差式掃描量熱分析法研究糖酯對淀粉糊化和老化特性的影響

劉巧瑜，張曉鳴

（1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院輕工食品學(xué)院，廣東廣州510225；2.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無錫214122）

差式掃描量熱分析法研究糖酯對淀粉糊化和老化特性的影響

劉巧瑜1，張曉鳴2,*

（1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院輕工食品學(xué)院，廣東廣州510225；2.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無錫214122）

以商品糖酯P1570為對照，運用差式掃描量熱分析儀(DSC)探討糖酯濃度和結(jié)構(gòu)對淀粉糊化和老化性能的影響。結(jié)果表明，隨著麥芽糖月桂酸單酯濃度的增大，淀粉懸浮液的峰值溫度升高、焓變值(ΔH1)增大。為提高淀粉懸浮液的熱穩(wěn)定性，麥芽糖月桂酸單酯的合理濃度為0.09%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。糖酯-淀粉復(fù)合物的形成需要一定的時間。長碳鏈脂肪酸所合成的糖酯與淀粉形成的復(fù)合物具有更好的熱力學(xué)穩(wěn)定性。當(dāng)酰基相同時，麥芽糖單酯較蔗糖單酯可更有效地改善淀粉懸浮液的熱力學(xué)穩(wěn)定性。不同酯化度的蔗糖棕櫚酸酯在提高淀粉懸浮液的熱穩(wěn)定性上具有一定的協(xié)同作用。

麥芽糖單酯；蔗糖單酯；DSC；糊化特性；老化特性

Abstract:The effect of the sugar esters on pasting and aging properties of starch was determined by Differential Scanning Calorimetric(DSC).The results showed that the endothermic enthalpies(ΔH1)and peak temperatures of starch suspension increased as the concentration of monolauroyl maltose increased.At 0.09%bulk concentration,monolauroyl maltose could improve the hot stability of starch suspension during storage.It needed some times to form sugar esters-starch complex,and the hot stability of Sugar esters-starch complex evidently increased with the fatty acid chain length increasing.The nature of the sugar head group had advantageous between maltose monoesters and sucrose monoester on the hot stability.Mixed palmitroyl sucrose had better effect on the hot stability than puried palmitroyl sucrose.

Key words：maltose monoesters；sucrose monoesters；DSC；pasting properties；aging property

糊化和老化是淀粉的重要特性之一。淀粉的糊化包括淀粉顆粒脹大，晶體熔融，淀粉糊變得黏稠，透明度增加等一系列過程[1]。淀粉的老化是指存放過程中淀粉糊發(fā)生凝聚和產(chǎn)生膠體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等現(xiàn)象[2]。淀粉的糊化特性和老化特性都會影響到淀粉質(zhì)食品的加工和食用品質(zhì)[3]。淀粉質(zhì)食品儲藏過程中的老化可能導(dǎo)致食品硬度的增大及其特征風(fēng)味的消失，并可能產(chǎn)生一種特殊的老化臭味，降低食品的營養(yǎng)價值和感官品質(zhì)[4]。有研究者認(rèn)為，糖酯同時具有親水和親油基團(tuán)，可進(jìn)入淀粉顆粒的螺旋體結(jié)構(gòu)中，與直鏈淀粉結(jié)合形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，抑制淀粉分子的結(jié)晶，延緩淀粉的老化[5-9]。目前，研究淀粉糊化和老化特性的主要方法有用偏光顯微鏡、黏度儀、差示量熱掃描儀、X-衍射儀、核磁共振光譜等[10]。

差示掃描量熱法在程序溫度下測量輸入到試樣和參比物的功率差與溫度關(guān)系的技術(shù)，是檢測物質(zhì)在熱力作用下的物理化學(xué)變化的分析技術(shù)[11-12]。DSC不僅可用于淀粉的糊化、老化及相變化的定量分析，還具有樣品用量少、儀器操作簡單、測定時間短等優(yōu)點，是目前研究淀粉糊化和老化特性的最重要的手段。為探討糖酯對淀粉糊化和老化特性的影響，本文以P1570為對照，選用DSC探討了糖酯濃度和結(jié)構(gòu)對淀粉糊化和老化特性的影響，以期為糖酯在食品加工中的應(yīng)用提供具體的理論參考。

1 材料與方法

1.1 主要試驗材料

商品糖酯P1570（食用級）：日本三菱公司；麥芽糖單酯和蔗糖單酯（色譜純）：實驗室自制；玉米淀粉（食用級）：湖北新太陽保健制品有限公司。

1.2 主要試驗儀器

204 F1 Phoenix型差示掃描量熱儀(DSC)：德國耐馳公司；BCD-215KA冰箱：海爾集團(tuán)；JA12002型電子天平：北京賽多利斯天平有限公司；AL204型電子分析天平：梅特勒-托利多公司。

1.3 糖酯-淀粉懸浮液的制備

淀粉于105℃干燥至恒重，用蒸餾水配成10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的懸浮液，加入麥芽糖月桂酸單酯配成麥芽糖月桂酸單酯含量分別為0、0.03%、0.06%、0.09%、0.12%和0.15%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的麥芽糖月桂酸單酯-淀粉懸浮液，其它糖酯配成糖酯含量為0.09%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的糖酯-淀粉懸浮液。

1.4 糖酯-淀粉懸浮液DSC分析

將麥芽糖月桂酸單酯-淀粉懸浮液密封后于4℃靜置48 h，然后測定懸浮液的DSC特性。其它糖酯-淀粉懸浮液和0.09%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）麥芽糖月桂酸單酯-淀粉懸浮液密封后于 4 ℃靜置 2、5、10、20、30 d，然后測定懸浮液的DSC特性，以不加糖酯的淀粉懸浮液作為對照。用移液槍取15 μL糖酯-淀粉懸浮液置于鋁坩鍋中，將懸浮液均勻地平鋪于坩堝底部后密封，然后放入差示量熱掃描儀中分析。以空鋁坩堝作空白。溫度控制程序：2℃/min的速度將樣品從30℃上升到120℃，然后立即以5℃/min的速度下降到30℃。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析方法

所有數(shù)據(jù)采用Excel軟件及SAS軟件(8.1)分析[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 麥芽糖月桂酸單酯濃度對麥芽糖月桂酸單酯-淀粉懸浮液DSC特性的影響

圖1為麥芽糖月桂酸單酯-淀粉懸浮液的DSC圖譜。

圖1表明，麥芽糖月桂酸單酯-淀粉懸浮液的DSC圖譜中主要有2個吸熱峰，其中50℃和80℃附近的峰分別為糖酯熔化和淀粉糊化所產(chǎn)生的吸熱峰。由于糖酯的量很少，因此糖酯熔化時的吸熱峰較淀粉的糊化吸熱峰小得多。

麥芽糖月桂酸單酯濃度對麥芽糖月桂酸單酯-淀粉懸浮液DSC特性的影響見表1。

表1 濃度對麥芽糖月桂酸單酯-淀粉懸浮液DSC特性的影響Table 1 Effect of concentration on DSC paratemers of monolauroyl maltose-starch suspensions

由表1可知，隨著麥芽糖月桂酸單酯濃度的增大，淀粉懸浮液的峰值溫度升高、焓變值增大。這可能與麥芽糖月桂酸單酯與淀粉形成了熱穩(wěn)定性的復(fù)合物有關(guān)。當(dāng)麥芽糖月桂酸單酯的濃度由0%增大到0.09%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的過程中，麥芽糖月桂酸單酯-淀粉懸浮液的峰值溫度和焓變值均明顯增大；繼續(xù)增大糖酯的濃度，峰值溫度和焓變值增大的趨勢變慢。焓變值增大，表明淀粉懸浮液糊化時需要吸收更多的熱量。由此可知，為提高淀粉懸浮液的熱穩(wěn)定性，麥芽糖月桂酸單酯的合理濃度為0.09%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

2.2 貯藏時間和糖酯結(jié)構(gòu)對糖酯-淀粉懸浮液DSC特性的影響

貯藏時間和糖酯結(jié)構(gòu)對糖酯-淀粉懸浮液DSC特性的影響見表2。

由表2可知，隨著貯藏時間的延長，不添加糖酯的淀粉懸浮液(對照)的峰值溫度和焓變值逐漸下降。這主要是由淀粉懸浮液貯藏過程中淀粉顆粒逐漸吸水溶脹，從而使淀粉顆粒更容易發(fā)生崩解所導(dǎo)致的。與其相反，添加了糖酯的淀粉懸浮液的峰值溫度和焓變值基本上隨貯藏時間的延長呈平緩的上升趨勢，這表明糖酯-淀粉復(fù)合物的形成也需要一定的時間。延長脂肪酸的碳鏈，麥芽糖單酯-淀粉懸浮液和蔗糖單酯-淀粉懸浮液的峰值溫度和焓變值均增大，表明長碳鏈脂肪酸所合成的糖酯與淀粉形成的復(fù)合物具有更好的熱力學(xué)穩(wěn)定性。當(dāng)酰基相同時，麥芽糖單酯-淀粉懸浮液的峰值溫度和焓變值均高于蔗糖-淀粉懸浮液的，表明麥芽糖單酯較蔗糖單酯可更有效地改善淀粉懸浮液的熱力學(xué)穩(wěn)定性。P1570-淀粉懸浮液的峰值溫度和焓變值均明顯地高于蔗糖棕櫚酸單酯的，說明不同酯化度的蔗糖棕櫚酸酯在提高淀粉懸浮液的熱穩(wěn)定性上具有一定的協(xié)同作用。

表2 貯藏時間和糖酯結(jié)構(gòu)對糖酯-淀粉懸浮液DSC特性的影響(0.09%,質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 2 Effect of storage time and structure on DSC paratemers of sugar ester-starch suspensions(0.09%,w/w)

3 結(jié)論

隨著麥芽糖月桂酸單酯濃度的增大，淀粉懸浮液的峰值溫度升高、焓變值增大。為提高淀粉懸浮液的熱穩(wěn)定性，麥芽糖月桂酸單酯的合理濃度為0.09%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。糖酯-淀粉復(fù)合物的形成需要一定的時間。長碳鏈脂肪酸所合成的糖酯與淀粉形成的復(fù)合物具有更好的熱力學(xué)穩(wěn)定性。當(dāng)酰基相同時，麥芽糖單酯較蔗糖單酯可更有效地改善淀粉懸浮液的熱力學(xué)穩(wěn)定性。不同酯化度的蔗糖棕櫚酸酯在提高淀粉懸浮液的熱穩(wěn)定性上具有一定的協(xié)同作用。

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Effect of Sugar Esters on Pasting and Aging Properties of Starch Determined by Differential Scanning Calorimetric

LIU Qiao－yu1，ZHANG Xiao－ming2，*
（1.School of Light Industry and Food Science，Zhongkai University of Agriculture and Engineering，Guangzhou 510225，Guangdong,China；2.School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，Jiangsu,China）

2009-12-12

國家863計劃(2006AA10Z312)；江蘇省高新技術(shù)資助項目(BG2005015)

劉巧瑜(1977—)，女(漢)，講師，博士，研究方向：表面活性劑的合成與應(yīng)用。

*通訊作者：張曉鳴，男，教授，博士，研究方向：食品化學(xué)。