小利馬豆淀粉理化性質(zhì)的研究

楊秋歌 王 穎，2 崔雯雯 高金鋒 高小麗 馮佰利 王鵬科 王宏生

(西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院1，楊凌 712100)

(云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所2，昆明 650205)

(陜西省寧西縣林業(yè)局3，戶縣 710300)

利馬豆是豆科(Leguminosae)蝶形花亞科(Papilionoideae)菜豆族(Phaseoleae)菜豆屬(Phaseolus)植物中的一個(gè)栽培種，起源于墨西哥南部和中美洲，俗稱(chēng)洋扁豆［1］。利馬豆，外形像菜豆，乳白色，顆粒勻稱(chēng)，煮食味道鮮美，口感面、嫩、鮮，與各種煮食豆類(lèi)比較，入口潤(rùn)滑，口感佳，具特有的板栗般風(fēng)味。利馬豆?fàn)I養(yǎng)豐富，富含蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)中含多種氨基酸，并含有脂肪、纖維素和多種人體必需的微量元素。利馬豆與其他普通菜豆相似，為短日照作物，具有適應(yīng)性廣，抗逆性強(qiáng)，產(chǎn)量較高的特點(diǎn)。近年來(lái)，利馬豆在我國(guó)陜西、甘肅、寧夏和云南等地開(kāi)始引種栽培。淀粉是植物經(jīng)光合作用生成的多聚葡萄糖的天然高分子化合物，廣泛用于食品、造紙、紡織、精細(xì)化工、包裝材料等行業(yè)［2－3］。豆類(lèi)淀粉是淀粉四大來(lái)源之一，近年來(lái)綠豆淀粉、蕓豆淀粉、鷹嘴豆淀粉和蠶豆淀粉等豆類(lèi)淀粉在工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用。一般豆類(lèi)淀粉中直鏈淀粉含量較高，具有熱黏度高、凝膠透明度高、強(qiáng)度強(qiáng)等優(yōu)良性能，是制備粉絲、粉皮等的良好原料［4］。黃智慧等［5］采用水磨法制備淀粉，對(duì)花蕓豆淀粉顆粒、糊及其凝膠等特性進(jìn)行了研究測(cè)定。許鑫等［6］采用水磨法制備淀粉，對(duì)綠豆淀粉和蕓豆淀粉的顆粒形態(tài)及大小、溶解度、膨潤(rùn)力、透光率、糊化特性、老化特性等理化性質(zhì)差異進(jìn)行了比較研究。徐向東等［7］研究測(cè)定了小紅豆淀粉顆粒、糊及其凝膠等特性。Ancona等［8］對(duì)小利馬豆淀粉理化特性和功能特性進(jìn)行了初步探討，但是有關(guān)小利馬豆淀粉理化性質(zhì)的深入系統(tǒng)研究報(bào)道較少。本研究通過(guò)對(duì)小利馬豆淀粉顆粒進(jìn)行掃描電鏡觀察，淀粉糊的透明度、溶解度和膨脹度、凍融穩(wěn)定性、糊化特性等理化性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，并與玉米淀粉和馬鈴薯淀粉進(jìn)行對(duì)比，明確小利馬豆的淀粉特性，以期為小利馬豆的開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

小利馬豆由西北農(nóng)林科技大學(xué)小雜糧課題組提供，籽粒飽滿，色澤正常，用于淀粉提取。馬鈴薯淀粉和玉米淀粉樣品購(gòu)于當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)。

1.2 試驗(yàn)儀器

FW100型高速萬(wàn)能粉碎機(jī):天津泰斯特儀器有限公司;JSM－6360LV型掃描電子顯微鏡:日本電子株式會(huì)社;UVl240型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì):捷森科技發(fā)展有限公司;TDL－5－A型低速臺(tái)式大容量離心機(jī):上海安亭科學(xué)儀器廠;TA/XT2質(zhì)構(gòu)測(cè)試儀:英國(guó)SMSTA公司;快速黏度分析儀(RVA):澳大利亞Newsport Scientific儀器公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 淀粉制備的工藝流程

小利馬豆→粉碎→堿液浸泡→過(guò)篩→淀粉粗漿→離心→刮去黃褐色軟層→加等體積蒸餾水稀釋→淀粉乳→調(diào)pH 7.0→洗滌(等體積蒸餾水洗3次)→淀粉精漿→干燥(40℃)→小利馬豆淀粉

1.3.2 主要成分的測(cè)定

水分:直接干燥法測(cè)定(GB/T 12087—2008);蛋白質(zhì):凱氏定氮法測(cè)定(GB 5009.5—2010);粗脂肪:索氏提取法測(cè)定(GB/T 5009.6—2003);淀粉:酸水解法測(cè)定(GB/T 5009.9—2008);直鏈淀粉:碘比色法測(cè)定(GB/T 15683—2008);粗纖維:酸堿水解法測(cè)定(GB/T 5009.10—2003);灰分:灼燒法測(cè)定(GB 5009.4—2010)。

1.3.3 淀粉顆粒的掃描電子顯微鏡觀察

把雙面膠固定在樣品臺(tái)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(guò)短暫干燥后，用JSM－6360LV型掃描電子顯微鏡觀察并拍攝具有代表性的淀粉顆粒形貌。

1.3.4 淀粉糊的透明度

稱(chēng)取一定量的淀粉，加適量蒸餾水調(diào)成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉乳，在沸水浴中加熱20 min，使之充分糊化。待糊化完全后，加入蒸餾水保持到原有體積，然后冷卻至30℃。用分光光度計(jì)在620 nm下，以蒸餾水為空白，測(cè)定淀粉糊的透光率，以透光率表示透明度。

1.3.5 淀粉糊的凍融穩(wěn)定性

將糊化后質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.0%的淀粉糊冷卻至室溫，形成淀粉糊凝膠后放入－15℃冰箱中;24 h后取出，置于室溫下6 h，讓其自然解凍;其間觀察凝膠情況，如此反復(fù)多次，直至凝膠析出水或分層，記錄凍融次數(shù)［9］。

1.3.6 淀粉糊的凝沉性質(zhì)

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的淀粉糊，置于25 mL的具塞刻度試管中，在30℃下靜置，每隔一段時(shí)間記錄上層清液的體積，用清液的體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化來(lái)繪制曲線，從而表示淀粉糊的凝沉性［10］。

1.3.7 淀粉糊的溶解度與膨脹度

分別在90、80、70、60、50 ℃不同溫度水浴加熱并攪拌質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%的淀粉乳30 min，再以3 000 r/min離心20 min，分離上層清液，烘干稱(chēng)重為水溶淀粉質(zhì)量，計(jì)算溶解度，下層為膨脹淀粉部分，由膨脹淀粉質(zhì)量計(jì)算膨脹力。

1.3.8 淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)特性

淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.0%。在沸水浴中加熱并緩慢攪拌30 min，使淀粉充分糊化，冷卻至室溫，置于4℃冰箱中成膠24 h。凝膠質(zhì)構(gòu)特性采用英國(guó)Texture Analyzer測(cè)定，選用TPA模式，探頭為P/5，用探頭將凝膠壓縮至10 mm距離，兩次壓縮，探頭測(cè)前下降速度 1.0 mm/s，測(cè)試速度 0.5 mm/s［11］。

1.3.9 淀粉糊化特性

當(dāng)?shù)矸酆?20 g/kg時(shí)，稱(chēng)取樣品2.0 g，加蒸餾水 25.0 mL，50 ℃下保溫1 min，在3.7 min 內(nèi)升溫至95℃，保持2.5 min，然后在3.8 min內(nèi)冷卻至50℃，保持2 min，然后放入快速黏度測(cè)定儀中前10 s內(nèi)以960 r/min攪拌，之后的整個(gè)過(guò)程以160 r/min攪拌［12－16］。整個(gè)過(guò)程歷13 min，由 Thermal Cycle for Windows配套軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 小利馬豆淀粉的基本理化指標(biāo)

由表1可知，小利馬豆淀粉的蛋白質(zhì)、粗脂肪、灰分和粗纖維的含量高于馬鈴薯淀粉和玉米淀粉，尤其是直鏈淀粉含量和粗纖維含量較高。經(jīng)測(cè)定，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到淀粉分析測(cè)試要求:淀粉中蛋白質(zhì)﹤0.4%，灰分﹤0.3%，粗脂肪含量1%左右的標(biāo)準(zhǔn)［17］。

表1 淀粉的基本理化指標(biāo)/g/kg

2.2 淀粉顆粒電子掃描顯微鏡觀察

圖1為小利馬豆淀粉、馬鈴薯淀粉、玉米淀粉在1 200倍下的電鏡掃描(SEM)圖片。由圖1可知，小利馬豆淀粉顆粒大多為橢圓形，表面十分光滑，顆粒大小分布較不均勻;馬鈴薯淀粉顆粒較大，顆粒小的呈球形，顆粒較完整;玉米淀粉顆粒表面光滑，大多呈多角形，顆粒表面有多個(gè)表面和棱角。用電鏡標(biāo)尺對(duì)淀粉顆粒的粒徑進(jìn)行估測(cè)，小利馬豆淀粉顆粒的平均粒徑為18.36 μm，小于馬鈴薯淀粉顆粒，而較玉米淀粉顆粒大(表2)。

圖1 淀粉顆粒的SEM照片(1 200×)

表2 不同淀粉顆粒的粒徑/μm

2.3 小利馬豆淀粉糊的透明度

透光率反映了淀粉與水的互溶能力以及膨脹溶解能力［18］。淀粉糊的透光率越大，表明其透明度越好。馬鈴薯淀粉顆粒大、結(jié)構(gòu)松散，在熱水中能完全膨脹糊化，所以有很好的透明度;玉米的淀粉顆粒結(jié)構(gòu)緊密，糊化后仍有部分沒(méi)有完全膨脹糊化的顆粒狀淀粉存在，容易引起光折射，使得淀粉糊的透明性差［19］。由圖2可知，小利馬豆淀粉糊的透明度高于玉米淀粉，而低于馬鈴薯淀粉。

圖2 不同淀粉糊透明度

2.4 小利馬豆淀粉糊的凍融穩(wěn)定性

淀粉凝膠經(jīng)冷凍與融化處理后，它的膠體結(jié)構(gòu)遭到破壞，游離的水從中析出［20］。淀粉糊凍融穩(wěn)定性與淀粉顆粒的溶脹度、淀粉分子的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。不同種類(lèi)的淀粉糊或淀粉顆粒溶脹的方式不同，其脫水收縮的程度也不一樣［21］。馬鈴薯淀粉糊經(jīng)過(guò)3次凍融，才稍有水析出;玉米淀粉糊經(jīng)過(guò)一次凍融，稍有水析出;小利馬豆淀粉糊凍融一次后，便可觀測(cè)到凝膠體析出水分，可見(jiàn)小利馬豆淀粉糊的凍融性差，不太適宜冷凍食品的加工。

2.5 小利馬豆淀粉糊的凝沉性

由圖3可知，小利馬豆淀粉糊的凝沉速度較快，玉米淀粉糊次之，馬鈴薯淀粉糊凝沉較慢。在前2 h小利馬豆淀粉糊凝沉速度較快，在凝沉9 h后上清液體積趨于穩(wěn)定，不再發(fā)生凝沉現(xiàn)象。凝沉主要是由于直鏈淀粉分子間的結(jié)合形成較大的顆?；蚴鵂罱Y(jié)構(gòu)，當(dāng)體積增大到一定程度時(shí)，就形成了沉降［22］。馬鈴薯淀粉的凝沉性較弱，這是因?yàn)樗闹辨湹矸酆肯鄬?duì)較低，直鏈淀粉分子長(zhǎng)度大，淀粉糊的水合力較強(qiáng)，所以凝沉性弱;玉米淀粉糊中，淀粉分子通常以聚合起來(lái)的直鏈淀粉－類(lèi)脂體復(fù)合物的形式存在，這種絡(luò)合物水合力很弱，所以凝沉性強(qiáng);小利馬豆淀粉的直鏈淀粉含量高，淀粉糊的水合力較弱，所以凝沉性也較強(qiáng)［19］。

圖3 不同淀粉糊的凝沉曲線

2.6 小利馬豆淀粉糊的溶解度與膨脹度

由圖4可知，淀粉的溶解度均隨溫度的增大而增大，但小利馬豆淀粉的溶解度明顯小于馬鈴薯淀粉和玉米淀粉。與馬鈴薯和玉米淀粉相比，小利馬豆淀粉溶解度在80℃后增幅較大，可能是由于大顆粒較多，直鏈淀粉含量較高，加熱后顆粒破碎，溶出物較多。

圖4 不同溫度淀粉顆粒的溶解度

由圖5可知，小利馬豆淀粉糊的膨脹度與玉米和馬鈴薯淀粉變化趨勢(shì)一致，均隨溫度增大而增大。馬鈴薯淀粉糊膨脹度在70℃后迅速增長(zhǎng)，而小利馬豆淀粉和玉米淀粉的膨脹度增長(zhǎng)速度相對(duì)較緩。

圖5 不同溫度淀粉顆粒的膨脹度

淀粉糊的溶解度和膨脹度與淀粉顆粒大小、結(jié)構(gòu)有關(guān)。馬鈴薯淀粉顆粒大，顆粉內(nèi)部結(jié)構(gòu)較弱，并且含磷酸基的葡萄糖基較多，因此溶解度和膨脹度較高;玉米淀粉顆粒小，顆粉內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密，并且含較高的脂類(lèi)化合物，會(huì)抑制淀粉顆粒的膨脹和溶解，因此溶解度和膨脹度低［19］;小利馬豆淀粉的直鏈淀粉含量較高，因此溶解度和膨脹度也較低。

2.7 淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)特性

由表3可知，3種淀粉凝膠的硬度、粘聚性、膠著性和咀嚼性存在一定差異。其中小利馬豆淀粉凝膠的硬度顯著高于馬鈴薯和玉米淀粉，分別是馬鈴薯淀粉和玉米淀粉的2.0倍和2.95倍。玉米淀粉凝膠的粘聚性最高，但硬度、彈性、膠著性和咀嚼性都最低。表明小利馬豆淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性優(yōu)于馬鈴薯和玉米淀粉凝膠。

表3 淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性

2.8 淀粉糊化特性

由表4可知，小利馬豆淀粉糊化溫度低于馬鈴薯和玉米淀粉，說(shuō)明小利馬豆淀粉比馬鈴薯和玉米淀粉容易糊化。3種淀粉峰值黏度表現(xiàn)為小利馬豆＞馬鈴薯＞玉米，峰值黏度是由于淀粉顆粒吸水膨脹后糊液黏度增加所至。回生值越大，在一定程度上說(shuō)明淀粉糊越容易老化，3種淀粉中小利馬豆淀粉糊的破損值和回生值最大，表明小利馬豆淀粉結(jié)合水的能力最強(qiáng)、淀粉糊的冷熱穩(wěn)定性最差、冷卻形成的凝膠性最高，容易老化。這一特性可能與其淀粉的顆粒大小、直鏈淀粉含量較高、分子結(jié)構(gòu)和分子質(zhì)量分布等有關(guān)，具體機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

表4 淀粉的黏滯性RVA譜特征

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明，小利馬豆淀粉顆粒完整，大多為橢圓形，表面十分光滑，粒徑為 5.46 ～37.58 μm，平均為18.36 μm。小利馬豆淀粉中直鏈淀粉含量較高，約是馬鈴薯的2.0倍。

小利馬豆淀粉糊的透明度為30.89%，高于玉米淀粉糊而低于馬鈴薯淀粉糊，其淀粉糊凝沉作用強(qiáng)于馬鈴薯淀粉糊和玉米淀粉糊;小利馬豆淀粉糊的溶解度和膨脹度隨溫度的升高而增大，但凍融穩(wěn)定性較差。

與玉米淀粉，馬鈴薯淀粉相比，小利馬豆淀粉凝膠的硬度、彈性、膠著性和咀嚼性較高，凝膠質(zhì)構(gòu)特性較優(yōu)。小利馬豆淀粉的糊化溫度較低，為63.60℃，易糊化，淀粉糊的最終黏度是馬鈴薯淀粉糊的2.12倍，是玉米淀粉糊的2.43倍，但破損值大，其熱糊穩(wěn)定性差，回生值大，冷糊穩(wěn)定性差，易老化。小利馬豆淀粉具有獨(dú)特的理化性質(zhì)，可作為食品工業(yè)開(kāi)發(fā)利用的新資源。

志謝:陜西省小雜糧產(chǎn)業(yè)技術(shù)系項(xiàng)目資助。

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