薯類粉條中與淀粉相關(guān)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)研究

鄒金浩，李 燕，蘇小軍,2，李清明,2，李文佳

專題報道（一）

薯類粉條中與淀粉相關(guān)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)研究

鄒金浩1，李 燕1，蘇小軍1,2，李清明1,2，李文佳1

（1. 湖南農(nóng)業(yè)大學 食品科學技術(shù)學院，湖南 長沙 410128；2. 湖南省發(fā)酵食品工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410128）

為了解薯類淀粉粉條結(jié)構(gòu)特點，選取3種木薯淀粉（SC9、SC205、LMC），3種淮山淀粉（GY2、SFY、MPY）和1種紅薯淀粉（XSSP）制成的粉條為研究對象，對其色澤、微觀樣貌、結(jié)晶結(jié)構(gòu)進行測定和比較。結(jié)果表明，各粉條的色澤、微觀樣貌、結(jié)晶結(jié)構(gòu)差異顯著。星樹紅薯粉條色澤最好，而雙峰淮山粉條色澤較暗?；瓷椒蹢l和紅薯粉條存在部分還未完全糊化的淀粉顆粒，呈現(xiàn)出清晰的團粒結(jié)構(gòu)，木薯粉條的糊化程度最高，淀粉的團粒結(jié)構(gòu)已基本消失，SC9木薯粉條可以看到均勻完整的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。粉條的結(jié)晶結(jié)構(gòu)均遭到破壞，不同品種薯類粉條的有序結(jié)構(gòu)與無序結(jié)構(gòu)比例有明顯差異。

木薯；淮山；紅薯；粉條；淀粉；微觀形貌；結(jié)晶結(jié)構(gòu)

我國是薯類生產(chǎn)大國，木薯、淮山和紅薯等薯類品種資源豐富，種植區(qū)域廣，加工特性差異大。粉條是我國傳統(tǒng)的淀粉類食品，薯類淀粉是制備粉條的主要原料之一[1-3]，淀粉的性質(zhì)對粉條的品質(zhì)有很大的影響。目前對粉條的研究主要集中在不同原料淀粉的性質(zhì)與粉條品質(zhì)間的關(guān)系及粉條品質(zhì)改善等方面[4-7]。Kasemsuwan等[8]利用掃描電鏡觀察了綠豆粉條的微觀形貌，發(fā)現(xiàn)粉條中淀粉經(jīng)糊化和回生后形成了網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，淀粉顆粒破裂且不再完整。袁霖[9]通過X衍射研究了綠豆、蠶豆、紅薯和馬鈴薯粉絲中淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)綠豆粉絲在17°處有結(jié)晶峰，其他粉絲均無結(jié)晶峰。范代超[10]研究了不同淀粉粉條的微觀形貌和結(jié)晶結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)淀粉加工成粉條后，結(jié)晶結(jié)構(gòu)遭到嚴重的破壞，粉條的X射線衍射峰強度變?nèi)酢an[11]等對綠豆和紅薯粉條的結(jié)構(gòu)進行研究，認為綠豆淀粉直鏈淀粉含量較高，分支很少，支鏈淀粉含量適中，具有許多長鏈；因此，綠豆粉條具有較高的結(jié)晶度、良好的內(nèi)聚性和優(yōu)異的品質(zhì)。在粉條的加工過程中，粉條色澤、微觀形貌、結(jié)晶結(jié)構(gòu)等會發(fā)生很大的變化，粉條中淀粉形成的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)與粉條品質(zhì)關(guān)系密切，是決定粉條品質(zhì)重要因素。因此，深入了解粉條的微觀形貌和結(jié)晶結(jié)構(gòu)對提高粉條的品質(zhì)具有一定的指導意義。

本文選用中國南方地區(qū)栽培較廣的7個代表性薯類品種，在前期對其淀粉理化特性研究的基礎上，通過色差儀、掃描電鏡、X射線衍射、紅外光譜等對粉條的色澤、微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)進行測定和比較研究，旨在深入了解粉條的結(jié)構(gòu)，為拓寬薯類淀粉的應用渠道提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

木薯（分別為華南9號（SC9），華南205（SC205）和利民木薯（LMC）），紅薯（星樹，簡稱XSSP），淮山（分別為桂淮2號（GY2）、雙峰淮山（SFY）、馬鋪山藥（MPY））：市場購買，具體來源及品種特征描述見文獻[12]。

參照Li等[13]的方法用水提法從上述所列7個品種的薯類原料中提取淀粉。

參照廖盧艷等[6]的方法制備了7種薯類粉條。

1.2 儀器與設備

CR-400型色彩色差計：柯尼卡美能達公司；JSM-6380LV型掃描電子顯微鏡：日本電子株式會社；XRD-6000型X射線衍射儀：島津國際貿(mào)易有限公司；IRAffinity-1型傅里葉變換紅外光譜：日本shimadzu公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 粉條色澤的測定

色差儀先用標準白板進行校準。取一定量的樣品于測試槽中平鋪放好，按下測試鍵，在色差儀上讀取*、*、*三個參數(shù)。*、*、*值分別表示樣品的亮度、紅綠值、黃藍值。每個樣品平行測定三次。白度公式：

1.3.2 粉條掃描電鏡測試

將干燥的粉條樣品用導電雙面膠固定在樣品臺上，然后進行噴金處理，再用掃描電鏡觀察并拍照，掃描電鏡加速電壓為25 kV。

1.3.3 粉條X射線衍射

將樣品粉末壓片后，用X射線衍射儀測定試樣的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。測定條件為：掃描模式為連續(xù)，掃描范圍5°~80°，掃描速度：5 °/min，步寬：0.02°，靶：Cu，管壓：40 kV，管流：30 mA，狹縫：1.0°、1.0°、0.3°。波長：1.540 6。

1.3.4 粉條的紅外光譜

取100 mg左右的KBr于瑪瑙缽中研碎，加約1 mg樣品，研勻，壓片。將其在400~4 000 cm–1波數(shù)范圍內(nèi)掃描，以波數(shù)（cm–1）為橫坐標，吸光度為縱坐標，得到紅外吸收光譜。

1.3.5 統(tǒng)計分析方法

運用Origin8.0和SPSS20.0軟件對實驗數(shù)據(jù)進行分析和圖形繪制，數(shù)據(jù)以ˉ±SD的形式表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同薯類粉條的品質(zhì)分析

色澤是粉條重要的品質(zhì)屬性，一般來說，*值越大，粉條的亮度越大，粉條品質(zhì)越好，*、*值越接近于0，其雜色越少，粉條品質(zhì)越好。測定了不同薯類粉條的色澤，結(jié)果見表1。各薯類粉條的色澤差異顯著。其中XSSP粉條的*值和白度值最大，色澤較白；而SFY粉條*最大，SC9粉條的*最大?；瓷椒蹢l中，GY2的*值最大，*最小，有較好的色澤品質(zhì)。SFYSN白度值最低，色澤偏暗。各薯類粉條的色澤差異顯著，這可能與其淀粉的各化學成分含量不同、結(jié)晶結(jié)構(gòu)等有關(guān)[14]。

表1 不同品種薯類粉條的色澤

注：同一列中不同字母表示差異顯著（<0.05）。

2.2 不同薯類粉條的微觀形貌觀察

由淀粉經(jīng)糊化后回生形成的凝膠狀物質(zhì)和破損的淀粉顆粒共同形成粉條的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)[15]。各薯類粉條表面的掃描電鏡結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出，不同薯類粉條的微觀樣貌差異較大，各粉條中淀粉均出現(xiàn)不同程度的糊化。木薯粉條的糊化程度最高，淀粉的團粒結(jié)構(gòu)已基本消失，粉條結(jié)構(gòu)由淀粉糊化后的凝膠組成，SC9木薯粉條可以看到均勻完整的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)（如圖1箭頭所示）。紅薯粉條的表面有凹陷孔洞，且存在未完全糊化的淀粉顆粒（如圖1箭頭所示）。Tan[11]等研究認為紅薯粉條內(nèi)部的孔洞是因為紅薯淀粉中支鏈淀粉的含量較高且支鏈淀粉的鏈長較短，導致粉條回生較少和內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，干燥后的漏水使粉條內(nèi)部產(chǎn)生孔洞?；瓷椒蹢l存在部分還未完全糊化的淀粉顆粒，還可以看到清晰的團粒結(jié)構(gòu)，淀粉粒與淀粉凝膠共同組成粉條結(jié)構(gòu)。前期對淀粉性質(zhì)的研究表明[12]，淮山淀粉、紅薯淀粉的糊化溫度較高，而木薯淀粉的糊化溫度較低，這是導致粉條的糊化程度不同的原因。因此在實際生產(chǎn)過程中，可根據(jù)原料淀粉糊化溫度，通過合理控制糊化溫度和糊化時間來改善粉條品質(zhì)。除此之外，淀粉顆粒的大小，結(jié)晶緊密程度或結(jié)晶度不同也會導致淀粉的糊化程度不同[16]，從而影響粉條的品質(zhì)。

圖1 不同品種薯類粉條的掃描電鏡形貌

2.3 不同薯類粉條的紅外光譜

圖2分別為不同品種薯類粉條的紅外光譜圖。從圖2可以看出，經(jīng)過糊化加工后的各薯類粉條與其淀粉的紅外光譜的吸收峰有一些明顯的差異，主要為在2 930 cm–1和1 642 cm–1附近出現(xiàn)了雙峰，這兩個吸收峰分別代表CH2的反對稱伸縮振動以及淀粉中吸附水中無定型區(qū)域的吸收峰[17]。除此之外，各吸收峰的位置和強度也發(fā)生了一些變化。

紅外光譜對淀粉鏈的構(gòu)象和螺旋的有序比較敏感，通過去卷積處理各薯類粉條的紅外光譜圖，可以定量研究其有序區(qū)域與無序區(qū)域的比例以及經(jīng)過加工后有序結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化[18]。1 045 cm–1和1 022 cm–1附近的吸收峰分別代表淀粉的有序結(jié)構(gòu)和無序結(jié)構(gòu)，995 cm–1附近的吸收峰為C-OH的彎曲振動，1 045/1 022 cm–1和1 022/995 cm–1的峰強度的比值分別反映了淀粉的有序程度和無序程度[19]。通過OMNIC軟件對各薯類粉條的FTIR原始波譜1 200~800 cm–1段進行處理，得到的結(jié)果如表2所示。從表2中可以看出，不同品種的薯類粉條的有序結(jié)構(gòu)與無序結(jié)構(gòu)的比例有明顯差異。7個粉條的1 045/1 022 cm–1比值為0.721~0.973，桂淮2號粉條（GY2SN）的1 045/ 1 022 cm–1比值最高，利民木薯（LMCSN）的最低。1 022/995 cm–1為1.023~1.163，木薯SC9粉條（SC9SN）的1 022/995 cm–1比值最高，雙峰淮山粉條（SFYSN）最低?？偟膩碚f，淮山粉條和紅薯粉條的1 045/1 022 cm–1比值大于木薯粉條，而1 022/995cm–1比值小于木薯粉條和紅薯粉條，這與其淀粉的有序結(jié)構(gòu)與無序結(jié)構(gòu)的比例有關(guān)。這說明在糊化加工過程中，淀粉原有的結(jié)構(gòu)會被破壞而導致有序結(jié)構(gòu)減少，無序結(jié)構(gòu)增加。

A為傅里葉變換紅外光譜，B為二階導數(shù)光譜。

表2 不同品種薯類粉條的ATR數(shù)值

為進一步分析不同粉條的紅外光譜特征，采用Savitsky-Golay方法對粉條的紅外光譜進行二階導數(shù)處理（圖2B），由圖2B可知，三個淮山粉條在800~1 022 cm–1間差別較大，存在單峰或肩峰，而木薯和紅薯在1 200~1 800 cm–1間差別較大，存在單峰或肩峰。

2.4 不同薯類粉條的X射線衍射

圖3為不同品種薯類淀粉條的X衍射圖譜。從圖3中可以看出，各薯類淀粉加工成粉條后，衍射峰的變化非常明顯。7種薯類粉條的衍射峰均變窄或消失，木薯粉條在2θ為17°處的衍射峰的強度變?nèi)?，峰寬變窄，?θ為23°處的衍射峰消失不見，且形成了彌散的“饅頭”型的衍射圖譜。紅薯粉條和淮山粉條在2θ為17°處的衍射峰的強度變化不大，但其峰寬變的很窄，且在2θ為23°處的強衍射峰變成了多個弱衍射峰。不同薯類粉條的衍射峰變化不同，這除了與其淀粉來源和生長環(huán)境有關(guān)，還與其淀粉的支鏈淀粉的鏈長、直鏈淀粉含量以及淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)的緊密程度等因素有關(guān)。

圖3 不同品種薯類粉條的X-射線衍射圖

參照陳翠蘭[20]的方法，通過MDI Jade軟件對各薯類粉條的結(jié)晶度進行計算，結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，7種薯類粉條的結(jié)晶度存在較大差異，其中MPY粉條的結(jié)晶度最大為22.99%，LMC粉條的結(jié)晶度最小為14.7%，與1 045/ 1 022 cm–1比值規(guī)律相似，淮山粉條和紅薯粉條的結(jié)晶度大于木薯粉條。粉條加工過程中，淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)遭到嚴重的破壞，但并未完全消失，且不同品種薯類粉條結(jié)晶結(jié)構(gòu)破壞的程度不同，這可能會導致其粉條的品質(zhì)發(fā)生不同的變化。

3 結(jié)論

研究對比了木薯、紅薯和淮山等薯類粉條的色澤、微觀樣貌、結(jié)晶結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，經(jīng)過糊化加工后，各粉條的色澤、微觀樣貌、結(jié)晶結(jié)構(gòu)差異顯著。XSSPSN白度值最高，色澤最好，而SFYSN白度值最低，色澤最暗。各粉條的微觀樣貌差異大，淮山粉條和紅薯粉條存在部分還未完全糊化的淀粉顆粒，可以看到明顯的團粒結(jié)構(gòu)，木薯粉條的糊化程度最高，淀粉的團粒結(jié)構(gòu)已基本消失，粉條結(jié)構(gòu)由淀粉糊化后的凝膠組成，SC9木薯粉條可以看到均勻完整的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。傅里葉變換紅外光譜掃描和X射線衍射結(jié)果表明，粉條的結(jié)晶結(jié)構(gòu)均遭到破壞，不同品種的薯類粉條的有序結(jié)構(gòu)與無序結(jié)構(gòu)的比例有明顯差異。

粉條作為我國重要的淀粉類食品，其與淀粉相關(guān)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)直接影響粉條品質(zhì)，在前期研究中發(fā)現(xiàn)，不同來源的淀粉品質(zhì)存在顯著差異，進一步了解粉條品質(zhì)與粉條結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，有助于為進一步提升粉條品質(zhì)提供技術(shù)依據(jù)。

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備注：本文的彩色圖表可從本刊官網(wǎng)（http://lyspkj.ijournal.cn/ch/ index.axpx）、中國知網(wǎng)、萬方、維普、超星等數(shù)據(jù)庫下載獲取。

Starch-related structure properties of different root crop starch noodle

ZOU Jin-hao1, LI Yan1, SU Xiao-jun1,2, LI Qing-ming1,2, LI Wen-jia1

(1. College of Food Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China; Hunan Provincial Research Center of Engineering and Technology for Fermented Food, Changsha, Hunan 410128, China)

In order to understand the structure properties of root crop starch noodle, three kinds of tapioca starch noodles (SC9, SC205, LMC), three kinds of yam starch noodles (GY2, SFY, MPY) and one kind of sweet potato starch noodle (XSSP) were used to study the structure properties. The results showed that the color, microstructure and crystallinity of starch noodle exhibited significantly differences among different varieties. XSSP starch noodle had the highest white index, while SFY starch noodle had the lowest white index. The special inner structure of starch noodles was composed of some broken starch granules and some gel-like substances from SEM. Yam starch noodles and sweet potato starch noodles showed a clear starch granule structure. Cassava starch noodles had the highest degree of gelatinization. The crystal structure of starch noodle was damaged, and the ratio of ordered structure to disordered structure of different varieties of root crop starch noodle was significantly different.

tapioca; yam; sweet potato; starch noodles; starches; microstructure; crystalline structure

TS231

A

1007-7561(2020)03-0026-05

10.16210/j.cnki.1007-7561.2020.03.004

2020-03-16

湖南省教育廳資助科研項目（17C0764）；湖南省重點研發(fā)計劃項目（2016NK2113）

鄒金浩，1995年出生，男，碩士研究生，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏.

李文佳，1982年出生，女，講師，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工，E-mail: liwenjia9301@163.com.

2020-04-17 11:08:38

http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.3863.TS.20200417.1019.003.html