黄原胶对木薯淀粉糊化特性及其糊稳定性的影响

朱 玲，顾正彪*，洪 雁*，张雅媛

(食品科学与技术国家重点实验室，江南大学食品学院，江苏 无锡 214122)

黄原胶对木薯淀粉糊化特性及其糊稳定性的影响

朱 玲，顾正彪*，洪 雁*，张雅媛

(食品科学与技术国家重点实验室，江南大学食品学院，江苏 无锡 214122)

研究黄原胶对木薯淀粉糊化特性，热、酸条件下的黏度稳定性及冻融稳定性的影响。结果表明：复配体系的峰值黏度、热糊稳定性、冷糊稳定性显著提高；黄原胶能明显改善木薯淀粉耐热和耐酸稳定性；抑制淀粉的回生，提高淀粉的冻融稳定性；通过电子显微镜观察木薯淀粉颗粒结构变化，进一步验证了黄原胶对木薯淀粉糊化特性及稳定性的改善作用。

淀粉；黄原胶；糊化特性；稳定性

木薯淀粉是酸奶、酱料等食品中常见的一种增稠剂，可赋予食品黏润、适宜的口感，并兼有乳化、稳定或使其呈悬浮状态的作用。但因其易老化，冻融稳定性、黏度稳定性差，不耐酸等特点限制了其在食品中的应用。

黄原胶的黏度较高，具有一定的耐酸、碱、盐特性和高耐热稳定性，是性能最为优越的生物胶之一，其独特的理化性能使之集增稠、悬浮及乳化稳定等功能于一身[1-2]。正是由于黄原胶的优点，黄原胶对淀粉糊化、流变学性质的影响受到较多研究者的关注[3-6]。但是，黄原胶对淀粉耐热稳定性，耐酸性等的研究报道较少。本实验通过研究黄原胶对木薯淀粉糊化特性、黏度稳定性、冻融稳定性的影响，以期为淀粉与食用胶的复配物在食品工业中的应用提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

木薯淀粉 广西武鸣县吉瑞淀粉厂；黄原胶 苏州丹尼斯克(中国)有限公司。

柠檬酸钠、柠檬酸 国药集团化学试剂有限公司。

AB-104N电子天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；Techmaster型快速黏度分析仪(RVA) 澳大利亚Newport Scientific公司；BCD-NKSS212冰箱 苏州三星电子有限公司；RVDV-Ⅱ+P型Brookfield黏度仪 美国Brookfield公司；LW200光学显微镜 上海光学仪器厂。

1.2 方法

1.2.1 糊化特性研究

分别称取不同质量比的木薯淀粉-黄原胶(10∶0、9.5∶0.5、9∶1、8.5∶1.5、8∶2)与去离子水混合于RVA专用铝盒内，调制成质量分数6%的混合悬浮液(以干基计)。RVA测定程序如下：10s内转速由960r/min降到160r/min并稳定，从50℃开始升温，经过3min 42s升至95℃，并保温1.5min，经过3min 48s降温至50℃，50℃保温2min[7]。

1.2.2 稳定性

1.2.2.1 耐热稳定性

分别称取一定量淀粉、质量比为8∶2的淀粉-黄原胶，用去离子水配制成质量分数6%淀粉悬浮液于四口烧瓶中，常温下搅拌均匀后，在超级恒温水浴(70℃升温至95℃)中使淀粉完全糊化，分别在70、80、95℃保温0、5、10、15、30、60min时取样，以Brookfield黏度仪测定黏度(转子SC4-29)。

1.2.2.2 耐酸稳定性

分别称取一定量淀粉、质量比为8∶2的淀粉-黄原胶，用柠檬酸缓冲液(pH3)配制成质量分数6%淀粉悬浮液于四口烧瓶中，在常温下搅拌均匀后，在超级恒温水浴(70℃升温至95℃)中使淀粉完全糊化，分别在70、80、95℃保温0、5、10、15、30、60min时取样，测定黏度。

1.2.2.3 冻融稳定性

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。将不同质量比淀粉-黄原胶用去离子水配制成质量分数3%淀粉乳(以干基计)，在沸水中糊化20min，冷却至室温后转移至带有刻度的离心管中，置于－18℃的冰箱中冷冻22h，每隔22h后取出在30℃水浴中解冻2h，在8000r/min条件下离心20min，计算其析水率[3]。冻融周期为5d。

1.2.3 颗粒形貌

取不同处理条件下的淀粉、淀粉-黄原胶样品，滴至载玻片上，用0.1mol/L碘液染色，盖好盖玻片后，在显微镜(×100)下观察颗粒形态[8]。

2 结果与分析

2.1 糊化特性

从图1可以看出，随着黄原胶在共混体系中比例的增加，起始黏度增加，这是由于黄原胶在水中能快速溶解，具有低浓高黏的特性，使整个体系的起始黏度有所增加[1]。随着温度升高，淀粉吸水膨胀，峰值黏度、终值黏度、成糊温度、起始糊化时间明显高于原淀粉，这与Sikora等[9]报道的一致。其原因是：淀粉糊化过程的本质是水分子进入淀粉颗粒中，结晶相和无定形相的淀粉分子间氢键断裂，破坏淀粉分子间的缔合状态，分散在水中的过程[10]。而黄原胶具有良好的水溶性，当它进入该体系后，与淀粉竞争吸附体系中的水分，水分的缺失使得淀粉糊化变得缓慢，起始糊化温度升高。同时，黄原胶和淀粉之间存在着一定的协同性[9,11]，使得体系的峰值黏度、终值黏度高于原淀粉，热糊稳定性、冷糊稳定性提高，回值(终值黏度－最低点黏度)低于原淀粉。

图1 木薯淀粉与黄原胶混合体系的糊化曲线Fig.1 Pasting curve of mixed system between tapioca starch and xanthan gum

2.2 稳定性

以上实验可以发现，随着黄原胶含量的增加，混合体系RVA参数值的变化更为明显。其中，当木薯淀粉-黄原胶质量比为8∶2时，体系的峰值黏度最高，回值最低。综合考虑应用效果，选取在质量比为8∶2时考察黄原胶对淀粉稳定性的影响。

2.2.1 热稳定性

图2 木薯淀粉、木薯淀粉-黄原胶在不同处理方法下的热稳定性Fig.2 Thermal stabilities of tapioca starch and tapioca starchxanthan gum paste

从图2可以看出，木薯原淀粉黏度从80℃开始逐渐上升，至95℃时黏度上升明显，但是95℃保温时间至15min后黏度降低。这主要是在加热过程中，起始阶段水分只是单纯地进入淀粉粒的微晶束的间隙中，产生有

限的膨胀，黏度没有明显变化。进一步加热至糊化温度时，水分子进入淀粉粒内部，与一部分淀粉分子结合，颗粒突然膨胀，黏度开始增加。随着加热时间的延长，由于外界的热使氢键断裂，破坏了分子间的缔合状态，部分直链淀粉渗漏，黏度大幅度增加。但是淀粉分子间的氢键作用力较弱，加热时间过长微晶束解体，淀粉粒成碎片状，黏度降低。黄原胶加入使得淀粉的黏度稳定性有明显的提高，95℃条件下糊化5min时黏度达到最大，高温保持10、15、30、60min时黏度变化幅度小。这首先是由于黄原胶本身的耐热性较好；其次，淀粉-黄原胶复合体系为淀粉颗粒及渗漏出的直链淀粉分散于胶体体系中[6]，黄原胶围绕在淀粉周围降低了热对淀粉的降解。

2.2.2 酸稳定性

淀粉作为增稠剂经常用于酸性食品体系中，但是酸性环境下淀粉的性质并不稳定[12]。图3为淀粉在pH值为3的柠檬酸缓冲液中的黏度特性。

图3 木薯淀粉、木薯淀粉-黄原胶在不同处理方法下的酸稳定性Fig.3 Stabilities of tapioca starch and tapioca starch-xanthan gum paste in citric acid

从图3可以看出，在加热过程中木薯淀粉黏度在80℃左右最高，至95℃黏度较低，95℃保温10min时黏度计几乎测不到黏度，说明淀粉在糊化过程中，柠檬酸对其有强的降解作用。而加入黄原胶后，虽然糊化温度提高，但是黏度稳定性得到较大的提高，95℃保温10min后，黏度才有所下降，这说明黄原胶能提高木薯淀粉酸环境下黏度稳定性。

2.2.3 冻融稳定性

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。因此，淀粉冻融稳定性的研究与应用对食品加工和保藏等有重要意义[13]。图4为黄原胶对木薯淀粉冻融稳定性的影响。

从图4可以看出，原淀粉在冻融1d后，析水率达30%，析水现象明显，冻融至2～3d时析水率提高幅度大，至4～5d时析水率提高不明显。黄原胶能显著降低淀粉的析水率，共混体系在冻融1d后析水现象不明显，随着黄原胶配比的增加，淀粉的冻融稳定性提高。其中质量比为8.5∶1.5、8∶2的共混体系在冻融3d后才有析水现象，冻融5d时析水率为10%左右，这说明黄原胶能显著提高木薯淀粉的冻融稳定性。

图4 木薯淀粉与木薯淀粉-黄原胶混合体系的冻融稳定性Fig.4 Frozen-thaw stability of mixed system between tapioca starch and xanthan gum

木薯淀粉冻融稳定性差的原因为：在降温和储藏过程中，分子势能作用使得淀粉分子从高能态的无序化逐步趋于低能态的有序化，产生淀粉回生[14]；冷冻过程中水分转变成冰晶，提高了淀粉乳的固形物含量，这将促进淀粉分子间氢键相互作用，从而形成海绵状物质析出水。黄原胶能改善木薯淀粉冻融性主要是由于：一方面，黄原胶为稳定高分子刚性螺旋形聚合物，这使得黄原胶具有良好的持水性[4,15]，由图5c可知，黄原胶分布在淀粉颗粒周围，因而抑制了水分析出体系外；另一方面，木薯淀粉-黄原胶共混体系中，黄原胶为连续相，淀粉为分散相[3]，黄原胶作为连续相和木薯淀粉分子间存在着相互作用[5]，这在一定程度上减少了淀粉分子之间的相互作用使得回生程度降低，即析水率降低。

2.3 颗粒结构

图5 木薯淀粉、木薯淀粉-黄原胶颗粒形态(×100)Fig.5 Granular shape of tapioca starch and tapioca starchxanthan gum in hot water(×100)

淀粉糊化为：淀粉颗粒溶胀→淀粉分子分散→淀粉颗粒溶解的过程。通过光学显微镜观察不同介质中木薯淀粉颗粒表面结构的变化，进一步说明黄原胶对淀粉糊化特性的影响。

图5为木薯淀粉、木薯淀粉-黄原胶糊化过程中的表面颗粒结构变化，如图5所示，80℃时原淀粉颗粒开始膨胀，淀粉开始糊化，95℃时淀粉颗粒形态消失，淀粉完全糊化；共混体系80℃时淀粉颗粒结构明显，只有少量淀粉开始膨胀，95℃时淀粉颗粒显著膨胀，但是颗粒未破碎。由图5可知，加入黄原胶提高了木薯淀粉的起始糊化温度，与2.1节中糊化曲线相符；共混体系中淀粉颗粒膨胀而未破碎，说明黄原胶能抑制热对淀粉颗粒的破坏，提高了淀粉的耐热稳定性，这与图2淀粉-黄原胶热稳定性曲线一致。

图6为pH3的柠檬酸缓冲液中木薯淀粉、木薯淀粉-黄原胶的表面颗粒结构变化。a、b为木薯原淀粉，c、d为淀粉-黄原胶混合体系。

图6 木薯淀粉、木薯淀粉-黄原胶酸环境颗粒形态(×100)Fig.6 Granular shape of tapioca starch and tapioca starchxanthan gum in citric acid(×100)

如图6所示，80℃时木薯原淀粉颗粒膨胀，部分淀粉颗粒成碎片状，95℃时淀粉颗粒消失，颗粒降解程度较高；共混体系80℃时木薯淀粉颗粒结构明显，少量淀粉开始膨胀，95℃时淀粉颗粒显著膨胀，但是颗粒未破碎，未被酸降解为碎片状。由图6可知，木薯原淀粉耐酸性弱，淀粉易被酸降解，淀粉黏度降低幅度大；黄原胶分布于淀粉颗粒周围抑制了酸对淀粉的降解，黏度变化幅度小，提高了淀粉的耐酸稳定性，这与图3的黏度曲线相符。

3 结 论

3.1 在糊化过程中，黄原胶-木薯淀粉混合体系与木薯原淀粉相比，起始黏度、峰值黏度提高，起始糊化温度提高，热糊稳定性、冷糊稳定性提高。

3.2 黄原胶的加入提高了木薯淀粉在热、酸环境中的黏度稳定性及冻融稳定性。

3.3 采用光学显微镜观察木薯淀粉在水及酸介质中糊化颗粒结构变化，发现黄原胶可明显抑制热、酸对木薯淀粉的降解作用。

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Effect of Xanthan Gum on Pasting Properties of Tapioca Starch and Paste Stability

ZHU Ling，GU Zheng-biao*，HONG Yan*，ZHANG Ya-yuan
(State Key Laboratory of Food Science and Technology, School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)

In this study, effect of xanthan gum on pasting properties, viscosity stability and frozen-thaw stability of tapoica starch-xanthan gum paste under the conditions of acid and heat were investigated. Results indicated that the viscosity of tapioca starch exhibited an increase due to the increasing concentration of xanthan gum. The stability of starch-gum paste was significantly improved in acidic and heating environments. Electron microscope micrographs further confirmed that xanthan gum could improve pasting properties and stability of tapioca starch.

starch；xanthan gum；pasting property；stability

TS235

A

1002-6630(2010)09-0099-04

2009-09-09

朱玲(1985—)，女，硕士研究生，研究方向为制糖工程。E-mail：zhuxuan1990@126.com

*通信作者：顾正彪(1965—)，男，教授，博士，研究方向为碳水化合物资源的开发与利用。E-mail：foodstarch@yahoo.cn洪雁(1974—)，女，副教授，硕士，研究方向为碳水化合物资源的开发与利用。E-mail：foodstarch@yahoo.cn