脫脂對糯玉米淀粉熱力學(xué)特性的影響

陸大雷 郭換粉 董 策 陸衛(wèi)平

(揚州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理重點實驗室農(nóng)業(yè)部長江中下游作物生理生態(tài)與栽培重點開放實驗室,揚州 225009)

脫脂對糯玉米淀粉熱力學(xué)特性的影響

陸大雷 郭換粉 董 策 陸衛(wèi)平

(揚州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理重點實驗室農(nóng)業(yè)部長江中下游作物生理生態(tài)與栽培重點開放實驗室,揚州 225009)

以 4個糯玉米淀粉為材料,對其進行脫脂處理,分析了其對淀粉熱力學(xué)特性的影響。結(jié)果表明,脫脂使淀粉中的磷元素含量顯著降低,導(dǎo)致淀粉的起始溫度、峰值溫度、終值溫度、峰值指數(shù)和熱焓值降低,糊化范圍擴大。淀粉和脫脂淀粉糊化冷藏后發(fā)生回生,表現(xiàn)為脫脂增加了回生淀粉的熱焓值,進而增加了淀粉的回生值和峰值指數(shù),而起始溫度、峰值溫度、終值溫度和糊化范圍受脫脂影響較小。淀粉和脫脂淀粉的熱焓值存在顯著的基因型差異,淀粉的熱焓值以渝糯 408最低,脫脂淀粉的熱焓值以鄭彩糯 1號最低。淀粉回生后熱焓值和回生值差異較小,而脫脂淀粉回生后熱焓值和回生值以 YA30142最高,鄭彩糯 1號最低。

糯玉米淀粉 脫脂 磷 熱力學(xué)特性

谷類作物淀粉中含有少量脂肪,其通過與直鏈淀粉和支鏈淀粉中的長鏈形成復(fù)合物[1-4],進而對淀粉理化特性存在顯著影響[5-6]。Chung等[7]研究表明,高直鏈玉米淀粉脫脂后,酸解效應(yīng)增強,使更多的直鏈淀粉可以形成雙螺旋;同時,脫脂使淀粉的轉(zhuǎn)變溫度和熱焓值降低。Jeong等[8]研究發(fā)現(xiàn),脫脂增加了直鏈淀粉的熱焓值,其主要原因是脫脂使直鏈淀粉鏈容易重結(jié)晶。劉奕等[9]研究表明,脫脂對米粉的轉(zhuǎn)變溫度影響不明顯,但使熱焓值顯著降低。

糯玉米是受wx隱性基因控制的、其胚乳淀粉幾乎由支鏈淀粉組成的一類特用玉米。糯玉米淀粉容易糊化,黏滯性強,透明度和溶解度高,凍融穩(wěn)定性好,在食品工業(yè)受到了廣泛關(guān)注。本課題組前期報道了脫脂對糯玉米淀粉晶體特性和糊化特性的影響[10],在此,進一步研究脫脂對糯玉米淀粉熱力學(xué)特性的影響,以期為糯玉米淀粉在工業(yè)上的更好應(yīng)用提供理論指導(dǎo)和相關(guān)參考。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

以我國近年來育成的 YA30142、蘇糯 528、渝糯408和鄭彩糯 1號 4個糯玉米品種為材料,于 2007年夏季種植于揚州大學(xué)農(nóng)學(xué)院實驗田,田間常規(guī)栽培管理。

200F3 Maia差示掃描量熱儀:德國 NETZSCH;MASR5微波高壓密閉消解系統(tǒng):美國 CEM公司;I2 SIS Intrepid IIXSP全譜直讀等離子發(fā)射光譜儀:美國Thermo Electron公司。

1.2 樣品準(zhǔn)備

按本課題組前期已報道的方法制備淀粉和脫脂淀粉[10]。

1.3 磷元素含量分析

由于玉米中脂肪主要以磷脂形式存在[11],以磷元素含量來評價脂肪含量。稱取 0.5 g樣品,加入5 mL優(yōu)級純硝酸和 2～3滴雙氧水,放入微波消解系統(tǒng),180℃硝化 15 min,過濾定容至 100 mL,利用等離子發(fā)射光譜儀測定磷元素含量。

1.4 熱力學(xué)特性測定

參照本課題組前期已報道的方法進行測定[12]。稱取 5 mg淀粉,加 10μL超純水,將樣品鋁盒密封后置于 4℃冰箱平衡過夜,在測試前取出回溫 1 h,然后放入 DSC中測定,以 10℃/min使鋁盒溫度由20℃升至 100℃,以密封空白鋁盒作參照。記錄和計算起始溫度、峰值溫度、終值溫度、熱焓值,糊化范圍和峰值指數(shù),其中,糊化范圍 =2×(峰值溫度 -起始溫度);峰值指數(shù) =熱焓值 /(峰值溫度 -起始溫度)。

將分析樣品于 4℃保存 7 d后進行淀粉回生特性分析。將樣品鋁盒以 10℃/min由 20℃升至 100℃,以密封空白鋁盒作參照,記錄和計算相應(yīng)參數(shù)。回生值 =回生淀粉的熱焓值/原淀粉的熱焓值 ×100%。

1.5 數(shù)據(jù)分析

樣品數(shù)據(jù)采用 DPS 7.05進行統(tǒng)計分析,顯著性測驗采用 LSD法。DSC吸熱圖譜系統(tǒng)自動生成的數(shù)據(jù)進行平均后采用 Excel 2000作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷元素含量

磷含量可用于評價淀粉中脂肪的含量。4個糯玉米品種淀粉磷含量均存在基因型差異 (見圖 1)。淀粉磷元素含量以 YA30142最高 (12.9 mg/100 g),渝糯 408最低 (4.8 mg/100 g)。脫脂淀粉磷元素含量以鄭彩糯較高 (4.2 mg/100 g),YA30142較低(2.9 mg/100 g)。Debet等[11]和 Craig等[13]分別報道了玉米淀粉中磷的含量約為 2～19 mg/100 g和3～13 mg/100 g。當(dāng)?shù)矸勖撝?磷含量降至 2.9～4.2 mg/100 g,表現(xiàn)脫脂淀粉中脂肪有所降低。從圖1還可看出,脫脂使淀粉中的磷元素含量顯著降低,降低幅度以 YA30142最大,達 77.5%,渝糯 408最低,降低了 12.5%。

圖 1 脫脂對磷元素含量的影響

2.2 膠凝特性

從表 1可知,脫脂對淀粉的膠凝特征值存在著顯著影響,具體表現(xiàn)為使起始溫度、峰值溫度、終值溫度和峰值指數(shù)下降,脫脂使 YA30142、蘇糯 528和鄭彩糯 1號的熱焓值降低,但使渝糯 408的熱焓值有所升高。同時,脫脂增加了淀粉的糊化范圍。表明脫脂處理引起了淀粉膠凝特性的改變,脫脂淀粉具有較低的起始溫度、峰值溫度、終值溫度和較低的熱焓值。其原因主要是脫脂后淀粉顆粒的膨脹勢降低,同時淀粉顆粒不易變形所致[14]。這和 Chung等[7]、劉奕等[9]的研究結(jié)果相似,但 Perera等[15]研究脫脂對馬鈴薯淀粉熱力學(xué)特性時發(fā)現(xiàn)脫脂增加了淀粉的熱焓值和轉(zhuǎn)變溫度。Vasanthan等[16]研究脫脂對小麥、玉米、馬鈴薯、木薯和小扁豆淀粉的影響時發(fā)現(xiàn),不同作物淀粉的熱力學(xué)特性對脫脂響應(yīng)不一,其主要原因是由于淀粉組成不同所致。從表 1可知,淀粉以及脫脂淀粉的膠凝特征值存在顯著的基因型差異。不同品種淀粉比較,起始溫度、峰值溫度、終值溫度 3個指標(biāo)均以蘇糯 528最高,以鄭彩糯1號最低;熱焓值和糊化范圍以渝糯 408最低,其他 3個品種間無顯著差異;峰值指數(shù)以鄭彩糯 1號和YA30142最高,渝糯 408最低。在其他作物上的研究同樣表明,淀粉的膠凝特性存在顯著的基因型差異[17-19]。淀粉脫脂后膠凝特征值同樣存在基因型差異,起始溫度、峰值溫度和終值溫度以鄭彩糯 1號最低,起始溫度渝糯 408最高,峰值溫度和終值溫度蘇糯 528最高;熱焓值鄭彩糯 1號最低,其他 3個品種間無顯著差異,糊化范圍以蘇糯 528最高,其他 3個品種間無顯著差異,峰值指數(shù)以渝糯 408最高,其他 3個品種間無顯著差異。

表 1 糯玉米粉、淀粉和脫脂淀粉的膠凝特征值

2.3 回生特性

膠凝淀粉冷藏后發(fā)生回生,表現(xiàn)為起始溫度、峰值溫度、終值溫度、熱焓值和峰值指數(shù)降低,糊化范圍擴大 (表 2),其主要原因是由于回生淀粉形成的淀粉結(jié)構(gòu)較為松散[20]。從表 2可知,脫脂使 YA30142的起始溫度和峰值溫度降低,但其余三個品種受影響較小,而終值溫度和糊化范圍四品種受脫脂影響均較小。脫脂對鄭彩糯 1號的熱焓值影響較小,但使其他 3個品種的熱焓值增加。脫脂增加了四個品種的峰值指數(shù)和回生值。淀粉脫脂后,由于淀粉 --脂結(jié)構(gòu)被破壞,淀粉容易瀝出,同時脫脂增加了顆粒的硬度,導(dǎo)致其易形成凝膠,使其容易回生[14]。從表 2還可以看出,淀粉回生后,其峰值溫度、終值溫度、熱焓值、糊化范圍和回生值基因型差異較小,而起始溫度和峰值指數(shù)以 YA30142最高,渝糯 408最低。脫脂淀粉回生后,起始溫度以蘇糯 528最高,渝糯 408最低,峰值溫度和終值溫度品種間無顯著差異,回生值和熱焓值以 YA30142最高,鄭彩糯 1號最低。糊化范圍以渝糯 408最高,蘇糯 528最低,峰值指數(shù)以蘇糯 528最高,渝糯 408最低。

表 2 糯玉米淀粉和脫脂淀粉的回生特征值

3 結(jié)論

脫脂表現(xiàn)為磷元素含量的顯著降低。脫脂引起了糯玉米淀粉熱力學(xué)特性的改變,總體上表現(xiàn)為脫脂降低了淀粉的起始溫度、峰值溫度、終值溫度、熱焓值和峰值指數(shù),但使糊化范圍擴大。同時,脫脂還增加了回生淀粉的熱焓值,進而導(dǎo)致回生值有所增加。糯玉米淀粉的熱力學(xué)特性存在顯著的基因型差異,且對脫脂的響應(yīng)存在基因型差異。

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Effects ofDefatting on Starch Ther mal Properties ofWaxyMaize

Lu Dalei Guo Huanfen Dong Ce LuWeiping
(KeyLaboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province/Key Laboratory of Crop Physiology,Ecology and Cultivation inMiddle and Lower Reaches of Yangtse River ofMinistry ofAgriculture,Yangzhou University,Yangzhou 225009)

The effects of defatting on thermal properties of starch samples from four waxy maize varieties were studied.Results:Defatting leads to a marked decrease of P content,thus decreases the onset temperature,peak tem2 perature,conclusion temperature,peak height index and gelatinization enthalpy,whereas enlarges gelatinization range.Retrogradation occurred in the experiment after the gelatinized samples were stored at 4℃for seven days.Results show defatting increases the retrogradation enthalpy,which results in an increment of retrogradation percentage and peak height index,while onset temperature,peak temperature,conclusion temperature and retrogradation range are lit2 tle affected by defatting.Significant differencesof gelatinization enthalpy for starch and defatted starch among the four waxy maize varieties are observed.For starch,Yunuo408 presents the lowest gelatinization enthalpy;and for defatted starch,Zhengcainuo1 presents the lowest gelatinization enthalpy.The retrogradation enthalpy and retrogradation per2 centage,for starch are similar among the fourwaxymaize varieties,while for defatted starch the highest is from variety YA30142 and the lowest is from Zhengcainuo1.

waxy maize starch,defatting,phosphorus,thermal property

S513

A

1003-0174(2011)01-0048-04

國家自然科學(xué)基金(30971731),江蘇省作物栽培生理重點實驗室開放課題 (02738800372),揚州大學(xué)博士啟動基金(2009087)

2010-01-05

陸大雷,男,1980年出生,講師,博士,玉米品質(zhì)

通迅作者:陸衛(wèi)平,男,1958年出生,教授,博士生導(dǎo)師,玉米生理