不同品种菱角淀粉的理化特性研究

刘洵妤杨 冯赵小皖赵国华,2

(西南大学食品科学学院1,重庆 400715)

(重庆市农产品加工技术重点实验室2,重庆 400715)

不同品种菱角淀粉的理化特性研究

刘洵妤1杨 冯1赵小皖1赵国华1,2

(西南大学食品科学学院1,重庆 400715)

(重庆市农产品加工技术重点实验室2,重庆 400715)

研究了 3种不同品种菱角(无角、两角和四角)淀粉的理化特性。3种菱角淀粉中直链淀粉的质量分数在 26.12%～29.71%之间,无角菱淀粉中直链淀粉的含量明显低于其他两种菱角淀粉。3种菱角淀粉溶解度和膨润力都比较低,在 60～90℃的溶解度范围为 4.4%～20.68%,膨润力范围为 0.77～12.64,且品种间差异不大。菱角淀粉的吸水能力在 0.87～1.08 g/g范围内,吸油能力在 1.01～1.16 g/g之间。3种菱角淀粉糊的黏度较低,6%的淀粉糊的峰值粘度为 155～181 BU,但热稳定性非常好,降落值都为 0 BU。3种菱角淀粉糊化后透明度在 20.5%～22.4%之间,但菱角淀粉糊的透明度在储藏期间下降很快,表明菱角淀粉易于老化。3种菱角淀粉凝沉稳定性和冻融稳定性都比较差,品种间冻融稳定性没有显著性差异。

菱角 淀粉 理化性质

菱角 (Trapa)属于被子植物门,双子叶植物纲,桃金娘目,菱科 (Trapaceae)、菱属 (Trapa L.),与荷习性相似,适于高温多湿多日照的环境,为一年生水生草本植物。菱角品种多以色论,有青菱、白菱、红菱、紫菱、元宝菱;以角分,有四角菱、两角菱、无角菱。菱角营养成分齐全,含量丰富,其中淀粉质量占菱肉总质量的 24%[1],淀粉作为菱角中的一种主要的化学成分,其结构和性质会直接影响到菱角的食用品质及工工艺品质,菱角淀粉作为一种新型的食用淀粉资源,其利用价值有待挖掘,但目前有关这方面的研究却少见报道。本试验对 3种不同品种的菱角淀粉的主要理化性质进行了研究,期望能为菱角进一步的研究和加工利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

无角菱 (Trapa acornisNakano)、四角菱 (Trapa QuadrispinosaRoxb)均产自江苏南湖;两角菱 (Trapa biocornisOsbeck)产自四川西昌;马铃薯直链支链淀粉标准品:Fluka公司。

721可见分光光计:上海精科科学仪器厂;Visko2 graph-E布拉班德黏度仪:德国Brabender公司;ZH2 WY-200B全温度恒温培养振荡器:上海智诚仪器设备厂。

1.2 试验方法

1.2.1 菱角淀粉的制备

新鲜菱角经过洗涤、去皮后加入适量的水打浆,然后用 200目的滤布过滤,收集滤液,将滤渣加适量的水重复打浆、过滤,收集滤液。合并滤液,在室温下静置 12 h后,弃去上清液,收集下层沉淀物。将沉淀反复水洗后得到的浆液室温下静置 12 h后,弃去上清液,收集沉淀物在 40℃下鼓风干燥 12 h,将烘干后的沉淀物粉碎成粉末即得到成品淀粉。经测定,成品无角菱、四角菱和两角菱淀粉的水分质量分数分别为 12.23%、13.13%和 13.93%;淀粉质量分数分别为 86.30%、83.40%和 85.89%。

1.2.2 菱角淀粉中直链淀粉含量的测定

采用 GB/T15683—1995中直链淀粉含量的测定方法[2]。

1.2.3 菱角淀粉溶解度与膨润力的测定

称取 1.000 g淀粉配制成 50 mL 1.0%的淀粉乳,根据淀粉的水分含量计算出干基淀粉质量 (W/ g)。在不同温度(55、60、65、70、75、80、85、90、95℃)下将配制好的淀粉乳加热搅拌 30 min,以 5 000 r/min离心15 min,将上清液置于水浴上蒸干,放入103℃烘箱烘干,称重得被溶解淀粉质量 (A/g),计算出其溶解度 (S/%)。由离心管中膨胀淀粉质量(P/g)计算其膨润力(B)。计算公式如下:

1.2.4 菱角淀粉吸水吸油性的测定

称取 5 g淀粉样品于离心管中,称重后加水30 mL,搅拌 30 min后再加水 10 mL,以 1 600 r/min离心 25 min,弃去上清液,称取沉淀物的质量,计算吸水率。菱角淀粉吸油性:称取 1 g淀粉样品于离心管中,称重后加植物油25 mL,搅拌 20 min后以 3 200 r/min离心 25 min,弃去上清液,称取沉淀物的质量,计算吸油率。计算公式如下:

吸水(油)率 =淀粉样品吸水 (油)前后的质量差/淀粉样品原来干基质量 ×100%。

1.2.5 菱角淀粉糊糊化特性

将淀粉样品配制成6.0%的淀粉乳溶液100 mL,使用 Viskograph-E布拉班德黏度仪测定淀粉乳的黏度特性。测定程序设定如下:将淀粉乳从 30℃以7.5℃/min升温速率升温至 95℃,然后在 95℃保温 15 min,之后将淀粉糊从 95℃以 8.5℃/min的降温速率降温至 50℃,最后在 50℃保温 5 min。

1.2.6 菱角淀粉糊透明度的测定

将淀粉配制成 1.0%的淀粉乳在沸水浴中搅拌加热 30 min,再冷却到室温 (25℃),以蒸馏水做空白,在 640 nm的波长下用分光光度计测定淀粉糊的透光率。之后将样品储存在 4℃,每隔 24 h测定其在 640 nm的波长透光率。

1.2.7 菱角淀粉糊的凝沉特性

分别称取菱角淀粉样品,配制 1.0%的淀粉乳,在沸水浴中加热 30 min,使之糊化,然后将淀粉糊倒入 50 mL量筒,室温下静置,每隔 2 h记录上清液的体积,观察 24 h,用上清液体积随时间的变化情况来表示糊的凝沉性质。

1.2.8 菱角淀粉糊的冻融稳定性

配制 6.0%的淀粉乳,于沸水浴上加热糊化并维持 15 min。称取一定质量的淀粉糊置于离心管中,在 -18℃的冰箱中放置每隔 24 h后取出于室温下解冻,以 3 000 r/min离心 15 min,弃去上清液,称重得沉淀物质量,计算析水率。计算公式如下:

式中:P为析水率/%;M1为脱水前淀粉糊的质量/g;M2为脱水后淀粉糊的质量/g。

1.2.9 数据处理

测定结果以 X±s表示,方差分析采用 SPSS软件的DUNCAN分析,检验的显著性水平为 P<0.05。

2 结果与讨论

2.1 菱角淀粉颗粒的理化特性

2.1.1 菱角淀粉直链淀粉的含量

表1 菱角淀粉中直链淀粉含量

从表 1中可以看出,菱角淀粉中直链淀粉的质量分数 26.12%～29.71%,高于文献中报道的马铃薯淀粉的直链淀粉质量分数 16.6%～20.4%[3]。3种菱角淀粉中四角菱淀粉中直链淀粉的含量最高,但与两角菱淀粉中直链淀粉的含量接近,而无角菱淀粉中直链淀粉的含量则明显低于四角菱和两角菱。3种淀粉间直链淀粉与支链淀粉的比值的差异性与直链淀粉含量的差异相似,即无角菱淀粉明显低于四角菱和两角菱淀粉。无角菱淀粉支链淀粉含量最高,两角菱淀粉次之,四角菱淀粉最小。直链淀粉含量因淀粉的植物来源的不同而差异较大。另外,在淀粉颗粒生长过程中,气候条件和土壤类型也会影响淀粉颗粒的直链淀粉含量。

2.1.2 菱角淀粉的溶解度与膨润力

图1 温度对菱角淀粉溶解度的影响

不同温度下3种菱角淀粉的溶解度如图1所示。3种菱角淀粉的溶解度范围为 4.4%～20.68%。各种菱角淀粉的溶解度均随着温度的升高而增加。当淀粉完全糊化以后即 95℃时,两角菱溶解度最大(20.68%),四角菱溶解度次之 (19.73%),无角菱溶解度最小 (19.09%)。3种菱角中除了两角菱和无角菱淀粉有显著性差异外,其他样品相互间的差异并不存在显著性。3种菱角淀粉间溶解度的差异可能与其淀粉中的直链淀粉含量和磷酸基团的含量有关,直链淀粉和磷酸基团含量越高,淀粉的溶解度也越高[4]。

不同温度下菱角淀粉的膨润力如图 2所示。3种菱角淀粉的膨润力比较小,为 0.77～12.64,属限制型膨胀淀粉,这说明菱角淀粉颗粒内部结构比较紧密。3种菱角淀粉的膨润力都与温度呈正相关,即随着温度的上升,未溶解的淀粉分子间的氢键不断断裂,逐渐被淀粉分子上的羟基与水分子形成的氢键所替代,从而吸水膨胀,因而淀粉的膨润力随温度的上升而增加。无角菱角和四角菱淀粉在 60～70℃时膨润力较小,而在 70～90℃迅速增加,四角菱在 60～80℃膨润力较小,而在 80～90℃迅速增加,这种膨润力迅速增加过程的存在可能与菱角淀粉在此温度范围内的糊化有关。当淀粉完全糊化以后即95℃时,两角菱膨润力最大 (12.64),四角菱溶解度次之(12.18),无角菱膨润力最小(11.63),但样品间的差异并不显著。

图 2 温度对菱角淀粉的膨润力的影响

2.1.3 菱角淀粉的吸水吸油性

淀粉的吸水性是其评价淀粉在食品体系中稳定性的重要指标,而吸油能力则反映了其乳化蛋白质的能力[5]。不同淀粉样品的吸水和吸油率如图 3所示。由图 3可看出:两角菱淀粉的吸水性最高为1.08 g/g,无角菱淀粉 0.89 g/g略高于四角菱淀粉0.87 g/g,但两者间没有显著性差异。这种吸水能力的差异受到淀粉颗粒大小影响[6]。由图 5还可以看出:两角菱淀粉吸油率 1.16 g/g略高于四角菱淀粉1.15 g/g,但两者间差异并不显著,无角菱淀粉的吸油率(1.01 g/g)最小。3种菱角淀粉间吸油性的差异可能是由于直链淀粉含量差异引起的。带有极性的脂肪物质可以与直链淀粉分子形成螺旋状笼形结构,从直链淀粉含量看,两角菱淀粉与四角菱淀粉直链淀粉含量接近,都明显高于无角菱淀粉,因此其吸油性也都高于无角菱淀粉。

图3 菱角淀粉的吸水吸油性

2.2 菱角淀粉糊的理化特性

2.2.1 菱角淀粉糊的糊化特性

3种菱角淀粉糊的布拉班德黏度曲线如图 4所示,其对应的特征值见表 2。无角菱、四角菱和两角菱 3种菱角淀粉的凝胶形成温度,即开始糊化的温度分别为 80.8、84.3和 79.4℃。当温度达到糊化起始温度时,淀粉粒突然膨胀,大量吸水,溶液黏度迅速上升,并逐渐达到峰值。试验结果显示,无角菱、四角菱和两角菱淀粉的峰值黏度分别为 155、171、181 BU,远远低于文献报道的玉米淀粉的峰值黏度281 BU和马铃薯淀粉的峰值黏度 720 BU[7],这说明3种菱角淀粉的增稠能力并不强,其中无角菱淀粉的增稠能力最弱,可应用于软糖的填充料,使软糖不粘牙。

降落值反映淀粉糊的热稳定性,降落值越低,表明其热稳定性越好。从表 2可见,3种菱角淀粉的降落值都为 0 BU,说明 3种菱角淀粉的热稳定性非常好,也表明菱角淀粉淀粉颗粒内部结构非常紧密,分子间缔合程度比较大。回复值表示淀粉糊冷却过程中直链淀粉形成凝胶的能力或老化的趋势,也是淀粉糊的冷稳定性的标志,值越小,糊的冷稳定性越好[8]。无角菱、四角菱和两角菱淀粉糊的回复值分别为 53、81、83 BU,这说明相对于其他两种菱角淀粉,无角菱淀粉老化较慢。两角菱和四角菱淀粉糊的回复值高于无角菱淀粉糊,这可能与无角菱淀粉直链淀粉含量低于两角菱和四角菱淀粉有关。线性的直链淀粉分子的缔合比支链淀粉容易得多,所以含直链淀粉较多的淀粉生成凝胶的过程更为迅速。

图4 菱角淀粉的布拉班德黏度曲线

表2 菱角淀粉的布拉班德黏度曲线特征值

2.2.2 菱角淀粉糊的透明度

3种菱角淀粉在 4℃条件下储藏 168 h期间的透光率如图 5所示。透光率越大,则透明度越高。从图 5可看出,3种菱角淀粉中两角菱的未经过储藏时透明度的最大,为 22.4%,无角菱次之,为21.7%,四角菱最小为 20.5%。影响淀粉糊透明度的因素很多,主要取决于淀粉的来源和种类。另外,有研究报道淀粉的体积平均粒径以及磷含量与淀粉糊的透明度呈显著的正相关[9]。

图5 菱角淀粉的透明度

在淀粉糊储藏期间,3种菱角淀粉的透光率都明显降低,这种下降反映的是淀粉老化性的问题[10]。3种菱角淀粉的透明度在储藏期间的变化相似,即在前 24 h下降幅度较大,降幅为 78.50%～83.58%。直链淀粉含量高的淀粉易通过形成分子内氢键呈卷曲状态,在储藏期间透明度更容易降低[4]。3种菱角淀粉直链淀粉含量都较高,因而 3种菱角淀粉在储藏期间透明度的下降都较快。其中下降最快的是四角菱淀粉(83.58%)、其次为两角菱淀粉 (82.44%)、无角菱淀粉下降最慢(78.50%),这与 3种菱角淀粉直链淀粉含量的高低顺序是一致的。

2.2.3 菱角淀粉糊的凝沉特性

由图 6可知,菱角淀粉糊的凝沉体积分别在 4～10 h就基本趋于平稳,比文献中报道的马铃薯和玉米淀粉糊都快[11],在淀粉糊静置 2 h后,其上清液所占体积百分比高达 40%以上,菱角淀粉的凝沉性很强,属于老化速度比较快的一类,适合用于制作凉粉及粉丝等食品。3种菱角中两角菱淀粉凝沉稳定性最差,其达到稳定的时间在静置后 4 h,四角菱次之6 h,无角菱的凝沉稳定性相对最好为 10 h。影响淀粉老化的因素很多,脂类含量、直链淀粉含量、直链淀粉的聚合度等,这使得不同淀粉的老化速度相差非常大[12]。从直链淀粉含量看:四角菱 >两角菱>无角菱,这与 3种菱角淀粉凝沉稳定的时间的差异基本一致,因而这 3种菱角淀粉中直链淀粉含量的差异可能是造成凝沉稳定性的差异的重要因素。

图6 菱角淀粉糊的凝沉稳定性

2.2.4 菱角淀粉糊的冻融稳定性

冰冻过的淀粉凝胶在融解过程中,有部分水会从回生后的淀粉胶体中析出,从而导致相分离。冻融稳定性由析水率表示,析水率越高,冻融稳定性越差。6%菱角淀粉糊冻融后的析水情况见图 7。由图7可以看出菱角淀粉刚开始的析水速度相当快,在第1次冻融循环时,无角菱、四角菱和两角菱淀粉的析水率都较高,分别为 50.23%、51.03%和 51.01%,品种间并不存在显著性差异,说明 3种菱角淀粉在冻融中淀粉的胶体结构都易破坏,冻融稳定性较差,这也说明在低温条件下菱角淀粉比较容易老化,因此,菱角淀粉不宜应用在需要冷冻储藏的的奶油蛋羹、布丁和馅饼填充料等食品中。菱角淀粉较差的冻融稳定性与可能菱角淀粉直链淀粉含量较高有关,高含量的直链淀粉分子与小的支链淀粉分子使得其淀粉糊在冷却过程中回生速度更快,离心后析出水[13]。

图7 菱角淀粉糊的冻融稳定性

3 结论

3.1 3种菱角淀粉中直链淀粉的质量分数在26.12%～29.71%之间,无角菱淀粉中直链淀粉的含量明显低于其他两种菱角淀粉。菱角淀粉的吸水能力在 0.87～1.08 g/g范围内,吸油能力在 1.01～1.16 g/g之间,两角菱的吸水能力最强,无角菱淀粉的吸油能力最弱。

3.2 3种菱角 6%淀粉糊黏度较低,峰值黏度为 155～181 BU,低于玉米淀粉的和马铃薯淀粉,但 3种菱角淀粉糊的热稳定性非常好,降落值都为 0 BU,3种菱角淀粉糊的回复值在 53～83 BU之间,其中无角菱淀粉糊回复值最小,老化比其他两种菱角淀粉慢。3种菱角淀粉的凝沉性都很强。

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Physicochemical Properties ofWater Caltrop(Trapa sp.) Starch for Three Cultivars

Liu Xunyu1Yang Feng1Zhao Xiaowan1Zhao Guohua1,2
(College of Food Science,SouthwestUniversity1,Chongqing 400715)
(Chongqing Key Laboratory ofAgricultural Products Processing2,Chongqing 400715)

The physicochemical property ofwater caltrop starch for three cultivars were systematically studied. Results:The amylose content ofwater caltrop for the three cultivars rank between 26.12%～29.17%.The amylose content in starch for Trapa acornisNakano is the lowest.The solubility at 60～90℃and the swelling power at 60～90℃of the starch samples are small,ranking between 4.4%～20.68%and 0.77～12.64,respectively,and no significant difference among the cultivars.The water absorptions rank between 0.87～1.08 g/g,while the oil absorp2 tions rank between 1.01～1.16 g/g.Brabender visco-amylograph indicates that the peak viscosity of the water cal2 trop starch paste at concentration 6% (w/w)for the three cultivars rank between 155～181 BU,but the paste heat stability are all good with breakdown of 0 BU.The paste light transmittance for three cultivars rank between 20.5%～22.4%,and decline rapidly in storage,indicating easy retrogradation.Both sediment stability and freeze-thaw sta2 bility for three cultivars are rather poor,and no significant difference in freeze-thaw stability among the cultivars.

water caltrop,starch,physicochemical property

TS231 文献标识码:A 文章编号:1003-0174(2010)10-0046-06

2009-10-12

刘洵妤,女,1985年出生,硕士,食品科学

赵国华,男,1971年出生,教授,碳水化合物化学与营养