超高壓技術對玉米粉糊化度的影響

李建珍，劉景圣*，張大力，鄭明珠，閔偉紅

(吉林農業(yè)大學食品科學與工程學院，吉林 長春 130118)

超高壓技術對玉米粉糊化度的影響

李建珍，劉景圣*，張大力，鄭明珠，閔偉紅

(吉林農業(yè)大學食品科學與工程學院，吉林 長春 130118)

為改善玉米粉加工和食用品質，以普通玉米粉為原料，分別采用單因素和正交試驗研究壓力、保壓時間、玉米粉質量濃度對其糊化度的影響。結果表明：在實驗范圍內，隨著超高壓處理壓力的增大、保壓時間的延長、玉米粉糊化度逐漸升高、玉米粉質量濃度的增大，玉米糊化度均呈先增加后降低的趨勢；通過正交試驗可知，壓力500MPa、保壓時間20min、玉米粉質量濃度15g/100mL時，玉米粉糊化度達到最大為98.66%。

玉米粉；超高壓技術；糊化度

玉米粉具有豐富的營養(yǎng)價值和保健功能，但由于玉米粉本身的分子結構，影響了玉米粉營養(yǎng)成分的利用率[1]，尤其玉米粉食品食用口感粗糙，一直被視作粗糧。雖然目前國內市場玉米粉產品較多，但都是玉米去皮去胚后的粉碎物，沒有解決口感粗糙和營養(yǎng)吸收問題。

超高壓技術被譽為21世紀十大尖端科技之一，在常溫或較低溫度下，可以使食品中的酶、蛋白質和淀粉等生物大分子改變活性、變性或糊化，而食品的天然味道、風味和營養(yǎng)價值不受或很少受影響，并可能產生一些新的質構特點[2]。超高壓處理可以使淀粉糊化[3-5]。類似于熱糊化超高壓使淀粉糊化分兩步[6]：第一步，淀粉顆粒的無定形區(qū)發(fā)生水合作用，使淀粉顆粒溶脹，結晶區(qū)域變形；第二步，結晶區(qū)與水充分接觸。熱糊化過程中，不同的糊化時間和加熱溫度使不同的淀粉有不同的糊化溫度和糊化度[7]。與此類似，壓力糊化過程中，不同的淀粉糊化需要不同的壓力范圍，糊化度的大小取決于處理壓力的大小和高壓處理時間、溫度等[8]。

本研究采用超高壓技術對玉米粉進行改性，使玉米粉中的淀粉糊化，改善玉米粉的加工和食用品質，探索使玉米面粉成為面食品重要原料的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

市售普通玉米粉。

0.05 mol/L碘液、0.1mol/L氫氧化鈉溶液、0.05mol/L硫代硫酸鈉溶液、1mol/L鹽酸溶液、10%硫酸、5g/100mL淀粉酶溶液。

UHPF/3L/800MPa高壓食品處理裝置 包頭科發(fā)新型高技術食品機械有限責任公司。

1.2 方法

1.2.1 玉米粉水分含量的測定

按照GB/T 14769—1993《食品中水分的測定方法》中的常壓加熱干燥法進行測定。

1.2.2 樣品前處理

稱取適量玉米粉，按玉米粉與水的不同比例調制玉米粉懸浮液作為樣品。將制備好的樣品裝入鋁箔袋中，用真空封口機進行真空封口。

1.2.3 超高壓處理

將真空包裝的不同比例玉米粉懸浮液樣品放入超高壓設備的高壓倉中，進行參數(shù)設定，在不同的壓力和保壓時間條件下對玉米粉進行超高壓處理。將超高壓處理過的樣品進行抽濾，在50℃的烘箱中烘干，粉碎，待測。

1.2.3.1 單因素試驗參數(shù)設定

壓力：將配制好的25g/100mL的玉米粉懸浮液分別在100、200、300、400、500、600MPa條件下保壓10min。

保壓時間：將配制好的25g/100mL的玉米粉懸浮液在500MPa條件下分別保壓5、10、15、20、25、30min。

玉米粉質量濃度：分別配制5、10、15、20、25、30g/100mL的玉米粉懸浮液，在500MPa條件下保壓20min。

1.2.3.2 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，選取以下因素水平進行正交試驗。

表1 玉米糊化工藝正交試驗因素水平表Table 1 The table of factors and levels

1.2.4 玉米粉糊化度的測定

酶水解法[9]。

2 結果與分析

2.1 壓力對玉米粉糊化度的影響

圖1 壓力對超高壓處理玉米粉糊化度的影響Fig.1 Effects of different pressure on gelatinization degree of corn flour

由圖1可知，當壓力從100MPa上升到300MPa時，糊化度基本保持不變，維持在3 5%左右，當壓力為400MPa時，糊化度為增加到44.48%，隨著壓力進一步升高，玉米粉糊化度快速升高，壓力達到600MPa時，糊化度在試驗壓力條件下，達到最大值為91.58%，此時經過超高壓處理的玉米粉懸浮液變成了類似凝膠的凝塊。

從玉米淀粉顆粒的結構可知，玉米淀粉顆粒結構緊密，淀粉分子間的結合力較強，膨脹能力小[10]，且玉米粉含脂類化合物較多，與直連淀粉易形成直連淀粉-脂類化合物，抑制淀粉顆粒膨脹和糊化，所以壓力較小時，糊化度基本不變。隨著處理壓力的增大，水分子和玉米粉淀粉分子間的勢能也增大，促使玉米粉中的淀粉分子間氫鍵斷裂以及水分子與淀粉分子間形成氫鍵而破壞淀粉的微晶結構，導致吸收超高壓勢能使淀粉糊化[11]。隨著壓力的不斷增大，玉米粉中的淀粉顆粒吸水溶脹程度也越來越大，顆粒結構破壞程度越大，因此糊化度增大，這與劉延奇等[12]偏光顯微圖像效果相一致，當4 0 0 M P a壓力處理時，顆粒形貌變化不大，500MPa時，部分顆粒已經開始吸水膨脹，至600MPa時，大部分顆粒已充分吸水膨脹，壓力提供足夠的勢能，顆粒內部結晶結構被破壞，淀粉糊化度進一步提高。本研究考慮到600MPa處理玉米粉糊化度雖然比較高，但耗能比較大，在以下實驗中均采用500MPa。

2.2 保壓時間對玉米粉糊化度的影響

圖2 保壓時間對超高壓處理玉米粉糊化度的影響Fig.2 Effects of different holding time on gelatinization degree of corn flour

由圖2可知，在500MPa的壓力處理下，處理時間在10min之內時，玉米粉的糊化度基本保持穩(wěn)定，糊化度為70%，隨著保壓時間的進一步延長，玉米粉的糊化度逐漸升高，當保壓時間達到20min時，玉米粉的糊化度達到最高為83.75%，繼續(xù)延長保壓時間，糊化度小幅度降低并保持穩(wěn)定。這是因為在保壓初期，游離水主要是進入玉米粉顆粒的非結晶區(qū)，淀粉粒徑膨脹有限，當繼續(xù)延長保壓時間，大量的水進入顆粒的非結晶區(qū)和部分結晶區(qū)，部分晶體崩解，淀粉分子伸展，顆粒劇烈膨脹，破壞其緊密的分子結構，使其發(fā)生糊化。另外，壓力作用是瞬間傳遞的，但分子運動、結構調整需要一定時間[13]，因此，在短時間內，玉米粉糊化度比較低，保壓時間繼續(xù)延長，糊化度逐漸升高。

2.3 玉米粉質量濃度對玉米粉糊化度的影響

圖3 玉米粉質量濃度對超高壓處理玉米粉糊化度的影響Fig.3 Effects of different corn flour concentration on gelatinization degree of corn flour

壓力糊化要求自由水的存在，高壓處理淀粉糊化需通過水合作用來實現(xiàn)[14]。由圖3可知，隨著玉米粉質量濃度的增加，糊化度升高，當玉米粉質量濃度達到15g/100mL時，糊化度達到最高為96.87%，玉米粉質量濃度進一步升高，糊化度降低并保持穩(wěn)定。這是因為玉米淀粉顆粒有兩部分(微晶區(qū)域和無定形區(qū)域)組成，當玉米粉質量濃度較低時，水分含量大，水的增塑作用增加了處于玻璃態(tài)的淀粉無定形區(qū)鏈段的活動性，玉米粉無定形區(qū)域從玻璃態(tài)轉化為橡膠態(tài)，容易糊化；隨著玉米粉質量濃度的增大，水分含量減小，玉米粉中淀粉顆粒的無定形區(qū)處于玻璃態(tài)，糊化度降低[15]。

2.4 正交試驗

表2 玉米糊化工藝正交試驗設計及結果Table 2 Design and results of L9(34) orthogonal tests

在以上單因素試驗的基礎上，對影響超高壓技術處理玉米粉糊化度的壓力、保壓時間、玉米粉質量濃度三因素進行正交試驗，正交試驗結果見表2。

通過表2可知，影響程度順序為壓力＞保壓時間＞玉米粉質量濃度，即壓力對糊化度的影響最大，其次是保壓時間，而玉米粉懸浮液質量濃度影響最小，超高壓技術處理玉米粉影響玉米粉糊化度的最優(yōu)組合為A1B2C2，在此條件下，玉米粉糊化度達到98.66%，即超高壓處理玉米粉，玉米粉糊化的最優(yōu)條件為玉米粉質量濃度15g/100mL、壓力500MPa、保壓時間20min。

3 結 論

超高壓技術處理玉米粉過程中，壓力、保壓時間、玉米粉質量濃度影響玉米粉的糊化度，隨著壓力的升高，保壓時間的延長，糊化度逐漸升高。玉米粉質量濃度從5g/100mL上升到15g/100mL時，糊化度升高，玉米粉質量濃度進一步升高，糊化度下降并保持穩(wěn)定。正交試驗結果表明，超高壓處理玉米粉，玉米粉糊化的最優(yōu)條件為壓力500MPa、保壓時間20min、玉米粉質量濃度15g/100mL，此條件下，玉米粉糊化度達到98.66%。

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Study on Effect of Ultra High Pressure on Gelatinization Degree of Corn Flour

LI Jian-zhen，LIU Jing-sheng*，ZHANG Da-li，ZHENG Ming-zhu，MIN Wei-hong
(College of Food Science and Engineering, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China)

In order to improve process and edible quality, the effects of different pressure, holding time and corn flour concentration on gelatinization degree of corn flour were studied with corn flour as raw material by single factor experiment and orthogonal experiment, in order to improve the processing quality and food quality of corn flour. The results showed that with the increment of pressure and prolongation of holding time, the gelatinization degree enhanced. With the concentration of corn flour increasing, gelatinization degree enhanced firstly and then decreased. The results of orthogonal experiment showed that the corn flour which concentration is 15g/100 mL was gelatinized 98.66 % under pressure of 500 MPa for 20 min.

corn flour；ultra high pressure technology；gelatinization degree

TS207.3

A

1002-6630(2011)06-0148-03

2010-12-20

國家“863”計劃項目(2008AA100802)

李建珍(1986—)，女，碩士研究生，研究方向為糧油深加工。E-mail：LJZ-016@163.com

*通信作者：劉景圣(1964—)，男，教授，博士，研究方向為糧食深加工。E-mail：liujs1007@vip.sina.com