氯化鈉對不同品種紅小豆淀粉特性的影響

張靜祎 翟愛華,2 張東杰,2,3

(1. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；2. 國家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江 大慶 163319； 3. 黑龍江省農(nóng)產(chǎn)品加工與質(zhì)量安全重點實驗室，黑龍江 大慶 163319)

在食品生產(chǎn)過程中氯化鈉作為一種極其普遍的添加劑，不但可以增加產(chǎn)品風(fēng)味，且由于在電解過程中產(chǎn)生的Na+會與淀粉中的羥基發(fā)生相互作用，在淀粉分子鏈的重排過程中有阻礙作用，可以使得淀粉老化現(xiàn)象延緩[1-2]。趙前程等[3]研究了食鹽對雜交玉米淀粉糊化特性的影響，結(jié)果表明氯化鈉能夠通過離子結(jié)合淀粉分子，使雜交玉米淀粉峰值和回生值下降，淀粉黏度穩(wěn)定性增強，從而提高食品品質(zhì)。蔡旭冉等[4]研究結(jié)果表明氯化鈉可提高馬鈴薯淀粉的成糊溫度和回生值。陳學(xué)玲等[5]研究了氯化鈉對芡實淀粉糊的糊化性質(zhì)影響，確定了添加氯化鈉后降低了淀粉糊的透明度，提高了淀粉的膨脹度。程東等[6]通過研究氯化鈉對幾種變性淀粉的糊化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明添加一定比例的氯化鈉，提高了變性淀粉的峰值黏度、終值黏度增大，同時也使淀粉的崩解值和回生值增大。薛婷[7]研究了氯化鈉對馬鈴薯淀粉黏度特性的影響，結(jié)果表明氯化鈉能夠使蠟質(zhì)馬鈴薯淀粉黏度的減弱程度減小，而對普通馬鈴薯淀粉黏度影響較大。李莎[8]研究了氯化鈉對大米和板栗中淀粉的糊化特性的影響，結(jié)果表明氯化鈉能夠顯著抑制淀粉的溶脹性和凝膠性。以上分析表明氯化鈉對淀粉糊化特性有一定的影響，但由于淀粉來源不同，其淀粉結(jié)構(gòu)及組成也不同，鹽離子對淀粉的結(jié)合度也有差異，因此氯化鈉對紅小豆淀粉的糊化特性影響也不同。關(guān)于氯化鈉對紅小豆淀粉特性的影響研究尚未見報道。

紅小豆是近年來比較受歡迎的雜糧之一，紅小豆中淀粉含量超過70%，是重要的食品淀粉來源，其性質(zhì)是影響淀粉作為食品原料食品品質(zhì)的關(guān)鍵因素[9]。目前黑龍江省市場上紅小豆的品種較多，形成種植規(guī)模的主要有大紅袍、寶清紅和珍珠紅等。試驗擬以黑龍江省的3種高產(chǎn)紅小豆品種(大紅袍、寶清紅和珍珠紅)經(jīng)堿法提取的淀粉，添加2%氯化鈉對紅小豆淀粉糊特性進行分析，明確紅小豆淀粉結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的變化，為氯化鈉改變淀粉特性后在食品中的應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

紅小豆：品種寶清紅、大紅袍、珍珠紅，黑龍江省大慶市泰來縣農(nóng)場；

氯化鈉：分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

激光粒度分析儀：Bettersize 2000型，丹東市百特儀器有限公司；

快速黏度分析儀：RVA4500型，瑞典波通儀器公司；

差示掃描量熱儀：DSC1型，瑞士梅特勒—托利多儀器有限公司；

質(zhì)構(gòu)儀：TA.XT Plus型，英國SMS公司。

1.2 方法

1.2.1 樣品制備 采用堿提法[10]提取紅小豆淀粉，將所得淀粉平鋪于干凈平皿中，于35 ℃下鼓風(fēng)干燥24 h，過80目篩，得到紅小豆中的淀粉。試驗組用質(zhì)量分數(shù)為2%的氯化鈉溶液配制成濃度質(zhì)量分數(shù)為3%的淀粉乳，對照組用蒸餾水配制成濃度質(zhì)量分數(shù)為3%的淀粉乳。

1.2.2 理化指標測定

(1) 淀粉水分含量：按GB/T 12087—2008執(zhí)行。

(2) 淀粉含量：按GB 5009.9—2016執(zhí)行。

(3) 蛋白含量：按GB/T 5009.5—2016執(zhí)行。

(4) 直鏈淀粉含量：按GB/T 15683—2008執(zhí)行。

(5) 粗脂肪含量：按GB/T 5009.6—2016執(zhí)行。

(6) 透光率：參照文獻[11]。

1.2.3 粒徑分布的測定 參照文獻[12]。

1.2.4 淀粉糊凝沉性的測定 參照文獻[13]。

1.2.5 差示掃描量熱儀(DSC)的熱學(xué)特性測定 參照文獻[14]。

1.2.6 快速黏度(RVA)的測定 參照文獻[15]。

1.2.7 淀粉凝膠特性的測定 將RVA試驗后的紅小豆淀粉糊迅速轉(zhuǎn)移到玻璃器皿中，保鮮膜密封后于4 ℃的冰箱中冷藏12 h，放置在質(zhì)構(gòu)儀上開始檢測，所設(shè)置的具體參數(shù)參照文獻[16]。

1.2.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 采用Excel、SPSS軟件對數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，用Origin 8.0軟件進行繪圖處理，各數(shù)據(jù)重復(fù)測定3次取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅小豆淀粉的理化特性

由表1可知，所測得的理化指標存在顯著性差異(P<0.05)。紅小豆淀粉中水分含量為8.58%～11.04%，淀粉含量為73.29%～75.16%，其中珍珠紅淀粉的水分和淀粉含量最低，大紅袍淀粉含量最高；在提取的3種粉中，蛋白含量皆不高，為0.28%～0.35%；脂肪含量為0.03%～0.07%，主要是與淀粉結(jié)合的離子以及提取淀粉時殘留的較少脂肪。3種紅小豆淀粉中，大紅袍的直鏈淀粉含量最低為28.35%，珍珠紅最高為35.43%。此外，大紅袍淀粉的透光率最高為6.47%，珍珠紅淀粉最低為5.93%，因為淀粉溶液的透光率與淀粉分子的分支大小有關(guān)，直鏈淀粉含量越高，淀粉糊重結(jié)晶易于出現(xiàn)回生的現(xiàn)象，使得透光率降低[17]，所以直鏈淀粉含量最低的大紅袍淀粉具有較高的透光率。

2.2 氯化鈉對不同紅小豆淀粉粒徑的影響

如表2所示：3種紅小豆淀粉顆粒的平均粒徑中珍珠紅淀粉的平均粒徑最高(為43.29 μm)，寶清紅淀粉的居中(為39.04 μm)，大紅袍淀粉的最低(為35.58 μm)；當(dāng)加入2%氯化鈉時，3種紅小豆淀粉的平徑顯著降低。因為在70 ℃下已經(jīng)達到淀粉完全糊化所需的溫度，2%氯化鈉的加入，產(chǎn)生的滲透壓影響了淀粉分子與水分子的進一步結(jié)合，淀粉顆粒不能充分膨脹，所以使得3種紅小豆淀粉的粒徑減小[18]。

表1 紅小豆淀粉的理化性質(zhì)測定結(jié)果?

? 同列字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

表2 紅小豆淀粉的粒徑?

? 同列字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

2.3 氯化鈉對不同紅小豆淀粉凝沉性的影響

由表3可知：3種紅小豆原淀粉都出現(xiàn)了凝沉現(xiàn)象，但在36 h后凝沉的變化不明顯；添加氯化鈉后，增大了紅小豆淀粉糊的凝沉速率，可能是帶電離子的存在阻礙了淀粉顆粒吸水溶脹，影響了淀粉糊化，促進淀粉鏈之間的相互作用。隨著時間的延長，使淀粉分子集聚的同種電荷增多，分子間相互排斥不易聚集，凝沉作用穩(wěn)定[2]。不同品種間淀粉的凝沉性差異，主要是直鏈淀粉含量不同引起的，直鏈淀粉含量高的珍珠紅淀粉的凝沉速度加快，使淀粉分子重新聚焦，凝沉硬化[19]。

2.4 氯化鈉對不同紅小豆淀粉熱學(xué)特性的影響

由表4可知：糊化起始溫度為59.75～62.92 ℃，其中大紅袍淀粉最高，珍珠紅淀粉最低。直鏈淀粉含量高的珍珠紅淀粉，由于淀粉分子間的結(jié)合弱，水分子在升溫階段易于捕獲的淀粉親水基，易于糊化，因此，珍珠紅淀粉相對其他淀粉易糊化[20]；珍珠紅、寶清紅和大紅袍淀粉的熱焓值分別為6.55，7.34，7.47 J/g，因為熱焓值的不同與淀粉顆粒結(jié)晶區(qū)域的雙螺旋之間的鍵合力和雙螺旋結(jié)構(gòu)數(shù)量的差異相關(guān)，所以珍珠紅淀粉中的直鏈淀粉含量高，其中的雙螺旋鏈比例低，加熱過程中由支鏈淀粉雙螺旋結(jié)構(gòu)與相鄰的淀粉結(jié)晶區(qū)的相互作用力較弱，糊化解構(gòu)時所需熱焓低；此外，直鏈淀粉分子排列無序化，使淀粉分子間的結(jié)合力小，淀粉更容易糊化，測得的糊化溫度低[21]。添加氯化鈉后，不同紅小豆淀粉糊化溫度均有所提高，主要是由于氯化鈉溶解后產(chǎn)生的離子溶液形成較高的滲透壓，抑制淀粉分子的吸水作用，使淀粉分子完成糊化作用獲得的水分不足，限制了淀粉的充分糊化，結(jié)果糊化溫度升高[22]。由于有氯化鈉存在時，淀粉分子上的羥基與鈉離子相互作用，淀粉無定形區(qū)的初始膨脹度下降，改變了淀粉的熱轉(zhuǎn)變，使熱焓值提高[2]。

表3 紅小豆淀粉的凝沉性

2.5 氯化鈉對不同紅小豆淀粉糊化特性的影響

如表5所示，珍珠紅淀粉、寶清紅淀粉、大紅袍淀粉3種淀粉的峰值黏度依次遞減，主要是由于直鏈淀粉分子間的結(jié)合力弱，在升溫過程中的淀粉分子易于被水分子崩解，形成稠度較高的淀粉糊，提高了峰值黏度；珍珠紅淀粉、寶清紅淀粉、大紅袍淀粉3種淀粉的谷值黏度、最終黏度依次遞增，主要是由于大紅袍淀粉屬于低直鏈淀粉特性，升溫糊化階段較高結(jié)合度的支鏈淀粉更易形成高稠度的淀粉糊。加入質(zhì)量分數(shù)為2%的氯化鈉后，3種淀粉由于糊化所需能量小，使峰值黏度下降，同樣原理淀粉糊在高溫狀態(tài)下的谷值黏度、最終黏度顯著下降(P<0.05)，主要是淀粉糊溶液中離子的存在，使淀粉分子間及淀粉分子與水分子間的氫鍵被破壞，淀粉糊化困難，這一結(jié)果與淀粉的熱學(xué)性質(zhì)中糊化溫度提高的變化一致。珍珠紅淀粉、寶清紅淀粉、大紅袍淀粉3種淀粉的衰減值和回生值依次降低，主要是直鏈淀粉的含量不同使淀粉分子間由于能量下降，分散的直鏈淀粉分子重新有序排列引起的；加入質(zhì)量分數(shù)為2%的氯化鈉使3種淀粉衰減值和回生值顯著下降(P<0.05)，與淀粉凝沉特性一致。衰減值和回生值下降的主要原因是淀粉分子上的弱陰性離子和溶液中存在的陽離子交換，使得淀粉分子內(nèi)的排斥作用發(fā)生增強[23]，氯化鈉可延緩紅小豆淀粉的回生特性，可提高抗老化性。

表4 紅小豆淀粉的熱學(xué)性質(zhì)?

? 同列字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

表5 紅小豆淀粉的糊化性質(zhì)?

? 同列字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

2.6 氯化鈉對不同淀粉凝膠特性的影響

由表6可知：珍珠紅淀粉的凝膠強度最大，其次是寶清紅淀粉，大紅袍淀粉的最小，凝膠的差異主要是由于淀粉糊的凝膠強度是與直鏈淀粉含量多少有關(guān)，直鏈淀粉分子之間分支少，分子間的距離則小，淀粉分子相互結(jié)合力強，當(dāng)熱動力動能降低時容易形成凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[23-24]。

表6 紅小豆淀粉顆粒的凝膠特性?

? 同列字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

加入氯化鈉之后，不同紅小豆淀粉的凝膠強度均顯著下降(P<0.05)，這是由于氯化鈉不利于淀粉分子聚集回生，阻礙淀粉凝膠向固體性質(zhì)轉(zhuǎn)變的過程[8]。另外，3種紅小豆淀粉凝膠中，在加入食鹽后，大紅袍淀粉的黏度下降最明顯，與RVA測試結(jié)果一致，說明添加質(zhì)量分數(shù)2%的氯化鈉對直鏈淀粉含量較低的大紅袍淀粉凝膠流動性有促進作用[4-7]。

3 結(jié)論

通過比較分析不同品種紅小豆淀粉間的粒度、黏度、熱力學(xué)特性和凝膠性差異及氯化鈉對淀粉特性的影響。結(jié)果表明：直鏈淀粉的差異性影響了淀粉的糊化特性，主要由于直鏈淀粉分子結(jié)構(gòu)簡單，給予一定的能量，水分子易與親水基相互作用，使直鏈淀粉含量高的珍珠紅淀粉表現(xiàn)出較低的糊化起始溫度、最終黏度、熱焓值，較高的峰值黏度及較大的粒徑；在添加質(zhì)量分數(shù)為2%的氯化鈉后，氯化鈉增強了淀粉分子內(nèi)與羥基的作用，改變了糊化特性，使紅小豆淀粉糊化溫度提高，同時粒徑減小，說明氯化鈉電離出的鈉離子與淀粉分子相互作用；此外，添加氯化鈉后能夠促進直鏈淀粉含量較低的淀粉凝膠的流動，增大了凝膠的黏度。添加氯化鈉的紅小豆淀粉由于結(jié)構(gòu)發(fā)生改變而引起的其在谷物食品中的應(yīng)用特性隨之改變，生產(chǎn)出來的谷物食品的膨脹性、抗老化性及糊化性也會發(fā)生改變。

試驗還需進一步研究氯化鈉對紅小豆淀粉的微觀結(jié)構(gòu)、離子的結(jié)合狀態(tài)等對淀粉糊化特性的影響等問題，揭示其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。