退火处理对葛根淀粉理化性质的影响

霍晓慧，杜先锋

(安徽农业大学茶与食品科技学院，安徽合肥 230036)



退火处理对葛根淀粉理化性质的影响

霍晓慧，杜先锋*

(安徽农业大学茶与食品科技学院，安徽合肥 230036)

将配制的一定浓度的葛根淀粉乳退火处理不同的时间,得到不同退火时间样品。分析退火处理前后淀粉的表观直链淀粉含量、膨润力、溶解度、颗粒形貌、冻融稳定性和结晶结构等理化特性。结果显示,退火处理使葛根淀粉膨润力和溶解度降低,但峰值黏度和糊化温度升高,退火处理提高了葛根淀粉糊的冻融稳定性;然而退火处理并没有改变葛根淀粉的颗粒形貌与结晶结构,仅是提高了葛根淀粉的相对结晶度。

退火,葛根淀粉,形貌,结晶性

葛根是多年生豆科藤本蔓生植物葛的块根,其中含有大量的淀粉[1]。葛根淀粉有很多不同于其它淀粉的特殊性质,如冻融稳定性好、透明度高等性质[2]。但目前对葛根淀粉的研究仅局限于其物理化学特性的研究,关于对其改性的处理的研究并不深入,更何况目前淀粉在食品工业中的改性应用研究主要是通过化学交联,酶解和酸解[3]等手段,物理改性方法则相对较少。退火是指使淀粉颗粒处于中等水分含量(40%～55%,w/v)或者过量(>60% w/v)的水中,温度保持在低于淀粉糊化起始温度To而高于淀粉玻璃化转变温度Tg的条件下对其进行物理修饰的热处理过程[4]。退火处理使淀粉分子发生重排,直链-直链、支链-支链、直链-支链淀粉双螺旋形成更稳定的结构[5-6]。

退火处理相对安全且符合现在人们对天然食品的追求的物理改性方法研究国内几乎没有。通过退火调控,尽可能提高冷冻食品的玻璃化相变温度,从根本上提高冷冻食品的储存稳定性,延缓老化。目前关于退火处理对谷物淀粉和块茎类淀粉的物理化学性质影响研究较多[7-8],对于葛根的退火处理的研究很少。本研究为退火处理改变葛根淀粉的理化性质,提供相关的理论依据。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

葛根安徽霍山县;直链淀粉标品美国sigma公司;其它试剂均为分析纯。

组织破碎机,烘箱S-4800 型扫描电子显微镜日本日立公司;TTR-III X 射线衍射仪日本理学电机公司:RVA-4/ZM100 快速黏度仪澳大利亚Newport公司;ZD-85A气浴恒温恒速振荡器江苏金坛市金城国胜实验仪器厂。

1.2葛根淀粉制备

葛根淀粉的提取:新鲜葛根清洗去皮,切块后迅速浸于蒸馏水中,把葛根块放入组织破碎机低速研磨成浆,用双层纱布把淀粉浆过滤之后,弃去泥沙等杂质,将淀粉反复离心(4000 r/min)水洗后置于真空干燥箱,在25 ℃条件下烘干,再经研磨、过筛(200目),得备用葛根淀粉。

1.3退火处理葛根淀粉

配制浓度为20%的淀粉乳,在50 ℃下分别保温24、72、120、168 h后,冷却至室温,用蒸馏水洗涤淀粉数次后抽滤,置于25 ℃真空干燥箱干燥。干燥样品经研磨、过筛(200目),得不同退火时间的葛根淀粉。

1.4表观直链淀粉含量的测定

表观直链淀粉含量的测定:采用碘结合比色法[9]。

1.5膨润力与溶解度测定

准确称取1 g样品五份,配制成2.0%(w/w)的淀粉乳,分别在55、65、75、85、95 ℃的恒温水浴中加热搅拌30 min。自然冷却到室温之后,4000 r/min离心20 min,取上清液在烘箱中110 ℃烘干至恒重[10]。运用以下公式计算出溶解度(S)和膨润力(B)[11-12],计算公式为:

式(1)

式(2)

式中,S-溶解度,%;B-膨润力,%;A-上清液蒸干后质量,g;P-离心后沉淀物质量,g;W-淀粉样品质量,g。

1.6RVA黏度测定

称取3.5g样品于测量罐,加入25mL蒸馏水,用搅拌桨叶搅拌10～20次使样品均匀分散于溶液中,选择Standard1淀粉通用程序进行测定:50 ℃保温1min,以13 ℃/min的速度升温到95 ℃,95 ℃保温3min,再以13 ℃/min降温到50 ℃保留3min,整个测定程序共13min[13]。

1.7颗粒形貌观察

利用扫描电镜(SEM)观察葛根淀粉退火前后的颗粒形貌。将制备好的样品均匀的敷在专用双面胶上,在镀金器中真空喷金两次,每次50s。镀金前用吸耳球吹去多余的淀粉,测定时选择1.0kV电子枪加速,扫描拍照。

1.8冻融稳定性的测定

分别称取1g的葛根淀粉和退火24、72、120、168h的葛根淀粉,分别按以下方法处理。用蒸馏水将样品配制成质量分数为6%的淀粉乳,加热至100 ℃糊化保温20min后,冷却至室温,取10mL糊液(m1)倒入离心管中,加盖置于冰箱,在-18 ℃下冷冻24h,取出,自然解冻,在3000r/min下离心20min,弃去上清液称重,按下式计算析水率。

式中:m0-离心管质量,g;m1-冷冻前样品与离心筒质量,g;m2-弃去上清液后沉淀物与离心筒质量,g。

1.9结晶度测定

将待测样品置于样品板凹槽内,用玻璃板紧压,利用RigakuTTR-IIIX射线衍射仪(XRD)进行测定。X-衍射管为铜对阴极,Ni过滤器,电压40kV,电流200mA,扫描速率8 °/min,测量范围3 °～50 °。相对结晶度的计算公式如下[14]:

相对结晶度(%)=Ac/(Ac+Aa)

Ac-X射线衍射图上结晶区面积;Aa-X射线衍射图上非晶区面积。

2　结果与讨论

2.1退火对葛根淀粉表观直链淀粉含量的影响

原葛根淀粉及退火24、72、120、168h葛根淀粉表观直链淀粉含量如图1所示。采用SPSS软件进行数据分析结果表明,退火处理后的葛根淀粉表观直链淀粉含量显著高于原葛根淀粉的表观直链淀粉含量(p<0.05)。其中退火处理168h后的表观直链淀粉含量达到最高,其次是退火处理120h后的,这两个处理的表观直链淀粉含量之间没有显著性差异,但都显著高于退火处理72h和24h后的表观直链淀粉含量。可能是由于支链淀粉在退火过程中发生侧链断裂产生的短链直链淀粉造成的,也可能存在部分直链淀粉的溶出。

图1　不同退火时间对葛根淀粉表观直链淀粉含量的影响Fig.1　Effect of different annealing time on the apparent amylose content of kudzu starch注:不同小写字母代表差异显著(p<0.05)。

图2　不同退火时间对葛根淀粉膨润力的影响Fig.2　Effect of different annealing time on the swelling power of kudzu starch

2.2退火对葛根淀粉膨润力与溶解度的影响

退火对葛根淀粉的膨润力与溶解度的影响如图2,图3所示。由图2可见,原葛根淀粉的膨润力从4.06%增至24.88%,退火24、72、120、168 h葛根淀粉的膨润力分别从2.25%、2.70%、3.15%、3.15%增至24.35%、23. 45%、23.48%、21.20%。随着退火时间的增加,退火葛根淀粉的膨润力大体呈现逐渐降低的趋势,且葛根淀粉和退火葛根淀粉表现出相同的趋势;随着温度的升高,葛根淀粉和退火葛根淀粉的膨润力和溶解度增大。结晶结构完善和直链分子间的相互作用增强使得淀粉无定形区的水解降低,所以膨润力降低[15]。由图3可看出退火处理过的葛根淀粉溶解度比原淀粉小,退火处理使葛根淀粉溶解度降低。这表明了淀粉分子内直链-支链和支链淀粉分子间键的相互作用,形成了更加稳定的结构从而阻碍了直链淀粉分子的溶出[16]。

图3　不同退火时间对葛根淀粉溶解度的影响Fig.3　Effect of different annealing time on the swelling power of kudzu starch

2.3退火对葛根淀粉糊化特性的影响

图4和表1看出退火后葛根淀粉峰值黏度增大,退火时间72 h后的葛根淀粉样品崩解值降低,糊化温度和达到糊化峰值所需要的时间增加。经过退火处理的淀粉,在退火过程中

表1　不同退火时间对葛根淀粉糊化特征值的影响

会重新排列分子链,增强了分子链之间的联系,分子链间键的增强使淀粉颗粒破裂和糊的形成需要更多的热量[17],所以退火淀粉糊化温度要比原淀粉要高,并且达到峰值所需要的时间也会增加;退火处理也增加了淀粉的刚性和抗剪切性,随着退火时间的增加,退火淀粉的淀粉糊峰值粘度都增大[18],淀粉在退火处理时增强了淀粉颗粒内部化学键的强度和分子链之间的相互作用,在退火72 h最为明显,崩解值降低,减少淀粉糊“稀懈现象”的发生[19]。

图4　不同退火时间对葛根淀粉RVA曲线的影响Fig.4　Effect of different annealing timeon the RVA-curves of kudzu starch

2.4退火对葛根淀粉颗粒形貌的影响

由图5可看出,葛根淀粉颗粒大多呈不规则多角形,少数呈椭球形。退火处理后葛根淀粉颗粒形貌无明显变化,颗粒表面光滑、无微孔出现。Hoover等在退火对小麦、燕麦[20]等的物理化学特性研究中得出一致的结论。退火处理并没有破坏葛根淀粉颗粒的外观结构[21]。

图5　不同退火时间对葛根淀粉SEM的影响Fig.5　Effect of different annealing time on the SEM images of kudzu starch

2.5退火对葛根淀粉冻融稳定性的影响

淀粉冻融稳定性的好坏取决于其析水率的大小,析水率高说明淀粉的冻融稳定性差。葛根淀粉和退火葛根淀粉的析水率测定结果如图6所示。结果显示,经退火处理后的析水率显著低于原葛根淀粉的析水率(p<0.05),随着退火时间的增加,葛根淀粉的析水率越小,处理168 h后的析水率最低,达到16.07%,说明退火改善了葛根淀粉的冻融稳定性。淀粉在退火过程中保持了支链淀粉的层状结构,然而退火改变了淀粉粒的无定形区和结晶区的微结构,从而控制食品的冰晶含量和最大程度的提高冷冻浓缩体系的玻璃化温度,使冷冻食品具有更稳定的质构[22]。

图6　不同退火时间对葛根淀粉析水率的影响Fig.6　Effect of different annealing time on the freeze-thaw stability of kudzu starch

2.6退火对葛根淀粉结晶结构的影响

退火葛根淀粉XRD曲线的影响如图7所示。葛根淀粉和退火后淀粉在2θ为15 ° 和17 °处均有较强衍射峰出现,结晶结构均为C型结构。通过Herman法[23]计算得葛根淀粉相对结晶度26.77%,退火24、72、120、168 h葛根淀粉的相对结晶度分别为28.31%、31.00%、32.15%和32.54%。退火处理没有改变葛根淀粉的结晶结构,而相对结晶度略有增加。相对结晶度的增加是由于在退火处理过程中水和热的作用促进淀粉晶体间双螺旋位移导致结构重排,形成比原淀粉更为有序的晶体排列,反映了退火使晶体更加完善[24]。

图7　不同退火时间对葛根淀粉XRD曲线的影响Fig.7　Effect of different annealing time on the XRD-curves of kudzu starch

3　结论

研究结果表明退火处理影响了葛根淀粉的膨润力、溶解度、糊化性质、结晶结构等物理化学性质,且随退火时间的变化而不同。在相同温度下退火葛根淀粉的溶解度和膨润力比原葛根淀粉的小。退火处理后,葛根淀粉的表观直链淀粉含量升高,峰值黏度升高,冻融稳定性升高,糊化温度和相对结晶度都有所增加。但退火处理并没有改变葛根淀粉颗粒形貌和晶体结构,仅仅是使其晶体排列更加完善和稳定。

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Effect of annealing treatment on physicochemical properties of kudzu starch

HUO Xiao-hui,DU Xian-feng*

(Anhui Agricultural University,School of Tea and Food Technology,Hefei 230036,China)

A certain concentration of the kudzu starch was subjected to annealing treatment at different time period.The effect of annealing on the physicochemical properties of the kudzu starch were investigated,including the apparent amylose content,swelling power,solubility,morphology,freeze-thaw stability and X diffraction structure. The results showed that the swelling power and solubility of kudzu starch were decreased,the peak viscosity and pasting temperature were increased,annealing enhanced the stability of the paste. However,annealing did not change the morphology and crystal structure,but also improved relative crystallinity.

annealing;kudzu starch;morphology;crystallinity

2016-03-01

霍晓慧(1990-),女,硕士,研究方向:天然产物功能与安全,E-mail:xiaohui.114@163.com。

杜先锋(1963-),男,博士，教授,主要从事淀粉多糖等食品资源的研究,E-mail:dxf@ahau.edu.cn。

TS231

A

1002-0306(2016)17-0167-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.17.024