凍藏對小麥淀粉理化性質(zhì)及熱力學(xué)特性的影響

張 華，袁 博，趙 瓊，李 青，黃忠民

(1.鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南鄭州450002;2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，河南鄭州450000)

速凍米面食品由于采用速凍工藝，避免了緩慢凍結(jié)形成粗大冰晶而造成機(jī)械損傷和營養(yǎng)流失，能最大限度保持食品原有的色香味和營養(yǎng)成分［1］。速凍工藝能夠保持食品的新鮮度，但仍存在一些問題，例如，速凍水餃在加工和貯存過程中會(huì)出現(xiàn)餃子皮凍裂、褐變、混湯等物性指標(biāo)下降現(xiàn)象，這些問題制約著速凍米面食品的發(fā)展。

水餃質(zhì)量由外觀和口感決定，開裂、失水、褐變等是衡量其質(zhì)量的主要指標(biāo)。造成速凍水餃質(zhì)量低下的原因很多，包括餃皮專用粉品質(zhì)差，添加劑使用不當(dāng)以及生產(chǎn)工藝不合理等。冷凍面制品品質(zhì)變化機(jī)理的研究，國內(nèi)外主要從蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化著手。Ribotta等［2］研究了冷凍和凍藏對面團(tuán)中小麥面筋蛋白的影響，認(rèn)為醇溶蛋白僅能形成分子內(nèi)的二硫鍵，而麥谷蛋白既可以形成分子內(nèi)二硫鍵也能形成分子間二硫鍵，從而決定了麥谷蛋白在保持小麥面筋蛋白結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面具有特殊的作用。宋國勝等［3］測定了不同冷藏時(shí)間面筋蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)，結(jié)果顯示α-螺旋的含量隨冷藏時(shí)間的延長而減小，無規(guī)則卷曲的含量隨著冷藏時(shí)間的延長而增加。劉國琴等［4］表征了不同凍藏模式和時(shí)間對小麥面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明:在SDS溶液中，當(dāng)凍藏時(shí)間小于60d時(shí)，兩種凍藏模式對小麥面筋蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)影響不大;恒溫凍藏模式中面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)在凍藏90d時(shí)變化最顯著。陸啟玉等［5］研究了不同凍藏時(shí)間內(nèi)面條中蛋白質(zhì)、糖類等化學(xué)成分的變化;楊銘澤等［6］研究表明，蛋白質(zhì)含量與感官評(píng)分成極顯著性正相關(guān)，面粉的蛋白質(zhì)含量與凍裂率成極顯著性負(fù)相關(guān)。

上述研究，從蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化角度解釋了冷凍面制品質(zhì)構(gòu)變化的內(nèi)在機(jī)制，而面粉中另一重要成分淀粉，在凍藏過程中的變化及對面制品品質(zhì)的影響，未見文獻(xiàn)報(bào)道。本研究從凍藏后小麥淀粉理化、熱力學(xué)性質(zhì)的變化，揭示凍藏過程中淀粉變化可能對面制品質(zhì)量造成的影響，為改善冷凍面制品品質(zhì)研究提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小麥淀粉 上海寶鼎釀造有限公司;無水乙醇分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠;碘、碘化鉀 分析純，天津富晨化學(xué)試劑廠。

BCD-278TAJ型冷凍柜 海爾電器有限公司;DK-98-ⅡA型恒溫水浴鍋 天津市泰斯特儀器有限公司;TG16-WS型高速離心機(jī) 湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器有限公司;UV-1100型紫外/可見分光光度計(jì) 上海美譜達(dá)儀器有限公司;NDJ-1C型布氏旋轉(zhuǎn)粘度計(jì) 上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司;DSC Q100差示掃描量熱儀 美國TA公司;JSM-6490LV型掃描電子顯微鏡 日本JEOL公司;TS211型淀粉破損測定儀 意大利VELP公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 小麥淀粉處理 將原料從冷藏柜中取出，稱取一定量的淀粉至燒杯中，然后加入相同質(zhì)量的蒸餾水，制備成50%的淀粉糊，凍藏96h(-18℃)，另外再做對照組，制備同樣含水量的淀粉糊，在2℃條件下平衡12h。將處理后的樣品，在40℃烘干至含水量為8.0%，磨碎，得到對照和凍藏處理淀粉樣品。

1.2.2 小麥淀粉顆粒形態(tài)觀察 將凍藏和對照樣品取微量，涂抹到事先粘有導(dǎo)電膠布的鋁制載物臺(tái)上，按壓均勻后用洗耳球?qū)⒍嘤辔凑忱蔚牡矸鄞档?，然后將載物臺(tái)放入鍍金儀器中，用離子濺射鍍膜儀將樣品噴炭鍍金，20min后將載物臺(tái)取出用掃描電子顯微鏡觀察拍攝顆粒形貌。

1.2.3 淀粉破損度的測定 采用淀粉破損測定儀測定:將1g樣品放入儀器樣品斗中，在反應(yīng)杯中加入用1滴酒精、3g硼酸、3g KI和130mL水配成的碘溶液，在碘解離電極作用下分離出游離碘。破損淀粉含量高的面粉吸收碘的量多，留在溶液中的碘的濃度會(huì)低，儀器通過測定溶液中的電流變化狀況，換算出破損淀粉的含量，直接讀數(shù)。

1.2.4 淀粉藍(lán)值的測定 按參考文獻(xiàn)［7］的方法測定藍(lán)值，準(zhǔn)確稱取淀粉2.5mg(干基)，用蒸餾水調(diào)制成溶液，加入5mL碘液(1mg/mL碘，10mg/mL碘化鉀)，用水定容至250mL，室溫靜止30min，測定此液在680nm波長處的吸光率。

1.2.5 溶解度和膨潤力的測定 取25mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%淀粉乳于25℃下攪拌30min后，在3000r/min速度下離心20min;將上層清液傾入烘干至恒重的鋁盒中，然后置于90℃水浴上蒸干，移入干燥箱，在105℃下烘干至恒重，稱重，得被溶解淀粉質(zhì)量A，稱離心管離心后沉淀物質(zhì)量P，M為樣品干基質(zhì)量［8］。溶解度和膨潤力按式(1)和式(2)計(jì)算:

1.2.6 熱力學(xué)特性的測定 配制約20mg的淀粉乳(淀粉含量40%)于不銹鋼坩堝中，用密封圈密封，平衡6h。以空坩堝作對照，用差示掃描儀進(jìn)行測定，掃描溫度范圍為25～130℃，掃描速率為5℃/min。DSC吸熱曲線上有相變起始溫度(T0)、相變峰值溫度(TP)和相變終止溫度(Tc)3個(gè)特征參數(shù)［9］。

1.2.7 相對粘度的測定 制備濃度為4%的小麥淀粉，在沸水浴中加熱糊化20min，將糊化后的淀粉加入測定管中，冷卻至室溫，進(jìn)行粘度測定。

1.2.8 淀粉凝沉性的測定 稱取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0%淀粉乳25mL，于沸水浴中均勻攪拌并加熱20min，冷卻至室溫，調(diào)糊質(zhì)量到原來重量，稱取一定量的糊置于2℃冰箱中，24h 后取出，離心(3000r/min，15min，溫度18℃)，以離心后離心出水的質(zhì)量和稱取的淀粉糊的總質(zhì)量之比作為凝沉值［10］。

2 結(jié)果和分析

2.1 冷凍對小麥淀粉微觀表征的研究

由圖1所示a為小麥原淀粉顆粒的電鏡掃描圖，大多數(shù)呈圓形、卵圓形，還有一些不規(guī)則形狀，且淀粉顆粒表面光滑。b為凍藏96h后的電鏡圖，顯示小麥淀粉在凍藏處理后表面有皺褶，且出現(xiàn)破裂現(xiàn)象，表明凍藏使小麥淀粉顆粒表面形態(tài)發(fā)生變化。

圖1 凍藏小麥淀粉顆粒電鏡掃描圖Fig.1 The image of frozen wheat starch granules by SEM

表3 凍藏小麥淀粉熱力學(xué)參數(shù)Table 3 The thermodynamic parameters of frozen wheat starch

2.2 冷凍小麥淀粉破損度的測定

由表1可知，凍藏處理后的小麥淀粉破損增加了1.68%。這說明凍藏會(huì)對淀粉造成一定的破損。淀粉破損對面制品品質(zhì)有一定影響，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)破損淀粉含量影響面團(tuán)流變學(xué)特性，從而影響面制品質(zhì)量，另有研究發(fā)現(xiàn)隨著破損淀粉的增加，面條品質(zhì)有所劣變;面團(tuán)形成后，彈性降低，面團(tuán)強(qiáng)度下降［11-12］。

表1 凍藏對小麥淀粉顆粒破損度的影響(%)Table 1 The effect of frozen storage on the damage of wheat starch granules(%)

2.3 凍藏對小麥淀粉藍(lán)值的影響

藍(lán)值是表示淀粉與碘結(jié)合性能的一項(xiàng)指標(biāo)，藍(lán)值高表明大量淀粉顆粒被破壞，從而釋放出大量游離淀粉［7］。

由圖2可知，小麥淀粉凍藏96h后，藍(lán)值比未處理的增高了46.9%。由于淀粉顆粒內(nèi)部支鏈淀粉則有較多的長側(cè)鏈，這些長側(cè)鏈支鏈淀粉更容易與碘結(jié)合發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，而凍藏導(dǎo)致淀粉顆粒破損，這些長側(cè)鏈支鏈淀粉就會(huì)游離出來，使藍(lán)值增加。

圖2 凍藏對小麥淀粉藍(lán)值的影響Fig.2 The effect of frozen storage on wheat starch blue value

2.4 凍藏對小麥淀粉溶解度和膨潤力的影響

由表2可知，凍藏后小麥淀粉的溶解度增高了48.6%，膨潤力下降了8.41%。這是由于小麥淀粉在凍藏后，破損淀粉度增加，導(dǎo)致溶解度增加和膨潤力降低。

表2 凍藏對小麥淀粉溶解度和膨潤力的影響Table 2 The effect of freezing on wheat starch solubility

2.5 凍藏對小麥淀粉熱力學(xué)特性的影響

由表3可以看出，小麥淀粉經(jīng)過凍藏處理后，起始溫度T0增高了8.16%，糊化熱焓降低了47.3%，糊化溫度起止范圍TC-TO降低了10.60%，這表明小麥淀粉經(jīng)凍藏處理后，更容易發(fā)生相變且容易糊化，糊化時(shí)間也會(huì)減短。

2.6 凍藏對小麥淀粉糊化粘度的影響

由圖3可知，凍藏小麥淀粉的粘度增高了43.2%。原因可能是凍藏后淀粉顆粒破損增加，造成淀粉溶解度增加，使得凍藏小麥淀粉糊化后粘度增加。

圖3 凍藏對小麥淀粉粘度的影響Fig.3 The effect of frozen storage on the viscosity of wheat starch

2.7 凍藏對小麥淀粉凝沉性的影響

由圖4可知，凍藏小麥淀粉凝沉值與原淀粉的相比，減小了47.2%，表明凍藏小麥淀粉糊化后貯藏同樣時(shí)間，老化度更小。原因可能是淀粉顆粒表面的直鏈淀粉含量比內(nèi)部要大得多，而淀粉內(nèi)部則有較多的支鏈淀粉［13］。凍藏后，小麥淀粉顆粒的破損后支鏈淀粉游離出來，而支鏈淀粉不易凝沉，這與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。

圖4 凍藏對小麥淀粉凝沉值的影響Fig.4 The effect of frozen storage on wheat starch retrogradation value

3 結(jié)論

3.1 通過SEM掃描，發(fā)現(xiàn)凍藏使小麥淀粉的顆粒形態(tài)改變，且有凍裂現(xiàn)象產(chǎn)生。

3.2 凍藏處理使小麥淀粉的膨潤力、凝沉性降低，破損度、溶解度、粘度、藍(lán)值均有所增加。

3.3 DSC測試結(jié)果表明，小麥淀粉經(jīng)凍藏處理后，糊化熱焓由116.8J/g減小到61.5J/g，減小了47.3%;糊化溫度起止范圍由25.57℃降低到22.86℃，降低了10.6%。說明凍藏處理后的小麥淀粉更容易糊化。經(jīng)過凍藏后的小麥淀粉顆粒形態(tài)，理化性質(zhì)、熱力學(xué)性質(zhì)均發(fā)生了明顯改變，為冷凍面制品品質(zhì)改善研究提供了新思路。

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