刺槐豆膠與玉米淀粉混合物流變性分析

裴晶瑩，趙佳慧，李曉磊，劉博，李丹

（1.長(zhǎng)春大學(xué)吉林省教育廳農(nóng)產(chǎn)品深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春130022；2.長(zhǎng)春大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130022）

刺槐豆膠與玉米淀粉混合物流變性分析

裴晶瑩1，2，趙佳慧1，2，李曉磊1，*，劉博1，李丹1，*

（1.長(zhǎng)春大學(xué)吉林省教育廳農(nóng)產(chǎn)品深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春130022；2.長(zhǎng)春大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130022）

為研究非淀粉多糖類膠體對(duì)淀粉流變特性的影響，測(cè)定5組不同配比刺槐豆膠/玉米淀粉混合物0∶1.2、0.1∶1.1、0.2∶1.0、0.9∶0.3、0.4∶0.8（質(zhì)量比）的黏彈性。采用Power-Law模型對(duì)靜態(tài)流變學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬和，決定系數(shù)R2均在0.99以上，流體指數(shù)n＜1，表明玉米淀粉及兩者混合體系屬于假塑性流體；隨著刺槐豆膠/玉米淀粉混合物質(zhì)量比的提高，混合體系的稠度系數(shù)顯著增加，流體指數(shù)降低，假塑性增強(qiáng)。當(dāng)刺槐豆膠/玉米淀粉質(zhì)量比小于0.3∶0.9（質(zhì)量比）時(shí)，稠度系數(shù)增加不再顯著。動(dòng)態(tài)流變學(xué)試驗(yàn)顯示，刺槐豆膠/玉米淀粉質(zhì)量比大于0.3∶0.9（質(zhì)量比）時(shí)，彈性較大，黏度適中。刺槐豆膠/玉米淀粉質(zhì)量比為0.4∶0.8（質(zhì)量比）時(shí)，黏度最大，彈性最小，混合體系具有更好的協(xié)同增稠效果。

玉米淀粉；刺槐豆膠；流變特性；貯能模量；損耗模量

淀粉與非淀粉多糖類親水性膠體均具有增稠性、凝膠性等特點(diǎn)，常常被共同應(yīng)用于食品體系中，以起到提高產(chǎn)品穩(wěn)定性、控制水分流動(dòng)、降低成本及簡(jiǎn)化加工工藝等作用。淀粉與親水性膠體混合體系的功能特性與產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)和感官特性密切相關(guān)。因此，關(guān)于淀粉與非淀粉多糖類膠體混合物黏彈性的研究極為重要?？疾靸烧咧g的協(xié)效作用，對(duì)于掌握它們賦予食品特定功能性質(zhì)的規(guī)律具有重要的意義。

刺槐豆膠（locust bean gum）是從刺槐種子胚乳中提取出的一種半乳甘露聚糖，其中半乳糖、甘露糖的質(zhì)量比大約為4∶1。刺槐豆膠具有較好的透明度、溶脹性和增稠性，被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)中，用作水溶性增稠劑、乳化劑和凝膠增強(qiáng)劑[1]等。

玉米淀粉是可利用的最廉價(jià)的淀粉，淀粉糊化后能形成具有一定彈性和強(qiáng)度的凝膠，凝膠的黏彈性、強(qiáng)度等特性直接影響到淀粉質(zhì)食品的加工性能及品質(zhì)[2]。其流變和凝膠特性有助于使調(diào)料既具有稠性又始終為短性糊絲，可做零售業(yè)或公共飲食業(yè)的增稠劑。

國(guó)內(nèi)報(bào)道過(guò)一些關(guān)于淀粉與膠體混合的研究，例如張雅媛等[3]考察玉米淀粉與黃原膠混合膠的流變學(xué)特性研究。表明玉米淀粉與黃原膠共混后，黏彈性變化明顯。對(duì)刺槐豆膠/玉米淀粉混合體系的研究有待進(jìn)一步探討，本文以玉米淀粉為原料，加入不同比例的刺槐豆膠，利用動(dòng)態(tài)流變儀[4]，研究?jī)烧呋旌虾篌w系流變特性的變化，為更好的在食品工業(yè)中應(yīng)用刺槐豆膠/玉米淀粉混合體系及品質(zhì)控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

玉米淀粉：美國(guó)Sigma有限公司（S4126-corn starch）；刺槐豆膠：西班牙產(chǎn)，膠體含量99%；HX201型水浴鍋：北京長(zhǎng)流科學(xué)儀器公司；Discovery-HR-3型流變儀：美國(guó)TA公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品制備

本試驗(yàn)依據(jù)多次試驗(yàn)結(jié)果，選取5個(gè)不同配比刺槐豆膠/玉米淀粉混合物 0 ∶1.2、0.1 ∶1.1、0.2 ∶1.0、0.9 ∶0.3、0.4∶0.8，（質(zhì)量比）。準(zhǔn)確稱取不同配比的玉米淀粉和刺槐豆膠樣品，加入蒸餾水制成6%玉米淀粉和刺槐豆膠混合液，置于磁力攪拌器上500 r/min，5min，然后沸水糊化10min。

1.2.2 流變特性測(cè)定

流變特性的測(cè)定均取用按1.2.1方法配置成的樣品。采用平板-平板測(cè)量系統(tǒng)，平板直徑4 cm，設(shè)置間隙0.1 cm，加入樣品，擦去平板外多余樣品，加上蓋板，并加入蒸餾水以防止水分蒸發(fā)。每次測(cè)試均需更換樣品。

靜態(tài)剪切流變的測(cè)試：在25℃下，測(cè)量剪切速率（γ）從 0～300 s-1遞增，再?gòu)?300 s-1～0 遞減范圍內(nèi)樣品變化情況。采用Power-Law模型對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行回歸擬和，決定系數(shù)R2表示方程擬和精度。Power-Law方程：

式中：τ為切應(yīng)力，N/m2；dv/dx為速度梯度；K為稠度系數(shù)（Pa/s），相當(dāng)于黏度的量度；n為流型指數(shù)；流型指數(shù)n表示非牛頓程度的量度，當(dāng)n=1時(shí)，即為牛頓液體；當(dāng) n＜1，為假塑性流體；當(dāng) n＞1，為膨脹性流體。冪律方程中，K、n值是兩個(gè)重要流變參數(shù)。

動(dòng)態(tài)黏彈性測(cè)定：溫度25℃，掃描應(yīng)變1%，測(cè)定由低頻率（0.1 Hz）至高頻率（10 Hz）內(nèi)貯能模量（G′）、損耗模量（G″）及損耗角正切值（tanδ=G″/G'）隨角頻率的變化。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

所有試驗(yàn)均重復(fù)3次，采用SPSS軟件計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和各平均值之間的差異性。

2 結(jié)果與分析

2.1 靜態(tài)剪切流變特性的測(cè)定

刺槐豆膠與玉米淀粉混合體系靜態(tài)流變曲線見(jiàn)圖1。

圖1 刺槐豆膠與玉米淀粉混合體系靜態(tài)流變曲線Fig.1 Static rheological curve of mixture of corn starch and locust bean gum

由圖1可見(jiàn)，不同比例的刺槐豆膠淀粉糊在流動(dòng)過(guò)程中所需的剪切應(yīng)力隨著剪切速率的增加而增大，隨著膠體比例的增加，混合體系流動(dòng)過(guò)程中所需的剪切應(yīng)力減小。依據(jù)冪律方程（Power-Law）對(duì)各曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合（見(jiàn)表1），結(jié)果顯示決定系數(shù)R2均在0.99以上，Power-Law模型對(duì)曲線具有較高的擬合精度[5]。流體指數(shù)n小于1，表明刺槐豆膠/玉米淀粉混合體系為假塑性流體[6]。添加刺槐豆膠后，混合體系上行曲線與下行曲線的稠度系數(shù)K顯著增加，n值降低，說(shuō)明混合體系具有更強(qiáng)的增稠性及假塑性，更易剪切稀化。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，刺槐豆膠/玉米淀粉質(zhì)量比小于0.3∶0.9質(zhì)量比時(shí)，混合體系的K值顯著增加，大于0.3∶0.9質(zhì)量比時(shí)，增加不再顯著。

表1 刺槐豆膠與玉米淀粉混合體系Power-Law方程擬合參數(shù)Table 1 Fitting parameters of Power-Law equation for mixture of corn starch and locust bean gum

2.2 動(dòng)態(tài)黏彈性測(cè)定

糊凝膠體系的動(dòng)態(tài)黏彈性與其實(shí)際應(yīng)用性能直接相關(guān)[7]。貯能模量（G′）代表能量貯存而可恢復(fù)的彈性質(zhì)。損耗模量（G″）代表能量消散的黏性性質(zhì)[8]見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 刺槐豆膠與玉米淀粉混合體系貯能模量隨頻率變化曲線Fig.2 Storage modulus of mixture of corn starch and locust bean gum composite system as a function of frequency

圖3 刺槐豆膠與玉米淀粉膠混合體系損耗模量隨頻率變化曲線Fig.3 Loss modulus of mixture of of corn starch and locust bean gum as a function of frequency

由圖2和圖3可見(jiàn)，所測(cè)樣品G′均遠(yuǎn)大于G″，損耗角正切值（tanδ）小于 1，G′與 G″隨頻率增加而上升，表現(xiàn)為一種典型的弱凝膠動(dòng)態(tài)流變學(xué)譜圖。添加刺槐豆膠后，混合體系的G′和G''均顯著增加，且隨著刺槐豆膠比例的增加而增大，混合體系表現(xiàn)出更為優(yōu)越的黏彈性。這進(jìn)一步表明混合體系內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分子鏈段間的纏結(jié)點(diǎn)增多，凝膠體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。

tanδ 為 G''與 G′比值，tanδ 越大，表明體系的黏性比例越大，流動(dòng)性強(qiáng)，反之則彈性比例較大見(jiàn)圖4。

圖4 刺槐豆膠與玉米淀粉混合體系tanδ隨頻率變化曲線Fig.4 Loss angle tangent of mixture of corn starch and locust bean gum as a function of frequency

由圖4可見(jiàn)，與玉米淀粉相比，混合體系tanδ的頻率依賴性降低，隨著角速率的增加，體系的彈性增加，黏性減小。當(dāng)刺槐豆膠/玉米淀粉比例為0.4∶0.8（質(zhì)量比）時(shí)，tanδ最高，混合體系具有更好的協(xié)同增稠作用。

綜合考慮成本和混合效果，表明在實(shí)際應(yīng)用中選擇刺槐豆膠/玉米淀粉的比為0.3∶0.9（質(zhì)量比）較為適宜。

混合是一種成本低、效果好、工藝簡(jiǎn)單、適合工業(yè)化生的方法，采用混合的方法，可改善玉米淀粉本身性能的不足，混合體系具有更為優(yōu)越的黏彈性。從而減少或替代變性淀粉在食品中的應(yīng)用。對(duì)玉米淀粉與刺槐豆膠混合體系流變及凝膠特性的研究是深入探討大分子多糖間混合體系及其性能影響規(guī)律的基本依據(jù)。兩種配比體系的流變性研究結(jié)果為更好的在食品工業(yè)中應(yīng)用玉米淀粉/刺槐豆膠混合體系及品質(zhì)控制提供參考。

3 結(jié)論

玉米淀粉與刺槐豆膠可通過(guò)分子間的相互作用而達(dá)到協(xié)同增效的作用，混合后的體系具有更高的稠度系數(shù)及動(dòng)態(tài)模量。隨著刺槐豆膠比例的增加，混合體系的流體指數(shù)n降低，假塑性增強(qiáng)。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，當(dāng)刺槐豆膠/玉米淀粉質(zhì)量比小于0.3∶0.9（質(zhì)量比）時(shí)，混合體系的稠度系數(shù)顯著增加，大于0.3∶0.9（質(zhì)量比）時(shí)，增加不再顯著。刺槐豆膠/玉米淀粉質(zhì)量比小于0.3∶0.9（質(zhì)量比）時(shí)，彈性較大，黏度適中。刺槐豆膠/玉米淀粉質(zhì)量比為0.4∶0.8（質(zhì)量比）時(shí)，混合體系黏度最大，彈性最小，具有更好的協(xié)同增稠效果。

[1]張伏,付三玲,佟金,等.玉米淀粉糊的流變學(xué)特性分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2008,24(9):294-297

[2]吳雪輝,張加明.板栗淀粉性質(zhì)研究[J].食品科學(xué),2003,24(6):38-41

[3]張雅媛,洪雁,顧正彪,等.玉米淀粉與黃原膠復(fù)配體系流變和凝膠特性分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2011,24(6):38-41

[4]譚洪卓,谷文英,劉敦華,等.甘薯淀粉糊與綠豆淀粉糊的流變行為共性與區(qū)別[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2006,22(7):32-37

[5]詹曉北,王衛(wèi)平,朱莉.食用膠的生產(chǎn)性能與應(yīng)用[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,2003

[6]黃來(lái)發(fā).食品增稠劑[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,2007

[7]Yoshimura M,Takaya T,Nishinari K.Effects of konjac-glucomannan on the gelatinization and retrogradation of corn starch as determined by rheology and differential scanning calorimetry[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,1996,44(10):2970-2976

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Rheological Analysis of Corn Starch and Locust Bean Gum Mixture

PEI Jing-ying1，2，ZHAO Jia-hui1，2，LI Xiao-lei1，*，LIU Bo1，LI Dan1，*
（1.Key Laboratory of Agroproducts Processing Technology at Jilin Provincial University，Educational Department of Jilin Provincial Government，Changchun University，Changchun 130022，Jilin，China；2.College of Food Science and Technology，Changchun University，Changchun 130022，Jilin，China）

To study the effects of non-starch polysaccharide on the rheological properties of starch，we determined the viscoelastic properties of the mixtures of corn starch/locust bean gum 1.2 ∶0，1.1 ∶0.1，1.0 ∶0.2，0.9 ∶0.3，0.8 ∶0.4（mass ratio）.The Power-Law model fitted the data of the static rheology with the correlation coefficient of more than 0.99.The fluid index was less than 1，indicating that the mixture was pseudoplastic fluid.With the increase in the proportion of locust bean gum，the consistency coefficient of mixture increased significantly，fluid index decreased，pseudoplasticity enhanced.When the ratio of corn starch and locust bean gum was less than 0.9∶0.3（mass ratio），the increase was no longer significant.Dynamic rheological tests showed that the elasticity was large and the viscosity was moderate if the ratio of corn starch to locust bean gum mass ratio was less than 0.9 ∶0.3（ mass ratio）.The elasticity was the smallest and the viscosity was the biggest when the ratio of corn starch to locust bean gum was 0.8 ∶0.4（mass ratio）.The mixtures of corn starch/locust bean gum showed better synergistic thickening effects.

corn starch；locust bean gum；rheological properties；storage modulus；loss modulus

裴晶瑩，趙佳慧，李曉磊，等.刺槐豆膠與玉米淀粉混合物流變性分析[J].食品研究與開(kāi)發(fā)，2018，39（1）：1-4

PEI Jingying，ZHAO Jiahui，LI Xiaolei，et al.Rheological Analysis of Corn Starch and Locust Bean Gum Mixture[J].Food Research and Development，2018，39（1）：1-4

10.3969/j.issn.1005-6521.2018.01.001

國(guó)家自然科學(xué)基金“面上項(xiàng)目”（NSFC-31371749）；吉林省教育廳“十三五”科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（吉教科合字[2016]第298號(hào)，JJKH20170502KJ）

裴晶瑩（1992—），女（漢），碩士研究生，研究方向：功能食品。

*通信作者：李曉磊（1978—），女（漢），副教授，博士，研究方向：功能食品；李丹（1972—），男（滿），教授，博士，研究方向：功能食品。

2017-06-16