青稞淀粉和小麥淀粉的理化性質比較研究

鄭學玲 張玉玉 張 杰

(河南工業大學糧油食品學院,鄭州 450052)

青稞淀粉和小麥淀粉的理化性質比較研究

鄭學玲 張玉玉 張 杰

(河南工業大學糧油食品學院,鄭州 450052)

研究了青稞淀粉的理化性質,包括淀粉的顆粒形態、粒度分布及淀粉糊透明度、溶解度、膨脹力和糊化特性,并與小麥淀粉性質進行比較。結果表明:青稞淀粉顆粒的平均粒徑大于小麥淀粉顆粒的平均粒徑,青稞淀粉顆粒大小和形狀分布均勻;青稞淀粉糊透明度大于小麥淀粉糊,但在儲藏過程中,青稞淀粉糊透光率變化顯著;青稞淀粉的溶解度和膨脹力均大于小麥淀粉糊,這與小麥淀粉中小顆粒淀粉含量較多有關;與小麥淀粉的糊化相比,青稞淀粉成糊溫度低,糊化容易,但峰值黏度低,衰減值大,熱糊穩定性差,回生值大,冷糊穩定性差,易老化。

淀粉 青稞 小麥 理化性質

青稞生長在中國西北、西南青藏高原地區,是大麥的變種,俗稱裸大麥,又稱元麥[1],青稞中平均含64%的淀粉、11%的蛋白質、5%的β-葡聚糖、其余的 20%中包含水分、纖維和一些微量元素[2]。在我國,青稞多數被用作飼料,少部分用于釀酒工業,而在食品工業上的應用很少。青稞的價值是在 20世紀 70年代在加拿大被發現的,加拿大是世界上青稞產量最高的國家,因此對青稞及青稞淀粉的研究也最深入。國外已經研究利用青稞生產高附加值的產品,通過研磨、制粒、蒸、煮、烤、擠壓、制片以用于西方食品的生產[3]。而國內目前對青稞的研究主要是對青稞中β-葡聚糖功能特性的研究[4-5],而對青稞中含量最多的組分——淀粉的研究卻很少,史一一等[6]對利用堿性蛋白酶提取青稞淀粉工藝進行了研究;鄒弈星等[7]對不同品種的青稞的總淀粉含量和直鏈淀粉含量以及淀粉黏度性狀進行了研究,但現階段國內對于青稞淀粉的特性還沒有深入的研究。

本試驗以青稞為原料,提取青稞淀粉,并與小麥淀粉進行特性比較研究。通過比較研究,深入了解青稞淀粉的特性,為青稞及青稞淀粉的開發利用提供理論基礎。

1 試料與方法

1.1 試驗材料

青稞 (北青 6號):蘭州奇正藏藥集團;小麥粉:鄭州金苑面業有限公司。其他試劑均為分析純。

1.2 主要試驗儀器

FJ300-S高速分散均質機:上海標本模型廠; Beckman高速冷凍離心機:貝克曼庫爾特有限公司; Shi madzu電子分析天平:日本島津公司;Kjeltec 2300型自動定氮儀:丹麥福斯集團;W inner3001型激光粒度分析儀:濟南微納顆粒技術有限公司;JS M-6700F掃描電子顯微鏡:日本電子株式會社 (JEOL); UV2000紫外可見分光光度計:尤尼柯 (上海)儀器有限公司;RVA-3D型快速黏度分析儀:澳大利亞NEWPORT公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 青稞淀粉的制備

青稞(北青 6號)漂洗后晾干,根據其水分含量加水調質,潤麥 48 h后實驗磨磨粉,制備青稞粉。

青稞米 (北青 6號)和水以 1∶5的比例混合均勻,在 10 000 r/min轉速下常壓均質 5 min,按原料0.3%的比例加入纖維素酶,用飽和 Na2CO3調節至pH4.5,在 50℃水浴中酶解 2 h,然后離心、離心后小心刮去上層灰色蛋白層。上層蛋白成加蒸餾水再離心,下層淀粉層加蒸餾水再離心,離心后分出上層蛋白層,將淀粉收集在一起,以盡可能多地提取淀粉;將得到的淀粉中加入一定量的 95%的乙醇進行洗滌、抽濾,烘箱(50℃)干燥,即得到淀粉成品。

1.3.2 小麥淀粉的制備

小麥淀粉的制備采用面團法:小麥粉中加入50%水,和面機揉成團,靜置 20 min,水洗面團,將淀粉漿過 100目篩,棄去細碎面筋,然后對淀粉漿離心(4 000 r/min,15 min)。倒掉上清液,小心刮去最上層淡黃色物質,收集下層淀粉,用 95%的乙醇進行抽濾洗滌,將淀粉放入恒溫 (50℃)干燥箱烘干后即為小麥淀粉。

1.3.3 基本組分的測定

水分:依據 GB 5497—1985 105℃恒重法測定;灰分:依據 GB/T 5505—2008測定;粗蛋白:依據GB/T 12091—1989測定;粗淀粉:1%鹽酸旋光法測定[8];粗脂肪:依據 GB/T 5512—2008測定。

1.3.4 淀粉顆粒特性研究

1.3.4.1 電子顯微鏡掃描

用雙面膠將干燥的淀粉顆粒固定在金屬架上,噴金鍍膜,然后用電子掃描顯微鏡在 500倍下進行掃描觀察。

1.3.4.2 淀粉顆粒粒度分布

取一定量的淀粉粉末放入粒度分析儀的料斗中,開啟喂料器,粉末均勻進入噴射泵,來自氣源的氣體使料粉與空氣混合并加速至聲波,顆粒在管道中被分散,經噴嘴進入樣品窗。來自 He-Ne激光器的激光束經擴散,濾波,匯聚后照射到測量區,測量區中的待測顆粒群在激光的照射下產生散射譜。

1.3.5 淀粉糊特性

1.3.5.1 淀粉糊透明度

根據趙全等[9]測定淀粉糊透明度的方法并稍做改動:稱取青稞淀粉和小麥淀粉配成 50 mL質量分數為1%的淀粉乳,置于沸水浴中加熱糊化并保溫15 min,過程中保持淀粉糊的體積不變,冷卻至室溫,在620 nm波長下分別測兩種淀粉糊在放置 0、3、6、9、12、24、36、48、72 h后的透光率,并以蒸餾水作為空白(透光率為 100%)。

1.3.5.2 淀粉糊溶解度和膨脹力

根據馬力等[10]測定淀粉糊溶解度和膨脹力的方法并稍做改動:將 50 mL質量分數為 2%的淀粉糊分別在 30、40、50、60、70、80、90℃的水浴中攪拌30 min,然后在 3 000 r/min轉速下離心 15 min,移出上清液后置于在 105℃恒溫干燥箱中烘干后稱重,即得被溶解淀粉質量A,將離心管中沉淀物稱重,即得膨脹淀粉的質量 P,樣品干基質量為M。

溶解度S=A/M×100%

膨脹力B=P/[M(100-S)]×100%

1.3.5.3 淀粉糊糊化特性

按照美國谷物化學家協會 (AACC66-21)的方法。準確稱取一定量的淀粉樣品,加入到裝有 25.0 mL蒸餾水的樣品盒中,充分攪拌后,置于 RVA樣品槽內,最初 10 s以 960 r/min攪拌,形成均勻懸濁液后,采用不同轉速至試驗結束。測試過程的溫度采用 Std1升溫程序進行。

糊化特性用 RVA參數表示,主要包括:峰值黏度(peak viscosity)、谷值黏度 (through viscosity)、衰減值(breakdown)、最終黏度 (final viscosity)、回生值(setback)、峰值時間 (peak time)、成糊溫度 (pasting temperature)。

2 結果與討論

2.1 基本組分

對試驗制備的青稞淀粉和小麥淀粉進行組分測定,結果如表 1所示。

表1 青稞淀粉和小麥淀粉基本組分

由表 1可知,提取出的青稞淀粉中粗淀粉含量為 88.75%,高于小麥淀粉的粗淀粉含量;但青稞淀粉的灰分、粗蛋白、粗脂肪含量均高于小麥淀粉。通過對制備的兩種淀粉基本組分的測定,都符合相關文獻報道的淀粉中粗蛋白 <0.4%,灰分 <0.3%,粗脂肪含量1%左右的標準。

2.2 淀粉顆粒特性

2.2.1 淀粉顆粒結構

對提取的青稞淀粉和小麥淀粉進行 500倍的電鏡掃描,圖 1是青稞淀粉和小麥淀粉的掃描電鏡圖。

圖 1 青稞淀粉和小麥淀粉電鏡掃描圖

通過圖 1可以看出,所提取出的青稞淀粉和小麥淀粉主要是大顆粒的 A淀粉,兩種淀粉的 A淀粉主要為扁球形、橢圓形和圓形,而且直徑越大其形狀越扁、越圓;其中青稞淀粉的顆粒大小和形狀分布較小麥淀粉均勻,這與之后做的青稞淀粉和小麥淀粉的粒度分布結果是一致的。同時在圖 1b上還可以觀察到小麥淀粉中還含有一定數量呈圓形的小顆粒B淀粉,而在圖1a青稞淀粉中B淀粉的數量卻很少。

2.2.2 淀粉粒度分布

顆粒大小稱為顆粒度。顆粒形狀通常很復雜,很難用一個尺度來表示。球形顆粒以其直徑為顆粒尺寸;不規則顆粒的顆粒尺寸常為等當直徑,在大多數情況下以顆粒度表示等當直徑。顆粒分布常見的表達形式有粒度分布曲線、平均粒徑、標準偏差、分布寬度等。粒度分布是用特定的儀器和方法反映出的不同粒徑顆粒占粉體總重量的百分數。d10表示樣品中粒徑小于該直徑的顆粒占 10%;d50表示樣品中大于該粒徑和小于該粒徑的顆粒各占 50%;d90表示粒徑小于該直徑的顆粒占 90%。d50的數值就是顆粒的平均粒徑,它將相對百分率一分為二。

表 2是青稞淀粉和小麥淀粉的粒度測定結果。圖 2、圖 3分別是青稞淀粉和小麥淀粉的粒度分布曲線。

表2 青稞淀粉和小麥淀粉粒度測定結果

由表 2可知,青稞淀粉的平均粒徑為 18.13μm,大于小麥淀粉的平均粒徑。小麥淀粉 d10是 6.33 μm,小于青稞淀粉的 d10,可知小麥淀粉含有小顆粒多于青稞淀粉。而小麥淀粉的 d90數值大于青稞淀粉的 d90,則說明了青稞淀粉的粒度分布相比小麥淀粉集中,顆粒較均勻。

2.3 淀粉糊特性

2.3.1 淀粉糊的透明度

淀粉糊的透明度是淀粉的一個重要的外在特征,它能反應淀粉與水結合的情況。淀粉糊在儲藏的過程中,透明度會退化,引起糊透明度變化的主要原因是淀粉在儲藏的過程中發生老化,直鏈淀粉重新締合,形成結晶。

表3 質量分數為1%的淀粉糊不同儲藏時間的透明度

淀粉的透明度與淀粉的溶解度有關,一般情況下,淀粉的溶解度越大,淀粉糊中存在能引起光線折射的未膨脹糊化的顆粒狀淀粉越少,淀粉糊的透明度越大。由表 3可知:在 0 h時,青稞淀粉糊的的透光率是 16.5,高于小麥淀粉糊的透光率,這說明在同一質量分數下,青稞淀粉的透明度大于小麥淀粉的透明度。

隨著放置時間的延長,青稞淀粉和小麥淀粉糊的透光率都隨之減小,在放置的初期,兩種淀粉的透光率都迅速下降,隨后透光率下降的趨勢減緩趨于極限。這是因為淀粉糊淀粉在低溫靜置的過程中,淀粉分子重新排列、互相締合發生老化影響淀粉糊透明度,在靜置初期淀粉糊的老化度迅速增加,但隨著時間的延長,老化度增加的速度減慢并逐漸趨于飽和。在放置過程中,青稞淀粉透明度下降的趨勢要比小麥淀粉顯著,這說明了青稞淀粉在放置過程中老化的速度要快于小麥淀粉,青稞淀粉較容易老化。

2.3.2 淀粉糊的溶解度和膨脹力

溶解度指在一定溫度下,淀粉樣品分子在水中的溶解程度;膨脹力反映的是淀粉在糊化過程中的吸水特性和在一定條件下離心后,糊漿的持水能力[11]。膨脹力與溶解度都是反應淀粉與水之間相互作用的大小。

表 4 兩種淀粉在不同溫度下的溶解度

淀粉的溶解主要是直鏈淀粉及小的支鏈淀粉從膨脹的顆粒中逸出,從表 4可以看出,隨溫度的升高,青稞淀粉和小麥淀粉的溶解度都呈增大的趨勢。在 60℃之前,兩種淀粉的溶解度增大的趨勢都很小,但從 60℃開始,淀粉的溶解度都開始顯著增大,這說明了隨著溫度的升高,水分進入到淀粉顆粒中,淀粉顆粒開始吸水膨脹,同時造成未結晶部分直鏈淀粉因受熱作用而逐漸溶于水中,從而使淀粉的溶解度增加。另外,由表 4可知青稞淀粉的溶解度大于小麥淀粉的溶解度,這也可以解釋在同一質量分數下青稞淀粉的透明度大于小麥淀粉的透明度。

表 5 兩種淀粉在不同溫度下的膨脹力

潤漲特性是淀粉糊化過程的動力學過程,淀粉的潤漲通常伴隨有淀粉顆粒的吸水、顆粒體積的膨大,支鏈淀粉微晶束的溶解,直鏈淀粉晶體雙螺旋結構的打開及溶解,直鏈淀粉的脫離,膠體的形成,直鏈淀粉的再結晶等過程。

由表 5可知,青稞淀粉和小麥淀粉的膨脹力都隨著溫度的升高而增大,當溫度在 60℃以下時,青稞淀粉和小麥淀粉的膨脹力都較小,但當溫度上升到 60℃之后,淀粉的膨脹力都開始明顯增大,兩種淀粉都存在一個初期膨脹階段和快速膨脹階段,這是因為隨著溫度升高到接近淀粉的糊化溫度,淀粉的微晶束結構開始松動,從而使暴露出來的極性基團與水結合,急劇吸收周圍的水分,造成其膨脹力快速增加。

由表4和表5還可以看出在同一溫度下,青稞淀粉的溶解度和膨脹力要高于小麥淀粉,而且青稞淀粉的溶解度和膨脹力隨溫度變化的趨勢要比小麥淀粉顯著,這與淀粉的顆粒結構有關,淀粉的溶解度和膨脹力受淀粉顆粒結構的制約,小顆粒淀粉顆粒之間堆積緊密,吸水膨脹空間阻力大,而小麥淀粉中的小顆粒淀粉的含量較高,從而使小麥淀粉的溶解度和膨脹力受到影響。

2.3.3 淀粉糊的糊化特性

糊化是淀粉的重要應用性質,淀粉糊的性質對淀粉的應用顯得十分重要,淀粉的峰值黏度、回生值、衰減值等指標都決定了淀粉的使用范圍和用途。因此,對淀粉糊化性質的了解是其應用的重要依據。表 6是利用RVA測出的青稞淀粉和小麥淀粉的糊化指標。

表6 兩種淀粉糊化指標測定

由表 6中可知,青稞淀粉的成糊溫度低于小麥淀粉,這說明青稞淀粉比小麥淀粉容易糊化,原因可能是小麥淀粉中小顆粒淀粉含量較高,小顆粒淀粉之間堆積緊密造成糊化比較困難,影響了小麥淀粉的糊化,從而使小麥淀粉的成糊溫度較高。由 RVA測定的兩種淀粉的成糊溫度都在 80℃以上,這是因為RVA測定得成糊溫度是指淀粉黏度剛開始升高的溫度,在許多情況下,測定出的成糊溫度偏高[12]。青稞淀粉的峰值黏度、低谷黏度都小于小麥淀粉,但衰減值大于小麥淀粉,這說明了青稞淀粉顆粒膨脹的程度小,溶脹后的淀粉強度小,易于破裂,導致其熱糊穩定性差。青稞淀粉的回生值大于小麥淀粉,說明青稞淀粉的冷糊穩定性差。回生值在一定程度上還說明淀粉糊的老化的程度,回生值越大,越容易老化,所以青稞淀粉要比小麥淀粉容易老化。

3 結論

3.1 青稞淀粉的顆粒大小和形狀分布均勻,平均粒徑為 18.13μm,大于小麥淀粉顆粒的平均粒徑,青稞淀粉中小顆粒的B淀粉含量少。

3.2 青稞淀粉糊透明度要高于小麥淀粉,但在儲藏過程中,青稞淀粉糊透光率減小趨勢顯著,說明青稞淀粉老化的速度比小麥淀粉快,青稞淀粉易老化。

3.3 青稞淀粉的溶解度和膨脹力都隨著溫度的升高呈增大的趨勢,但是在任一溫度下,青稞淀粉的溶解度和膨脹力都大于小麥淀粉,這與小麥淀粉中小顆粒淀粉含量高有關。

3.4 從 RVA糊化曲線上可知:青稞淀粉成糊溫度低于小麥淀粉,糊化較容易;但峰值黏度低,衰減值大,其熱糊穩定性差,回生值大,冷糊穩定性差,易老化。

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Comparison of Physicochemical Properties of Hull-lessBarley Starch andWheat Starch

Zheng Xueling Zhang Yuyu Zhang Jie
(Food college,Henan University of Technology,Zhengzhou 450052)

The physicochemical property of starch granules and starch paste of hull-less barley starch were studied,and compared with wheat starch.Results:The average granule size of hull-less barley starch is larger than that ofwheat starch,but the granule size and shape of hull-less barley starch are more unifor m.The starch paste transparency of hull-less barley is higher than that ofwheat starch paste.During storage process,the paste trans mit2 tance of hull-less barley starch changes significantly.The solubility and s welling power of hull-less barley starch are higher than wheat starch,because wheat starch containsmore medium and small granules.Compared with wheat starch,hull-less barley starch has lowerpasting temperature and is easier to paste;hull-less barley starch has low2 er peak viscosity,higher breakdown,worse hot paste stability and larger setback,worse cold paste stability and is easier in retrogradation.

starch,hull-less barley,wheat,physicochemical property

TS201.2 文獻標識碼:A 文章編號:1003-0174(2010)10-0052-05

2009-10-13

鄭學玲,女,1972年出生,副教授,谷物加工、品質及綜合利用