挤压处理对淮山全粉速溶性和理化性质的影响

1、PAGE 8 -挤压处理对淮山全粉速溶性和理化性质的影响淮山又名大薯、山薯、怀山药等，因具有极高的食用和药理价值而被公认为药食同源材质之一1。淮山全粉是淮山经干燥处理后的粉状产品，具有易保存、便捷等特点而广泛用于食品加工领域2。淮山全粉由于淀粉含量较高，使得其溶解性能低，导致在速溶性食品的研究领域受到限制性的应用3。挤压技术能够通过高温、高压及剪切力的作用，改变物料在挤压机中的变化和破坏物料的结构，形成具有一定膨胀性、多孔及易被水结合的挤出物，具有低消耗、高效率、高营养保存率、方便且适应性广等优点，在速溶性食品开发中是一种非常有效的加工方法4。小米、香蕉粉等经挤压处理后，颗粒整体结构受损，淀粉

2、遭到破坏，尤其是支链淀粉的糖苷键降解成许多可溶性成分及直链淀粉等，提高了挤出产品的溶解性5-6。葛根粉经挤压处理后，不仅堆积密度和结构得到改变，而且颗粒在复水过程中的团聚性显著降低，从而整体提高了其水溶性7。目前关于淮山挤压处理的研究主要集中在工艺优化、原辅料改性等方面，而对于挤压处理对淮山全粉速溶性和理化性质的影响鲜有报道8-9。本研究采用挤压技术处理淮山全粉，通过对其水溶性与理化特性及主要成分变化进行关联性分析，旨在揭示挤压处理对淮山全粉速溶性和理化性质的影响，为挤压技术在淮山速溶食品加工中的应用提供理论依据。2.2挤压处理对表观结构的影响2.2.1扫描电镜观察由图1可知，N-YF的颗粒结

3、构组织完整及呈现椭圆形，细胞壁结合紧密；E-YF的颗粒结构则失去完整性，形成了疏松多孔的块状结构，这可能是因为N-YF受挤压的作用，颗粒结构遭到破坏，同时低水分条件下的高温作用使其向熔融状态转变，淀粉失去晶体结构并发生糊化，全粉颗粒粒度降低且表面积增加，水溶性得到提高5。刘骏9的研究也发现挤压处理破坏了淮山全粉的颗粒结构，张艳荣等13针对马铃薯全粉的试验发现挤压后的马铃薯全粉，因受到挤压过程中高温高压高剪切力的作用，其光滑的颗粒结构出现裂痕且变得粗糙，增加了表面积且有利于水分子的溶入，进一步说明挤压处理能提高全粉的水溶性与其颗粒结构密切相关。AN-YF(1000)；BN-YF(2000)；CE

4、-YF(1000)；DE-YF(2000)图1淮山全粉的电子显微镜扫描图Fig.1Scanningelectronmicroscopeofyamflour2.2.2颗粒粒度由表2知，E-YF的粒径与N-YF相比，E-YF的d(0.1)、d(0.5)和d(0.9)、d4,3、d3,2的值都较小，SSA值则显著增大(P0.05)，说明淮山全粉经挤压处理后，其颗粒粒径变小的同时SSA值增大。结合扫描电镜观察结果分析可知，这可能是因为淮山全粉经挤压处理后，淀粉颗粒破损严重，氢键断裂的同时暴露出更多可与水相结合的羟基，导致其结晶区发生变化，同时，在高温条件下的淮山全粉发生糊化，形成无规则的块状，从而降低

5、了颗粒粒径和增大了比表面积，宋超洋5在以小米为原料的研究上也得到了类似结果。通常情况下，全粉颗粒粒径的整体变小和比表面积的增大都是提高其溶解性的有利因素。表2淮山全粉的颗粒粒度特征Table2Particlesizecharacteristicsofyamflour2.3挤压处理对结晶特性的影响2.3.1短程晶体结构FTIR可表征N-YF和E-YF的晶体结构变化，并通过测定相应的吸收峰来判断氢键和官能团类型18。24002100cm-1区域的峰为叁键和双键区，由图2-a知，E-YF在2349cm-1处有1个新的峰出现，为引起19。16321645cm-l内的峰为淀粉非晶区结合水OH引起7。与N

6、-YF相比较，E-YF在1632和1379cm-1出现了偏移，可能是挤压处理导致氢键裂解，分子间相互作用减弱20。9001100cm-1区域的峰被用来表征淀粉的结构，其中，1022cm-1处的峰与淀粉中无序结构相关，995和1045cm-1处的峰与淀粉的有序结构相关；而1045和1022cm-1的峰高比R(A1045/A1022)或995和1022cm-1的峰高比R(A995/A1022)常被用来评价淀粉结构，A1045/A1022或A995/A1022峰高比大时，表样品的结晶区破坏程度低，短程有序晶体结构较好，结晶度较高，反之则反5,21。淮山全粉经挤压处理后，A1045/A1022和A99

7、5/A1022分别从1.02降至0.91、0.92降至0.78(图2-b)，说明挤压处理破坏了淮山全粉的有序晶体结构，产生了更多的无序的非晶体区域。WANG等7以葛根粉为原料的研究也得到类似的结果。因此判断挤压通过破坏淮山全粉的短程晶体结构来提高其溶解性。a-红外图谱；b-红外吸收比图2N-YF和E-YF的红外图谱与红外吸收比Fig.2InfraredspectrumandinfraredabsorptionratioofN-YFandE-YF2.3.2长程晶体结构XRD可表征淀粉长程晶体结构，其主要分为A、B、C及V4种型，其中V型淀粉结构的产生主要是因为淀粉发生糊化22。由图3可以看出，N

8、-YF在17和22处有未分裂的双衍射峰，而在5.6和24处的衍射峰较弱，这是一个B型淀粉结构；E-YF在20处出现了一个单衍射峰，原有的衍射峰消失，这说明淮山全粉经挤压处理后，其淀粉长程结晶结构发生改变。此外，N-YF的相对结晶度为15.60%，而E-YF的仅为4.78%，表明淮山全粉的晶型结构遭到了挤压处理的破坏，产生了亲水性较强的非晶态结构。张艳荣等13在以马铃薯全粉为对象的研究中也得到了类似结果，发现经挤压处理后马铃薯全粉的晶型结构遭到破坏，从结晶态转变成非结晶态，结晶度显著降低。非结晶区比例的增加有利于淀粉糊化及与水发生水合作用，从而可增加水溶性。2.4挤压处理对主要组分的影响由表3可

9、以看出，挤压处理导致淮山全粉中的淀粉含量从66.39%显著降低至43.46%，支链淀粉含量从41.28%显著降低至15.54%，糊精和还原糖的含量则分别从13.76%和0.52%显著增加至25.84%和1.33%，而直链淀粉含量从25.11%增加至27.92%，说明淀粉的分子结构遭到破坏，淀粉发生了糊化，支链淀粉解聚，从而也证明溶解度的提高主要受支链淀粉的影响。宋欢等8研究发现挤压处理使得人参和山药复合粉发生糊化，尤其支链淀粉发生降解成直链淀粉、糊精及可溶性小分子糖类物质等，导致这些物质的相对含量增加，也即可溶性成分含量增加，从而提高了其速溶特性。本文则以淮山全粉为材料，得到了类似的研究结果。

10、此外，经挤压处理后的淮山全粉，其不可溶性膳食纤维含量降低，可溶性膳食纤维含量增加，说明淮山全粉中的纤维素因挤压过程中高温、高剪切及高压的相互作用发生解聚降解，从而有利于提高溶解性9。图3淮山全粉的X-射线衍射图Fig.3X-rayandrelativecrystallinityofyamflour表3淮山全粉的主要组分变化(干基)单位:g/100gTable3Changesofmaincomponentsinyamflour(drybasis)2.5挤压处理对糊化特性的影响经挤压处理后，淮山全粉的峰值黏度、谷值黏度、破损值、最终黏度和回生值都显著降低(P0.05)(表4)。峰值黏度与淀粉颗粒溶

11、胀相关，挤压过程中，淀粉发生糊化，糊化度增加，残留的粒状淀粉减少，膨胀程度降低，导致峰值黏度也显著降低23。淮山全粉经挤压处理后，峰值黏度从3838.67Pas降至63.67Pas，说明大分子颗粒发生了剧烈糊化降解。谷值黏度反映淀粉高温下承受的耐剪切力，破损值反映其热稳定性10。E-YF与N-YF相比较，其谷值黏度、破损值分别仅为34.33Pas和29.33Pas，较低的谷值黏度和破损值表明E-YF比N-YF更加稳定。此外，挤压处理促使淮山全粉拥有较低的最终黏度及回生值，说明挤压处理后淮山全粉不易老化，适合应用于速溶食品中。淮山全粉糊化特性的改变表明大分子颗粒发生了剧烈变化，并朝着有利于与水结

12、合的方向发展。方浩标等23的研究结果证实，紫糙米经挤压膨化后，糊化黏度值降低，其吸水能力也同时得到增强。表4淮山全粉糊化特性单位：PasTable4Gelatinizationcharacteristicsofyamflour2.6挤压处理对热力学性质的影响由表5可知，经挤压处理后淮山全粉的TO、TP、TC和H的值分别从98.33、107.04、129.27、4598.42J/g显著降低至78.45、104.02、115.90、3668.41J/g(P0.05)，表明挤压处理导致淮山全粉发生糊化，这与上述糊化度变化情况的分析结果相吻合。徐晓茹等24用大米淀粉为原料，发现挤压处理也降低了大米淀粉

13、的TO值、TP值、TC值和H值。此外，淮山全粉因受到挤压过程中的高温剪切作用，淀粉的颗粒、晶体结构遭到损坏，氢键裂解，双螺旋链解聚，导致H显著降低，这与上述X-射线衍射分析的结果一致。经糊化作用和晶体结构被受损的原料有利于水分快速渗透和在较低温度下溶解，从而提高其常温下的溶解性能8。表5淮山全粉热力学性质参数Table5Thermodynamicpropertiesofyamflour注：负号(-)代表差示扫描量热仪测定N-YF和E-YF的曲线在坐标轴下方，这是一个放热过程3结论本试验研究了挤压处理对淮山全粉速溶性和理化性质的影响。淮山全粉经过挤压处理之后，其速溶特性得到显著提高，首先挤压处理通过破坏淮山全粉的