芋頭淀粉脂肪模擬品的制備及特性研究

邊 偉，陳 龍，袁 軍，周才瓊

(西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院特色食品工程技術(shù)研究中心，重慶400716)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會水平的提高，人們對食品的要求越來越高，脂肪具有宜人的口感，深受國民喜愛。國民脂肪攝入增加，肥胖相關(guān)的疾病發(fā)病率急速上升。脂肪模擬品替代食品加工中脂肪配料可降低脂肪攝入和降低產(chǎn)品能量［1］。脂肪模擬品是以蛋白質(zhì)或碳水化合物為基礎(chǔ)成分的產(chǎn)品，它們是以水體狀體系的物理特性來模擬出油脂的潤滑細(xì)膩的口感特性。碳水化合物基模擬脂肪能形成凝膠，持水性高，增加水相粘度，從而改善水相的結(jié)構(gòu)特性，產(chǎn)生類似于脂肪的流動(dòng)性、口感、質(zhì)構(gòu)、潤滑性、渾濁性和粘度等眾多脂肪的特性［2］。淀粉脂肪模擬品主要指利用部分酸水解或者酶水解淀粉顆粒，當(dāng)?shù)矸鬯馕镱w粒度與脂肪顆粒度相當(dāng)時(shí)，形成的凝膠具有與脂肪類似的口感和物理特性，以部分替代油脂。國內(nèi)淀粉脂肪模擬品的研究主要集中于馬鈴薯淀粉、大米淀粉和玉米淀粉等。王秀軍等人用小麥麩皮深加工過程中拋棄的原料制備具有麥芽糊精、蛋白質(zhì)和功能性多糖復(fù)合型脂肪替代品，充分利用資源的同時(shí)也帶來了經(jīng)濟(jì)效益［3］。淀粉具備來源廣、生產(chǎn)成本低廉、口味比較溫和、淀粉脂肪模擬品易加工等特點(diǎn)，所以是脂肪模擬品的常用原料。刑名等人［4］研究認(rèn)為在一般情況下酶解淀粉DE值6.0左右能形成柔軟的、可伸展的、熱可逆的凝膠，入口有類似脂肪的口感。芋頭干基淀粉含量較高，淀粉粒度細(xì)小，接近脂肪顆粒大小，所以，本實(shí)驗(yàn)以芋頭淀粉為基質(zhì)研究脂肪模擬品的制備及特性［5］。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

芋頭 重慶市北碚區(qū)天生市場，為芋colocasia esculenta;芋頭淀粉 實(shí)驗(yàn)室自制，過100目篩，40℃鼓風(fēng)干燥48h以上，經(jīng)測定芋頭淀粉顆粒體積平均粒度8.97μm，白度94.11;亞硫酸鈉、乙酸鉛、硫酸鈉、乙醚、硫酸銅、亞甲藍(lán)、亞鐵氫化鉀、酒石酸鉀鈉、醋酸鉀、醋酸鈉、硫酸鋅、氯化鈣、重鉻酸鉀等 均為分析純;高溫α－淀粉酶(液體)酶活力20500U/mL，湖南禮來生物技術(shù)公司。

Avant J－3DI型離心機(jī) 美國 Beckman Coulter，Inc.;Mastersizer2000型粒度分析儀 英國Malvern Instruments Ltd.;TA－XT2i質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Microsystems Ltd;Micro Visco－Amylo－Graph粘度儀德國Brabender Ltd.。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 芋頭淀粉脂肪模擬品制備

1.2.1.1 制備工藝［6－8］15%芋頭淀粉漿液→調(diào) pH至6.0～6.5→加入高溫 α－淀粉酶，水浴→6mol/L的 HCl調(diào)pH＜2.0，滅酶，迅速冷卻10min左右→10mol/L的 NaOH調(diào)pH至7左右→4000r/min，15min→測DE值→噴霧干燥(控制進(jìn)風(fēng)溫度在180℃左右)→產(chǎn)品。

1.2.1.2 單因素實(shí)驗(yàn) 稱取一定量芋頭淀粉調(diào)制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的淀粉漿，鹽酸調(diào)漿液pH至6.0～6.5之間，分析不同加酶量(2.05、4.1、6.15、8.2、10.25、12.30、14.35、16.4U/g)、不同酶解溫度(80、82.5、85、87.5、90、92.5℃)和不同酶解時(shí)間(10、15、20、25、30、35、40min)下酶解淀粉DE值變化。以DE值6為指標(biāo)確定各因素水平。

1.2.1.3 脂肪模擬品制備的工藝優(yōu)化 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以DE值為指標(biāo)，以酶添加量、酶解時(shí)間和酶解溫度為因素設(shè)計(jì)L9(34)正交實(shí)驗(yàn)。

1.2.2 指標(biāo)分析 灰分:GB/T 5009.4－2010，灼燒法;水分:GB/T 5009.3－2010，直接干燥法;粗蛋白:GB/T 5009.5－2003，凱氏定氮法;粗脂肪:GB/T 5009.6－2003，索氏抽提法;高溫 α－淀粉酶活力［9］。

1.2.3 芋頭淀粉脂肪模擬品特性分析

1.2.3.1 粒度 用MALVER公司的Mastersizer2000型粒度分析儀對制備芋頭淀粉脂肪模擬品和原淀粉進(jìn)行粒度分析。

1.2.3.2 吸濕性［10］稱取一定質(zhì)量樣品，在105℃烘干至恒重，按照一定順序分別與超純水、KAc、NaAc、ZnSO4、CaCl2、Na2Cr2O7·2H2O 飽和溶液，放入不同的干燥皿中，在一定環(huán)境下(干燥、避光、室溫)密封放置10d后，取樣并稱出水分含量。

1.2.3.3 凝膠強(qiáng)度［11－12］配制所需濃度(w/w)的脂肪模擬品溶液，攪拌均勻使其充分溶解，吸取20mL均勻液于25mL燒杯，4℃下放置12h，測定凝膠強(qiáng)度。TA－XT2i型質(zhì)構(gòu)儀參數(shù):TPA模式，p/0.5探頭，實(shí)驗(yàn)前速度5.0mm/s、下壓速度1.0mm/s、下壓距離50%。

1.2.3.4 凝膠性能［13］配制一定濃度的脂肪模擬品溶液，攪拌均勻后吸取20mL于25mL燒杯，4℃環(huán)境下放置12h后，記錄凝膠質(zhì)地、潤滑度、透明度等性質(zhì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 芋頭淀粉脂肪模擬品制備及影響因素

2.1.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1.1 酶解溫度對DE值的影響 如圖1，在淀粉含量15%、酶添加量8.20U/g、酶解時(shí)間30min、溫度范圍80～92.5℃時(shí)，DE值在0.93～6.20之間，呈先升后降趨勢，溫度大于90℃后DE值急劇降低。

圖1 酶解溫度對DE值的影響Fig.1 Influence of the enzymatic hydrolysis temperature on DE value

2.1.1.2 酶解時(shí)間對DE值的影響 如圖2，在淀粉含量15%、溫度90℃、酶添加量8.20U/g、酶解10～40min時(shí)，DE值在1.98～6.26之間，呈上升趨勢。當(dāng)酶解時(shí)間在10～30min時(shí)，DE值上升較快，30min后，DE值上升緩慢。

圖2 酶水解時(shí)間對DE值的影響Fig.2 Influence of the enzymatic hydrolysis time on DE value

2.1.1.3 酶添加量對DE值的影響 如圖3所示。在溫度90℃、酶添加量范圍2.05～16.4U/g之間，酶解時(shí)間30min時(shí)，DE值范圍為2.71～12.15。隨酶添加量增加，淀粉水解度增加。在本實(shí)驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，DE值均勻增加，說明淀粉酶作用效率明顯，符合要求，表明酶添加量在此范圍內(nèi)能夠有效促進(jìn)脂肪模擬品的水解。

圖3 酶添加量對DE值的影響Fig.3 Influence of the quantity of α－amylase on DE value

2.1.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以酶添加量、酶解時(shí)間及酶解溫度3因素3水平進(jìn)行L9(34)正交實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1。DE值在4.23～7.11間波動(dòng)，極差分析芋頭淀粉DE值極差R值范圍0.31～1.72，各因素影響DE主次為:酶添加量(A)＞酶水解時(shí)間(B)＞酶水解溫度(C)。方差分析可知:F(酶添加量)=27.68＞F0.05(2，2)=19，酶添加量對DE值有顯著影響(p＜0.05)。

以DE值6為指標(biāo)，制備脂肪模擬品最佳工藝條件為 A2B2C2，即酶添加量 8.20U/g，酶水解時(shí)間30min，酶水解溫度87.5℃。該工藝處理不在本正交實(shí)驗(yàn)處理中，對最佳工藝條件進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，測定產(chǎn)品DE值為6.03。

表1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Results of the orthogonal experiments

表2 脂肪模擬品制備的方差分析結(jié)果Table.2 Analysis of variance of preparation of fat mimics

表3 制備芋頭淀粉脂肪模擬品與原淀粉粒徑的比較Table 3 Different particle size comparison between fat analog products and native starch

2.2 制備芋頭淀粉脂肪模擬品與原淀粉性質(zhì)比較研究

2.2.1 制備芋頭淀粉脂肪模擬品與原淀粉基本組成

選擇DE值6.03芋頭淀粉脂肪模擬品和原淀粉進(jìn)行比較研究，基本成分如圖4，制備芋頭淀粉脂肪模擬品灰分低于原淀粉，粗蛋白和粗脂肪含量遠(yuǎn)低于原淀粉。

圖4 制備芋頭淀粉脂肪模擬品與原淀粉基本組成Fig.4 Basic components of the preparation of fat analog products of taro starch and the original starch

2.2.2 制備芋頭淀粉脂肪模擬品與原淀粉粒度分析結(jié)果如表3所示，芋頭淀粉和制備芋頭淀粉脂肪模擬品體積平均粒度在10μm以下，粒度小于10μm的顆粒均可模擬脂肪顆粒的潤滑性和口感等，所以理論上芋頭淀粉也可用于替代脂肪作為脂肪替代品。但經(jīng)過酶解處理后，制備芋頭淀粉脂肪模擬品比表面積高于原淀粉，體積平均粒度低于原淀粉，其中，d(0.1)和d(0.5)遠(yuǎn)低于原淀粉，更適合作為脂肪替代品。

2.2.3 制備芋頭淀粉脂肪模擬品吸濕性 結(jié)果如圖5，制備芋頭淀粉脂肪模擬品吸濕性強(qiáng)度與所處環(huán)境相對濕度呈正比，制備芋頭淀粉水分含量在環(huán)境相對濕度為20%時(shí)為7.31%，當(dāng)環(huán)境相對濕度大于52%時(shí)產(chǎn)品吸濕性快速增加。當(dāng)環(huán)境適度達(dá)到100%時(shí)，其水分含量為29.41%。

圖5 制備芋頭淀粉脂肪模擬品與原淀粉的吸濕性Fig.5 Hygroscopicity of the preparation of fat analog products of taro starch and the original starch

2.2.4 制備芋頭淀粉脂肪模擬品與原淀粉凝膠特性比較分析 選取制備芋頭淀粉脂肪模擬品和原淀粉濃度分別為25%、30%、35%溶液形成的凝膠，測定其凝膠強(qiáng)度，結(jié)果如圖6所示。在不同濃度下制備芋頭淀粉脂肪模擬品凝膠強(qiáng)度均低于原淀粉。

圖6 制備芋頭淀粉脂肪模擬品與原淀粉的凝膠強(qiáng)度Fig.6 Gel strength of the preparation of fat analog products of taro starch and the original starch

將制備芋頭淀粉脂肪模擬品與原淀粉配制不同濃度的溶液，觀察其凝膠性狀，結(jié)果如表4，二者均可以在25%以上的濃度形成凝膠，并隨處理淀粉濃度的增加，向質(zhì)硬、粗糙、不透明、不潤滑等相應(yīng)感官性狀靠近;濃度大于25%時(shí)形成的凝膠感官性狀較差。處理濃度25%時(shí)，制備芋頭淀粉凝膠軟滑細(xì)膩，呈透明狀，優(yōu)于芋頭原淀粉形成的凝膠，因此確定制備芋頭淀粉脂肪模擬品使用濃度為25%。

表4 制備芋頭淀粉脂肪模擬品與原淀粉凝膠的性狀Table 4 Gel characteristics of the preparation of fat analog products of taro starch and the original starch

3 結(jié)論與討論

本實(shí)驗(yàn)采用芋頭淀粉作為初始原材料。探討了酶添加量，酶解時(shí)間和酶解溫度對芋頭淀粉脂肪模擬品DE值的影響，并且研究了制備芋頭淀粉脂肪模擬品和原淀粉的基本組成、粒度、吸濕性和凝膠特性，得出以下結(jié)論:

高溫α－淀粉酶的添加量，酶解時(shí)間和酶解溫度均對產(chǎn)品的DE值有影響。最佳工藝條件為:酶添加量8.20U/g，酶水解時(shí)間30min，酶水解溫度87.5℃。在最佳工藝條件下產(chǎn)品DE值為6.03，接近目標(biāo)DE值6.0。

芋頭淀粉和制備芋頭淀粉脂肪模擬品粒度小，體積平均粒度在10μm以下，均可用于脂肪替代品，但是制備芋頭淀粉脂肪模擬品比表面積高于原淀粉，體積平均粒度低于原淀粉，其中，d(0.1)和 d(0.5)遠(yuǎn)低于原淀粉，更適合作為脂肪替代品。25%濃度制備芋頭淀粉凝膠強(qiáng)度為201g/cm2，低于原淀粉，感官評定顯示其凝膠比原淀粉更細(xì)膩潤滑。

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