腳板薯淀粉理化特性研究

何海霞 黎冬明 吳瑩瑩李橋妹 肖建輝 涂 瑾

(1. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江西 南昌 330045； 2. 江西省發(fā)改委農(nóng)產(chǎn)品加工與安全控制工程實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330045)

腳板薯學(xué)名毛薯，又名參薯、薯莨、黎洞薯等，屬薯蕷

科薯蕷屬一年或多年生雙子葉植物，生長(zhǎng)周期短、產(chǎn)量高[1]，因其塊莖呈不規(guī)則的扁塊形，型如腳板而得名。主要分布在非洲、南美及東南亞熱帶和亞熱帶地區(qū)[2]。作為一種具有極大開(kāi)發(fā)價(jià)值的藥食同源類(lèi)食物，腳板薯不僅含有大量的淀粉，還含有大量如黏性多糖、皂苷、微量元素、維生素、蛋白質(zhì)等對(duì)人體有益的物質(zhì)[3]。

目前，對(duì)腳板薯的研究主要集中于色素、皂苷等方面，有關(guān)其淀粉的提取純化和理化性質(zhì)的研究較少[3-4]淀粉提取純化方法主要有稀堿法、生物酶法、微觀結(jié)構(gòu)分析法、膠體化學(xué)理論法以及搗碎過(guò)濾法[3]。試驗(yàn)擬以腳板薯為原料，采用堿液浸泡的方法提取淀粉，并研究其理化性質(zhì)，以期為提高腳板薯產(chǎn)業(yè)的開(kāi)發(fā)以及腳板薯淀粉的應(yīng)用研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

腳板薯：江西省贛州市；

綠豆淀粉、小麥淀粉、馬鈴薯淀粉：河南恩苗食品有限公司；

氫氧化鈉：天津市永大化學(xué)試劑有限公司；

其他試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

高速離心機(jī)：GL-23M型，湖南湘儀離心機(jī)儀器有限公司；

快速黏度儀：TEL-MASTER型，上海瑞玢國(guó)際貿(mào)易有限公司；

紫外—可見(jiàn)分光光度計(jì)：U-T6型，屹譜儀器制造有限公司；

數(shù)顯水浴鍋：WHY-2型，常州國(guó)宇儀器制造有限公司；

粉碎機(jī)：AUX-PB936型，佛山市海迅電器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 淀粉的制備 參照陶華蕾[3]的方法并加以改進(jìn)。將新鮮的腳板薯洗凈、去皮、切片，粉碎，按料液比1∶6 (g/mL)用0.1 mg/mL的氫氧化鈉溶液浸泡1.5 h，過(guò)濾，濾液靜置沉降1 h，離心，反復(fù)沉降、洗滌、離心至溶液不再渾濁，棄上清液，沉降物于40 ℃烘箱中干燥48 h，用粉碎機(jī)粉碎，過(guò)篩，得腳板薯淀粉。

1.3.2 腳板薯淀粉基本成分測(cè)定

(1) 淀粉含量：按GB 5009.9—2016執(zhí)行。

(2) 水分含量：按GB 5009.3—2016執(zhí)行。

(3) 蛋白質(zhì)含量：按GB 5009.5—2016執(zhí)行。

(4) 灰分含量：按GB/T 22427.1—2008執(zhí)行。

1.3.3 直鏈、支鏈淀粉含量測(cè)定 根據(jù)張升暉等[5]的方法修改如下：稱(chēng)取50 mg淀粉于容量瓶中，加少量無(wú)水乙醇及10 mL 0.5 mol/L NaOH溶液，沸水浴中加熱10 min,冷卻，用蒸餾水定容至50 mL，混勻。吸取2.5 mL樣品溶液于50 mL容量瓶中，加20 mL蒸餾水，用0.1 mol/L HCl溶液調(diào)pH值至3，加入0.5 mL碘試劑，定容后放置 10 min，測(cè)定650 nm處光密度。根據(jù)回歸方程計(jì)算樣品中直鏈、支鏈淀粉含量。

1.3.4 淀粉透明度的測(cè)定 稱(chēng)取腳板薯淀粉、小麥淀粉、綠豆淀粉、馬鈴薯淀粉各1 g，加入100 mL蒸餾水，混勻，沸水浴加熱攪拌20 min使淀粉完全糊化，糊化過(guò)程中用蒸餾水調(diào)整淀粉糊至原體積，然后快速冷卻，將淀粉糊裝入比色皿用分光光度計(jì)測(cè)定650 nm處各淀粉糊的透光率，用蒸餾水作對(duì)照。

1.3.5 淀粉凍融穩(wěn)定性測(cè)定 將腳板薯淀粉、小麥淀粉、綠豆淀粉、馬鈴薯淀粉配成6 g/100 mL的淀粉乳，沸水浴加熱攪拌20 min直至淀粉完全糊化。冷卻，倒入離心管，冷凍24 h，室溫自然解凍后，觀察并記錄各淀粉的膠凍狀態(tài)，再凍藏，重復(fù)多次，直至有水析出。

1.3.6 淀粉凝沉穩(wěn)定性測(cè)定 稱(chēng)取腳板薯淀粉、小麥淀粉、綠豆淀粉、馬鈴薯淀粉各6 g，加入94 mL蒸餾水，混勻,沸水浴加熱攪拌20 min直至淀粉完全糊化,冷卻，將各淀粉糊放入100 mL帶塞量筒，室溫靜置，分別記錄0，6，12，24，48 h和6 d后上清液體積及淀粉糊總體積，按式(1)計(jì)算淀粉的凝沉穩(wěn)定性。

(1)

式中：

N——凝沉性，%；

h——上清液體積，mL；

H——淀粉糊總體積，mL。

1.3.7 淀粉持水力測(cè)定 準(zhǔn)確稱(chēng)取腳板薯淀粉、小麥淀粉、綠豆淀粉、馬鈴薯淀粉各2.0 g，加入30 mL蒸餾水，沸水浴攪拌加熱20 min，冷卻，3 000 r/min離心15 min，瀝干水分，倒置30 min，稱(chēng)取沉淀物與離心管質(zhì)量。按式(2)計(jì)算持水力。

(2)

式中：

C——持水力，%；

w1——瀝干水分后沉淀物和離心管總質(zhì)量，g；

w2——干樣品質(zhì)量，g。

1.3.8 淀粉溶解度和膨潤(rùn)力測(cè)定 稱(chēng)取0.75 g樣品于干燥離心管中，加入25 mL蒸餾水，分別于55，65，75，85，95 ℃水浴加熱并攪拌20 min，于冰水中快速冷卻至室溫，3 000 r/min離心20 min，上清液于105 ℃烘干至恒重，將去除上清液后的離心管倒置于濾紙上瀝干，稱(chēng)重，分別按式(3)、(4)計(jì)算溶解度和膨潤(rùn)力。

(3)

(4)

式中：

R——溶解度，%；

P——膨潤(rùn)力，%；

W1——干樣品質(zhì)量，g；

W2——上清液恒重后質(zhì)量，g；

W3——沉淀物質(zhì)量，g。

1.3.9 淀粉的糊化特征及黏度曲線測(cè)定 稱(chēng)取2.4 g腳板薯淀粉于25 mL測(cè)量杯中，加入25 mL水，調(diào)制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的混合體系，攪拌均勻，根據(jù)RVA標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行測(cè)試，用黏度分析儀獲得腳板薯淀粉的黏度曲線，并用峰值、終值黏度、衰減值等表示腳板薯淀粉的糊化特征。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel和Origin 9.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，試驗(yàn)結(jié)果為3次平行測(cè)定后取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 腳板薯淀粉組成

采用氫氧化鈉溶液浸泡提取制備的腳板薯淀粉中淀粉含量較高，為83.72%，水分含量為11.33%，脂肪含量為0.45%，蛋白質(zhì)含量為1.28%，灰分含量為0.36%。此淀粉中蛋白質(zhì)、脂肪含量較低，說(shuō)明采用氫氧化鈉溶液浸泡提取的腳板薯淀粉沒(méi)有過(guò)多雜質(zhì)。

2.2 不同淀粉直鏈、支鏈淀粉含量

淀粉由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，直鏈淀粉含量是淀粉理化性質(zhì)的最主要影響因素之一[6]。由表1可知，4種淀粉的直鏈淀粉含量差異顯著，腳板薯淀粉的直鏈淀粉含量低于小麥淀粉和綠豆淀粉，但明顯高于馬鈴薯淀粉。

表1 不同淀粉直鏈、支鏈淀粉含量

2.3 透明度

由表2可知，腳板薯淀粉的透明度小于馬鈴薯淀粉，但大于綠豆淀粉和小麥淀粉，可能是由于腳板薯淀粉直鏈淀粉含量高于馬鈴薯淀粉，且低于小麥淀粉，與Cliff等[7]的結(jié)果一致。

表2 不同淀粉的透明度

2.4 凍融穩(wěn)定性

淀粉的凍融穩(wěn)定性可用來(lái)評(píng)價(jià)其在冷凍類(lèi)食品中是否有利的主要指標(biāo)之一。由表3可知，腳板薯淀粉從第2次凍融開(kāi)始析水，馬鈴薯淀粉和小麥淀粉從第3次凍融開(kāi)始析水，綠豆淀粉從第4次凍融開(kāi)始析水，表明腳板薯淀粉凍融穩(wěn)定性最低。凍融穩(wěn)定性差的淀粉，其直鏈淀粉含量較高，容易老化[8]。說(shuō)明腳板薯淀粉不適宜應(yīng)用于冷凍類(lèi)食品。

2.5 凝沉穩(wěn)定性

由圖1可知，當(dāng)凝沉?xí)r間為0～6 h時(shí)，大多數(shù)淀粉的淀粉糊上清液體積快速增長(zhǎng)；當(dāng)凝沉?xí)r間為6～48 h時(shí)，除馬鈴薯淀粉外，其他淀粉的淀粉糊上清液體積大大減小，凝沉速率上升緩慢，沉降體積大小為馬鈴薯淀粉>小麥淀粉>腳板薯淀粉>綠豆淀粉。馬鈴薯淀粉凝沉穩(wěn)定性最差，形成凝膠的能力最弱，綠豆淀粉凝沉性最強(qiáng)；腳板薯淀粉的凝沉性稍低于綠豆淀粉，形成凝膠能力強(qiáng)于小麥淀粉和馬鈴薯淀粉。支鏈淀粉減少，直鏈淀粉增加，分子之間形成顆粒、束狀等結(jié)構(gòu)后，淀粉發(fā)生凝沉，從而出現(xiàn)老化，不利于其加工應(yīng)用[9-10]。而腳板薯淀粉這種較強(qiáng)的凝沉穩(wěn)定性有利于其在淀粉及富含淀粉的產(chǎn)品中的加工與應(yīng)用。

表3 不同淀粉糊的凍融穩(wěn)定性

圖1 不同淀粉的凝沉穩(wěn)定性

2.6 持水力

持水力可反映淀粉與水的結(jié)合度，淀粉與水混合后，淀粉分子鏈之間互相結(jié)合形成氫鍵，從而改變淀粉持水力[11]。由表4可知，4種淀粉的持水力為468.39%～1 313.72%，由大到小依次為腳板薯淀粉>綠豆淀粉>小麥淀粉>馬鈴薯淀粉。說(shuō)明腳板薯淀粉顆粒中水結(jié)合位點(diǎn)的可利用度高，可應(yīng)用于水分含量高的產(chǎn)品中。該結(jié)論也從側(cè)面說(shuō)明了腳板薯淀粉的透明度較好。

表4 不同淀粉持水力

Table 4 Water-holding capacity of starches from different species %

2.7 溶解度與膨潤(rùn)力

吸水性是淀粉的重要特性之一，淀粉與水之間相互作用的大小可以通過(guò)溶解度和膨潤(rùn)力大小判斷[12]。由圖2可知，4種淀粉的溶解度隨溫度的升高逐漸增大，其大小順序?yàn)轳R鈴薯淀粉>腳板薯淀粉>綠豆淀粉>小麥淀粉。說(shuō)明腳板薯淀粉與水之間的相互作用較大，而影響淀粉溶解度的主要原因?yàn)橛坞x直鏈淀粉易溶于水[13]，腳板薯淀粉的溶解度大說(shuō)明其游離的直鏈淀粉含量較多，與腳板薯淀粉持水力高相吻合。

圖2 不同淀粉的溶解度

由圖3可知，隨著溫度的升高，膨潤(rùn)力依次為馬鈴薯淀粉>腳板薯淀粉>綠豆淀粉>小麥淀粉，說(shuō)明各淀粉的膨潤(rùn)力隨溫度的變化而變化，可能是由于各淀粉糊化程度不同[14]；相同溫度下，不同品種淀粉的膨潤(rùn)力也不同，可能是因?yàn)橹辨湹矸鄢洚?dāng)了稀釋劑和腫脹抑制劑[15]，不同品種淀粉的直鏈淀粉含量不同，與2.2中直鏈淀粉含量測(cè)定結(jié)果相符合。膨潤(rùn)力能反映淀粉與水之間的相互作用大小，故小麥淀粉與水之間的相互作用最弱，馬鈴薯淀粉和腳板薯淀粉的較強(qiáng)。這種與水之間的較強(qiáng)相互作用力有利于腳板薯在產(chǎn)品加工中的應(yīng)用，加工產(chǎn)品時(shí)可以根據(jù)腳板薯不同的糊化程度選擇不同的加熱溫度。

2.8 糊化特性及黏度曲線

由圖4可知，腳板薯淀粉峰值黏度為2 150 cp，衰減值為453 cp，糊化溫度為77.45 ℃。腳板薯淀粉的峰值黏度小于小麥淀粉和綠豆淀粉[16]的，可能是因?yàn)槌炙σ约暗矸鄯肿拥呐驖?rùn)力會(huì)影響淀粉的峰值黏度。衰減值大小為腳板薯淀粉<小麥淀粉<綠豆淀粉，說(shuō)明腳板薯淀粉的熱穩(wěn)定性最好；糊化溫度大小為腳板薯淀粉>綠豆淀粉>小麥淀粉，說(shuō)明腳板薯淀粉糊化溫度較高，不易糊化。各淀粉糊化溫度不同可能是因?yàn)樵诤^(guò)程中淀粉顆粒分解以及淀粉結(jié)構(gòu)的弱化程度不同造成的[17]。綜上，腳板薯淀粉適用于對(duì)溫度要求較高的產(chǎn)品中。

圖3 不同淀粉的膨潤(rùn)力

圖4 不同淀粉的RVA圖譜

3 結(jié)論

以腳板薯為原料，利用堿液浸泡的方法提取其淀粉，并對(duì)所得淀粉的理化性質(zhì)進(jìn)行了對(duì)比研究。結(jié)果表明，不同種類(lèi)的淀粉的支鏈、直鏈淀粉含量存在差異，直鏈淀粉含量為17.98%～37.71%，腳板薯淀粉的直鏈淀粉含量低于小麥淀粉和綠豆淀粉；腳板薯淀粉的透明度、凝沉性、持水力、熱穩(wěn)定性較好，但凍融穩(wěn)定性較差，不適用于冷凍類(lèi)產(chǎn)品；不同種類(lèi)淀粉溶解度、膨潤(rùn)力大小順序均為馬鈴薯淀粉>腳板薯淀粉>綠豆淀粉>小麥淀粉，且均隨溫度的升高而增大；腳板薯淀粉糊化溫度為77.45 ℃，難以成糊，但熱穩(wěn)定性較好。后續(xù)可更深層次、更全面研究腳板薯淀粉的理化性質(zhì)。