普魯蘭多糖對(duì)秈米粉凝膠及老化特性的影響

周劍敏 卞 旭 孫 佳 孫旭陽(yáng) 高成成 吳 迪 陳鳳蓮 湯曉智

(南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院；江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心； 江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1，南京 210023) (哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院2，哈爾濱 150076)

大米含有非常豐富的淀粉，約占干物質(zhì)總量的90%[1]。淀粉經(jīng)過(guò)糊化后，能形成具有一定彈性和強(qiáng)度的半透明凝膠，凝膠的黏彈性、強(qiáng)度等特性對(duì)大米淀粉凝膠類食品的加工、成型以及其口感、食用性能等都有較大影響。此外，糊化處理后的大米淀粉凝膠制品在運(yùn)輸、儲(chǔ)存過(guò)程中會(huì)不可避免的發(fā)生老化現(xiàn)象，這嚴(yán)重影響了淀粉凝膠制品的品質(zhì)、口感及貨架期[2]。

將淀粉與親水性膠體混合在食品工業(yè)中常用于調(diào)控淀粉性能，如流變特性[3]、質(zhì)構(gòu)特性[4]及老化特性[5]等。王玉珠等[6]探究了添加HPMC、瓜爾豆膠和卡拉膠對(duì)大米淀粉黏度特性的影響，結(jié)果表明HPMC、瓜爾豆膠使大米淀粉的黏度、回生值增加，卡拉膠使大米淀粉的黏度和回生值降低。Yalcin等[7]向米粉中添加黃原膠或刺槐豆膠來(lái)探究糊化程度對(duì)米粉品質(zhì)特性的影響，發(fā)現(xiàn)黃原膠使樣品的RVA黏度值下降，而刺槐豆膠增加RVA黏度值。唐敏敏等[8]研究了黃原膠對(duì)大米淀粉長(zhǎng)期回生的影響,結(jié)果表明向大米淀粉中添加黃原膠能夠使凝膠的質(zhì)地更加柔軟，黏著性增加，內(nèi)聚性降低，凝膠結(jié)構(gòu)更加致密，且黃原膠能降低淀粉的重結(jié)晶度，抑制支鏈淀粉的回生。

在天然中性多糖中，普魯蘭多糖由于其無(wú)毒、安全、耐熱性強(qiáng)、耐鹽性好、耐酸堿、良好的成膜特性、可塑性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注[9]。盡管普魯蘭多糖在醫(yī)藥和食品領(lǐng)域已經(jīng)有了較廣泛的應(yīng)用，但普魯蘭多糖對(duì)秈米粉凝膠及老化特性的研究仍然不多?；诖?，本研究探索普魯蘭多糖對(duì)秈米粉的糊化特性、流變特性、凝膠質(zhì)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)以及老化的影響，以拓展普魯蘭多糖在食品工業(yè)特別是淀粉凝膠類食品中的應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 原料及設(shè)備

秈米粉：江西金林糧油食品有限公司；普魯蘭多糖(平均分子量1×105Da)；其他化學(xué)試劑為分析純。

Super4型快速黏度測(cè)定儀；MCR 302動(dòng)態(tài)流變儀；D8 Advance X射線衍射儀；TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀；TM-3000型臺(tái)式掃描電子顯微鏡。

1.2 混合粉的制備

將普魯蘭多糖與秈米粉按照一定比例(2%、4%、6%、8%，以混合粉總質(zhì)量為100計(jì))充分混合均勻，不添加普魯蘭多糖的秈米粉作為對(duì)照。

1.3 糊化特性的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取(3.5±0.01)g樣品，樣品水分基準(zhǔn)為14%，加入蒸餾水(25.0±0.01)mL，置于RVA專用鋁盒中進(jìn)行混合。具體測(cè)試程序?yàn)椋?0 ℃ 保持1 min；然后以12 ℃/min的速率升溫至95 ℃(3.75 min)，保持2.5 min后，再以12 ℃/min 的速率降溫至50 ℃(3.75 min)，保持1 min。測(cè)定過(guò)程中攪拌器960 r/min保持10 s，其余時(shí)間均保持在160 r/min。每組樣品取3次平行。用TCW配套軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到峰值黏度、最低黏度、崩解值、最終黏度、回生值和糊化溫度等特征參數(shù)。

1.4 動(dòng)態(tài)流變特性測(cè)定

采用Anton Paar MCR 302動(dòng)態(tài)流變儀進(jìn)行測(cè)定。取1.3制備得到的樣品糊，平板直徑為50 mm(轉(zhuǎn)子：PP50)，平板間距1 mm。測(cè)試溫度為25 ℃，應(yīng)變?yōu)?.5%，頻率變化范圍為0.1～20 Hz，測(cè)定樣品彈性模量G′、黏性模量G″和損耗角正切值tanδ的變化。

1.5 掃描電子顯微鏡

取1.3處理得到的樣品糊，倒入塑料模具中，4 ℃下放置24 h(蓋上塑料膜密封防止水分損失)得到凝膠，用 3%戊二醛固定，0.1 mol/L的磷酸緩沖液沖洗后，再用 30%、50%、70%、90%和 100%的乙醇梯度洗脫，經(jīng)冷凍干燥后，離子濺射噴金，置于掃描電子顯微鏡下觀察，取500倍圖片保存。

1.6 凝膠質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

采用TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行測(cè)定。取1.3制備得到的樣品糊，倒入塑料模具中，于4 ℃下放置24 h(蓋上保鮮膜防止水分流失)，取出后在室溫下放置30 min。使用P/6圓柱型探頭，測(cè)試前速度：5.00 mm/sec，測(cè)試速度：2.00 mm/sec，測(cè)試后速度：2.00 mm/sec，距離：10 mm，觸發(fā)力：5.0 g，間隔時(shí)間：5 s，數(shù)據(jù)采集：200 pp/s，測(cè)試凝膠的硬度、脆性、彈性、黏聚性、膠著度、咀嚼度、回復(fù)性、黏附性等特性。

1.7 X-射線衍射分析

取1.3處理得到的樣品糊，冷卻至室溫后倒入塑料模具中，4 ℃下放置7 d(蓋上塑料膜密封防止水分損失)，凍干后磨粉并進(jìn)行X-射線衍射分析，管壓40 kV，管流30 mA，掃描范圍3°～50°，掃描速度為3°/min。采用Jade 6.0對(duì)衍射圖譜進(jìn)行處理，計(jì)算相對(duì)結(jié)晶度。

1.8 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)采用Origin 8.5進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析以及作圖，SPSS19.0 數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并用Duncan法進(jìn)行顯著性分析(P<0.05) 。

2 結(jié)果與討論

2.1 混合粉的糊化特性分析

由表1可以看出，隨著普魯蘭多糖添加量的增加，混合粉的峰值黏度、最低黏度、崩解值、最終黏度和回生值均呈逐漸降低的趨勢(shì)，糊化溫度略有升高。峰值黏度的降低可能是因?yàn)槠蒸斕m多糖與水分子的結(jié)合能力高于淀粉與水分子的結(jié)合能力，起到了和淀粉競(jìng)爭(zhēng)水的作用，從而抑制了淀粉糊化，導(dǎo)致淀粉糊的黏度降低[10]。此外，糊化黏度與淀粉的總量相關(guān)，隨著普魯蘭多糖添加量的增加，總淀粉含量降低，也導(dǎo)致峰值黏度的持續(xù)降低。崩解值是由于在高溫下糊化淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)解體引起的黏度變化，主要受直鏈淀粉含量和支鏈淀粉的精細(xì)結(jié)構(gòu)影響[11]。隨著普魯蘭多糖添加量的增加，崩解值下降，說(shuō)明普魯蘭多糖能夠增強(qiáng)淀粉的熱糊穩(wěn)定性，這可能是由于普魯蘭多糖類似于直鏈淀粉的線性結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的。回生值反應(yīng)淀粉老化的趨勢(shì)，回生值越低，老化越不明顯[12]。隨著普魯蘭多糖添加量從0%增加到8%，大米淀粉的回生值從1 609 cP降低為1 298 cP，表明普魯蘭多糖在一定程度上抑制了直鏈淀粉的短期回生，能夠有效延緩大米淀粉的老化，且普魯蘭多糖的添加量越大，延緩淀粉老化的作用越強(qiáng)。普魯蘭多糖的添加使秈米淀粉的糊化溫度略微升高，可能是因?yàn)槠蒸斕m多糖的添加與淀粉競(jìng)爭(zhēng)水，水分子對(duì)淀粉顆粒的滲透和對(duì)淀粉分子中氫鍵的攻擊遭到抑制，因此抑制了淀粉的糊化，使得糊化時(shí)間被推遲，糊化溫度升高[10]。

2.2 動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性

圖1 為普魯蘭多糖添加對(duì)秈米粉動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性的影響。由圖1可見(jiàn)，所測(cè)樣品的G′均大于G″，tanδ小于1，G′與G″隨頻率增加而上升，表現(xiàn)為一種典型的弱凝膠動(dòng)態(tài)流變學(xué)譜圖[13]。隨著普魯蘭多糖添加量的增加，混合粉的G′和G″呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，而tanδ呈上升的趨勢(shì)，表明普魯蘭多糖的添加對(duì)大米淀粉凝膠的黏彈特性具有不利影響，這一結(jié)果與糊化特性中最終黏度呈下降趨勢(shì)相一致。其原因在于普魯蘭多糖對(duì)大米淀粉的糊化具有一定程度上抑制的作用。當(dāng)大米淀粉中添加了普魯蘭多糖時(shí)，普魯蘭多糖的強(qiáng)親水特性使得其一方面可以與淀粉顆粒競(jìng)爭(zhēng)水；另一方面，在糊化的過(guò)程中，普魯蘭多糖分子可能與滲漏出來(lái)的直鏈淀粉結(jié)合，并黏附到淀粉顆粒的表面，抑制淀粉顆粒的吸水膨脹和直鏈淀粉的進(jìn)一步滲出。

表1 混合粉的糊化特性

注：同列中字母不同表示差異顯著(P<0.05)，下同。

圖1 動(dòng)態(tài)時(shí)間流變學(xué)特性

2.3 凝膠微觀結(jié)構(gòu)

由圖2掃描電鏡圖可知，純秈米粉老化后凝膠結(jié)構(gòu)的連續(xù)性明顯較好，孔洞較少，凝膠結(jié)構(gòu)致密，隨著普魯蘭多糖添加量的逐漸增大，混合粉的凝膠結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)孔洞越來(lái)越多的趨勢(shì)，結(jié)構(gòu)變得粗糙，表明秈米粉連續(xù)性的凝膠結(jié)構(gòu)被破壞。其原因可能是，隨著普魯蘭多糖添加量的增加，淀粉分子與水分子的結(jié)合受到阻礙，從而抑制淀粉的溶脹，影響混合粉糊化特性。普魯蘭多糖可能與直鏈淀粉分子相結(jié)合，從而抑制了老化過(guò)程中直鏈淀粉的重排，破壞了淀粉凝膠結(jié)構(gòu)的連續(xù)性。網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)是由于冷凍干燥時(shí)脫水而形成的，且普魯蘭多糖添加量越大，形成的孔洞越多，表明普魯蘭多糖易與水分子結(jié)合，從而影響了淀粉的糊化和老化[14]。

圖2 混合粉凝膠結(jié)構(gòu)截面掃描電鏡圖

2.4 混合粉的凝膠質(zhì)構(gòu)特性

由表2可知，隨著普魯蘭多糖添加量的增加，凝膠的硬度、彈性、膠著度和咀嚼度均呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。凝膠的質(zhì)構(gòu)特性是對(duì)淀粉凝膠食品接受程度最重要的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，凝膠硬度和彈性是其最主要的質(zhì)構(gòu)特性[15]。純秈米粉具有最高的凝膠硬度和彈性，添加8%普魯蘭多糖后，凝膠硬度和彈性分別降低到8.15 g和0.56。這可能是普魯蘭多糖添加量的增加破壞了淀粉凝膠結(jié)構(gòu)的連續(xù)性(圖2)，導(dǎo)致混合粉的凝膠硬度降低。凝膠質(zhì)構(gòu)呈現(xiàn)的結(jié)果與RVA的最終黏度以及混合粉的流變特性相一致。

表2 混合粉凝膠TPA特征值

2.5 X-射線衍射

X-射線衍射法通過(guò)測(cè)定淀粉體系內(nèi)晶體的含量來(lái)反映淀粉的回生程度，結(jié)晶的含量和大小決定了衍射峰的高度和寬度，峰越高、越窄，表明著結(jié)晶含量越多、結(jié)晶區(qū)域越完整，回生程度強(qiáng)。圖3為不同添加量的普魯蘭多糖與秈米復(fù)配的樣品糊化后的回生XRD圖。在淀粉的老化過(guò)程中，A型到B型衍射峰的轉(zhuǎn)變已經(jīng)被廣泛報(bào)道[16]，即在17°處附近有一特征峰，這主要由貯存過(guò)程的中支鏈淀粉的重結(jié)晶所引起的，表明了淀粉糊分子聚集狀態(tài)的改變。此外，20°處的峰往往被認(rèn)為是直鏈淀粉和與天然存在的脂質(zhì)復(fù)合所形成的，直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物作為一種抗消化的產(chǎn)物，對(duì)于人體血糖的調(diào)節(jié)也有一定的作用，被定義為RS5型抗性淀粉[17]。進(jìn)一步計(jì)算相對(duì)結(jié)晶度，由表3可以看出，隨著普魯蘭多糖添加量的逐漸升高，樣品體系的重結(jié)晶度有所降低，可見(jiàn)普魯蘭多糖對(duì)秈米淀粉的重結(jié)晶具有一定的抑制作用。普魯蘭多糖的添加，使淀粉分子間形成氫鍵的難度增加，普魯蘭多糖的親水特性也使得淀粉分子周圍的水分子無(wú)法有效參與淀粉的老化，同時(shí)，普魯蘭多糖也會(huì)抑制淀粉吸水溶脹，減少直鏈淀粉的滲出，一定程度上抑制了淀粉的回生。

圖3 添加不同比例普魯蘭多糖的秈米粉的XRD圖

表3 X-射線衍射測(cè)定的回生樣品的相對(duì)結(jié)晶度

普魯蘭多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%02468相對(duì)結(jié)晶度/%13.34±0.52a11.33±0.61b10.19±0.54c9.60±0.38cd7.12±0.44e

3 結(jié)論

研究不同添加量的普魯蘭多糖對(duì)秈米粉糊化特性、流變特性、凝膠質(zhì)構(gòu)以及微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，普魯蘭多糖的添加降低了混合粉的峰值黏度、最低黏度、崩解值、最終黏度和回生值，表明普魯蘭多糖抑制了淀粉的糊化。隨著普魯蘭多糖添加量的增加，G′ ，G″逐漸下降，tanδ逐漸增加，凝膠強(qiáng)度和彈性逐漸下降，表明普魯蘭多糖的添加破壞了大米淀粉凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的連續(xù)性。此外，普魯蘭多糖的增加使凝膠體系的重結(jié)晶度明顯降低，表明普魯蘭多糖能有效地抑制大米淀粉的回生。普魯蘭多糖可作為一種新型的延緩老化劑，用于開(kāi)發(fā)保質(zhì)期長(zhǎng)、口感好的淀粉凝膠類食品。