濕熱處理對糯小麥淀粉理化性質(zhì)的影響

陳 佩，張 曉，趙 冰，肖 南，李遠志

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

小麥?zhǔn)欠N植面積僅次于玉米的世界第二大谷物作物．其籽粒中所含的淀粉成分對小麥面粉制品品質(zhì)有重要影響．普通小麥淀粉中含w 為20%～30%的直鏈淀粉．然而，某些突變的小麥籽粒中直鏈淀粉含量很低，甚至不含直鏈淀粉，通常稱為糯小麥．目前獲得糯小麥的途徑通常有3 條:1)通過部分糯質(zhì)突變體Kanto 107(缺Wx-A1 和Wx-B1)與白火麥(缺Wx-D1)雜交［1］;2)利用甲磺酸乙酯作誘導(dǎo)有機體突變物質(zhì)處理Kanto107 種子［2］;3)利用單倍體育種的方法迅速除去突變體系的低直鏈淀粉特性［3］．我國學(xué)者利用不同的育種方法選育出了一系列糯小麥種子材料，并在基因資源的篩選和鑒定、糯性基因的遺傳和品質(zhì)評價等方面做了不少研究．與普通小麥相比，糯小麥具有獨特的物理和化學(xué)特性，使其在淀粉加工業(yè)、食品工業(yè)以及其他工業(yè)上有著重要的用途．濕熱處理是指水質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于35%，在高于糊化溫度的溫度范圍內(nèi)處理淀粉的一種方法．濕熱處理是改變淀粉物理化學(xué)性質(zhì)的一種常用方法．經(jīng)濕熱處理后，淀粉糊的性質(zhì)，淀粉的顆粒形貌﹑晶體性質(zhì)﹑糊化特性等都發(fā)生了變化［4］．濕熱處理對環(huán)境不會造成任何污染，產(chǎn)品安全性高，因此濕熱處理法是生產(chǎn)綠色食品以及清潔生產(chǎn)的一個重要手段．目前對玉米、馬鈴薯，普通小麥等的特性研究偏多，而對糯小麥淀粉特性的研究報道還較少．而關(guān)于濕熱處理對糯小麥淀粉糊的性質(zhì)及顆粒結(jié)構(gòu)影響的報道更少．本文旨在研究不同時間、溫度、水分含量等濕熱處理條件對糯小麥淀粉糊的透明度、溶解度、膨脹度、凍融穩(wěn)定性、顆粒形貌及顆粒結(jié)晶性質(zhì)的影響，以期對糯小麥淀粉的深度開發(fā)與應(yīng)用提供更多理論指導(dǎo)．

1 材料與方法

1．1 材料與儀器

糯小麥面粉由江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供，淀粉由水洗法制備，直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.6%．JA2003A 型電子分析天平，上海精科天美貿(mào)易有限公司產(chǎn)品;WM-98B 型離心機，皇冠電器有限公司產(chǎn)品;752N 型紫外可見分光光度計，上海精密科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品;DHG-9053B5-III 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海新苗醫(yī)療器械有限公司產(chǎn)品;DK-8D 型電熱恒溫水浴槽，上海森信實驗儀器有限公司產(chǎn)品;Axioskop 40 Pol/40 A Pol 型偏光顯微鏡，德國ZEISS 公司產(chǎn)品;Bruker D8 型X 射線衍射儀，德國Bruker 公司產(chǎn)品．

1．2 糯小麥淀粉濕熱處理方法

分別稱取糯小麥淀粉5 g(干基，對照)，將糯小麥淀粉的水質(zhì)量分?jǐn)?shù)調(diào)節(jié)至20%、25%、30%，各自混合均勻，放入密閉耐高溫不銹鋼濕熱反應(yīng)釜中，密閉條件下平衡水分24 h．將平衡好水分的糯小麥淀粉分別放入設(shè)定好溫度(100、110、120 ℃)的烘箱中處理1 、8 和16 h，每處理重復(fù)3 次．處理后的淀粉靜置冷卻，烘干后粉碎，過100 目篩，即得到樣品．

1．3 透明度的測定

稱取0．5 g 淀粉樣品，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉乳，密封后沸水浴加熱糊化30min，冷卻至室溫，以蒸餾水為空白，利用分光光度計在波長620 nm處測其透光率，平行測定3 次，取平均值．

1．4 膨脹度、溶解度的測定

在離心管中加入淀粉樣品1．0 g(干基)和蒸餾水50 mL，配成質(zhì)量濃度為20 g·L－1的淀粉乳，將其分別置于55 ℃條件下加熱30 min，并不時震蕩．待其冷卻至室溫后，置于離心機中，以3 000 r·min－1離心15 min，將上清液置于105 ℃烘箱中烘至恒質(zhì)量，稱其質(zhì)量為a，離心管中膨脹淀粉的質(zhì)量為b，其溶解度(S)和膨脹度(P)分別按下列公式計算:

1．5 凍融穩(wěn)定性的測定

稱取1．0 g 淀粉樣品加入49 mL 蒸餾水，沸水浴加熱30 min，冷卻后轉(zhuǎn)移到離心管中，在溫度－18 ℃條件下冷凍12 h 后自然解凍12 h，以3 000 r·min－1離心15 min，測量上清液體積，該過程反復(fù)數(shù)次，至無水析出為止，測量析出水的體積，平行試驗3 次，取平均值．

1．6 顆粒形貌觀察

淀粉經(jīng)100 目過篩，配制質(zhì)量濃度為20 g·L－1的淀粉乳，置于載玻片上，分別在普通光和偏光條件下觀察淀粉顆粒形態(tài)．

1．7 X 射線衍射分析

采用連續(xù)掃描法，掃描速率為4 °·min－1，掃描范圍2 °～40 °，步長0．1，管壓、管流分別為30 kV 和30 mA，靶電極為Cu．采用Origin7．0 軟件進行分析．

相對結(jié)晶度=Ic/(Ia+Ic)×100%，其中Ia是X射線衍射圖譜中非結(jié)晶區(qū)的面積，Ic是結(jié)晶區(qū)的面積．

1．8 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并用SPSS Statstics Version 19 進行顯著性分析(P＜0．05)．

2 結(jié)果與分析

2．1 濕熱處理對糯小麥淀粉透光率的影響

由圖1 可看出，濕熱處理使糯小麥淀粉糊的透明度明顯下降，且隨著濕熱處理水分含量的增加、處理溫度的升高、處理時間的延長，淀粉糊透明度呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢．這是由于濕熱處理過程中，水分和熱能的相互作用破壞了支鏈淀粉中的部分糖苷鍵，使糯小麥淀粉中的支鏈淀粉分支結(jié)構(gòu)斷裂，形成的直鏈淀粉和短鏈淀粉增多，同時形成更多直鏈淀粉－脂質(zhì)復(fù)合物［5］，從而降低了淀粉糊的透明度．

圖1 濕熱處理與糯小麥淀粉透光率的關(guān)系Fig．1 The relationship between heat-moisture treatment and transmittance of waxy wheat starch

2．2 濕熱處理對糯小麥淀粉溶解度和膨脹度的影響

由圖2 可以看出，經(jīng)過濕熱處理后的糯小麥淀粉，其溶解度和膨脹度均低于原淀粉(對照)．隨著濕熱處理水分含量的增加、處理溫度的升高和處理時間的延長，糯小麥淀粉的溶解度逐漸下降，且水分含量越多、處理溫度越高、處理時間越長，其溶解度下降越明顯．

濕熱處理條件對糯小麥淀粉膨脹度的影響則不同:當(dāng)處理溫度由110 ℃上升至120 ℃，處理時間由8 h 延長到16 h 時，糯小麥淀粉膨脹度呈現(xiàn)回升的趨勢，但仍明顯低于原淀粉．原因是隨著濕熱處理溫度的升高和處理時間的延長，生成直鏈淀粉的含量先增加后降低［4］，而直鏈淀粉含量對淀粉膨脹度起決定作用．

圖2 濕熱處理與糯小麥淀粉溶解度和膨脹度的關(guān)系Fig．2 The relationship between heat-moisture treatment and solubility，swelling power of waxy wheat starch

2．3 濕熱處理對糯小麥淀粉凍融穩(wěn)定性的影響

淀粉的凍融穩(wěn)定性與淀粉中直鏈淀粉含量有關(guān)，因為直鏈淀粉容易重新排列和締合而發(fā)生凝沉現(xiàn)象，因此直鏈淀粉含量越高，淀粉凍融穩(wěn)定性越差．從圖3 可以看出，隨著濕熱處理水分含量增加、溫度升高和處理時間延長，糯小麥淀粉的析水率逐漸增大，即凍融穩(wěn)定性越低，這與濕熱處理增加了直鏈淀粉含量的研究結(jié)果相一致．

圖3 濕熱處理與糯小麥淀粉凍融穩(wěn)定性的關(guān)系Fig．3 The relationship between heat-moisture treatment and freeze-thaw stability of waxy wheat starch

2．4 濕熱處理對糯小麥淀粉顆粒形貌的影響

圖4 所示為普通光和偏光顯微鏡下觀察到的不同樣品的顆粒形貌，可以看出糯小麥原淀粉顆粒分為較大的A 型和較小的B 型，顆粒形態(tài)為橢圓形和圓形較多．經(jīng)過濕熱處理之后，糯小麥淀粉的形狀和大小基本沒有發(fā)生改變，但可以看出顆粒表面變得不均勻，中央部位變得模糊，出現(xiàn)了裂紋和壓痕．隨著濕熱處理條件的加強，淀粉顆粒不均勻的狀況增加．原淀粉的偏光十字非常清晰地位于顆粒中央．濕熱處理后，淀粉的偏光十字仍然存在，但是部分顆粒的偏光十字中央部位強度減弱，十字形狀扭曲變形，一些顆粒的偏光十字強度增大．

圖4 糯小麥原淀粉和濕熱處理的糯小麥淀粉顆粒形貌(×340)Fig．4 Granular structures of native and heat-moisture treatment of waxy wheat starch under a light microscope with/without polarized light(×340)

2．5 濕熱處理對糯小麥淀粉結(jié)晶性質(zhì)的影響

圖5 為糯小麥原淀粉及濕熱處理后樣品的X 射線衍射圖譜．從圖5 中可以看出糯小麥淀粉呈現(xiàn)典型的A 型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，在2θ 角15 °、17 °和23 °有較強的衍射峰．在2θ 角20 °左右有1 個較弱的峰，是由于直鏈淀粉－脂質(zhì)復(fù)合物的存在而產(chǎn)生的［8］．濕熱處理沒有改變糯小麥淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)類型，仍然為A型結(jié)晶，但X 衍射強度變?nèi)酰S著濕熱處理強度的增加，2θ 角17 °的特征峰強度降低，但20 °左右的峰則更加明顯．濕熱處理使糯小麥淀粉的相對結(jié)晶度下降．樣品3(水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%，110 ℃，8 h)，樣品6(水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%，120 ℃，8 h)和樣品9(水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%，110 ℃，16 h)的相對結(jié)晶度均低于樣品2(水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%，110 ℃，8 h)，表明濕熱處理水分含量增加、處理溫度升高、處理時間延長都會使糯小麥淀粉的相對結(jié)晶度降低更明顯．

圖5 糯小麥原淀粉和濕熱處理后的糯小麥淀粉的X 射線衍射圖譜Fig．5 X-ray diffractograms of native and heat-moisture treatment of waxy wheat starch

3 討論與結(jié)論

糯小麥淀粉經(jīng)濕熱處理后，其淀粉糊及淀粉顆粒的性質(zhì)發(fā)生了改變．濕熱處理使糯小麥淀粉糊的透明度、溶解度、凍融穩(wěn)定性指標(biāo)均有一定程度的降低，且隨著濕熱處理水分含量的增加，處理溫度的升高，處理時間的延長，呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢．這是由于濕熱作用使淀粉內(nèi)部的鍵合作用增強，雙螺旋結(jié)構(gòu)結(jié)合得更加緊密，不利于淀粉分子從顆粒內(nèi)部溶出［9］．這與Yagishita 等［10］研究木薯淀粉在濕熱處理后溶解度降低的結(jié)果相一致．而膨脹度是一個先降低后增加的過程．這是由于濕熱處理過程中，水分和熱能的相互作用破壞了支鏈淀粉中的部分糖苷鍵，使糯小麥淀粉中的支鏈淀粉分支結(jié)構(gòu)斷裂，形成的直鏈淀粉和短鏈淀粉增多，同時形成更多直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物，從而降低了淀粉糊的透明度．同時淀粉內(nèi)部的鍵合作用增強，雙螺旋結(jié)構(gòu)結(jié)合得更加緊密，不利于淀粉分子從顆粒內(nèi)部溶出使淀粉的溶解度降低．濕熱處理后直鏈淀粉含量的增高，導(dǎo)致淀粉凍融穩(wěn)定性變差，因為直鏈淀粉容易重新排列和締合而發(fā)生凝沉現(xiàn)象．張二娟等［11］的研究也指出，隨著濕熱處理溫度升高和時間延長，慢消化淀粉的含量有一個先降低后增加的過程，也是導(dǎo)致膨脹度有相似變化的原因．

濕熱處理后糯小麥淀粉的顆粒形狀和大小基本沒有發(fā)生改變，但顆粒表面變得不均勻，中央部位變得模糊，出現(xiàn)了裂紋和壓痕，偏光十字強度減弱．這主要是由于濕熱處理過程中，熱能和水分使淀粉顆粒發(fā)生膨脹，破壞了顆粒的有序結(jié)構(gòu)，而淀粉顆粒的中央部位主要是由無定形結(jié)構(gòu)組成，因此在處理的過程中最容易受到破壞［12］．

X 射線衍射分析數(shù)據(jù)顯示淀粉的相對結(jié)晶度降低，但濕熱處理未改變糯小麥淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)類型，仍為A 型．主要由于濕熱處理使淀粉顆粒的結(jié)晶區(qū)被破壞，雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，同時形成了更多直鏈淀粉－脂質(zhì)復(fù)合物［13］．濕熱處理水分含量增加、處理溫度升高、處理時間延長都會使糯小麥淀粉的相對結(jié)晶度降低更明顯．這與Lee 等［14］研究馬鈴薯淀粉的相對結(jié)晶度隨濕熱處理條件變化的結(jié)果相一致．由此可知，濕熱處理使糯小麥淀粉的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，其理化性質(zhì)也發(fā)生了改變．

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