淀粉的糊化與凝膠特性及食用品質(zhì)研究

王 林

（四川旅游學(xué)院烹飪學(xué)院，四川 成都 610100）

食品中常見(jiàn)的凝膠種類(lèi)主要包括蛋白類(lèi)凝膠及多糖類(lèi)凝膠。淀粉凝膠作為多糖凝膠的代表，在實(shí)際的生產(chǎn)生活中具有重要的應(yīng)用。淀粉凝膠的形成過(guò)程主要是淀粉顆粒物質(zhì)在吸水及加熱過(guò)程中會(huì)滲析出直鏈淀粉，直鏈淀粉相互纏繞形成三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)進(jìn)一步加熱攪拌時(shí)，殘存的直鏈淀粉顆粒進(jìn)一步破裂進(jìn)入水相[1]，在冷卻的過(guò)程中直鏈淀粉與支鏈淀粉通過(guò)氫鍵連接形成凝膠[2]。淀粉凝膠特性的影響因素較多，其中淀粉的種類(lèi)、加工條件等是產(chǎn)生淀粉凝膠差異的主要影響因素，其主要表現(xiàn)在淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)屬性、凝膠特性及糊化特性等方面[3]，這些與產(chǎn)品的品質(zhì)顯著相關(guān)[4]。

我國(guó)的淀粉資源豐富，其具有價(jià)格低廉、易降解、產(chǎn)品穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。隨著淀粉產(chǎn)品的不斷豐富，以淀粉作為主要原料的產(chǎn)品通常需要一定的儲(chǔ)藏時(shí)間及冷藏處理，在加工過(guò)程中易造成淀粉凝膠產(chǎn)品的脫水及老化等問(wèn)題，進(jìn)而影響產(chǎn)品的食用品質(zhì)。因此，淀粉的加工性質(zhì)會(huì)直接影響淀粉類(lèi)凝膠產(chǎn)品的加工及食用屬性，成為制約淀粉類(lèi)凝膠產(chǎn)品推廣的瓶頸[5]。目前，對(duì)淀粉凝膠特性的檢測(cè)通常是分開(kāi)進(jìn)行研究的，且主要集中于淀粉糊化后不同儲(chǔ)藏時(shí)間的凝膠特性及微觀結(jié)構(gòu)的改變，因此將多種常用的淀粉糊化及凝膠特性進(jìn)行對(duì)比研究，有助于從原料推斷最終產(chǎn)品好壞做鋪墊[6]，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)淀粉食品的工業(yè)化生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

馬鈴薯淀粉、紅薯淀粉、木薯淀粉、綠豆淀粉、豌豆淀粉、玉米淀粉、小麥淀粉、蔗糖、食鹽，購(gòu)置于成都桃林有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

JD 200-3 型電子天平，江蘇淮安翔宇電子天平有限公司；MDF-U338 型醫(yī)用低溫冰箱，大連三洋冷鏈有限公司；TMS-Touch 250N 型質(zhì)構(gòu)儀，美國(guó)食品技術(shù)有限公司；HH-2 型數(shù)顯恒溫水浴鍋，上海光地儀器設(shè)備有限公司；Kinexus Pro+旋轉(zhuǎn)流變儀，英國(guó)馬爾文儀器公司；GL-22MC 型高速冷凍離心機(jī)，長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司；DHG-9070A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；Tech Master 型快速黏度儀，RVA 波通瑞華科學(xué)儀器公司；KN580 型全自動(dòng)凱氏定氮儀，濟(jì)南阿爾瓦儀器有限公司；SE-A2型全自動(dòng)脂肪測(cè)定儀，濟(jì)南禾普儀器設(shè)備有限公司；離心管、玻璃儀器等由四川旅游學(xué)院重點(diǎn)試驗(yàn)室提供。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

淀粉稱(chēng)重→加水溶解攪拌→靜置→水浴加熱→冷卻→包裝殺菌→淀粉凝膠產(chǎn)品

1.2.2 操作要點(diǎn)

將100 g 淀粉加入20 g 蒸餾水進(jìn)行攪拌，邊攪拌邊加入熱水（淀粉與熱水的質(zhì)量比為1∶4.5），將調(diào)制好的淀粉漿靜置處理15～20 min，將靜置好的淀粉漿放置于80 ℃水浴鍋中蒸煮40 min，后將其冷卻至室溫，真空封口包裝后進(jìn)行巴氏殺菌，制成不同種類(lèi)淀粉的凝膠制品。

1.2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為探究不同種類(lèi)淀粉的糊化及凝膠特性，選用市面上常用的淀粉原料（小麥淀粉、玉米淀粉、豌豆淀粉、綠豆淀粉、紅薯淀粉、馬鈴薯淀粉、木薯淀粉）制成凝膠產(chǎn)品（涼粉）。精確稱(chēng)取上述常用淀粉各100 g，將其與蒸餾水按照質(zhì)量比1∶4.5 調(diào)制成淀粉糊，放入不銹鋼容器中，充分?jǐn)嚢杈鶆?，使其?0 ℃水浴鍋中水浴40 min（水浴前10 min 應(yīng)不斷攪拌，攪拌速率為5 r/min，保證淀粉與水充分混勻），待淀粉糊形成凝膠后，放置在室溫（25 ℃）下冷卻1 h 后于0～4 ℃環(huán)境中冷藏12 h。然后進(jìn)行相應(yīng)指標(biāo)的檢測(cè)（凝膠特性、糊化特性及感官指標(biāo)研究[7]）。

1.2.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.4.1 淀粉基礎(chǔ)指標(biāo)的測(cè)定

水分含量：參照GB 5009.3—2016[8]中的方法測(cè)定；粗蛋白含量：參照GB 5009.5—2016[9]中凱氏定氮法進(jìn)行測(cè)定；粗脂肪含量：參照GB 5009.6—2016[10]中索氏抽提法進(jìn)行測(cè)定；直鏈淀粉含量：參照GB/T 15683—2008/ISO 6647-1:2007[11]進(jìn)行測(cè)定。

1.2.4.2 凝膠特性的測(cè)定

參考洪火明[12]的方法并進(jìn)行適當(dāng)修改。將涼粉切成長(zhǎng)×寬×高為2.0 cm×2.0 cm×1.5 cm 的小塊，進(jìn)行淀粉凝膠強(qiáng)度的測(cè)定。探頭型號(hào)為P/0.5 柱形探頭，測(cè)定模式為T(mén)PA 模式。參數(shù)設(shè)定為：測(cè)前速度2.0 mm/s，測(cè)量速度1.0 mm/s，測(cè)后速度2.0 mm/s，每組樣品進(jìn)行5 次重復(fù)，并將結(jié)果取平均值。

1.2.4.3 淀粉糊化特性的測(cè)定

參考鄒金浩等[13]的方法并進(jìn)行適當(dāng)修改。準(zhǔn)確量取3.00 g 淀粉樣品，量取25.0 mL 蒸餾水混合均勻裝于鋁盒中。具體程序參數(shù)：初始攪拌速率為960 r/min，保持1 min，攪拌成懸濁液，然后以初始50 ℃的溫度保持1 min，再以12 ℃/min 的升溫速度升至95 ℃后保持3 min，最后以12 ℃/min 的降溫速度降至50 ℃，并將溫度保持3 min。根據(jù)RVA 的糊化曲線得到黏度（峰值、谷值、最終）、回生值、崩解值、糊化溫度等參數(shù)。

1.2.4.4 溶解度及膨脹度的測(cè)定

參照趙敏[7]的方法并進(jìn)行適當(dāng)修改。準(zhǔn)確量取一定質(zhì)量（m1）的淀粉樣品，將其配制成2%的淀粉乳，并在90 ℃環(huán)境中加熱30 min，然后4 ℃下以3 500 r/min 離心20 min，分別稱(chēng)取上清液質(zhì)量（m2）及沉淀質(zhì)量（m3），將上清液烘干至粉末狀恒重，計(jì)其質(zhì)量（m4）。則溶解度（S）及膨脹度（B）計(jì)算公式如下：

1.2.4.5 模糊數(shù)學(xué)感官品質(zhì)評(píng)定

模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)方法可降低因個(gè)人喜好而帶來(lái)的影響。感官評(píng)價(jià)參考朱冰潔[14]的方法并作適當(dāng)修改。由烹飪學(xué)院10 名學(xué)生（男∶女=1∶1）組成感官評(píng)價(jià)小組，并利用9 點(diǎn)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的指標(biāo)主要包括色澤及透明度、口感、質(zhì)地、香氣四方面，所占權(quán)重分別為20%、30%、30%、20%。具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 涼粉的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory scoring criteria of bean jelly

通過(guò)模糊評(píng)價(jià)，確定因素集、等級(jí)集及權(quán)重集。因素集U={u1，u2，u3，u4}，ui分別代表淀粉涼粉的色澤及透明度、口感、質(zhì)地、香氣；等級(jí)集V={v1，v2，v3，v4}，vi分別代表極差、差、中、良、優(yōu)；權(quán)重集A={a1，a2，a3，a4}，即每個(gè)評(píng)價(jià)因素權(quán)重系數(shù)的集合，主要通過(guò)鄧屹洋[15]及實(shí)際的情況得出，a1=0.2、a2=0.3、a3=0.3、a4=0.2。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Origin 2017 和SPSS 20.0 軟件進(jìn)行顯著性分析及圖形繪制，P＜0.05 表示差異顯著，P＜0.01 表示差異極顯著，具有相同字母的表示差異不顯著，反之則表示差異顯著，試驗(yàn)所得結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（±SD）的形式表述。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種類(lèi)淀粉的基本成分

不同種類(lèi)淀粉的基本成分如表2 所示。7 種淀粉的水分含量在10.0%～15.6%，其中小麥淀粉的水分含量最高，玉米淀粉的水分含量最低。水分含量大體上呈現(xiàn)谷類(lèi)淀粉（小麥淀粉）＞豆類(lèi)淀粉（綠豆淀粉、豌豆淀粉）＞薯類(lèi)淀粉（紅薯淀粉、馬鈴薯淀粉、木薯淀粉）；粗蛋白含量呈現(xiàn)谷類(lèi)淀粉（玉米淀粉、小麥淀粉）＞豆類(lèi)淀粉（豌豆淀粉、綠豆淀粉）＞薯類(lèi)淀粉（紅薯淀粉、木薯淀粉、馬鈴薯淀粉）；粗脂肪含量呈現(xiàn)薯類(lèi)淀粉（馬鈴薯淀粉、紅薯淀粉、木薯淀粉）＞豆類(lèi)淀粉（豌豆淀粉、綠豆淀粉）＞谷類(lèi)淀粉（小麥淀粉、玉米淀粉）；而直鏈淀粉含量大體上則呈現(xiàn)豆類(lèi)淀粉（豌豆淀粉、綠豆淀粉）＞谷類(lèi)淀粉（玉米淀粉、小麥淀粉）＞薯類(lèi)淀粉（紅薯淀粉、木薯淀粉），其中豆類(lèi)淀粉的直鏈淀粉最多，薯類(lèi)淀粉直鏈淀粉最低，馬鈴薯淀粉除外。張正茂等[16]曾得出淀粉凝膠的硬度與淀粉中的直鏈淀粉含量呈顯著正相關(guān)。因此，直鏈淀粉含量越高，將越有助于淀粉形成三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增強(qiáng)淀粉制品的凝膠強(qiáng)度。

表2 淀粉的基本成分Table 2 Basic components of starches 單位：%

2.2 不同種類(lèi)淀粉的溶解度及膨脹度

由圖1 可知，除小麥與豌豆、玉米與木薯淀粉的溶解度差異不顯著、豌豆與綠豆淀粉膨脹度差異不顯著外，不同淀粉之間的溶解度及膨脹度差異顯著（P＜0.05）。溶解度由高到低為馬鈴薯淀粉＞綠豆淀粉＞豌豆淀粉＞小麥淀粉＞紅薯淀粉＞玉米淀粉＞木薯淀粉；膨脹度由高到低為馬鈴薯淀粉＞紅薯淀粉＞小麥淀粉＞玉米淀粉＞綠豆淀粉＞豌豆淀粉＞木薯淀粉。其中馬鈴薯淀粉的溶解度和膨脹度最大，分析可能是馬鈴薯淀粉顆粒較大，受熱過(guò)程中其內(nèi)部張力也更大，因此導(dǎo)致溶解度及膨脹度更大。

圖1 淀粉種類(lèi)對(duì)其溶解度及膨脹度的影響Fig.1 Influence of starches types on the solubility and swelling

表3 淀粉的黏度特性Table 3 The viscosity characteristics of starches

2.3 淀粉的糊化特性分析

淀粉的糊化特性與其食用品質(zhì)及應(yīng)用產(chǎn)品類(lèi)別相關(guān)。通常糊化溫度越高代表淀粉顆粒的晶體結(jié)構(gòu)越完整，淀粉顆粒越不易被破壞；崩解值與淀粉糊的熱穩(wěn)定性顯著相關(guān)；回生值主要反映淀粉的老化及回生的程度，與淀粉糊的凝膠強(qiáng)度呈正相關(guān)。由表3 可知，不同淀粉的糊化特性具有顯著差異（P＜0.05）。幾種淀粉的糊化溫度主要集中于53.1～80.1 ℃，其中谷類(lèi)淀粉（小麥淀粉、玉米淀粉）的糊化溫度較高，說(shuō)明谷類(lèi)淀粉的結(jié)構(gòu)相對(duì)較穩(wěn)定，其次為豆類(lèi)淀粉（綠豆淀粉、豌豆淀粉），這與Moorthy[17]的觀點(diǎn)相一致。糊化溫度與淀粉顆粒大小、溶解度及膨脹度呈負(fù)相關(guān)。馬鈴薯淀粉的峰值黏度、谷值黏度及最終黏度最大，而豌豆淀粉的峰值黏度最小。馬鈴薯的回生值最大，為547.1 cp，玉米淀粉的回生值最小，為47.0 cp，說(shuō)明馬鈴薯淀粉更易發(fā)生回生現(xiàn)象，相對(duì)于本試驗(yàn)中的其他6 種淀粉，玉米淀粉最不易產(chǎn)生回生現(xiàn)象。馬鈴薯的崩解值最大，為266.0 cp，而豌豆淀粉的崩解值最小，為82.6 cp，說(shuō)明馬鈴薯淀粉黏度降低的速率最高，可用于加工柔軟淀粉制品，如湯圓等[18]，而綠豆淀粉更適宜加工堅(jiān)挺順滑的凝膠產(chǎn)品，如涼粉等。

2.4 淀粉的凝膠特性分析

凝膠硬度代表著樣品產(chǎn)生形變所需力的大?。痪捉佬允菍?duì)凝膠產(chǎn)品進(jìn)行咀嚼時(shí)所需力的大小[19]；黏性代表淀粉凝膠產(chǎn)品的老化程度；彈性反映淀粉凝膠產(chǎn)品的緊密程度；而凝膠強(qiáng)度的大小則代表淀粉凝膠產(chǎn)品間分子作用力的強(qiáng)弱，凝膠強(qiáng)度越大的淀粉凝膠產(chǎn)品，分子間結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，凝膠產(chǎn)品越不容易被破壞。

由表4 可知，對(duì)于硬度而言，除綠豆淀粉外，其他淀粉呈現(xiàn)出豆類(lèi)淀粉（豌豆淀粉）＞谷類(lèi)淀粉（小麥淀粉、玉米淀粉）＞薯類(lèi)淀粉（紅薯淀粉、木薯淀粉、馬鈴薯淀粉）；對(duì)于黏性由高到低為谷類(lèi)淀粉（小麥淀粉、玉米淀粉）＞薯類(lèi)淀粉（馬鈴薯淀粉、木薯淀粉、紅薯淀粉）＞豆類(lèi)淀粉（綠豆淀粉、豌豆淀粉），其中小麥淀粉的黏性最大，豌豆淀粉的黏性最小，此結(jié)果與張正茂等[16]的試驗(yàn)結(jié)果一致；對(duì)于彈性而言，除綠豆淀粉外，整體呈現(xiàn)出豆類(lèi)淀粉（豌豆淀粉）＞薯類(lèi)淀粉（馬鈴薯淀粉、木薯淀粉、紅薯淀粉）＞谷類(lèi)淀粉（玉米淀粉、小麥淀粉）；對(duì)于咀嚼度及凝膠強(qiáng)度而言，呈現(xiàn)豆類(lèi)淀粉（豌豆淀粉、綠豆淀粉）＞谷類(lèi)淀粉（玉米淀粉、小麥淀粉）＞薯類(lèi)淀粉（馬鈴薯淀粉、紅薯淀粉、木薯淀粉），豌豆淀粉的凝膠強(qiáng)度最大，為1 409.3 g，其形成的凝膠產(chǎn)品更穩(wěn)定，而木薯淀粉的凝膠強(qiáng)度最小，為44.7 g。

2.5 模糊數(shù)學(xué)感官得分結(jié)果分析

2.5.1 建立模糊矩陣

參照喬學(xué)彬等[20]的模糊數(shù)學(xué)法對(duì)不同淀粉所制成的涼粉進(jìn)行感官評(píng)定。進(jìn)行感官評(píng)定時(shí)，應(yīng)將樣品的順序打亂，確保樣品的隨機(jī)性，感官模糊評(píng)價(jià)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5。

表4 涼粉的凝膠特性Table 4 The gel characteristics of bean jellies 單位：g

表5 感官評(píng)價(jià)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表Table 5 Statistical table of sensory evaluation experiments

將對(duì)7 組試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別除以品評(píng)總?cè)藬?shù)10 人，得到7 個(gè)模糊評(píng)判矩陣，分別對(duì)應(yīng)1～7 號(hào)試驗(yàn)，各個(gè)試驗(yàn)組模糊評(píng)判矩陣如下所示。

2.5.2 計(jì)算綜合隸屬度

利用矩陣乘法來(lái)計(jì)算各個(gè)淀粉凝膠產(chǎn)品的綜合隸屬度，計(jì)算公式為：Yj=A·Rj（A代表權(quán)重集，Rj代表7 種淀粉模糊矩陣）。小麥淀粉的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為：

應(yīng)用以上方法計(jì)算其他的綜合隸屬度Yj，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 試驗(yàn)的綜合隸屬度Table 6 Comprehensive membership of the tests

2.5.3 感官評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果

將評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的優(yōu)、良、中、差、極差分別以9、7、5、3、1 進(jìn)行賦值，賦值的計(jì)算公式為B表示Y集合中具體等級(jí)指標(biāo)的賦值分?jǐn)?shù)，具體計(jì)算結(jié)果如下所示。

根據(jù)各種淀粉凝膠制品的模糊感官評(píng)定結(jié)果可以得出，各種淀粉的感官得分由高到低順序?yàn)椋憾诡?lèi)淀粉（豌豆淀粉、綠豆淀粉）＞谷類(lèi)淀粉（玉米淀粉、小麥淀粉）＞薯類(lèi)淀粉（馬鈴薯淀粉、紅薯淀粉、木薯淀粉），其中豆類(lèi)淀粉凝膠制品的感官得分整體集中于7～9 分，且更加偏向于8 分，說(shuō)明兩種豆類(lèi)淀粉凝膠產(chǎn)品的品質(zhì)較好，色澤剔透、質(zhì)地緊密，彈性好，咸淡適中，更為消費(fèi)者所喜愛(ài)；谷類(lèi)淀粉凝膠制品的感官得分集中于7～8 分，且更加偏向于7 分，該類(lèi)淀粉凝膠制品品質(zhì)相對(duì)較好，易被消費(fèi)者所接受；而薯類(lèi)淀粉制品的感官得分主要集中于6～8 分，除馬鈴薯淀粉凝膠制品的感官得分相對(duì)較高，紅薯和木薯淀粉的感官得分較低，不適宜生產(chǎn)涼粉類(lèi)產(chǎn)品。該感官指標(biāo)與以上理化指標(biāo)變化趨勢(shì)接近，可用理化指標(biāo)來(lái)解釋不同淀粉凝膠制品的感官品質(zhì)差異。

3 結(jié)論

試驗(yàn)將7 種常用淀粉的糊化特性、凝膠特性及感官品質(zhì)進(jìn)行了對(duì)比研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：豆類(lèi)淀粉的直鏈淀粉含量最多，更易增強(qiáng)淀粉的凝膠強(qiáng)度，薯類(lèi)淀粉的直鏈淀粉含量最低；谷類(lèi)淀粉的糊化溫度相對(duì)較高，穩(wěn)定性最好，薯類(lèi)淀粉糊化溫度最低；馬鈴薯淀粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度及回生值最大，豌豆淀粉的峰值黏度最小，玉米淀粉的回生值最?。欢诡?lèi)淀粉的硬度、彈性、咀嚼性及凝膠強(qiáng)度最大，黏性最??；薯類(lèi)淀粉的黏性最大，硬度、彈性、咀嚼性及凝膠強(qiáng)度最??；豆類(lèi)淀粉的感官得分最高，薯類(lèi)淀粉的感官得分最低，其中豌豆淀粉的感官得分最高，為8.14 分（滿分9 分），該產(chǎn)品色澤剔透、質(zhì)地緊密，彈性好，咸淡適中，更易被消費(fèi)者所青睞。試驗(yàn)結(jié)果表明，豆類(lèi)淀粉中的豌豆淀粉的糊化凝膠特性及感官指標(biāo)相對(duì)較好，可大力開(kāi)發(fā)凝膠產(chǎn)品。