蕓豆淀粉理化特性研究

杜雙奎 王 華 聶麗潔

(西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，楊凌 712100)

蕓豆淀粉理化特性研究

杜雙奎 王 華 聶麗潔

(西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，楊凌 712100)

淀粉是蕓豆中的主要碳水化合物，其性質(zhì)直接影響蕓豆資源的開發(fā)與利用。以花蕓豆、小紅蕓豆、紅蕓豆、小黑蕓豆和小白蕓豆等菜豆屬蕓豆為試驗(yàn)材料，采用濕磨法提取淀粉，以馬鈴薯淀粉和玉米淀粉為對照，分析蕓豆淀粉的顆粒特性與糊化特性。結(jié)果表明，5種蕓豆淀粉顆粒形貌相似，大淀粉顆粒多為卵圓形或腎形，小顆粒多呈圓形，淀粉顆粒長軸粒徑介于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉之間。淀粉顆粒偏光十字多為較粗的“X”形或斜“十”形，較明顯。蕓豆淀粉溶解度和膨脹度均隨溫度升高而增大，屬限制型膨脹淀粉。蕓豆淀粉的透光度明顯小于馬鈴薯淀粉，凍融穩(wěn)定性不及玉米淀粉和馬鈴薯淀粉。蕓豆淀粉起糊溫度、峰值黏度、破損值、最終黏度和回生值分別為76．6～77．8℃、117．3～150．9 RVU、5．0～32．0 RVU、205．1～225．2 RVU和91．9～104．2 RVU。蕓豆淀粉糊表現(xiàn)出好的熱穩(wěn)定性、抗剪切，易回生。

蕓豆 蕓豆淀粉 理化特性

蕓豆，又名菜豆，豆科菜豆屬(Phaseolus vulgaris L．)。蕓豆原產(chǎn)美洲的墨西哥和阿根廷，我國在16世紀(jì)末開始引種栽培，主要有紅蕓豆、大白蕓豆、花蕓豆等多個(gè)品種。蕓豆籽粒不僅營養(yǎng)豐富，而且具有藥用價(jià)值，在國內(nèi)外市場上深受歡迎［1－2］。近年來，隨著人們生活水平的提高、保健意識(shí)的增強(qiáng)，以雜豆為原料的各種精制食品、方便食品及營養(yǎng)食品應(yīng)運(yùn)而生，并呈現(xiàn)迅速增長態(tài)勢。淀粉是雜豆中的主要碳水化合物，其性質(zhì)直接影響雜豆制品的加工特性。目前，有關(guān)綠豆淀粉、鷹嘴豆淀粉、蠶豆淀粉、扁豆淀粉等雜豆淀粉加工特性研究及應(yīng)用已有報(bào)道［3－7］。淀粉理化特性影響食品的品質(zhì)，如硬度、黏稠度、咀嚼度和消化特性等，淀粉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)［8］。本研究以花蕓豆、小紅蕓豆、紅蕓豆、小黑蕓豆和小白蕓豆為材料，采用濕磨法提取淀粉，分析5種蕓豆淀粉的顆粒特性和糊化特性，旨在為蕓豆資源的開發(fā)和利用提供基礎(chǔ)理論依據(jù)，對蕓豆淀粉的深加工起指導(dǎo)作用。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料

花蕓豆、小紅蕓豆、紅蕓豆、小黑蕓豆、小白蕓豆:市售;馬鈴薯淀粉和玉米淀粉:Sigma公司。

1．2 試驗(yàn)儀器

JSM－6360LV型掃描電子顯微鏡:日本電子株式會(huì)社;快速黏度分析儀RVA:澳大利亞Newport Scientific儀器公司;FW100高速萬能粉碎機(jī):天津泰斯特儀器有限公司;DMBA400數(shù)碼顯微鏡:麥克奧迪實(shí)業(yè)集團(tuán)中國有限公司;SHA－C恒溫振蕩水浴鍋:常州國華電器有限公司;TDL－5－A低速臺(tái)式大容量離心機(jī):上海安亭科學(xué)儀器廠等。

1．3 試驗(yàn)方法

1．3．1 蕓豆淀粉的提?。?］

取蕓豆各50 g，用水漂洗3次，除去表面灰塵。加入150 mL 0．45%Na2S2O5溶液浸泡，放置過夜，用微型攪拌機(jī)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450 mL NaCl溶液和50 mL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，離心，重復(fù)洗滌數(shù)次，洗除甲苯。取下層沉淀物－淀粉于32℃下干燥48 h。干燥后的淀粉過100目篩，裝入自封袋中備用。

1．3．2 顆粒形貌觀察［8］

1．3．2．1 光學(xué)形貌觀察

以水和甘油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

將待測樣品均勻的固定在導(dǎo)電雙面膠的樣品臺(tái)面上，然后噴金處理。樣品保存于干燥器中，經(jīng)過短暫干燥后，置于掃描電子顯微鏡下并拍攝具有代表性的淀粉顆粒形貌。

1．3．3 淀粉溶解度(SA)與膨脹力(SP)［10］

稱取0．5 g(db)樣品，放入45 mL已知質(zhì)量的帶蓋離心管中，加入40 mL蒸餾水，振蕩后分別于50、60、70、80、90℃振蕩水浴30 min，振蕩速度120 r/min，取出冷卻至室溫，3 800 r/min離心20 min。倒出上清液，于130℃下干燥恒重后稱得溶出物質(zhì)量，同時(shí)稱取管中沉淀物質(zhì)量。

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。

1．3．4 透明度［8］

配制質(zhì)量濃度為0．01 kg/L淀粉乳，在沸水浴中加熱，攪拌30 min，并不時(shí)加入蒸餾水以保持淀粉糊的原有體積，然后冷卻到25℃。以蒸餾水為空白，在620 nm波長下，用分光光度計(jì)測淀粉糊的透光率。

1．3．5 凍融穩(wěn)定性［8］

配制質(zhì)量濃度為0．06 kg/L淀粉乳，在恒定震蕩下，快速加熱到95℃，保持30 min，再冷卻到25℃。將得到的凝膠在4℃下冷藏24 h(為了增加晶核)，再在 －18℃下冷凍24 h，然后在25℃下融解2 h，搖15 s后，3 000 r/min下離心20 min，去掉上清液，稱取沉淀物質(zhì)量，計(jì)算析水率，循環(huán)5次。由圖1可以看出，5種蕓豆淀粉顆粒多為腎形，少數(shù)為圓形，輪紋均較明顯，而且分布均勻，與扁豆淀粉輪紋形狀相似［8］。馬鈴薯淀粉多為卵形，少數(shù)為圓形，顆粒大小明顯大于其他淀粉顆粒，輪紋明顯。玉米淀粉顆粒多為多角形，輪紋不明顯。7種淀粉顆粒粒心比較明顯，其位置與淀粉來源、顆粒大小、顆粒形狀等不同有關(guān)。

不同來源的淀粉顆粒，其偏光十字的位置和形狀以及明顯程度有差別。白蕓豆淀粉偏光十字為比較明顯的“X”形，盲區(qū)較小;小黑蕓豆和玉米偏光十字多為斜“十”形，十字交叉點(diǎn)位于顆粒中央;花蕓豆偏光十字比較粗，為“X”形，有盲區(qū);小紅蕓豆、紅蕓豆偏光十字形狀不規(guī)則，有“X”形和斜“十”形2種，十字交叉點(diǎn)都位于顆粒中央;馬鈴薯淀粉偏光十字最明顯，十字交叉點(diǎn)位于顆粒的一端(圖1)。

式中:I為析水率/%;m1為淀粉糊質(zhì)量/g;m2為沉淀物質(zhì)量/g。

1．3．6 淀粉糊化黏度特性［9］

淀粉質(zhì)量濃度為8%(W/W，db，總質(zhì)量為28 g)?？焖兖ざ确治鰞x測定參數(shù)設(shè)定:從50℃開始計(jì)時(shí)，以6℃/min速度升溫至95℃，保溫5 min;再以6℃/min速度冷卻到50℃，保溫2 min。攪拌子旋轉(zhuǎn)速度起初為960 r/min攪拌10 s，混勻物料，隨后轉(zhuǎn)速設(shè)置為160 r/min。

圖1 淀粉顆粒形貌和偏光十字照片(×400)

2 結(jié)果與分析

2．1 蕓豆淀粉顆粒形貌

2．1．1 光學(xué)形貌與偏光十字

圖1是蕓豆淀粉的顆粒光學(xué)形貌與偏光十字，

2．1．2 淀粉顆粒掃描電子顯微鏡觀察

由圖2可以看出，蕓豆淀粉中大多數(shù)淀粉顆粒表面光滑，大淀粉顆粒多呈卵圓形或腎形，小顆粒多呈圓形。蕓豆淀粉顆粒形狀與玉米淀粉明顯不同，與馬鈴薯淀粉相似，圓形顆粒少于馬鈴薯淀粉。利用電鏡標(biāo)尺估測的淀粉顆粒粒徑大小見表1，由表1可知，豆類淀粉粒徑范圍在4．25～41．49μm，長軸平均粒徑為20．04～25．33μm，介于玉米淀粉13．06 μm和馬鈴薯淀粉26．12μm之間，小紅蕓豆淀粉顆粒較小，花蕓豆淀粉顆粒最大。這與Hoover等［6］報(bào)道結(jié)果相近。

圖2 淀粉顆粒掃描電子顯微鏡照片(×1 200)

表1 淀粉顆粒粒徑范圍及長軸平均粒徑

2．2 蕓豆淀粉溶解度與膨脹度

不同來源淀粉的溶解度和膨脹度隨溫度變化曲線如圖3、圖4所示。由圖3可以看出，淀粉溶解度隨著溫度升高而增大。當(dāng)溫度低于60℃時(shí)，淀粉顆粒吸水膨脹不明顯，溶解度變化不大;當(dāng)溫度高于60℃，紅蕓豆淀粉與馬鈴薯淀粉吸水膨脹較快，其他幾種淀粉在高于70℃才較快膨脹。蕓豆淀粉均存在一個(gè)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［11］。蕓豆淀粉的溶解度低于馬鈴薯淀粉，與玉米淀粉接近，70℃后高于玉米淀粉。由圖4可以看出，除馬鈴薯淀粉外，其他淀粉的膨脹度隨溫度增大而增大。馬鈴薯淀粉膨脹度在低于70℃時(shí)隨溫度增加而增加，之后迅速降低，這是由于低質(zhì)量濃度的馬鈴薯淀粉乳加熱形成了穩(wěn)定的低黏度膠體溶液，膠體溶液被視為溶出物一并倒出，膨脹度降低。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［10］。淀粉的溶解和膨脹與淀粉顆粒的大小、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)［12］。

2．3 蕓豆淀粉透明度

淀粉糊透明度用淀粉糊的透光率來反映，透光率越高，表明淀粉糊的透明度越好，加工的淀粉產(chǎn)品亮度越高。由圖5可以看出，不同蕓豆淀粉透光率有差異，小紅蕓豆淀粉最低，紅蕓豆淀粉較高?；ㄊ|

圖5 不同蕓豆淀粉的透光率

豆淀粉的透光率與玉米淀粉接近(5．9%)，所有蕓豆淀粉透光率明顯小于馬鈴薯淀粉(78．0%)。淀粉分子結(jié)構(gòu)、直鏈淀粉含量是影響淀粉糊透明度的重要因素，直鏈淀粉含量越高，導(dǎo)致淀粉分子締合程度較大，其透光度越低［13］。馬鈴薯淀粉顆粒直鏈淀粉含量較低，其透光度遠(yuǎn)高于豆類淀粉。

2．4 蕓豆淀粉凍融穩(wěn)定性

不同淀粉的凍融穩(wěn)定性差異明顯(表2)。紅蕓豆和小白蕓豆淀粉凍融1次后析水率明顯高于其他淀粉，其余淀粉在凍融2次后析水率明顯升高。凍融5次后，不同淀粉析水率由大到小的順序?yàn)?小紅蕓豆＞小黑蕓豆＞紅蕓豆＞小白蕓豆＞花蕓豆＞玉米＞馬鈴薯。起初凝膠析水率高歸因于直鏈淀粉片段的結(jié)晶作用引起，后期的變化是由于支鏈淀粉發(fā)生部分可逆的結(jié)晶作用引起［14］。

2．5 蕓豆淀粉糊化特性

蕓豆淀粉的糊化黏度特征值見表3。

表3 淀粉糊化黏度特征值

由表3可以看出，蕓豆淀粉起糊溫度范圍為76．6～77．8℃，其中紅蕓豆淀粉最低，小白蕓豆淀粉最高。蕓豆淀粉的起糊溫度高于馬鈴薯淀粉，低于玉米淀粉。起糊溫度越小，表明淀粉越易吸水和膨脹，越易糊化，紅蕓豆淀粉起糊溫度最低，說明其所含的淀粉對膨脹和破裂的抵抗性較小，易于糊化。蕓豆淀粉的峰值黏度范圍為117．3～150．9 RVU，紅蕓豆淀粉最低，小紅蕓豆淀粉最高。破損值、最終黏度和回生值分別為5．0～32．0 RVU、205．1～225．2 RVU和91．9～104．2 RVU。蕓豆淀粉峰值黏度和破損值明顯低于馬鈴薯淀粉，與玉米淀粉接近。蕓豆淀粉的峰值黏度遠(yuǎn)低于馬鈴薯淀粉，與玉米淀粉峰值黏度相當(dāng)，淀粉峰值黏度受淀粉分子結(jié)構(gòu)的影響。蔡一霞等［15］研究表明，支鏈淀粉含短鏈部分的比例高，利于淀粉糊化，易形成較高的黏度和破損值。Tester and Morrison研究發(fā)現(xiàn)直鏈淀粉比支鏈淀粉對淀粉顆粒的膨脹有抑制作用，因此，直鏈淀粉含量低的淀粉顆粒膨脹較快，破損程度大［12］。最終黏度和回生值明顯高于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉，說明蕓豆淀粉糊具有較高的回生趨勢。淀粉糊化特性主要受顆粒膨脹、膨脹顆粒之間的摩擦、直鏈淀粉溶出、淀粉結(jié)晶度和淀粉組成的鏈長等影響［15－16］。紅蕓豆淀粉具有低的起糊溫度、峰值黏度、破損值以及回生值，表現(xiàn)出易糊化、抗剪切，不易回生的糊化加工特性，可用于湯和調(diào)味汁等食品［17］。

3 結(jié)論

3．1 蕓豆淀粉顆粒多為卵圓形，少數(shù)為圓形，輪紋較明顯。蕓豆淀粉顆粒的偏光十字多為較明顯的“X”形。5種蕓豆淀粉顆粒形貌類似，大多數(shù)表面光滑，大淀粉顆粒多呈卵圓形或腎形，小顆粒多呈圓形，粒徑介于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉之間。

3．2 蕓豆淀粉溶解度、膨脹度隨溫度升高而增大。蕓豆淀粉存在一個(gè)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。蕓豆淀粉的透光度明顯小于馬鈴薯淀粉。蕓豆淀粉凍融穩(wěn)定性不及玉米淀粉和馬鈴薯淀粉。

3．3 蕓豆淀粉的糊化溫度峰值黏度、破損值、最終黏度和回生值分別為76．6～77．8℃、150．9～117．3 RVU、5．0～32．0 RVU、205．1～225．2 RVU和91．9～104．2 RVU。蕓豆淀粉的起糊溫度高于馬鈴薯淀粉，低于玉米淀粉;峰值黏度和破損值顯著低于馬鈴薯淀粉，與玉米淀粉接近;最終黏度和回生值顯著高于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉。蕓豆淀粉糊具有較高的回生趨勢。

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Study on Physical and Chemical Properties of Kidney Bean Starch

Du Shuangkui Wang Hua Nie Lijie
(College of Food Science and Engineering，Northwest Agriculture and Forestry University，Yangling 712100)

Starch is the main carbohydrate in kidney beans，and its properties have a direct influence on the exploitation and utilization of kidney beans．Colored kidney beans，small red kidney beans，red kidney beans，black beans，and other phaseolus legumes have been selected as materials，and the starch is extracted through wet milling process．Besides，it analyzes particles'characteristics and pasting properties of kidney bean starch compared with potato starch and corn starch．The results showes that the features of the five kidney bean starch's particles are similar．Large starch particles are mostly oval or kidney shaped，and small particles are mostly round．Starch particles'long axis size is between that of corn starch and potato starch．Most of the polarization crosses are apparent and like thick“X”or inclined“十”shape．The solubility and dilation of kidney bean starch will increase when the temperature is increased．It belongs to restrictive swelling starch．Transparency of kidney bean starch is significantly less than potato starch's．Freeze －thaw stability of kidney bean starch is less than corn starch's and potato starch's．Pasting temperature，peak viscosity，breakdown，final viscosity and setback value of kidney bean starch are 76．6～77．8℃，117．3～150．9 RVU，5．0～32．0 RVU，205．1～225．2 RVU and 91．9～104．2 RVU 91．9～243．3 RVU．Pastes of kidney bean starch have showed the heat stability，shear capacity and high retrogradation trend．

kidney bean，kidney bean starch，physical and chemical properties

TS231．3

A

1003－0174(2012)08－0031－05

陜西省農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目(2012K02－14)

2011－10－17

杜雙奎，男，1972年出生，副教授，博士，食品科學(xué)