小麥總淀粉、A-淀粉及B-淀粉的熱損傷與其糊化度、糊化特性的關(guān)系

洪 靜，鄭學(xué)玲*，劉 翀，李利民，沈莎莎

（河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

小麥總淀粉、A-淀粉及B-淀粉的熱損傷與其糊化度、糊化特性的關(guān)系

洪 靜，鄭學(xué)玲*，劉 翀，李利民，沈莎莎

（河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

為了探索熱處理溫度和水分對淀粉損傷及損傷后淀粉糊特性的影響，揭示小麥淀粉的熱損傷程度與糊化度、糊黏度特性之間的關(guān)系，以市售面粉分離的總淀粉、A-淀粉和B-淀粉為原料，經(jīng)30～90 ℃的溫度處理后，測定其在高、低水分下的破損淀粉含量、糊化度及糊化特性的變化。結(jié)果表明：低水分下，淀粉損傷、糊化度和淀粉糊性質(zhì)隨熱處理溫度變化不明顯；高水分含量下，隨著熱處理溫度的升高，破損淀粉含量和糊化度呈明顯上升趨勢，熱損傷程度與糊化度之間呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），糊化溫度略有增加，主要的黏度參數(shù)顯著下降，損傷淀粉與峰值黏度之間呈顯著負相關(guān)（P＜0.05）。

淀粉；熱損傷；糊化度；黏度；損傷程度

在小麥加工過程中，淀粉顆粒受到機械研磨而損傷，其損傷程度隨研磨強度及小麥硬度而變化[1]。淀粉損傷可引起顆粒破碎、支鏈淀粉分子降解、結(jié)晶破壞、吸水率提高、淀粉溶脹，但淀粉黏度參數(shù)降低；少量淀粉損傷能改善面粉的酶敏感性，利于饅頭和面條等制品制作，過量淀粉損傷導(dǎo)致吸水過多反而劣化面制品品質(zhì)[2]。此外，通過球磨機研磨淀粉制備高損傷淀粉已成為淀粉改性和結(jié)構(gòu)研究的重要方向[3]。淀粉破損檢測方法主要有酶法和非酶法兩類[4]，分別基于淀粉的酶易感性及結(jié)晶性變化。

高水分下加熱，淀粉經(jīng)歷稱為糊化的不可逆的有序到無序轉(zhuǎn)變，淀粉顆粒溶脹、吸水、結(jié)晶性消失、直鏈淀粉分子溶出及顆粒坍塌[5]。淀粉糊化對食品品質(zhì)有重要影響，還可制備冷水可溶的預(yù)糊化淀粉[5]。低水分下，糊化溫度升高，加熱（50～120 ℃）不易引起淀粉糊化，反而對淀粉有改性作用[6]。所謂的濕熱處理和退火處理分別指對淀粉在低水分（＜35%）和中等水分下 （40%～55%）加熱處理，兩者均可引起淀粉結(jié)晶完善、糊化溫度升高及糊黏度下降等，在淀粉改性中有重要應(yīng)用[6-8]。常用糊化度表征受熱淀粉的性質(zhì)，測定方法包括偏光顯微鏡、差示掃描量熱儀（differential scanning calorimetry，DSC）、X射線衍射、酶法等[5]。但是，低水分下受熱淀粉未糊化，用損傷程度代替糊化度對其表征可能更恰當。

雖然淀粉顆粒的機械損傷和受熱糊化過程及其測定方法有許多相似之處，將兩者相聯(lián)系的研究卻不多。測定受熱淀粉的損傷（簡稱熱損傷）程度、糊化度及糊特性，探索熱損傷淀粉與糊化度、淀粉糊特性之間的關(guān)系，對于淀粉濕熱改性及淀粉在擠壓膨化處理等高溫加工中的應(yīng)用均具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

以市售神象特一粉（中糧集團鄭州海嘉食品有限公司）為原材料，采用馬丁法[9]從面粉中分離提取總淀粉、A-淀粉和B-淀粉。其中，面粉水分含量為10.7%、灰分含量為0.5%、粗淀粉含量為68.25%、粗蛋白含量為12.52%，面筋指數(shù)為71，干面筋為8.62。

破損淀粉試劑盒 愛爾蘭Megazyme公司；糖化酶上海楷洋生物技術(shù)有限公司；濃鹽酸、氫氧化鈉、醋酸鈉等試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Avanti J-E型超速離心機 美國貝克曼庫爾特有限公司；FD-2C型冷凍干燥機 北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司；RVA-4型快速黏度分析儀（用Thermal Cycle for Windows配套軟件進行數(shù)據(jù)記錄和分析） 澳大利亞Newport Scientific公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

1.3.1.1 總淀粉的制備[9]

將面粉和水揉成面團，加水量約為面粉質(zhì)量的0.5倍，用保鮮膜包住在室溫下靜置20 min。向放有面團的容器中逐漸倒入水進行洗滌，直至洗水無色為止，洗滌用水量為面粉質(zhì)量的8～10倍，棄去面筋，將得到的淀粉漿過120目篩，在室溫下靜置6 h，棄去上清液，將余下的淀粉漿在3 000 r/min離心15 min，棄去上清液，刮下其上層黃色蛋白層，收集下層物質(zhì)，用無水乙醇進行洗滌、抽濾，將抽濾后得到的淀粉放入冷凍干燥機的托盤中，鋪平物料，其中物料高度占托盤高度的2/3，將托盤放在托盤架并置于冷凍干燥機冷阱中，在-80 ℃條件下預(yù)冷動60 min，隨后立即將托盤從冷阱中取出置于冷凍干燥機上部，將溫度感應(yīng)裝置置于物料上，封蓋好有機玻璃機罩，啟動真空泵，將真空度在7 min內(nèi)迅速降至1 Pa，在該真空度下干燥物料直至冷凍干燥機顯示器上的物料溫度顯示為+10 ℃左右，即表示物料干燥完成，得到總淀粉。

1.3.1.2 A-淀粉、B-淀粉制備

將面粉揉成面團，靜置熟化20 min后進行洗滌、過篩，靜置6 h后將剩余的淀粉漿進行離心，棄去上清液，刮下其上層黃色蛋白層，小心刮下中間黃色的淀粉層，用無水乙醇進行洗滌抽濾，抽濾后得到的淀粉放入托盤中，冷凍干燥操作步驟同總淀粉，制備得到B-淀粉。離心桶內(nèi)的下層白色物質(zhì)經(jīng)無水乙醇洗滌抽濾后，再采用冷凍干燥方式干燥，最后得A-淀粉。

將制得的總淀粉、A-淀粉、B-淀粉粉碎后過80 目篩，備用。

1.3.1.3 熱損傷淀粉的制備

1） 高水分樣品的制備

取樣量及加水量執(zhí)行GB/T 14490—2008《糧油檢驗 谷物及淀粉糊化特性測定 黏度儀法》。即分別稱取25.0 g（水分含量14%）已分離純化后的總淀粉、A-淀粉和B-淀粉，置于燒杯中，按GB/T 14490—2008《糧油檢驗 谷物及淀粉糊化特性測定 黏度儀法》取相應(yīng)加水量。先加入約100 mL蒸餾水，用玻璃棒攪拌約20 s，然后分兩次加入剩下蒸餾水，制成均勻無結(jié)塊的懸浮液，燒杯口用保鮮膜覆蓋，防止水分流失。配制的懸浮液分別在30、40、50、60、70、80、90 ℃條件下水浴30 min，控制相同的攪拌速度，30 min后將樣品置于流動水下迅速冷卻至室溫，隨后倒入冷凍干燥機的托盤內(nèi)進行冷凍干燥，干燥完成后，分別粉碎過80目篩后待用。該操作下所得總淀粉、A-淀粉和B-淀粉樣品分別用TSW、ASW和BSW表示。

2） 低水分樣品的制備

分別稱取25.0 g（水分含量14%）已分離純化后的總淀粉、A-淀粉和B-淀粉，置于燒杯中，燒杯口用保鮮膜覆蓋，防止水分流失。隨后分別置于30、40、50、60、70、80、90 ℃的溫度下水浴30 min，其他操作同高水分樣品的制備，干燥后樣品同樣過80目篩備用。經(jīng)操作得到總淀粉（TS）、A-淀粉（AS）和B-淀粉（BS）樣品。1.3.2 基本成分分析

面粉水分含量測定采用GB/T 21305—2007《谷物及谷物制品水分的測定 常規(guī)法》方法；灰分含量測定采用GB/T 5505—2008《糧油檢驗 灰分測定法》方法；粗淀粉含量測定采用1%鹽酸旋光法測定；粗蛋白含量測定采用GB/T 5511—2008《谷物和豆類 氮含量測定和粗蛋白含量計算 凱氏法》方法，蛋白質(zhì)換算系數(shù)為5.83；濕面筋含量測定采用SB/T 10248—1995《小麥粉濕面筋質(zhì)測定法-面筋指數(shù)法》方法；干面筋含量的測定采用GB/T 5506.4—2008《小麥和小麥粉 面筋含量 第4部分：快速干燥法測定干面筋》方法；淀粉水分含量的測定參照GB/T 12087—2008《淀粉水分測定 烘箱法》方法；淀粉粗蛋白含量的測定采用NY/T 2007—2011《谷類、豆類 粗蛋白含量的測定 杜馬斯燃燒法》；總淀粉、A-淀粉、B-淀粉的水分及粗蛋白含量測定分別采用GB/T 12087—2008《淀粉水分測定 烘箱法》、GB/T 5511—2008《谷物和豆類 氮含量測定和粗蛋白含量計算 凱氏法》方法，蛋白質(zhì)換算系數(shù)為5.83。

1.3.3 淀粉糊化度的測定

淀粉糊化度測定采用GB 9848—1988《方便面α度的測定》方法。

1.3.4 淀粉樣品糊化黏度特性測定

采用快速黏度分析儀標準模式在一定轉(zhuǎn)速下測試淀粉的糊化過程[10-11]。

1.3.5 淀粉損傷程度測定

使用破損淀粉試劑盒，參照AACC Method 76-31/ ICC Method NO.164測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

面粉和淀粉的所有測定結(jié)果均進行2次重復(fù)實驗，數(shù)據(jù)分析使用單向方差分析（方差分析），結(jié)果以表示。采用Duncan’s multiple range test方法對實驗結(jié)果的平均值進行了顯著性差異檢驗（P＜0.05），分析數(shù)據(jù)的軟件采用SPSS version16.0.

2 結(jié)果與分析

2.1 面粉及淀粉基本特性

表1 面粉及淀粉的糊化特性Table 1 Pasting characteristics of flour and starches

表1 面粉及淀粉的糊化特性Table 1 Pasting characteristics of flour and starches

注：同列小寫字母不同表示差異顯著（P＜0.05）。下同。

類型峰值黏度/（mPa·s）峰谷黏度/（mPa·s）衰減值/（mPa·s）最終黏度/（mPa·s）回生值/（mPa·s）峰值時間/s糊化溫度/℃

經(jīng)分離純化后的總淀粉、A-淀粉、B-淀粉的水分含量分別為2.3%、10.0%、3.79%，粗蛋白含量分別為1.10%、0.67%、3.79%。總淀粉、A-淀粉和B-淀粉的原淀粉其破損淀粉含量分別為3.91%、1.84%和8.09%，其糊化度分別為41.01%、31.67%和61.55%。面粉及各種淀粉的糊化特性如表1所示，B-淀粉的糊化溫度最高，A-淀粉的糊化溫度最低，均高于面粉的糊化溫度，這可能由于面粉中的蛋白質(zhì)/面筋通過影響熱量傳遞和競爭可利用水分顯著影響淀粉糊化特性[12-16]。此外，淀粉的糊化特性主要由淀粉粒大小和比例、直鏈淀粉含量、直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例等本身特性決定[17]。

2.2 熱處理溫度對淀粉損傷程度及糊化度的影響

2.2.1 低水分下溫度對淀粉損傷程度及糊化度的影響

圖1 低水分下溫度對TS、AS及BS的破損淀粉含量和糊化度的影響Fig.1 Effect of temperature on DS content and gelatinization degree of TS, AS and BS at low moisture level

由圖1可知，對照淀粉（30 ℃）的初始糊化度比較大，加熱后輕微增加，推測是由于本實驗糊化度的測定方式參考GB 9848—1988中《方便面α度的測定》，采用的酶是糖化酶。有研究表明α-淀粉酶可水解部分生淀粉，因此導(dǎo)致結(jié)果中糊化度測量值較高，表明糊化度不能很好表征低水分受熱淀粉的理化性質(zhì)變化[16]。隨著熱處理溫度的升高，BS在90 ℃時的破損淀粉含量比在30 ℃時增加了4%，而TS、AS的破損淀粉含量增加幅度較小，但TS明顯高于AS。這是由于在小麥淀粉中，A-淀粉含量占總淀粉的70%～80%[18]，這就造成了TS的破損淀粉含量隨著溫度的升高增加幅度小于BS。結(jié)果表明，低水分下加熱雖然未導(dǎo)致淀粉的明顯糊化，B-淀粉的破損淀粉增加說明其淀粉顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了明顯改變或破壞，AS和TS的破損淀粉含量不變或輕微下降。有研究指出，低水分下濕熱處理的淀粉由于淀粉鏈重排使淀粉結(jié)構(gòu)變得更加致密、耐熱、抗剪切，晶體結(jié)構(gòu)更加致密，淀粉結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和糊化溫度得到大幅提高，從而使得α-淀粉酶作用于低水分的熱處理淀粉變得更加困難，淀粉顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重組可能更多作用于A-淀粉，導(dǎo)致A-淀粉損傷程度下降[19]。

2.2.2 高水分下溫度對淀粉損傷程度及糊化度的影響

由圖2可知，3 種淀粉隨著溫度的升高，淀粉的損傷程度和糊化度均呈現(xiàn)升高的趨勢，尤其是在小麥淀粉的糊化溫度范圍（60～70 ℃），兩者急劇增加，但在90 ℃時，除了BSW外，損傷程度和糊化度又有所降低。這可能是由于90 ℃條件下，反應(yīng)溫度高于糊化溫度，在淀粉冷卻時更易發(fā)生老化回生的現(xiàn)象，淀粉結(jié)構(gòu)重新組合使無定型區(qū)減少，而損傷程度和糊化度測定均是以受破壞的無定型淀粉的酶感受性增加為基礎(chǔ)[4]。與低水分條件相比，在高水分條件下熱處理獲得的3 種淀粉具有高得多的破損淀粉含量和糊化度。例如，當溫度增加到90℃時，B-淀粉達到完全糊化，破損淀粉含量為55%，而低水分下同樣溫度B-淀粉糊化未完全，破損淀粉只有13%。這是由于淀粉糊化需要大量水分子參與，水分子首先進入無定型生長環(huán)，顆粒不可逆吸水膨脹，隨后雙折射及結(jié)晶區(qū)消失[20]。破損淀粉顯著增加還表明高溫高水分下糊化淀粉發(fā)生了明顯的熱損傷。

圖2 高水分下溫度對TSW、ASW及BSW的破損淀粉含量和糊化度的影響Fig.2 Effect of temperature on DS content and gelatinization degree of TSW, ASW and BSW at high moisture level

2.2.3 熱處理溫度對糊化特性的影響

圖3 熱處理溫度對糊化溫度的影響Fig.3 Effect of temperature on gelatinization temperature

由圖3可知，高水分下淀粉尤其是B-淀粉的起始糊化溫度均隨著處理溫度的升高而增大，而低水分下，B-淀粉顯著增加，A-淀粉略有提高，總淀粉的糊化溫度卻下降了。糊化溫度增加表明糊化難度增大，熱糊穩(wěn)定性增強。高水分下，B-淀粉的成糊溫度低于A-淀粉的成糊溫度，表明B-淀粉比A-淀粉更容易糊化，這可能與B-淀粉中含有非淀粉雜質(zhì)較多有關(guān)[21]。結(jié)果表明，不但低水分濕熱處理可增加淀粉糊化溫度，高水分熱處理也可增加其糊化溫度。這可能是由于高水分處理獲得的糊化淀粉冷切后直鏈淀粉的老化重排形成更穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)。然而，要將快速黏度分析儀獲得的糊化溫度與應(yīng)用更加廣泛的DSC獲得的數(shù)據(jù)進行比較是困難的。

圖4 熱處理溫度對峰值黏度的影響Fig.4 Effect of temperature on peak viscosity

由圖4可知，6 種淀粉的峰值黏度在相同的處理條件下，均隨著溫度的升高而降低，其中，高水分淀粉的變化趨勢明顯高于低水分淀粉。淀粉機械損傷引起糊黏度下降已經(jīng)被廣泛報道[1,22]，而由熱損傷引起的糊黏度下降報道很少。本實驗表明，淀粉預(yù)糊化引起其黏度參數(shù)變化類似于機械損傷，可能是因為支鏈淀粉分子的降解引起。將加熱引起淀粉理化性質(zhì)急劇改變稱為熱損傷。在相同溫度下，不管水分含量如何變化，A-淀粉乳的黏度明顯比B-淀粉乳的大。這是因為黏度主要是淀粉顆粒遇熱吸水膨脹、分子擴散的體現(xiàn)。B-淀粉的熱糊穩(wěn)定性比A-淀粉的好，應(yīng)該是由于戊聚糖等雜質(zhì)的影[23]。且隨著溫度的升高，B-淀粉峰值黏度的下降速度快于總淀粉與A-淀粉的峰值黏度。

圖5 熱處理溫度對衰減值的影響Fig.5 Effect of temperature on breakdown value

由圖5可知，隨著溫度升高，TSW和BSW的降落值呈上升趨勢，但變化趨勢不明顯，ASW的變化趨勢較為顯著，即ASW在糊化后，其淀粉糊抵抗外界溫度的能力較弱，同時再次證明了A-淀粉的熱糊穩(wěn)定性弱于B-淀粉。總體表明隨溫度的增大，淀粉顆粒到達峰值黏度后淀粉顆粒的破裂減弱，熱糊穩(wěn)定性增強。

由圖6可知，在溫度的影響下，6 種淀粉的回生值均呈現(xiàn)下降趨勢，其中，以高水分的TSW、ASW及BSW的變化更為明顯，這表明提高淀粉的處理溫度可使淀粉糊膠體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在較低溫下的穩(wěn)定性增強，冷糊穩(wěn)定性更好。溫度對TS、AS及BS的回生值的影響較小，表明淀粉在低水分下加熱處理的淀粉，其淀粉溶膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強度較大，不易受到熱力作用的破壞。

圖6 熱處理溫度對回生值的影響Fig.6 Effect of temperature on setback value

總之，由于組分的不同，隨著溫度的變化，小麥總淀粉、A-淀粉和B-淀粉在糊化特性上表現(xiàn)出一定的差異。

2.4 熱損傷程度與糊化度及糊化特性的關(guān)系

圖7 破損淀粉含量與糊化度、峰值黏度的相關(guān)性分析Fig.7 Relationships between DS content and either gelatinization degree or peak viscosity

由圖7可知，熱作用所引起的高水分含量的TSW、ASW及BSW三者的破損淀粉含量與糊化度之間呈顯著的正相關(guān)（P＜0.05），且R2=0.964 5、R2=0.969 1和R2=0.849 9，線性關(guān)系式分別為：y = 2.151 7x-148.74、y = 5.967 2x-452.02和y = 3.674 7x-22.67。其中，TSW與ASW其各自的相關(guān)系數(shù)較大，以ASW的糊化度與破損淀粉含量相關(guān)性更為顯著。對于水分含量較低的TS、AS、BS，其糊化度與破損淀粉含量的相關(guān)性不明顯（P＞0.05）。熱損傷引起的TSW、ASW和BSW三者的破損淀粉含量與峰值黏度呈顯著負相關(guān)（P＜0.05），R2分別為0.894 6、0.863 1和0.915 8，線性關(guān)系式分別為：y=-0.037 7x+175.7、y=-0.072 1x+333.72和y= -0.038 9x+140.85。而低水分的TS、AS及BS其峰值黏度與破損淀粉含量之間則無顯著相關(guān)性（P＞0.05），這說明破損淀粉含量與糊化度之間及破損淀粉含量與峰值黏度之間的相關(guān)性與熱處理時的水分含量有關(guān)。

3 結(jié) 論

對于小麥總淀粉、A-淀粉和B-淀粉，低水分下，淀粉熱損傷不是很明顯，損傷淀粉含量比糊化度更適合表征熱處理的淀粉特性；而高水分下，糊化過程引起淀粉結(jié)構(gòu)破壞，淀粉的熱損傷程度更加顯著，且其破損淀粉含量與糊化度之間呈顯著正相關(guān)，即兩者可相互替代。熱處理引起的淀粉損傷與其糊特性息息相關(guān)，即隨著熱處理溫度的升高，破損淀粉增加，TSW、ASW、BSW、TS、AS及BS的糊化溫度呈上升趨勢，峰值黏度與回生值均顯著下降（P＜0.05），其中TSW和ASW的老化回生現(xiàn)象在較高熱處理溫度下更為明顯，且溫度對高水分淀粉的影響更為顯著。

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Relationship of Thermally Damaged Starches of Total Starch, Type-A Starch and Type-B Starch from Wheat Flour with Gelatinization Degree and Gelatinization Characteristics

HONG Jing, ZHENG Xue-ling*, LIU Chong, LI Li-min, SHEN Sha-sha
(College of Food Science and Technology, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China)

The aims of this research were to explore the degree of thermal damage and gelatinization characteristics of wheat starch as a function of heating temperature and moisture content and to reveal the relationship of the degree of thermal damage with gelatinization degree and viscosity properties. Total starch, type-A starch and type-B starch extracted from commercial wheat flour were studied for changes in damaged starch (DS) content, gelatinization degree and starch paste characteristics after thermal treatment at different temperatures ranging from 30 to 90 ℃ with high and low moisture levels, respectively. The results showed that there was a significant correlation between thermal damage degree and gelatinization degree (P ＜ 0.05) which was greatly affected by moisture. At higher moisture contents, increased temperature could result in greater DS content and gelatinization degree, especially for gelatinization characteristics, while only a small correlation was observed at low moisture levels. The pasting temperature was slightly increased with increasing heating temperature, while its viscosity was reduced significantly and the degree of thermal damage exhibited a negative correlation with peak viscosity (P ＜ 0.05).

starch; thermal damage; gelatinization degree; viscosity; damage degree

TS201.7

A

1002-6630（2014）15-0038-05

10.7506/spkx1002-6630-201415008

2013-08-21

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目（31101243）；教育部“新世紀優(yōu)秀人才支持計劃”項目（NCET-11-0940）；河南省小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（S2010-01-G06）；河南省科技創(chuàng)新團隊項目（13IRTSTHN008）

洪靜（1989—），女，碩士研究生，研究方向為谷物淀粉的開發(fā)與應(yīng)用。E-mail：hongjingjudy@126.com

*通信作者：鄭學(xué)玲（1972—），女，教授，博士，研究方向為谷物加工與應(yīng)用。E-mail：zhengxueling@126.com