不同儲(chǔ)藏時(shí)間及溫度對(duì)蕎麥淀粉特性的影響

楊正歌 許 斌 王斯櫨 王麗娟 李再貴

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083)

蕎麥(Buckwheat)作為雜糧的一種，在我國(guó)種植歷史悠久，分布甚廣。蕎麥在我國(guó)常年種植面積約有133萬hm2，總產(chǎn)量居世界第二位，出口量居世界第一位，是我國(guó)重要的小宗糧食之一[1]。蕎麥具有良好的營(yíng)養(yǎng)及健康價(jià)值，可以降血脂、促進(jìn)新陳代謝等[2]。而蕎麥淀粉含量、組成及性質(zhì)直接影響其營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值及食品加工工藝[3]。

蕎麥富含60%～70%的淀粉[4]，在蕎麥制品的加工生產(chǎn)中，蕎麥淀粉對(duì)加工特性和產(chǎn)品品質(zhì)有重要影響，如蕎麥碗托(一種陜北榆林特色傳統(tǒng)面食)的加工要求淀粉有較高的黏度，若黏度太低，產(chǎn)品則不夠黏稠，缺乏碗托應(yīng)有的口感[5]。直鏈淀粉和支鏈淀粉含量能通過影響淀粉粒晶體結(jié)構(gòu)，從而影響淀粉的黏度、彈性、堅(jiān)韌度和保水性等[6]；淀粉的膨脹度、溶解度與淀粉顆粒含水量有相關(guān)關(guān)系[5]，反映了淀粉與水作用的大小，且蕎麥淀粉的膨脹度、溶解性與玉米淀粉、小麥淀粉相比有所不同[7]；大顆粒淀粉糊化溫度低，小顆粒淀粉糊化溫度高[7]。而蕎麥淀粉(甜蕎、苦蕎)的糊化溫度低于大米淀粉和小麥淀粉[8]。

有研究表明，蕎麥的儲(chǔ)藏條件對(duì)蕎麥淀粉的品質(zhì)和加工特性有明顯影響[9]，因此可以預(yù)期儲(chǔ)藏對(duì)蕎麥淀粉的特性存在影響。本實(shí)驗(yàn)旨在對(duì)儲(chǔ)藏過程中蕎麥淀粉的品質(zhì)變化進(jìn)行研究。儲(chǔ)藏與蕎麥中淀粉特性的關(guān)系研究，可為碗托、灌腸等蕎麥淀粉制品的加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

2017年內(nèi)蒙古產(chǎn)赤蕎(內(nèi)蒙古赤峰市農(nóng)牧科學(xué)研究院提供)。

無水乙醚、氫氧化鉀、氫氧化鈉、酚酞、95%乙醇、無水乙醇、碘、碘化鉀、乙酸，均為分析純Megazyme淀粉總量檢測(cè)試劑盒:Total Starch (AA/AMG) Assay Kit。

1.2 方法

1.2.1 蕎麥的儲(chǔ)藏

各取1 kg蕎麥分別于4、38 ℃，55%濕度的LHC-300-1恒溫恒濕箱儲(chǔ)藏0、1、3、6個(gè)月。

1.2.2 蕎麥淀粉的提取

1.2.2.1 制粉

不同儲(chǔ)藏條件下的蕎麥樣品用MLU-202布勒磨磨粉。

1.2.2.2 脫脂

取樣品50 g同無水乙醚(料液質(zhì)量比1∶3)經(jīng)SHZ-28A搖床150 r/min 2 h后浸泡過夜，用無水乙醚(料液質(zhì)量比1∶2)洗至上清液無色透明，再將樣品置于通風(fēng)櫥2 h。

1.2.2.3 淀粉堿液提取

樣品同0.2%氫氧化鈉(料液質(zhì)量比1∶10)經(jīng)搖床150 r/min 2 h后浸泡過夜，用0.2%氫氧化鈉(料液質(zhì)量比1∶5)堿洗1次，除去上清液及灰色沉淀，然后用蒸餾水洗3次至上清液無色，樣品置于45 ℃的DGX-9073B-1烘箱中8 h，然后過160目篩，取篩下物。

1.2.3 淀粉含量的測(cè)定

稱樣0.1 g至15 mL圓頭離心管，加入0.2 mL 80%乙醇漩渦混勻、2 mol/L氫氧化鉀2 mL手搖混勻，然后置于搖床(冰浴)20 min，加1.2 mol/L醋酸鈉緩沖液8 mL、耐熱α淀粉酶0.1 mL、AMG 0.1 mL混勻，然后置于50 ℃水浴鍋水浴30 min，用蒸餾水定容至100 mL，取5 mL樣品使用GTR16-2高速臺(tái)式冷凍離心機(jī)1 800 g離心力離心10 min，再取0.2 mL上清液加6 mL GOPOD，50 ℃水浴20 min，冷卻后用T6新世紀(jì)紫外可見分光光度計(jì)于510 nm下測(cè)定吸光度。

1.2.4 含水量的測(cè)定

參照GB/T 12087—2008《淀粉水分測(cè)定 烘箱法》。

1.2.5 直鏈淀粉含量測(cè)定

參照GB/T 15683—2008 《大米 直鏈淀粉含量的測(cè)定》，略加修改。稱樣(0.100 0±0.000 5) g于100 mL錐形瓶中，加入1 mL乙醇、9 mL 1 mol/L NaOH,搖勻，沸水浴加熱10 min(間隔2～3 min輕輕振蕩)，冷卻至室溫，蒸餾水定容至100 mL，并劇烈搖勻，取5 mL樣品液(空白取5 mL 0.09 mol/L NaOH)于裝有50 mL蒸餾水的容量瓶中，加入1 mL 1 mol/L 乙酸，2 mL碘試劑[稱取(2.000±0.005) g碘化鉀，加蒸餾水形成飽和溶液，加入(0.2±0.001) g碘，待碘完全溶解后，蒸餾水定容至100 mL,搖勻]，蒸餾水定容至100 mL,搖勻，靜置10 min，用紫外可見分光光度計(jì)于720 nm處比色。

1.2.6 淀粉膨脹度及溶解度的測(cè)定

空鋁盒于130 ℃烘箱中3 h，再放于干燥器冷卻30 min。稱量淀粉樣品(0.090±0.001) g(干基)置于10 mL離心管中，加入淀粉質(zhì)量100倍的去離子水(約9 g)，用搖床80 ℃水浴振蕩30 min，冰水浴冷卻至室溫，使用高速臺(tái)式冷凍離心機(jī)4 000 g離心力條件下離心10 min，沉淀(濕淀粉，質(zhì)量為M)和上清液分別在110 ℃條件下烘箱干燥5 h至恒重，即得干燥淀粉沉淀的質(zhì)量(M1)和溶解淀粉的質(zhì)量(M2)。每個(gè)樣品重復(fù)3次。淀粉的膨脹度和溶解度分別表示為:

膨脹度(g/g)=M/M1

溶解度(g/g)=M2/淀粉樣品質(zhì)量

1.2.7 淀粉糊化特性的測(cè)定

淀粉糊化特性的測(cè)定采用RVA 4500快速黏度分析儀測(cè)定。量取(25.0±0.1) mL水(按14%濕基校正)，移入干燥潔凈的樣品筒中，用稱量皿準(zhǔn)確稱取(3.00±0.01) g試樣(按14%濕基校正)。把試樣轉(zhuǎn)移到樣品筒中，將攪拌器置于樣品筒中并上下快速攪動(dòng)10次，使試樣分散。若仍有試樣團(tuán)塊留存在水面上或粘附在攪拌器上，可重復(fù)此步驟直至試樣完全分散。將攪拌器置于樣品筒中并可靠地插接到攪拌器的連接器上，使攪拌器恰好居中。當(dāng)儀器提示允許測(cè)試時(shí)，將儀器的攪拌器電動(dòng)機(jī)塔帽壓下，驅(qū)動(dòng)測(cè)試程序。初始轉(zhuǎn)速960 r/min，攪拌10 s后，轉(zhuǎn)速降到160 r/min。樣品在50 ℃下恒溫1 min，以12 ℃/min的速率從50 ℃升至95 ℃，95 ℃下保持2.5 min，再以12 ℃/min的速率降至50 ℃。根據(jù)計(jì)算機(jī)屏幕顯示的黏度變化曲線，記錄各特征參數(shù)，黏度以RVU表示。

1.2.8 淀粉熱特性的測(cè)定

稱取樣品3.00 mg置于鋁盒內(nèi)，加水(淀粉∶水=1∶3)密封后于室溫平衡24 h，DSC-60差示掃描量熱儀測(cè)定淀粉熱特性。參數(shù)設(shè)定為：溫度范圍30～130 ℃，掃描速率10 ℃/min。以空鋁盒作為空白，測(cè)定淀粉糊化初始溫度(T0)、峰值溫度(Tp)、終止溫度(Tc)以及焓值(ΔH)。

2 結(jié)果與討論

2.1 蕎麥淀粉提取純度

蕎麥淀粉提取過程通常包括脫脂、脫蛋白等。堿液提取法是目前最常用的苦蕎淀粉制備方法[10]。

不同儲(chǔ)藏條件對(duì)蕎麥淀粉提取純度的影響如圖1所示。在4 ℃條件下儲(chǔ)藏的蕎麥，提取的淀粉純度要高于38 ℃條件下儲(chǔ)藏的蕎麥，且儲(chǔ)藏時(shí)間越長(zhǎng)，這種影響越顯著。淀粉顆粒表面緊密連接著一些儲(chǔ)藏蛋白和結(jié)合蛋白[4]，苗永方[9]報(bào)道，隨著儲(chǔ)藏的進(jìn)行，蕎麥粉中的巰基在不斷氧化成二硫鍵，且儲(chǔ)藏溫度越高巰基轉(zhuǎn)變?yōu)槎蜴I的速度越快。二硫鍵的形成可能阻礙了蛋白與淀粉顆粒的分離，使得38 ℃下儲(chǔ)藏的蕎麥，淀粉提取純度下降更明顯。與此相反，在4 ℃下儲(chǔ)藏時(shí)，儲(chǔ)藏時(shí)間越長(zhǎng)，淀粉提取純度越高。其原因還有待研究，但說明原料低溫儲(chǔ)藏，對(duì)于蕎麥淀粉提取有一定的意義。

注：不同字母代表差異顯著(P<0.05)，余同。圖1 儲(chǔ)藏條件對(duì)堿提淀粉純度的影響

3.2 蕎麥淀粉中直鏈淀粉含量

從圖2中看出，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加，提取的蕎麥淀粉中直鏈淀粉的含量增加，而儲(chǔ)藏溫度對(duì)直鏈、支鏈淀粉含量的影響不明顯。這說明無論是高溫還是低溫儲(chǔ)藏，蕎麥淀粉的品質(zhì)都會(huì)受到儲(chǔ)藏時(shí)間的明顯影響，王魯峰等[11]的研究發(fā)現(xiàn)，大米直鏈淀粉的含量與米飯的硬度呈極顯著正相關(guān)。隨直鏈淀粉含量的增加，產(chǎn)品的硬度增加、堅(jiān)韌度下降[6]，蒸煮時(shí)吸水量增加[12]。Li等[13]的研究發(fā)現(xiàn)，支鏈淀粉含量和短鏈分支比例與米飯黏性顯著相關(guān)。隨著支鏈淀粉含量的增加，產(chǎn)品的黏性及柔軟度也會(huì)增加[6]。因此，需要針對(duì)不同產(chǎn)品的特性要求，選用適當(dāng)?shù)膬?chǔ)藏條件。

圖2 儲(chǔ)藏條件對(duì)直鏈淀粉含量的影響

3.3 蕎麥淀粉的膨脹度及溶解度

蕎麥淀粉的溶解度和膨脹度反映了在和面時(shí)蕎麥淀粉與水之間相互作用的大小，影響著蕎麥淀粉及其制品的品質(zhì)[14]。淀粉的溶解主要是直鏈淀粉從膨脹的顆粒中逸出，可以用來評(píng)價(jià)淀粉鏈之間的交互作用程度，包括淀粉顆粒的非結(jié)晶區(qū)和結(jié)晶區(qū)域[15]。

不同儲(chǔ)藏時(shí)間及溫度對(duì)蕎麥淀粉膨脹度的影響如圖3所示。隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，蕎麥淀粉的膨脹度呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)。且在4 ℃下儲(chǔ)藏時(shí)膨脹度下降幅度更為明顯。蕎麥淀粉膨脹度呈現(xiàn)下降的原因可能是由于儲(chǔ)藏后不溶性直鏈淀粉含量增加，淀粉粒晶體更加緊密，達(dá)到糊化溫度時(shí)，只是使微晶束有較大程度的松動(dòng)，分子間仍有許多氫鍵未被拆開[16]，從而降低了水分子進(jìn)入淀粉微晶束的可能性，使得蕎麥淀粉膨脹度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

圖3 儲(chǔ)藏條件對(duì)淀粉膨脹度的影響

不同儲(chǔ)藏時(shí)間及溫度對(duì)蕎麥淀粉溶解度的影響如圖4所示。在4 ℃或38 ℃下儲(chǔ)藏的蕎麥，其淀粉的溶解度均略有增加但是變化的幅度不明顯，且在6個(gè)月儲(chǔ)藏時(shí)間內(nèi)未見明顯的規(guī)律。可見儲(chǔ)藏時(shí)間及溫度對(duì)蕎麥淀粉溶解度的影響相對(duì)較少。

圖4 儲(chǔ)藏條件對(duì)淀粉溶解度的影響

3.4 蕎麥淀粉的糊化特性

表1為不同溫度及儲(chǔ)藏時(shí)間下儲(chǔ)藏蕎麥淀粉的糊化特性。隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，蕎麥淀粉的糊化溫度、最終黏度和回生值均略有上升，但無顯著性變化，而儲(chǔ)藏溫度對(duì)這3個(gè)參數(shù)均無影響。

表1 不同儲(chǔ)藏條件對(duì)蕎麥淀粉糊化特性的影響

注：同列不同字母代表差異顯著(P<0.05)。

短時(shí)間儲(chǔ)藏，無論是低溫還是高溫，蕎麥淀粉的峰值黏度和崩解值沒有顯著變化。但是儲(chǔ)藏時(shí)間延長(zhǎng)到6個(gè)月時(shí)，高溫儲(chǔ)藏蕎麥的淀粉的峰值黏度和崩解值均有明顯降低。Valmor等[17]的研究表明，高溫儲(chǔ)藏使大米淀粉的結(jié)晶度降低，淀粉顆粒破裂前的吸水能力降低[18]，從而導(dǎo)致淀粉峰值黏度和崩解值的降低。因此，低溫儲(chǔ)藏能較好地保證在長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)藏中蕎麥淀粉品質(zhì)不發(fā)生明顯變化[19]。

3.5 蕎麥淀粉的熱特性

不同儲(chǔ)藏時(shí)間和溫度對(duì)蕎麥淀粉初始糊化溫度和糊化焓的影響如圖5所示。

由圖5a可見，38 ℃條件下蕎麥儲(chǔ)藏0～3個(gè)月，初始糊化溫度隨儲(chǔ)藏時(shí)間增加而增大，儲(chǔ)藏時(shí)間超過3個(gè)月，初始糊化溫度則隨儲(chǔ)藏時(shí)間延長(zhǎng)逐漸減小。而4 ℃下儲(chǔ)藏的蕎麥，其淀粉初始糊化溫度隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化不明顯。說明在高溫儲(chǔ)藏前期，淀粉結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有所增加，儲(chǔ)藏3個(gè)月后，穩(wěn)定性開始下降，而4 ℃下儲(chǔ)藏的蕎麥其淀粉結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性無明顯變化。淀粉糊化的過程實(shí)際上是淀粉結(jié)晶區(qū)域的溶解，其中包括直鏈淀粉的浸出，結(jié)晶區(qū)域支鏈淀粉雙螺旋結(jié)構(gòu)的斷裂和分解[20]。糊化溫度能反映淀粉結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗凝膠化能力[21]，糊化溫度越高，淀粉結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗凝膠化能力越強(qiáng)。

圖5 儲(chǔ)藏條件對(duì)淀粉初始糊化溫度(a)和糊化焓(b)的影響

糊化焓是淀粉糊化之前淀粉顆粒內(nèi)部分子鏈段有序性的衡量指標(biāo)，它是反映淀粉顆粒結(jié)晶度的重要參數(shù)，淀粉顆粒有序結(jié)構(gòu)破壞會(huì)導(dǎo)致糊化焓值下降[22]。由圖5b可見，儲(chǔ)藏0～3個(gè)月時(shí)，蕎麥淀粉糊化焓隨時(shí)間延長(zhǎng)而降低，儲(chǔ)藏3個(gè)月以后糊化焓反而增大。4 ℃下儲(chǔ)藏的蕎麥淀粉糊化焓變化更緩和，38 ℃下儲(chǔ)藏的蕎麥淀粉糊化焓變化更明顯。在儲(chǔ)藏初期，淀粉糊化焓下降可能是由于蕎麥的后熟，而3個(gè)月以后糊化焓的上升可能是由于淀粉與其他組分的結(jié)合增加，導(dǎo)致其糊化困難。

4 結(jié)論

不同儲(chǔ)藏時(shí)間和溫度對(duì)蕎麥淀粉的特性有顯著影響。隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，蕎麥淀粉中直鏈淀粉含量逐漸增加，淀粉膨脹度逐漸下降。38 ℃下儲(chǔ)藏6個(gè)月的蕎麥其淀粉的峰值黏度和崩解值明顯降低，可能是由結(jié)晶度的降低導(dǎo)致。儲(chǔ)藏過程中，蕎麥淀粉糊化焓先下降，3個(gè)月后開始上升。38 ℃儲(chǔ)藏蕎麥，其淀粉初始糊化溫度先上升，儲(chǔ)藏3個(gè)月后開始下降。4 ℃儲(chǔ)藏蕎麥，其淀粉提取純度較高，且淀粉膨脹度變化更為明顯，而38 ℃儲(chǔ)藏蕎麥，其淀粉糊化焓變化更為顯著。