空氣炸鍋處理對慈姑淀粉品質(zhì)的影響

席婉婷 崔林梅 雷 敏 戢得蓉 李 夢 胡洋瀾

(1. 四川旅游學(xué)院食品學(xué)院，四川 成都 610100；2. 陜西理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 漢中 723001；3. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧 沈陽 110866)

慈姑是澤瀉科慈姑屬多年生水生直立草本植物[1]，最初種植在歐洲和亞洲溫帶地區(qū)的濕地，在中國、印度尼西亞和其他地區(qū)也有種植[2]。其主要食用部位是塊莖，呈黃白色或綠白色[3]，其淀粉已被用于食品工業(yè)[4]。天然淀粉的某些性質(zhì)限制了其工業(yè)應(yīng)用[5]，如脫水收縮率高，膠體結(jié)構(gòu)呈海綿狀，不適合冷凍食品[6]。慈姑淀粉的透明度僅為13%左右，直接影響了慈姑淀粉及其制品的可接受性和外觀[6-7]；慈姑淀粉凝沉性低于普通淀粉[8]，也影響其相關(guān)產(chǎn)品的機(jī)械性能，從而影響其加工性能、感官性能和營養(yǎng)價值[9]。

改性淀粉是研究擴(kuò)展淀粉利用范圍的一個重要方向，具體方法有多種[10]，但關(guān)于慈姑淀粉的改性方法較少。酸水解后經(jīng)微波處理可獲得慈姑抗性淀粉[11]，其持水性較強(qiáng)，但溶解性和透明度較差；采用γ-輻照后的慈姑淀粉，溶解度、吸水率和透光率增加，溶脹力、體積密度和脫水率降低[12-13]。對慈姑塊莖粉進(jìn)行烘烤，可提高其糊化溫度和對水、油的吸收能力，有效改變慈姑粉的烘烤特性[3]。過氧化氫氧化慈姑淀粉，能改善其溶解度、膨潤度及凝沉性，但凍融穩(wěn)定性變差[14]。

空氣油炸鍋[15]是將循環(huán)熱空氣對流密閉在一個容器中對食物進(jìn)行快速加熱熟化。以空氣炸鍋熱處理作為一種物理改性的方式，能有效簡化操作步驟并縮短時間，而且安全性較化學(xué)處理也有所提高。研究擬通過對不同粒度下的慈姑淀粉進(jìn)行空氣炸鍋處理，探究粒度對慈姑淀粉的影響以及空氣炸鍋熱處理方式對慈姑淀粉理化性質(zhì)的影響，旨在明確其理化性質(zhì)變化情況和原理。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

慈姑淀粉：彌勒市竹園鎮(zhèn)蔗林食品廠；

分析天平：FA1004型，常州衡正電子儀器有限公司；

恒溫水浴鍋：DZKW-S-8型，北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；

pH計(jì)：STARTER 3100型，奧豪斯儀器有限公司；

恒溫加熱磁力攪拌器：DF-101S型，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；

黏度儀：NDJ-5S型，上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司；

紫外分光光度計(jì)：UV8100型，北京萊伯泰科儀器有限公司；

電熱鼓風(fēng)干燥器：101-6A型，北京中興偉業(yè)儀器有限公司；

場發(fā)射掃描電子顯微鏡：SIGMAHD型，德國蔡司公司；

傅立葉變換紅外光譜儀：Nicolet is 50型，美國賽默飛公司；

X-射線衍射儀：Rigaku smartlab 9型，日本理學(xué)株式會社；

空氣炸鍋：KL-26J601型，杭州九陽生活電器有限公司；

色差儀：SC-80C型，北京康光儀器有限公司；

測量儀：Q200DSC型，美國TA儀器。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 變性淀粉的制備 取足量慈姑淀粉過50目篩，編號C100，依次用300，250，200，150，100，50目試驗(yàn)篩分離。按最終過篩目數(shù)將過50～300目篩的淀粉分別標(biāo)號為C101～C106。稱取10 g淀粉樣品加入到空氣炸鍋中，160 ℃處理10 min，得到樣品備用。將原淀粉處理后編號為C200，按目數(shù)50～300分別記為C201～C206。

1.2.2 DSC測定 采用掃描量熱法。

1.2.3 色差測定 參照楊學(xué)年等[16]的方法。

1.2.4 透明度測定 參照張志華[17]的方法。

1.2.5 溶解度和膨脹度測定 參照郭澤鑌[18]的方法，并按式(1)、式(2)計(jì)算淀粉溶解度和膨脹度。

(1)

(2)

式中：

S——溶解度，%；

A——被溶解淀粉質(zhì)量，g；

M——溶液中慈姑淀粉質(zhì)量，g；

B——膨脹度，%；

P——膨脹后質(zhì)量，g。

1.2.6 凍融穩(wěn)定性測定 參照焦云鵬等[19]的方法，按式(3)計(jì)算析水率。

(3)

式中：

A——析水率，%；

m——淀粉糊質(zhì)量，g；

m1——離心管中沉淀物質(zhì)量，g。

1.2.7 黏度測定 按GB/T 22427.7—2008。

1.2.8 電鏡分析 將改性前后的慈姑淀粉進(jìn)行真空冷凍干燥，研碎，使其均勻分散并固定在銅臺上，噴金后用掃描電鏡觀察。

1.2.9 紅外光譜分析 采用KBr壓片法。

1.2.10 X射線衍射分析 使用X射線衍射儀進(jìn)行測定，測試條件：淀粉過300目，Cu-Kα輻射，波長1.540 56 nm，衍射掃描范圍5°～40°，管壓40 kV，電流150 mA，掃描速度2(°)/min。

1.2.11 數(shù)據(jù)分析 采用Origin、SPSS及Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 黏度

由表1可知，空氣炸鍋處理后的淀粉黏度高于原淀粉，其糊化溫度發(fā)生改變，黏度升高。50，100，150目數(shù)的慈姑淀粉經(jīng)處理后黏度有較大變化，200，250，300目數(shù)的慈姑淀粉在不同溫度下的黏度變化較小?？諝庹ㄥ佁幚砗蟮拇裙玫矸垧ざ劝l(fā)生明顯變化，可能是此物理處理過程對其結(jié)構(gòu)造成了破壞，且由于顆粒大小的不同，所發(fā)生的淀粉黏度改變也有所不同，說明選擇空氣炸鍋方式處理時，慈姑淀粉目數(shù)大小會影響處理后的淀粉黏度。

表1 空氣炸鍋處理前后慈姑淀粉的黏度Table 1 Viscosity of arrowhead starch before and after treatment

2.2 色差

由表2可知，原淀粉與空氣炸鍋處理后的淀粉亮度值L*無明顯差別，略低于50目數(shù)的，空氣炸鍋處理后的100，250目數(shù)的慈姑淀粉亮度值明顯降低，說明空氣炸鍋處理不能明顯提升慈姑淀粉的亮度值，經(jīng)處理后的淀粉b*輕微下降，可能是由于結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致其對光的折射性能發(fā)生改變。過篩后，除300目數(shù)的慈姑淀粉的b*值無明顯變化外，其他目數(shù)慈姑淀粉的b*值明顯升高。

表2 處理前后慈姑淀粉色差Table 2 Difference color of arrowhead starch before and after treatment

2.3 透明度

由圖1可知，空氣炸鍋處理對慈姑淀粉的透明度有明顯正向的影響，且隨著目數(shù)的增大即顆粒變小，處理后的慈姑淀粉的透明度呈上升趨勢，說明空氣炸鍋處理影響了其與水結(jié)合的能力，破壞了慈姑淀粉顆粒間的結(jié)構(gòu)，改變了慈姑淀粉的分散程度。

圖1 處理前后慈姑淀粉的透明度Figure 1 Transparency of arrowhead starch before and after treatment

2.4 溶解度和膨潤度

由圖2可知，處理前后淀粉膨潤度和溶解度變化有所差異。未處理原淀粉的溶解度和膨潤度均較小，空氣炸鍋處理后，淀粉的膨潤度和溶解度隨目數(shù)的增大而增大。這是由于淀粉顆粒更加細(xì)小，容易溶于水中，因此溶解度更高。

圖2 處理前后淀粉的膨潤度和溶解度Figure 2 Starch swelling degree before and after treatment

2.5 凍融穩(wěn)定性

由圖3可知，改性后的淀粉析水率增大，且隨著目數(shù)的增大，淀粉的析水率也依次增大，表明凍融穩(wěn)定性變差。這可能是由于淀粉結(jié)構(gòu)改變，直鏈淀粉變多的緣故[20]。

圖3 處理前后慈姑淀粉的凍融穩(wěn)定性Figure 3 Freeze-thawing stability of arrowhead starch before and after treatment

2.6 DSC

由圖4可知，處理前后淀粉的相變起始溫度變化較小，不同粒度條件下相變的起始溫度變化也較小。C106和C201的相變糊化焓差異較大，不同粒度間C201和C206的相變峰值溫度差異較小。C106和C206的相變終值溫度差異明顯，但不同粒度間C201和C206的相變峰值溫度差異更加明顯。不同粒度間糊化焓差異較大可能是糊化過程中粒度的差異造成的，空氣炸鍋處理后的淀粉更易糊化[21]。

圖4 處理前后慈姑淀粉的DSC分析Figure 4 DSC analysis of arrowhead starch before and after treatment

2.7 掃描電鏡

慈姑原淀粉顆粒主要呈球形，表面光滑膨脹[14]。由圖5可知，經(jīng)空氣炸鍋處理后，C201表面裂紋明顯增多，且相比C206的表面也有明顯的裂紋變化。由于篩分方式的局限性，C201中還包含些許C206 的顆粒。處理后的兩種淀粉表面均有不同程度的皺縮，表明空氣炸鍋處理慈姑淀粉并未改變淀粉的形狀，但對淀粉顆粒的表面有較明顯的影響。顆粒表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，說明其中的支鏈淀粉、直鏈淀粉含量等可能發(fā)生了變化[22]。

圖5 淀粉顆粒電鏡結(jié)果圖Figure 5 Electron microscopic results of starch granules

2.8 紅外光譜

在3 000～3 500 cm-1范圍內(nèi)，羧基二聚體強(qiáng)氫鍵使O—H伸縮振動變成彌散的寬譜帶，改性淀粉的分子中和分子間的O—H基團(tuán)形成的氫鍵作用力強(qiáng)，O—H伸縮振動向低頻移動，吸收譜比原淀粉更加彌散。慈姑淀粉之間的變化最為明顯，可能是由于淀粉分子處于不斷運(yùn)動的狀態(tài)，此時氫鍵O-H…O中的距離在不斷變化。而H…O之間的距離在一定范圍內(nèi)：變化的范圍越大，譜帶就越彌散[23]。由圖6可知，變性后的慈姑淀粉的作用效果明顯，可能是由于慈姑淀粉的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。

圖6 處理前后慈姑淀粉的紅外光譜分析Figure 6 Infrared spectroscopic analysis of arrowhead starch before and after treatment

2.9 X-衍射

慈姑原淀粉在15.16°，17.10°，17.92°，22.99°處出現(xiàn)了明顯的吸收峰，屬于典型的A型射線衍射譜圖。由圖7可知，經(jīng)處理的同一粒度淀粉的衍射峰明顯變高，而不同粒度的淀粉處理后的衍射峰又有明顯的升高，說明不僅空氣炸鍋處理對淀粉性質(zhì)有影響，且粒度對淀粉的結(jié)構(gòu)也有明顯影響，可能是由于淀粉部分結(jié)晶結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。原淀粉C101的結(jié)晶度為43.55%，處理后C201的結(jié)晶度為46.73%，C206的結(jié)晶度為34.71%。同樣粒度下的C101和C201的結(jié)晶度相差較小，但處理后C201和C206之間相差較C101和C201之間的大，可能是淀粉經(jīng)空氣炸鍋處理后，隨著粒度的不斷變大，結(jié)晶度之間的差異也就越大，說明粒度對淀粉的作用是有效的。結(jié)晶度的變化可能是由于熱處理對淀粉的內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成了影響，使內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。

圖7 處理前后慈姑淀粉的X-衍射分析Figure 7 X-ray diffraction analysis of aunt starch before and after treatment

3 結(jié)論

試驗(yàn)表明，空氣炸鍋處理作用下，淀粉的結(jié)晶度上升，且隨粒度的減小結(jié)晶度下降，透明度凍融穩(wěn)定性上升。電鏡下的顆粒外表結(jié)構(gòu)差異明顯，表明淀粉結(jié)構(gòu)受到了破壞，且在微觀上紅外光譜分析和X-衍射分析差異明顯。不同淀粉粒度狀態(tài)下，隨著粒度的減小，慈姑淀粉的色差有明顯不同，透明度明顯上升，凍融穩(wěn)定性增加，膨潤度的差異也增加。 研究拓展了物理改性方法空氣炸鍋對慈姑淀粉的處理，了解到過篩不同目數(shù)淀粉的理化性質(zhì)變化情況，但尚未考慮空氣炸鍋對直鏈淀粉含量等的影響變化，仍需更多試驗(yàn)論證。