低壓處理對板栗淀粉理化特性的影響

白 麗 周裔彬 陳俊芳 宋 岑 張 健 楊 彬

低壓處理對板栗淀粉理化特性的影響

白 麗 周裔彬 陳俊芳 宋 岑 張 健 楊 彬

(安徽農業(yè)大學食品系，合肥 230036)

以安徽大紅袍板栗為原料，采用場掃描電鏡和光學顯微鏡分析板栗淀粉在不同壓力和料液比條件下表觀形態(tài)和晶體特性的變化。結果表明:在相同的時間條件下，隨著壓力增大，板栗淀粉顆粒越易膨脹破裂，當壓力為0．05 MPa時，淀粉顆粒表面出現(xiàn)泡狀凸起;隨著淀粉體系中水分含量的升高，板栗淀粉顆粒越易膨脹破裂，料液比達到1∶1，壓力為0．05 MPa時，大部分淀粉顆粒破碎崩潰。溶解度試驗中，不同壓力、水分處理后，壓力增大，板栗淀粉溶解度隨之增大;壓力一定，水分含量越高，溶解度越大。不同壓力、水分處理后的板栗淀粉的晶體特性表明，壓力不會改變板栗淀粉的晶體類型，但隨著壓力增大，淀粉中水分含量增大和處理時間延長，板栗淀粉晶體區(qū)面積縮小，晶體含量降低。

板栗淀粉 形態(tài)變化 晶體特性

板栗是我國主要經濟林作物之一，有很高的經濟價值［1］，安徽省板栗產量約占全國總產量的10%［2－5］。板栗淀粉特性對板栗加工制品的品質及加工工藝有很重要的影響［6－13］。雖然板栗淀粉在不同的水分、溫度、時間、pH條件下糊化過程中顆粒形態(tài)的變化已有報道，但壓力對其顆粒形態(tài)的影響鮮見報道［14］。在適當?shù)膲毫l件下，可使淀粉顆粒變形，破壞其內部結構，為壓力處理是一種簡單的物理處理方法，在實際操作中更簡便易行，相對于以往的化學方法處理，產品質量更安全，也能保持原料的營養(yǎng)成分。對安徽大紅袍板栗淀粉在不同壓力、水分和時間條件下顆粒表觀形態(tài)的變化、凝沉特性及溶解度進行了研究，以期為板栗淀粉的深加工技術提供理論基礎。

1 材料與方法

1．1 原料

大紅袍板栗:安徽省舒城;板栗淀粉:安徽農業(yè)大學食品實驗室自制。

1．2 主要儀器

JR－2型集熱式磁力加熱攪拌器:鞏義市英峪予華儀器廠;B5 PROFESSIONAL SERIES型麥克奧迪數(shù)碼顯微鏡:廈門麥克奧迪實業(yè)集團有限公司;SIRION200場發(fā)射掃描電鏡:日本FEI公司;SYQ．DSX－280A型手提式不銹鋼壓力蒸汽滅菌器:上海申安醫(yī)療機械廠;D/max－rB型旋轉陽極x射線衍射儀:日本理光公司。

1．3 方法

1．3．1 板栗淀粉的提取

板栗脫殼去衣，加5倍的水于室溫下浸泡24 h，磨漿，過80目篩，二次打漿后加水靜置沉降約5 h，傾去上清液，如此反復數(shù)次，于室溫自然干燥，得板栗粗淀粉。用pH為9的NaOH溶液配成2%的淀粉乳，于40℃加熱攪拌20 min，靜置5 h后傾去上清液，反復2次，再用1%的HCl調pH為2，在40℃下加熱攪拌20 min，靜置5 h后傾去上清液，然后加水洗滌3次，于室溫自然干燥，得到脫脂脫蛋白板栗淀粉。試驗前再放入干燥器中平衡水分。

1．3．2 板栗淀粉樣品的制備

1．3．2．1 不同壓力處理板栗淀粉的制備

分別稱取20 g板栗淀粉于錐形瓶中，并用棉塞塞緊，防止水汽進入錐形瓶中。放入蒸汽滅菌器中，并分別用 0．05、0．1、0．15 MPa 的壓力處理，處理20 min。將處理后的樣品取出后打開棉塞并晾至室溫，試驗前再放入干燥器中平衡水分。

1．3．2．2 不同壓力和時間處理板栗淀粉的制備

分別稱取20 g板栗淀粉于錐形瓶中，并用棉塞塞緊。放入蒸汽滅菌器中，并分別用 0．05、0．1、0．15 MPa的壓力處理∶，分別處理 10、20、30 min。將處理后的樣品取出后打開棉塞并晾至室溫，試驗前再放入干燥器中平衡水分。

1．3．2．3 不同水分和壓力處理板栗淀粉的制備

分別稱取 20 g樣品，制取料液比為 1∶1，1∶2，1∶4，1∶8的樣品溶液于錐形瓶中，并用棉塞塞緊，放入蒸汽滅菌器中，分別用 0．05、0．10、0．15 MPa 的壓力處理10 min，將處理后的樣品放入40℃烘箱中烘干，并粉碎后過100目篩，試驗前再放入干燥器中平衡水分。

1．3．3 水分的測定

105 ℃恒溫法［16］。

1．3．4 形態(tài)觀察

1．3．4．1 場發(fā)射電子掃描顯微鏡觀察

采用JSM－6700F場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察不同壓力和時間處理的板栗淀粉的微觀形態(tài)。

進樣方法:將雙面膠帶貼于掃描電鏡載物臺上，取少許干燥的淀粉樣品輕輕敷在雙面膠上，用洗耳球吹散使其分布均勻，然后將樣品放入鍍金器中噴金。測定時電子槍加速度為5．0 kV，根據自己的需求，在合適的放大倍數(shù)下掃描、照相。

1．3．4．2 數(shù)碼顯微鏡觀察

在400倍的數(shù)碼顯微鏡下，對不同水分和壓力處理的樣品進行拍照。選擇板栗淀粉各類形態(tài)較全的范圍進行拍照，對比分析。

1．3．5 溶解度測定

準確稱取經不同壓力和時間、不同水分和壓力處理后的板栗淀粉(0．500±0．015)g，溶解于25 mL蒸餾水中，在55℃水浴下加熱攪拌30 min以防淀粉沉淀，然后在3 000 r/min下離心30 min，取上清液在蒸汽浴上蒸干，于105℃烘至恒重(約3 h)，稱重，按以下公式計算。

式中:S為溶解度;A為上層清液蒸干并干燥后的質量/g;W為絕干板栗淀粉樣品質量/g。

1．3．6 板栗淀粉晶體特性的研究

將處理后的板栗淀粉粉末置于長方形鋁片的孔中，壓緊，用旋轉陽極x射線衍射儀測定。測試條件:管壓40．0 kV，管流100．0 mA，掃描速度 2 ℃ /min，掃描區(qū)域 5～50°，狹縫系統(tǒng)為 DS/RS/SS=1 °/0．3 mm/1 °，采樣步寬0．02 °，掃描方式為連續(xù)，重復次數(shù)為1。使用JADE軟件對數(shù)據進行分析，得出結晶區(qū)面積。

2 結果與分析

2．1 顆粒形態(tài)分析

2．1．1 壓力對板栗淀粉顆粒形態(tài)的影響

板栗淀粉干粉在不同壓力處理下，其形態(tài)變化如圖1所示，板栗原淀粉顆粒形態(tài)如圖1a所示，板栗顆粒外表光滑，形狀較為復雜，有葵花籽形、三角形、橢圓形、圓形、不規(guī)則的多角形等多種形狀，淀粉顆粒之間的大小相差也較大，大粒徑以橢圓形為主，小粒徑多為三角形。圖1b中，當壓力為0．05 MPa時，部分淀粉顆粒形態(tài)開始發(fā)生改變，淀粉顆粒邊緣線條由光滑變?yōu)椴灰?guī)則狀，淀粉顆粒表面出現(xiàn)泡狀凸起;隨著壓力和時間的增大，越來越多的淀粉顆粒形態(tài)發(fā)生了改變，且改變幅度越來越大，顆粒表面的凸起越來越多;如圖1d當壓力為0．15 MPa時，泡狀凸起物越來越大直至破裂，部分淀粉顆粒表面出現(xiàn)孔洞和破損。

圖1 不同壓力板栗淀粉粉掃描圖(×1 500)

2．1．2 壓力和水分對板栗淀粉顆粒形態(tài)的影響

不同料液比的板栗淀粉乳在不同壓力下各處理10 min后，其形態(tài)變化如圖2所示。在此條件下，板栗淀粉中加入了一定水分，在壓力處理時，滅菌器內的高溫使淀粉糊化，難以顯示顆粒結構。當壓力為0．05 MPa(圖2a至圖2d)時，淀粉顆粒吸水膨脹其形狀發(fā)生改變，原淀粉顆粒狀態(tài)，囊狀結構消失，淀粉結構破裂，圖中可見一些碎片。當壓力為0．1 MPa(圖2e至圖2h)時，顆粒狀態(tài)完全消失，碎片開始溶化，碎片數(shù)量減小。至壓力為0．15 MPa(圖2i至圖2l)時淀粉顆粒崩潰并完全碎裂，碎片相溶為一體，在光學顯微鏡下成膠體糊狀，且未見囊狀淀粉。

圖2 不同壓力不同水分含量(料液比)板栗淀粉光學攝影圖(×400)

2．2 溶解度分析

2．2．1 不同壓力和時間處理的板栗淀粉溶解度分析

不同壓力和時間條件下處理的板栗淀粉(含水量10．6%)，其溶解度如表1所示。壓力增大和時間延長，樣品溶解度增大趨勢并不明顯。在壓力為0．05 MPa，時間為 10 min 時溶解度最大，為2．87%;當壓力為0．15 MPa，時間為30 min時溶解度最小，為 0．63%。

表1 不同壓力不同時間板栗淀粉溶解度

2．2．2 不同水分和壓力處理板栗淀粉溶解度分析

在不同壓力和不同料液比條件下，對板栗淀粉處理10 min，得到樣品溶解度，如表2所示。壓力一定，溶解度隨料液比減小而增大;料液比一定，溶解度隨壓力增大而增大，且趨勢較為明顯。在壓力為0．15 MPa，料液比為 1∶8 時溶解度達到最大值，為12．58%，但此時板栗淀粉樣品經處理后，形成透明膠體狀，板栗淀粉顆粒形態(tài)消失，因此，這時的溶解度不能作為板栗淀粉的溶解度。

表2 不同壓力不同料液比板栗淀粉溶解度

2．3 晶體特性分析

2．3．1 板栗原淀粉晶體特性

圖3為板栗原淀粉顆粒的X射線衍射圖譜，板栗原淀粉其衍射峰位置在15、17、20、23 °左右，在17 °附近出現(xiàn)最強峰。參照文獻［17］的方法，可準確劃分為微晶、亞微晶、非晶3種衍射區(qū)。

圖3 板栗原淀粉X射線衍射曲線

2．3．2 不同壓力和不同時間處理的板栗淀粉晶體特性

板栗原淀粉在不同壓力條件下分別處理20 min和30 min后，經X－粉末衍射分析，結果如圖4所示。由圖4可知，當處理時間為20 min時，樣品在15．5、17、23 °左右有明顯吸收峰，隨著壓力增大，17 °衍射峰變?yōu)?個小峰，峰強度變弱;23°峰先變強，到壓力為0．15 MPa時又變弱。當處理時間為30 min時，樣品在15．5、23°左右有明顯吸收峰，16 °和19 °左右2個小峰逐漸變弱至幾乎平坦。另外，15．5、23°的吸收峰明顯比20 min時的樣品減弱，說明處理時間增大時，晶體區(qū)面積減小，淀粉中的晶體含量降低。由圖3對比可知，壓力處理后的樣品相比于原淀粉，其結晶區(qū)面積明顯減小，相同壓力處理時間越長其結晶區(qū)面積越小。

圖4 板栗淀粉不同壓力，不同時間條件下X衍射曲線

2．3．3 不同水分條件下處理的板栗淀粉晶體特性

在0．10 MPa下處理30 min，不同水分含量的板栗淀粉顆粒的X射線衍射圖和晶體含量如圖5所示。板栗淀粉體系中料液比為1∶1時，在15．5、17、18、23°左右有明顯吸收峰，其中23°峰為最強峰，隨著體系中水分含量的升高，15、18、23°峰消失，并在20°左右出現(xiàn)較小峰，當料液比為1∶8，所有峰都趨于平坦，晶體區(qū)面積減小教明顯。由圖3對比可知，經壓力處理后體系中不同水分含量的樣品，其結晶區(qū)面積明顯減小，體系中水分含量越高，結晶區(qū)面積越小。

圖5 板栗淀粉不同水分條件下X衍射曲線

2．3．4 不同壓力板栗淀粉晶體特性分析

圖6為料液比1∶2，在不同壓力條件下處理30 min時的板栗淀粉顆粒的X射線衍射曲線。由圖6可以看出，隨著壓力增大，17°峰仍保留，沒有明顯新峰出現(xiàn)。壓力增大，晶體區(qū)面積減小。由圖3對比可知，經壓力處理后的樣品，其結晶區(qū)面積明顯減小，相同條件下壓力越大，結晶區(qū)面積越小。

圖6 板栗淀粉不同壓力條件下X衍射曲線

3 結論

3．1 板栗淀粉在高壓處理條件下，顆粒形態(tài)發(fā)生改變，當壓力為0．15 MPa時，淀粉顆粒表面從出現(xiàn)泡狀凸起至泡狀凸起破裂成孔洞甚至淀粉顆粒破損。說明壓力對板栗淀粉顆粒的形態(tài)改變有一定的影響。板栗淀粉在高壓和水分兩個條件共同作用下，顆粒形態(tài)變化趨勢明顯，當料液比達到1∶1時，淀粉顆粒破裂，出現(xiàn)碎片;當壓力增至0．15 MPa時，淀粉顆粒崩潰并完全碎裂。說明在壓力處理過程中，水分含量對淀粉顆粒形態(tài)的變化影響較為顯著，這可能是因為淀粉在水分和高溫的條件下發(fā)生糊化，壓力和水分含量增大時，糊化的板栗淀粉逐漸溶化，支鏈淀粉全部分散開來成為膠體的緣故。

3．2 壓力對板栗淀粉溶解度有一定影響。當壓力達到0．15 MPa，時間為30 min時，溶解度為 0．63%。水分和壓力對板栗淀粉溶解度影響較大，溶解度隨著壓力和水分含量的增大有明顯的增大趨勢。在壓力為 0．15 MPa，料液比為 1∶8時溶解度達到12．58%。

3．3 板栗干淀粉在壓力一定時，隨著處理時間增大，晶體區(qū)面積明顯減小;板栗干淀粉隨著壓力增大，衍射峰強度降低，晶體區(qū)面積減小。當板栗淀粉中加入水分后進行高壓處理，隨著體系中水分含量增大，晶體區(qū)面積逐漸減小。

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Effects of Low－pressure Treatment on Physical and Chemical Properties of Chestnut Starch

Bai Li Zhou Yibin Chen Junfang Song Cen Zhang Jian Yang Bin
(Department of Food Science，Anhui Agricultural University，Hefei 230036)

With Dahongpao chestnut starch from Anhui as raw material，the changes of apparent form and crystal feature of the said chestnut were analyzed by a field scanning electron microscope and a light microscopy at different pressures and material－ water ratio．The results showed that chestnut starch granules easily swelled and broke along the increase of the pressure under the same time．Some starch granules ruptured when the pressure reached 0．05 MPa．Chestnut starch granules were much easier for rupture with the increases of water content，and some starch granules ruptured when the material－ water ratio reached 1∶1 and the pressure was only 0．05 MPa．In the solubility test，after being treated under different pressure and water content，the solubility of chestnut starch increased when the pressure increased;the solubility became higher when the pressure was constant and the water content was higher．And after being treated under different pressures and water contents，the chestnut starch presented the following crystal features:the pressure did not change the crystal type of the chestnut starch;when the pressure increased，the water content in the starch increased and the treatment time was prolonged，the crystal area of the chestnut starch reduced and the crystal content decreased．

chestnut starch，granular morphology，crystal property

TS231

A

1003－0174(2011)07－0039－05

安徽省自然科學基金(090411020)，安徽省高校自然科學基金(KJ20081317ZC)

2010－09－05

白麗，女，1985年出生，碩士，食品科學

周裔彬，男，1967年出生，教授，碩士生導師，食品化學