武陵山區(qū)4種塊根類淀粉的糊化特性和沖調(diào)性質(zhì)分析

米 旺 陳 吉 余 佶 姚茂君 麻成金 李運(yùn)通

(1. 食藥兩用資源研究與高值化利用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 吉首 416000；2. 吉首大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖南 吉首 416000)

湖南武陵山區(qū)葛根、蕨根、百合、涼薯等特色植物資源十分豐富。葛(Puerariamontanavar.lobata)是一種豆科植物，分為粉葛和柴葛。種植葛以粉葛為主，其淀粉含量高于柴葛，鮮葛根中淀粉含量為15%～34%[1]，粉葛中葛根素等黃酮類物質(zhì)的含量低于柴葛[2]。蕨(Pteridiumaquilinum)以野生為主，其干基和根中含有35%～40%的淀粉[3]。百合(Liliumbrowniivar.viridulumBaker)是一種傳統(tǒng)作物，百合鱗莖中淀粉的含量在60%左右[4]，在湘西地區(qū)大面積種植的為卷丹百合，其中龍山縣種植為全州最多，常年種植面積穩(wěn)定在5 300 hm2左右，占全國(guó)百合種植面積的20%，產(chǎn)量和銷量均居全國(guó)第一[5]。涼薯(Pachyrhizuserosus)原產(chǎn)于亞馬遜區(qū)域和墨西哥半干旱地區(qū)，具有高產(chǎn)量、易種植、高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等特點(diǎn)，其干基中的淀粉含量約為22.29%[6]。這4種作物淀粉中葛根淀粉由于具有較低的糊化溫度，已經(jīng)被開(kāi)發(fā)成沖調(diào)飲品，商業(yè)化程度較高。蕨根、百合和涼薯等淀粉是否也具有與葛根淀粉類似的糊化特性和沖調(diào)性質(zhì)，目前暫無(wú)相關(guān)的比較研究。

研究擬以濕法從葛根、蕨根、百合、涼薯的塊根或塊莖中分離得到4種淀粉，采用掃描電子顯微鏡(SEM)、快速黏度分析儀(RVA)、差式量熱掃描儀(DSC)等分析各類淀粉的顆粒微觀形態(tài)、黏度變化曲線、糊化溫度、糊化焓等指標(biāo)，并對(duì)4種淀粉進(jìn)行沖泡，對(duì)比其糊的透明度和表觀狀態(tài)，旨在為武陵山區(qū)塊根或塊莖類淀粉的生產(chǎn)與應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

葛根、蕨根、百合、涼薯：市售。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

光學(xué)顯微鏡：MoticAE2000型，北京汗盟紫星儀器儀表有限公司；

組織搗碎機(jī)：JJ-2型，江蘇天翎儀器有限公司；

可見(jiàn)分光光度計(jì)：7230G型，上海儀電分析儀器有限公司；

高速離心機(jī)：LXJ-IIC型，上海安亭科學(xué)儀器廠；

快速黏度分析儀：RVA-Techmaster型，波通瑞華科學(xué)儀器公司；

差示掃描量熱計(jì)：DSC3500型，德國(guó)耐馳儀器制造有限公司。

1.2 淀粉的提取

根據(jù)王倩等[7]的方法，并進(jìn)行適度修改。稱取500 g洗凈的塊根或塊莖與1 000 mL蒸餾水混合，用組織破碎機(jī)處理5 min，使用紗布進(jìn)行過(guò)濾，濾渣清洗3次，收集3次濾液，棄去濾渣。將濾液靜置12 h后，棄去上層濾液，保留沉淀。向沉淀中加入適量蒸餾水并攪拌均勻，以4 000 r/min離心10 min，棄上清液，用藥匙輕輕刮去沉淀表面的黃褐色雜質(zhì)，該過(guò)程重復(fù)3次。收集淀粉，自然晾干，用研缽進(jìn)行研磨后，裝入保鮮袋中常溫下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 微觀形態(tài)

1.3.1 普通光學(xué)顯微鏡觀察 稱取0.05 g淀粉于20 mL試管中，用蒸餾水配制成0.25 g/100 mL的淀粉懸浮液，充分搖勻，用膠頭滴管取1～2滴懸浮液于潔凈載玻片上，蓋上蓋玻片，在光顯微鏡下先以10×40倍率進(jìn)行觀察，采用Motic5.0相機(jī)隨機(jī)拍照。

1.3.2 掃描電子顯微鏡(SEM)觀察 參考Shah等[8]的方法，拍取樣品在不同放大倍數(shù)下(×500和×2 000)的微觀結(jié)構(gòu)照片。

1.4 糊化特性

1.4.1 快速黏度曲線 (RVA) 采用GB/T 24853—2010《小麥、黑麥及其粉類和淀粉糊化特性測(cè)定 快速黏度儀法》標(biāo)準(zhǔn)程序1測(cè)試，得到RVA曲線及相關(guān)參數(shù)。

1.4.2 熱力學(xué)特性曲線(DSC) 參考Li等[9]的方法。

1.5 沖調(diào)性質(zhì)

1.5.1 淀粉糊的透明度 參考Hu等[10]的方法，并做適度修改。稱取淀粉0.5 g于100 mL燒杯中，加50 mL水配制成1 g/100 mL的淀粉乳液，沸水浴加熱30 min，攪拌使其糊化，冷卻至室溫，蒸餾水為空白調(diào)零，在620 nm處測(cè)試淀粉糊的透光率(T)，以透光率來(lái)表示透明度。

1.5.2 淀粉糊的表觀形態(tài) 分別稱取淀粉3.0 g于100 mL燒杯中，然后加入50 mL沸水配置成6 g/100 mL的淀粉乳液，玻璃棒攪拌3 min，立即用勺子舀起，觀察其拉絲情況[11]。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2019進(jìn)行圖表的繪制，SPSSAU進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 微觀形態(tài)

4種淀粉的微觀形態(tài)和結(jié)構(gòu)如圖1所示。葛根淀粉的顆粒形態(tài)多為球形或多角形，表面光滑，可見(jiàn)明顯的臍點(diǎn)。蕨根淀粉顆粒結(jié)構(gòu)形態(tài)多為球形、半球形等不規(guī)則形狀，表面光滑，其形態(tài)與葛根淀粉相似。百合淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)形狀多呈紡錘形，表面光滑，與Zhang等[12]和Li等[13]的觀察結(jié)果相一致。涼薯淀粉顆粒表面光滑，顆粒結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出多角形等不規(guī)則結(jié)構(gòu)，粒徑明顯小于其他3種淀粉，與張喻等[14]的研究結(jié)果一致。對(duì)4種淀粉顆粒的長(zhǎng)軸直徑進(jìn)行分析，其尺寸大小排序?yàn)榘俸?蕨根>葛根>涼薯。淀粉的微觀形態(tài)和顆粒大小通常與淀粉的品種有關(guān)，淀粉顆粒的直徑通常在1～100 μm，且塊根和塊莖類淀粉的直徑一般大于谷物淀粉[15]。淀粉顆粒的形態(tài)和大小是淀粉分子結(jié)構(gòu)和精細(xì)結(jié)構(gòu)的外在表現(xiàn)，也是淀粉糊化特性和沖調(diào)性質(zhì)的直接影響因素。

圖1 葛根、蕨根、百合、涼薯4種淀粉顆粒的微觀形態(tài)

2.2 糊化特性

2.2.1 快速黏度曲線 采用快速黏度分析儀測(cè)定葛根、蕨根、百合、涼薯4種淀粉的快速黏度曲線，糊化特性參數(shù)見(jiàn)表1。葛根淀粉的峰值黏度為(4.04±0.01) Pa·s，顯著低于其他3種淀粉(P<0.05)。Yoo等[16]的研究也表明，葛根淀粉的峰值黏度低于蕨根淀粉。百合淀粉的峰值黏度為(7.00±0.03) Pa·s，顯著高于其他3種淀粉(P<0.05)，可能與百合淀粉顆粒較大有關(guān)，在微觀形態(tài)的比較研究中發(fā)現(xiàn)百合淀粉的顆粒尺寸顯著大于其他3種淀粉，淀粉顆粒的尺寸越大，糊化過(guò)程中淀粉吸水膨脹得更大，則表現(xiàn)出較大的峰值黏度。有研究[17]對(duì)比了玉米淀粉、大米淀粉、小麥淀粉、木薯淀粉、馬鈴薯淀粉等的峰值黏度，結(jié)果得到馬鈴薯淀粉的峰值黏度遠(yuǎn)高于其他淀粉，這與馬鈴薯淀粉顆粒尺寸較大有關(guān)。對(duì)比大、中、小3種顆粒尺寸馬鈴薯淀粉的峰值黏度，得到淀粉的粒徑與峰值黏度呈正相關(guān)關(guān)系[18]。

表1 葛根、蕨根、百合、涼薯4種淀粉的糊化特性參數(shù)?

衰減值所反映的是熱糊淀粉的穩(wěn)定性，葛根淀粉的衰減值為(1.97±0.00) Pa·s，明顯低于其他3種淀粉，表明葛根淀粉顆粒在升溫糊化過(guò)程中不易破裂，穩(wěn)定性最好。葛根淀粉和百合淀粉的回生值分別為(1.20±0.04)，(1.16±0.01) Pa·s，高于蕨根淀粉和涼薯淀粉?；厣邓从车氖堑矸酆鋮s過(guò)程中的穩(wěn)定性和老化程度，一定程度的回生可以增加淀粉凝膠的硬度[19]。淀粉的成糊溫度與淀粉顆粒的高結(jié)晶度結(jié)構(gòu)有關(guān)[20]，葛根、蕨根、百合、涼薯4種淀粉的成糊溫度分別為69.42，68.65，69.05，72.35 ℃，涼薯淀粉的糊化溫度要明顯大于其他3種淀粉，說(shuō)明其不易糊化。

2.2.2 熱力學(xué)特性曲線 采用差示掃描熱量?jī)x測(cè)定葛根、蕨根、百合、涼薯4種淀粉的熱力學(xué)特性，結(jié)果如圖2所示。葛根、蕨根、百合、涼薯4種淀粉的初始糊化溫度分別為62.3，59.4，62.1，62.9 ℃，峰值糊化溫度分別為67.3，66.9，65.7，69.7 ℃。起始糊化溫度反映的是淀粉開(kāi)始糊化時(shí)所需要的能量；峰值糊化溫度反映的是不同淀粉晶體結(jié)構(gòu)及其完整性，溫度越高，表示淀粉晶體的結(jié)構(gòu)越完整，越不易被破壞[21-23]。4種淀粉中涼薯淀粉起始糊化溫度最高，說(shuō)明其開(kāi)始糊化時(shí)所需的溫度最高；蕨根淀粉的起始糊化溫度最低，表明其易糊化，與2.2.1快速黏度曲線的測(cè)試結(jié)果一致。熱焓值反映的是破壞淀粉晶體中的雙螺旋結(jié)構(gòu)所需要吸收的能量，熱焓值越小，說(shuō)明所需要的能量越少，晶體中的雙螺旋結(jié)構(gòu)越容易被破壞[21]。4種淀粉中葛根淀粉的熱焓值最低，為9.32 J/g；百合淀粉的熱焓值最高，為15.64 J/g，結(jié)果表明葛根淀粉糊化所需要的能量較低。

圖2 葛根、蕨根、百合、涼薯4種淀粉的熱力學(xué)特性曲線

2.3 沖調(diào)特性

2.3.1 淀粉糊的透明度 透明度是衡量淀粉沖調(diào)品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，通常認(rèn)為透明度越高，淀粉糊的感官性質(zhì)越好。采用可見(jiàn)光分光光度計(jì)測(cè)定4種淀粉糊的透光率，結(jié)果如圖3所示。葛根、蕨根、百合、涼薯4種淀粉中葛根淀粉糊的透明度最好(透光率為29.11%)，而百合淀粉和涼薯淀粉的透明度較差(透光率分別為12.25%，14.39%)。淀粉糊的透明度與淀粉中的磷含量有關(guān)，磷含量高的淀粉會(huì)產(chǎn)生更透明的糊[24]。有研究[16,25]表明，葛根淀粉中的磷含量顯著高于蕨根淀粉和涼薯淀粉，因此磷含量較高可能是葛根淀粉糊的透明度高于其他3種淀粉的原因。

字母不同代表數(shù)據(jù)間差異顯著(P<0.05)

2.3.2 淀粉糊的表觀形態(tài) 淀粉糊的表觀形態(tài)所反映的是淀粉的凝膠特性，淀粉糊的拉絲效果越好說(shuō)明糊的流動(dòng)性越好。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，葛根淀粉糊和百合淀粉糊的流動(dòng)性較差，有較強(qiáng)的黏性，說(shuō)明葛根淀粉和百合淀粉的成凝膠能力較強(qiáng)；而蕨根淀粉糊、涼薯淀粉糊的表觀形態(tài)相近，流動(dòng)性較好，黏性較弱，說(shuō)明蕨根淀粉和涼薯淀粉的成凝膠能力較差。因此，推測(cè)葛根淀粉和百合淀粉比蕨根淀粉和涼薯淀粉更容易形成凝膠。

3 結(jié)論

葛根、蕨根、百合、涼薯4種淀粉在微觀結(jié)構(gòu)、糊化特性、沖調(diào)特性等方面存在明顯差異。葛根淀粉、蕨根淀粉、涼薯淀粉的顆粒形態(tài)較為相似，大多為球形；而百合淀粉顆粒較為特別，表現(xiàn)為顆粒較大，形態(tài)為紡錘形。百合淀粉的峰值黏度顯著高于其他3種淀粉；葛根淀粉和百合淀粉的回生值較大。蕨根淀粉的起始糊化溫度最低，為59.4 ℃，表明其容易糊化；百合淀粉的熱焓值最高，為15.64 J/g，表明其糊化時(shí)需要更多的熱量。沖調(diào)特性表明，葛根淀粉糊的透明度最好，其透光率為29.11%；而百合淀粉糊的透光率僅為12.25%，透明度較差；從淀粉糊的表觀形態(tài)來(lái)看，葛根淀粉和百合淀粉易于形成凝膠，流動(dòng)性較差；蕨根淀粉和涼薯淀粉凝膠能力較差，易于流動(dòng)。綜上，葛根淀粉糊透明度好，成凝膠能力強(qiáng)，但易于回生；蕨根淀粉和涼薯淀粉糊的流動(dòng)性較好，回生值較低，可用于抑制食品的回生；百合淀粉顆粒較大，峰值黏度高，具有食品增稠劑的應(yīng)用潛力。