3種雜豆淀粉理化特性的比較

楊紅丹，杜雙奎*，周麗卿，趙 佳

(西北農(nóng)林科技大學食品科學與工程學院，陜西 楊凌 712100)

3種雜豆淀粉理化特性的比較

楊紅丹，杜雙奎*，周麗卿，趙 佳

(西北農(nóng)林科技大學食品科學與工程學院，陜西 楊凌 712100)

以豇豆(Vigna unguiculata(L.) Walp.)、小黑蕓豆(Phaseolus vulgarisL.)和小扁豆(Lens culinarisM.)為材料，采用濕磨法提取淀粉，以馬鈴薯淀粉和玉米淀粉作對照，對淀粉理化性質(zhì)進行比較研究。結(jié)果表明，豇豆、小黑蕓豆和小扁豆淀粉顆粒多為腎形，少數(shù)圓形，且偏光十字明顯，表觀直鏈淀粉含量分別為34.98%、45.35%和37.24%。3種淀粉的膨脹度和溶解度均隨溫度升高而增加，起糊溫度在72.9～77.0℃之間，小黑蕓豆淀粉起糊溫度最高，峰值黏度、破損值、最終黏度和回生值最低。豇豆淀粉糊化特性與小黑蕓豆淀粉相反，起糊溫度較低，峰值黏度、破損值、最終黏度和回生值最高。3種豆類淀粉To、Tp和Tc具有顯著性差異，但焓值差異不顯著，焓值大小順序為小扁豆淀粉＞豇豆淀粉＞小黑蕓豆淀粉。

豇豆；小黑蕓豆；小扁豆；淀粉；理化性質(zhì)

Abstract：Starches were extracted from blackeye pea (Vigna unguiculata(L.) Walp), black bean (Phaseolus vulgarisL.) and lentil (Lens culinarisM.) by wet-grinding method, and were comparatively characterized for their physico-chemical properties with sweet potato and corn starches as the controls. Most of legume starch granules were kidney-shaped, while others were spherical. Obvious birefringence was also observed. The contents of apparent amylose in blackeye pea, black bean and lentil starches were 34.98%, 45.35% and 37.24%, respectively. The swelling capability and solubility of legume starch displayed an increase at a higher temperature. The three legume starches displayed a pasting temperature ranging from 72.9 to 77.0 ℃. Black bean starch exhibited the highest pasting temperature as well as the lowest peak viscosity, breakdown value, final viscosity and retrogradation value. The pasting property of blackeye pea starch was opposite to that of black bean starch. TheTo ,Tp andTc of the three legume starches revealed a significant difference. However, no significant difference was observed in their enthalpy.The order of starch enthalpy from strong to weak was lentil starch, blackeye pea starch and black bean starch.

Key words：blackeye pea；black bean；entil；starch；physico-chemical property

豇豆又名婆豇豆、飯豆、蔓豆和黑臍豆，豆科豇豆屬一年生植物。在我國栽培歷史悠久，全國各地均有栽培，南方各省市栽培較多。豇豆的蛋白質(zhì)含量一般約為質(zhì)量分數(shù)4%，碳水化合物含量約為質(zhì)量分數(shù)62%，還含有豐富的胡蘿卜素、多種維生素，較多的鈣、磷、鐵等礦質(zhì)元素，是營養(yǎng)價值較高的一種蔬菜[1]213。豇豆種子入藥，能健胃補氣、滋養(yǎng)消食。蕓豆俗稱二季豆或四季豆，豆科菜豆屬。原產(chǎn)美洲的墨西哥和阿根廷，我國在16世紀末才開始引種栽培。蕓豆含有黃酮類化合物、尿毒酶和多種球蛋白等獨特成分，具有預防心臟和腎臟疾病，降低糖尿病人血糖指數(shù)，抑制癌細胞擴散等多種有益生理作用[2]，尤其適合心臟病、動脈硬化、高血脂、低血鉀癥和忌鹽患者食用。小黑蕓豆是蕓豆中的一種，其籽粒中粗脂肪含量約為質(zhì)量分數(shù)3%，粗蛋白質(zhì)含量約為質(zhì)量分數(shù)23%，粗淀粉含量約為質(zhì)量分數(shù)45%[3]。小扁豆又名濱豆、雞眼豆，豆科小扁豆屬一年生或越年生草本植物。世界約有40個國家栽培小扁豆，亞洲生產(chǎn)最多，我國主產(chǎn)于山西、陜西、甘肅、河北、河南、云南等省。小扁豆籽粒蛋白質(zhì)含量約為質(zhì)量分數(shù)25%，脂肪含量約為質(zhì)量分數(shù)0.7%，碳水化合物含量約為質(zhì)量分數(shù)60%及多種維生素和礦物質(zhì)營養(yǎng)元素，可以提供能夠降低膽固醇的可溶纖維，含鐵量是其他豆類的兩倍；VB和葉酸含量也較高。其籽粒淀粉可用于食品、紡織和印刷工業(yè)[1]279。

淀粉不僅是許多植物的重要儲藏物質(zhì)，也是人類膳食攝取的主要碳水化合物[4]。豆類淀粉是淀粉四大來源之一，近年來綠豆淀粉、鷹嘴豆淀粉和蠶豆淀粉等豆類淀粉在工業(yè)上得到了廣泛應用[5-8]。然而迄今有關(guān)豇豆、小黑蕓豆和小扁豆淀粉的研究報道還較少[9-10]。淀粉理化特性影響食品的品質(zhì)，如硬度、黏稠度和咀嚼度等，加工過程中原料的輸送、攪拌、混合、能量的損耗等均與淀粉糊的流變特性密切相關(guān)[11]。本研究以豇豆、小黑蕓豆和小扁豆為材料，采用水磨法提取淀粉，分析3種豆類淀粉的顆粒特性、糊化特性和熱特性，旨在為豇豆、小黑蕓豆和小扁豆資源及其淀粉的開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豇豆、小黑蕓豆和小扁豆由西北農(nóng)林科技大學小宗糧豆研究中心提供，籽粒飽滿，色澤正常，用于淀粉提?。获R鈴薯淀粉和玉米淀粉購自Sigma公司。

所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

FW100高速萬能粉碎機 天津泰斯特儀器有限公司；DMBA400數(shù)碼顯微鏡 麥克奧迪實業(yè)集團中國有限公司；JSM-6360LV型掃描電子顯微鏡 日本電子株式會社；Mastersizer 2000式粒度分析儀 英國Malvern公司；702 SM Titrino自動電位滴定儀 瑞士Metrohm公司；UVmini-1240紫外-可見分光光度計 日本島津公司；TDL-5-A低速臺式大容量離心機 上海安亭科學儀器廠；快速黏度分析儀RVA 澳大利亞Newport Scientific儀器公司；差示掃描量熱計 美國PerkinElmer公司。

1.3 方法

1.3.1 豇豆、小黑蕓豆和小扁豆淀粉提取[12]

取雜豆50g，用水漂洗3次，除去表面灰塵。加入150mL 0.45g/100mL Na2S2O5溶液浸泡，放置過夜，用微型攪拌機磨漿，用53μm尼龍篩過濾以除去纖維，用0.45% Na2S2O5溶液不斷洗滌纖維至沒有黏性為止。將收集所得淀粉乳離心，刮去蛋白質(zhì)層，加入450mL NaCl溶液和50mL甲苯攪拌洗滌數(shù)次以除去剩余蛋白質(zhì)，直到甲苯層清亮，隨后加入乙醇，3000r/min離心5min，重復洗滌數(shù)次，洗除甲苯。取下層沉淀物——淀粉平鋪于干燥器皿中，32℃干燥48h。干燥好的淀粉過100目篩，裝入自封袋中備用。

1.3.2 顆粒形貌觀察

1.3.2.1 光學形貌觀察

以水和甘油體積比1:1作溶劑，制備適宜濃度的淀粉乳，滴于載玻片上，蓋上蓋玻片，顯微鏡下觀察淀粉顆粒的形貌，偏光顯微鏡放大400倍觀察淀粉顆粒的偏光十字。

1.3.2.2 淀粉顆粒掃描電子顯微鏡觀察

把雙面膠固定在樣品臺上，取少量淀粉均勻地灑在雙面膠上，然后噴金處理。樣品保存于干燥器中，經(jīng)過短暫干燥后，用掃描電子顯微鏡觀察并拍攝具有代表性的淀粉顆粒形貌。

1.3.3 淀粉顆粒粒度分布

將淀粉樣品懸浮于水中，超聲波分散后進樣，用Mastersizer 2000式粒度分析儀根據(jù)激光衍射法進行自動分析，經(jīng)計算機軟件自動處理分析結(jié)果，可得樣品的粒徑分布數(shù)據(jù)。

1.3.4 表觀直鏈淀粉含量測定

淀粉碘結(jié)合力由自動電位滴定儀測定。淀粉先用85%甲醇溶液脫脂，表觀直鏈淀粉含量計算公式如下[13]：

式中：0.2表示每克純凈的直鏈淀粉能結(jié)合200mg碘，即其質(zhì)量的20%。

1.3.5 淀粉溶解度(SA)與膨脹力(SP)[14-15]

稱取0.5g樣品，放入45mL已知質(zhì)量的帶蓋離心管中，加入40mL蒸餾水，振蕩后分別于50、60、70、80、90℃水浴30min，每5min振蕩1次，取出冷卻至室溫，3800r/min離心20min。倒出上清液，于130℃干燥2h后稱取溶出物質(zhì)量，同時稱取管中沉淀物質(zhì)量(若淀粉乳加熱后形成低黏度的膠體溶液，導致離心后不分層，則將膠體溶液一并倒出干燥，僅將殘留于管壁的膠體作為沉淀計算膨脹力)。

式中：m1為上清液中溶出物質(zhì)量/g；m2為管中沉淀物質(zhì)量/g。

1.3.6 淀粉糊化特性

淀粉含量為g/100g 干質(zhì)量(總質(zhì)量為28g)?？焖兖ざ确治鰞x(RVA)測定參數(shù)設定：從50℃開始計時，以6℃/min速度升溫至95℃，保溫5min；再以6℃/min速度冷卻到50℃，保溫2min。攪拌子旋轉(zhuǎn)速度起初為960 r/min攪拌10s，混勻物料，隨后轉(zhuǎn)速設置為160r/min。

1.3.7 熱特性[16]

淀粉熱特性用配有熱分析數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)記錄軟件的差示掃描量熱計測量。稱取淀粉3.0mg裝入DSC樣品盤中，按質(zhì)量比1:3的比例加入去離子水，壓蓋密封后，置于25℃平衡2h后測定。測定時以空坩堝為參比，掃描溫度范圍10～110℃，加熱速率10℃/min。計算熱特征參數(shù)To(起始溫度)、Tp(峰值溫度)、Tc(終止溫度)及熱焓(ΔH)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 淀粉顆粒形貌和大小觀察

圖1 淀粉顆粒形貌(A～E)和偏光十字照片(a～e)(×400)Fig.1 Shape and polarization cross photographs of starch granules from different sources (×400)

由圖1(A～E)可以看出，不同來源淀粉的顆粒形貌、輪紋結(jié)構(gòu)有所不同。3種豆類淀粉顆粒多為腎形，少數(shù)為圓形，輪紋均較明顯，而且分布均勻，類似于指紋形狀，與扁豆淀粉輪紋形狀相似[11]。馬鈴薯淀粉多為卵形，少數(shù)為圓形，輪紋明顯。玉米淀粉顆粒多為多角形，輪紋不明顯。5種淀粉粒心都比較明顯，除馬鈴薯淀粉粒心偏向一端外，其余淀粉粒心基本居于正中。

由圖1(a～e)可以看出，不同品種淀粉顆粒的偏光十字的位置和形狀以及明顯程度有差別。豇豆淀粉偏光十字比較粗，為“X”形，有盲區(qū)；小黑蕓豆和玉米偏光十字多為斜“十”形，十字交叉點位于顆粒中央；小扁豆偏光十字形狀不規(guī)則，有“X”形和斜“十”形兩種，十字交叉點都位于顆粒中央；馬鈴薯淀粉偏光十字最明顯，十字交叉點位于顆粒的一端。

由圖2可以看出，豇豆淀粉、小黑蕓豆淀粉、小扁豆淀粉、馬鈴薯淀粉和玉米淀粉顆粒大小呈正態(tài)分布。不同來源淀粉的粒徑范圍和平均粒徑有差異(表1)。豆類淀粉粒徑范圍為6.61～60.25μm，略大于玉米淀粉粒徑范圍，而小于馬鈴薯淀粉粒徑范圍。豆類淀粉的平均粒徑居于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉之間。3種豆類淀粉顆粒大部分都在中等粒徑范圍內(nèi)，所占淀粉總體積比例均高于69%。豇豆淀粉和小扁豆淀粉有很少一部分小顆粒淀粉，小黑蕓豆淀粉的大顆粒淀粉所占比例明顯高于前兩種豆類淀粉，高達30.50%，說明小黑蕓豆淀粉具有比豇豆淀粉和小扁豆淀粉大的顆粒結(jié)構(gòu)。

圖2 淀粉顆粒粒度分布(n=2)Fig.2 Granular size distribution of blackeye pea, black bean, lentil,sweet potato and corn starches (n=2)

表1 不同來源淀粉顆粒的粒度分布特征量(±s，n=2)Table 1 Characteristics of granular size distribution of starches from different sources (±s，n=2)

表1 不同來源淀粉顆粒的粒度分布特征量(±s，n=2)Table 1 Characteristics of granular size distribution of starches from different sources (±s，n=2)

注：同一列數(shù)據(jù)肩標不同字母表示差異顯著，P＜0.05。下同。

粒徑范 平均粒 體積分數(shù)/%淀粉 圍/μm 徑/μm 小顆粒 中等顆粒 大顆粒(＜ 10μm) (10～30μm) (＞ 30μm)豇豆淀粉 6.61～45.71 20.02±0.03d 0.70±0.18b 91.47±0.78a 7.83±0.60d小黑蕓豆淀粉10.00～60.25 26.20±0.01b 0.00±0.00c 69.49±0.05d30.50±0.05b小扁豆淀粉 7.58～52.48 21.78±0.03c 0.12±0.00c 87.63±0.09b12.25±0.09c馬鈴薯淀粉 11.48～120.2344.00±0.15a 0.00±0.00c 22.53±0.27e77.46±0.27a玉米淀粉 5.01～39.81 16.42±0.09e 9.19±0.20a 86.58±0.03c 4.23±0.23e

2.2 淀粉顆粒掃描電子顯微鏡觀察

圖3 淀粉顆粒掃描電子顯微鏡照片(×1200)Fig.3 Scanning electron micrographs of starch granules from different sources (×1200)

由圖3可以看出，3種豆類淀粉和其他豆類淀粉形貌類似[17]，與馬鈴薯淀粉、玉米淀粉有所不同，大多數(shù)淀粉顆粒表面光滑，部分淀粉中間有裂紋，這可能是由于提取過程中受機械作用而損傷所致，大淀粉顆粒多呈卵形、不規(guī)則形，小顆粒多呈圓形。利用電鏡標尺測量淀粉顆粒的粒徑可知，豇豆淀粉、小黑蕓豆淀粉、小扁豆淀粉、馬鈴薯淀粉和玉米淀粉顆粒粒徑范圍分別為6～45、10～47、5～40、4～100μm 和3～25μm，長軸平均粒徑分別為17.15、18.08、14.07、22.06μm和11.43μm。3種豆類淀粉粒徑比紫花豌豆淀粉大[18]，與利馬豆淀粉和麻蕓豆淀粉相近[9]。

2.3 表觀直鏈淀粉含量

圖4 表觀直鏈淀粉含量Fig.4 Apparent amylase contents in starches from different sources

由圖4可以看出，小黑蕓豆淀粉的表觀直鏈淀粉含量明顯高于其他4種淀粉，豇豆淀粉表觀直鏈淀粉含量與玉米淀粉表觀直鏈淀粉含量沒有顯著差異，略低于小扁豆淀粉表觀直鏈淀粉含量。3種豆類淀粉表觀直鏈淀粉含量高于Hoover等[9]所報道的黑蕓豆淀粉、鷹嘴豆淀粉、小扁豆淀粉和白蕓豆淀粉表觀直鏈淀粉含量，低于綠豆淀粉表觀直鏈淀粉含量[19]。馬鈴薯淀粉表觀直鏈淀粉含量最低。不同來源的淀粉，其直鏈淀粉含量主要由遺傳因素控制，一些外部因素，如機械活化、光照、溫度等也會影響直鏈淀粉的百分含量[20]。

2.4 膨脹力(SP)與溶解度(SA)

由圖5A可以看出，除豇豆淀粉和馬鈴薯淀粉外，其余淀粉SP隨溫度增大而增大。馬鈴薯淀粉和豇豆淀粉SP分別在70℃和80℃前隨溫度增大而增大，之后迅速降低，這是由于低質(zhì)量濃度的馬鈴薯淀粉乳和豇豆淀粉乳在一定溫度下加熱后，形成了穩(wěn)定的低黏度膠體溶液，膠體溶液被視為溶出物一并倒出，離心管壁殘留膠體(視為沉淀)很少，所得到的SP值較低。木薯淀粉和蠟質(zhì)玉米淀粉在一定溫度下加熱后也有類似現(xiàn)象[14]。由圖5B可以看出，5種淀粉SA隨溫度升高而增大。淀粉在過量水中受熱糊化，水分進入淀粉顆粒，使淀粉顆粒吸水膨脹，同時造成未結(jié)晶部分直鏈淀粉受熱作用而逐漸溶于水中，因而SA隨溫度上升而增加。60℃前淀粉顆粒吸水膨脹不明顯，SA變化不大；60℃后小扁豆淀粉和馬鈴薯淀粉吸水膨脹較快，其他3種淀粉在70℃后膨脹較快，均存在一個初始膨脹階段和迅速膨脹階段，為典型的二段膨脹過程，屬限制型膨脹淀粉[21]。淀粉的溶解和膨脹與淀粉的大小、形態(tài)、組成，直鏈和支鏈淀粉的比例以及支鏈淀粉中長鏈短鏈所占的比例有關(guān)[22]。

圖5 淀粉的膨脹力(A) 和溶解度(B)Fig.5 Swelling power and solubility of starches from different sources

2.5 淀粉糊化特性

由表2可以看出，豆類淀粉起糊溫度在72.9～77.0℃之間，顯著高于馬鈴薯淀粉，而低于玉米淀粉。豆類淀粉中，小黑蕓豆淀粉起糊溫度最高，峰值黏度、破損值、最終黏度和回生值最低，表明小黑蕓豆不易糊化，成膠能力強，熱穩(wěn)定性好，具有良好的抗剪切能力。這可能與其直鏈淀粉含量較高有關(guān)[23-25]。豇豆淀粉糊化特性與小黑蕓豆淀粉相反，起糊溫度較低，峰值黏度、破損值、最終黏度和回生值最高。豆類淀粉的峰值黏度和破損值明顯低于馬鈴薯淀粉，與玉米淀粉相近；其回生值明顯大于馬鈴薯和玉米淀粉，說明豆類淀粉糊具有較高的回生趨勢。

表2 不同淀粉的糊化特性Table 2 Pasting properties of starches from different sources

2.6 淀粉熱學特性

表3 不同淀粉熱學特性Table 3 Thermal properties of starches from difference sources

由表3可以看出，3種豆類淀粉的To、Tp、Tc與馬鈴薯淀粉的具有顯著性差異。玉米淀粉與小扁豆淀粉差異不顯著，與其他淀粉也具有顯著性差異。To和Tc以豇豆淀粉最大，說明其相變起始溫度較高，且可能存在較多弱的結(jié)晶區(qū)(可能主要以支鏈結(jié)晶為主)[26]。馬鈴薯淀粉To、Tp和Tc均低于豆類淀粉，結(jié)合圖4可知，馬鈴薯淀粉直鏈淀粉含量明顯低于其他幾種淀粉，由此可以推斷：直鏈淀粉含量對淀粉的糊化起始、峰值和終點溫度會產(chǎn)生一定影響。但糊化起始、峰值和終點溫度與直鏈淀粉含量并不形成嚴格的線性關(guān)系，說明淀粉顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)和淀粉分子結(jié)構(gòu)也同樣影響淀粉的糊化起始、峰值和終點溫度，與文獻[27]觀點一致。3種豆類淀粉焓值沒有顯著差別，說明淀粉分子結(jié)晶度相近，糊化難易程度比較接近。馬鈴薯淀粉焓值最大，可能與其較高的結(jié)晶度有關(guān)。糊化焓越高，淀粉顆粒的精細結(jié)構(gòu)越復雜，糊化時需要更多的熱能[28]。

3 結(jié) 論

3.1 3種豆類淀粉顆粒多為卵形，少數(shù)呈圓形，大多數(shù)淀粉顆粒表面光滑，部分淀粉中間有裂紋，輪紋明顯，粒心基本居于正中。偏光十字較明顯，豇豆淀粉比較粗，為“X”形，有盲區(qū)；小黑蕓豆淀粉多為斜“十”形，十字交叉點位于顆粒中央；小扁豆淀粉有“X”形和斜“十”形兩種，十字交叉點都位于顆粒中央。豇豆淀粉、小黑蕓豆淀粉和小扁豆淀粉顆粒大小分布均呈正態(tài)分布，顆粒都較大，分布在6.61～60.25μm范圍內(nèi)，平均粒徑分別為20.02、26.20、21.78μm，表觀直鏈淀粉含量分別為34.98%、45.35%、37.24%。直鏈淀粉含量對淀粉溶解度、糊化特性和熱特性影響較明顯。淀粉膨脹力隨溫度升高而增大，有典型的二段膨脹過程，屬限制型膨脹淀粉。

3.2 3種豆類淀粉起糊溫度在72.9～77.0℃之間，高于馬鈴薯淀粉，低于玉米淀粉。小黑蕓豆淀粉起糊溫度最高，峰值黏度、破損值、最終黏度和回生值最低，表明不易糊化，成膠能力強，熱穩(wěn)定性好，抗剪切能力強。豇豆淀粉起糊溫度較低，峰值黏度、破損值、最終黏度和回生值最高。相比馬鈴薯淀粉和玉米淀粉，豆類淀粉回生趨勢較大。3種豆類淀粉和馬鈴薯淀粉To、Tp和Tc具有顯著性差異，但焓值差異不顯著，豇豆淀粉和小黑蕓豆淀粉焓值與玉米淀粉焓值差異不顯著。焓值大小順序為小扁豆淀粉＞豇豆淀粉＞小黑蕓豆淀粉，高于玉米淀粉，明顯低于馬鈴薯淀粉。

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Comparative Physico-chemical Properties of Starches from Three Kinds of Legumes

YANG Hong-dan，DU Shuang-kui*，ZHOU Li-qing，ZHAO Jia
(College of Food Science and Engineering, Northwest A & F University, Yangling 712100, China)

TS231

A

1002-6630(2010)21-0186-05

2010-03-11

陜西省科技廳科技攻關(guān)項目(2008K01-02)；西北農(nóng)林科技大學科研啟動基金項目(Z111020903)

楊紅丹(1985—)，女，碩士研究生，研究方向為雜糧資源開發(fā)與利用。E-mail：yanghongdan99@yahoo.com.cn

*通信作者：杜雙奎(1972—)，男，副教授，博士，研究方向為雜糧資源開發(fā)與利用。E-mail：dushuangkui@126.com