單甘酯對馬鈴薯淀粉物化特性的影響

張書光，孟俊祥，張 艷，常瑞紅，陳從貴,*

(1.合肥工業(yè)大學生物與食品工程學院，安徽 合肥 230009；2.洽洽食品股份有限公司，安徽 合肥 230601)

單甘酯對馬鈴薯淀粉物化特性的影響

張書光1，孟俊祥1，張 艷2，常瑞紅1，陳從貴1,*

(1.合肥工業(yè)大學生物與食品工程學院，安徽 合肥 230009；2.洽洽食品股份有限公司，安徽 合肥 230601)

考察分子蒸餾單甘酯(MON)對馬鈴薯淀粉(PS)糊的流變特性、淀粉凝膠析水特性及其硬度的影響，并借助差示掃描量熱儀(DSC)和掃描電子顯微鏡(SEM)方法，分析PS與PS-MON的熱特性和凝膠微結(jié)構(gòu)的變化。結(jié)果表明：添加MON可顯著提高PS的起始糊化溫度、最大黏度值下的溫度和糊化過程的焓值；顯著降低淀粉糊的最大黏度值和凝膠老化過程的析水率(P＜0.05)；并增強凝膠內(nèi)部結(jié)構(gòu)的致密性，提高淀粉老化凝膠的硬度(P＜0.05)。

分子蒸餾單甘酯；馬鈴薯淀粉；凝膠；物化特性

我國馬鈴薯淀粉(potato starch，PS)的生產(chǎn)量和加工量在所有植物淀粉中位居第二，其淀粉特性影響著最終產(chǎn)品的品質(zhì)。不同地區(qū)以及不同環(huán)境下生產(chǎn)的PS，在成分與性質(zhì)方面存在差異[1]。利用食品添加劑可改善淀粉產(chǎn)品的感官等特性。分子蒸餾單甘酯(monoglycerides，MON)是一種食用安全的食品添加劑，應用于面制品加工生產(chǎn)，可改善產(chǎn)品的加工特性和產(chǎn)品品質(zhì)，如面包、餅干、擠壓面食以及冷凍面食[2]；添加MON可顯著改善馬鈴薯全粉的黏彈性、凝聚性等品質(zhì)特性[3]；MON添加于淀粉基食品(如粉絲、粉皮)中，可有效調(diào)控淀粉的老化，改善淀粉產(chǎn)品的膠凝特性[4]。但MON對PS流變學、析水性等物化特性的影響及其機理，未見文獻報道。

本實驗側(cè)重考察MON對PS糊流變特性、淀粉凝膠析水特性與硬度的影響，并借助差示掃描量熱儀(DSC)和掃描電子顯微鏡(SEM)，分析MON對PS熱特性及其凝膠微結(jié)構(gòu)的影響，為MON在PS中的應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

PS(A級綠色產(chǎn)品) 甘肅暑界淀粉集團有限公司；MON 廣州市佳力士食品有限公司。

1.2 儀器與設備

TA-XT Plus質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro System公司；JY601電子分析天平 上海民橋精密科學儀器有限公司；HH-S恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司；SHZD(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵 鞏義英峪子華儀器廠；C21S19電磁爐 浙江蘇泊爾有限公司；BC/BD-241GS冰柜青島海爾集團公司；黏度儀 德國Brabender公司；JSM 6490LV型掃描電子顯微鏡 日本Jeol公司；Q200差示掃描量熱儀 美國TA公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

混合樣品粉制備：取一定量PS，按實驗要求加入一定質(zhì)量分數(shù)的MON，充分混合制備為混合樣品(PS-MON)。

淀粉凝膠的制備：參考Lee等[5]的方法，并加以改進。將4份淀粉與10倍的去離子水混合均勻，加熱糊化；再迅速加入96份淀粉及一定量去離子水和添加劑，制成含水量65%的淀粉漿料；攪拌3min后，9.0MPa條件下真空脫氣45s，然后倒入為長200mmh寬70mm的金屬盒中，分布均勻；迅速置入蒸汽鍋中蒸50s后，取出放于自來水中冷卻至室溫，得到淀粉凝膠(厚度2～3mm)。將此淀粉凝膠用保鮮膜覆蓋，放入冰柜(4℃)中老化24h；取出后分切成長60mmh寬5mm的淀粉凝膠條以及長4mmh寬3mm淀粉凝膠塊，置于50℃干燥箱內(nèi)烘干3h。所得馬鈴薯淀粉凝膠(potato starch gel，PSG)供檢測。

1.3.2 流變特性測定

使用布拉班德黏度儀測定淀粉的流變特性[6-7]。取一定量混合樣品，配制成含絕干淀粉質(zhì)量分數(shù)4%的漿液，攪勻后進行檢測。檢測重復2次。

布拉班德黏度儀參數(shù)設置如下：從30℃加熱到95℃，升溫速率為1.5℃/min；在95℃保持15min；之后，以1.5℃/min的降溫速率冷卻到50℃，并恒溫10min。

1.3.3 析水性檢測

參考Wang等[8]方法，并稍作改變。稱取糊化、冷卻后的淀粉凝膠2g，放入樣品袋中，置于冰柜(4℃)中老化24h；每4h取出，擦干表面的水分，稱質(zhì)量。檢測3～4個平行樣。

1.3.4 硬度檢測

參考Wang等[8]方法。取6條淀粉凝膠，于200mL蒸餾水中煮沸10min，迅速取出放入自來水中冷卻；取出待檢測樣品，擦干，使用HDP/VB探頭測量硬度，其壓縮距離為1mm，感應力為5g，壓縮速率為0.5mm/s，測前速率為2mm/s，測后速率為2mm/s。

1.3.5 熱特性檢測

參考Viturawong等[9]方法。取一定量PS和混合樣品粉，分別配制成含水量為88%的漿液，在室溫條件下水化1h；取10～15mg加入40μL鋁盤中；以空鋁盤為對照。掃描溫度范圍為25～98℃，升溫速率為10℃/min。使用分析軟件分析焓變和轉(zhuǎn)變溫度。

1.3.6 電子顯微鏡掃描觀察

參考Puncha-Arnon等[10]的方法。淀粉凝膠塊經(jīng)噴金后，在掃描電子顯微鏡20kV電子束下放大500倍拍照。

1.3.7 數(shù)據(jù)處理

采用Windows 7系統(tǒng)下Official Excel 2007進行數(shù)據(jù)處理，組間的顯著性分析采用t檢驗，顯著水平均為P＜0.05。熱特性數(shù)據(jù)結(jié)果采用軟件Universal Analysis進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 MON對PS流變性的影響

如表1所示，添加MON可提高PS-MON體系的起始糊化溫度，而各添加水平之間沒有差異(P＞0.05)；添加MON會降低PS-MON體系的最大黏度，提高最大黏度時的溫度，增強了淀粉糊的冷穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，并隨著MON添加量增大PS-MON體系的最大黏度依次降低(P＜0.05)；添加MON會減弱PS-MON體系的凝膠性和凝沉性，增強PS-MON體系淀粉糊的黏度熱穩(wěn)定性，各添加水平之間沒有顯著影響(P＞0.05)。

Exarhopoulos等[11]考察了加熱條件下脂類對玉米淀粉流變特性的影響，發(fā)現(xiàn)硬脂酸會降低淀粉糊的最大黏度。Singh等[12]研究硬脂肪酸對PS的流變特性影響，發(fā)現(xiàn)硬脂肪酸可提高混合體系的糊化溫度；Kulwinder等[13]也得到類似的結(jié)果。

PS-MON體系最大黏度時的溫度遠高于PS最大黏度時的溫度，可見，添加的MON會增大PS糊化的難度。淀粉糊化膨脹時，水與MON形成配合物分散于淀粉中，同時MON與粒外的直鏈淀粉相互作用[3]，由此降低了混合體系的黏度，并增加了淀粉晶體破裂的難度，從而提高了最大黏度時的溫度。另外在糊化時可能產(chǎn)生直鏈淀粉與硬脂酸的配合物，覆蓋于淀粉顆粒表面，增大了淀粉顆粒破碎的難度，也會相應提高PS的起始糊化溫度。

PS-MON體系內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，同時配合物之間相互作用，導致在受熱或降溫過程中，降低了淀粉糊黏度變化，延緩了凝沉的發(fā)生。

2.2 MON對PS糊老化析水率的影響

由圖1可知，在給定老化時間條件下，隨著MON添加量(0～0.5%)增加，其析水率依次顯著降低(P＜0.05)；但添加量大于0.5%時，各添加水平間的析水率變化不顯著(P＞0.05)。

表 1 PS-MON糊流變數(shù)據(jù)表Table 1 Rheological properties of PA alone or with added MON

圖 1 MON對PS糊老化析水率的影響Fig.1Effect of MON on the gel syneresis after retrogradation of PS

脂肪酸[13]、蠟質(zhì)[14]或酯質(zhì)[15]能夠延緩淀粉的回生，減少淀粉凝膠中水分的析出。淀粉糊回生過程中，添加MON可能影響淀粉分子鏈的結(jié)構(gòu)，與直鏈淀粉形成了不溶于水的配合物[3]，干擾了支鏈淀粉的結(jié)晶，抑制了水分移動和析出，延緩了回生；但過量MON(大于0.5%)，以微顆粒狀存在于糊化淀粉中，使得MON添加量大于0.5%時PS-MON體系凝膠老化析水率的變化不顯著。

2.3 MON對PSG硬度的影響

圖 2 MON添加量對PSG硬度的影響Fig.2 Effect of MON on the gel hardness of PSG

由圖2可知，隨著MON添加量(0～0.5%)的增大，PSG-MON的硬度依次顯著提高(P＜0.05)；當添加量大于0.5%，各添加水平之間對硬度的影響不顯著(P＞0.05)。

Sawa等[16]考察了不同飽和度的脂酸甘油酯的添加量與貯藏時間對面包硬度的影響，發(fā)現(xiàn)隨著脂酸甘油酯添加量的增加，面包硬度隨之增大。MON與直鏈淀粉、支鏈淀粉之間存在著復雜的分子作用[17]，并由此導致PSGMON體系硬度的變化。

PSG-MON體系硬度較高的另一原因可能與體系水分含量有關。添加MON導致PS-MON凝膠老化析水率的下降，使得PSG-MON凝膠體系含水率的增大，而水分可能充填于凝膠分子的間隙中，水分由此密實了凝膠的組織結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)硬度的增大。

2.4 MON對PS的熱特性影響

如表2所示，MON顯著提高了PS-MON的起始溫度To、峰值溫度Tp、結(jié)束溫度Tc以及PS-MON的焓變ΔH值，并降低了PS-MON的ΔT(P＜0.05)，這種焓變現(xiàn)象與Kawai等[18]研究的脂肪酸對淀粉-脂肪酸的混合體系焓變的影響結(jié)果相似。

表 2 MON對PS相變溫度以及焓變的影響Table 2 Effect of MON on theand ΔHof PS

表 2 MON對PS相變溫度以及焓變的影響Table 2 Effect of MON on theand ΔHof PS

注：ΔΤ=Τc—To。

MON添加量/%To/℃Tp/℃Tc/℃ΔH/(J/g)Δ T/℃0(PS)57.62b62.56b68.70b2.86b11.08a0.566.21a68.91a72.43a9.97a6.22b

MON與水形成的配合物，或MON與直鏈淀粉相互作用形成的復合物，可附著于淀粉顆粒表面，增大淀粉晶體破裂的難度，表現(xiàn)為淀粉糊化過程中To、Tp、Tc和ΔH的提高；這與上述流變特性中起始溫度和最大黏度下溫度增高的結(jié)果相一致。

2.5 單甘酯對PSG微結(jié)構(gòu)的影響

圖 3 掃描電子顯微鏡圖Fig.3 SEM images of cross-section and surface of PSG alone or with added MON

PSG和PSG-MON的表面和橫斷面的掃面電鏡圖如圖3所示。對照樣表面存在裂紋(圖3a1)，這與王滿君[19]的實驗結(jié)果相似；而加入MON可阻止PSG表面裂紋的產(chǎn)生，PSG-MON表面存在較密皺褶，且有白點殘留，可能是PSG-MON中存在的部分MON殘留顆粒(圖3b1)。PSG內(nèi)部存在較多空隙，其切割面較平整(圖3a2)；而PSG-MON內(nèi)部的空隙較少，但橫斷面有凸起出現(xiàn)(圖3b2)。

MON與淀粉分子形成新的締合物，加強了內(nèi)部的結(jié)合力，減少了裂紋的發(fā)生。觀察PSG與PSG-MON表面和橫切面發(fā)現(xiàn)，MON增強了PSG內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密性，從內(nèi)部結(jié)構(gòu)展現(xiàn)了添加MON增大凝膠體系硬度的原因。

3 結(jié) 論

3.1 MON可顯著提高PS的起始糊化溫度，降低淀粉糊的最大黏度值；增強淀粉糊的冷穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，減弱PS-MON體系凝膠性和凝沉性；并顯著降低淀粉糊老化過程的析水率。

3.2 MON可顯著增大PS糊化過程的焓值，提高淀粉糊化過程的起始溫度To、峰值溫度Tp和結(jié)束溫度Tc；并可提高淀粉凝膠內(nèi)部的致密性，由此顯著提高淀粉老化凝膠的硬度。

[1] ALVANIA K, XIN Q, TESTER R F, et al. Physico-chemical properties of potato starches[J]. Food Chemistry, 2011, 125: 958-965.

[2] 劉曉艷, 劉珊. 單甘酯的功能特性及其在面制品的應用[J]. 中國食品添加劑, 2004(6): 111-114.

[3] 張巖, 仇宏偉, 欒明川, 等. 單甘酯對馬鈴薯全粉品質(zhì)的影響[J]. 萊陽農(nóng)學院學報, 2002, 19(1): 75- 77.

[4] 陳從貴, 方紅美, 王武. 一種無礬葛粉和薯粉制作的粉條或粉絲: 中國, ZL200810233943.3[P]. 2011-07-27.

[5] LEE M H, BAEK M H, CHA D S, et al. Freeze-thaw stabilization of sweet potato starch gel by polysaccharide gums[J]. Food Hydrocolloids, 2002, 16: 345-352.

[6] SVEGMARK K, HELMERSSON K, NILSSON G, et al. Comparison of potato amylopectin starches and potato starches[J]. Carbohydrate Polymers, 2002, 47: 331-340.

[7] 張艷萍. 變性淀粉制造與應用[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2001: 315-316.

[8] WANG M J, CHEN C G, SUN G J, et al. Effects of curdlan on the color, syneresis, cooking qualities, and textural properties of potato starch noodles[J]. Starch/Strke, 2010, 62: 429-434.

[9] VITURAWONG Y, ACHAYUTHAKAN P, SUPHANTHARIKA M. Gelatinization and rheological properties of rice starch/xanthan mixtures: effects of molecular weight of xanthan and different salts[J]. Food Chemistry, 2008, 111: 106-114.

[10] PUNCHA-ARNON S, PATHIPANAWAT W, PUTTANLEK C, et al. Effects of relative granule size and gelatinization temperature on paste and gel properties of starch blends[J]. Food Research International, 2008, 41: 552-561.

[11] EXARHOPOULOS S, RAPHAELIDES S N. Morphological and structural studies of thermally treated starch-fatty acid systems[J]. Journal of Cereal Science, 2012, 55(2): 139-152.

[12] SINGH N, SINGH J, KAUR L, et al. Morphological, thermal and rheological properties of starches from different botanical sources[J]. Food Chemistry, 2003, 81: 219-231.

[13] KULWINDER K, NARPINDER S. Amylose-lipid complex formation during cooking of rice fl our[J]. Food Chemistry, 2000, 71: 511-517.

[14] CHANG S M, LIU L C. Retogradation of rice starches studied by different scanning colorimetry and influence of sugars, NaCl and lipids[J]. Journal of Food Science, 1991, 56: 564-570.

[15] D’APPOLONIA B L, MORAD M M. Bread staling[J]. Cereal Chemistry, 1981, 58(3): 186-190.

[16] SAWA K, INOUE S, LYSENKO E. Effects of purified monoglycerides on Canadian short process and sponge and dough mixing properties, bread quality and crumb fi rmness during storage[J]. Food Chemistry, 2009, 115: 884-890.

[17] STAMPFLI L, NERSTEN B. Emulsifiers in bread making[J]. Food Chemistry, 1995, 52: 353-360.

[18] KAWAI K, TAKATO S, SASAKI T, et al. Complex formation, thermal properties, and in vitro digestibility of gelatinized potato starches fatty acid mixtures[J]. Food Hydrocolloids, 2012, 27: 228-234.

[19] 王滿君. 水性膠體對葛根粉絲加工特性及品質(zhì)的影響[D]. 合肥: 合肥工業(yè)大學, 2010.

Effect of Monoglycerides on Physico-chemical Properties of Potato Starch

ZHANG Shu-guang1，MENG Jun-xiang1，ZHANG Yan2，CHANG Rui-hong1，CHEN Cong-gui1,*
(1. School of Biotechnology and Food Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China；2. Qiaqia Foods Co. Ltd., Hefei 230601, China)

The effect of monoglycerides (MON) on paste rheological properties and gel syneresis and hardness of potato starch (PS) was investigated. In addition, thermal properties and gel microstructure of PS alone or with added MON were analyzed by differential scanning calorimetry and scanning electron microscopy (SEM). Addition of MON caused a signif i cant increase in the onset gelatinization temperature, temperature for maximum viscosity and gelatinization enthalpy of PS, and a signif i cant decrease in the maximum viscosity of starch paste and gel syneresis after retrogradation (P＜0.05). Moreover, the gel structural compactness was signif i cantly enhanced and as a result, the gel hardness after retrogradation was improved (P＜0.05).

monoglycerides；potato starch；gel；physico-chemical properties

TS235

A

1002-6630(2013)01-0146-04

2012-05-06

張書光(1986ü)，男，碩士研究生，研究方向為生物資源綜合利用。E-mail：zhangshuguang5842@163.com

*通信作者：陳從貴(1963ü)，男，教授，碩士，研究方向為畜禽食品加工及副產(chǎn)物綜合利用。E-mail：ccg1629@163.com