累積光密度法研究山藥淀粉的糖/水熱糊化機制*

李倩 高群玉

(1. 華南理工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院， 廣東 廣州 510640；2. 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所， 廣東 廣州 510610)

累積光密度法研究山藥淀粉的糖/水熱糊化機制*

李倩1,2高群玉1?

(1. 華南理工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院， 廣東 廣州 510640；2. 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所， 廣東 廣州 510610)

采用數(shù)字圖像分析方法——累積光密度(IOD)法，結(jié)合晶變響應(yīng)峰模型(MRDCC)研究了山藥淀粉的糊化特性，并應(yīng)用X射線衍射法討論淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，同時考察不同濃度/種類小分子糖對淀粉糊化過程的影響.結(jié)果表明：山藥淀粉呈現(xiàn)C型結(jié)構(gòu)，MRDCC顯示雙峰，分別對應(yīng)B型和A型同質(zhì)晶體的糊化；不同濃度蔗糖以及不同種類單糖、二糖、三糖和四糖對山藥淀粉糊化過程的影響不同；糖類的糊化抑制作用與其動態(tài)水合數(shù)有很好的相關(guān)性，糖分子的赤道羥基個數(shù)越大，對淀粉的糊化抑制作用越強；除此之外，糖與水分子的結(jié)合能力還與糖分子的大小以及它們的三維結(jié)構(gòu)有關(guān).四糖的理想模型為通過氫鍵形成螺旋結(jié)構(gòu)，削弱其水合能力，因此線性結(jié)構(gòu)的棉籽糖比水蘇糖的糊化抑制作用更強.

山藥淀粉；糊化；糖；數(shù)字圖像分析;累積光密度法

淀粉是植物中含量豐富的可再生資源，以儲能性碳水化合物的形式存在于大部分綠色植物中，是一種不溶于冷水的顆粒.當其在水體系中加熱時，淀粉晶型逐漸消失，結(jié)構(gòu)被破壞，淀粉聚合鏈分散到溶液中.這個熱處理過程所導(dǎo)致的淀粉顆粒破壞并從有序變?yōu)闊o序的相變過程稱為糊化[1].淀粉相變過程會在一個很寬的溫度范圍內(nèi)發(fā)生，且不同來源淀粉的相變過程有著極大差別.因此糊化性質(zhì)成為淀粉的一個非常重要的理化特性.

國際上對淀粉晶型的研究一直是熱點之一，相關(guān)的結(jié)構(gòu)機理剖析也已日趨成熟并被廣大學(xué)者所認可.按照雙螺旋結(jié)構(gòu)在淀粉顆粒中的排布密度不同，可將淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)區(qū)分為A型和B型，且A型結(jié)構(gòu)密度大于B型[2].眾多研究表明，A型和B型結(jié)構(gòu)共存于淀粉的C型結(jié)構(gòu)晶體中，因這兩種結(jié)構(gòu)在C型淀粉中的排布具有差異，必然會給這類淀粉帶來獨特的性質(zhì).

糖類通常對淀粉的糊化過程及其流變性質(zhì)均有顯著影響.糊化溫度和糊化焓均會因糖的加入而發(fā)生改變，且糊化和老化的速度和程度也隨之增加或減小[3- 6].為了探討糖對淀粉糊化過程的影響機理，許多研究手段被應(yīng)用在相關(guān)研究當中.例如，差示掃描量熱儀(DSC)[6- 9]、流變儀[10]、光學(xué)顯微鏡[3， 5]、X射線衍射法[6， 9]、核磁共振儀[11]、快速黏度分析儀[12]等.這些方法通過不同的參數(shù)和角度來表征糖對淀粉糊化過程的影響.盡管糖對淀粉糊化過程影響的機理被眾多學(xué)者所討論，但至今并未形成統(tǒng)一并可解釋所有測量結(jié)果的理論.

數(shù)字圖像分析(IOD)法作為一種全新的測量方法，可以表征部分糊化的淀粉顆粒，同時它能有效避免因?qū)Φ矸蹣悠愤M行預(yù)、后處理而產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，并可在線監(jiān)控淀粉糊化的真實過程.這一方法較傳統(tǒng)基于偏光顯微鏡的其他測量方法，如數(shù)顆粒法、面積法具有突出優(yōu)勢[13].對糊化過程的監(jiān)控更加敏感而準確，甚至可以監(jiān)測預(yù)糊化階段淀粉的微弱膨脹過程[14].

本實驗結(jié)合熱臺偏光顯微鏡和數(shù)字圖像分析方法，并引入積分光密度的新方法和晶變響應(yīng)峰模型(MRDCC)，研究了山藥淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)以及糖對山藥淀粉糊化過程的影響.

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

山藥淀粉為實驗室自提.懷山藥塊莖(1 000 g)經(jīng)洗滌，去皮修剪，除掉缺陷部分.加1倍體積蒸餾水用九陽榨汁機高速攪拌2 min.用200目篩過濾，濾渣用蒸餾水洗滌兩遍，濾液靜置2 h.然后傾去上清液，加入新的蒸餾水重懸浮沉降的淀粉層，如此重復(fù)8次后用布什漏斗過濾回收淀粉顆粒，并在45 ℃下干燥24 h，收集得懷山藥淀粉，測得水分含量為12.56%.

D-核糖、D-木糖和D-半乳糖(分析純)，美國Sigma 化學(xué)有限公司產(chǎn)品；D-果糖、D-葡萄糖和蔗糖(分析純)，上海博奧生物科技有限公司產(chǎn)品；海藻糖、棉籽糖和水蘇糖(分析純)，上海源聚生物技術(shù)有限公司產(chǎn)品.

1.2 儀器與設(shè)備

EVO 18型掃描電子顯微鏡，德國Zeiss公司產(chǎn)品；D/Max2200VPC型X射線衍射儀，日本理學(xué)公司產(chǎn)品；Micro Publisher 3.3 RTV數(shù)碼相機偏光顯微鏡，日本Olympus公司產(chǎn)品；DSC8000型差示掃描量熱儀，美國PerkinElmer公司產(chǎn)品；THMSE600型熱臺，LINRAM公司產(chǎn)品.

1.3 實驗方法

1.3.1 掃描電鏡觀察

將樣品烘干至恒重，取少許固定于金屬樣品臺上，真空條件下噴金后在掃描電子顯微鏡下觀察，并拍攝淀粉顆粒形貌照片.

1.3.2 X射線衍射分析

用X射線衍射儀獲得山藥淀粉的X射線衍射圖譜.將樣品放在干燥器中平衡水分24 h以上，之后放入帶有凹槽的玻璃板上，填滿凹槽并壓實，保證樣品與整個玻璃板保持水平，放入X射線衍射儀中采用步進掃描法進行掃描.操作條件如下：起始角2θ=4°；終止角2θ=35°；步長為0.05°；掃描速度為5°/min；積分時間為2 s；靶型為Cu；管流為26 mA；管壓為44 kV；發(fā)散和散射狹縫為1.0 mm，接收狹縫為 0.1 mm[15].

1.3.3 樣品的制備

在25 ℃下用蒸餾水配置3%的淀粉乳，使得淀粉干基/水質(zhì)量比為3∶97.配置質(zhì)量分數(shù)為5%、10%、15%和20%的蔗糖溶液及15%的核糖、木糖、果糖、葡萄糖、麥芽糖、海藻糖、棉籽糖和水蘇糖溶液.用以上所得溶液制備3%的淀粉-糖溶液(淀粉干基/水質(zhì)量比為3∶97).取適量淀粉溶液或淀粉-糖溶液平衡10 min，用道康寧732玻璃膠密封于兩片圓形玻璃片之中，使得淀粉顆粒在玻璃片內(nèi)均勻分散且可布滿整個視野.再放入熱臺顯微鏡中觀察其熱糊化過程，每個樣品重復(fù)3次.

1.3.4 偏光圖片的采集

本實驗所用熱臺偏光顯微鏡配備有數(shù)碼相機，可以真實在線記錄淀粉偏光顆粒在糊化過程中的變化.設(shè)置與熱臺連接的溫度控制儀，先以5 ℃/s 快速升溫至50 ℃，然后以2 ℃/s緩慢升溫，監(jiān)測溫度范圍為50～98 ℃.每隔2 ℃記錄一張數(shù)碼照片，完全糊化后，即圖像中淀粉偏光顆粒完全消失時停止記錄.因此，根據(jù)每個樣品糊化快慢不同，所收集的實驗照片數(shù)也不盡相同.通過視頻監(jiān)視器連接照相機輸出顆粒雙十字的在線圖像，圖片保存為TIFF格式，分辨率為2 048×1 536像素，放大倍數(shù)為200[20].

1.3.5 數(shù)字圖像的分析

IOD 法是一種新型測定淀粉糊化度(DG)的方法.用Image-pro plus 5.0 軟件測定每張圖片的IOD值[14].將拍攝的數(shù)字圖片輸入該軟件，獲得圖片的IOD值.基于IOD法計算糊化度(DG1)，公式為：

C=A-B

(1)

DGI=(1-C/C0)×100%

(2)

式中：A為原始IOD值，即糊化過程中每張數(shù)字圖片計算得出的IOD值；B為背景IOD值，即當所有偏光十字顆粒消失糊化完全時圖片的IOD值；C為不同溫度點的真實IOD值；C0為初始真實IOD值(淀粉顆粒雙折射光未發(fā)生任何改變)，在本實驗中，50 ℃時數(shù)字圖片的IOD值設(shè)為初始IOD值.

1.3.6 晶變響應(yīng)峰模型

晶變響應(yīng)峰模型(MRDCC)是能表征淀粉糊化速度的新模型.模型曲線最高點所對應(yīng)的溫度定義為峰值溫度Tp.同質(zhì)結(jié)晶結(jié)構(gòu)的糊化過程MRDCC在理想條件下應(yīng)呈現(xiàn)正態(tài)分布.然而，因淀粉晶型的不同，其MRDCC往往呈現(xiàn)多峰曲線，反應(yīng)了淀粉的多晶性和晶型的多樣性[16].

晶變響應(yīng)值(RDCC)：表征在某一溫度范圍內(nèi)糊化度的變化，即糊化速度，本實驗中Δt為2℃.

繪制方法：某一溫度點(如50，52，54，… ，98 ℃)的晶變響應(yīng)值是該點的糊化度DGI減去前一溫度點的糊化度.以溫度為橫坐標，RDCC為縱坐標，輸入Curve Expert軟件，選擇張力樣條函數(shù)將散點擬合，得到晶變響應(yīng)峰模型.計算公式如下：

(3)

式中，Pt是某一溫度點(t)的RDCC值，DGt是某一溫度點的IOD法計算得出的糊化度.本實驗中，在50～98 ℃的溫度范圍內(nèi)，某一溫度點的RDCC值，如70 ℃，是該溫度下的糊化度減去前一溫度點(68 ℃)的糊化度所得差值的一半.

1.3.7 統(tǒng)計學(xué)分析

每個樣品平行試驗3次，結(jié)果用EXCEL軟件計算.MRDCC曲線由CurveExpertPro擬合得到，而其他曲線由OriginPro8繪制.

2 結(jié)果與分析

2.1 山藥淀粉的顆粒形貌和結(jié)晶結(jié)構(gòu)

懷山藥淀粉的掃描電鏡圖片如圖1所示，懷山藥淀粉呈現(xiàn)圓餅型、橢球型或廣橢球形.顆粒大小均一，表面光滑，未見明顯的裂痕和破損.X射線衍射圖譜(見圖2)在5.7°、11.4°、15.1°、17.1°、22.5°和23.8°處顯示6個特征峰，因此鑒定為C型結(jié)晶淀粉.

圖1 懷山藥淀粉的不同倍數(shù)掃描電鏡圖片

Fig.1SEMimagesofChineseyamstarchwithdifferentamplificationfactors

圖2 懷山藥淀粉的X射線衍射圖譜

圖3為山藥淀粉在水中糊化的偏光圖片.可以觀察到，在64 ℃下，偏光圖片十字光強對比原始顆粒照片(50 ℃)，仍未有肉眼可見改變，處于預(yù)糊化階段；在68 ℃下，圖片中偏光強度以及顆粒十字區(qū)域面積明顯減弱，處于部分糊化階段；而在84 ℃下，偏光十字完全消失，淀粉顆粒處于完全糊化階段.

2.2 不同濃度蔗糖對山藥淀粉糊化過程的影響及機理探討

圖4為山藥淀粉在不同濃度的蔗糖溶液中的糊化度-溫度關(guān)系.定義糊化度(DGI值)到達10%時(即光密度損失10%)的溫度設(shè)為起始溫度ts；將DGI值到達95%時(即光密度損失了95%)的溫度設(shè)為終止溫度tc.隨著蔗糖質(zhì)量分數(shù)的增加(0～20%)，ts和tc依次增加.隨著蔗糖濃度的增加，山藥淀粉的糊化曲線向右平移，并且同一溫度點處山藥淀粉的糊化度降低.表明增加蔗糖的濃度能有效地抑制淀粉的糊化. 舉例說明如下： 與蔗糖的質(zhì)量

圖3 懷山藥淀粉在水中糊化過程不同溫度點的偏光照片

Fig.3 Polarized light micrographs of Chinese yam starch at different temperatures in a gelatinization process in water

分數(shù)0、5%、10%、15%、20%相對應(yīng)的ts(糊化度為10%)分別為62.8、 63.9、66.5、68.6和69.8 ℃.當糊化度到達50%時，與不同蔗糖濃度相對應(yīng)的溫度分別為67.7、68.1、70.9、72.6和 73.1 ℃.蔗糖濃度越高，起始糊化溫度越高，要求達到同樣的糊化度所需要的溫度也越高，意味著糊化更加困難.當溫度達到68 ℃時，與蔗糖質(zhì)量分數(shù)0、5%、10%、15%和20%對應(yīng)的糊化度分別為56.1%、48.2%、39.9%、18.3%和11.2%.在相同的溫度點下，糊化度隨蔗糖濃度增加相繼下降，所以可以得出淀粉糊化過程被蔗糖抑制的這一結(jié)論.

圖4 不同蔗糖濃度下山藥淀粉的溫度-糊化度關(guān)系

Fig.4 Relationship between temperature and DGIof Chinese yam starch at different sucrose concentration

蔗糖能夠延遲淀粉糊化的開始和結(jié)束，這一結(jié)果與Maaurf等[17]的研究結(jié)果相一致.這種糊化抑制作用的原因是小分子的蔗糖能夠滲透在山藥淀粉顆粒的內(nèi)部，蔗糖分子所含的羥基會與山藥淀粉顆粒相互作用，從而減緩淀粉顆粒的膨脹作用.除此之外，蔗糖的存在會減少水分的含量和水分活度，從而在一定程度上降低淀粉分子和水分子之間的相互作用，最終影響了淀粉糊化的進程[7].另有一些研究發(fā)現(xiàn)[8]，小分子碳水化合物對水中帶氫鍵結(jié)構(gòu)的聚合鏈有穩(wěn)定作用，因而能夠延遲鏈的重新排序.

圖5是山藥淀粉在不同濃度的蔗糖溶液中的晶變響應(yīng)峰.在純水中，MRDCC圖譜中并非顯示單一峰曲線，而是在主峰右側(cè)有一個很大的平臺峰，顯示了山藥淀粉的多階段糊化過程.與豌豆淀粉類似，圖譜中的兩個峰分別與C型結(jié)構(gòu)山藥淀粉中的B型和A型同質(zhì)晶體的糊化相對應(yīng)[14]，且兩個峰值溫度點(tp1和tp2)分別對應(yīng)B峰和A峰，tp1為67.5 ℃，tp2為79.9 ℃.與B-A結(jié)晶糊化臨界溫度點(72 ℃)相對應(yīng)的DG1為80%，因此可以得出以下結(jié)論：B型同質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)約占山藥淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的80%.該結(jié)果與按照Davydova等[18]的方法所得結(jié)果略有差異(70%).A型結(jié)構(gòu)僅占山藥淀粉結(jié)構(gòu)的大約20%，而且其糊化崩解過程受B型同質(zhì)晶體糊化的影響，因此，很難將其糊化溫度范圍從整個糊化過程中單獨出來加以討論.由于蔗糖的加入，對A型和B型晶體的影響程度不同，最終表現(xiàn)為兩種結(jié)構(gòu)糊化的主峰相互靠攏.因此，表征A型結(jié)構(gòu)糊化的平臺峰并不明顯，無法單獨討論.在0%、5%、10%、15%和20%的蔗糖溶液中，與C型山藥淀粉中B型結(jié)晶結(jié)構(gòu)糊化過程對應(yīng)的tp1分別為67.5、68.2、 71.5、73.9和74.7 ℃.

圖5 山藥淀粉在不同濃度蔗糖中加熱糊化的MRDCC

Fig.5 The MRDCC of Chinese yam starch heated at different sucrose concentration

蔗糖的添加會改變水的結(jié)構(gòu)和破壞水分子的穩(wěn)定性.與水中相比，在蔗糖溶液里淀粉顆粒的膨脹和糊化需要更高的溫度和更多的能量.山藥淀粉在溶液體系的糊化過程中呈現(xiàn)類似拉鏈模型的有序結(jié)構(gòu)，而蔗糖對這種結(jié)構(gòu)有穩(wěn)定作用.這一結(jié)果同樣被蔗糖濃度對馬鈴薯和橡子淀粉的糊化影響所證實[6, 14].拉鏈模型環(huán)數(shù)隨糖濃度的增加而增加，因形成拉鏈模型，可自由轉(zhuǎn)動的淀粉鏈隨之減少，也就是說流蘇模型的自由淀粉鏈會減少[7].

2.3 不同單糖對山藥淀粉糊化過程的影響及機理探討

從圖6可以看出，與純水相比，加入的3種單糖都對山藥淀粉糊化有抑制作用.且其抑制作用的大小關(guān)系為：半乳糖>葡萄糖>果糖>木糖=核糖.與水、核糖、木糖、果糖、葡萄糖和半乳糖相對應(yīng)的ts分別為62.8、64.2、64.2、65.2、65.6和66.7 ℃.當糊化度達到50%時，與之相對應(yīng)的溫度分別是67.7、68.0、68.0、70.2、70.5 和71.4 ℃.從圖7可知，與水、核糖、木糖、果糖、葡萄糖和半乳糖分別對應(yīng)的tp1分別為67.5、68.4、68.4、69.7、71.2和71.3 ℃.葡萄糖和果糖等己糖遠遠比木糖和核糖等戊糖對山藥淀粉糊化的抑制效果要強，這個結(jié)果和許多學(xué)者的研究結(jié)果相一致[19].眾多學(xué)者的研究表明，葡萄糖在水中的結(jié)構(gòu)為鱗石英結(jié)構(gòu)[20]，同時，糖分子上的赤道羥基可以有效地與水分子作用，增強水分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[21].影響的效果與糖分子的動態(tài)水合數(shù)(nDHN)有關(guān)，葡萄糖結(jié)構(gòu)nDHN=18.6；果糖中nDHN=16.5；而核糖中的nDHN=10.6[20, 22].nDHN是表示溶質(zhì)的水合特性的重要物理量；且它與平均赤道羥基數(shù)n(e-OH)構(gòu)成良好的線性關(guān)系.

圖6 山藥淀粉在不同單糖溶液影響下的溫度-糊化度關(guān)系

Fig.6 Relationship between temperature and DG1of Chinese yam starch under the effects of different monosaccharide

圖7 山藥淀粉在不同單糖溶液中的MRDCC

Fig.7 The MRDCC of Chinese yam starch heated with different monosaccharide

2.4 不同二糖對山藥淀粉糊化過程的影響及機理探討

圖8示出了山藥淀粉在不同的二糖溶液中的溫度-糊化度關(guān)系.所有二糖都具有抑制山藥淀粉糊化的作用.抑制作用的大小關(guān)系為：海藻糖 ≌ 蔗糖>麥芽糖.與水、蔗糖、麥芽糖、海藻糖對應(yīng)的ts分別為62.8、66.5、63.5和66.5 ℃；當糊化度達到50%時，與之相應(yīng)的溫度分別是67.7、70.9、69.5和71.2 ℃.從圖9可知與它們相對應(yīng)的的糊化峰值溫度tp1分別為67.5、71.5、70.0和71.3 ℃.麥芽糖對淀粉顆粒的保護作用比蔗糖和海藻糖要弱，這一結(jié)果與Katsuta等[19]的研究結(jié)果相反.在他們的研究結(jié)果中，麥芽糖是所有二糖中對淀粉糊化抑制作用最強的.本實驗中，麥芽糖的nDHN值為27.1、蔗糖的nDHN值為25.2、海藻糖的nDHN值為25.4.抑制作用與nDHN不完全一致.該研究結(jié)果與Savage等[23]的研究結(jié)果相同，在淀粉-水-糖體系中，麥芽糖對淀粉熱膨脹糊化過程的影響與單糖類似.原因在于，糖對淀粉-水體系中糊化過程的抑制作用大小，除了與糖分子結(jié)構(gòu)赤道羥基個數(shù)有關(guān)外， 還與糖分子本身的大小以及它們的三維結(jié)構(gòu)有關(guān).糖分子體積越小就越容易與水分子結(jié)合.而麥芽糖的分子大小和三維結(jié)構(gòu)相比蔗糖分子更大，與其他種類二糖的抑制作用相比，麥芽糖更接近單糖對淀粉的抑制效果.

圖8 山藥淀粉在不同二糖溶液影響下的溫度-糊化度關(guān)系

Fig.8 Relationship between temperature and DGIof Chinese yam starch under the effects of different disaccharides

圖9 山藥淀粉在不同二糖溶液中的MRDCC

Fig.9 The MRDCC of Chinese yam starch heated with different disaccharides

2.5 不同低聚糖對山藥淀粉糊化過程的影響及機理探討

圖10示出了4種低聚糖在山藥淀粉糊化過程的保護作用.當糊化度達到10%時，與水、葡萄糖、蔗糖、棉籽糖和水蘇糖對應(yīng)的ts分別是62.8、65.6、66.5、71.9和68.3 ℃；當糊化度達到50%時，與之對應(yīng)的溫度分別為67.7、70.5、70.9、76.4和73.7 ℃.由此可知，四糖和三糖相比起二糖能更有效地抑制山藥淀粉的糊化，且二糖對于淀粉糊化的保護作用強于單糖.這一結(jié)果與Katsuta等[19，24]和Kohyama等[7]的研究結(jié)果相一致.

圖10 山藥淀粉在不同低聚糖溶液影響下的溫度-糊化度關(guān)系

Fig.10 Relationship between temperature and DGIof Chinese yam starch under the effects of different oligosaccharides

從圖11可以看出加入棉籽糖后的淀粉峰值糊化溫度(tp1)(76.1 ℃)大于水蘇糖的(73.8 ℃).在相同濃度下，棉籽糖對山藥淀粉的糊化抑制作用大于水蘇糖，這可以解釋為：nDHN的增加對糊化抑制效果的增強作用小于分子大小/三維結(jié)構(gòu)的增加對抑制效果的削弱作用.作為一種四糖，水蘇糖對淀粉顆粒在糊化過程中的保護作用小于三糖(棉籽糖).這一結(jié)果也被Katsuta等[24]的研究結(jié)果所證實.他們在研究不同糖對淀粉糊化過程的影響時發(fā)現(xiàn)，麥芽四糖與麥芽三糖相比，具有特殊的構(gòu)象，不利于水分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定.當糖苷鍵的數(shù)量≥4時，這種糖類的理想結(jié)構(gòu)是螺旋鏈的結(jié)構(gòu).通過氫鍵形成的螺旋結(jié)構(gòu)削弱了具有更高聚合度(DP)低聚糖的水合能力，從而降低水分子的鱗石英鑲嵌結(jié)構(gòu)的構(gòu)建.與水蘇糖不同，棉籽糖是典型的線性結(jié)構(gòu)低聚糖，對水分子結(jié)構(gòu)具有很好的穩(wěn)定性，因而能比蔗糖和葡萄糖更加有效地抑制山藥淀粉的糊化.根據(jù)筆者的實驗結(jié)果，水蘇糖對淀粉糊化的抑制效果弱于棉籽糖.這意味著螺旋結(jié)構(gòu)低聚糖對淀粉基質(zhì)的穩(wěn)定作用要小于線性結(jié)構(gòu)的低聚糖.也就是說，在分析糖類對淀粉糊化的影響時，糖分子的聚合度是一個重要的影響因素.

圖11 山藥淀粉在不同低聚糖溶液中的MRDCC

Fig.11 The MRDCC of Chinese yam starch heated with different oligosaccharides

3 結(jié)論

應(yīng)用IOD法結(jié)合MRDCC研究山藥淀粉的糊化特性.結(jié)果發(fā)現(xiàn)C型山藥淀粉的MRDCC顯示雙峰曲線，分別對應(yīng)了結(jié)晶結(jié)構(gòu)中B型和A型同質(zhì)晶體的糊化過程.本實驗中所有小分子糖對山藥淀粉的糊化過程均有抑制作用，但影響不同.隨著蔗糖質(zhì)量分數(shù)的增加(0～20%)，山藥淀粉的糊化溫度也增加；三糖和四糖的淀粉糊化抑制作用比二糖更強，而二糖對淀粉結(jié)構(gòu)的保護作用強于單糖.糖對淀粉糊化的抑制能力與nDHN值(動態(tài)水合數(shù))有一定的線性關(guān)系.研究還發(fā)現(xiàn)一些二糖，例如麥芽糖的抑制糊化能力與單糖相似，糖與水分子的結(jié)合能力除了與nDHN值相關(guān)外也取決于糖分子的大小和它們的三維結(jié)構(gòu).由于通過氫鍵形成了螺旋結(jié)構(gòu)，四糖對水分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定作用有所削弱，水蘇糖對淀粉糊化的抑制能力弱于棉籽糖.而其他線性低聚糖的抑制糊化作用為：三糖>二糖>單糖.

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Investigation into Sugar/Water Hot Gelatinization Mechanism of Chinese Yam Starch by Means of Integral Optical Density Method

LIQian1,2GAOQun-yu1

(1.School of Food Science and Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong，China;2.Sercultural & Agri-Food Research Institute，Guangdong Academy of Agricultural Sciences，Guangzhou 510610，Guangdong，China)

Firstly，an image analysis method，namely integral optical density (IOD) method，was combined with the model of response difference of crystallite change (MRDCC) to analyze the gelatinization property of Chinese yam starch.Then，XRD was adopted to discuss the crystalline structure of the starch.Finally，the effects of concentration and sugars variety on the gelatinization process were analyzed.The results demonstrate that (1) Chinese yam starch is in a C-type structure; (2) MRDCC shows double peaks that correspond to the gelatinization process of types B and A paramorph; (3) different sucrose concentrations as well as various monosaccharide，disaccharide，trisaccharide and tetrasccharide have different effects on the gelatinization process; (4) the inhibition effect due to sugar shows good correlation with dynamic hydration number，concretely，the more the equatorial hydroxyl number (e-(OH)) of sugar molecules，the stronger the inhibition effect; (5) sugar-water hydration effect is also related to the size and three-dimension structure of sugar molecules; and (6) a helical structure bonded through hydrogen bond is ideal for tetrasccharide because this structure weakens the hydratability，which means that the gelatinization inhibitiion effect of stachyose is smaller than that of raffinose.

Chinese yam starch; gelatinization; sugar; digital image analysis; integral optical density method

2016- 04- 22

國家自然科學(xué)基金重點項目(31230057);東莞市產(chǎn)學(xué)研合作項目(201450911106)； Foundation item: Supported by the Key Program of National Natural Science Foundation of China(31230057)

李倩(1989-)，女，博士，主要從事淀粉改性及碳水化合物功能材料研究. E-mail:liqian.hubei@163.com

?通信作者: 高群玉(1965-)，女, 博士, 教授, 主要從事淀粉改性及碳水化合物功能材料研究. E-mail:qygao@scut.edu.cn

1000- 565X(2017)03- 0117- 08

TS 236

10.3969/j.issn.1000-565X.2017.03.017