甘薯淀粉理化性质与粉丝品质的相关性分析

甘薯淀粉理化性质与粉丝品质的相关性分析

0粉丝煮煮品质和质构特性由于原料不同，甘薯粉末在理化性质、力学特性和分子结构上存在较大差异，这是甘薯粉丝品质差异较大的三个重要原因。甘薯淀粉分子结构指标主要包括直链淀粉、中间级分、支链淀粉比例、分子量、平均链长、分支度(每分子链数)、外链长等;理化指标主要为各化学组分的含量、颗粒大小、溶解度、膨润力等;热力学特性指标包括凝胶强度、冷藏缩水率、快速黏度仪(RVA)和差示扫描量热仪(DSC)测定的参数等;粉丝烹煮品质和质构品质主要包括断条率、硬度和拉伸强度等。前人对各种豆类、谷物类、薯类淀粉的分子结构和特性与其粉丝品质之间的关系的研究已经做过一些工作,认为豆类粉丝质量好的原因是:豆类直链淀粉含量高,凝胶强度强,其粉丝拉伸强度大;其黏度曲线无黏度峰,有良好的热糊和冷糊稳定性;其支链淀粉分支链长较均匀,易聚合成凝胶。而甘薯粉丝质量差是由于甘薯淀粉中直链淀粉含量低;黏度曲线中衰减度值较高等原因造成的。Chen等人提出新的观点:甘薯粉丝品质受淀粉颗粒大小的影响更大。关于不同淀粉制成的粉丝品质差异很大的原因分析仍在争论和进行中,这些理化指标、热力学特性和粉丝结构参数不是独立影响粉丝品质,而是共同作用的,影响的程度也各有差异。本研究通过对一系列不同品种甘薯淀粉的理化性质、热力学特性、分子结构和相应的粉丝质构特性进行测试,利用SPSS统计软件,对测定结果进行相关性分析,找出影响甘薯粉丝品质的重要因素及其影响程度,为甘薯制品加工中原料淀粉的选择和品质改善提供理论依据。1材料和方法1.1聚丙烯酸酯化学试剂甘薯(徐薯18、苏渝303、苏薯2、苏薯9、宁27-17、AB94001-8、苏薯8):江苏农业科学研究院和南京农业科学研究所提供;绿豆(市售);直链淀粉标样(美国Sigma公司);α-淀粉酶、β-淀粉酶和普鲁兰酶(美国Sigma化学公司);SepharoseCL-2B、SephadexG-50、G-100凝胶柱和标准葡聚糖(T-10~2000系列,瑞典Pharmacia化学试剂公司);所用试剂均为分析纯。1.2表面活性剂电子精密天平(梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司);SHZ-22型恒温水浴器(江苏太仓医疗器械厂);Mastersizer2000型激光粒径分析仪(英国Malvern精密仪器有限公司);电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司);UV755B型紫外分光光度仪(上海分析仪器总厂);Super-3型快速黏度仪(RVA)(澳大利亚Newport科学分析仪器有限公司);XT2i型质构仪(美国TA公司);DSC-7型差示扫描量热仪(美国Perkin-Elmer公司);DBS-100型自动收集器(上海沪西分析仪器厂)等。1.3其他粉丝研究粉丝加工原料中以绿豆淀粉最佳,很多国内外学者研究其他粉丝时,都用中国的绿豆粉丝作标准参照物[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10],因此,本研究也以绿豆淀粉及其粉丝作对照分析。1.3.1淀粉提取各种甘薯淀粉和绿豆淀粉的提取根据Gonzảlez-Reyes等人的方法进行。1.3.2粉丝的制备及其质量指标的测量不同品种甘薯淀粉和绿豆淀粉按文献的方法制备相应的粉丝,其主要品质指标(断条率、硬度和拉伸强度)按文献的方法测定。1.3.3淀粉含量、淀粉颗粒粒径、粒径的测定总淀粉含量测定采用蒽酮硫酸法;水分含量测定采用105℃恒重法(GB5497-1985);粗脂肪含量测定采用GB5009.6-1985方法;粗蛋白含量测定采用GB5009.5-1985方法;总磷含量测定采用GB/T12092-1989方法;表观直链淀粉含量和绝对直链淀粉含量、支链淀粉含量测定按文献的方法测定。2)淀粉颗粒粒径的测定各种甘薯淀粉颗粒和绿豆淀粉颗粒大小用激光粒径分析仪测定。3)淀粉溶解度与膨润力的测定各种淀粉的溶解度与膨润力的测定按文献进行。1.3.4淀粉糊化特性的测定用差示扫描量热仪(DSC)测定各种甘薯淀粉和绿豆淀粉的糊化特性。将DSC铝盒称取2.0mg的干淀粉样品一批,分别加入70%(m/m)的水分,密封后平衡24h,用DSC将其从20℃扫描至100℃,升温速率为10℃/min,考察其加热糊化过程中的相变行为和热焓值的变化。2)淀粉的回生特性(1)质构仪测定凝胶强度分别调配8%(m/V)浓度的各种甘薯淀粉乳和绿豆淀粉乳,在沸水浴中糊化20min,冷却,在4℃下放置24h,形成的凝胶在质构仪上进行凝胶强度测定。探头:P0.5型;感应力:0.196N;测试形变:75.0%。(2)淀粉糊冷藏缩水率的测定参照Chen等人的方法并加以改进,具体测定步骤见文献。3)淀粉糊化与回生时的黏度变化通过快速黏度仪(RVA)测定升降温过程中淀粉的黏度变化来考察其糊化和回生特性,采用ICC标准方法NO.162(1995)进行。具体测定步骤见文献。1.3.5甘薯淀粉和绿淀粉的分离纯化1)直链淀粉(Am)和支链淀粉(AP)的分离各种甘薯淀粉和绿豆淀粉中Am、AP的分离和绝对直链淀粉含量的测定参照文献进行。2)淀粉的凝胶过滤色谱脱脂脱蛋白的各种甘薯淀粉和绿豆淀粉的分子结构测定用凝胶过滤色谱,具体测定步骤见文献。3)直链淀粉和支链淀粉的分支度测定各种甘薯淀粉和绿豆淀粉的直链淀粉和支链淀粉β-极限糊精的制备根据Biliaderis等人的方法并加以改进,具体测定步骤见文献。然后对各种甘薯淀粉和绿豆淀粉的直链淀粉和支链淀粉β-极限糊精进行脱支水解,具体测定步骤见文献。支链淀粉脱支后的精细结构根据Yuan等人、Takeda等人的方法相结合来测定,具体测定步骤见文献。1.3.6粉丝品质分析用SPSS11.5软件对不同品种甘薯淀粉的各理化特性参数、热力学特性参数与粉丝品质指标之间进行相关性分析,选择Pearson相关,进行双尾T检验和显示实际的显著水平,得到双变量相关系数矩阵。所有数据都是3次测试的平均值。2结果与分析2.1其他甘薯粉丝不同品种的甘薯淀粉和绿豆淀粉制成粉丝后的品质特性见表1。试验中发现,AB94001-8糊化后无法形成凝胶,一直保持溶液状态,不能加工成粉丝。在其他甘薯品种加工的粉丝中,断条率以苏薯8最低,徐薯18次之,绿豆粉丝煮沸30min后不断条,苏薯2和苏薯9全部断条。硬度和拉伸强度以绿豆粉丝最高,甘薯粉丝中以苏薯8最高,徐薯18次之。苏薯2和苏薯9硬度最低且太软而无法进行拉伸性能测定。2.2不同甘薯粉的理化特性的比较2.2.1甘薯淀粉的理化指标各种甘薯淀粉和绿豆淀粉的粒径及其化学组成见表2。从表中看出,各种薯类淀粉的平均粒径从14.35μm至19.00μm,均小于绿豆淀粉的平均粒径为21.62μm。颗粒粒径影响淀粉的功能特性,如糊化温度、回生程度、凝胶强度和冻融稳定性等。蛋白质含量以苏薯9最高,脂肪含量以徐薯18最高,但7种甘薯淀粉蛋白质和脂肪含量明显低于绿豆淀粉。总磷含量以苏薯9最高,绿豆淀粉中没有测出。绿豆淀粉的表观直链淀粉和绝对直链淀粉含量最高,分别达39.60%和36.70%,差值为2.90%,远远高于甘薯淀粉的22.48%~30.20%和22.20%~28.90%,差值为0.16%~1.83%,说明绿豆支链淀粉中外侧长链比甘薯支链淀粉中的外侧长链更长。甘薯淀粉中,表观直链淀粉和绝对直链淀粉又以徐薯18含量最高,苏薯9含量最低。一些研究者认为没有面筋的淀粉类产品要求直链淀粉含量至少要达到30%才能有较好的粉丝品质。由于直链淀粉分子自身能快速整合,从而促进回生;还能与脂肪形成双螺旋结构、与支链淀粉相互作用形成一个很强的凝胶网络结构,因此它是影响淀粉凝胶强度的重要因素之一。2.2.2甘薯淀粉的膨润力淀粉的膨润力与溶解度表明颗粒内部的相互结合能力和持水能力,并分别在一定程度上反映其粉丝在烹煮时的膨胀程度和糊汤状况。7种甘薯淀粉和绿豆淀粉的膨润力和溶解度见图1。从图中可以看出,甘薯淀粉的膨润力在低于70℃时都较低,随着温度的增加,膨润力剧增。绿豆淀粉在70℃以后膨润力增加程度远不及甘薯淀粉,表明甘薯淀粉颗粒内的结合键的力比豆类淀粉虚弱,所以甘薯粉丝加热时吸水膨胀性高,溶解度大,易糊汤和断条,不耐煮。膨润力受颗粒内部化学键交联的程度、直链淀粉含量和非碳水化合物物质如脂质、磷等的影响。在7种甘薯淀粉中,徐薯18的膨润力最低。本研究中淀粉溶解度和膨润模式是一致的,即:随着温度的增加,淀粉膨润力和溶解度都不同程度地增加。AB9401-8的溶解度在70℃以上明显高于其他淀粉,绿豆淀粉居中。2.3甘薯粉的机械特性2.3.1u3000不同的tp、糊化终止温度和热值淀粉的糊化特性能反映其粉丝在烹煮时糊化的难易程度。不同品种甘薯淀粉和绿豆淀粉糊化的DSC热流图见图2,热力学参数表略。不同品种之间其起始糊化温度(To)、顶峰温度(Tp)、糊化终止温度(Tc)和热焓值(ΔH)差异很大,To从AB94001-8的最低值57.2℃到宁27-17的最高值70.0℃,相差近13℃;Tp从AB94001-8的最低值60.3℃到宁27-17的最高值82.5℃,相差近22℃;Tc从AB94001-8的最低值64.0℃到宁27-17的最高值87.0℃,相差近23℃;绿豆淀粉糊化温度居中。ΔH从AB94001-8的最低值0.71J/g到徐薯18的最高值11.9J/g,差异更大,绿豆淀粉的糊化热焓居中,AB94001-8的糊化温度最低。2.3.2淀粉回生情况测定淀粉的回生特性能反映其粉丝在生产加工时形成凝胶的强度。不同品种甘薯淀粉和绿豆淀粉回生后的特性参数见表3。本研究借鉴Miyazaki等人的方法用凝胶强度和冷藏缩水率来考察淀粉回生情况。各种薯类淀粉糊的凝胶强度均小于绿豆淀粉的凝胶强度,苏薯8较强,苏薯9为最弱凝胶,AB94001-8为溶液状态,在质构仪上测试不出凝胶强度。在4℃下冷藏5d后,各种甘薯淀粉中苏薯8有较高的缩水趋势(12.3%),其他均较低,远不及绿豆淀粉的缩水率(28.9%)。从凝胶强度和冷藏缩水率来看,甘薯淀粉回生程度均低于绿豆淀粉,而甘薯淀粉中以苏薯8最高。2.3.3甘薯淀粉与绿淀粉的rva关系粉丝加工中只能用糊化的淀粉作面团的黏合剂,其黏度的评价就显得尤为重要;另外淀粉在粉丝加工中经历两次热处理,其粉丝的特性则主要依赖于淀粉的功能特性和热处理过程,即淀粉的糊化和回生,RVA的测试过程正好近似地经历了淀粉在粉丝加工中的热过程。图3为不同品种甘薯淀粉和绿豆淀粉的RVA曲线,相关参数表略。不同品种甘薯淀粉的RVA曲线都具有较高的峰黏度和明显的衰减度,且最终黏度低于峰黏度。甘薯淀粉与绿豆淀粉的RVA曲线差异明显,主要表现在各个黏滞性特征值上,其值的高低直接关系到淀粉在粉丝加工中的糊化和回生情况。不同品种的甘薯淀粉在68.5~75.2℃时开始糊化,而绿豆淀粉在71.1℃时开始糊化。不同品种甘薯淀粉的峰黏度在0.29~1.84Pa·s之间,AB94001-8最低,苏薯8最高,远不及绿豆淀粉高(5.65Pa·s)。不同品种甘薯淀粉的最终黏度和衰减度分别在0.05~0.10Pa·s和0.02~0.26Pa·s之间。这些值都以AB94001-8最低,苏薯8最高,徐薯18次之,但均远不及绿豆淀粉高,说明甘薯淀粉糊化时的黏度和回生后的凝胶强度不及绿豆淀粉,这将影响到其粉丝的品质特性。2.4甘薯粉的结构2.4.1甘薯am的分配表4是不同品种甘薯淀粉和绿豆淀粉分子的特性参数。甘薯淀粉Ap分子质量为1.3×107~2.4×107u之间,绿豆Ap分子质量居中。甘薯淀粉Am分子质量为1.6×105~6.3×105u之间,徐薯18最高,AB94001-8最低,都低于绿豆Am分子质量。不同品种甘薯Am的平均链长(CL)在124~226之间,徐薯18直链CL最长,但远远低于绿豆Am的链长。甘薯Am的分支度也因品种不同而差异较大,每分子链数在9.0~16.8之间,徐薯18Am的分支度最小,但远远高于绿豆Am的分支度。甘薯支链淀粉的分支度(每分子链数)在1433~3704之间,苏薯8分支最少,但都远远高于绿豆支链淀粉的分支度。2.4.2粉丝结晶度及强度普鲁兰酶脱支后的各种甘薯和绿豆支链淀粉的SephadexG-50洗脱曲线中得到相应级分的和比率(结果表略)。甘薯Ap的长链链长为35,长链的量以徐薯18最多(约27%);甘薯Ap的短链链长较短,为5~8,短链的量从徐薯18的5%至AB94001-8的15%,短链量多,相互间难以靠拢形成微晶束,不利于粉丝中的淀粉回生;尽管有的甘薯表观直链淀粉含量达到30%以上,但分支多,不利于甘薯淀粉回生和形成微晶束,因此甘薯粉丝结晶度低、强度低,不耐烹煮。而绿豆Ap的长链为达到40,类似于直链淀粉的作用,占总分支量的10%,DP达到35以上占37%。同时支链淀粉短链也达到了易于形成双螺旋的长度(15,占3%),相互之间容易靠拢,形成微晶束,赋予凝胶体系较大的强度。绿豆表观直链淀粉含量(包含支链中的长链部分)高达39.6%,且分支少(分支度仅1.8),这些都是利于绿豆淀粉回生和形成紧密微晶束的重要因素,因此绿豆粉丝结晶度高、强度大,耐烹煮。这就是甘薯粉丝与绿豆粉丝品质差异大的原因所在。2.5相关分析2.5.1表观直流淀粉添加量与粉丝品质关系甘薯淀粉理化性质与粉丝品质特性的相关系数见表5。从表中可看出,淀粉中的脂肪和磷含量对粉丝品质影响不大。蛋白质含量与粉丝断条数呈负相关,与粉丝硬度、拉伸强度呈正相关。Kim等人也认为蛋白质含量对粉丝的品质有重要影响。表观直链淀粉含量与粉丝断条数呈显著负相关,与粉丝硬度、拉伸强度呈正相关,淀粉颗粒大小与粉丝断条数呈负相关,与粉丝硬度呈正相关。淀粉膨润力、溶解度与粉丝断条率呈显著正相关;与粉丝硬度、拉伸强度呈负相关。甘薯淀粉的理化性质对粉丝品质影响很大,按显著程度(r值大小)依次是:膨润力>溶解度>表观直链淀粉含量>蛋白质含量>颗粒大小。这意味着从淀粉的膨润力和溶解度等物理指标能预测粉丝的品质特性,而Chen等人认为甘薯淀粉粉丝品质更重要的是受淀粉颗粒大小的影响,在本研究的结论中,淀粉颗粒大小只是在一定程度上影响粉丝品质。2.5.2粉丝品质与化参数、回生指标的关系甘薯淀粉热力学特性与粉丝品质的相关系数见表6。从表中可看出,DSC的糊化参数(To、Tp和Tc)与粉丝品质关系不大,糊化焓值与粉丝品质有一定的相关性。回生指标(凝胶强度和冷藏缩水率)与粉丝断条率呈负相关;与粉丝硬度、拉伸强度呈正相关。说明回生对粉丝品质的影响远远大于糊化对其的影响。2.5.3rva参数与粉丝品质的相关性甘薯淀粉RVA参数与粉丝品质的相关系数见表7。从表中可看出,RVA测试的起始糊化温度和糊化峰温度与粉丝品质之间没有相关性。峰黏度、保持强度、衰减度、最终黏度、回生值都与粉丝断条率呈显著负相关,与粉丝硬度呈显著正相关,与粉丝拉伸强度呈正相关。这些参数按显著程度(r值大小)依次是:保持强度﹥最终黏度>峰黏度、回生值>衰减度。RVA参数与粉丝品质相关性较高,意味着可以用RVA测试淀粉,通过保持强度、最终黏度等参数就可以间接预测其相应的粉丝品质的好坏。Tam等人分别研究了不同的菲律宾甘薯淀粉和不同直链淀粉含量的玉米淀粉制成粉丝的品质,也验证了淀粉的糊化黏度曲线被用来评价粉丝制造的合适性。2.5.4影响粉丝品质的结构参数表8为甘薯淀粉分子结构与粉丝品质的相关系数表。从表中可以看出,绝对直链淀粉含量与粉丝硬度和拉伸强度都呈显著正相关,与断条数呈负相关;说明直链淀粉含量对淀粉回生和粉丝品质起决定性作用。很多研究者也认为直链淀粉含量与峰黏度、保持强度和衰减度之间均存在极显著正相关,是直接影响粉丝品质的重要因素,但有些研究者却认为直链淀粉含量对淀粉糊化温度、淀粉