不同干燥方式對蓮藕淀粉品質(zhì)特性的影響

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(1.賀州學(xué)院廣西果蔬保鮮和深加工研究人才小高地,廣西賀州 542899;2.賀州學(xué)院食品科學(xué)與工程技術(shù)研究院,廣西賀州 542899;3.賀州學(xué)院食品與生物工程學(xué)院,廣西賀州 542899;4.賀州學(xué)院材料與環(huán)境工程學(xué)院,廣西賀州 542899)

蓮藕(NelumbonuciferaGaertn)為睡蓮科多年生植物[1],中國栽培史有3000多年,國內(nèi)種植蓮藕的較為廣泛。蓮藕的淀粉是主要營養(yǎng)成分,含量達(dá)10%～20%[2-3]。我國蓮藕資源豐富,蓮藕經(jīng)加工制成淀粉,可作為食品加工業(yè)重要的原輔料,具有較大的資源優(yōu)勢和發(fā)展前景。

國內(nèi)外有關(guān)蓮藕淀粉的研究也有一定報(bào)道,田翠華等集中對蓮藕淀粉的晶體[4]、顆粒[5]、老化[6-7]、糊化[8]等特性進(jìn)行研究,宋哲[9]對不同時(shí)期蓮藕淀粉精細(xì)結(jié)構(gòu)、消化性與水分子運(yùn)動(dòng)性進(jìn)行了研究,錢文文等[10]對不同品種蓮藕淀粉的顆粒形態(tài)及流變特性研究,劉敏等為考察親水性膠體對淀粉性質(zhì)的影響,研究不同添加量的黃原膠[11]、魔芋膠[12]分別對復(fù)配后蓮藕淀粉的糊化、流變、質(zhì)構(gòu)特性及微觀結(jié)構(gòu)的變化,陳巧莉等[13]探究高靜壓對蓮藕淀粉理化特性的影響,涂靜等[14]應(yīng)用近紅外光譜技術(shù)無損檢測蓮藕的淀粉含量,鄧青等[15]以蓮藕淀粉為原料,烹煮、質(zhì)構(gòu)、感官為指標(biāo),考察了蓮藕淀粉對粉絲品質(zhì)的影響,李西騰等[16]作了酶法制備蓮藕抗性淀粉工藝的研究。目前針對不同干燥方式對蓮藕淀粉特性差異比較的研究尚未見報(bào)道。

本文以熱風(fēng)干燥、微波干燥、紅外干燥和真空微波干燥四種干燥方式處理蓮藕淀粉,并對蓮藕淀粉干燥處理時(shí)間及顆粒形貌、結(jié)晶類型、色澤、粘度、凍融性、透明度、凝沉性等特性進(jìn)行比較,為蓮藕淀粉及淀粉制品的加工提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

秋季新鮮蓮藕 購于賀州市農(nóng)貿(mào)市場,選擇個(gè)體完整、大小均勻、無機(jī)械損傷蓮藕;碘 分析純,天津市福晨化學(xué)試劑廠;二甲基亞砜 分析純，廣東光華化學(xué)廠有限公司。

GYB60-6型高壓均質(zhì)機(jī) 上海東華高壓均質(zhì)機(jī)廠;G80D20CN1P-D2(S0)型微波爐 廣東格蘭仕微波爐電器制造有限公司;TYPE WBZ-10型智能化靜態(tài)微波真空干燥機(jī) 貴陽新奇微波工業(yè)有限公司;DH411C型精密恒溫箱 日本雅馬拓公司;WS70-1型遠(yuǎn)紅外快速干燥器 紹興市滬越科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器廠;QUANTAF250掃描電子顯微鏡(SEM) 美國FEI公司;DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司;NDJ-8s數(shù)字顯示粘度計(jì) 邦西儀器科技(上海)有限公司;XRD-6000型X射線衍射儀 島津國際貿(mào)易(上海)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 原料預(yù)處理 新鮮蓮藕清洗去皮,切塊,蓮藕塊和水按1∶2的比例加入破壁料理機(jī)中打漿;將蓮藕漿加入均質(zhì)機(jī)的漏斗容器,設(shè)置額定壓力40 Mpa,均質(zhì)時(shí)間20 min;勻漿后反復(fù)加水過濾進(jìn)行漿渣分離,濾液靜置去除上清液,得沉淀的濕淀粉(濕基含水率40%±0.5%)進(jìn)行4 ℃冷藏。

1.2.2 淀粉干燥 每次稱取200 g濕淀粉在不同干燥方式下進(jìn)行干燥,各干燥方式的干燥條件根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定。

熱風(fēng)干燥:濕淀粉平鋪在玻璃器皿,置于恒溫箱,熱風(fēng)溫度55 ℃。

微波干燥:濕淀粉平鋪在玻璃器皿,放置微波爐腔體,設(shè)微波功率210 W。

真空微波干燥:濕淀粉平鋪在玻璃器皿,放入微波真空干燥機(jī)腔體內(nèi),設(shè)真空度0.09 MPa、微波功率500 W。

紅外干燥:濕淀粉平鋪在玻璃器皿,置于遠(yuǎn)紅外快速干燥器,功率500 W。

經(jīng)過干燥后物料通過水分測定儀測定其水分含量,水分含量控制在安全水分含量內(nèi),為10.8%±0.05%,干品通過萬能粉碎機(jī)粉碎,密封袋包裝,成品。

1.2.3 水分的測定 按照GB 5009.3-2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測定》進(jìn)行。

1.2.4 淀粉亮度的測定 采用色差計(jì)進(jìn)行測定,L*值(lightness),在0～100之間變化,L*=0表示黑色,L*=100表示白色。

1.2.5 顆粒形貌掃描 采用掃描電子顯微鏡對樣品進(jìn)行掃描觀察。二次電子分辨率:3.0 nm(30 kV,高真空模式)。用雙面膠將樣品固定在金屬樣品臺上,然后在真空條件下進(jìn)行噴金處理后,置于掃描電子顯微鏡(SEM)中,淀粉顆粒形貌圖像放大倍數(shù)為2000。

1.2.6 X-射線衍射掃描 采用XRD-6000型X射線衍射儀,步長掃描法,進(jìn)行淀粉晶體的X射線衍射分析。操作條件如下:起始角2θ=5°,終止角2θ=80°,步長0.05°,掃描速度4°/min,積分時(shí)間2 s,靶型Cu,管流30 mA,管壓40 kV。

1.2.7 粘度的測定 稱取干淀粉12.0 g,倒入三角瓶中,用蒸餾水配制6%的淀粉溶液,將三角瓶放置恒溫水浴振蕩器中,振蕩均勻。當(dāng)溶液溫度升至95 ℃開始計(jì)時(shí),保溫30 min后,采用粘度計(jì)測定淀粉溶液的粘度,記錄下粘度值。淀粉溶液保持恒溫待用,每保溫30 min測定一次粘度,保溫終止時(shí)間為180 min。

1.2.8 凝沉性的測定 準(zhǔn)確稱取1.00 g干淀粉配成1%的淀粉-水懸浮液,置于水浴溫度95 ℃水浴鍋,攪拌糊化30 min,冷卻至室溫,置于100 mL量筒中,搖勻靜置,觀察糊液在室溫下靜置45 h后的分層變化情況,記錄5、10、20、25、30、35、40、45 h時(shí)上層清液體積,按下式計(jì)算清液體積比:

式(1)

式中:V-清液體積比,%;V1-上清液的體積,mL。

1.2.9 凍融穩(wěn)定性的測定 參照文獻(xiàn)[17]的方法,稱取2.4 g干淀粉加入40 mL水,配制6%的淀粉乳,置于10 mL離心管中,稱重后置于沸水浴加熱糊化至透明;將其冷卻至室溫后,放入-20 ℃冰箱中保存24 h,取出室溫解凍,以3000 r/min離心20 min,去除外部水分并稱重。析水率c按式(2)計(jì)算。

式(2)

式中:c-析水率,%;m1-淀粉糊質(zhì)量,g;m2-離心管中沉淀物質(zhì)量,g。

1.2.10 淀粉糊透明度的測定 準(zhǔn)確稱取1.00 g干淀粉,加入蒸餾水,制成1%淀粉溶液,置于磁力攪拌器上,設(shè)置溫度85 ℃,轉(zhuǎn)速500 r/min,攪拌糊化30 min;淀粉糊冷卻至室溫,用分光光度計(jì)掃描,在波長620 nm 處測定淀粉糊的透光率,放置24 h,再重新測定一次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010、Origin 7.5、SPSS 19.0軟件進(jìn)行圖表繪制和數(shù)值分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥方式對蓮藕淀粉干燥時(shí)間及淀粉亮度的影響

色澤的亮度是評價(jià)淀粉干制品品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo),L*值是用來表示亮度的指標(biāo),L*值越大,表示樣品越亮越白,它能較好地反映干燥產(chǎn)品的顏色改變[18]。

圖1 不同干燥方式蓮藕淀粉的干燥時(shí)間及亮度Fig.1 Drying time and brightness of lotus root starch in different drying methods

2.2 蓮藕淀粉的形貌分析

采用掃描電子顯微鏡分析四種不同干燥方式對蓮藕淀粉微觀結(jié)構(gòu)影響如圖2所示。

由圖2可見,在熱風(fēng)干燥條件下,部分蓮藕淀粉顆粒表面較粗糙,有明顯的凹坑,顆粒間有團(tuán)聚和裂縫;紅外干燥的淀粉,顆粒表面非常粗糙,顆粒結(jié)塊團(tuán)聚嚴(yán)重,外觀品質(zhì)差;這兩種干燥的淀粉顆粒形狀較不規(guī)則。微波干燥的淀粉,顆粒表面較粗糙,未見裂縫;真空微波干燥的淀粉沒發(fā)生糊化和熔融,顆粒較完整,輪廓清晰,表面光滑,極少數(shù)顆粒表面有輕微的凹坑。微波干燥和真空微波干燥的淀粉顆粒形狀較規(guī)律,大顆粒整體結(jié)構(gòu)為橢球型,小顆粒為球形。圖2c真空微波干燥的淀粉,相對圖2a、圖2b、圖2d干燥的淀粉,能很好地保持淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)特性。原因是真空微波干燥過程,一方面在真空系統(tǒng)中,物料處于負(fù)壓狀態(tài)下,隔絕空氣使得在干燥過程中容易發(fā)生氧化等化學(xué)變化的物料能更好地保持原有的特性[19],顆粒形貌的損壞減少;另一方面微波干燥由內(nèi)向外的獨(dú)特加熱方式,水分蒸發(fā)快,時(shí)間短,顆粒間團(tuán)聚少,顆粒受損極小[20]。因此,在真空與微波干燥共同條件與優(yōu)勢下處理淀粉,淀粉顆粒形貌更好。

圖2 蓮藕淀粉顆粒的掃描電鏡圖(2000×)Fig.2 SEM of lotus root starch(2000×)

2.3 蓮藕淀粉的晶體類型分析

淀粉的晶體類型反映了淀粉產(chǎn)品的性能及用途,X-衍射是研究晶體特性的最直接和最有效的方法[7]。圖3為熱風(fēng)干燥、微波干燥、真空微波干燥和紅外干燥蓮藕淀粉的X-射線衍射圖譜。

圖3 蓮藕淀粉的X-射線衍射圖譜Fig.3 X-ray diffraction patterns of lotus root starch

由圖3可看出,這四種不同干燥的淀粉分別在2θ為5.6°、15.05°、17.08°和23.16°附近有明顯吸收峰,為B型圖譜,其呈現(xiàn)尖銳峰衍生射特征,為典型的結(jié)晶結(jié)構(gòu);而其他區(qū)域則表現(xiàn)為彌散峰衍射特征,是亞結(jié)晶和非晶結(jié)構(gòu)。這與田翠華研究結(jié)果[2]的基本一致,蓮藕淀粉晶型均為B型結(jié)構(gòu)。其次,不同干燥方法的蓮藕淀粉各自的衍射峰高和峰寬基本沒有變化,說明干燥方法的并不能使淀粉顆粒其晶粒大小發(fā)生改變。

2.4 淀粉粘度變化分析

淀粉的粘度也反應(yīng)了淀粉類產(chǎn)品的性能及用途,淀粉粘度的研究在現(xiàn)代淀粉類產(chǎn)品生產(chǎn)中有重要意義。由圖4可知,淀粉粘度在95 ℃恒溫下保溫180 min,隨著時(shí)間延長粘度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。在保溫90 min,紅外干燥淀粉的淀粉糊粘度值最大,而其他干燥方式的淀粉糊在保溫60 min,其粘度值最大;當(dāng)保溫180 min時(shí),各淀粉糊的粘度值降低到最低,其中真空微波干燥淀粉的粘度值為7260 mPa·s,較其他三種干燥方式的低。原因是淀粉糊保溫前期,淀粉顆粒吸水膨脹后互相碰撞、摩擦和擠壓,淀粉分子之間的締合程度不斷增大,分子間的氫鍵結(jié)合更緊密,分子中的微晶束變大,抗剪切和抗斷能力增強(qiáng),粘度值增大[20];當(dāng)粘度達(dá)到最大值時(shí),隨著保時(shí)間的延長,淀粉繼續(xù)吸水膨脹,淀粉糊的體積增大,也致使每個(gè)分子平均占用的體積增大,內(nèi)部分子因分子間的相互作用減弱,造成粘度降低[21]。粘度較小的淀粉應(yīng)用廣泛,常用于工業(yè)與食品中作稠化劑、營養(yǎng)強(qiáng)化劑等。

圖4 干燥方法對蓮藕淀粉粘度變化的影響Fig.4 Effect of different drying methods on viscosity change of lotus root starch

2.5 淀粉的凝沉穩(wěn)定性分析

蓮藕淀粉糊在靜置存放過程中會產(chǎn)生凝聚和沉淀現(xiàn)象。由圖5可知,隨著淀粉糊存放時(shí)間的延長,蓮藕淀粉糊析出的清液體積比均逐漸增加,存放40 h后基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。蓮藕淀粉的清液體積比較高的是微波干燥的(68.0%),真空微波干燥的(67.8%)與其的較接近;紅外干燥的(65.0%)較低,熱風(fēng)干燥的(63.8%)最低。清液體積比較大,則沉降積較小,表明淀粉潤濕性、分散性和流動(dòng)性較好[22],交聯(lián)度較好[23-24]。因此,微波干燥和真空微波干燥的蓮藕淀粉的凝沉穩(wěn)定性、分散性和流動(dòng)性比紅外干燥和熱風(fēng)干燥的更好。

圖5 蓮藕淀粉的凝沉性Fig.5 Retrogradation of lotus root starch

2.6 淀粉凍融穩(wěn)定性分析

研究淀粉凍融穩(wěn)定性有助于進(jìn)一步了解淀粉分子內(nèi)部結(jié)構(gòu),推動(dòng)了淀粉產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)條件的優(yōu)化[25]。淀粉的凍融穩(wěn)定性通過析水率大小來反映,析水率越小,凍融穩(wěn)定性越好,反之越差[26]。

由圖6可知,紅外干燥的蓮藕淀粉析水率(60.2%)最大,熱風(fēng)干燥的(52.4%)次之;微波干燥的(43.2%)最小,說明紅外干燥的蓮藕淀粉較其他干燥方式的凍融穩(wěn)定性差,而微波干燥的凍融穩(wěn)定性較好。原因微波干燥的過程中,顆粒內(nèi)部無定形區(qū)的直鏈與直鏈、直鏈與支鏈間的互相作用增大,在無定形區(qū)內(nèi)斷裂的直鏈淀粉比原粉少[27],且熱效應(yīng)產(chǎn)生直鏈淀粉進(jìn)一步促使此作用力的増強(qiáng),因此微波干燥后蓮藕淀粉的析水率比其他樣品小;其次,研究表明,微波干燥能夠使淀粉顆粒的部分支鏈斷裂,降低了支鏈淀粉和中間級分含量,直鏈淀粉含量升高[18,28]。圖6中,真空微波干燥的(43.8%)淀粉析水率,與微波燥的無顯著性差異,兩種干燥方式的淀粉凍融穩(wěn)定性都較好,另外,說明真空微波干燥的淀粉其直鏈淀粉含量與微波干燥的含量相當(dāng)。

圖6 干燥方法對蓮藕淀粉凍融穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effects of different drying methods on freeze-thaw stability of lotus root starch

2.7 淀粉糊透明度分析

透明度是淀粉糊的外在表現(xiàn)形式,影響到淀粉類產(chǎn)品的感官評價(jià)及消費(fèi)者和市場的接受性[29],研究淀粉的透明度具有必要性。淀粉糊的透光率可以判斷比較透明度,透光率越大,透明度越高,反之透明度越小,則直鏈淀粉含量越高[30]。

表1為不同干燥淀粉的透明度及24 h后變化的透明度。由表1可知,紅外干燥蓮藕淀粉的淀粉糊透光率和變化率較高,則其透明度較高;真空微波干燥的淀粉其淀粉糊透光率、變化率較低,則其透明度較低,直鏈淀粉含量較高。原因是高含量直鏈淀粉的分子在水溶液中流動(dòng)半徑大,造成溶液的空間位阻大[31],分子分散均勻,光線通過淀粉糊時(shí)可產(chǎn)生較多的反射和散射,透明度較低,流動(dòng)性和分散性好[20]。因此,真空微波干燥蓮藕淀粉的透明度低,流動(dòng)性與分子分散較好,較適合用作護(hù)色劑、抗結(jié)劑等。

表1 蓮藕淀粉糊的透明度(%)Table 1 Diaphaneity of lotus root starch paste(%)

3 結(jié)論

熱風(fēng)干燥、微波干燥、真空微波干燥和紅外干燥四種不同干燥方式處理的蓮藕淀粉X-射線衍射圖譜一致,晶體類型均為B型結(jié)構(gòu)。四種干燥方式處理淀粉時(shí),真空微波干燥時(shí)間與微波干燥相比長4 min,與干燥時(shí)間最長的熱風(fēng)干燥用時(shí)相比縮短40 min;真空微波干燥的的淀粉亮度(91.8)最高,色澤自然,淀粉顆粒較完整,無團(tuán)聚,輪廓清晰,表面光滑,外觀最好,淀粉析水率較低,凍融穩(wěn)定性較好;真空微波干燥淀粉的粘度值7260 mPa·s,透光率25.6%,透光率變化率3.9%,其粘度和透明度較其他三種干燥方式的低。

綜合比較,蓮藕淀粉干燥耗時(shí)、淀粉外觀形貌及性能,真空微波干燥方式優(yōu)于其他三種方式。