马铃薯淀粉糊化及凝胶特性研究

1、作者简介:吕振磊(1984-,男,青岛农业大学食品科学与工程学院在读硕士研究生。E 2mail :lzlyym_ok 通信作者:陈海华收稿日期:2010-02-10第26卷第3期2010年5 月Vol.26,No.3May .2010马铃薯淀粉糊化及凝胶特性研究Gelationization and gel prop ertie s of potato starch吕振磊L V Zhen 2lei李国强L I Guo 2qi ang陈海华C H EN H ai 2hua(青岛农业大学食品科学与工程学院,山东青岛266109(College of Food Science and Enginee

2、ring ,Qing dao A g ricultural Universit y ,Qing dao,266109,China 摘要:采用快速黏度分析仪(rapid viscosity analyzier ,RVA 测定淀粉浓度、p H 、蔗糖、柠檬酸、卡拉胶等对马铃薯淀粉糊化特性和凝胶特性的影响。结果表明:随着淀粉浓度的增加,马铃薯淀粉糊的热稳定性和凝沉性变差,凝胶性增强,容易回生;在p H 7时马铃薯淀粉的热稳定性、凝沉性和凝胶性较差,马铃薯淀粉不易回生;添加蔗糖、卡拉胶、明矾、食盐或苯甲酸钠,马铃薯淀粉的热稳定性、凝沉性、凝胶性增强;添加柠檬酸后马铃薯淀粉的热稳定性和凝沉性增强,凝胶性

3、减弱。关键词:马铃薯淀粉;糊化;凝胶Abstract :The gelationizaition and gel properties of t he potato starch were measured wit h Rapid Viscosity Analyser under different concen 2tration ,p H ,and wit h addition of sucrose ,citric acid ,carrageenin ,alum and salt.The result s showed t hat t he t hermostability and gel

4、proper 2ties declined and ret rogradation increased wit h t he concentration of potato starch increasing.The t hermostability ,gel properties and ret 2rogradation of potato starch decreased at p H 7.The t hermostability ,gel properties and retrogradation of potato starch increased wit h addi 2tion o

5、f sugar ,carrageenin ,alum ,salt and sodium benzoate.The t her 2mostability and gel properties of potato starch increase ,while retro 2gradation decreased wit h addition of citric acid.K eyw ords :potato starch ;gelationization properties ;gel马铃薯是一种广为种植的经济作物,鲜马铃薯中的淀粉含量一般为9%25%,是提取淀粉的一种重要原料1-3。淀粉颗粒一般

6、不溶于冷水,在含水体系中加热至一定温度可发生糊化。淀粉糊化后形成具有一定弹性和强度的半透明凝胶,凝胶的黏弹性、强度等特性对凝胶体的加工、成型性能以及淀粉质食品的口感、速食性能等都有较大影响。淀粉的糊化性质对淀粉的应用非常重要,同一淀粉在不同条件下的黏度性质也有差别。许多食品成分对原淀粉的性能有影响,从而影响原淀粉在食品中的应用4-6。吴美红等人7研究了碳酸钠对马铃薯淀粉糊化性质的影响;李昌文等人8报道了超高压处理对马铃薯淀粉糊化性质的影响。但关于食品组分对马铃薯原淀粉糊化性质和凝胶性质的影响缺乏较系统的研究,本试验采用快速黏度分析仪和物性测定仪,研究影响马铃薯淀粉糊化特性的因素以及不同条件下马

7、铃薯淀粉的凝胶特性。1材料与方法1.1材料马铃薯淀粉:青州市正宜调味食品有限公司。1.2仪器电子天平:BS224S 型,常熟市双杰测试仪器厂;物性测定仪:TA 2XT.Plus 型,英国Stable Micro Sys 2tems 公司;红外水分测定仪:MA4S 型,厦门中村光学仪器厂;快速黏度分析仪:RVA Starchmaster ,澳大利亚New 2(1浓度的影响:分别配制浓度为4%、6%、8%、10%和12%马铃薯淀粉悬浊液,测定其糊化特性和凝胶特性;(2p H 的影响:选择8%的马铃薯淀粉悬浊液,用0.1mol/L 盐酸或0.1mol/L 氢氧化钠溶液将淀粉悬浮液的p H 分别调至3

8、、4、5、6、7、8、9、10、11,测定其糊化特性和凝胶特性;(3蔗糖的影响:选择8%的马铃薯淀粉悬浊液,分别添加5%、10%、15%、20%、25%和30%的蔗糖,测定其糊化特性和凝胶特性;(4卡拉胶的影响:选择8%的马铃薯淀粉悬浊液,分别添加0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%的卡拉胶,测定其糊化特性和凝胶特性;(5柠檬酸的影响:选择8%的马铃薯淀粉悬浊液,分别添加0.05%、0.10%、0.15%、0.20%的柠檬酸,测定其糊化特性和凝胶特性;(6明矾的影响:选择8%的马铃薯淀粉悬浊液,分别添加0.1%、0.3%、0.6%、1.0%的明矾,测定其糊化特性和凝胶特性;(7食盐

9、的影响:选择8%的马铃薯淀粉悬浊液,分别添加0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%的食盐,测定其糊化特性和凝胶特性;(8苯甲酸钠的影响:选择8%的马铃薯淀粉悬浊液,分别添加0.1%、0.3%、0.5%、0.7%的苯甲酸钠,测定其糊化特性和凝胶特性。测定不同条件下马铃薯淀粉的糊化特性。准确称取一定量的样品,加入到装有25.0mL 蒸馏水的铝罐中,用旋转桨充分搅拌后,置于RVA 样品台上,最初10s 以960r/min 搅拌,形成均匀悬浊液后,保持160r/min 转速至试验结束。RVA 初始温度为50保持1min ,然后以12/min 提高到95,并保持2.5min ,再以1

10、2/min 降至50并保持2min ,整个测定过程历时13min 。记录面粉在糊化过程中的糊化温度、峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、衰减值、回生值(见图1。其中峰值黏度与谷值黏度的差值为衰减值,主要是反映淀粉糊的热稳定性,衰减值越大,则淀粉糊稳定性越差;最终黏度与谷值黏度的差值为回生值,反应的是淀粉老化或回生的程度,及冷却形成凝胶的强弱,回生值越大,凝胶性越强,越易回生;最终黏度与峰值黏度的差值为消减值,表示淀粉糊凝沉性强弱,变化为正值时,越大凝沉性越强,变化为负值时,越大凝沉性越弱。结果取3次试验的平均值。图1淀粉糊化曲线示意图Figure 1 Pasting curve of starch粉

11、移至小烧杯中,在冰箱中放置24h 后,用质构仪的P/0.5探头测定马铃薯淀粉的凝胶强度。测定速度0.5mm/s ,下压距离8.0mm ,记录测量过程中的力-时间曲线,探头下压过程中的最大力即为淀粉凝胶的凝胶强度。结果取3次试验的平均值。2结果与分析2.1浓度对马铃薯糊化特性和凝胶特性的影响浓度对马铃薯淀粉糊化特性的影响见表1,对凝胶特性的影响见图2。表1浓度对马铃薯淀粉糊化特性的影响Table 1Effect of concentration on gelationizationproperties of the potato starch淀粉浓度/%糊化温度/峰值黏度/cp 谷值黏度/cp

12、最终黏度/cp 衰减值/cp 回生值/cp 消减值/cp 470.2a 560e551e829e9e278b 269a 667.3b 2989d 1421d 1743d 1568d 322b -1246b 866.5b 5156c 2083b 2589c 3073c 506b -2567c 1066.7b 6838b 2417a 3050b 4421b633b-3788d1265.9b9366a 1780c 3696a 7586a 1916a -5670d 小写字母表示同一列之间的显著性差异(P <0.05。由表1可知,随着淀粉乳浓度的增加,马铃薯淀粉的糊化温度略有降低,其峰值黏度、谷值

13、黏度、最终黏度、衰减值、回生值等特性都随之增加,而消减值则显著降低,说明随着淀粉乳的浓度增大,马铃薯淀粉糊的热稳定性和凝沉性变差,凝胶性增强,容易回生。这是因为随着淀粉乳浓度增大,单位体积内直链淀粉和支链淀粉的数量增多,淀粉分子之间接触的机会也就增多,马铃薯淀粉的糊化特性也随之升高4。由图2可知,随着马铃薯淀粉浓度的增大,凝胶强度也在逐渐增大。这主要是因为随着淀粉乳浓度的增大,单位体积内淀粉分子数目增多,分子间通过氢键结合的几率增大,形成的网络结构更加致密,所以凝胶强度增加。图2不同浓度马铃薯淀粉的凝胶强度Figure 2Effect of concentration on gel stren

14、gthof the potato starch2.2p H 值对马铃薯糊化特性和凝胶特性的影响p H 值对马铃薯淀粉糊化特性的影响见表2,对凝胶特性的影响见图3。基础研究2010年第3期表2p H 值对马铃薯淀粉糊化度性质的影响Table 2Effect of p H on gelationization propertiesof the potato starch溶液p H 值糊化温度/峰值黏度/cp 谷值黏度/cp 最终黏度/cp 衰减值/cp 回生值/cp 消减值/cp 367.7a 3883e 1714b 2174c 2169e 460b -1709a 466.5a4648d1874b

15、2341b2774b c467b-2307c566.6a 4942bc 1951ab 2462b 2991ab 511a-2480d e666.5a5256a2143a 2672a3113a 529a-2584e766.6a 5271a 2134a 2650a 3137a 516a -2606e 866.5a 5050b 2156a 2688a 2894b 532a -2362cd 966.5a4868c2186a2677a2682c491ab-2191bc1066.7a 4812c 2127a 2601a 2685c474b-2211c1166.1a 4560d 2057a 2480b 24

16、49d 423c -2080b 小写字母表示同一列之间的显著性差异(P <0.05。由表2可知,随着p H 的增加, 马铃薯淀粉的糊化温度变化不显著。当p H 为68时,马铃薯淀粉的峰值黏度最大;p H 为610时,马铃薯淀粉的谷值黏度、最终黏度最大;p H 为67时,马铃薯淀粉的衰减值最大,说明在此p H 范围内马铃薯淀粉的热稳定性最小;p H 为58时,马铃薯淀粉的回生值最大,说明在此p H 范围内马铃薯淀粉的凝胶性较强,马铃薯淀粉易回生;p H 为5 7时,马铃薯淀粉的消减值最小,说明在此p H 范围内,马铃薯淀粉的凝沉性较差。在酸性条件下,随着p H 的降低,马铃薯淀粉的谷值黏度

17、和最终黏度变化不显著,而峰值黏度、衰减值和回生值均降低,消减值升高,说明马铃薯淀粉的耐酸能力差,马铃薯淀粉的热稳定性、凝沉性较强,凝胶性较弱,不易回生。在碱性条件下,随着p H 的增加,马铃薯淀粉的峰值黏度、衰减值和回生值降低,消减值升高,说明马铃薯淀粉的耐碱能力差,马铃薯淀粉的热稳定性、凝沉性增强,凝胶性减弱,马铃薯淀粉不易回生。在碱性条件下,随着p H 的增加,马铃薯淀粉的谷值黏度和最终黏度变化不明显。图3p H 值对马铃薯淀粉的凝胶强度的影响Figure 3Effect of p H value on gel strengthof the potato starch由图3可知,随着p H

18、 的增加,马铃薯淀粉凝胶强度先上升后下降;当p H 为6时马铃薯淀粉的凝胶强度最大。2.3蔗糖对马铃薯糊化特性和凝胶特性的影响蔗糖对马铃薯淀粉糊化特性的影响见表3,对凝胶特性的影响见图4。表3蔗糖添加量对马铃薯淀粉糊化性质的影响Table 3Effect of addition of sucrose on gelationizationproperties of the potato starch蔗糖添加量/%糊化温度/峰值黏度/cp谷值黏度/cp最终黏度/cp衰减值/cp回生值/cp 消减值/cp 066.5d 5156a 2083ab 2589c 3073a 506d -2567g 566

19、.7d 4030b 1903b 2440c 2127b 537cd -1590f 1068.7c3807b 1954ab 2565c 1853c611cd -1242e 1571.0b 3614bc 1893b 2601bc 1721c 708bc -1013d 2072.0ab 3487c 2027ab 2782b 1460d 755b -705c 2572.7a 3147d 2133a 2941b 1014e 808b -206b 3073.9a3023d 2149a 3183a874e1034a160a 小写字母表示同一列之间的显著性差异(p <0.05。由表3可知,与对照相比,随

20、着蔗糖添加量的增加,马铃薯淀粉的糊化温度、最终黏度、回生值和消减值显著升高,峰值黏度和衰减值下降,谷值黏度略有增加,说明添加蔗糖后马铃薯淀粉的热稳定性、凝沉性、凝胶性增强,马铃薯淀粉容易回生。这可能是因为蔗糖分子与马铃薯淀粉分子竞争性结合水分子,导致淀粉乳中的淀粉颗粒吸水膨胀的机会减少,颗粒膨胀受到阻碍,使其糊化温度、最终黏度和回生值升高5。由图4可知,添加蔗糖对马铃薯淀粉的凝胶强度有较大的影响。随着蔗糖添加量的增加,马铃薯淀粉的凝胶强度呈现逐渐增加的趋势。图4蔗糖添加量对马铃薯淀粉的凝胶强度的影响Figure 4Effect of addition of sucrose on gelstre

21、ngth of the potato starch2.4卡拉胶对马铃薯糊化特性和凝胶特性的影响卡拉胶对马铃薯糊化特性的影响见表4,对凝胶特性的影响见图5。由表4可知,与对照相比,添加卡拉胶后马铃薯淀粉的糊化温度、峰值黏度、衰减值均显著降低;其最终黏度、回生值和消减值均逐渐升高,谷值黏度略有增加,说明添加卡拉胶后马铃薯淀粉的热稳定性、凝沉性和凝胶性增强。第26卷第3期吕振磊等:马铃薯淀粉糊化及凝胶特性研究表4卡拉胶对马铃薯淀粉糊化性质的影响Table 4Effect of addition of carrageen on gelationizationproperties of the pota

22、to starch卡拉胶添加量/%糊化温度/峰值黏度/cp 谷值黏度/cp 最终黏度/cp 衰减值/cp 回生值/cp 消减值/b4068bc2071a2673bc1997c602bc-1395c1.0552.3b3460d2119a2988a1341e869a-472a 小写字母表示同一列之间的显著性差异(P <0.05。由图5可知,添加卡拉胶显著影响马铃薯淀粉的凝胶强度。随着卡拉胶浓度的增大,马铃薯淀粉的凝胶强度也在逐渐增大 。图5卡拉胶对马铃薯淀粉的凝胶强度的影响Figure 5Effect of addition of carrageen on gelstrength of th

23、e potato starch2.5柠檬酸对马铃薯糊化特性和凝胶特性的影响柠檬酸对马铃薯糊化特性的影响见表5,对凝胶特性的影响见图6。由表5可知,与对照相比,添加柠檬酸后显著降低了马铃薯淀粉的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、衰减值和回生值,显著增加其消减值,但对糊化温度的影响不显著。说明添加柠檬酸后马铃薯淀粉的热稳定性和凝沉性增强,凝胶性减弱,马铃薯淀粉不易回生。这是因为随着柠檬酸浓度增加,由于淀粉分子间的静电斥力显著增强,促进了淀粉分子在水溶液中的分散,削弱了淀粉分子间的作用,淀粉分子间重新排列和聚集的机会减少,因而其峰值黏度、谷值黏度、最终黏度降低6。由图6可知,柠檬酸对于马铃薯淀粉的凝胶强

24、度有较大的影响。随着柠檬酸添加量的增加,马铃薯淀粉的凝胶强度逐渐下降。2.6明矾对马铃薯糊化特性和凝胶特性的影响明矾常用于淀粉类食品中,以提高淀粉类食品的凝胶强度、韧性等。明矾对马铃薯糊化特性的影响见表6,对凝胶特性的影响见图7。表5柠檬酸对马铃薯淀粉糊化性质的影响Table 5Effect of addition of citric acid on gelationizationproperties of the potato starch柠檬酸添加量/%糊化温度/峰值黏度/cp 谷值黏度/cp 最终黏度/cp 衰减值/cp 回生值/cp 消减值/2502b1302b1745b1200b44

25、3ab-757aa 2366b 1018c 1422c 1348b404b -944ab68.3a2206b744d1090d316c346c-1116b 小写字母表示同一列之间的显著性差异(P <0.05 。图6不同浓度柠檬酸对马铃薯淀粉的凝胶强度的影响Figure 6Effect of addition of citric acid on gelstrength of the potato starch表6明矾对马铃薯淀粉糊化性质的影响Table 6Effect of addition of alum on gelationizationproperties of the potat

26、o starch 明矾添加量/%糊化温度/峰值黏度/cp谷值黏度/cp最终黏度/cp衰减值/cp回生值/cp 消减值/3588b 1981a 2765c 1607b784d69.0a2785c 1523c 3203a 1262c 1680a418a 小写字母表示同一列之间的显著性差异(P <0.05。由表6可知,与对照相比,添加明矾后显著降低了马铃薯淀粉的峰值黏度、谷值黏度、衰减值,显著提高了马铃薯淀粉的最终黏度、回生值和消减值,使马铃薯淀粉的糊化温度略有升高,说明添加明矾后,马铃薯淀粉的热稳定性、凝沉性和凝胶性增强,马铃薯淀粉容易回生。这可能是由于明矾在水中分解生产的氢氧化铝与淀粉分子

27、间发生吸附作用,使其吸附在淀粉分子表明,阻碍了淀粉颗粒与水分子的作用9,使马铃薯淀粉的糊化温度升高,峰值黏度、谷值黏度显著降低。基础研究2010年第3期由图7可知,随着明矾添加量的增加,马铃薯淀粉的凝胶强度逐渐增强,这是由于明矾在水中电离后能形成更多的水合物、缔合物10,从而使凝胶网状结构更加致密,包容的分散相更多,凝胶强度增强 。图7明矾对马铃薯淀粉的凝胶强度的影响Figure 7Effect of addition of alum on gelstrength of the potato starch2.7食盐对马铃薯糊化特性和凝胶特性的影响食盐对马铃薯糊化特性的影响见表7,对凝胶特性的影

28、响见图8。由表7可知,随着食盐添加量的增加, 马铃薯淀粉的糊化温度略有升高,马铃薯淀粉糊的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、衰减值和消减值显著降低,而马铃薯淀粉的回生值略有增加,食盐的添加量为0.5%时,马铃薯淀粉的回生值最高。这说明添加食盐使马铃薯淀粉的热稳定性和凝沉性提高,凝胶性增强,容易回生。这主要是因为食盐的主要成分NaCl 是一种强电解质,在水中可以解离为Na +和Cl -,这两种离子的存在影响了体系中水分子与淀粉分子间的相互作用,抑制淀粉颗粒的膨胀,阻碍淀粉的糊化过程,所以其糊化温度略有升高,峰值黏度、谷值黏度和最终黏度降低;同时食盐的存在降低了体系的水分活度,影响了淀粉分子与水分子之间的相互作用,因而其回生值增加10。表7食盐对马铃薯淀粉糊化性质的影响Table 7Effect of addition of salt on gelationizati