桂淮系列淮山淀粉性質(zhì)的測定

趙小梅，李清明*，蘇小軍，王 鋒，熊興耀，譚興和，韋本輝

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.湖南永州工貿(mào)學(xué)校，湖南 永州 425000；3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，北京 100081；4.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，廣西 南寧 530007）

淮山又名山藥，其營養(yǎng)物質(zhì)豐富，除含有多種功能物質(zhì)以及人體必需的氨基酸外，還含有豐富的淀粉、蛋白質(zhì)以及多糖，其鮮淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)可高達(dá)20%[1]?；瓷狡贩N多達(dá)650多種，廣泛分布于溫帶及亞熱帶地區(qū)，在我國華北、西北及長江流域廣泛種植?；瓷揭驗檫m應(yīng)性強(qiáng)，適合于山地、坡地和林下種植，單位面積產(chǎn)量高，是我國種植面積廣、經(jīng)濟(jì)效益好的特色作物。因此開發(fā)研究山藥系列食品并進(jìn)行山藥深加工具有非常廣闊的前景。目前我國以山藥為主要原料已經(jīng)成功開發(fā)出了飲料、酸奶、保健品等產(chǎn)品[2-4]。但是發(fā)展淮山產(chǎn)業(yè)還存在季節(jié)性強(qiáng)、不易貯藏[5]、加工型品種缺乏和附加值低等因素制約。

淀粉在食品深加工中具有改良食品加工特性的作用[6]，而淀粉的性質(zhì)影響其在食品加工中的作用。山藥淀粉的聚合度較普通淀粉低，分子質(zhì)量小，且支鏈淀粉含量較高，在其應(yīng)用特性方面，山藥淀粉具有易糊化且吸水膨脹性強(qiáng)等特性。王麗霞等[7]對長山山藥淀粉進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)具有凍融穩(wěn)定性差的特點(diǎn)。許巍萍等[8]研究發(fā)現(xiàn)淮山淀粉抗老化性明顯強(qiáng)于山藥豆淀粉?；瓷降矸鄯逯叼ざ取⒆罱K黏度高于玉米淀粉，而明顯低于馬鈴薯淀粉[9]。另外、淮山淀粉的糊化溫度要較一般的谷物淀粉和薯類淀粉高許多，淮山淀粉糊回生值低于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉[10]。研究發(fā)現(xiàn)淮山淀粉糊化趨勢相似，其糊化溫度高于其他淀粉，峰值黏度及衰減值低，回生值高，且其冷糊黏度逐漸增加[11]。并且將山藥淀粉應(yīng)用于香腸加工，可以顯著減少香腸中的脂肪含量而不影響其感官評價與營養(yǎng)價值。

不同地區(qū)不同品種的淀粉性質(zhì)存在較大差異[12-13]。淮山是我國備受青睞的藥食同源食物，各地均有地方特色品種，但普遍缺乏加工型品種，廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所近年來選育了一批淀粉含量高、具有深加工潛力的加工型品種。本實驗研究廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院近年選育推廣的桂淮系列淮山淀粉的性質(zhì)，為進(jìn)一步選育適合加工型的淮山新品種，促進(jìn)淮山深加工應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

桂淮5號、桂淮7號、桂淮8號、紫淮山為廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所新選育品種，產(chǎn)地廣西；所用化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

LD5-2A型離心機(jī) 北京京立離心機(jī)有限公司；RVA TECMASTER快速黏度分析儀 瑞典Perten公司；TA-XT.Plus型質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro Systems公司；UV-1800紫外分光光度計 上海美普達(dá)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 淮山淀粉的提取

參照李昌文等[14]的方法提取。

1.3.2 淮山淀粉基本成分測定

水分含量測定：采用GB/T 12087—2008《淀粉水分測定 烘箱法》；灰分含量測定：采用GB/T 22427.1—2008《淀粉灰分測定》；蛋白質(zhì)含量測定：采用GB/T 22427.10—2008《淀粉及其衍生物氮含量測定》；脂肪含量測定：采用GB/T 22427.3—2008《淀粉總脂肪測定》；直鏈淀粉含量測定：采用GB/T 15683—2008《大米直鏈淀粉含量的測定》；磷含量測定：采用GB/T 5009.87—2003《食品中磷的測定》。

1.3.3 淮山淀粉糊化性質(zhì)

稱取一定質(zhì)量的淀粉樣品放入快速黏度計專用鋁盒中，準(zhǔn)確加入25 mL蒸餾水后放入快速黏度分析儀內(nèi)，進(jìn)行測定。

1.3.4 淮山淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)

將測完糊化曲線的樣品轉(zhuǎn)移至10 mL離心管，置于4 ℃冰箱中，48 h后倒出凝膠并切成2 cm長的小段。采用P/0.5探頭在TPA模式下測定。參數(shù)設(shè)置為：測試前速率1.0 mm/s，測試中速率1.0 mm/s，測試后速率1.0 mm/s，壓縮間隔時間5.0 s，受壓變形量20%，觸發(fā)力5.0 g。

1.3.5 淮山淀粉的凍融穩(wěn)定性

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%的淀粉懸濁液于沸水中加熱糊化，冷卻后倒入10 mL的離心管中蓋好蓋子。在-18 ℃冰箱中放置24 h后取出，自然解凍后6 000 r/min離心20 min，倒去上清液后稱取沉淀物的質(zhì)量。其后每隔24 h測試1 次，測定5 次。以淀粉的析水率體現(xiàn)淀粉的凍融穩(wěn)定性。析水率按公式（1）計算：

1.3.6 淮山淀粉的渾濁度

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的淀粉懸濁液于沸水中加熱1 h，加熱過程中不斷攪拌。室溫條件下冷卻后，以蒸餾水作為空白對照，用UV-1800紫外分光光度計在波長600 nm處測量吸光度。將樣品置于4 ℃冰箱中冷藏，每隔12 h測量其吸光度的變化。淀粉糊的吸光度即為其渾濁度。

1.3.7 淮山淀粉的凝沉性

參考李玲伊等[15]的方法并加以改進(jìn)。配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的淮山淀粉懸濁液于沸水浴中加熱糊化15 min，此過程中注意保持淀粉糊的體積。將淀粉糊冷卻至室溫后轉(zhuǎn)移至100 mL量筒中，使凹液面的刻度對準(zhǔn)刻度100。觀測淀粉糊的分層及液面下降的高度，分別記錄1、2、4、16、24、48 h時澄清液的體積以及淀粉糊總體積。凝沉性按公式（2）計算：

1.3.8 淮山淀粉的膨潤力及溶解度

準(zhǔn)確稱取0.50 g淮山淀粉樣品，放入帶有刻度的干燥離心管中，加水定容成50 mL。將淀粉懸濁液分別在50、60、70、80、90 ℃條件下加熱糊化15 min[16]，加熱過程中不斷振動。將淀粉糊快速冷卻至室溫，4 000 r/min離心20 min，將上清液倒于培養(yǎng)皿中，105 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱量沉淀物質(zhì)量及上清液的恒質(zhì)量。溶解度和膨潤力分別按公式（3）、（4）計算：

1.3.9 淮山淀粉的持水力

準(zhǔn)確稱取5.000 g樣品置于100 mL離心管中，加入75 mL蒸餾水，振蕩1 h，放入離心機(jī)以4 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心10 min倒出上清液并倒置10 min，然后稱取沉淀物的質(zhì)量。持水力按公式（5）計算：

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用DPS6.5統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及相關(guān)性分析。所有實驗均重復(fù)3 次。

2 結(jié)果與分析

2.1 淮山淀粉基本成分測定

表1 淮山淀粉基本化學(xué)成分Table 1 Chemical composition of starches from different varieties of Chinese yam

淮山淀粉中組成成分的不同會導(dǎo)致其淀粉的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、功能特性及加工品質(zhì)產(chǎn)生差異。由表1可以看出，提取的4 個品種淮山淀粉的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較低，在4.95%～6.49%之間?；曳仲|(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.18%～0.40%之間，桂淮7號質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。本結(jié)果與Jayakody等[17]報道的谷物類淀粉的化學(xué)組成及直鏈淀粉含量范圍基本一致。各品種淀粉中灰分、脂肪差異較小，除桂淮5號，其余3 個品種淮山淀粉的脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)都比較低。各品種淮山淀粉的磷含量差異顯著，紫淮山的磷含量最高，桂淮8號的磷含量最低。4 個品種淮山淀粉的直鏈淀粉和磷含量都比較低。不同品種淮山淀粉的直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在顯著差異，其中桂淮8號直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，紫淮山的直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低。研究表明直鏈淀粉含量與產(chǎn)品的糯性存在相關(guān)性，直鏈淀粉含量越低，其糯性越強(qiáng)[18]。

2.2 淮山淀粉的糊化性質(zhì)測定

表2 不同品種淮山淀粉的糊化性質(zhì)Table 2 Pasting properties of starches from different varieties of yam

由表2可知，不同淮山淀粉之間，桂淮5號的消減值的絕對值最小，其凝沉性最強(qiáng)；桂淮7號具有最低黏度值、糊化溫度，回生性最低的特點(diǎn)；桂淮8號具有最高的峰值黏度、衰減值以及最短的峰值時間，說明其淀粉糊的熱穩(wěn)定性差；紫淮山淀粉糊化的各性質(zhì)皆處于其余3 種淮山淀粉之間。Cliff[19]和Freitas[20]等研究發(fā)現(xiàn)薯蕷淀粉的糊化性質(zhì)與其直鏈淀粉含量存在相關(guān)性，本研究與之結(jié)果相吻合。

2.3 淮山淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)測定

表3 不同品種淮山淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)Table 3 Texture properties of starches from different varieties of yam

由表3可知，4 個品種淮山淀粉凝膠的硬度、黏性以及咀嚼性存在顯著差異，但桂淮8號和紫淮山在這3 個性質(zhì)上無顯著差異。桂淮8號具有最高凝聚力、硬度、黏性、咀嚼性和恢復(fù)力。淀粉中長鏈淀粉分子含量越多，淀粉凝膠中分子間內(nèi)聚力越大，使得淀粉凝膠的黏性越大[21]。淀粉凝膠的彈性越強(qiáng)，則其淀粉分子所形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的交聯(lián)點(diǎn)數(shù)量越大[22]。由此可知，桂淮8號和紫淮山淀粉中長鏈淀粉分子含量最多，其后依次是桂淮5號、桂淮7號。

2.4 淮山淀粉的凍融穩(wěn)定性測定

表4 不同品種淮山淀粉的凍融穩(wěn)定性Table 4 Freeze-thaw stability of starches from different varieties of yam

由表4可知，淮山淀粉從第1次凍融就開始析水，且析水率較大，在50%左右；隨著凍融次數(shù)的增加，淮山淀粉的析水率不斷增大。這可能是由于冷凍過程中不斷形成冰晶體，冰晶體不斷形成和溶解對淀粉分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成破壞[23]。不同品種淮山淀粉在相同凍融次數(shù)的條件下，其析水率存在顯著性差異。紫淮山在凍融過程中一直具有最高的析水率；桂淮8號在第1、2次以及第5次凍融時具有最低的析水率；桂淮5號在第3次和第4次凍融時具有最低析水率。第1次凍融析水率由大到小依次是紫淮山＞桂淮7號＞桂淮5號＞桂淮8號。第5次凍融后析水率由大到小依次是紫淮山＞桂淮7號＞桂淮5號＞桂淮8號。由此可知1 次及多次凍融時桂淮8號的凍融穩(wěn)定性最好，紫淮山的凍融穩(wěn)定性最差。由此可見，4 個品種淮山中桂淮8號更適宜于冷藏這種加工方式。淀粉析水率的大小與淀粉糊化形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有關(guān)[24]。不同淀粉析水率的差異可能是由于其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成的時間不同有關(guān)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠鎖住水分，使析水率減小[25]。

2.5 淮山淀粉的渾濁度測定

表5 不同品種淮山淀粉的渾濁度Table 5 Turbidity of starch pastes from different varieties of yam

由表5可知，淮山淀粉的吸光度呈現(xiàn)兩端數(shù)值較大中間小的現(xiàn)象。桂淮5號和紫淮山的吸光度在0～24 h之間逐漸減小，隨后增大。桂淮7號淀粉的吸光度先減小后在24 h處增大，其后減小，最后在60 h處增大。桂淮8號則先減小，在24 h后一直呈增大趨勢。這與王書軍[26]關(guān)于貝母淀粉渾濁度的研究結(jié)果存在差異，可能是由于淀粉品種來源不同造成的。

2.6 淮山淀粉的凝沉性測定

表6 不同品種淮山淀粉的凝沉性Table 6 Retrogradation properties of starches from different varieties of yam

淀粉的凝沉性會對富含淀粉產(chǎn)品的機(jī)械性能造成影響，會影響淀粉糊及其凝膠的穩(wěn)定性，從而不利于淀粉及富含淀粉產(chǎn)品的感官及加工應(yīng)用[27-28]。由表6可知，隨著時間的延長，上清液的體積不斷增大，說明淮山淀粉糊在不斷沉降，但趨勢在逐漸減小。在相同時間條件下，各品種淮山淀粉的凝沉性存在顯著差異，總體紫淮山淀粉的凝沉性最差，因此可以認(rèn)為紫淮山糊及其凝膠可能具有最好的加工性能。凝沉1 h和2 h后，桂淮7號淀粉的凝沉性較其他3 種淮山淀粉好；4～48 h之間凝沉性較好的依次為桂淮8號、桂淮7號、桂淮5號，最差的是紫淮山。說明4 h后各淮山淀粉的凝沉性質(zhì)有較穩(wěn)定的趨勢。淀粉的凝沉主要是由于淀粉中直鏈淀粉分子的相互作用形成大的顆粒或者束狀結(jié)構(gòu)，其密度大于水，從而發(fā)生沉降[29]。因此，各淮山淀粉凝沉性的差異可能是由于其淀粉中直鏈淀粉含量以及其直鏈淀粉分子析出時間不同所造成的。

2.7 淮山淀粉的溶解度及膨潤力測定

表7 不同品種淮山淀粉的溶解度Table 7 Solubility of starches from different varieties of yam

由表7可知，淮山淀粉的溶解度隨著溫度的升高逐漸增大；在相同溫度條件下，不同品種淮山淀粉的溶解度皆存在顯著差異。當(dāng)溫度由低到高時，溶解度最大的依次為桂淮5號、桂淮7號、桂淮8號、紫淮山、紫淮山，溶解度最小的依次是桂淮7號、桂淮8號、桂淮5號?？傮w來說，紫淮山在不同溫度條件下，其溶解度都較高于其余品種，比較適宜沖調(diào)型淮山產(chǎn)品的加工。淀粉溶解主要是由于淀粉分子中直鏈淀粉以及分子質(zhì)量較小的支鏈淀粉從淀粉顆粒中逸出后溶解于水的過程，其主要受直鏈淀粉含量及小分子質(zhì)量支鏈淀粉含量的影響[30]。

表8 不同品種淮山淀粉的膨潤力Table 8 Swelling powers of starches from different varieties of yam

由表8可知，桂淮5號和桂淮8號淮山淀粉的膨潤力隨著溫度的升高而逐漸增大；桂淮7號和紫淮山淀粉則先減小，在70 ℃開始增大。相同溫度條件下，不同品種淮山淀粉的膨潤力存在顯著差異，當(dāng)溫度由低到高時，膨潤力大的依次是紫淮山、桂淮7號、桂淮8號、桂淮7號、桂淮7號；淀粉的膨潤力與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的疏松度以及磷酸基團(tuán)的含量有關(guān)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)越松散，磷酸基團(tuán)越多，其越容易吸水膨脹[31]。這可能是相同溫度條件下，不同品種淮山淀粉的膨潤力具有顯著性差異的原因。同一品種在不同溫度條件下膨潤力的不同則可能是由于不同溫度條件下淀粉的糊化程度不同，其支鏈淀粉的溶解析出量存在差異而造成的[32]。因此，在加工時應(yīng)當(dāng)根據(jù)淮山的品種選擇不同的加熱溫度。

2.8 淮山淀粉的持水力測定

由圖1可以看出，4 個品種淮山淀粉的持水力在73.9%～123.1%之間，持水力由小到大依次為桂淮5號＜桂淮8號＜紫淮山＜桂淮7號。研究表明淀粉中直鏈淀粉和支鏈淀粉結(jié)合松散可增大淀粉的持水力，而淀粉分子鏈之間相互結(jié)合形成的氫鍵和共價鍵則會降低淀粉的持水力，淀粉顆粒中水結(jié)合位點(diǎn)的可利用度存在差異，這也是導(dǎo)致淀粉持水力存在差異的一個原因[33]。由此可知，不同品種淮山淀粉的持水力存在差異。

圖1 不同品種淮山淀粉的持水力Fig. 1 Water-holding capacity of starches from different species of yam

2.9 淮山淀粉直鏈淀粉含量與其性質(zhì)的相關(guān)性

表9 淮山淀粉直鏈淀粉含量與其性質(zhì)的相關(guān)性Table 9 Correlation between amylose content and pasting properties of Chinese yam starch

由表9可知，淮山淀粉直鏈淀粉含量與析水率有極顯著負(fù)相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)為-0.89（P＜0.01）。這與周文超[34]關(guān)于小米淀粉中直鏈淀粉含量與析水率呈顯著正相關(guān)的結(jié)論相反，其原因有待于進(jìn)一步研究。淮山淀粉的谷值黏度與終值黏度以及回生值呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)皆為0.99（P＜0.01），谷值黏度與糊化溫度以及膨潤力也顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.79和-0.86（P＜0.05）。淮山淀粉的終值黏度與回生值呈極顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為1.00，P＜0.01）?；瓷降矸鄣呐驖櫫εc淀粉的終值黏度、回生值以及糊化溫度呈顯著負(fù)相關(guān)性（相關(guān)系數(shù)分別為-0.85、-0.85、-0.87，P＜0.05），與溶解度呈顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為0.80，P＜0.05）。

3 結(jié) 論

本實驗對4 個新培育的桂淮系列淮山淀粉的理化性質(zhì)進(jìn)行研究。桂淮系列淮山淀粉渾濁度的變化呈現(xiàn)出兩端吸光度大中間小的規(guī)律。桂淮5號淀粉的凝沉性和持水力較差；桂淮7號則具有糊化溫度低、不易回生、易消化、持水力好的特點(diǎn)；桂淮8號淀粉糊的硬度、黏性和咀嚼性好，但熱穩(wěn)定性差；紫淮山淀粉凝沉性差。不同品種淮山淀粉性質(zhì)的差異可為進(jìn)一步選育淮山品種以及淮山的深加工及應(yīng)用提供理論依據(jù)。