不同直鏈淀粉含量大米淀粉性質(zhì)的研究

趙 冰,陳 佩,龐宇辰,李遠(yuǎn)志

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院,廣東廣州 510642)

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不同直鏈淀粉含量大米淀粉性質(zhì)的研究

趙 冰,陳 佩*,龐宇辰,李遠(yuǎn)志

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院,廣東廣州 510642)

以4種不同直鏈淀粉含量的米淀粉為原料,采用掃描電鏡(SEM)、全波長自動掃描儀,質(zhì)構(gòu)儀等對其顆粒形貌、淀粉-碘復(fù)合物性質(zhì)、ATP指標(biāo)及透明度性質(zhì)進(jìn)行觀察研究。結(jié)果表明,不同直鏈淀粉含量的大米淀粉顆粒形貌差異不大,均呈現(xiàn)不規(guī)則多邊形,表面不光滑;隨著直鏈淀粉含量的增加,淀粉顆粒的平均鏈長和聚合度不斷增大,優(yōu)糯3號淀粉顆粒內(nèi)部短鏈數(shù)量較多,隨著直鏈淀粉含量的增加淀粉顆粒內(nèi)部的長短鏈比率逐漸趨近于1;淀粉糊的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)測定顯示出淀粉糊的硬度、膠著性和咀嚼性隨著直鏈淀粉含量的增加呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢,彈性隨著直鏈淀粉含量的增加變化不大,而凝膠的粘聚性明顯下降;糊透明度隨直鏈淀粉含量的增大而不斷降低。

直鏈淀粉,大米淀粉,性質(zhì)

大米是最重要的糧食作物和世界上超過一半人口的主食,大米中淀粉含量占80%,是最便宜和最豐富的天然多糖,可再生和完全生物降解[1-2],同時(shí),由于其特殊的理化特性,常被作為增稠劑、膠凝和填充劑等應(yīng)用于各類食品加工和工業(yè)生產(chǎn)中,開發(fā)出環(huán)保健康營養(yǎng)具有特殊功能的高附加值產(chǎn)品[3]。因此,關(guān)于大米淀粉結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究成為越來越多國內(nèi)外學(xué)者感興趣的課題。

有研究表明[4],直鏈淀粉含量的變化對大米淀粉的物理屬性有明顯影響,如顆粒形態(tài)、結(jié)晶度和粒度分布,國內(nèi)外大多數(shù)研究也專注于此,而對不同直鏈淀粉含量大米淀粉的質(zhì)構(gòu)、平均鏈長及透明度方面等性質(zhì)方面的報(bào)道較少。因此,本文利用掃描電鏡(SEM)、全波長掃描分光光度計(jì)、質(zhì)構(gòu)儀等對不同直鏈淀粉含量大米淀粉的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行分析,以期為大米淀粉的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

優(yōu)糯3號、蝦王、聚兩優(yōu) 市售;華香優(yōu)占 購于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院。四種大米淀粉的直鏈淀粉含量依據(jù)GB/T 15683-2008進(jìn)行測定,依次為:優(yōu)糯3號0.4%,蝦王9.2%,聚兩優(yōu)21.03%,華優(yōu)香占28.46%。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

Phillips XL-30 FEGSEM掃描電鏡 美國Phillips公司;全波長自動掃描分光光度計(jì) 日本津島公司;質(zhì)構(gòu)儀 美國FTC公司;LD5-2A低速離心機(jī) 北京醫(yī)用離心機(jī)廠。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 顆粒形貌觀察 將導(dǎo)電雙面膠帶貼于掃描鏡鋁載物臺上,用牙簽沾取少許干燥后的淀粉樣品輕輕在雙面膠上涂抹均勻。用洗耳球吹去多余的淀粉,然后將載物臺放入鍍金儀器中,用離子濺射鍍膜儀將樣品鍍金,120s后,取出放入掃描電鏡中觀察,設(shè)置電子槍加速電壓為2kV,以減少對淀粉顆粒的破壞。

1.3.2 淀粉-碘復(fù)合物性質(zhì)測定 根據(jù)Sujka[5]和許鑫[6]等的報(bào)道,對淀粉與碘復(fù)合性質(zhì)進(jìn)行測定,并稍作修改。取0.25g(干基)淀粉,用1mL無水乙醇潤濕,加入10mL 0.5mol/L的KOH溶液,在沸水浴中振蕩至樣品完全分散溶解(約15min),冷卻后定容至50mL。取出0.5mL樣液加入10mL蒸餾水,用0.1mol/L的HCl調(diào)至pH為3左右,加入0.5mL碘試劑(碘和碘化鉀的混合液,碘化鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%,碘0.2%),用蒸餾水定容至100mL,靜置15min,用全波長自動掃描儀在500～800nm范圍內(nèi)進(jìn)行對樣品進(jìn)行波長掃描,并在其最大波長處測吸光度?？瞻子谜麴s水中加入0.5mL 0.1mol/L的HCl和0.5mL碘試劑后定容至100mL。

1.3.3 淀粉糊質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的測定 配制濃度為10%的淀粉乳,在沸水中加熱20～30min,使之完全糊化,取出冷卻至室溫后,用蒸餾水補(bǔ)充至原質(zhì)量。設(shè)置質(zhì)構(gòu)儀器參數(shù)如下:前壓速度2mm/s,測定速度2mm/s,后壓速度2mm/s,探頭:P/0.5圓柱型,高度10mm,重復(fù)測定3次,取其平均值。

1.3.4 透明度的測定 配制濃度為1%的淀粉樣品,取50mL放入燒杯中,置于沸水浴中玻璃棒攪拌加熱20min,不時(shí)加入沸蒸餾水保持淀粉乳的體積不變。冷卻到室溫后以蒸餾水為空白,設(shè)置蒸餾水的透光率為100%,在620nm波長下測定淀粉糊的透光率。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Origin7.5和GIMP2處理得到。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同直鏈淀粉含量大米淀粉顆粒形貌

圖1所示為大米淀粉顆粒的掃描電鏡圖片,可以清晰地觀察到淀粉顆粒的表面結(jié)構(gòu)和立體形態(tài)。直鏈淀粉含量不同的大米淀粉顆粒形態(tài)差別不大,均呈現(xiàn)出不規(guī)則的多邊形,有明顯的棱角,直徑約為3～8μm不等。但不同直鏈淀粉含量的大米淀粉表面結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出較大的差別,糯米淀粉表面含有較多明顯的凹坑,不光滑,部分顆粒有微孔的存在,而其它淀粉未發(fā)現(xiàn)明顯微孔的存在,隨著直鏈淀粉含量的增加,大米淀粉表面凹坑較小,數(shù)量減少,越來越光滑,華優(yōu)香占表面未發(fā)現(xiàn)明顯凹坑,這些現(xiàn)象與Kim[7]和Li[8]等的研究一致。

圖1 不同直鏈淀粉含量大米淀粉掃描電鏡圖Fig.1 SEM images of rice starches with different amylose/amylopectin content注:A優(yōu)糯3號,B蝦王,C聚兩優(yōu),D華優(yōu)香占。

2.2 不同直鏈淀粉含量大米淀粉的淀粉-碘復(fù)合物性質(zhì)

淀粉與碘結(jié)合形成藍(lán)色的復(fù)合物所呈現(xiàn)出來的信息是淀粉最具代表性和最典型的性質(zhì)之一,常被用來分析淀粉分子的聚合度,該復(fù)合物的碘藍(lán)值(BV)和最大吸收波長(λmax)反映了淀粉與碘的結(jié)合能力,分別代表了直鏈淀粉的聚合度和直鏈淀粉、支鏈淀粉的平均鏈長,在一定程度上反映了淀粉顆粒中直鏈淀粉的含量,A680/A545的比值代表的是類似直鏈的長鏈和類似支鏈的短鏈的比率[5]。表1總結(jié)了四種不同直鏈淀粉含量的大米淀粉λmax、BV和A680/A545值,可以看出四種大米淀粉的最大吸收波長隨著直鏈淀粉含量的增加而增大,優(yōu)糯3號的最大吸收波長在541.8nm處,華優(yōu)香占淀粉的最大吸收波長約在596nm處,說明優(yōu)糯3號淀粉分子的平均鏈長最短,隨著直鏈淀粉含量的增加,淀粉顆粒的平均鏈長不斷增大,以華優(yōu)香占為最長。BV的增大反映出淀粉顆粒內(nèi)部雙螺旋結(jié)構(gòu)結(jié)合碘的能力不斷增強(qiáng),直鏈淀粉含量呈現(xiàn)出增大的趨勢,且聚合度增大,其中,華優(yōu)香占的直鏈淀粉含量最高且聚合度最大。對于優(yōu)糯3號淀粉來說,A680/A545的比值僅為0.2442,意味著優(yōu)糯3號淀粉顆粒中大多數(shù)為較短的鏈,僅含較少直鏈或者少量較長的支鏈,蝦王淀粉和聚兩優(yōu)淀粉的A680/A545在0.8左右,說明這兩種淀粉顆粒內(nèi)部鏈長較長的葡聚糖鏈比優(yōu)糯3號多,而華優(yōu)香占的A680/A545為0.9578,接近1,說明該淀粉顆粒內(nèi)部的兩種類型的葡聚糖鏈數(shù)量相當(dāng)。

圖2 淀粉與碘復(fù)合物全波長掃描圖Fig.2 Full wavelength scanning figure of starch-iodine complex

表1 四種不同直鏈淀粉含量大米淀粉淀粉與碘復(fù)合物性質(zhì)Table1 Properties of starch-iodine complex

2.3 不同直鏈淀粉含量大米淀粉質(zhì)構(gòu)性質(zhì)

從圖3可以看出,隨著直鏈淀粉含量的增加,淀粉凝膠硬度呈現(xiàn)出明顯上升趨勢,依次為華優(yōu)香占>聚兩優(yōu)>蝦王>優(yōu)糯3號,華優(yōu)香占淀粉內(nèi)部線性直鏈淀粉分子含量較高,在凝膠形成過程中,其部分鏈段易發(fā)生平行取向,老化結(jié)晶,因此凝膠硬度增強(qiáng)[8],糯米淀粉中較多的支鏈淀粉的存在阻礙了分子鏈的重排,使得凝膠強(qiáng)度較低。

圖3 四種不同直鏈淀粉含量含量大米淀粉質(zhì)構(gòu)性質(zhì)Fig.3 Texture properties of rice starch with different amylose/amylopectin content

淀粉凝膠彈性隨著直鏈淀粉含量的增加呈現(xiàn)出上升的趨勢,但結(jié)果相差不大,在0.88～0.94之間,接近1,說明四種淀粉凝膠均很柔軟。原因可能為:直鏈淀粉含量的增加,會促進(jìn)凝膠中淀粉分子間的有效交聯(lián),使得淀粉凝膠彈性增加,但是淀粉糊老化后凝膠硬度增加,這兩種作用相互作用或抵消,使得凝膠的彈性未受太大的影響。

粘聚性反映的是淀粉凝膠在受到外力作用時(shí)保持自身完整性的能力,反映食品內(nèi)部結(jié)合力的大小,而膠著性表示的是樣品咀嚼成吞咽時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)所需的功,數(shù)值上用硬度和內(nèi)聚性乘積表示。咀嚼性即口語中所說的咬勁,數(shù)值上用硬度、凝聚性和彈性三者的乘積表示。其值反映了樣品對咀嚼的持續(xù)抵抗性及食物入口后的舒適程度,對感官品質(zhì)有很大影響[9]。從圖3可以看出,四種淀粉的粘聚性隨著直鏈淀粉含量的增大呈現(xiàn)出下降的趨勢,依次為優(yōu)糯3號>蝦王>聚兩優(yōu)>華優(yōu)香占,而膠粘性和咀嚼性變化規(guī)律極為一致,這些結(jié)果與Shin Lu[4]和Shifeng Yu[10]的研究一致,他們認(rèn)為,直鏈淀粉含量與其對應(yīng)的TPA指標(biāo)均呈現(xiàn)出相應(yīng)的正相關(guān)或者負(fù)相關(guān)。

2.4 不同直鏈淀粉含量大米淀粉透明度性質(zhì)

淀粉糊的透明度是一個(gè)重要的感官指標(biāo),關(guān)系到產(chǎn)品的外觀,淀粉糊的透光率越大,透光率也就越高,由圖4可知,四種淀粉透光率大小依次為優(yōu)糯3號>蝦王>聚兩優(yōu)>華優(yōu)香占,即隨著直鏈淀粉含量的增加,透明度不斷下降。淀粉糊透光率與淀粉的老化具有很大相關(guān)性[11],當(dāng)?shù)矸酆匣?淀粉顆粒中的直鏈淀粉通過氫鍵相互締合,使得光線的穿透、折射和反射現(xiàn)象減弱,從而導(dǎo)致透明度的降低。

圖4 四種不同直鏈淀粉含量大米淀粉透光率性質(zhì)Fig.4 Transparency with different amylose/amylopectin content

3 結(jié)論

所有大米淀粉顆粒呈現(xiàn)出不規(guī)則的多邊形結(jié)構(gòu),有明顯的棱角,顆粒表面有凹坑,不光滑,顆粒表面的凹坑數(shù)量、顆粒內(nèi)部平均鏈長、聚合度、長短鏈的比率及淀粉糊凝膠粘聚性和透明度隨直鏈淀粉含量的增大而逐漸減小,淀粉糊凝膠硬度、咀嚼性及彈性呈現(xiàn)上升趨勢。

研究表明,不同直鏈淀粉含量大米淀粉的結(jié)構(gòu)性質(zhì)有所不同,這將有利于開發(fā)不同類型的大米淀粉產(chǎn)品,因此研究不同直鏈淀粉含量大米淀粉的結(jié)構(gòu)性質(zhì)能為其應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。總的說來,大米淀粉質(zhì)構(gòu)特性良好,口感合適,透光率大,對食品的色澤和質(zhì)地具有有利的影響,添加至不同材質(zhì)產(chǎn)品中,有利于提高產(chǎn)品的感官價(jià)值。

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Study on properties of rice starches with different amylose content

ZHAO Bing,CHEN Pei*,PANG Yu-chen,LI Yuan-zhi

(College of Food Science,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China)

The morphology,starch-iodine complex,texture properties and transparency of rice starches with different amylose content were studied with scanning electron microscope(SEM),full-wavelength automatic scanners and texture analyzer. Generally,all the rice starch granules display very similar polyhedral shapes and smooth surface. The average chain length and degree of polymerization of the rice starch granules increase with the increase of amylose content. The amounts of short chains of “younuo 3”were more than the long chains,which were almost the same with “hua you xiang zhan” rice starches. Results of texture porfile analysis indicated that the hardness,gumminess and chewiness of rice starch gels increase and the cohesiveness derease with the increase of amylose content. In addition,the transparency of rice starches continuously decreased.

amylose;rice starch;properties

2014-09-04

趙冰(1990-)，女,在讀碩士，研究方向：糧食、油脂及植物蛋白工程。

*通訊作者:陳佩(1983-)，女，博士，講師，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工方向。

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31101340;31301554)。

TS231

A

:1002-0306(2015)09-0072-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.09.006