ)存14 d 小麥淀粉凝膠的電子掃描圖像見圖4。

圖4 儲(chǔ)存14 d 小麥淀粉凝膠的電子掃描圖像Fig.4 SEM images of stored 14 d wheat starch gels

由圖4可以明顯看出，普通加熱處理后回生的小麥淀粉微觀結(jié)構(gòu)極不平整，這主要由于4℃條件下儲(chǔ)存，直鏈淀粉和支鏈淀粉的重新有序化堆積和重結(jié)晶核形成有關(guān)。而在微波加熱和高壓加熱制備的小麥淀粉凝膠中，顆粒運(yùn)動(dòng)的束縛以及空間的局限性使得凝膠的破壞程度較低，結(jié)構(gòu)更致密些。且在輔助超聲波處理下，由于其較強(qiáng)的機(jī)械化作用，所以凝膠內(nèi)部產(chǎn)生了較多的碎片；高壓加熱糊化淀粉鏈的變化主要集中在顆粒內(nèi)部，所以凝膠微觀結(jié)構(gòu)較平整致密。掃描電鏡的觀察結(jié)果進(jìn)一步證明了上述不同加熱方式造成小麥淀粉糊化性質(zhì)和回生性質(zhì)差異性的試驗(yàn)結(jié)果。

3 結(jié)論

1）與普通加熱糊化的小麥淀粉相比，高壓加熱、超聲-微波加熱和微波加熱糊化具有熱效率高的優(yōu)勢(shì)，并且可改善小麥淀粉的糊化特性及延緩回生程度和速度，與4℃儲(chǔ)存14 d 的普通加熱的小麥淀粉相比，高壓糊化和微波糊化的樣品ΔH只有（1.8±0.1）J/g 和（2.0±0.2）J/g。

2）本研究中3種新型綠色物理加熱方式在小麥制品加工生產(chǎn)中具有良好的應(yīng)用前景，尤其是對(duì)減少小麥制品的老化程度和降低面制品的餐后血糖生成指數(shù)，具有重要意義。

3）小麥制品除了主要成分淀粉外，其他成分如蛋白質(zhì)、脂類、添加劑的作用影響機(jī)理，以及在新型加熱方式下的影響結(jié)果還有待進(jìn)一步深入研究。