籽粒苋k112籽实淀粉特性研究

籽粒苋k112籽实淀粉特性研究

谷物是科的一种含有高等水稻和李子的生物区系。“籽粒苋”是指以采收籽实作粮食为目的的苋的通称。Amaranthushypochondriacus、Amaranthuscruentus和Amaranthuscaudatus是籽粒苋中最重要的3个品种。自1982年中国农业科学院先后从美国引进了40多个籽粒苋品种并在全国各地试种以来,对籽粒苋品种选育、营养价值研究及产品开发利用等才在国内逐渐展开。苋籽粉中的蛋白质、氨基酸及脂肪含量都很高,特别是氨基酸中的赖氨酸含量几乎为玉米等其他禾谷类作物的2倍,具有很高的营养价值。籽粒苋籽实淀粉具有较高的营养价值,主要存在于其籽实的外胚乳中,颗粒呈多角形或球状,粒径约为0.5~3.0μm,籽粒苋中淀粉含量约为48%~69%,直链淀粉含量差异较大,约为4.7%~12.5%,具体含量因品种不同而有所差异,淀粉结晶型为A型。目前国内外研究领域主要致力于籽粒苋栽培及其蛋白质、脂肪等的研究中,也有部分学者研究其改性淀粉的制造,但关于籽粒苋籽实淀粉理化性质研究的文章相对较少。本实验对籽粒苋K112淀粉的物理化学性质进行研究,以期对其在食品生产中的应用提供一定的参考。1材料和方法1.1玉米、马铃薯及红薯淀粉籽粒苋,品种为K112(AmaranthuscruentusL.),采自重庆市北碚区静观镇;玉米、木薯及红薯淀粉为市售。NaOH(分析纯)成都市科龙化工试剂厂;其他为实验室常用试剂。1.2质构特性仪器GWJ型胶体磨浙江省上虞市纱筛厂;UV-2450型紫外-可见分光光度计日本岛津公司;TA-TX2i型质构仪英国StableMicroSyetems公司;5810型台式离心机德国Eppendorf公司;Viskograph-E型布拉班德黏度仪德国Brabender公司。1.3方法1.3.1原材料的预处理新鲜籽粒苋花穗→晾晒→揉搓使籽实落出→籽实收集→除杂→干燥(50~60℃)→籽粒苋籽实样品,备用。1.3.2引物筛选操作步骤籽粒苋籽实淀粉的提取采用传统的水磨法,在Kong和Teli等所用方法的基础上,进行了适当的调整,具体的工艺流程如下:籽粒苋籽实→碱液浸泡→冲洗→磨浆→过筛→离心→干燥→过筛→籽粒苋籽实淀粉样品。具体的操作要点如下:以0.25g/100mL的NaOH溶液浸泡籽实24h,浸泡有助于籽实吸收水分以及淀粉的分离;冲洗过程应以完全除去NaOH,pH值呈中性为标准;磨浆可以破坏籽实的结构,磨浆过程可适当的放宽水的用量,这有利于淀粉分子的分离,该程序可重复1~2次;过筛时使浆料依次通过60、80、300目筛,筛下物至少重复过筛1次;4000r/min离心10min,离心管中上层的淡黄色蛋白质层应当刮去,重复该程序直到离心后不再出现蛋白质层为止;将制得的淀粉样品放入鼓风干燥箱中以40~50℃烘干,粉碎后过80目筛,密封后冷藏备用。1.3.3籽粒苋籽实营养成分的测定籽粒苋籽实水分的测定采用GB5497—1985《粮食、油料检验水分测定法》;籽粒苋籽实淀粉的测定采用GB/T5514—2008《粮油检验粮食、油料中淀粉含量测定》;籽粒苋籽实粗蛋白的测定采用GB/T5511—2008《谷物和豆类氮含量测定和粗蛋白含量计算凯氏法》;籽粒苋籽实粗脂肪的测定采用GB/T5512—2008《粮油检验粮食中粗脂肪含量测定》;籽粒苋籽实灰分的测定采用GB/T5505—2008《粮食、油料检验灰分测定法》;籽粒苋籽实淀粉水分的测定采用GB/T12087—2008《淀粉水分测定烘箱法》;籽粒苋籽实淀粉粗脂肪的测定采用GB/T22427.3—2008《淀粉总脂肪测定》;籽粒苋籽实淀粉粗蛋白的测定采用GB/T22427.10—2008《淀粉及其衍生物氮含量测定》;籽粒苋籽实淀粉灰分的测定采用GB/T22427.1—2008《淀粉灰分测定》;籽粒苋籽实淀粉直链淀粉含量的测定采用GB/T15683—2008《大米直链淀粉含量的测定》。1.3.4溶解度及膨胀度的测定分别配制质量浓度为2g/100mL的4种淀粉的淀粉乳,在45℃条件下搅拌30min,冷却至室温后,以3000r/min离心20min,取上清液于100℃蒸干,105℃烘干至恒质量。称淀粉质量m,得被溶解淀粉质量为m1,计算出其溶解度(S);由离心管中淀粉残渣质量为m2,计算其膨胀度(B)。同时测定2g/100mL的籽粒苋籽实淀粉乳在25、65、85℃条件下的溶解度和膨胀度。1.3.5淀粉透光率测定方法配制质量浓度为1.0g/100mL的4种淀粉的淀粉乳,放入沸水浴中加热搅拌20min,加入适量蒸馏水保持淀粉糊的原有体积,冷却至25℃,以蒸馏水为空白,在620nm波长处测定淀粉糊的吸光度,并按公式(3)计算淀粉透光率。式中:A为吸光度;T为透光率。1.3.6淀粉凝沉率测定将质量浓度为1.0g/100mL的4种淀粉的淀粉乳置于沸水中搅拌加热20min,冷却至室温,放入25mL的刻度试管中,每隔一段时间记录上层清液体积,清液体积分数对时间的变化曲线即为淀粉糊的凝沉曲线。24h后的下层的糊液体积即为沉降体积。1.3.7搅拌加热冷却冷却配制质量浓度为6g/100mL的4种淀粉的淀粉乳,取一定量倒入塑料离心管中,在沸水浴中搅拌加热20min,再冷却至室温。加盖置于-18~-20℃冰箱内冷却,24h后取出,室温下自然解冻,然后在3000r/min条件下离心20min,弃去上清液(若无水析出则反复冻融),记录下冻融次数,称取沉淀物质量,然后按照公式(4)计算析水率。1.3.8消化剂用量的测定配制质量浓度7g/100mL的籽粒苋籽实淀粉乳,在沸水浴中搅拌加热20min,补充蒸馏水保持其体积不变,冷却至室温,然后分别称取一定质量的淀粉糊在2℃冰箱中冷藏24、65、89h后取出,在3000r/min的转速下离心15min,弃去上清液,将沉淀物称质量,然后按照公式(4)计算析水率,以测定同一质量浓度的籽粒苋籽实淀粉糊经不同时间后的老化值。分别配制质量浓度为3、5、7、9g/100mL的籽粒苋籽实淀粉乳,在沸水浴中糊化20min,称取一定质量的淀粉糊在2℃冰箱中冷藏24h后测定不同质量浓度的籽粒苋籽实糊化淀粉经过相同时间后的老化值。1.3.9冷却、冷藏采用质构分析法分析4种淀粉的淀粉糊硬度、弹性、黏聚性、咀嚼性和黏附性。配制6g/100mL的淀粉乳样品,置于沸水浴中搅拌加热20min,不断搅拌并不时加入蒸馏水补足蒸发的水分。完全糊化后将其取出冷却至室温,放入4℃冰箱中冷藏12~16h,使其形成淀粉凝胶。用质构仪进行测定,质构仪探头型号选择P/0.5,下压速率2.0mm/s,测定时速率1.0mm/s,上升速率2.0mm/s,测定距离10mm,触发类型为自动,触发力为1.0g,两次压缩间隔时间5.00s。1.3.1淀粉糊的黏度曲线配制质量浓度6g/100mL的籽粒苋籽实淀粉乳样品,放入布拉班德黏度仪中,温度由30℃开始,以1.5℃/min的速率升温到95℃,在该温度下保温45min,继而又以1.5℃/min的速率降温到55℃,保温45min,扭矩700cm·g,转子转速75r/min,结束后即得淀粉糊的黏度曲线。1.4处理数据所有的实验均重复3次,利用Excel程序对实验结果进行分析。2结果与分析2.1籽粒苋籽实淀粉中两种淀粉的含量由表1可知,籽粒苋籽实中淀粉、蛋白质、脂肪和灰分的含量分别为62.49%、13.61%、7.17%和3.12%。籽粒苋籽实淀粉中直链淀粉含量为6.12%,属于低直链淀粉含量的淀粉;直链淀粉含量的多少将通过对淀粉溶解性、糊化特性以及抗酶解作用等的影响,继而影响到淀粉的各种加工性能。2.2玉米、马铃薯及红薯淀粉的溶解度和膨胀度由图1可知,在相同的温度条件下,籽粒苋籽实淀粉的溶解度低于玉米、木薯和红薯淀粉,而膨胀度高于这3种淀粉。膨胀度和溶解度反映淀粉与水之间相互作用的大小,也反映着淀粉颗粒之间的相互作用大小。淀粉颗粒胶束网络的长度和性质是影响淀粉膨胀度的主要因素,因为支链淀粉含有大量高强度胶束网络很难吸水膨胀,故支链淀粉含量越低膨胀度越低。由于玉米、木薯及红薯淀粉的直链淀粉含量分别约为26%、17%、18%,均高于籽粒苋籽实淀粉的直链淀粉含量(6.12%),故籽粒苋籽实淀粉的膨胀力明显高于其他3种淀粉。而由于籽粒苋籽实淀粉的平均粒径为1.21μm,远低于玉米、木薯及红薯淀粉的平均粒径(分别为15、20、15μm),结构致密,难以溶出,故籽粒苋籽实淀粉的溶解度明显低于其他3种淀粉。此外,淀粉的直-支比、链长、分子质量分布、分支程度/长度及构造等因素均可影响淀粉的膨胀力和溶解性。由图2可知,在一定温度范围内,籽粒苋籽实淀粉的溶解度和膨胀度均随温度的上升而增加。温度较低时,淀粉中的微晶束不易松动,极性基团也难以暴露并与水结合,淀粉也难以吸水膨胀,因此淀粉的溶解度和膨胀度都处于较低的水平;当温度逐渐升高,各种反应程度加深,溶解度和膨胀度也随之变大。值得注意的是,当温度大于65℃时,籽粒苋籽实淀粉的膨胀力呈现出一个快速增大的情况,这种情况可能是由于淀粉颗粒内部的较弱键在温度较低的情况即被松动或破坏,而一些较强的键要在高温条件下才能被松动。2.3颗粒小、比对剂含量的影响透明度是淀粉糊所表现出的重要外在特征之一,直接关系到淀粉类产品的外观和用途,进而影响到产品的可接受性。淀粉糊的透明度是多方面共同作用的结果,一是淀粉颗粒的大小,如果淀粉颗粒小,不易吸水膨胀,相对容易反射或折射光线,使透明度降低;还与淀粉的直/支链淀粉含量比有关,高直链淀粉含量可使淀粉糊液中产生较大的空间位阻,分子之间很难形成平行的取向,容易老化回生,而回生过程产生的凝胶束,容易对光线产生反射和折射,从而对透光率造成不利的影响。由图3可知,籽粒苋籽实淀粉糊的透明度为1.5%,与其他3种淀粉相比,籽粒苋籽实淀粉的颗粒最小,且直链淀粉含量最低,故其透明度最低。而与谷物淀粉相比,木薯淀粉糊的透明性非常好,在食品工业中应用广泛。2.4沉降速率的变化凝沉主要是直链淀粉分子间的结合形成较大的颗粒或束状结构,进而形成凝沉,反映的是在充足水分下淀粉的老化。在食品中不希望发生这种沉淀,尤其是罐装食品和经过冷冻-解冻过程的食品。直链淀粉构成比例越大,凝沉性越大。由图4可知,籽粒苋籽实淀粉糊的沉降速率非常缓慢,玉米淀粉糊沉降速率最快;24h后,籽粒苋籽实、木薯、红薯和玉米淀粉的沉降积分别为2.0、9.0、16.5、20.5mL;沉降过程结束后,这4种淀粉糊上清液体积分别为18.4、15.25、17.5、20.75mL。籽粒苋籽实淀粉不易凝沉的关键因素在于其支链淀粉含量较高,淀粉分子间难以形成有序的结构,即不易老化回生。2.5淀粉冻融稳定性的研究淀粉作为增稠剂赋予食品黏润、适宜的口感。但是食品冷冻、解冻过程中淀粉老化析水,使得食品质构受到影响。所有含直链淀粉的淀粉糊都有脱水收缩现象,因此,淀粉冻融稳定性的研究对于淀粉的应用有很大的实用参考价值。淀粉的冻融稳定性可以用析水率来反映,析水率越低,冻融性稳定性越好,反之越差。除木薯淀粉糊的冻融次数为2次外,其他3种淀粉糊的冻融次数均为1次。由图5可知,在相同质量浓度的情况下,籽粒苋籽实淀粉糊的冻融稳定性优于红薯淀粉,不及玉米淀粉,从数值上看与木薯淀粉相当,但木薯淀粉所得的数据是经过2次冻融获得,从这个程度而言,木薯淀粉糊的冻融稳定性稍好于籽粒苋籽实淀粉糊。2.6籽粒苋淀粉糊的老化值淀粉的老化又称回生或凝沉,是造成面包硬化和淀粉凝胶收缩的主要原因。当淀粉凝胶被冷冻和融化时,淀粉凝胶的老化是相当严重的,常常伴有水分的析出,故常以析水率作为老化值度量指标。影响淀粉老化的因素包括直链淀粉含量、链长、淀粉溶液质量浓度大小、pH值等。直链淀粉的链状结构在溶液中空间障碍小,易于取向,故易于老化。由图6可知,在一定的时间范围内,籽粒苋淀粉糊的老化程度随时间的增长而加深;而由图7可知,在相同的时间内,低质量浓度的淀粉糊容易老化,较高质量浓度的淀粉糊不易老化,当籽粒苋籽实淀粉质量浓度达到8g/100mL时,24h内淀粉糊没有水分析出,即析水率为0%。进一步证明了籽粒苋籽实淀粉的直链淀粉含量较低,不易老化。2.7籽粒苋籽实淀粉凝胶的硬度和硬度由表2可知,籽粒苋籽实淀粉凝胶的硬度一般,为13.739g,因其直链淀粉含量低,决定了它不可能具有较大的硬度。经过比较,籽粒苋籽实淀粉凝胶的弹性为0.624,不及玉米和红薯淀粉,稍高于木薯淀粉;黏聚性及黏附性适中,咀嚼性不佳。2.8糊化淀粉糊化温度和黏度随时间的变化结果峰值黏度反映淀粉的吸水率、增稠性;崩解值(也称破损值、降落值或衰减值)是最高黏度与热浆黏度的差值,反映淀粉在高温下耐剪切的能力,即淀粉糊的热稳定性。崩解值越大,淀粉糊的热稳定性越差;回升值(也称回生值、回复值)是冷胶黏度与热浆黏度的差值,表示糊化淀粉在冷却过程中重结晶的能力,反映了淀粉的老化程度,直链淀粉含量较高或聚合度低的淀粉