糖醇對(duì)甘薯淀粉理化性質(zhì)的影響

南 沖 熊 柳 孫慶杰 楊?yuàn)檴?/p>

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，青島 266109)

甘薯(Ipomoea batatas LAM)，又名紅薯、番薯、地瓜、山芋、紅苕等，為旋花科塊根類作物，是我國(guó)重要的糧食、飼料和工業(yè)原料，在我國(guó)的種植面積約660萬(wàn)公頃，僅次于水稻、小麥和玉米，居第4位［1－3］。目前對(duì)于甘薯除了傳統(tǒng)的蒸、煮、烤等直接使用外，各種休閑食品如:甘薯果醬、甘薯果脯、甘薯糕及糖漬甘薯食品和甘薯糖果類等越來(lái)越受到廣大消費(fèi)者的喜愛(ài)，但是，這些食品，由于含糖量多，熱量高，不適宜糖尿病、肥胖癥等患者食用。因此，用低糖、低熱量和功能性糖來(lái)替代蔗糖在甘薯制品中的應(yīng)用具有相當(dāng)重要的意義。

糖醇是指糖(包括四碳糖、五碳糖、六碳糖或其聚合體)的還原性羰基經(jīng)過(guò)加氫后生成的一類多元醇，具有低熱量，防齲齒，不會(huì)引起血糖的升高，促進(jìn)腸道內(nèi)雙歧桿菌增殖，改善腸道功能等功能，以糖醇作為食糖的替代品被廣泛應(yīng)用于焙烤、糖果、飲料、果脯等食品工業(yè)中。糖醇雖然不是糖，但具有某些糖的屬性，不論外觀和性能均和食糖有不少相似之處，如糖醇外觀是白色粉狀，液體產(chǎn)品也和糖漿相似。大部分糖醇都有一定甜味、吸濕性和較高的耐熱性，宜于制造松軟性食品，如蛋糕、面包等。除半乳糖醇外，大部分糖醇在水中的溶解性都很好，可以作為甜食品原料制取果脯、糕點(diǎn)和飲料。

甘薯是一種富含淀粉的作物，淀粉含量高達(dá)30%左右，因此，甘薯淀粉的理化性質(zhì)嚴(yán)重影響甘薯的加工應(yīng)用。目前，糖類、鹽類及膠類等對(duì)于甘薯淀粉性質(zhì)影響的研究較多，M H Lee［4］研究了海藻酸鈉、瓜爾膠、阿拉伯膠、刺槐豆膠和黃原膠等9種多糖膠體在反復(fù)凍融處理過(guò)程中對(duì)甘薯淀粉凝沉的抑制效果，結(jié)果表明:海藻酸鈉、瓜爾膠和黃原膠抑制淀粉凝沉的效果最明顯。高群玉等［5］在甘薯淀粉糊性質(zhì)的研究中，測(cè)定了甘薯淀粉在不同濃度、pH、食糖、鹽和硬脂酸條件下對(duì)甘薯淀粉糊黏度曲線的影響，結(jié)果指出添加蔗糖、NaCl和硬脂酸都增加甘薯淀粉糊黏度的熱穩(wěn)定性和冷湖黏度，但是降低了峰值黏度。李光磊等［6］在不同食品成分對(duì)紅薯淀粉糊黏度特性的影響中指出，NaCl使紅薯淀粉糊的峰值黏度下降，蔗糖則使紅薯淀粉糊的峰值黏度升高，二者均能增強(qiáng)淀粉糊的回生性。但是，國(guó)內(nèi)外對(duì)于糖醇對(duì)淀粉性質(zhì)影響的研究較少，Y－R Kim等［7］利用核磁共振研究了糖和糖醇對(duì)玉米淀粉凝膠冷凍性質(zhì)的影響。M H Beak等［8］研究了糖和糖醇對(duì)于玉米淀粉凝膠熱力學(xué)穩(wěn)定性的影響，得出了不同的糖和糖醇對(duì)玉米淀粉凝膠熱力學(xué)穩(wěn)定性影響是不同的，糖和糖醇均促進(jìn)了支鏈淀粉的重結(jié)晶，糖醇比相應(yīng)的糖更容易使得淀粉老化。糖醇對(duì)于紅薯淀粉性質(zhì)的影響未見(jiàn)報(bào)道，因此本研究以甘薯淀粉為原料，研究了麥芽糖醇、赤蘚糖醇和木糖醇對(duì)甘薯淀粉溶脹度、可溶指數(shù)、糊化特性以及質(zhì)構(gòu)特性的影響，以期為糖醇替代蔗糖生產(chǎn)低糖、低熱量、功能性甘薯和甘薯淀粉制品提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

甘薯淀粉:青島海達(dá)爾淀粉有限公司;麥芽糖醇、赤蘚糖醇、木糖醇:山東福田糖醇有限公司。

1.2 試驗(yàn)儀器

Anke TDL－40B型離心機(jī):上海安亭科學(xué)儀器廠;DHG－9070A型恒溫干燥箱:上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;Sartorius電子天平:北京賽多利斯天平有限公司;紅外水分測(cè)定儀:北京賽多利斯天平有限公司;電熱恒溫水浴鍋:龍口市先科儀器公司;TAXT.Plus物性測(cè)定儀:英國(guó) Stable Micro Systems公司;Newport－4D快速黏度分析儀(RVA):澳大利亞新港公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 甘薯淀粉溶脹度、可溶指數(shù)的測(cè)定［9］

可溶指數(shù)=干燥物質(zhì)量/(糖醇質(zhì)量+淀粉質(zhì)量)×100%

溶脹度=沉淀物質(zhì)量/(糖醇質(zhì)量+淀粉質(zhì)量)×(1－可溶指數(shù))

1.3.2 甘薯淀粉糊化特性的測(cè)定［10］

采用快速黏度分析儀進(jìn)行測(cè)定，按糖醇與淀粉干基比是 0∶1、0.2∶1、0.5∶1、1∶1、2∶1、4∶1 分別稱取麥芽糖醇、赤蘚糖醇、木糖醇的量。溫度程序如下:淀粉漿先在50℃下平衡1 min，然后以12℃/min的速率加熱到95℃，在95℃保持2.5 min，再以相同的速率冷卻到50℃，最后在50℃保持2 min。攪拌葉片的轉(zhuǎn)速在前10 s為960 r/min，其他時(shí)間均為160 r/min。

1.3.3 甘薯淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

將RVA測(cè)定后的甘薯淀粉糊，在4℃下放置24 h，測(cè)定淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性。采用TA.XT plus物性儀對(duì)淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)進(jìn)行測(cè)定，主要參數(shù)為:運(yùn)行模式:Texture Profile Analysis(TPA);試驗(yàn)前速:1.00 mm/s;試驗(yàn)速度:1.00 mm/s;返回速度:5.00 mm/s;測(cè)試距離:30.00%;感應(yīng)力:Auto－10.0 g;數(shù)據(jù)取點(diǎn)數(shù):200 pps;探頭:HDP－LKB，探頭高度為30 mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 糖醇對(duì)甘薯淀粉溶脹度、可溶指數(shù)影響的結(jié)果

2.1.1 糖醇對(duì)甘薯淀粉溶脹度的影響

不同添加量的麥芽糖醇、赤蘚糖醇和木糖醇對(duì)甘薯淀粉溶脹度影響的結(jié)果分別見(jiàn)圖1～圖3。

近年來(lái)中國(guó)逐漸成為世界上最重要經(jīng)濟(jì)體之一，高鐵是我國(guó)在世界高端裝備制造業(yè)領(lǐng)域取得成功的代表性產(chǎn)業(yè)之一。隨著中國(guó)高鐵在世界上美譽(yù)度和知名度的提升，該產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了重要的國(guó)際化發(fā)展機(jī)遇。

由圖1～圖3可見(jiàn)，隨著加熱溫度的升高，各樣品的溶脹度增加;添加糖醇后，甘薯淀粉的溶脹度相對(duì)于未添加糖醇的甘薯原淀粉(對(duì)照)下降，且隨著糖醇添加量的增加，溶脹度顯著下降，這說(shuō)明麥芽糖醇、赤蘚糖醇和木糖醇這3種糖醇的加入均抑制了甘薯淀粉的溶脹。這是由于糖醇含有多個(gè)羥基，極易結(jié)合淀粉乳中的水分，相對(duì)地減少了淀粉溶脹的水分，且隨著糖醇添加量的增加，其結(jié)合水分越多，對(duì)于淀粉溶脹的抑制就越強(qiáng)。

2.1.2 糖醇對(duì)甘薯淀粉可溶指數(shù)的影響

不同添加量的麥芽糖醇、赤蘚糖醇和木糖醇對(duì)甘薯淀粉可溶指數(shù)影響的結(jié)果分別見(jiàn)圖4～圖6。

由圖3～圖6可以看出，各樣品均是隨著加熱溫度的升高，可溶指數(shù)呈上升趨勢(shì)，且隨著3種糖醇添加量的增加，可溶指數(shù)逐漸增大。這是由于糖醇溶于水，在水分充足時(shí)，糖醇添加量越多，溶于水中的越多。當(dāng)溫度低于75℃，可溶指數(shù)隨溫度上升，變化不明顯，但當(dāng)溫度高于75℃時(shí)，可溶指數(shù)顯著增加，且隨著3種糖醇添加量的增加，隨著溫度的升高，可溶指數(shù)的增加明顯降低，這說(shuō)明3種糖醇與水結(jié)合的添加明顯的抑制了直鏈淀粉的溶出，且隨著糖醇添加量的增多，抑制越明顯。這與Georgia等［11］的研究結(jié)果相似，他們指出糖醇的溶出與直鏈淀粉結(jié)晶的結(jié)構(gòu)有關(guān)，因?yàn)樘谴寂c直鏈淀粉之間形成氫鍵橋。

2.2 糖醇對(duì)甘薯淀粉糊化特性的影響

不同添加量的麥芽糖醇、赤蘚糖醇和木糖醇對(duì)甘薯淀粉糊化特性曲線及特征值影響的

結(jié)果分別見(jiàn)圖7～圖9和表1～表3。

圖9 不同添加量木糖醇對(duì)甘薯淀粉糊化特性影響的曲線圖

由圖7～圖9可以看出，麥芽糖醇、赤蘚糖醇和木糖醇在不同添加量下對(duì)甘薯淀粉糊化特性曲線的影響呈現(xiàn)一致性，即在測(cè)試初期，隨著加熱溫度的升高，淀粉顆粒開(kāi)始溶脹，黏度值上升，當(dāng)溶脹和多聚體逸出導(dǎo)致黏度增加與破裂和多聚無(wú)重新排列導(dǎo)致黏度降低之間達(dá)平衡時(shí)，黏度達(dá)最大值，即峰值黏度。峰值黏度顯示了淀粉或混合物結(jié)合水的能力。之后當(dāng)溫度保持恒定，由于機(jī)械力的作用，黏度值下降，隨著混合物逐漸冷卻，直鏈淀粉分子間發(fā)生重聚合，使得黏度有所上升。

由表1～表3所示，糊化溫度隨糖醇添加量的增加均呈不同程度的上升，這是由于糖醇更易與水結(jié)合，抑制了淀粉的溶脹，達(dá)到淀粉的糊化需要更高的能量。這與M H Baek等［8］在采用DSC對(duì)糖和糖醇對(duì)玉米淀粉凝膠熱穩(wěn)定性中得到的結(jié)論是一致的。在糖醇添加量小于0.5∶1時(shí)，3種糖醇對(duì)于甘薯淀粉峰值黏度的影響均不顯著，當(dāng)麥芽糖醇和木糖醇添加量均為1∶1時(shí)，甘薯淀粉峰值黏度顯著升高至最大值，隨著3種糖醇添加量的繼續(xù)增加，峰值黏度均逐漸下降。Georgia等［11］在研究山梨糖醇對(duì)淀粉脂肪酸體系的理化特性的影響中指出，添加山梨糖醇后，玉米淀粉糊黏度增大且隨著山梨糖醇濃度的增大，黏度增大顯著，并指出這是由于山梨糖醇與直鏈淀粉雙螺旋結(jié)構(gòu)的表面之間建立了氫鍵橋，導(dǎo)致直鏈淀粉親水性和流動(dòng)性增大，故而黏度增大。當(dāng)糖醇的添加量小于2∶1時(shí)，麥芽糖醇和赤蘚糖醇對(duì)甘薯淀粉衰減值和回生值影響不顯著，而隨著木糖醇添加量的增大，回生值升高。這說(shuō)明了木糖醇在一定量范圍內(nèi)促進(jìn)了甘薯淀粉的短期回生。當(dāng)糖醇的添加量為4∶1時(shí)，3種糖醇均顯著性的降低了淀粉糊的回生值，降幅達(dá)37.88%。

表1 不同添加量麥芽糖醇對(duì)甘薯淀粉糊化特征值的影響

表2 不同添加量赤蘚糖醇對(duì)甘薯淀粉糊化特征值的影響

表3 不同添加量木糖醇對(duì)甘薯淀粉糊化特征值的影響

2.3 糖醇對(duì)甘薯淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)的影響

RVA測(cè)定后的甘薯淀粉糊，在4℃下放置24 h后所得的甘薯淀粉凝膠，采用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定的不同添加量的麥芽糖醇、赤蘚糖醇和木糖醇對(duì)甘薯淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性影響的結(jié)果見(jiàn)表4～表6。

表4 不同添加量麥芽糖醇對(duì)甘薯淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)的影響

表5 不同添加量赤蘚糖醇對(duì)甘薯淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)的影響

表6 不同添加量木糖醇對(duì)甘薯淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)的影響

由表4～表6可以看出，相對(duì)于甘薯原淀粉，添加糖醇后，淀粉凝膠硬度增加，當(dāng)糖醇添加量為2∶1時(shí)，硬度值顯著性增加，且之后隨著糖醇添加量的繼續(xù)增多，硬度值變化不明顯。M H Baek等［8］在采用DSC對(duì)糖和糖醇對(duì)玉米淀粉凝膠熱穩(wěn)定性的研究中指出，木糖醇、山梨糖醇和甘露糖醇的添加促進(jìn)了玉米淀粉的重結(jié)晶和淀粉凝膠的回生。Anil Gunaratne等［12］在對(duì)小麥淀粉和馬鈴薯淀粉的研究中指出，添加一定量的蔗糖和葡萄糖等亦促進(jìn)了淀粉的回生，原因可能是糖的添加影響了直鏈淀粉的重結(jié)晶，增加了直鏈淀粉分子間的作用及空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的剛性。相對(duì)于未添加糖醇的甘薯原淀粉，添加麥芽糖醇和木糖醇均不同程度的降低了甘薯淀粉凝膠的彈性、內(nèi)聚性和恢復(fù)性，并隨添加量的增多，降低越明顯;在試驗(yàn)設(shè)計(jì)的添加量水平范圍內(nèi)，赤蘚糖醇的添加量對(duì)甘薯淀粉凝膠的彈性沒(méi)有顯著性影響;當(dāng)赤蘚糖醇添加量小于2∶1時(shí)，對(duì)甘薯淀粉凝膠的內(nèi)聚性和恢復(fù)性沒(méi)有顯著性影響，添加量為4∶1時(shí)，淀粉凝膠的內(nèi)聚性和恢復(fù)性顯著性降低。這是由于赤蘚糖醇、木糖醇以及麥芽糖醇3種糖醇所含的羥基與淀粉和水之間形成了氫鍵，由于3種糖醇的結(jié)構(gòu)以及所含羥基數(shù)目的不同，導(dǎo)致了它們對(duì)于淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)的不同影響。

3 結(jié)論

麥芽糖醇、赤蘚糖醇和木糖醇這3種糖醇均明顯降低了甘薯淀粉的溶脹度和溶解度，且隨著添加量的增多，降低越明顯。糊化溫度隨糖醇添加量的增加均呈不同程度的上升，在糖醇添加量小于0.5∶1時(shí)，3種糖醇對(duì)于甘薯淀粉峰值黏度的影響均不顯著，當(dāng)麥芽糖醇和木糖醇添加量均為1∶1時(shí)，甘薯淀粉峰值黏度顯著升高至最大值，隨著3種糖醇添加量的繼續(xù)增加，峰值黏度均逐漸下降。當(dāng)糖醇的添加量小于2∶1時(shí)，麥芽糖醇和赤蘚糖醇對(duì)甘薯淀粉衰減值和回生值影響不顯著，而隨著木糖醇添加量的增大，回生值升高。添加糖醇后，淀粉凝膠硬度增加，并且糖醇添加量為2∶1時(shí)，硬度達(dá)最大值。麥芽糖醇和木糖醇均不同程度的降低了甘薯淀粉凝膠的彈性、內(nèi)聚性和恢復(fù)性;在試驗(yàn)設(shè)計(jì)的添加量水平范圍內(nèi)，赤蘚糖醇的添加量對(duì)甘薯淀粉凝膠的彈性沒(méi)有顯著性影響。這說(shuō)明糖醇的結(jié)構(gòu)，所含羥基的數(shù)目以及與淀粉形成氫鍵橋的能力顯著的影響了甘薯淀粉的理化性質(zhì)。

志謝:青島農(nóng)業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新立項(xiàng)項(xiàng)目。

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