超聲對玉米淀粉糊化特性的影響

李歡歡　劉傳菊

摘要 ? ?為研究超聲處理對玉米淀粉糊化特性的影響，采用淀粉黏度儀對不同超聲時間玉米淀粉的起糊溫度、峰值黏度、回生度、冷糊穩(wěn)定性等糊化相關參數進行分析。結果表明，超聲處理時間與起糊溫度（0.05雙側）、總回生度（0.01雙側）顯著正相關，與峰值黏度（0.01雙側）、淀粉降落值（0.01雙側）顯著負相關，說明超聲對玉米淀粉的糊化性能有一定影響。

關鍵詞 ? ?玉米淀粉;超聲;糊化特性

中圖分類號 ? ?TS231 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2019）19-0228-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Effect ?of ?Ultrasonication ?on ?Gelatinization ?Properties ?of ?Corn ?Starch

LI Huan-huan ? ?LIU Chuan-ju *

（Hubei University of Arts and Science，Xiangyang Hubei 441053）

Abstract ? ?In order to study the effect of ultrasonic treatment on gelatinization properties of corn starch，the starch viscometer was used to analyze the pasting temperature，peak viscosity，recovery degree and cold paste stability of corn starch at different ultrasonic times.The results showed that the ultrasonic treatment time was significantly positively correlated with the pasting temperature（0.05 on both sides）and the total recovery degree（0.01 on both sides），and negatively correlated with the peak viscosity（0.01 on both sides）and the fall value of starch（0.01 on both sides），indicating that the ultrasonic treatment time has a certain effect on the gelatinization properties of corn starch.

Key words ? ?corn starch;ultrasonication;gelatinization property

淀粉是人類和大多數動物的主要能量來源，其作為可再生資源，具有可降解、廉價易得和易轉變成淀粉衍生物等特點，長期以來世界各國都非常重視淀粉資源的開發(fā)利用研究，尤其是通過各種方法對淀粉改性一直是各類學者研究的重點。

淀粉的物理改性是指通過熱、機械力、物理場等物理手段對淀粉進行改性。淀粉的物理改性主要有熱液處理、微波處理、電離放射線處理、超聲波處理、球磨處理、擠壓處理等。采用物理方法改性淀粉，僅是涉及水、熱等天然的資源，不會對環(huán)境造成污染，且產品的安全性比化學改性的高，可以作為清潔生產和綠色食品加工的重要資源，應用前景十分廣闊。近年來，物性處理手段如擠壓、超高壓、超聲波、濕熱處理、微波輻射等技術廣泛應用于淀粉的改性中[1-2]。其中，超聲波技術因具有作用時間短、降解非隨機性等優(yōu)點而具有良好的工業(yè)應用前景[3-4]。大量研究表明，超聲波能改變淀粉的表面形貌、分子量、糊黏度及結晶度等性質和結構參數[5-6]。超聲對淀粉的作用機理主要有：一是超聲波的機械效應，即超聲能引起淀粉分子的震動、旋轉和摩擦，使淀粉降解[7];二是超聲波的空化效應，超聲場中產生的空穴效應會產生瞬時高壓，特別是氣泡破裂的瞬間空穴附近的液體和淀粉顆粒都會受到上千個大氣壓的高壓沖擊，影響淀粉的結晶區(qū)，使支鏈淀粉降解[8];三是超聲產生的自由基氧化反應能切斷分子鏈，促使淀粉降解[7];四是超聲能夠非隨機性地降解支鏈淀粉分子中的α-1，4糖苷鍵和α-1，6糖苷鍵且主要是α-1，6糖苷鍵[9];五是超聲能破壞支鏈淀粉雙螺旋結構中的氫鍵[10-16]。本試驗利用淀粉黏度測定儀研究超聲處理對淀粉糊化特性的影響，以期為淀粉類食品的生產提供一定參考。

1 ? ?材料與方法

1.1 ? ?材料與試劑

供試玉米淀粉為市售;其余測試所用藥品及試劑均為分析純。

1.2 ? ?儀器

AR2130型電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司;DFY-1 淀粉糊化儀，上海萬瑞儀器有限公司;凱氏定氮儀，上海昕瑞儀器儀表有限公司;索氏提取裝置，玻璃組裝;KSL-1500X-S馬弗爐，合肥晶科。

1.3 ? ?試驗方法

1.3.1 ? ?淀粉主要組分含量測定。直鏈淀粉含量依據文獻中的報道進行測定，淀粉中水分、灰分、蛋白質和脂肪質量分數測定依次按照國標GB/T 5009.3—2003、GB/T 5009.4—2003、GB/T 5009.5—2003和GB/T 5009.6—2003。平行測定3次，取其平均值。

1.3.2 ? ?樣品制備。淀粉黏度測定儀樣品制備：精確稱取1.6 g干淀粉（烘干至恒重）于具塞試管中，繼續(xù)加入18 g純水，于漩渦振蕩器上振蕩5 min混合均勻。然后于冰水浴中采用超聲清洗儀進行超聲處理（1、2、4、8、10、15、20、30 min），處理后將淀粉懸浮液迅速轉入測量筒，用淀粉黏度計記錄糊化曲線[17]。

1.3.3 ? ?糊化特性分析。用淀粉黏度測定儀對樣品的糊化特性進行分析，使用配套軟件記錄和分析數據。將1.3.2中制備好的樣品轉入測量筒，設置好測試程序，記錄黏度曲線，程序設定如表1所示。

測試結束后淀粉糊化曲線如圖1所示，圖中A點為起糊溫度、B點為峰值黏度、C點為95 ℃開始保溫時黏度、D點為95 ℃保溫結束時黏度、E點為50 ℃開始保溫時黏度、F點為50 ℃保溫結束時黏度、B-D為淀粉降落值（崩解值）、E-D為淀粉回生值、E-F為淀粉冷糊穩(wěn)定性、E-B為淀粉總回生值[15]。

2 ? ?結果與分析

2.1 ? ?淀粉主要化學成分

經檢測，試驗所用玉米淀粉主要成分（以干基計）：水分11.20%±0.26%、蛋白質0.51%±0.07%、脂肪0.23%±0.05%、灰分0.14%±0.03%、直鏈淀粉26.3%±1.2%。

2.2 ? ?不同超聲處理時間下淀粉的糊化特性

表2為不同處理時間下淀粉的糊化特性，為進一步考察超聲時間對起糊溫度、峰值黏度、回生值、冷糊穩(wěn)定性等關鍵糊化參數的影響，利用SPSS軟件對各變量進行相關性分析，分析結果見表3。

從表3可以看出，超聲時間與A（0.05雙側）、E-B（0.01雙側）顯著正相關，與B（0.01雙側）、B-D（0.01雙側）顯著負相關。說明超聲對淀粉的糊化性能有一定的影響，但是本試驗方案設計與已有研究有所不同，在使用超聲處理淀粉時，是在冰水浴中進行處理，此時淀粉未糊化，分子鏈段未展開。因此，超聲作用于糖苷鍵的位點相對較少，與已糊化淀粉的超聲處理相比，斷鍵作用較小。

2.3 ? ?超聲時間對淀粉起糊溫度的影響

從圖2可以看出，隨著超聲時間的增加，起糊溫度呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，在0～2 min，起糊溫度隨著超聲時間的增加而降低，這是因為超聲初期，淀粉顆粒較為致密，超聲首先破壞淀粉顆粒的物理結構，使其較為松散，水分容易進入淀粉顆粒內部，從而降低了淀粉的起糊溫度;當超聲時間>2 min時，隨著時間的增加，起糊溫度呈上升趨勢，這是因為當淀粉顆粒破裂、分散于水中時，隨著超聲時間的增加，超聲主要起到機械斷鍵作用，能斷開淀粉分子支鏈處的α-1，6糖苷鍵，從而生產大量的短直鏈淀粉，造成淀粉起糊溫度升高。

2.4 ? ?超聲時間對淀粉峰值黏度的影響

從圖3可以看出，隨著超聲時間的增加，淀粉峰值黏度一直下降。本文采用淀粉黏度儀測試淀粉糊化過程中的各主要特征參數，測試原理是基于轉子在轉動時遇到的阻力大小反映出黏度的高低。超聲初期淀粉顆粒破裂形成碎片，隨后進一步吸水溶脹導致黏度增加，但是其峰值黏度與吸水過程關聯(lián)度不大，主要與淀粉分子鏈狀態(tài)相關，當超聲時間增加時，其斷鍵作用增強，淀粉的α-1，6糖苷鍵被斷開后，生成大量短直鏈淀粉，直鏈分子以螺旋結構排列形成微晶，在黏度計轉子的帶動下分散于淀粉糊液中，此時由于淀粉分子斷鍵、分子量下降，分子相互作用減弱，從而導致黏度降低。

2.5 ? ?超聲時間對淀粉回生值的影響

從圖4可以看出，隨著超聲時間的增加，淀粉的回生值呈上升趨勢?；厣^程是淀粉經糊化后，舒展的分子鏈重新定向排列，形成微晶結構的過程。淀粉的回生極大地影響淀粉類食品的表觀性質。超聲時間的增加使淀粉顆粒結構疏松，分子鏈中糖苷鍵被斷開，形成大量短直鏈淀粉，這些短直鏈淀粉由于分子量較小容易定向排列，形成微晶結構，從而導致回生值的增加。

2.6 ? ?超聲時間對淀粉崩解值的影響

圖5為超聲時間對淀粉崩解值的影響。淀粉崩解值為峰值黏度和95 ℃保溫期間低谷黏度的差值。因為本試驗采用的是椎板式轉子，在測量過程中存在一定的物理剪切作用，淀粉糊化達到峰值黏度時，其分子鏈并未完全伸展。隨著超聲時間增加，淀粉結構疏松，在椎板轉子的輔助下，淀粉顆粒更容易崩解形成糊液，因而其崩解前后黏度變化相應縮小，即崩解值變小。

3 ? ?結論與討論

試驗結果表明，當淀粉顆粒破裂、分散于水中時，隨著超聲時間的增加，超聲主要起到機械斷鍵作用，能斷開淀粉分子支鏈處的α-1，6糖苷鍵，從而生產大量的短直鏈淀粉，造成淀粉起糊溫度升高。此時，由于淀粉分子斷鍵、分子量下降，分子相互作用減弱，從而導致粘度降低。超聲時間的增加使淀粉顆粒結構疏松，分子鏈中糖苷鍵被斷開，形成大量短直鏈淀粉，這些短直鏈淀粉由于分子量較小容易定向排列，形成微晶結構，從而導致回生度的增加。隨著超聲時間增加，淀粉結構疏松，在椎板轉子的輔助下，淀粉顆粒更容易崩解形成糊液，因而其崩解前后黏度變化相應縮小，即崩解值變小。

4 ? ?參考文獻

[1] 吳躍，陳正行，林親錄，等.物性處理對秈米粉及其淀粉回生的影響[J].中國糧油學報，2011，26（8）：1-4.

[2]吳躍，陳正行，李曉暄.抑制淀粉回生方法的研究現(xiàn)狀和進展[J].食品工業(yè)科技，2011，32（4）：423-427.

[3] 胡愛軍，張志華，鄭捷，等.超聲波處理對淀粉結構與性質影響[J].糧食與油脂，2011（6）：9-11.

[4] 劉賢釗，羅志剛，胡振華，等.超聲波處理對玉米淀粉流變性質的影響[J].現(xiàn)代食品科技，2008（4）：316-317.

[5] 陳海明.超聲對玉米淀粉聚集態(tài)結構的影響及其輔助化學改性研究[D].廣州：華南理工大學，2012.

[6] 段善海，徐大慶，繆銘.物理法在淀粉改性中的研究進展[J].食品科學，2007（3）：361-366.

[7] 陳海明，扶雄，黃強.超聲波對玉米淀粉分子結構影響[J].糧食與油脂，2011（11）：21-23.

[8] 張慧，牟宗睿，董海洲，等.超聲預處理法制備陽離子淀粉[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2014，40（8）：120-125.

[9] 羅志剛，盧靜靜.超聲處理對玉米淀粉熱性質的影響[J].現(xiàn)代食品科技，2010，26（7）：666-668.

[10] 王尚慈.超聲波處理對馬鈴薯淀粉熱力學性質的影響[J].糧食與食品工業(yè)，2012，19（6）：62-64.

[11] 李薇，鄭炯，陳映衡，等.超聲波處理對豌豆淀粉糊化、流變及質構特性的影響[J].食品與機械，2018，34（5）：32-37.

[12] 王亞丹.超聲波改進玉米淀粉提取工藝的研究[D].鄭州：河南工業(yè)大學，2018.

[13] 朱巧巧.超聲波處理對錐栗淀粉性質的影響及多孔淀粉的制備[D].福州：福建農林大學，2015.

[14] 吳瓊，柳溪.不同物理方法處理對碎米中淀粉特性的影響[J].中國釀造，2016，35（1）：105-109.

[15] 趙奕玲.超聲處理對淀粉性能的影響及磷酸酯淀粉的制備與應用研究[D].南寧：廣西大學，2007.

[16] 孫俊良.超聲波處理對淀粉性質及其酶解產物分子特性的影響[J].河南科技學院學報（自然科學版），2010，38（2）：81-86.

[17] 趙琳琳，吳高升，湯尚文，等.β-環(huán)糊精對玉米淀粉糊化特性的影響[J].糧食與飼料工業(yè)，2015（9）：21-24.