山藥及零余子酸、酶處理淀粉的理化性質(zhì)

許巍萍，李 偉，云杉杉，程 超,2,*

（1.湖北民族學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 恩施 445000；2.湖北民族學(xué)院林學(xué)園藝學(xué)院，湖北 恩施 445000）

山藥及零余子酸、酶處理淀粉的理化性質(zhì)

許巍萍1，李 偉1，云杉杉1，程 超1,2,*

（1.湖北民族學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 恩施 445000；2.湖北民族學(xué)院林學(xué)園藝學(xué)院，湖北 恩施 445000）

利用酸和淀粉酶、糖化酶分別處理山藥及零余子淀粉，利用掃描電鏡、X射線衍射及流變儀等測(cè)定不同處理組淀粉的理化特性。結(jié)果表明：山藥和零余子原淀粉顆粒較為完整，沒(méi)有裂縫，呈卵圓形，表面光滑；酶、酸處理均會(huì)導(dǎo)致淀粉降解，酸處理淀粉表面破壞最為嚴(yán)重；零余子原淀粉、酸處理和酶處理的淀粉結(jié)晶度分別為32.02%、27.02%和31.13%，而山藥原淀粉、酸處理和酶處理淀粉結(jié)晶度分別為34.32%、29.27%、33.55%。淀粉糊透光率、凝沉百分比表明零余子原淀粉最易老化，流變特性表明不同處理組的淀粉均具有弱凝膠特性。

山藥；零余子；掃描電鏡；X射線衍射；流變特性

山藥（Rhizoma dioscorea）為薯蕷（Dioscorea opposita Thunb.）及其近緣種植物的塊莖，國(guó)家衛(wèi)生部公布其具有重要的藥用價(jià)值[1]，也是恩施州利川市特色蔬菜之一，總種植規(guī)模3 000多hm2[2]。零余子俗稱(chēng)“山藥豆”，是薯蕷科薯蕷葉腋間的珠芽，呈卵圓形或橢圓形，直徑約為0.4～2 cm，口嚼黏膩[3]。利川山藥在現(xiàn)有栽培條件下，零余子產(chǎn)量250～500 kg/hm2，即使進(jìn)行一定程度疏芽，零余子每公頃產(chǎn)量也可保持在100～150 kg[2]。

淀粉是山藥及其零余子的重要的化學(xué)成分[4]，目前對(duì)山藥淀粉的具有一定的研究報(bào)道[5-9]，但作為山藥的一個(gè)重要附屬產(chǎn)物零余子的淀粉報(bào)道很少。無(wú)論是山藥淀粉還是零余子淀粉均很容易發(fā)生凝沉，這在很大程度上限制對(duì)此淀粉的開(kāi)發(fā)利用，因此本實(shí)驗(yàn)主要采用酸法和酶法處理山藥及零余子淀粉，并對(duì)不同處理組的淀粉的凝沉、流變等特性進(jìn)行研究，以期為山藥和零余子淀粉在食品工業(yè)中的開(kāi)發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

山藥、零余子購(gòu)于湖北省利川市。

糖化酶（酶比活力50 000 U/g） 鄭州生源生物工程有限公司；α-淀粉酶（酶比活力2 000 U/g） 無(wú)錫星達(dá)生物工程有限公司；氫氧化鈉、磷酸氫二鈉、檸檬酸、鹽酸（分析純）等均為國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JSM-6510LV型掃描電鏡 日本電子Jeol公司；D/MAX-RB轉(zhuǎn)靶X射線衍射儀 日本Rigaku公司；AR2000ex流變儀 美國(guó)TA公司；UV765紫外分光光度計(jì) 上海精密儀器有限公司；DL-5低速大容量離心機(jī)上海安亭科學(xué)儀器廠制造；SG4050C恒溫水浴鍋 上海蘇豪智能系統(tǒng)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 山藥、零余子淀粉制備

[5]進(jìn)行制備。

1.3.2 酸、酶處理淀粉的制備

1.3.2.1 酶處理淀粉制備

參考文獻(xiàn)[10]略有修改，取山藥、零余子淀粉各5 g，加入pH 5.5的磷酸緩沖溶液40 mL，45 ℃預(yù)熱后加入復(fù)合淀粉酶2%（糖化酶、α-淀粉酶質(zhì)量比1∶2.5），并恒溫水浴12 h，加6% NaOH終止反應(yīng)，4 000 r/min離心15 min，沉淀用蒸餾水洗滌，烘干粉碎得山藥、零余子酶處理淀粉。

1.3.2.2 酸處理淀粉制備

取山藥、零余子淀粉各5 g，加4%鹽酸溶液40 mL，55 ℃酸解4 h。用NaOH溶液中和，4 000 r/min離心15 min，沉淀用蒸餾水洗滌、離心，40 ℃干燥，粉碎，過(guò)篩，得山藥、零余子酸處理淀粉[11]。

1.3.3 淀粉顆粒形態(tài)的觀察

取適量不同處理的淀粉懸浮液，真空冷凍干燥得到粉末，用牙簽將其粘在樣品座上，用洗耳球吹去浮樣，噴金，進(jìn)行掃描電鏡觀察[12]。

1.3.4 淀粉的X射線衍射

測(cè)試條件[13-17]：25 ℃、Cukα輻射、管壓40 kV、管流50 mA，掃描范圍2θ為2.5°～60°，掃描速率15 deg/min。結(jié)晶度按照下式計(jì)算。

式中：Sc為結(jié)晶峰的面積；S0為用基線測(cè)量的總面積。

1.3.5 淀粉糊的透明度

將1 g/100 mL淀粉懸浮液沸水浴磁力棒攪拌糊化30 min，冷卻至室溫，以蒸餾水做參照，用分光光度計(jì)在650 nm波長(zhǎng)處測(cè)定淀粉糊透光率[18]。以淀粉糊透光率越高，糊的透明度越高。

1.3.6 淀粉粉糊的凝沉性

將1 g/100 mL淀粉懸浮液沸水浴中磁力棒攪拌糊化30 min，冷卻至室溫后，倒入100 mL具塞刻度試管，靜置，以上層所占體積百分比表示凝沉性好壞，百分比越高越易凝沉[19-20]。

1.3.7 淀粉糊的流變學(xué)特性測(cè)定

取8 g/100 mL淀粉乳沸水浴加熱糊化。振蕩模式下的流變行為測(cè)定條件：振蕩模式，椎板模具，溫度25 ℃，掃描應(yīng)變1%，設(shè)置間隙為52；測(cè)定0～80 rad/s內(nèi)儲(chǔ)能模量（G’）和損耗模量（G”）及損耗角正切值（tanδ）隨角頻率的變化[21]。

2 結(jié)果與分析

2.1 零余子和山藥淀粉顆粒的形態(tài)

淀粉在胚乳細(xì)胞中以顆粒狀態(tài)存在，故可稱(chēng)為淀粉粒。不同種類(lèi)的淀粉粒具有各自特殊的形狀，一般淀粉粒的形狀為圓形（或球形）、卵形（或橢圓形）和多角形（或不規(guī)則形），這取決于淀粉的來(lái)源。

圖1 不同處理零余子和山藥淀粉的掃描電鏡圖Fig.1 Scanning electron micrographs of yam bulbil and yam tuber starch samples with different treatments

由圖1可知，山藥和零余子原淀粉顆粒較為完整沒(méi)有裂縫，呈卵圓形，表面光滑；酶處理淀粉表面略有皺褶，形態(tài)較原淀粉的差異不大；酸處理的淀粉呈現(xiàn)不規(guī)則狀態(tài)，形狀較原淀粉和酸處理淀粉都有很大的變化，且表面變得比較松散。

2.2 不同處理的零余子和山藥淀粉的X射線衍射

由圖2可知，根據(jù)射線衍射結(jié)果可計(jì)算不同處理組淀粉的結(jié)晶度，零余子原淀粉、酸處理和酶處理的淀粉的結(jié)晶度分別為32.02%、27.02%和31.13%。而山藥的原淀粉、酸處理和酶處理淀粉的結(jié)晶度分別為34.32%、29.27%、33.55%。山藥酸酶處理淀粉的降解程度均略低于零余子淀粉的降解程度，這可能與兩種淀粉的純度和其中直鏈淀粉比例有關(guān)，實(shí)驗(yàn)制備的山藥原淀粉的純度略低于零余子的[5]，因此山藥中的雜質(zhì)等物質(zhì)可能對(duì)酸酶降解有干擾作用。因此酸酶處理均對(duì)兩種淀粉有不同程度的降解，但是酸處理的降解程度要強(qiáng)于酶的，這與不同處理組淀粉的掃描電鏡形態(tài)是一致的。

圖2 不同處理零余子和山藥淀粉的X射線衍射Fig.2 X-ray diffraction patterns of yam bulbil and yam tuber starch samples with different treatments

圖3 不同處理零余子和山藥淀粉糊的透光率Fig.3 Transmittance of yam bulbil and yam tuber starch samples with different treatments

淀粉糊透明度是食品加工重要品質(zhì)因素之一，與老化度有很大相關(guān)性，一般地，易老化者透明度較差[22]。通過(guò)測(cè)定淀粉糊的透光率來(lái)確定淀粉糊的透明度，透光率越高其透明度就越高。透明度的大小也能反映淀粉顆粒在水中的溶脹分散程度，分散程度越大越均勻，光線透過(guò)率就越大，透明度也就越高。由圖3可知，山藥不同處理組淀粉的透光率均強(qiáng)于零余子的，就處理組而言，原淀粉＜酶處理組＜酸處理組，故零余子原淀粉最易老化。

2.4 零余子和山藥淀粉糊凝沉性

糊化淀粉在放置過(guò)程中易沉降，這在很大程度上限制了淀粉的應(yīng)用。一般的淀粉糊沉降體積越大，抗老化性能就越弱。由圖4可知，零余子淀粉糊不同處理組的凝沉百分比遠(yuǎn)大于山藥的，即零余子淀粉最易老化。在所有處理組中以酸處理的山藥淀粉的凝沉百分比最小，在實(shí)驗(yàn)規(guī)定的凝沉?xí)r間內(nèi)，酸處理山藥淀粉分散很均勻，凝沉特性很弱，這說(shuō)明此處理組淀粉最不易老化，這與淀粉糊透明度的結(jié)果相對(duì)應(yīng)。

圖4 不同處理零余子和山藥淀粉的凝沉百分比Fig.4 Retrogradation percentages of yam bulbil and yam tuber starch samples with different treatments

2.5 山藥和零余子淀粉糊的動(dòng)態(tài)流變特性

圖5 不同處理山藥淀粉的動(dòng)態(tài)流變特性Fig.5 Dynamic rheological properties of yam bulbil and yam tuber starch samples with different treatments

由圖5、6可知，所測(cè)樣品的G’均遠(yuǎn)大于G”，tanδ小于1，G’和G”隨角頻率增加而上升，表現(xiàn)為一種典型的弱凝膠行為[23-24]。就山藥淀粉的G’而言，酸處理＜酶處理＜原淀粉，G’的增加與直鏈淀粉在冷卻時(shí)的相互連接、聚集有關(guān)，因此這說(shuō)明酸酶處理對(duì)原淀粉的直鏈淀粉均有降解作用，且酸處理的降解程度大于酶處理的。當(dāng)角頻率小于60 rad/s時(shí)，tanδ隨角頻率的增加而逐漸增加，tanδ增加代表凝膠趨向于液體行為[25]，這與淀粉糊的剪切稀變現(xiàn)象是一致的。尤其是當(dāng)角頻率小于20 rad/s時(shí)，酸處理的tanδ＞酶處理的tanδ＞原淀粉的tanδ，這說(shuō)明酸處理的淀粉的流動(dòng)性最強(qiáng)。當(dāng)剪切速率介于60～80 rad/s時(shí)，山藥原淀粉及酸酶處理淀粉的tanδ有下降趨勢(shì)，這有可能是淀粉糊制備過(guò)程中有可能部分淀粉未充分糊化，在高速攪拌下這些淀粉吸水導(dǎo)致其又形成了部分凝膠網(wǎng)。零余子不同處理淀粉的G’和G”、tanδ的變化與山藥淀粉的相同。因此酸酶處理均導(dǎo)致山藥及零余子淀粉流動(dòng)性增加。

圖6 不同處理零余子淀粉的動(dòng)態(tài)流變特性Fig.6 Dynamic rheological properties of yam bulbil starch samples with different treatments

3 結(jié) 論

酸和酶處理均會(huì)破壞淀粉顆粒的完整性，使其表面變得較為松散，尤其是酸處理淀粉表面破壞最為嚴(yán)重。X射線衍射可計(jì)算出零余子原淀粉、酸處理和酶處理的淀粉的結(jié)晶度分別為32.02%、27.02%和31.13%，山藥的原淀粉、酸處理和酶處理淀粉的結(jié)晶度分別為34.32%、29.27%、33.55%，無(wú)論山藥淀粉還是零余子淀粉，酸處理淀粉的結(jié)晶度最小，主要是原淀粉受到了酸的破壞降解。淀粉糊透光率、凝沉百分比和流變特性表明兩種原料的原淀粉＜酶處理組＜酸處理組，其中零余子原淀粉最易老化，而酸處理山藥淀粉的透光率最好，不易凝沉，流動(dòng)性強(qiáng)，從而有望使其在軟糖和淀粉果凍等食品工業(yè)中進(jìn)行廣泛應(yīng)用。但為得到更適合工業(yè)用的酸處理淀粉尚需對(duì)其酸處理?xiàng)l件進(jìn)一步優(yōu)化。

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Effect of Acid and Enzymatic Treatment on Physical and Chemical Characteristics of Starches from Yam (Dioscorea opposita Thunb.) Tuber and Bulbil

XU Wei-ping1, LI Wei1, YUN Shan-shan1, CHENG Chao1,2,*
(1. College of Biological Science and Technology, Hubei Minzu University, Enshi 445000, China; 2. College of Forestry and Horticulture, Hubei Minzu University, Enshi 445000, China)

After treatment with acid, amylase or glucoamylase, starches from yam (Dioscorea opposita Thunb.) tuber and bulbil were characterized for physical and chemical properties by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction and rheometer. The results showed that the native starch granules from yam tuber and bulbil exhibited a complete oval shape with a smooth surface and no cracks. Yam starches were degraded by enzymatic and acid treatments, and the surface of acid-treated starch granules was more severely damaged. The crystallinities of native, acid- and enzymatically-treated bulbil starches were 32.02%, 27.02% and 31.13%, respectively, while those of native, acid- and enzymatically-treated tuber starches were 34.32%, 29.27% and 33.55%, respectively. The transmittance and retrogradation percentage of starch paste showed that the native starch from yam bulbil could be aged most easily. Rheological characteristics illustrated weak gel properties of yam starches.

yam tuber; yam bulbil; scanning electron microscopy; X-ray diffraction; rheological properties

TS201.1

A

1002-6630（2014）13-0118-04

10.7506/spkx1002-6630-201413022

2013-07-18

湖北省教育廳優(yōu)秀青年項(xiàng)目（Q20122903）；湖北民族學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目（k201312）

許巍萍（1992—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)。E-mail：694331982@qq.com

*通信作者：程超（1976—），女，副教授，博士，研究方向?yàn)槭称坊瘜W(xué)及資源開(kāi)發(fā)。E-mail：chengchaolw@126.com