谷朊粉生產(chǎn)中B淀粉漿理化特性

張軍合，饒平凡，張利真，尚益民，胡蕊薪

（河南科技學(xué)院食品學(xué)院，河南新鄉(xiāng)453003）

谷朊粉生產(chǎn)中B淀粉漿理化特性

張軍合，饒平凡，張利真，尚益民，胡蕊薪

（河南科技學(xué)院食品學(xué)院，河南新鄉(xiāng)453003）

以目前廣泛使用的三相臥螺法生產(chǎn)谷朊粉中的B淀粉漿為原料，通過(guò)掃描電子顯微鏡、電感耦合等離子發(fā)射光譜等技術(shù)測(cè)定了B淀粉的理化特性，包括微觀結(jié)構(gòu)、上清液中金屬離子濃度、還原糖含量、熱力學(xué)特性、粘度等，并與A淀粉及小麥粉進(jìn)行了對(duì)比分析。掃描電子顯微鏡的觀察顯示B淀粉顆粒較小，與蛋白質(zhì)、戊聚糖等粘性物質(zhì)黏結(jié)。差示掃描量熱儀的熱力學(xué)特性以及透光率的分析表明小麥B淀粉糊化溫度低，易糊化。B淀粉漿中的金屬離子種類和含量以及還原糖含量適合后續(xù)發(fā)酵利用。

B淀粉；理化特性；DNS；還原糖

目前生產(chǎn)谷朊粉的主要方法是三相臥螺法[1]，即通過(guò)濕法把小麥粉分為三項(xiàng)，A淀粉、濕谷朊+B淀粉、戊聚糖。A淀粉顆粒大，比較易于分離；B淀粉是生產(chǎn)A淀粉時(shí)被離心脫水機(jī)刮下來(lái)的“廢物”，又稱尾淀粉或淀粉糊精等，總量可達(dá)原料面粉總量的1/10-1/5[2-3]。小麥B淀粉的淀粉含量約78%，成分主要包括破碎的小淀粉粒、損傷的大淀粉粒、面筋碎片、戊聚糖以及色素等[4-6]，多與蛋白質(zhì)混粘在一起，一般的分離純化方法難以分離，其中的戊聚糖和脂肪不利于其加工利用[7]。B淀粉中的非淀粉多糖，如葡聚糖、戊聚糖等不被單胃動(dòng)物的內(nèi)源消化酶分解，直接進(jìn)入大腸后被大腸里的微生物分解和發(fā)酵，造成單胃動(dòng)物尤其是禽類的營(yíng)養(yǎng)障礙[8]。

傳統(tǒng)的谷朊粉生產(chǎn)是以小麥粉為原料，綜合利用率只達(dá)到73.5%，由于B淀粉顆粒小，粘度大，親水性強(qiáng)，不容易烘干，難以分離，B淀粉漿除很少一部分用作農(nóng)戶從事養(yǎng)殖外[9]，大部分隨污水直接排放，既造成浪費(fèi)又污染嚴(yán)重，B淀粉漿的處理目前已成為谷朊粉生產(chǎn)中非常棘手的問(wèn)題。有人曾對(duì)B淀粉漿的成分進(jìn)行過(guò)較為詳細(xì)的研究[3-4]，研究其難以分離的原因以及其復(fù)雜的成分對(duì)B淀粉后續(xù)深加工的影響，目前對(duì)B淀粉漿也沒(méi)有較為理想的處理方法，本文直接以B淀粉漿為原料，研究其理化特性，采用電子顯微鏡、等離子發(fā)射光譜等技術(shù)對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)、上清液中金屬離子濃度、還原糖含量、熱力學(xué)特性、粘度等理化指標(biāo)進(jìn)行分析比較，為其后續(xù)綜合利用提供參考?；厣担╯etback）、糊化溫度（pasting temperature）和峰值時(shí)間（peak time）。

1.5 數(shù)據(jù)分析

所有實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，采用Origin 8.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果以表示。

1 材料與方法

1.1 材料

A淀粉漿、B淀粉漿、小麥粉：河南中鶴現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司。

1.2 藥品與試劑

DNS試劑。

1.3 儀器與設(shè)備

BT25S電子分析天平：賽多利斯科學(xué)儀器北京有限公司；L550臺(tái)式低速離心機(jī)：湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開(kāi)發(fā)有限公司；HH—6恒溫水浴鍋：金壇市杰瑞爾電器有限公司；202—2型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：中華人民共和國(guó)上海市實(shí)驗(yàn)儀器總廠；RVA-TecMaster快速粘度儀（RVA）：瑞典波通儀器公司；Quanta 200掃描電子顯微鏡：美國(guó)FEI公司；Optim2100電感耦合等離子發(fā)射光譜：美國(guó)PE公司；旋轉(zhuǎn)式研磨儀ZM1：德國(guó)萊馳。

1.4 測(cè)定方法

1.4.1 B淀粉的表觀觀察

將A淀粉粒、B淀粉粒充分烘干過(guò)100目篩，平鋪于白紙上，對(duì)比觀察，拍照。

1.4.2 B淀粉的顯微觀察

將A、B淀粉粒充分烘干過(guò)100目篩，取適量分散均勻的淀粉粒用電子顯微鏡分別在放大倍數(shù)為800倍和3000倍的情況下觀察并拍照。

1.4.3 B淀粉漿上清液中金屬離子濃度的測(cè)定

將適量B淀粉樣品稀釋為27%的溶液，用形狀細(xì)長(zhǎng)的25mL干燥量筒取B淀粉漿，并用保鮮膜封口靜置約24 h，取上層澄清液于專用橡膠質(zhì)管中，利用Optime2100DV電感耦合等離子發(fā)射光譜儀測(cè)定B淀粉漿上清液中各金屬離子的濃度。

1.4.4 DNS法測(cè)B淀粉漿還原糖

根據(jù)參考文獻(xiàn)[10]制作葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線和求DE值。

標(biāo)準(zhǔn)曲線：y=0.599 4x-0.031 8，R2=0.996，式中：x為葡萄糖的濃度；y為OD值。

1.4.5 淀粉粒的熱力學(xué)特性測(cè)定

根據(jù)參考文獻(xiàn)[11]測(cè)淀粉的熱力學(xué)特性。

1.4.6 淀粉粒的粘度測(cè)定

根據(jù)參考文獻(xiàn)[12]測(cè)定淀粉粒的粘度。測(cè)定結(jié)束后記錄峰值粘度（peak viscosity）、谷底粘度（trough viscosity）、破損值（breakdown）、最終粘度（finalviscosity）、

2 結(jié)果與分析

2.1 A、B淀粉表觀對(duì)比（恒重干燥后）

A、B淀粉表觀對(duì)比（恒重干燥后）見(jiàn)圖1。

圖1 A、B淀粉表觀對(duì)比Fig.1 Apparent contrast of A-starch and B-starch

由圖1可以看出：與A淀粉相比，B淀粉色澤暗黃、粗糙、顆粒均勻度差；這是因?yàn)锽淀粉成分復(fù)雜，含有色素物質(zhì)和非淀粉成分如粗蛋白、粗纖維及水溶性糖等，使B淀粉的色澤變深，顆粒不均勻，而且這些成分和淀粉顆粒粘連在一起，給B淀粉的后期利用帶來(lái)諸多技術(shù)和成本障礙。

2.2 A、B淀粉粒的形態(tài)和大小

A、B淀粉粒的形態(tài)和大小見(jiàn)圖2。

圖2 A、B淀粉電鏡對(duì)比（Quanta 200環(huán)境掃描電鏡）Fig.2 Electronm icroscope comparison of A-starch and B-starch

從圖2的掃描電鏡圖片可以看出：A淀粉的平均粒徑大小在10μm～35μm之間，顆粒間多數(shù)相對(duì)獨(dú)立存在，其形態(tài)主要是圓形淀粉顆粒，表面光滑并有凹陷面；B淀粉主要由較小的橢圓形淀粉和不規(guī)則顆粒組成，平均粒徑1μm～10μm，表面粗糙伴有裂縫；由于B淀粉顆粒小、含雜多，易于與蛋白質(zhì)、戊聚糖等成分粘結(jié)在一起，因此表現(xiàn)為顆粒間的緊密黏結(jié)。在觀察的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，A淀粉中也有個(gè)別微小顆粒，B淀粉顆粒周圍也零星的分散著個(gè)別大顆粒，這說(shuō)明在工業(yè)化生產(chǎn)中，A淀粉B淀粉之間的分離不太徹底。

2.3 B淀粉漿上清液中金屬離子濃度

B淀粉漿上清液中金屬離子種類和濃度詳見(jiàn)表1。

表1 B淀粉漿上清液中金屬離子濃度測(cè)定結(jié)果Table 1 Concentration ofmetalion in supernatant fluid of B-starch

由表1中可知，B淀粉中的金屬離子種類豐富，多數(shù)金屬離子是參與代謝活動(dòng)的酶的構(gòu)成成分或激活劑，影響生物體內(nèi)的物質(zhì)代謝和生物轉(zhuǎn)化。Gupta和Dhanya分別發(fā)現(xiàn)Mg2+和Ca2+濃度對(duì)發(fā)酵結(jié)果起決定作用，Ca2+是α－淀粉酶的激活劑，Mg2+是檸檬酸脫氫酶、己糖磷酸化酶、羧化酶等的激活劑，K+是許多酶的激活劑，能促進(jìn)糖的代謝。

各種金屬離子按照含量由多到少的排列順序?yàn)椋汉枯^多的金屬離子為K、Mg、Na、Ca；含量較少的金屬離子為Fe、Cu；微含量的金屬離子為Pb、Cr、、Cd。

上述分析可知，B淀粉中含有淀粉、蛋白質(zhì)、戊聚糖以及多種礦物質(zhì)，為微生物的生長(zhǎng)繁殖和代謝產(chǎn)物的形成提供了充足的營(yíng)養(yǎng)成分，因此，以B淀粉為原料進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)品的制備時(shí)，除少數(shù)特殊工藝外，不需另外添加氮源、礦物質(zhì)等成分，是B淀粉綜合利用的有效途徑之一。

2.4 淀粉中還原糖含量

淀粉中還原糖含量以DE值表示，見(jiàn)表2。

表2 三種淀粉DE值Table2 DE valueof A-starch，B-starch and wheat flour

用DNS法測(cè)得實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明（表2）：三種淀粉中還原糖含量順序?yàn)锽淀粉＞A淀粉＞小麥淀粉。顯而易見(jiàn)，以B淀粉原料進(jìn)一步發(fā)酵利用具有一定的理論基礎(chǔ)。

2.5 A、B淀粉粒的熱力學(xué)特性

用DSC測(cè)得的熱焓大小反映了淀粉整體的結(jié)晶化度，在分子水平上，涉及到淀粉晶體中膠束狀支鏈淀粉雙螺旋分子結(jié)構(gòu)的解旋和分散，及氫鍵斷裂后與溶液中的水發(fā)生水合反應(yīng)等過(guò)程[10]。因此，熱焓的大小會(huì)受到淀粉顆粒的晶體結(jié)構(gòu)、分子大小、水中的溶解性等的影響。

表3 三種淀粉熱力學(xué)特性測(cè)定相關(guān)數(shù)據(jù)Table3 Thermodynamic property of A-starch，B-starch and wheat flou r

三種淀粉的熱力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表4和圖3。

表4 三種淀粉的熱力學(xué)參數(shù)Table4 Thermodynam ic parameter of A-starch，B-starch and wheat flour

圖3 A、B淀粉和小麥粉的的DSC圖譜Fig.3 DSC atlasof A-starch，B-starch and wheat flour

由表4和圖3可知，對(duì)于糊化的起始溫度To，小麥淀粉＞A淀粉＞B淀粉；峰值溫度Tp，A淀粉＞B淀粉＞小麥淀粉；終止溫度Tc，A淀粉＞B淀粉＞小麥淀粉；吸收熱焓值△H，A淀粉＞B淀粉＞小麥淀粉。

上述結(jié)果表明，在同等條件下，B淀粉糊化溫度低，易于糊化。

差示掃描量熱儀對(duì)A淀粉和B淀粉的熱力學(xué)特性的分析顯示，小麥B淀粉比A淀粉更容易發(fā)生相變，這和B淀粉成分的復(fù)雜性以及不同成分的比例有關(guān)。

2.6 淀粉的糊化特性

糊化淀粉低溫靜置，分子重新排列，溶解度下降，出現(xiàn)回生現(xiàn)象，直接影響制品的風(fēng)味、彈性和外觀。A、B淀粉和小麥粉的的熱力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)圖4和表5。

圖4 A、B淀粉和小麥粉的的RVA圖譜Fig.4 RVA atlasof A-starch，B-starch and wheat flour

表5 A、B淀粉和小麥粉的的糊化特性參數(shù)Table5 Gelatinization property of A-starch，B-starch and wheat flour

測(cè)定結(jié)束后記錄峰值粘度（peak viscosity）、谷底粘度（trough viscosity）、破損值（breakdown）、最終粘度（final viscosity）、回生值（setback）、糊化溫度（pasting temperature）和峰值時(shí)間（peak time）。

由圖4和表5可知，不同種類的淀粉比較，峰值粘度大小順序是：小麥粉＞A淀粉＞B淀粉；谷底粘度大小順序是：小麥粉＞A淀粉＞B淀粉；破損值大小順序是：小麥粉＞B淀粉＞A淀粉；最終粘度大小順序是：小麥粉＞B淀粉＞A淀粉；回生值大小順序是：B淀粉＞小麥粉＞A淀粉；峰值時(shí)間長(zhǎng)短順序是：小麥粉＞A淀粉＞B淀粉；糊化溫度高低順序是：小麥粉＞B淀粉＞A淀粉。數(shù)據(jù)分析如下：

與小麥粉和A淀粉比較，B淀粉的回生值最高，即熱穩(wěn)定性差，分子更易重新排列，溶解度下降，在加工過(guò)程中發(fā)生老化，影響制品的品質(zhì)；B淀粉的起始糊化溫度隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而降低，表明B淀粉更易糊化。

相同濃度下A淀粉漿的粘度明顯比B淀粉漿大，其最高粘度分別為1 082 cP和977 cP，這是因?yàn)檎扯戎饕堑矸垲w粒溫度升高吸入水分后分子迅速擴(kuò)散的表觀現(xiàn)象。糊化后B淀粉比A淀粉的穩(wěn)定性好，這可能是因?yàn)锽淀粉中所含的雜質(zhì)所引起的。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)研究了目前廣泛使用的三相臥螺法生產(chǎn)谷朊粉中的下腳料B淀粉漿的理化特性，包括微觀結(jié)構(gòu)、上清液中金屬離子濃度、透光率、還原糖含量、熱力學(xué)特性、粘度等，并與A淀粉及小麥粉進(jìn)行了對(duì)比和分析比較，表觀觀察和掃描電鏡觀察的結(jié)果表明：B淀粉由較小的淀粉顆粒組成且含多種雜質(zhì)，與蛋白質(zhì)、戊聚糖等物質(zhì)黏結(jié)緊密，不易分離；透光率還是熱力學(xué)特性，或者糊化特性，均說(shuō)明B淀粉易糊化。B淀粉漿中的金屬離子和還原糖含量都很適合后續(xù)發(fā)酵利用，為下一步綜合開(kāi)發(fā)利用提供了參考。

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Physical and Chem ical Properties Research of B-starch

ZHANG Jun-he，RAOPing-fan，ZHANG Li-zhen，SHANGYi-min，HURui-xin
（Food College，Henan Institute of Scienceand Technology，Xinxiang 453003，Henan，China）

Taking B-starch，leftovers of vital gluten production by widely accepted three-phase lie screw method，as raw material，this papermeasured and analyzed physical and chemical properties of B-starch by electron microscope and inductively coupledplasma optical emission spectrometry，by which microstructure，metal ion concentration in supernatant fluid，contentof reducingsugar，thermodynamic property，gelatinization property were all concluded，also comparison with A-starch and wheat flourwere carried out.The result of electron microscope indicated that particle size of B-starch was small and impurities were embe-dded，which contributed to bond with protein and pentosan.Analysis of thermodynamic property by differential scanning calorimeterand luminousnessshowed thatB-starchwaseasy to gelatinization.In addition，contentsofmetal ion and reducing sugarmade B-starch accessible to be fermented for comprehensive utilization.

B-starch；physicaland chemicalproperties；DNS；reducing sugar

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.05.003

2014-12-14

新鄉(xiāng)市重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（ZG14029）；河南省教育廳科學(xué)技術(shù)重點(diǎn)研究項(xiàng)目（14A550013）；國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201310467051）；河南省高?？萍紕?chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃項(xiàng)目（13IRTSTHN006）

張軍合（1972—），男（漢），副教授，博士，研究方向：淀粉科學(xué)與工藝。