淀粉凝膠儲藏過程中消化和質構特性的變化

王 充 張國權 羅勤貴 郭神旺

(西北農林科技大學食品科學與工程學院，楊凌 712100)

淀粉凝膠儲藏過程中消化和質構特性的變化

王 充 張國權 羅勤貴 郭神旺

(西北農林科技大學食品科學與工程學院，楊凌 712100)

采用酶解法和全質構分析分別測定了紅薯、綠豆和馬鈴薯淀粉凝膠在儲藏過程中的消化特性和質構特性，并對消化特性與質構特性指標之間進行簡單相關和逐步回歸分析。結果表明:在25℃儲藏10 d內，綠豆淀粉凝膠的老化性能強于紅薯淀粉和馬鈴薯淀粉。淀粉凝膠的消化率降低，慢消化淀粉和抗性淀粉含量增加，快消化淀粉含量降低;淀粉凝膠的硬度隨儲藏時間的延長逐漸增加，回復值則逐漸減小。快消化淀粉含量、硬度和回復值可作為淀粉凝膠類食品的老化評價指標。

淀粉凝膠 老化 消化特性 質構特性

淀粉凝膠類食品如米粉、涼粉等是我國傳統風味小吃，深受人們喜愛。由于高水分(60%以上)和高淀粉(80%以上)含量，這類食物在制作成熟后，隨儲藏時間的延長，食品變硬、干縮、消化吸收率降低，可食用品質下降，淀粉老化而引起的品質劣化是其中一個重要原因［1］。老化一般而言是直鏈淀粉及支鏈淀粉的直線部分趨向于平行排列，從無定形態回復到結晶體。隨著分子重排的進行，淀粉糊化后的膠體結構被破壞，吸水能力下降，水分析出、散失從而影響食品品質。

不同植物種類、食品加工處理方式及儲藏過程等因素均直接或間接影響到淀粉質食品的老化程度［2］。豆類淀粉的直支淀粉比例均高于谷物和薯類淀粉，儲藏過程中容易老化［3］，Parchure 等［4］以抗性淀粉含量為指標發現常壓蒸煮、高壓蒸煮比焙烤、擠壓、煎炸和轉鼓干燥等處理方式更有利于玉米的老化。食品中應用較廣泛的RS3型抗性淀粉是老化淀粉的重結晶體，由淀粉或淀粉質食品經過脫支、微波、擠壓、熱處理等方式得到［2］。檢測淀粉質食品的老化程度有直接和間接多種方法，全質構分析(TPA)法通過測定饅頭、面包等制品貯存過程中質構特性的變化來反應產品的老化程度，其指標與消費者感知的老化度有很好的相關性［5－7］;差示量熱掃描法(DSC)可提供淀粉回生、相態轉變、以及分子構象變化的信息，已被廣泛用于淀粉質食品老化的研究［8－9］;X － 射線衍射法(X － ray diffraction)可以測定淀粉體系中晶體的含量，還可以區分晶體的晶型，淀粉的結晶度與面包硬度間具有很好的相關性［10－11］。另外，由于淀粉的結構不同，其對酶降解的敏感程度有明顯的差異，研究人員采用酶解法將淀粉劃分為快消化淀粉、慢消化淀粉和抗性淀粉［2，12］。淀粉凝膠類食品大多新鮮即食，關于其老化研究也少見報道，且相關研究主要集中于面包、米糕類制品。本試驗以紅薯、馬鈴薯和綠豆淀粉凝膠為對象，主要從質構和消化特性角度對淀粉凝膠的老化程度進行評價，以期為淀粉凝膠類食品的防老化提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料

紅薯淀粉:河南天豫經貿有限公司，其蛋白質0.31%，灰分0.23%;綠豆淀粉:河北衡水福橋淀粉有限公司，其蛋白質0.65%，灰分0.31%;馬鈴薯淀粉:榆林市新田源集團富元淀粉有限公司，其蛋白質0.21%，灰分0.23%;胰 a－ 淀粉酶(3 000 U/g)、葡萄糖淀粉酶(3 300 U/mL):愛爾蘭Megazyme公司。

1.2 主要儀器設備

TA－XT2i型物性儀:英國Stable Micro System公司;LGJ－25C壓蓋型冷凍干燥機:北京四環科學儀器廠有限公司;UVmini 1240紫外分光光度計:日本島津。

1.3 方法

1.3.1 參試淀粉基本組分測定

總淀粉含量，參照食品中淀粉的測定方法，GB/T 5009.9—2003;粗蛋白含量，參照食品中蛋白質的測定方法，GB/T 5009.5—2003;直鏈淀粉含量，參照稻米直鏈淀粉含量的測定方法，GB/T 15683—1995。

1.3.2 凝膠樣品制備

20 g淀粉與蒸餾水1∶4混勻，沸水浴中攪拌成糊后放入蒸鍋內蒸煮糊化20 min，冷卻至室溫，置于25℃恒溫箱儲藏備用。

1.3.3 淀粉凝膠體外消化性能的測定

分別將儲藏 0、1、3、5、7、10 d 的凝膠樣品冷凍干燥，用萬能粉碎機粉碎，過100目篩，備用。

淀粉凝膠消化特性的測定采用酶水解法［12－14］:稱取0.100 g樣品，加入15 mL磷酸鹽緩沖液(pH 6.9)，再加入1 mL α －淀粉酶(約250 U)和1 mL 葡萄糖淀粉酶(約100 U)，混合均勻，在37℃振蕩水浴鍋分別作用20、120 min后，用3，5－二硝基水楊酸法測定樣品中葡萄糖的量。

淀粉凝膠的消化特性能通過快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)來表征，計算公式如下:

快消化淀粉 RDS=(G20－FG)×0.9

慢消化淀粉 SDS=(G120－G20)×0.9

抗性淀粉 RS=TS－(RDS+SDS)

式中:G20為20 min內樣品酶水解產生的葡萄糖質量/mg;FG為酶水解前樣品中游離的葡萄糖質量/mg;G120為120 min內樣品酶水解產生的葡萄糖質量/mg;TS為樣品中總淀粉質量/mg。

1.3.4 淀粉凝膠的質構特性測試

全質構分析又稱TPA，是一種質構測定模式，主要通過模擬人口腔的咀嚼運動，對固體半固體樣品進行兩次壓縮，測試與微機連接，通過界面輸出質構測試曲線，從中可分析質構特性參數，同時研究者可根據樣品的種類和研究目的重點分析其中幾個指標，所獲得的指標包括脆性、硬度、黏性、彈性、黏聚性、膠著性、咀嚼性［15］。

分別將儲藏 0、1、3、5、7、10 d 的凝膠樣品制成直徑和高度均為1 cm的圓柱體。TPA測定參數為:測試探頭P/36R，測試前速度1 mm/s，測試速度1 mm/s，測試后速度1 mm/s，壓縮比為40%，觸發力5 g，時間間隔10 s，壓縮兩次。每種試樣至少重復6次，結果取平均值。

1.3.5 數據處理與統計分析

采用DPS7.0.5軟件進行數據處理。采用EXCEL2003版進行圖形處理。

2 結果與討論

2.1 淀粉組成

表1為紅薯淀粉、綠豆淀粉和馬鈴薯淀粉的基本組成。3種淀粉的總淀粉含量均高于98%，直鏈淀粉含量在淀粉種類間存在明顯差異，紅薯淀粉的直鏈淀粉含量遠低于綠豆和馬鈴薯淀粉(P≤0.05)。

表1 淀粉的基本組成

2.2 儲藏過程中淀粉凝膠的消化特性

從圖1至圖4可以看出，淀粉凝膠在儲藏的1～3 d內，抗性淀粉(RS)含量和慢消化淀粉(SDS)含量增幅較快，即SDS+RS含量增加，快消化淀粉(RDS)含量則降低。這可能是因為淀粉在老化初始階段，直鏈淀粉分子互相纏繞形成穩定的三維網絡結構，導致RS和SDS含量增加。隨儲藏時間的延長(5～10 d)，淀粉凝膠中的SDS含量繼續增加，RDS含量逐漸降低，而RS含量變化不大。支鏈淀粉的老化速度緩慢，淀粉質食品的長期回生可能主要與支鏈淀粉的重結晶有關［16］。

儲藏前期(0～3 d)，綠豆淀粉凝膠中SDS含量顯著高于紅薯和馬鈴薯淀粉凝膠，后兩者間無顯著差別(表2);儲藏后期，紅薯淀粉凝膠中SDS含量快速增加，顯著高于馬鈴薯淀粉凝膠(P≤0.05)。馬鈴薯淀粉凝膠的RS含量均高于紅薯淀粉凝膠，而與綠豆淀粉凝膠無顯著差異。3種淀粉新鮮凝膠間的SDS+RS含量沒有差異，在儲存期內，紅薯和馬鈴薯淀粉凝膠的SDS+RS含量無顯著差異，且均明顯低于綠豆淀粉凝膠。

2.3 儲藏過程中淀粉凝膠的質構特性

從表3可以看出，在儲藏期10 d內，淀粉凝膠的硬度逐漸增加，回復值、凝聚性逐漸減小，彈性值先增加后減少，黏性、咀嚼性是硬度、彈性、凝聚性的綜合表現，在儲藏期內也基本呈現增加的趨勢，這些質地變化標志著淀粉凝膠在儲藏過程中發生了明顯的硬化現象。紅薯、馬鈴薯、綠豆淀粉凝膠的硬度、黏性、咀嚼度在0～1 d內沒有顯著變化，1～3 d內顯著增加(P≤0.05)，3 d后增速減緩，預示著淀粉凝膠在儲藏3 d左右時其質構特性已發生顯著變化，品質下降。綠豆淀粉凝膠硬度、黏性和咀嚼度在儲藏期10 d內均明顯高于紅薯和馬鈴薯淀粉凝膠，表現出較強的老化能力。

2.4 淀粉凝膠體外消化特性和質構特性間的相關關系

2.4.1 淀粉凝膠體外消化特性和質構特性間的簡單相關性

表4為不同淀粉凝膠體外消化特性和質構特性之間的簡單相關分析結果。硬度、黏性和回復值與RDS、SDS、RS和SDS+RS含量之間呈極顯著相關;凝聚性與RDS、SDS和SDS+RS之間呈顯著相關;彈性和咀嚼度與其他各指標之間相關性低。

表2 不同淀粉凝膠消化特性的比較

表3 淀粉凝膠質構分析

表4 質構參數與體外消化特性指標之間的簡單相關系數

2.4.2 淀粉凝膠體外消化特性和質構特性間逐步回歸分析

以體外消化特性指標RDS、SDS、RS及SDS+RS含量分別為因變量，選擇質構特性指標硬度、凝聚性和回復值為自變量，逐步回歸分析結果見表5。

從表5可以看出，參試樣品各回歸方程均達到顯著水平，決定系數R2均在0.976以上，消化特性指標RDS、SDS+RS含量與質構特性指標硬度、凝聚性、回復值間存在顯著的非線性關系，即硬度、凝聚性、回復值對方程的影響顯著。RDS、SDS+RS含量以及硬度、凝聚性和回復值均可在一定程度上表征淀粉凝膠在儲藏過程中的老化變化規律。由于全淀粉和快消化淀粉含量之差為慢消化淀粉和抗性淀粉含量，為減少試驗操作步驟，提高數據的精確性，最終選擇RDS含量、硬度、回復值作為淀粉凝膠類食品的老化評價指標。

表5 淀粉凝膠質構特性和體外消化特性指標間的逐步回歸

3 討論與結論

25℃儲藏0～10 d內，由于早期直鏈淀粉三維網絡的形成和中后期支鏈淀粉的重結晶，參試淀粉凝膠中緩慢消化淀粉、抗性淀粉含量增加，快消化淀粉含量降低，儲藏后期抗性淀粉含量變化不大，前人關于大米和甘薯淀粉凝膠消化特性的研究也有類似結論［14，17］。由于綠豆淀粉的直鏈淀粉含量遠高于紅薯和馬鈴薯淀粉，其直鏈淀粉－脂質復合物含量可能較高，此復合物的存在降低了淀粉顆粒的膨脹和酶解性能。此外，淀粉顆粒膨脹性能弱、膨脹體積小及B型微晶結構，均有利于提高抗酶解性，導致慢消化淀粉和抗性淀粉含量增加［2，18］。所以儲藏期內，綠豆淀粉凝膠中緩慢消化淀粉+抗性淀粉含量均顯著高于紅薯和馬鈴薯。

儲藏期內，淀粉凝膠的硬度、粘性和咀嚼度逐漸增加，發生了明顯的硬化現象，與饅頭、松糕等其他淀粉質食品的表現類似，但其硬化速率各不相同，可能與饅頭(32%)、松糕(60%)和淀粉凝膠(80%)的水分含量不同有關［5，19］，水分含量過高或過低，都會減少淀粉分子之間的交聯，從而降低硬化速率。各參試淀粉凝膠中，綠豆淀粉的直支淀粉比例最高，直鏈淀粉分子在儲藏過程中，易形成結晶，發生老化。另一方面，馬鈴薯和紅薯支鏈淀粉分子的平均鏈長較大，呈樹狀，有較大空間位阻，不易凝沉［18，20］。這使得儲藏過程中綠豆淀粉凝膠硬度、黏性和咀嚼度均高于紅薯和馬鈴薯淀粉凝膠。

有助于淀粉糊化和老化的處理方法均有利于RS3型抗性淀粉的制備［21］。以普通玉米淀粉為原料，通過壓熱和酶解法制備的抗性淀粉得率均在10%以上［22－23］，而以高直鏈玉米淀粉為原料的得率高達39%［24］。本試驗中淀粉凝膠儲藏10 d的抗性淀粉含量在10%左右，這可為抗性淀粉的制備與生產提供新的途徑。

總之，在25℃儲藏10 d內，淀粉凝膠的緩慢消化淀粉、抗性淀粉含量增加，快消化淀粉含量降低，同時淀粉凝膠的硬度、黏性和咀嚼度逐漸增加，回復值、凝聚性逐漸減小，因此可選擇快消化淀粉、硬度、回復值作為淀粉凝膠類食品的老化評價指標。

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Study on Digestibility and Texture Properties Changes of Starch Gels during Storage

Wang Chong Zhang Guoquan Luo QinguiGuo Shenwang
(College of Food Science and Engineering，Northwest A ＆ F University，Yangling 712100)

Enzymatic hydrolysis and texture profile analysis were used to determine the digestibility and texture properties of starch gels made from three starches including sweet potato，mung bean and potato respectively during storage.Based on the obtained data，the correlation and regression analysis between digestibility and texture properties of starch gels were investigated in this study.The results showed that:during storage for 10 days at 25 ℃.The aging property of mung bean starch gel was stronger than sweet potato and potato starch gels.The digestibility of starch gels were decreased，and the contents of slowly digestible starch(SDS)and resistant starch(RS)were increased，while the content of rapidly digestible starch(RDS)was decreased;the hardness of starch gels was increased and the resilience was decreased;the content of RDS and hardness and resilience can be considered as the aging evaluation indices of starch gels.

starch gels，retrogradation，digestibility，texture properties

TS201.1

A

1003－0174(2012)04－0032－06

2011－06－26

王充，女，1986出生，碩士，淀粉生物工程技術

張國權，男，1968年出生，博士，教授，谷物品質評價及淀粉工程技術