甘薯淀粉磷酸酯糊化特性研究

馬 龍，鄭桂富，王 凱，許 暉

(蚌埠學(xué)院生物與食品工程系，安徽蚌埠 233030)

甘薯淀粉磷酸酯糊化特性研究

馬 龍，鄭桂富，王 凱，許 暉

(蚌埠學(xué)院生物與食品工程系，安徽蚌埠 233030)

以甘薯淀粉為原料，與三偏磷酸鈉反應(yīng)，制得甘薯淀粉磷酸酯;并采用偏光顯微鏡、分光光度計、旋轉(zhuǎn)粘度計等現(xiàn)代分析儀器，對所生成不同取代度的淀粉磷酸酯糊化特性進行了較為詳細(xì)的研究。結(jié)果表明:甘薯淀粉磷酸酯糊化溫度升高，其冷熱粘度穩(wěn)定性、凍融穩(wěn)定性、耐鹽能力較原淀粉有所提高，但透明度、凝沉性與原淀粉相比無明顯優(yōu)勢;取代度的變化對這些性能有顯著的影響。

甘薯淀粉，淀粉磷酸酯，取代度，糊化特性

淀粉磷酸酯是原淀粉與磷酸化劑發(fā)生反應(yīng)，淀粉醇羥基與磷酸根中的兩個酸性官能團形成分子間或分子內(nèi)二醚鍵或酯鍵而交聯(lián)所得到的一種變性淀粉產(chǎn)品，為淀粉磷酸二酯，這種鍵合作用能使兩個或兩個以上的淀粉分子“架橋”而形成多維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。研究表明，較低程度的交聯(lián)即可顯著改變其淀粉糊液的特性，淀粉磷酸酯取代度不同，其糊特性差異也較大［1－4］。不同取代度的淀粉磷酸酯作為食品工業(yè)中良好的乳化劑、增稠劑、穩(wěn)定劑和凍融過程的保型劑，廣泛用于飲料、冷凍食品、面制品以及肉制品的生產(chǎn)中，為食品體系提供某些特殊要求性質(zhì)［5－8］。淀粉應(yīng)用于食品中一般都需要經(jīng)歷糊化過程，故糊化特性是淀粉應(yīng)用的基本性質(zhì)，對淀粉的加工利用具有重要意義。目前，關(guān)于甘薯淀粉磷酸酯制備工藝、結(jié)構(gòu)表征及理化性質(zhì)方面的研究較多，而對于其糊化特性的研究則涉及較少。本文以甘薯淀粉為原料，三偏磷酸鈉為交聯(lián)劑，在水分散體系中進行交聯(lián)反應(yīng)而制得甘薯淀粉磷酸酯，在此基礎(chǔ)上，研究不同取代度的甘薯淀粉磷酸酯糊的糊化特性，旨在為甘薯淀粉的進一步應(yīng)用和甘薯淀粉磷酸酯在食品工業(yè)中的使用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

甘薯淀粉 安徽省鳳陽縣綠源實業(yè)有限公司;三偏磷酸鈉 食品級;碳酸鈉、蔗糖、氯化鈉 均為分析純。

OLYMPUS－CX41多功能顯微鏡 日本;NDJ－4旋轉(zhuǎn)式粘度計 上海精密科學(xué)儀器有限公司;752紫外可見分光光度計 上海菁華科技儀器有限公司; PHS－25酸度計 上海雷磁儀器廠;501－A超級數(shù)顯恒溫水浴鍋 上海浦東榮豐科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 變性淀粉的制備 稱取160g甘薯原淀粉，混入325m L蒸餾水中，其中溶有3.3g三偏磷酸鈉，用5mol/L碳酸鈉溶液將原淀粉乳的pH調(diào)整至10.2，加熱淀粉乳至50℃，在攪拌狀態(tài)下進行交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，過濾，水洗pH至6.7，干燥得到產(chǎn)品［9］。

1.2.2 變性淀粉取代度(DS)的測定 按照文獻(xiàn)［10］采用磷鉬藍(lán)法。

1.2.3 糊化溫度的測定 稱取一定量的甘薯淀粉磷酸酯樣品，加蒸餾水調(diào)制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的淀粉乳，置于不斷升溫的超級數(shù)顯恒溫水浴鍋中加熱糊化。取少量樣品于載玻片上，蓋上蓋玻片，放入OLYMPUS—CX41型多功能顯微鏡中，將顯微鏡調(diào)為偏光檔，此時即可觀察到淀粉顆粒的偏光十字。將視野中有2%淀粉顆粒的偏光十字消失時的溫度記作糊化的起始溫度，有98%淀粉顆粒的偏光十字消失時的溫度記作糊化終止溫度［11］。

1.2.4 糊冷熱粘度穩(wěn)定性的測定 稱取一定量的甘薯淀粉磷酸酯樣品，加蒸餾水調(diào)制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的淀粉乳，在超級數(shù)顯恒溫水浴鍋中從室溫開始均速升溫至95℃，用旋轉(zhuǎn)式粘度計分別測定95℃和95℃保溫30min后淀粉糊的粘度值，然后再均速冷卻至50℃并分別測定50℃和50℃保溫30m in后淀粉糊的粘度值，計算兩個溫度下保溫前后的粘度變化差值(Δμ)即為淀粉糊的冷熱粘度穩(wěn)定性［12－13］。

μt:保溫前粘度;μt*:保溫后粘度。

Δμ越小，說明淀粉糊粘度穩(wěn)定性越好，負(fù)值說明粘度下降。

1.2.5 糊透明度的測定 稱取一定量的甘薯淀粉磷酸酯樣品，加蒸餾水調(diào)制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的淀粉乳，置于沸水浴中加熱糊化，保溫20m in后冷卻至25℃，保持體積不變。在分光光度計上，以蒸餾水為空白，用1cm比色皿于520nm波長處測定淀粉糊透光率;淀粉糊在25℃下靜置12h后，再次測定其透光率，以考察其在靜置過程中透明度的變化情況［14］。透光率越大，說明淀粉糊透明度越高。

1.2.6 糊凍融穩(wěn)定性的測定 稱取一定量的甘薯淀粉磷酸酯樣品，加蒸餾水調(diào)制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的淀粉乳，置于沸水浴中加熱糊化，保溫20min后冷卻至25℃，保持體積不變。取適量淀粉糊置于塑料杯中，加蓋放入－15℃的冰箱內(nèi)，冷凍24h后取出，室溫下自然解凍，觀察糊的穩(wěn)定狀況，然后再放入冰箱反復(fù)冷凍、解凍直至糊的膠體結(jié)構(gòu)破壞(即有清水析出或變成海綿狀)為止，記錄凍融次數(shù)，即為淀粉糊的凍融穩(wěn)定性［15］。凍融次數(shù)越多，說明淀粉糊凍融穩(wěn)定性越好。

1.2.7 糊凝沉性的測定 稱取一定量的甘薯淀粉磷酸酯樣品，加蒸餾水調(diào)制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉乳，置于沸水浴中加熱糊化，保溫20m in后冷卻至25℃，保持體積不變。將100m L的淀粉糊放入有刻度的100m L帶蓋量筒中，搖勻、靜置，每隔一段時間記錄一次上層清液的體積或沉降物的體積，以m L表示，計算清液體積百分率，即為淀粉糊的凝沉性［16］。清液體積百分率越大，說明淀粉糊凝沉性越強。

1.2.8 糊耐鹽能力的測定 稱取一定量的甘薯淀粉磷酸酯樣品，加蒸餾水調(diào)制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的淀粉乳，加氯化鈉使氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%，置于沸水浴中加熱糊化，保溫20m in后冷卻至25℃，用旋轉(zhuǎn)式粘度計測定其粘度，計算粘度變化百分率，即為淀粉糊的耐鹽能力［17］。粘度變化百分率越小，說明淀粉糊耐鹽能力越強，負(fù)值說明粘度下降。

1.2.9 糊耐糖能力的測定 稱取一定量的甘薯淀粉磷酸酯樣品，加蒸餾水調(diào)制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的淀粉乳，加蔗糖使蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%，置于沸水浴中加熱糊化，保溫20m in后冷卻至25℃，用旋轉(zhuǎn)式粘度計測定其粘度，計算粘度變化百分率，即為淀粉糊的耐糖能力［17］。粘度變化百分率越小，說明淀粉糊耐糖能力越強，負(fù)值說明粘度下降。

2 結(jié)果與討論

2.1 甘薯淀粉磷酸酯的糊化溫度

由于淀粉顆粒內(nèi)部存在著分子鏈有序排列的結(jié)晶區(qū)和分子鏈無序排列的無定形區(qū)兩種不同的結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)在密度和折射率上都存在差別，使得淀粉顆粒在偏振光通過時具有雙折射現(xiàn)象，在偏光顯微鏡下觀察可以看到偏光十字。當(dāng)?shù)矸垲w粒在熱水中吸水膨脹時，淀粉顆粒內(nèi)部淀粉分子鏈有序排列的結(jié)晶結(jié)構(gòu)便遭到破壞，從而使偏光十字消失，因此可以利用偏光顯微鏡來檢測淀粉顆粒的糊化過程。甘薯淀粉磷酸酯糊化前在偏光顯微鏡下的形態(tài)見圖1。

圖1 甘薯淀粉磷酸酯的偏光顯微鏡照片(×400)Fig.1 The polarized lightmicrograph of sweet potato starch phosphoric ester(×400)

甘薯原淀粉及其淀粉磷酸酯的糊化溫度的測定結(jié)果見表1。

表1 甘薯原淀粉及其淀粉磷酸酯的糊化溫度Table 1 The pasting temperature of sweet potato starch and its phosphoric ester

從表1可以看出，甘薯原淀粉變性后糊化溫度有所升高，且隨著產(chǎn)品取代度的增大，糊化溫度進一步升高。這是由于原淀粉變性后，交聯(lián)化學(xué)鍵比氫鍵穩(wěn)定性增強，淀粉顆粒結(jié)構(gòu)強度變大，不易在水和熱條件下斷裂。

2.2 甘薯淀粉磷酸酯糊的冷熱粘度穩(wěn)定性

甘薯原淀粉及其淀粉磷酸酯糊的冷熱粘度穩(wěn)定性測定結(jié)果見表2。

表4 甘薯原淀粉及其淀粉磷酸酯糊的凍融穩(wěn)定性Table 4 The freeze－thaw stability of sweet potato starch and its phosphoric ester

從表2可看出，在95℃和50℃下保溫30min后，甘薯淀粉磷酸酯糊的粘度變化較小，與原淀粉相比，其具有更好的熱糊和冷糊的粘度穩(wěn)定性;并且取代度越大，粘度穩(wěn)定性越好。這一現(xiàn)象說明酯鏈的形成可以在很大程度上減少淀粉分子鏈的斷裂或淀粉分子間氫鍵的斷開，使淀粉分子基本保持其原結(jié)構(gòu)，在高溫條件下淀粉顆粒溶脹但不破碎。

另外，從表2還可以看出，甘薯淀粉磷酸酯糊在高溫下粘度降低，這為其在工廠生產(chǎn)中以淀粉糊的形式輸送操作提供便利;同時隨著溫度的降低，甘薯淀粉磷酸酯糊的粘度回升較快，基本達(dá)到了原淀粉的粘度，這為其在食品中充當(dāng)增稠劑和穩(wěn)定劑提供了廣闊的空間。

2.3 甘薯淀粉磷酸酯糊的透明度

甘薯原淀粉及其淀粉磷酸酯糊的透明度測定結(jié)果見表3。

表3 甘薯原淀粉及其淀粉磷酸酯糊的透明度Table 3 The clarity of sweet potato starch and its phosphoric ester

從表3可以看出，甘薯原淀粉酯化得到的淀粉磷酸酯，其糊的透明度有所下降，且取代度越大，其糊的透明度越低;放置12h后，糊的透明度均略有降低。取代度的提高使淀粉分子間的鍵合作用變大，相對分子量增大，分子間強度增強，抑制了淀粉磷酸酯顆粒的溶脹和糊化，使淀粉酯顆粒不能吸收足夠的水而膨脹，減少了光的透射量，引起較強的光散射，從而導(dǎo)致糊透光率的降低。

2.4 甘薯淀粉磷酸酯糊的凍融穩(wěn)定性

甘薯原淀粉及其淀粉磷酸酯糊的凍融穩(wěn)定性測定結(jié)果見表4。

從表4可以看出，在所研究的取代度范圍內(nèi)，甘薯淀粉磷酸酯的凍融穩(wěn)定性比其原淀粉得到提高，且以取代度為5.81×10－3的變性淀粉凍融穩(wěn)定性最好;隨著取代度的增加，淀粉磷酸酯凍融次數(shù)增加，凍融穩(wěn)定性提高，當(dāng)取代度繼續(xù)增加時，冷融次數(shù)反而下降。原淀粉發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)引入磷酸酯基團后，一方面親水性增強，冷凍期間阻礙凝膠析出游離水，另一方面分子間的空隙障礙增大，同時存在靜電斥力，阻礙了淀粉分子空間上的定向排列以及分子之間形成氫鍵，因此能夠阻止淀粉糊的老化，從而保持糊狀結(jié)構(gòu)特性，使糊的凍融穩(wěn)定性提高;但是，取代度過大時，交聯(lián)反應(yīng)對淀粉糊化的抑制作用變得明顯，使淀粉分子的水化程度減弱，從而使淀粉糊的凍融穩(wěn)定性減小。

2.5 甘薯淀粉磷酸酯糊的凝沉性

甘薯原淀粉及其淀粉磷酸酯糊的凝沉性測定結(jié)果見圖2。

圖2 甘薯原淀粉及其淀粉磷酸酯糊的凝沉性Fig.2 The retrogradation of sweet potato starch and its phosphoric ester

從圖2可看出，隨著靜置時間的延長，各種淀粉糊均不斷析出清液，6h后基本達(dá)到穩(wěn)定;甘薯淀粉磷酸酯凝沉性大于其原淀粉，且取代度越大，凝沉性越強。這是由于高取代度的淀粉分子被交聯(lián)化學(xué)鍵交聯(lián)一起，分子比重增加，親水性減弱，容易凝沉。

表5 甘薯原淀粉及其淀粉磷酸酯糊的耐鹽能力(%)Table 5 The salt tolerance of sweet potato starch and its phosphoric ester(%)

表6 甘薯原淀粉及其淀粉磷酸酯糊的耐糖能力(%)Table 6 The sucrose tolerance of sweet potato starch and its phosphoric ester(%)

2.6 甘薯淀粉磷酸酯糊耐鹽能力

甘薯原淀粉及其淀粉磷酸酯糊的耐鹽能力測定結(jié)果見表5。

從表5可以看出，加入氯化鈉后甘薯原淀粉及其淀粉磷酸酯的糊粘度均有一定程度的變化，但是與原淀粉相比，甘薯淀粉磷酸酯糊的變化幅度相對較小，說明淀粉變性后耐鹽能力提高，且隨著取代度的增大，淀粉糊的粘度變化百分率減小，淀粉糊的耐鹽能力進一步提高。這是由于氯化鈉為電解質(zhì)，加入氯化鈉后降低了水分活度，影響了原淀粉分子與水分子間的相互作用，因而阻礙了原淀粉的糊化性能，同時原淀粉糊回生速度加快，原淀粉不穩(wěn)定性加劇;原淀粉中引入磷酸基團后，特別是隨著取代度的增加，使淀粉磷酸酯中磷酸根增多，與磷酸根作用的鈉離子與氯離子也增加，減小了鈉離子與氯離子對糊化性能的影響，所以淀粉糊的耐鹽能力提高。

2.7 甘薯淀粉磷酸酯糊耐糖能力

甘薯原淀粉及其淀粉磷酸酯糊的耐糖能力測定結(jié)果見表6。

從表6可以看出，加入蔗糖后甘薯原淀粉及其淀粉磷酸酯的糊粘度均有所增加，但總體變化趨勢未有太大改變，可能由于本實驗中蔗糖溶液濃度較低，對淀粉粘度影響不大，粘度的增加僅僅是由于蔗糖本身的增稠作用所造成的。

3 結(jié)論

通過磷酸酯化變性處理，甘薯淀粉磷酸酯可以適當(dāng)改變甘薯淀粉糊的品質(zhì)特性，雖然透明度有所降低，凝沉性增強，但具有較好的冷熱粘度穩(wěn)定性、較低的熱糊粘度、較高的冷糊粘度、良好的凍融穩(wěn)定性以及較強的耐鹽能力。研究結(jié)果表明，甘薯淀粉磷酸酯具有很好的食品加工特性，可作為增稠劑、凝膠劑和填充劑等廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)中，特別是在冷飲和冷凍食品中使用效果更佳。

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Study on gelatinization properties of sweet potato starch phosphoric ester

MA Long，ZHENG Gui－fu，WANG Kai，XU Hui
(Department of Biology and Food Engineering，Bengbu College，Bengbu 233030，China)

Sweet potato starch phosphoric esterwas p repared w ith sweet potato starch as raw materialand sod ium trimetaphosphate.The gelatinization p roperties of starch phosphoric ester was stud ied in detail by polarizing m ic roscopy，spectrophotometer and circumvolution viscosity analyzer and so on.The results indicated that sweet potato starch phosphoric ester showed higher pasting tem perature，stability of hot and cold viscosity，stability of freeze－thaw and higher salt tolerance，while the transparency，settlem ent，and retrog radation of mod ifed starch showed sim ilar to that of raw starch，and the deg ree substitution has a significant effec t on the p roperties.

sweet potato starch;starch phosphoric ester;degree of substitution;gelatinization p roperty

TS235.2

A

1002－0306(2012)12－0147－04

2012－02－01

馬龍(1979－)，男，碩士，講師，研究方向:農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏工程。

安徽省高等學(xué)校省級食品科學(xué)與工程特色專業(yè)建設(shè)點資助(20101091);安徽省食品科學(xué)與工程教學(xué)團隊項目資助(20101094)。