黃原膠對(duì)木薯淀粉糊化特性及其糊穩(wěn)定性的影響

朱 玲，顧正彪*，洪 雁*，張雅媛

(食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122)

黃原膠對(duì)木薯淀粉糊化特性及其糊穩(wěn)定性的影響

朱 玲，顧正彪*，洪 雁*，張雅媛

(食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122)

研究黃原膠對(duì)木薯淀粉糊化特性，熱、酸條件下的黏度穩(wěn)定性及凍融穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：復(fù)配體系的峰值黏度、熱糊穩(wěn)定性、冷糊穩(wěn)定性顯著提高；黃原膠能明顯改善木薯淀粉耐熱和耐酸穩(wěn)定性；抑制淀粉的回生，提高淀粉的凍融穩(wěn)定性；通過電子顯微鏡觀察木薯淀粉顆粒結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)一步驗(yàn)證了黃原膠對(duì)木薯淀粉糊化特性及穩(wěn)定性的改善作用。

淀粉；黃原膠；糊化特性；穩(wěn)定性

木薯淀粉是酸奶、醬料等食品中常見的一種增稠劑，可賦予食品黏潤、適宜的口感，并兼有乳化、穩(wěn)定或使其呈懸浮狀態(tài)的作用。但因其易老化，凍融穩(wěn)定性、黏度穩(wěn)定性差，不耐酸等特點(diǎn)限制了其在食品中的應(yīng)用。

黃原膠的黏度較高，具有一定的耐酸、堿、鹽特性和高耐熱穩(wěn)定性，是性能最為優(yōu)越的生物膠之一，其獨(dú)特的理化性能使之集增稠、懸浮及乳化穩(wěn)定等功能于一身[1-2]。正是由于黃原膠的優(yōu)點(diǎn)，黃原膠對(duì)淀粉糊化、流變學(xué)性質(zhì)的影響受到較多研究者的關(guān)注[3-6]。但是，黃原膠對(duì)淀粉耐熱穩(wěn)定性，耐酸性等的研究報(bào)道較少。本實(shí)驗(yàn)通過研究黃原膠對(duì)木薯淀粉糊化特性、黏度穩(wěn)定性、凍融穩(wěn)定性的影響，以期為淀粉與食用膠的復(fù)配物在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

木薯淀粉 廣西武鳴縣吉瑞淀粉廠；黃原膠 蘇州丹尼斯克(中國)有限公司。

檸檬酸鈉、檸檬酸 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

AB-104N電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；Techmaster型快速黏度分析儀(RVA) 澳大利亞Newport Scientific公司；BCD-NKSS212冰箱 蘇州三星電子有限公司；RVDV-Ⅱ+P型Brookfield黏度儀 美國Brookfield公司；LW200光學(xué)顯微鏡 上海光學(xué)儀器廠。

1.2 方法

1.2.1 糊化特性研究

分別稱取不同質(zhì)量比的木薯淀粉-黃原膠(10∶0、9.5∶0.5、9∶1、8.5∶1.5、8∶2)與去離子水混合于RVA專用鋁盒內(nèi)，調(diào)制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%的混合懸浮液(以干基計(jì))。RVA測(cè)定程序如下：10s內(nèi)轉(zhuǎn)速由960r/min降到160r/min并穩(wěn)定，從50℃開始升溫，經(jīng)過3min 42s升至95℃，并保溫1.5min，經(jīng)過3min 48s降溫至50℃，50℃保溫2min[7]。

1.2.2 穩(wěn)定性

1.2.2.1 耐熱穩(wěn)定性

分別稱取一定量淀粉、質(zhì)量比為8∶2的淀粉-黃原膠，用去離子水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%淀粉懸浮液于四口燒瓶中，常溫下攪拌均勻后，在超級(jí)恒溫水浴(70℃升溫至95℃)中使淀粉完全糊化，分別在70、80、95℃保溫0、5、10、15、30、60min時(shí)取樣，以Brookfield黏度儀測(cè)定黏度(轉(zhuǎn)子SC4-29)。

1.2.2.2 耐酸穩(wěn)定性

分別稱取一定量淀粉、質(zhì)量比為8∶2的淀粉-黃原膠，用檸檬酸緩沖液(pH3)配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%淀粉懸浮液于四口燒瓶中，在常溫下攪拌均勻后，在超級(jí)恒溫水浴(70℃升溫至95℃)中使淀粉完全糊化，分別在70、80、95℃保溫0、5、10、15、30、60min時(shí)取樣，測(cè)定黏度。

1.2.2.3 凍融穩(wěn)定性

淀粉的凍融穩(wěn)定性可以用析水率來反映，析水率越低，凍融性穩(wěn)定性越好，反之越差。將不同質(zhì)量比淀粉-黃原膠用去離子水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%淀粉乳(以干基計(jì))，在沸水中糊化20min，冷卻至室溫后轉(zhuǎn)移至帶有刻度的離心管中，置于－18℃的冰箱中冷凍22h，每隔22h后取出在30℃水浴中解凍2h，在8000r/min條件下離心20min，計(jì)算其析水率[3]。凍融周期為5d。

1.2.3 顆粒形貌

取不同處理?xiàng)l件下的淀粉、淀粉-黃原膠樣品，滴至載玻片上，用0.1mol/L碘液染色，蓋好蓋玻片后，在顯微鏡(×100)下觀察顆粒形態(tài)[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 糊化特性

從圖1可以看出，隨著黃原膠在共混體系中比例的增加，起始黏度增加，這是由于黃原膠在水中能快速溶解，具有低濃高黏的特性，使整個(gè)體系的起始黏度有所增加[1]。隨著溫度升高，淀粉吸水膨脹，峰值黏度、終值黏度、成糊溫度、起始糊化時(shí)間明顯高于原淀粉，這與Sikora等[9]報(bào)道的一致。其原因是：淀粉糊化過程的本質(zhì)是水分子進(jìn)入淀粉顆粒中，結(jié)晶相和無定形相的淀粉分子間氫鍵斷裂，破壞淀粉分子間的締合狀態(tài)，分散在水中的過程[10]。而黃原膠具有良好的水溶性，當(dāng)它進(jìn)入該體系后，與淀粉競爭吸附體系中的水分，水分的缺失使得淀粉糊化變得緩慢，起始糊化溫度升高。同時(shí)，黃原膠和淀粉之間存在著一定的協(xié)同性[9,11]，使得體系的峰值黏度、終值黏度高于原淀粉，熱糊穩(wěn)定性、冷糊穩(wěn)定性提高，回值(終值黏度－最低點(diǎn)黏度)低于原淀粉。

圖1 木薯淀粉與黃原膠混合體系的糊化曲線Fig.1 Pasting curve of mixed system between tapioca starch and xanthan gum

2.2 穩(wěn)定性

以上實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，隨著黃原膠含量的增加，混合體系RVA參數(shù)值的變化更為明顯。其中，當(dāng)木薯淀粉-黃原膠質(zhì)量比為8∶2時(shí)，體系的峰值黏度最高，回值最低。綜合考慮應(yīng)用效果，選取在質(zhì)量比為8∶2時(shí)考察黃原膠對(duì)淀粉穩(wěn)定性的影響。

2.2.1 熱穩(wěn)定性

圖2 木薯淀粉、木薯淀粉-黃原膠在不同處理方法下的熱穩(wěn)定性Fig.2 Thermal stabilities of tapioca starch and tapioca starchxanthan gum paste

從圖2可以看出，木薯原淀粉黏度從80℃開始逐漸上升，至95℃時(shí)黏度上升明顯，但是95℃保溫時(shí)間至15min后黏度降低。這主要是在加熱過程中，起始階段水分只是單純地進(jìn)入淀粉粒的微晶束的間隙中，產(chǎn)生有

限的膨脹，黏度沒有明顯變化。進(jìn)一步加熱至糊化溫度時(shí)，水分子進(jìn)入淀粉粒內(nèi)部，與一部分淀粉分子結(jié)合，顆粒突然膨脹，黏度開始增加。隨著加熱時(shí)間的延長，由于外界的熱使氫鍵斷裂，破壞了分子間的締合狀態(tài)，部分直鏈淀粉滲漏，黏度大幅度增加。但是淀粉分子間的氫鍵作用力較弱，加熱時(shí)間過長微晶束解體，淀粉粒成碎片狀，黏度降低。黃原膠加入使得淀粉的黏度穩(wěn)定性有明顯的提高，95℃條件下糊化5min時(shí)黏度達(dá)到最大，高溫保持10、15、30、60min時(shí)黏度變化幅度小。這首先是由于黃原膠本身的耐熱性較好；其次，淀粉-黃原膠復(fù)合體系為淀粉顆粒及滲漏出的直鏈淀粉分散于膠體體系中[6]，黃原膠圍繞在淀粉周圍降低了熱對(duì)淀粉的降解。

2.2.2 酸穩(wěn)定性

淀粉作為增稠劑經(jīng)常用于酸性食品體系中，但是酸性環(huán)境下淀粉的性質(zhì)并不穩(wěn)定[12]。圖3為淀粉在pH值為3的檸檬酸緩沖液中的黏度特性。

圖3 木薯淀粉、木薯淀粉-黃原膠在不同處理方法下的酸穩(wěn)定性Fig.3 Stabilities of tapioca starch and tapioca starch-xanthan gum paste in citric acid

從圖3可以看出，在加熱過程中木薯淀粉黏度在80℃左右最高，至95℃黏度較低，95℃保溫10min時(shí)黏度計(jì)幾乎測(cè)不到黏度，說明淀粉在糊化過程中，檸檬酸對(duì)其有強(qiáng)的降解作用。而加入黃原膠后，雖然糊化溫度提高，但是黏度穩(wěn)定性得到較大的提高，95℃保溫10min后，黏度才有所下降，這說明黃原膠能提高木薯淀粉酸環(huán)境下黏度穩(wěn)定性。

2.2.3 凍融穩(wěn)定性

淀粉作為增稠劑賦予食品黏潤、適宜的口感，但是，食品冷凍-解凍過程中淀粉老化析水，使得食品質(zhì)構(gòu)受到影響。因此，淀粉凍融穩(wěn)定性的研究與應(yīng)用對(duì)食品加工和保藏等有重要意義[13]。圖4為黃原膠對(duì)木薯淀粉凍融穩(wěn)定性的影響。

從圖4可以看出，原淀粉在凍融1d后，析水率達(dá)30%，析水現(xiàn)象明顯，凍融至2～3d時(shí)析水率提高幅度大，至4～5d時(shí)析水率提高不明顯。黃原膠能顯著降低淀粉的析水率，共混體系在凍融1d后析水現(xiàn)象不明顯，隨著黃原膠配比的增加，淀粉的凍融穩(wěn)定性提高。其中質(zhì)量比為8.5∶1.5、8∶2的共混體系在凍融3d后才有析水現(xiàn)象，凍融5d時(shí)析水率為10%左右，這說明黃原膠能顯著提高木薯淀粉的凍融穩(wěn)定性。

圖4 木薯淀粉與木薯淀粉-黃原膠混合體系的凍融穩(wěn)定性Fig.4 Frozen-thaw stability of mixed system between tapioca starch and xanthan gum

木薯淀粉凍融穩(wěn)定性差的原因?yàn)椋涸诮禍睾蛢?chǔ)藏過程中，分子勢(shì)能作用使得淀粉分子從高能態(tài)的無序化逐步趨于低能態(tài)的有序化，產(chǎn)生淀粉回生[14]；冷凍過程中水分轉(zhuǎn)變成冰晶，提高了淀粉乳的固形物含量，這將促進(jìn)淀粉分子間氫鍵相互作用，從而形成海綿狀物質(zhì)析出水。黃原膠能改善木薯淀粉凍融性主要是由于：一方面，黃原膠為穩(wěn)定高分子剛性螺旋形聚合物，這使得黃原膠具有良好的持水性[4,15]，由圖5c可知，黃原膠分布在淀粉顆粒周圍，因而抑制了水分析出體系外；另一方面，木薯淀粉-黃原膠共混體系中，黃原膠為連續(xù)相，淀粉為分散相[3]，黃原膠作為連續(xù)相和木薯淀粉分子間存在著相互作用[5]，這在一定程度上減少了淀粉分子之間的相互作用使得回生程度降低，即析水率降低。

2.3 顆粒結(jié)構(gòu)

圖5 木薯淀粉、木薯淀粉-黃原膠顆粒形態(tài)(×100)Fig.5 Granular shape of tapioca starch and tapioca starchxanthan gum in hot water(×100)

淀粉糊化為：淀粉顆粒溶脹→淀粉分子分散→淀粉顆粒溶解的過程。通過光學(xué)顯微鏡觀察不同介質(zhì)中木薯淀粉顆粒表面結(jié)構(gòu)的變化，進(jìn)一步說明黃原膠對(duì)淀粉糊化特性的影響。

圖5為木薯淀粉、木薯淀粉-黃原膠糊化過程中的表面顆粒結(jié)構(gòu)變化，如圖5所示，80℃時(shí)原淀粉顆粒開始膨脹，淀粉開始糊化，95℃時(shí)淀粉顆粒形態(tài)消失，淀粉完全糊化；共混體系80℃時(shí)淀粉顆粒結(jié)構(gòu)明顯，只有少量淀粉開始膨脹，95℃時(shí)淀粉顆粒顯著膨脹，但是顆粒未破碎。由圖5可知，加入黃原膠提高了木薯淀粉的起始糊化溫度，與2.1節(jié)中糊化曲線相符；共混體系中淀粉顆粒膨脹而未破碎，說明黃原膠能抑制熱對(duì)淀粉顆粒的破壞，提高了淀粉的耐熱穩(wěn)定性，這與圖2淀粉-黃原膠熱穩(wěn)定性曲線一致。

圖6為pH3的檸檬酸緩沖液中木薯淀粉、木薯淀粉-黃原膠的表面顆粒結(jié)構(gòu)變化。a、b為木薯原淀粉，c、d為淀粉-黃原膠混合體系。

圖6 木薯淀粉、木薯淀粉-黃原膠酸環(huán)境顆粒形態(tài)(×100)Fig.6 Granular shape of tapioca starch and tapioca starchxanthan gum in citric acid(×100)

如圖6所示，80℃時(shí)木薯原淀粉顆粒膨脹，部分淀粉顆粒成碎片狀，95℃時(shí)淀粉顆粒消失，顆粒降解程度較高；共混體系80℃時(shí)木薯淀粉顆粒結(jié)構(gòu)明顯，少量淀粉開始膨脹，95℃時(shí)淀粉顆粒顯著膨脹，但是顆粒未破碎，未被酸降解為碎片狀。由圖6可知，木薯原淀粉耐酸性弱，淀粉易被酸降解，淀粉黏度降低幅度大；黃原膠分布于淀粉顆粒周圍抑制了酸對(duì)淀粉的降解，黏度變化幅度小，提高了淀粉的耐酸穩(wěn)定性，這與圖3的黏度曲線相符。

3 結(jié) 論

3.1 在糊化過程中，黃原膠-木薯淀粉混合體系與木薯原淀粉相比，起始黏度、峰值黏度提高，起始糊化溫度提高，熱糊穩(wěn)定性、冷糊穩(wěn)定性提高。

3.2 黃原膠的加入提高了木薯淀粉在熱、酸環(huán)境中的黏度穩(wěn)定性及凍融穩(wěn)定性。

3.3 采用光學(xué)顯微鏡觀察木薯淀粉在水及酸介質(zhì)中糊化顆粒結(jié)構(gòu)變化，發(fā)現(xiàn)黃原膠可明顯抑制熱、酸對(duì)木薯淀粉的降解作用。

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Effect of Xanthan Gum on Pasting Properties of Tapioca Starch and Paste Stability

ZHU Ling，GU Zheng-biao*，HONG Yan*，ZHANG Ya-yuan
(State Key Laboratory of Food Science and Technology, School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)

In this study, effect of xanthan gum on pasting properties, viscosity stability and frozen-thaw stability of tapoica starch-xanthan gum paste under the conditions of acid and heat were investigated. Results indicated that the viscosity of tapioca starch exhibited an increase due to the increasing concentration of xanthan gum. The stability of starch-gum paste was significantly improved in acidic and heating environments. Electron microscope micrographs further confirmed that xanthan gum could improve pasting properties and stability of tapioca starch.

starch；xanthan gum；pasting property；stability

TS235

A

1002-6630(2010)09-0099-04

2009-09-09

朱玲(1985—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)橹铺枪こ?。E-mail：zhuxuan1990@126.com

*通信作者：顧正彪(1965—)，男，教授，博士，研究方向?yàn)樘妓衔镔Y源的開發(fā)與利用。E-mail：foodstarch@yahoo.cn洪雁(1974—)，女，副教授，碩士，研究方向?yàn)樘妓衔镔Y源的開發(fā)與利用。E-mail：foodstarch@yahoo.cn