不同種類甘薯淀粉混合對(duì)其物化特性及粉條品質(zhì)的影響

孫震曦,木泰華,馬夢(mèng)梅,馮亞運(yùn)(1. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院,新疆烏魯木齊 83005;.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100193)

我國是甘薯種植與生產(chǎn)大國,據(jù)FAO統(tǒng)計(jì),2018年我國甘薯種植面積為237.93萬公頃,產(chǎn)量為0.53億噸,均居世界首位[1]。甘薯淀粉是塊根的重要構(gòu)成成分,約占50%～80%(干重),可廣泛應(yīng)用于食品、化工及醫(yī)藥等行業(yè)。在食品工業(yè)中,甘薯淀粉主要用于加工粉條、粉絲、粉皮等,其中,粉條是最主要的加工形式;此外,甘薯淀粉也可作為增稠劑、穩(wěn)定劑、保水劑等來改善食品體系的粘度、持水性、保水性,提高食品貯藏特性等[2]。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),我國甘薯種植品種豐富,約為2000個(gè)。不同甘薯品種的基本成分、直鏈淀粉與支鏈淀粉的比值(直支比)、結(jié)構(gòu)、物化特性及加工粉條的品質(zhì)具有較大差異,對(duì)相關(guān)加工企業(yè)的利潤影響較大[3-4]。靳艷玲等對(duì)比研究了25個(gè)不同品種甘薯的淀粉含量、直支比和糊化特性,發(fā)現(xiàn)可根據(jù)糊化溫度、回生值、崩解值等指標(biāo)的不同來選擇適合作為穩(wěn)定劑、增稠劑的甘薯淀粉品種[3]。余樹璽等研究表明4個(gè)不同品種甘薯淀粉的物化特性不同,且顯著影響了粉條的加工品質(zhì)[4]。但是,目前的研究主要集中在對(duì)比不同品種甘薯淀粉物化特性方面,不同品種甘薯淀粉對(duì)粉條品質(zhì)的影響研究較少。商薯19和廣薯87分別作為我國北方和南方薯區(qū)薯塊產(chǎn)量較高的甘薯品種,淀粉含量豐富,且具有不同的物化特性[3]。但是,單一甘薯品種天然淀粉的物化特性均有不足,近年來將不同種類淀粉混合,獲得優(yōu)于原淀粉特性的混合淀粉是取代改性淀粉的途徑之一[5]。更為重要的是,在實(shí)際生產(chǎn)過程中,大部分粉條加工企業(yè)使用的甘薯淀粉混合比例不明確,不利于生產(chǎn)的穩(wěn)定性及粉條品質(zhì)的提升。因此,有必要研究不同品種甘薯淀粉混合后對(duì)其結(jié)構(gòu)、物化特性及粉條品質(zhì)的影響。已有研究表明不同種類淀粉混合后對(duì)其回生率影響較大[5],但是其研究對(duì)象為小麥淀粉、玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、糯米淀粉等,尚未見不同品種甘薯淀粉混合后的系統(tǒng)研究。

因此,本研究選用2種我國主要淀粉加工型甘薯淀粉(商薯19和廣薯97淀粉)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,采用混料設(shè)計(jì)方法,對(duì)不同比例商薯19、廣薯87混合淀粉的結(jié)構(gòu)、物化特性及粉條品質(zhì)特性進(jìn)行研究,以期為兩種混合淀粉在粉條加工中的應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

廣薯87和商薯19淀粉 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供;DGG-9240B型鼓風(fēng)干燥箱 上海森信儀器有限公司;CR-400型色度儀 日本Konicca Minolta Sening Inc公司;BT-9300H型激光粒度儀 沈陽百特儀器有限公司;TENSOR 27傅里葉紅外光譜儀 德國布魯克公司;DAHZ-300A型電熱恒溫水浴搖床 太倉市實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠;SU8010掃描電子顯微鏡 日本日立公司;DSC-Q200型差示掃描量熱儀 美國TA儀器公司;RVA Techmaster型快速黏度儀 瑞典波通公司;TA-XT21型質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro System公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 甘薯淀粉的混合 將廣薯87和商薯19兩種淀粉按照不同比例(見表1)均勻混合后,用于基本成分及物化特性的測(cè)定。

表1 兩種甘薯淀粉混料實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表Table 1 Blends design for the two kinds of sweet potato starches

1.2.2 甘薯淀粉的基本成分 參照AOAC 2000的方法進(jìn)行測(cè)定。其中,蛋白質(zhì)、脂肪、灰分、粗纖維、磷含量分別參照AOAC 955.04、AOAC 960.39、AOAC923.03、AOAC 991.43和AOAC 920.39的方法測(cè)定;總淀粉、直鏈淀粉和支鏈淀粉含量采用相關(guān)試劑盒(Megazyme)測(cè)定。

1.2.3 甘薯淀粉的物化特性

1.2.3.1 淀粉的色澤 采用色度儀進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果用L、a和b值表示。其中,L值表示白/黑;a值表示紅/綠;b值表示黃/藍(lán)。

1.2.3.2 淀粉的粒徑分布 采用激光粒度儀測(cè)定。取一定量的淀粉樣品置于粒度儀的分散器中,穩(wěn)定2 min后進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定參數(shù)包括:中位徑、體積平均徑和面積平均徑。每次測(cè)定結(jié)束時(shí),須用去離子水沖洗分散器。

1.2.3.3 淀粉的微觀結(jié)構(gòu) 采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察。將樣品進(jìn)行粘臺(tái)與固定,并采用濺射鍍膜法將其表面鍍金,在加速電壓15 kV條件下進(jìn)行電鏡掃描觀察拍照。放大倍數(shù)為500倍。

1.2.3.4 淀粉的官能團(tuán)分析 利用傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)解析官能團(tuán)結(jié)構(gòu)。采用KBr壓片法在室溫25 ℃下測(cè)定,掃描波長為500～4500 cm-1,分辨率為1 cm-1,每個(gè)樣品重復(fù)掃描3次,淀粉樣品在分辨率為4 cm-1。

1.2.3.5 淀粉的糊化特性 采用快速黏度儀RVA進(jìn)行測(cè)定。取3 g甘薯淀粉(干基)置于鋁盒中,加入20 mL蒸餾水。測(cè)試程序如下:淀粉懸浮液在50 ℃下平衡1 min,后以12 ℃/min的速率加熱至95 ℃,保溫2.5 min,再以12 ℃/min的速率冷卻至50 ℃,保溫2 min。糊化特性參數(shù)如下:峰值粘度、谷值粘度、崩潰粘度、最終粘度和回生值[6]。

1.2.3.6 淀粉的溶解度與膨脹勢(shì) 取0.4 g淀粉與20 mL蒸餾水置于50 mL離心管中,將樣品分別放于70、80和90 ℃水浴30 min,6000×g離心15 min。收集上清液后,稱量淀粉膨脹后的沉淀物重量。將上清液置于105 ℃的烘箱中干燥至恒重,并稱量[7]。計(jì)算公式如下:

溶解度(%)=(干燥后上清液的重量/干淀粉的重量)×100

膨脹勢(shì)(g/g)=沉淀物重量/[干淀粉的重量×(100-溶解度)]

1.2.3.7 淀粉熱特性 采用差示掃描量熱法(DSC)進(jìn)行測(cè)定。取3 mg淀粉(干基)于鋁盒中,加入6 μL去離子水,將鋁盤密封置于4 ℃穩(wěn)定24 h后進(jìn)行分析,以空白鋁盒作為對(duì)照。測(cè)試樣品在20 ℃平衡10 min后,以8 ℃/min的速度增加至100 ℃[8]。測(cè)定參數(shù)包括:起始溫度(To)、峰值溫度(Tp)和熱焓值(ΔH)。

ΔH=KA/m

其中,ΔH為反應(yīng)的焓變,m為反應(yīng)前樣品的質(zhì)量,K為校準(zhǔn)系數(shù),A為峰下面的面積。

1.2.4 甘薯粉條的品質(zhì)特性

1.2.4.1 粉條的制備 一部分粉條采用工廠機(jī)械化設(shè)備生產(chǎn)粉條,由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供,在本研究中命名為工廠機(jī)械化生產(chǎn)粉條;另一部分是將兩種淀粉按表1中的比例混合均勻后,取6 g混合淀粉,加入9 g、70 ℃的蒸餾水調(diào)成勻漿,再加入60 g沸水使其糊化,進(jìn)而將剩余的94 g混合淀粉添加到糊化的勻漿中,制備成光滑的粉團(tuán),粉條的含水量建議控制在45%～55%。將粉團(tuán)放入自動(dòng)粉條機(jī)中擠壓出直徑約1.70 mm的粉條,將粉條放入沸水中上下攪動(dòng)1 min,待其完全糊化后取出,放入溫度為室溫的蒸餾水中冷卻3～5 min,4 ℃條件下冷藏8 h后,在65 ℃下干燥30 min,即得甘薯粉條[7]。按照上述方法制備的粉條在本研究中命名為實(shí)驗(yàn)室自制粉條。

1.2.4.2 粉條的質(zhì)構(gòu)特性 粉條的質(zhì)構(gòu)特性包括剪切應(yīng)力、剪切形變、拉伸強(qiáng)度和拉伸形變,均采用TA-XT21質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定。具體方法如下:將100 g粉條放入1000 mL蒸餾水中蒸煮15 min后,用蒸餾水冷卻至室溫。測(cè)定前先用吸水紙擦干粉條表面的水分,將每根粉條剪成15 cm,隨機(jī)選取3個(gè)不同的位置,用游標(biāo)卡尺測(cè)定粉條的直徑,取平均值用于質(zhì)構(gòu)特性的計(jì)算。測(cè)量拉伸強(qiáng)度和拉伸形變時(shí),兩個(gè)探頭(夾具式探頭ASPR)之間的距離設(shè)定為10 cm,每根粉條測(cè)10次。測(cè)試前、中、后的速度分別是2.0、1.0和2.0 mm/s。測(cè)定剪切應(yīng)力和剪切形變時(shí)采用刀片式探頭A/LKB-F,測(cè)試形變?yōu)?0%;測(cè)試速度為1.7 mm/s,測(cè)試前后速度均為2.0 mm/s[6]。計(jì)算公式如下:

拉伸強(qiáng)度(g/mm2)=最大拉力(g)/粉條橫截面積(mm2)

拉伸形變(%)=拉伸距離(mm)/粉絲原長(mm)×100

剪切應(yīng)力(g/mm2)=最大剪切力(g)/粉絲的橫截面積(mm2)

剪切形變(%)=斷裂時(shí)粉絲被壓縮的距離(mm)/粉條直徑(mm)×100

1.2.4.3 粉條的斷條率 隨機(jī)抽取20根約10 cm的粉條,置于250 mL燒杯中沸水蒸煮20 min,觀察粉條的斷條數(shù)量,斷條率越高,耐煮性越差[6]。斷條率按下列公式進(jìn)行計(jì)算:

斷條率(%)=斷條數(shù)×100/20

1.2.4.4 粉條的微觀結(jié)構(gòu) 采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察粉條的表觀結(jié)構(gòu)。將樣品進(jìn)行粘臺(tái)與固定,并采用濺射鍍膜法將其表面鍍金,在加速電壓15 kV條件下進(jìn)行電鏡掃描觀察拍照。放大倍數(shù)為50倍。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SAS 8.1軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,用Duncan多重比較法進(jìn)行方差分析(ANOVA)及顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)。所有試驗(yàn)最少重復(fù)3次,試驗(yàn)數(shù)據(jù)用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(Mean±SD)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘薯淀粉的基本成分

由表2數(shù)據(jù)可知,商薯19和廣薯87淀粉的純度較高,均達(dá)98%(干基)以上,且兩種淀粉的純度無顯著性差異。商薯19淀粉的直鏈淀粉含量(20.11%)和直支比(25.17%)均顯著高于廣薯87淀粉(13.21%、15.22%),而支鏈淀粉含量較低,這可能與其較高的磷含量相關(guān)[3,9-10]。此外,廣薯87淀粉中的灰分、粗纖維含量顯著高于商薯19淀粉,兩種淀粉的粗蛋白和粗脂肪含量無顯著性差異。從表2中還可以看出,商薯19和廣薯87淀粉按一定比例混合后,其基本成分、直支比等結(jié)果表現(xiàn)出兩種淀粉的加合效應(yīng)。這可能是因?yàn)閮煞N淀粉混合過程中未出現(xiàn)擠壓、熱處理、酶解等物理化學(xué)操作,因此兩種淀粉之間未發(fā)生相互作用。

表2 商薯19和廣薯87甘薯淀粉的基本成分(干基)Table 2 Proximate composition of sweet potato starch from Shangshu No.19 and Guangshu No.87(dry basis)

已有研究顯示,淀粉中的直鏈淀粉、支鏈淀粉、脂質(zhì)、灰分以及磷含量等可顯著影響甘薯淀粉的物化特性與粉條品質(zhì)。例如,較低的灰分含量和較高的脂質(zhì)含量均可促進(jìn)淀粉的糊化;直鏈淀粉含量與淀粉糊的峰值粘度、回生值等呈正相關(guān),直鏈淀粉含量高,淀粉糊的粘度越大、越容易老化,進(jìn)而可制備高品質(zhì)的粉條[11-13]。由此可以看出,與廣薯87淀粉相比,商薯19淀粉可能更適用于加工高品質(zhì)粉條。

2.2 甘薯淀粉的物化特性

2.2.1 甘薯淀粉的色澤 色澤是評(píng)價(jià)甘薯淀粉品質(zhì)特性的一個(gè)重要指標(biāo),淀粉色澤的好壞也會(huì)直接影響粉條的品質(zhì)。從表3中可以看出,商薯19淀粉的L值顯著低于廣薯87淀粉,而a、b值較高,說明商薯19淀粉色澤較暗。當(dāng)商薯19與廣薯87淀粉分別以75∶25、50∶50混合時(shí),淀粉的亮度(L)與單一商薯19淀粉相比無顯著差異;當(dāng)廣薯87淀粉含量進(jìn)一步提高至75%時(shí),混合淀粉的亮度值顯著(P<0.05)增大。然而,不同比例混合淀粉并未發(fā)生相互反應(yīng),其色澤僅表現(xiàn)為兩種淀粉的加合效應(yīng)。

表3 商薯19和廣薯87甘薯淀粉的色澤及粒徑分布Table 3 Color and particle size distribution of sweet potato starch from Shangshu No.19 and Guangshu No.87

2.2.2 甘薯淀粉的粒徑分布及微觀結(jié)構(gòu) 淀粉顆粒大小可影響淀粉的糊化特性和熱特性,從而對(duì)粉條的質(zhì)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生影響[14]。兩種甘薯淀粉的粒徑分布結(jié)果見表3,可以看出,商薯19淀粉的中位徑、體積平均徑和面積平均徑均顯著(P<0.05)高于廣薯87淀粉。因此,商薯19淀粉顆粒的粒徑大于廣薯87淀粉。

由圖1淀粉顆粒的掃描電鏡結(jié)果可知,兩種淀粉顆粒大部分為光滑的圓形或橢圓型,少量淀粉顆粒表面粗糙、有凹槽或凹痕,不含氣孔和裂縫,這與Zhang等人的研究結(jié)果一致[15]。盡管激光粒度儀的測(cè)定結(jié)果顯示兩種淀粉顆粒的粒徑大小存在顯著差異,但是從掃描電鏡的結(jié)果來看這種差異不明顯。另外,兩種淀粉以不同比例混合后,粒徑表現(xiàn)為簡(jiǎn)單的加合效應(yīng),二者之間并未發(fā)生相互作用,因此其表觀結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化。

圖1 不同比例混合淀粉的微觀結(jié)構(gòu)(500×)Fig.1 Microstructure of sweet potato starch with different mixing ratios(500×)注:從a～e分別表示商薯19∶廣薯87為100∶0、75∶25、50∶50、25∶75、0∶100。

2.2.3 甘薯淀粉的官能團(tuán)結(jié)構(gòu) 淀粉的紅外光譜在1200～800 cm-1區(qū)域內(nèi)較易發(fā)生變化,該區(qū)域變化主要與C-C和C-O伸縮振動(dòng)的短程變化有關(guān)。由圖2可知,商薯19和廣薯87淀粉的官能團(tuán)組成無明顯差異,但商薯19淀粉的紅外吸收光強(qiáng)度略高于廣薯87淀粉。兩種淀粉中均存在861、928、994、1047、1077、1103、1150 cm-1處的吸收峰,其中861 cm-1代表C-O-C伸縮振動(dòng),928、994、1047、1077 cm-1代表C-O-H和CH2伸縮振動(dòng)的相應(yīng)吸收峰,1103和1150 cm-1代表C-O和C-C伸縮振動(dòng)中C-O-H的吸收峰[16-17]。兩種淀粉混合過程中未發(fā)生擠壓、熱處理、酶解等物理化學(xué)操作,因此不同比例混合淀粉的主要官能團(tuán)結(jié)構(gòu)并未發(fā)生明顯變化。

圖2 不同比例混合淀粉的紅外光譜圖Fig.2 FTIR of sweet potato starch with different mixing ratios

1047和1022 cm-1處的吸收峰分別代表淀粉的有序結(jié)構(gòu)和無序結(jié)構(gòu),二者的相對(duì)峰強(qiáng)度(擬合R值)被用于表征結(jié)晶淀粉的含量[18],相關(guān)結(jié)果見表4?？梢钥闯?商薯19淀粉的R值最大,顯著(P<0.05)高于廣薯87淀粉,說明商薯19淀粉的有序程度較高。與單一商薯19淀粉相比,當(dāng)商薯19與廣薯87淀粉分別以75∶25、50∶50混合時(shí),其R值未發(fā)生顯著變化;當(dāng)二者以25∶75混合時(shí),R值顯著(P<0.05)降低,與單一廣薯87淀粉相比無顯著差異?；旌系矸鄣腞值介于兩種單一淀粉之間,說明二者混合沒有發(fā)生反應(yīng),僅存在加合效應(yīng)。

表4 商薯19和廣薯87甘薯淀粉的R值Table 4 R value of sweet potato starch from ShangshuNo.19 and Guangshu No.87 obtained by FTIR

2.2.4 甘薯淀粉的糊化特性 當(dāng)有足量水存在時(shí),隨著溫度的不斷升高,淀粉顆粒發(fā)生糊化并逐漸膨脹,表現(xiàn)出一定的糊化特性[19]。糊化特性是反映甘薯淀粉品質(zhì)的重要指標(biāo)之一,與粉條的品質(zhì)特性具有顯著的相關(guān)性,主要包括峰值粘度、谷值粘度、崩潰粘度、最終粘度和回生值。其中,崩潰粘度可以反映淀粉糊的穩(wěn)定性,回生值可以反映淀粉糊的回生特性[20-21]。

由表5數(shù)據(jù)可知,商薯19淀粉的峰值粘度、谷值粘度、最終粘度和回生值均高于廣薯87淀粉,說明商薯19淀粉的熱糊穩(wěn)定性較好、回生速率較快,有利于形成凝膠,可用于加工高品質(zhì)粉條[7,22],這也與其含有較高的直鏈淀粉和磷含量相對(duì)應(yīng)。隨廣薯87淀粉比例的增加,混合淀粉的峰值粘度、谷值粘度、最終粘度和回生值均高于未混合的商薯19和廣薯87淀粉,且上述各指標(biāo)的增加呈非線性相關(guān)。當(dāng)廣薯87淀粉比例進(jìn)一步增加至高于50%時(shí),混合淀粉的峰值粘度、谷值粘度、最終粘度和回生值顯著(P<0.05)降低。此外,各組淀粉的崩潰粘度無顯著差異。

表5 商薯19和廣薯87甘薯淀粉的糊化特性Table 5 Gelatinization properties of sweet potato starch from Shangshu No.19 and Guangshu No.87

該結(jié)果說明低比例(≤50%)廣薯87淀粉的添加有利于提高淀粉糊的穩(wěn)定性,且混合淀粉更易發(fā)生老化形成凝膠,這種效應(yīng)不是簡(jiǎn)單的疊加,而是兩種淀粉之間存在協(xié)同作用;但是,高比例(>50%)廣薯87淀粉的添加則對(duì)淀粉糊的穩(wěn)定性產(chǎn)生了拮抗作用。張丹丹等[23]研究結(jié)果也表明,甘薯/玉米淀粉混合后,其糊化特性并非簡(jiǎn)單的疊加,而是存在相互作用。分析原因可能是與廣薯87淀粉相比,商薯19淀粉中直鏈淀粉含量高(表2中已顯示該結(jié)果),更易發(fā)生老化形成凝膠;而高比例廣薯87淀粉的添加降低了直鏈淀粉含量[11-13]。

2.2.5 甘薯淀粉的溶解度與膨脹勢(shì) 當(dāng)?shù)矸墼谟兴臈l件下加熱,溫度超過糊化溫度后,淀粉顆粒吸水膨脹,甚至發(fā)生部分溶解現(xiàn)象。淀粉的溶解度和膨脹勢(shì)反映了淀粉分子在水中加熱過程中結(jié)晶區(qū)與無定型區(qū)結(jié)構(gòu)中淀粉鏈之間相互作用的大小,與直鏈淀粉/支鏈淀粉含量、分子量、淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物以及結(jié)晶區(qū)、無定型區(qū)的比例有關(guān)[24]。

由于甘薯淀粉的糊化溫度在70 ℃左右,所以本文考察了70、80、90 ℃下不同比例混合淀粉的溶解度和膨脹勢(shì)。由表6數(shù)據(jù)可知,不同比例混合淀粉的溶解度隨溫度的上升而增大,在90℃下表現(xiàn)出最大值。當(dāng)溫度為70 ℃時(shí),不同比例混合淀粉的溶解度無顯著差異,這可能是因?yàn)樵摐囟壬形闯^淀粉的糊化溫度,因此淀粉混合比例對(duì)溶解度無影響。當(dāng)溫度超過甘薯淀粉的糊化溫度時(shí)(80、90 ℃),商薯19淀粉的溶解度顯著高于廣薯87淀粉,這與商薯19淀粉本身較高的直鏈淀粉含量有關(guān)。隨著廣薯87淀粉比例的增加,混合淀粉的溶解度逐漸降低,說明廣薯87淀粉對(duì)混合淀粉的溶解度表現(xiàn)出拮抗效應(yīng)。趙神彳等研究結(jié)果顯示普通大麥淀粉與蠟質(zhì)大麥淀粉混合后,溶解度增加,這與本研究的結(jié)果相反[25]。這可能是因?yàn)樵诩訜徇^程中廣薯87淀粉中含有較多的支鏈淀粉發(fā)生了斷裂,使混合淀粉的溶解度降低[26]。

表6 商薯19和廣薯87甘薯淀粉的溶解度與膨脹勢(shì)Table 6 Solubility and swelling power of sweet potato starch from Shangshu No.19 and Guangshu No.87

此外,不同比例混合淀粉的膨脹勢(shì)也隨溫度的上升而增大,在90 ℃下表現(xiàn)出最大值。在同一溫度下,單一商薯19、廣薯87淀粉以及二者按75∶25、50∶50混合后,膨脹勢(shì)無顯著差異;當(dāng)二者以25∶75混合后,膨脹勢(shì)顯著(P<0.05)增大;說明高比例(>50%)廣薯87淀粉的添加對(duì)膨脹勢(shì)的增加有協(xié)同作用。這可能是高比例廣薯87淀粉的添加導(dǎo)致混合淀粉中支鏈淀粉的長鏈增多,且加熱過程使支鏈淀粉分子間雙螺旋分解,導(dǎo)致混合淀粉發(fā)生溶脹[27]。而商薯19淀粉比例較高時(shí),高含量的直鏈淀粉抑制了淀粉顆粒的膨脹,也可能是由于淀粉分子中的脂質(zhì)與直鏈淀粉形成了復(fù)合物,從而降低了淀粉顆粒的膨脹勢(shì)[28-29]。

2.2.6 甘薯淀粉的熱特性 淀粉的熱特性主要取決于淀粉的基本組成、粒徑大小及結(jié)晶度等。糊化溫度反映了淀粉在熱處理過程中的糊化難易程度,糊化溫度越高,熱焓值越大,說明淀粉的結(jié)晶度越大[10,12]。由表7數(shù)據(jù)可知,商薯19淀粉的起始溫度與熱焓值均顯著高于廣薯87淀粉,而兩種淀粉的峰值溫度無顯著差異,說明商薯19淀粉的結(jié)晶度略高,這與表2的結(jié)果一致。已有報(bào)道顯示,當(dāng)起始溫度為68.5～69.6 ℃時(shí),有助于形成高品質(zhì)的粉條。表7數(shù)據(jù)表明,兩種淀粉以不同比例混合后,其起始溫度均高于單一淀粉,尤其是商薯19淀粉與廣薯87淀粉以75∶25混合時(shí),起始溫度為69.42 ℃,因此該混合比例所得淀粉可能用于加工高品質(zhì)粉條[30]。然而,混合淀粉的起始溫度并非按比例簡(jiǎn)單疊加,即不呈線性關(guān)系,說明兩種淀粉之間的糊化并非是獨(dú)立的,而是存在著交互作用[31]。

表7 商薯19和廣薯87甘薯淀粉的熱特性Table 7 Thermal properties of sweet potato starch from Shangshu No.19 and Guangshu No.87

此外,商薯19淀粉與廣薯87淀粉混合比例為75∶25時(shí),峰值溫度最低;單一淀粉及其他比例混合后淀粉的峰值溫度無顯著差異。隨廣薯87淀粉比例的不斷增加,混合淀粉的熱焓值以非線性關(guān)系降低,說明混合淀粉的結(jié)晶程度降低;這是因?yàn)榛旌系矸垠w系中兩種淀粉發(fā)生了交互作用,在受熱糊化過程中釋放出更多的熱量,從而使最終測(cè)定的熱焓值降低[23,32]。

2.3 甘薯粉條的品質(zhì)特性

2.3.1 甘薯粉條的質(zhì)構(gòu)特性與斷條率 粉條的彈性和咀嚼性是評(píng)價(jià)其品質(zhì)的重要指標(biāo)。剪切形變和剪切應(yīng)力可評(píng)價(jià)粉條的咀嚼性,值越大,咀嚼性越好;拉伸強(qiáng)度和拉伸形變可用于評(píng)價(jià)粉條的彈性,值越大,粉條的彈性越佳[7]。

將商薯19與廣薯87淀粉以不同比例混合后,分別采用工廠機(jī)械化設(shè)備與實(shí)驗(yàn)室設(shè)備制作粉條,對(duì)比了兩種不同生產(chǎn)方式對(duì)混合淀粉粉條質(zhì)構(gòu)特性與斷條率的影響。由表8可知,工廠機(jī)械化生產(chǎn)的粉條中,商薯19淀粉粉條的拉伸強(qiáng)度和拉伸形變值最大,說明其彈性最好;廣薯87淀粉粉條的剪切應(yīng)力和剪切形變值最大,說明其咀嚼性最好。向商薯19淀粉中添加一定量(≤50%)的廣薯87淀粉后,粉條的咀嚼性無顯著變化,而彈性有顯著性(P<0.05)下降;當(dāng)廣薯87淀粉含量進(jìn)一步提高至75%以上時(shí),混合淀粉粉條的彈性和咀嚼性均顯著(P<0.05)提高。

表8 甘薯粉條的質(zhì)構(gòu)特性與斷條率Table 8 Texture properties and broken rate of sweet potato starch noodles

實(shí)驗(yàn)室自制不同配比粉條的拉伸形變低于工廠機(jī)械化生產(chǎn)粉條,而剪切應(yīng)力及剪切形變有所提高,說明實(shí)驗(yàn)室自制粉條的彈性較差,而咀嚼性較好。純商薯19淀粉粉條和混合淀粉粉條的拉伸形變均優(yōu)于純廣薯87淀粉粉條,說明商薯19淀粉在混合淀粉體系中對(duì)粉條的彈性起主要作用。這不僅與其具有較高的峰值粘度、谷值粘度、最終粘度、回生值、糊化溫度和膨脹勢(shì)有關(guān),也與其含有較高的直鏈淀粉、脂質(zhì)和較低的灰分含量有關(guān)[13,22,33]。此外,工廠機(jī)械化生產(chǎn)與實(shí)驗(yàn)室自制粉條的斷條率均為0,說明兩種制作方法以及淀粉混合比例對(duì)粉條斷條率無顯著影響。

2.3.2 淀粉物化特性與粉條品質(zhì)的相關(guān)性分析 表9為不同比例混合淀粉直支比、粒徑、糊化特性、溶解度、膨脹勢(shì)、熱特性與粉條質(zhì)構(gòu)特性間的相關(guān)性分析結(jié)果。可以看出,淀粉的直支比、粒徑與其糊化特性(峰值粘度、谷值粘度、最終粘度和回生值)、熱焓值以及粉條的拉伸特性(彈性)呈正相關(guān),與膨脹勢(shì)和剪切形變幾乎無相關(guān)性(r約為0),且上述指標(biāo)之間均無顯著相關(guān)性(P>0.05)。淀粉的糊化特性(峰值粘度、谷值粘度、最終粘度和回生值)和起始溫度對(duì)粉條的剪切特性(咀嚼性)和拉伸特性(彈性)影響最大,呈正相關(guān)關(guān)系,且具有顯著相關(guān)性(P<0.05)。溶解度、膨脹勢(shì)和熱焓值對(duì)粉條的品質(zhì)特性相關(guān)性不大(r<0.5或r=0),無顯著相關(guān)性。

表9 淀粉物化特性與粉條品質(zhì)特性間的相關(guān)性分析Table 9 Correlation analysis between physicochemical characteristics of starches and quality properties of starch noodles

不同種類淀粉可通過影響加熱過程中淀粉的峰值粘度、谷值粘度、最終粘度、回生值和起始溫度來影響粉條的品質(zhì)。因此,在粉條生產(chǎn)過程中,可將不同種類淀粉進(jìn)行混合,獲得具有較高峰值粘度、谷值粘度、最終粘度、回生值和起始溫度的混合淀粉,進(jìn)而生產(chǎn)出具有較好彈性和咀嚼性的粉條產(chǎn)品。

2.3.3 甘薯粉條的微觀結(jié)構(gòu) 圖3和圖4中a～e分別為工廠機(jī)械化生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室自制粉條的橫截面(左側(cè))和表面(右側(cè))的微觀結(jié)構(gòu),從圖中可以看出,工廠所制粉條內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊實(shí),未有明顯的空隙;而實(shí)驗(yàn)室自制粉條中均出現(xiàn)不同程度的空隙結(jié)構(gòu),且其內(nèi)部較為松散、不緊實(shí),這與質(zhì)構(gòu)特性中較低的剪切參數(shù)和拉伸參數(shù)相對(duì)應(yīng)。在同一種制作方法下,單一種類淀粉與不同種類淀粉混合后加工粉條的橫截面和表面無明顯差異。

圖3 工廠機(jī)械化生產(chǎn)不同種類甘薯粉條的微觀結(jié)構(gòu)圖Fig.3 The microstructure of different kinds of starch noodle made in factory注:從a～e分別表示商薯19∶廣薯87為100∶0、75∶25、50∶50、25∶75、0∶100,圖4同。

圖4 實(shí)驗(yàn)室自制不同種類甘薯粉條的微觀結(jié)構(gòu)圖Fig.4 The microstructure of different kinds of starch noodle made in lab

3 結(jié)論

本試驗(yàn)通過分析商薯19和廣薯87淀粉以不同比例混合后淀粉的結(jié)構(gòu)、物化特性及其粉條的品質(zhì)特性,發(fā)現(xiàn)與廣薯87淀粉相比,商薯19淀粉含有較高的直鏈淀粉和脂質(zhì)含量,而灰分含量較低;與兩種淀粉單獨(dú)存在相比,以不同比例混合后,淀粉的基本成分、粒徑及表觀結(jié)構(gòu)等表現(xiàn)為兩種淀粉的加合效應(yīng);商薯19淀粉的峰值粘度、谷值粘度、最終粘度和回生值高于廣薯87淀粉,低比例(≤50%)廣薯87淀粉與商薯19淀粉的交互作用提高了混合淀粉的糊化特性,而高比例(>50%)廣薯87淀粉的添加則對(duì)混合淀粉的糊化特性產(chǎn)生拮抗作用;商薯19淀粉的溶解度高于廣薯87淀粉,二者之間存在的拮抗作用降低了混合淀粉的溶解度;高比例(>50%)廣薯87淀粉的添加對(duì)膨脹勢(shì)的增加有協(xié)同作用;商薯19淀粉的起始溫度與熱焓值均顯著(P<0.05)高于廣薯87淀粉,二者之間發(fā)生的交互作用提高了混合淀粉的起始溫度,降低了混合淀粉的熱焓值。同時(shí),混合淀粉的峰值粘度、谷值粘度、最終粘度、回生值和起始溫度與粉條的品質(zhì)特性呈顯著正相關(guān)關(guān)系,可將上述因素作為淀粉混合的評(píng)價(jià)指標(biāo),指導(dǎo)粉條生產(chǎn)。