濕熱處理對(duì)甘薯淀粉流變特性的影響

劉曉媛,熊旭紅,曾 潔,李光磊,*

(1.河南科技學(xué)院食品學(xué)院,河南新鄉(xiāng) 453003; 2.河南想念食品股份有限公司,河南南陽(yáng) 473000)

中國(guó)甘薯年產(chǎn)量約為1.17億噸,占全球甘薯總量的90%左右[1]。它作為重要的糧食作物,富含淀粉、礦物質(zhì)、維生素等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),其中淀粉約占其干基重的50%～80%[2-3]。在食品生產(chǎn)中甘薯淀粉由于其糊化溫度低、水結(jié)合力高、生產(chǎn)成本低等特性,可用來(lái)生產(chǎn)生物可降解薄膜和藥物賦形劑等[4-5]。研究者們一般采用化學(xué)、生物或物理技術(shù)來(lái)修飾和改變天然淀粉極不穩(wěn)定的特性,以擴(kuò)展其在食品及工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用[6-8]。

1967年,Sair[9]提出濕熱處理(Heat moisture treatment,HMT),認(rèn)為處理的水分≤35%,溫度在淀粉糊化與玻璃化之間時(shí),利用水和熱改變可改變淀粉性質(zhì)。相對(duì)于生物和化學(xué)改性,濕熱法成本低且綠色環(huán)保[10]。近年來(lái),周慧等[11]采用有機(jī)酸-濕熱復(fù)合法處理土豆抗性淀粉,改變了淀粉的聚合度和結(jié)晶度。Deka等[12]觀察到芋頭淀粉經(jīng)微波-濕熱聯(lián)合處理后糊黏度會(huì)有所上升。張本山等[13]用羥丙基戊二酸酯復(fù)合法處理所得的木薯淀粉糊黏度和抗流變性有很大提升。Pepe等[14]用濕熱法處理葛根淀粉后直鏈淀粉含量增加,改性淀粉糊的黏彈性增加。Alimi等[15]用濕熱法處理了青蒿淀粉,減緩了老化速度,提高了糊的穩(wěn)定性。

食品流變特性與其理化性質(zhì)息息相關(guān)[16]。食品流變學(xué)屬于力學(xué)范疇,它的研究對(duì)象通常是介于固液之間,結(jié)構(gòu)復(fù)雜的黏彈性體[17]。Xiao等[18]研究表明,甘薯淀粉分別在復(fù)合、陽(yáng)離子、醋酸酯變性的條件下,都會(huì)出現(xiàn)剪切稀化現(xiàn)象。對(duì)甘薯淀粉糊的靜態(tài)流變曲線采用Herschel-Bukley方程進(jìn)行擬合分析,可以更加直觀的描述不同濕熱處理?xiàng)l件下甘薯淀粉糊流變特性的變化。Zhu等[19]曾用多項(xiàng)式方程來(lái)描述甘薯和小麥淀粉混合物的黏性特性。但是目前濕熱處理對(duì)甘薯淀粉流變特性的影響國(guó)內(nèi)外鮮有報(bào)道。

因此在近幾年濕熱改性淀粉流變特性研究基礎(chǔ)上,本文著重研究了不同濕熱處理因素對(duì)甘薯淀粉糊在加熱和剪切過(guò)程中穩(wěn)定性及其動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性的影響,以期在食用油脂、奶油等食品的實(shí)際生產(chǎn)加工中的應(yīng)用提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

甘薯淀粉 食品級(jí),上海塞翁福農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司;鹽酸 分析純;氫氧化鈉 分析純。

DHA-9140型恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司;ME104E分析天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;HAAKE MARSⅢ流變儀 賽默飛世爾科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 甘薯淀粉的濕熱處理 準(zhǔn)確稱量50 g甘薯原淀粉于培養(yǎng)皿(D=15 cm)中,烘箱105 ℃烘至恒重(方法參考GB 5009.3-2016)后轉(zhuǎn)移至錐形瓶中,預(yù)先調(diào)整濕熱處理水分含量為20%,攪拌均勻后密封置于室溫下24 h以平衡水分。而后轉(zhuǎn)移至耐高溫玻璃瓶?jī)?nèi),于110 ℃恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)密閉濕熱處理8 h,密封冷卻至室溫后再置于40 ℃烘箱內(nèi)干燥24 h,粉碎、過(guò)80目篩即獲得濕熱處理淀粉待測(cè)樣品[20]。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)因素設(shè)計(jì)

1.2.2.1 水分對(duì)甘薯淀粉流變學(xué)特性的影響 固定濕熱處理溫度為110 ℃,濕熱處理時(shí)間為8 h,設(shè)置濕熱處理水分20%為對(duì)照組,調(diào)整甘薯淀粉濕熱處理的水分為10%、15%、20%、25%、30%五個(gè)水平,以甘薯原淀粉糊為空白對(duì)照,研究不同濕熱處理水分對(duì)甘薯淀粉糊流變學(xué)特性的影響。

1.2.2.2 溫度對(duì)甘薯淀粉流變學(xué)特性的的影響 固定濕熱處理水分為20%,濕熱處理時(shí)間為4 h,設(shè)置濕熱處理處理溫度110 ℃為對(duì)照組,調(diào)整甘薯淀粉濕熱處理的溫度為90、100、110、120、130 ℃五個(gè)水平,以甘薯原淀粉糊為空白對(duì)照,研究不同濕熱處理溫度下甘薯淀粉糊流變學(xué)特性的影響。

1.2.2.3 時(shí)間對(duì)甘薯淀粉流變學(xué)特性的的影響 固定濕熱處理水分為20%,濕熱處理溫度為110 ℃,設(shè)置濕熱處理時(shí)間8 h為對(duì)照組,調(diào)整甘薯淀粉濕熱處理時(shí)間為4、6、8、10、12 h五個(gè)水平,以甘薯原淀粉糊為空白對(duì)照,研究不同濕熱處理時(shí)間對(duì)甘薯淀粉糊流變學(xué)特性的影響。

1.2.3 靜態(tài)流變的測(cè)定

1.2.3.1 剪切稀化 分別稱取甘薯原淀粉(對(duì)照組)和不同濕熱條件下的改性甘薯淀粉1.2g,加20 mL蒸餾水配制成濃度為6%的淀粉乳,置于90 ℃的水浴鍋中糊化20 min,密封冷卻至室溫待測(cè)。測(cè)定時(shí)選擇穩(wěn)態(tài)測(cè)試程序和型號(hào)為C35TiL平板夾具,測(cè)定參數(shù)如下:溫度25 ℃,平板間隙0.06 mm,剪切速率掃描范圍0.095～120 s-1,每組取8個(gè)有效數(shù)據(jù)點(diǎn)。分析樣品的表觀黏度隨剪切速率的變化趨勢(shì)[21-22]。

1.2.3.2 觸變性樣品處理 方法同1.2.3.1,選擇穩(wěn)態(tài)測(cè)試程序和型號(hào)為C35TiL平板夾具。在25 ℃的恒溫條件下放入待測(cè)樣品,設(shè)置平板間隙為0.06 mm。測(cè)定樣品剪切應(yīng)力(τ)隨剪切速率(γ)從0～120 s-1遞增(上行線),再?gòu)?20～0 s-1遞減(下行線)過(guò)程中的變化[22]。最后采用Herschel-Bulkley[23]模型對(duì)流變數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,Herschel-Bulkley方程如下:

τ=τ0+K·Vn

式中:τ代表剪切應(yīng)力(Pa);τ0代表屈服應(yīng)力(Pa);K代表濃度系數(shù)(Pa·sn);V代表剪切速率(s-1);n代表流動(dòng)特性指數(shù)(無(wú)綱量)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用OriginPro 8.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行做圖分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 靜態(tài)流變特性分析

2.1.1 剪切稀化

2.1.1.1 不同的濕熱處理水分下甘薯淀粉糊的剪切稀化 剪切稀化是指被測(cè)流體的表觀黏度隨著剪切速率的增加而降低,呈現(xiàn)一種符合假塑性流動(dòng)規(guī)律的現(xiàn)象[22]。

由表1的數(shù)據(jù)可知,隨著剪切速率的增加,對(duì)照組與不同濕熱處理水分組的淀粉糊表觀黏度均減小,呈現(xiàn)出典型的假塑性流體特征。這是由于在低剪切速率或無(wú)外力干擾下,流體中的長(zhǎng)鏈分子在單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)作用下自發(fā)卷曲成團(tuán),彼此纏結(jié)阻礙流體流動(dòng),流體表觀出較高黏度[25]。而在高剪切速率下,纏結(jié)的分子被拉直取向,沿剪切力方向排列成線,減少了分子間相互作用,流體表觀黏度減小。剪切速率越大,分子排列越整齊,表觀黏度就越低,在極大的剪切力作用下,流體表觀黏度趨近于一個(gè)穩(wěn)定的常數(shù)[26-27]。由表1數(shù)據(jù)可知，無(wú)論濕熱處理水分如何改變，所得淀粉糊表觀黏度均低于甘薯原淀粉84.970 Pa·s。這可能是由于在濕熱處理過(guò)程中，大量的水和熱破壞了淀粉顆粒內(nèi)部的直鏈淀粉和支鏈淀粉結(jié)構(gòu)，部分直鏈淀粉析出后，在膨脹的淀粉顆粒表面形成新的結(jié)構(gòu)組織，阻礙淀粉顆粒的進(jìn)一步糊化。在低剪切力下,濕熱處理水分為20%的淀粉糊表觀黏度可達(dá)78 Pa·s。但由于析出的直鏈分子較短,不易發(fā)生纏結(jié)[28],并且它們?cè)诶鋮s過(guò)程中可形成新的結(jié)晶結(jié)構(gòu),包裹在膨脹的淀粉顆粒外圍[29],阻礙內(nèi)部直鏈淀粉的析出,導(dǎo)致濕熱改性后的甘薯淀粉表觀黏度小于甘薯原淀粉。然而繼續(xù)增加濕熱處理水分至30%,大量的水不僅加快了分子移動(dòng),同時(shí)也削弱了淀粉糊中分子鏈間相互結(jié)纏與接觸的機(jī)會(huì),導(dǎo)致淀粉糊的表觀黏度下降。

表1 不同剪切速率下各處理水分甘薯淀粉糊的表觀黏度變化(Pa·s)Table 1 Apparent viscosity changes of sweet potato starch paste at different shear rates under different humidity(Pa·s)

2.1.1.2 不同的濕熱處理溫度下甘薯淀粉糊的剪切稀化 表2描述了濕熱處理溫度與濕熱改性甘薯糊表觀黏度之間的關(guān)系。隨著剪切速率的增加,對(duì)照組和各處理組淀粉糊的表觀黏度均減小，并且隨著濕熱處理溫度的升高,改性甘薯淀粉糊的表觀黏度大多低于對(duì)照組。這可能是由于濕熱處理過(guò)程中,大量的熱能破壞了淀粉中α-1,4和α-1,6-糖苷鍵,促使支鏈淀粉和長(zhǎng)直鏈淀粉降解,分子間重新締合形成氫鍵,破損顆粒間相互粘結(jié),阻礙糊化初始階段的水吸收[21],故淀粉顆粒糊化程度降低,濕熱改性甘薯淀粉糊的表觀黏度也低于甘薯原淀粉。但與此同時(shí),濕熱處理溫度升高,分子的熱運(yùn)動(dòng)加快,淀粉內(nèi)部直鏈淀粉移動(dòng)的機(jī)會(huì)增加,分子鏈之間相互接觸纏結(jié),淀粉糊的表觀黏度也會(huì)有所增加。

表2 不同剪切速率下各處理溫度甘薯淀粉糊的表觀黏度變化(Pa·s)Table 2 Apparent viscosity changes of sweet potato starch paste at different shear rates under different temperatures(Pa·s)

2.1.1.3 不同的濕熱處理時(shí)間下甘薯淀粉糊的剪切稀化 結(jié)合表1、表2與表3分析數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)不論濕熱處理的條件如何變化,甘薯原淀粉與濕熱改性甘薯淀粉糊的表觀黏度都隨著剪切力的增加而減小,最終趨向于一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值。這表明濕熱改性甘薯淀粉糊與甘薯原淀粉糊都屬于剪切稀化型流體[30]。而上文2.1.1.1與2.1.1.2的分析表明,相對(duì)于甘薯原淀粉,改變濕熱處理的水分、溫度,所得的淀粉糊的表觀黏度均下降。表3的數(shù)據(jù)表明,除了濕熱處理時(shí)間8 h一組,其它處理組的淀粉糊表觀粘度均大于甘薯原淀粉。

表3 不同剪切速率下各處理時(shí)間甘薯淀粉糊的表觀黏度變化(Pa·s)Table 3 Changes of apparent viscosity of sweet potato starch paste at different shear rates under different treatment time(Pa·s)

一般而言,影響淀粉糊化的因素主要有三個(gè):水分含量、糊化溫度和處理時(shí)間。濕熱處理雖然會(huì)破壞淀粉顆粒內(nèi)部有序的雙螺旋結(jié)構(gòu),淀粉顆粒形態(tài)卻無(wú)較大改變[31]。當(dāng)濕熱處理時(shí)間為4～6 h時(shí)，淀粉顆粒吸水，無(wú)定形區(qū)膨脹，淀粉顆粒內(nèi)部析出的直鏈淀粉在分子間氫鍵作用下，可能導(dǎo)致破損的淀粉顆粒連結(jié)，阻礙淀粉進(jìn)一步糊化，此時(shí)淀粉糊的表觀黏度下降，但仍大于甘薯原淀粉。當(dāng)濕熱處理時(shí)間延長(zhǎng)至8 h，大量析出的直鏈淀粉在淀粉顆粒外部相互纏繞，形成大量阻礙直鏈淀粉析出的結(jié)構(gòu)，此時(shí)的淀粉糊表觀黏度急劇下降。在濕熱處理溫度110 ℃，水分20%的條件下，延長(zhǎng)處理時(shí)間為10～12 h，淀粉顆粒內(nèi)部的分子熱運(yùn)動(dòng)加快，淀粉顆粒內(nèi)部有序的雙螺旋結(jié)構(gòu)持續(xù)遭到破壞[31]，直鏈淀粉大量析出，并在低剪切速率下，逐漸形成凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)阻礙流體流動(dòng)，其表觀黏度相對(duì)于濕熱處理時(shí)間8 h略有回升。

2.1.2 不同處理?xiàng)l件下甘薯淀粉糊流變曲線及Herschel-Bulkley模型參數(shù)

2.1.2.1 不同濕熱處理水分的靜態(tài)流變曲線 觸變性是指在恒溫和高剪切速率下,存在屈服應(yīng)力的流體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遭到破壞,稠度減小,流體變稀。但隨著剪切力的消失,放置一段時(shí)間,該流體內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)則逐漸恢復(fù),稠度再次增加。這是一種可逆的凝膠-溶液轉(zhuǎn)換現(xiàn)象[32]。

在圖1中,不同水分含量所得甘薯淀粉糊的剪切應(yīng)力隨剪切速率增加(0～120 s-1)形成的流變曲線叫上行線(uplink),隨剪切速率下降(120～0 s-1)形成的流變曲線是下行線(downlink),由這兩條曲線圍成的順時(shí)針回路是觸變環(huán)(或滯后環(huán)),其圍合面積為滯后面積。滯后面積越大,破壞程度越嚴(yán)重,恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)所需能量也就越多[33-35]。

圖1 不同處理水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的甘薯淀粉糊靜態(tài)流變曲線Fig.1 Static rheological curve of sweet potato starch paste treated with different water quality fractions

在上述2.1.1剪切稀化的分析中發(fā)現(xiàn),原淀粉和濕熱處理甘薯淀粉都是典型的剪切稀化流體。由圖1可知,在低剪切速率下,原淀粉與不同濕熱處理水分的改性甘薯淀粉糊的流變曲線都略微偏向剪切應(yīng)力軸,并且其反向延長(zhǎng)線都未注原點(diǎn)[36]。這表明不論濕熱處理水分如何變化,甘薯淀粉均為存在屈服應(yīng)力的非牛頓性流體。

采用Herschel-Bulkley模型對(duì)流變數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,得到相關(guān)參數(shù)見表4和表5。用該方程對(duì)濃度為6%的甘薯淀粉糊進(jìn)行擬合,決定系數(shù)R2均分布在0.9487至0.9999之間,表明方程模型對(duì)樣品的靜態(tài)流變曲線擬合度良好。由表4可知,該處理組淀粉糊的流動(dòng)特性指數(shù) n(分布于0.319～0.673)均小于1,且隨著濕熱處理水分的增加,所得甘薯淀粉糊的n逐漸增加。濃度系數(shù)K作為流體黏度的判斷依據(jù),易受到淀粉品種、淀粉濃度和測(cè)試溫度的影響[37]。

表4 不同處理水分下甘薯淀粉糊的Herschel-Bulkley模型擬合參數(shù)Table 4 Herschel-Bulkleymodel fitting parameters of sweet potato starch paste under different water treatments

表5 不同處理水分條件下甘薯淀粉糊的屈服應(yīng)力τ0Table 5 Yield stress(τ0)of sweet potato starch paste under different water treatment conditions

結(jié)合表4、表5分析,可知隨著濕熱處理水分的增加,甘薯淀粉糊的滯后面積和屈服應(yīng)力均減小,說(shuō)明處理水分的增加有助于淀粉糊化后形成相對(duì)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),提高糊的剪切穩(wěn)定性。此時(shí)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在受到外力破壞后,復(fù)原時(shí)間短,流體的回復(fù)性較好[38-39]。

2.1.2.2 不同濕熱處理溫度下的靜態(tài)流變曲線 綜合圖2、表6和表7,不同溫度下甘薯淀粉糊的流變趨勢(shì)大致如下:甘薯淀粉糊的剪切應(yīng)力與剪切速率正相關(guān),形成不同滯后面積的順時(shí)針觸變環(huán)。隨著濕熱溫度的升高,各處理組的滯后面積不斷減小,上行線的n穩(wěn)定在0.34左右,下行線的n則逐漸增大。這可能是由于隨著剪切速率和剪切應(yīng)力的增大,甘薯淀粉糊中的大分子聚合物和一些卷曲的分子鏈在外力作用伸展、解聚并且沿著剪切應(yīng)力的方向移動(dòng)取向,導(dǎo)致淀粉糊的稠度系數(shù)K下降[40-41]。

表6 不同濕熱處理溫度下的甘薯淀粉糊的Herschel-Bulkley模型擬合參數(shù)Table 6 Herschel-bulkleymodel fitting parameters of sweet potato starch paste at different heat moisture treatment temperatures

表7 不同濕熱處理溫度條件下甘薯淀粉糊的屈服應(yīng)力τ0Table 7 Yield stress(τ0)of sweet potato starch paste under different heat moisture treatment conditions

圖2 不同濕熱處理溫度下甘薯淀粉糊的靜態(tài)流變曲線Fig.2 Static rheological curve of sweet potato starch paste under different heat moisture treatment temperatures

此外,淀粉糊靜態(tài)流變性質(zhì)與其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。淀粉糊中的直鏈淀粉、支鏈淀粉與膨脹的淀粉顆粒之間相互結(jié)合,形成大量結(jié)構(gòu)復(fù)雜的聚合體鑲嵌在具有黏性的淀粉糊液中,由此形成了對(duì)流體流動(dòng)產(chǎn)生很大阻力的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[42]。這種存在于顆粒外部的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)易受到淀粉的濃度、種類、顆粒結(jié)構(gòu)和糊的制備方法等多種因素的影響[43]。

2.1.2.3 不同濕熱處理時(shí)間下的靜態(tài)流變曲線 圖3描述的是不同處理時(shí)間下甘薯淀粉糊的流變曲線,表8和表9是對(duì)不同處理時(shí)間下甘薯淀粉糊的流變曲線進(jìn)行方程擬合的結(jié)果。結(jié)合圖3、表8和表9可知,當(dāng)剪切速率為120 s-1時(shí),原甘薯淀粉糊的剪切應(yīng)力最大,濕熱處理時(shí)間為12 h的甘薯淀粉糊剪切應(yīng)力最低,說(shuō)明原甘薯淀粉糊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,不易遭到外力的破壞。但隨著濕熱處理時(shí)間的延長(zhǎng),淀粉糊結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性變差,表現(xiàn)為高剪切速率下各處理組甘薯淀粉糊所受的剪切應(yīng)力下降。滯后面積總體上隨著濕熱處理時(shí)間的增加而減少,各組上行線與下行線的濃度系數(shù)k均低于原淀粉。其上行線的流動(dòng)特性指數(shù)隨處理時(shí)間延長(zhǎng)的變化規(guī)律不明顯,下行線的則呈逐漸增大的趨勢(shì)。濕熱改性甘薯淀粉糊的n值增加,這表明延長(zhǎng)處理時(shí)間,甘薯淀粉糊的假塑性降低[39]。

表8 不同濕熱處理時(shí)間條件下的甘薯淀粉糊的Herschel-Bulkley模型擬合參數(shù)Table 8 Herschel-Bulkley model fitting parameters of sweet potato starch paste under different heat moisture treatment conditions

圖3 不同濕熱處理時(shí)間下甘薯淀粉糊的靜態(tài)流變曲線Fig.3 Static rheological curve of sweet potato starch paste under different heat moisture treatment time

表9 不同濕熱處理時(shí)間條件下甘薯淀粉糊屈服應(yīng)力τ0Table 9 Yield stress(τ0)of sweet potato starch paste under different conditions of heat moisture treatment

2.2 動(dòng)態(tài)流變分析

圖4 不同濕熱水分下彈性模量(G′)損耗模量(G″)的變化曲線Fig.4 Curves of elastic modulus(G′)viscosity modulus(G″) for different heat moisture treatment water

2.2.2 不同濕熱處理溫度對(duì)甘薯淀粉黏彈性的影響 由圖5可知,濕熱處理溫度的改變對(duì)甘薯淀粉糊的黏彈性存在明顯影響。對(duì)于原淀粉而言,升高濕熱處理溫度,所得改性甘薯淀粉糊的G′、G″先增加后減弱,濕熱處理溫度為110 ℃的改性甘薯淀粉糊的黏彈性最高。淀粉糊黏彈性的升高可能是由于在水和熱的作用下,淀粉顆粒發(fā)生限制性膨脹,顆粒內(nèi)部斷裂的分子鏈增加[46]。導(dǎo)致淀粉顆粒吸水膨脹時(shí),短直鏈分子大量析出,在水中相互纏繞,形成可包裹膨脹的淀粉顆粒的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),淀粉糊的黏彈性升高。但在高溫低水分的處理?xiàng)l件下,甘薯淀粉內(nèi)部的晶體排列比原淀粉更有序[47],再加上部分淀粉顆粒粘結(jié),阻礙了淀粉糊化,顆粒內(nèi)直鏈淀粉的析出。因高動(dòng)態(tài)模量的出現(xiàn)與淀粉糊中直鏈淀粉含量有關(guān),直鏈淀粉含量越高,形成的淀粉凝膠強(qiáng)度越高,故甘薯淀粉糊的黏彈性下降。

圖5 不同濕熱溫度下彈性模量(G′)損耗模量(G″)的變化曲線Fig.5 Curves of elastic modulus(G′) viscosity modulus(G″)at different temperatures

2.2.3 不同濕熱處理時(shí)間對(duì)甘薯淀粉黏彈性的影響 對(duì)不同濕熱處理時(shí)間所得淀粉的動(dòng)態(tài)流變特性進(jìn)行研究，其黏彈性的變化趨勢(shì)如圖6(a)、圖6(b)所示。在前期升溫(20～78 ℃)階段,淀粉顆粒一直處于吸水階段,顆粒的形態(tài)結(jié)構(gòu)沒(méi)有遭到外界的破壞,故各處理組的G′、G″均無(wú)明顯變化。在80 ℃左右,G′、G″突然升高。此時(shí)淀粉顆粒因吸水膨脹導(dǎo)致其內(nèi)部部分直鏈分子滲出、溶解,并相互纏繞形成凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致黏彈性驟然增加[48]。而后,隨溫度的上升G′、G″下降,這是因?yàn)楦邷叵路肿舆\(yùn)動(dòng)加速,導(dǎo)致淀粉顆粒內(nèi)部分氫鍵斷裂。從而使之前形成的凝膠結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性下降[49]。濕熱處理時(shí)間的改變能夠明顯影響淀粉糊的黏彈性。改變濕熱處理時(shí)間明顯延長(zhǎng)了淀粉糊化的時(shí)間。與原淀粉80 ℃相比,處理時(shí)間為12 h的樣品的黏彈性在86 ℃左右開始增加。而在處理時(shí)間為8 h的G′、G″變化幅度最大,這說(shuō)明濕熱處理8 h的改性甘薯淀粉糊熱穩(wěn)定性最差。

圖6 不同濕熱時(shí)間下彈性模量(G′)損耗模量(G″)的變化曲線Fig.6 Curves of the elastic modulus(G′)viscosity modulus(G″)at different heat moisture treatment times

3 結(jié)論

將濕熱處理的水分含量20%、時(shí)間8 h,溫度110 ℃設(shè)置為固定組,研究濕熱處理水分(10%～30%)、處理溫度(90～130 ℃)、處理時(shí)間(4～12 h)下甘薯淀粉糊的流變特性,其靜態(tài)流變學(xué)特征表明,不論濕熱處理的條件如何改變,甘薯淀粉糊均表現(xiàn)出非常強(qiáng)的剪切稀釋行為,其表觀粘度會(huì)隨著剪切速率的增大而快速下降。從原淀粉及濕熱改性甘薯淀粉糊的Herschel-Bulkley模型擬合參數(shù)出發(fā),對(duì)比甘薯原淀粉糊(上行線K原=32.736 Pa·sn,n原=0.331,τ0原=3.380 Pa;下行線K原=14.816 Pa·sn,n原=0.470,τ0原=10.322 Pa;滯后面積S=665.158 Pa·s)與固定組濕熱處理水分20%,處理時(shí)間8 h、處理溫度110 ℃所得淀粉糊(上行線K=14.832 Pa·sn,n=0.319,τ0=5.683 Pa;下行線K=2.571 Pa·sn,n=0.655,τ0=12.423 Pa;滯后面積S=354.676 Pa·s)的最終擬合參數(shù)可知,濕熱處理后甘薯淀粉糊的滯后面積與濃度系數(shù)增加,其上行線的屈服應(yīng)力τ0>τ0原,流動(dòng)特性指數(shù)n