不同改性方法對紅薯淀粉性質及粉條品質的影響研究

廖盧艷 蔣立文 張 喻 吳衛國

（湖南農業大學東方科技學院1，長沙 410128）（湖南農業大學食品科學技術學院2，長沙 410128）

不同改性方法對紅薯淀粉性質及粉條品質的影響研究

廖盧艷1，2蔣立文2張 喻2吳衛國2

（湖南農業大學東方科技學院1，長沙 410128）（湖南農業大學食品科學技術學院2，長沙 410128）

以3種不同處理方式（乳酸菌發酵、乳酸處理和濕熱處理）對紅薯淀粉進行改性，采用快速黏度測定儀（RVA）傅立葉紅外光譜、電鏡掃描儀和質構分析儀等儀器研究不同改性處理對紅薯淀粉結構性質及粉條品質的影響。研究結果表明：與原淀粉相比，3種改性淀粉糊化特性的峰值黏度和衰減值有所降低，回生值都有不同程度的升高，淀粉分子結構的有序度也有不同程度的增加，除濕熱處理淀粉的顆粒結構表面無明顯變化，其他改性淀粉的顆粒結構表面有不同程度破壞。對3種改性淀粉與原淀粉粉條品質進行比較研究發現濕熱處理淀粉所制粉條的斷條率比原淀粉降低50%，硬度也由原來的2 437 g增加至3 022 g，粉條的拉伸強度由原來的80 g增加到163.9 g。

紅薯淀粉 性質 結構 粉條品質

紅薯淀粉是我國的優勢資源，而生產紅薯粉條是合理利用和轉化紅薯淀粉最重要的途徑之一。紅薯粉條作為一種傳統的淀粉食品在國內的消費市場和消費潛力逐年增加，同時，這種產品在韓國、越南、臺灣也非常受歡迎。為了改善紅薯粉條產品的品質，人們通常會通過添加海藻酸鈉、明礬或其他食品添加劑以及通過對淀粉進行化學處理，如氧化、交聯等方法來達到目的。這些方法都只是在一定程度上改善了紅薯粉條的品質，但一些化學變性淀粉和化學添加劑的加入，已經不符合綠色食品的環保要求，因此需要尋求更合適的改進方法來改善紅薯粉條的品質。而粉條品質的優劣與淀粉的結構性質也密切相關［1］。本試驗同時利用植物乳桿菌發酵處理、乳酸處理、濕熱處理等3種方法對紅薯淀粉改性，考察不同改性方法對紅薯淀粉的結構性質及其粉條品質的影響研究，以期為粉條品質的改善提供依據和指導。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

紅薯淀粉：長沙湘豐金薯食品有限公司；植物乳桿菌：湖南農業大學微生物菌種保藏室；乳酸：河南金丹乳酸科技股份有限公司，食品級，質量分數為80%。

1.2 主要儀器與設備

快速黏度測定儀RVA：波通瑞華科學儀器（北京）有限公司（瑞典perten）；質構分析儀TA－XT2i：英國stable system；生化培養箱：上海新苗醫療器械有限公司；高速多功能粉碎機：上海冰都電器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 不同改性方法的處理條件

乳酸菌發酵處理：發酵處理前將植物乳桿菌接種于MRS液體培養基中活化24 h進行擴大培養使培養菌數鏡檢達到108個／mL。按5%（v／v）接種量將活化好的乳酸菌菌懸液接入裝有已滅菌的150 mL MRS液體培養基的三角瓶（300 mL）中，然后再將50 g紅薯淀粉加入三角瓶中進行淀粉發酵處理。37℃下發酵3 d后用4%NaOH將溶液pH調至中性以終止反應，3 000 r／min離心20 min，棄去上清液，重復3次。將發酵淀粉在40℃下干燥，粉碎過100目篩，待后續檢測分析使用。

乳酸處理：在裝有150 mL蒸餾水的三角瓶（300 mL）中，加入 0.5%（v／v）食用級乳酸，然后再將50 g紅薯淀粉加入三角瓶中，密封在搖床中50℃，160 r／min反應48 h后，用4%NaOH將溶液pH調至中性以終止反應，3 000 r／min離心20 min，重復3次，棄去上清液，在40℃下常壓干燥，用粉碎機粉碎過100目篩，待后續檢測分析使用。

濕熱處理：淀粉使用前先用105℃恒重法（GB 50093—2010）測定出淀粉的水分含量。取50 g淀粉置于三角瓶中調節水分質量分數為22%用塑料薄膜密封室溫下平衡一夜，使水分平衡。再將放置一夜的淀粉放入烘箱115℃反應時間2 h。冷卻后取出于40℃下干燥，用粉碎機粉碎過100目篩，待后續檢測分析使用。

1.3.2 淀粉糊化特性的測定［2］

用快速黏度儀（RVA）對淀粉糊化參數進行測定，測定時先用105℃恒重法（GB 50093—2010）測定出淀粉水分含量。將3 g樣品加入RVA專用鋁盒內，然后加入水量定量25 mL，用攪拌器將樣品攪拌均勻，然后放入儀器中進行測定。采用升溫／降溫循環，糊化程序如下：50℃保持1 min，4 min內加熱至95℃保溫5.5 min，4 min內冷卻至50℃并在50℃保持4 min。另外旋轉漿在起始10 s內旋轉速度為960 r／min，以后保持 160 r／min至結束。

1.3.3 電鏡掃描的測試條件

將不同改性處理后淀粉樣品置于105℃烘箱中干燥4～5 h，在紅外燈下用導電膠將樣品固定在樣品臺上，然后噴金，將處理后的樣品保存于干燥器中。將待測樣品置于掃描電子顯微鏡中觀察，拍攝具有代表性的淀粉顆粒形貌。

1.3.4 傅立葉紅外光譜的測試條件［3］

稱取約0.008 g淀粉樣品，與0.8 g光譜純KBr研磨均勻，105℃烘干后壓制成透明的薄片，放入樣品架上，置于紅外光譜儀內全波段掃描，電腦自動繪制紅外光譜圖。測試條件為分辨率4 cm－1，掃描次數32次。利用OPUS6.5軟件對譜圖進行基準線校正和歸一化。

1.3.5 粉條的制備及粉條品質指標的測定

1.3.5.1 粉條的制備

參照譚洪卓［4］的方法加以改進，取3.0 g淀粉樣品加20 mL水在沸水中糊化，再加入25 g淀粉和適量的水分別調制成總含水量為45%的淀粉粉團，將粉團倒入直徑為20 cm的小烤盤中攤平靜置5 min。然后放入裝有沸水的蒸鍋中蒸5 min后迅速放入冷水中1 min后立即取出。4℃存放17 h，揭皮切成寬度為1 cm的粉條，40℃干燥成品。

1.3.5.2 粉條品質指標的測定［5］。

斷條率：將長10 cm的粉條樣品20根，在500 mL蒸餾水中分別煮沸30 min，記錄斷條數，計算斷條率（%）。

硬度：取5 cm長的樣品粉條20根，在500 mL蒸餾水中煮沸10 min，撈出，冷卻，備用。用游標卡尺量取粉條直徑，在質構儀上用A／LKB－F探頭按以下條件進行測量（感應力：20 g，測試形變：100%）。每次取3根粉條水平放置在載物臺上，粉條之間有一定的間隔。對每個試樣做6個平行試驗。儀器參數處理采用去掉最大值和最小值，取平均值。

拉伸強度：取10 cm長的樣品粉條20根，在500 mL蒸餾水中煮沸10 min，撈出，冷卻，備用。在質構儀上用A／SPR探頭按以下條件進行測量（感應力5 g，測試距離：50.0 mm）。每次將1根粉條纏繞固定在2個平行的摩擦輪之間（粉條在被拉的過程中不能夠松動），上面的輪子勻速的向上拉伸粉條，直至粉條斷裂。對每個試樣作6次平行試驗。儀器參數處理采用去掉最大值和最小值，取平均值。

1.3.6 數據分析

試驗數據處理與分析采用Excel軟件進行，所有數據都是3次測試的平均值。

2 結果與分析

2.1 不同處理方法對紅薯淀粉糊化特性的影響

淀粉的糊化特性對淀粉制品的品質起著重要的作用。從消費者的角度考慮，淀粉的糊化性質對于其產品的接受程度至關重要［6］。糊化特性的主要參數包括峰值黏度、谷值黏度、衰減值、最終黏度以及回生值。從表1可以看出不同處理后的淀粉和原淀粉的糊化特性參數值均存在顯著性的差異（P＜0.05），與原淀粉相比，經發酵處理、乳酸處理、濕熱處理后，紅薯淀粉的峰值黏度和衰減值均有不同程度的降低，回生值均有不同程度的增加。其中濕熱處理的淀粉的峰值黏度和衰減值降低的最明顯，而回生值增加的也是最明顯的。

濕熱處理后紅薯淀粉的峰值黏度由原淀粉的5 227 cP降低至4 477 cP。分析其原因，可能是由于：一是濕熱處理使淀粉分子鏈降解，一部分分子鏈變小，部分支鏈淀粉降解形成更多直鏈淀粉，直鏈淀粉含量增加，在加熱糊化時黏度變小［7］；二是，熱和水分使淀粉內部結構發生改變，結晶度增加，無定型區內淀粉鏈相互作用，分子內和分子間氫鍵增強，大部分淀粉形成了耐熱成分，淀粉顆粒變得不易膨脹［8］。經乳酸菌發酵處理的紅薯淀粉在糊化過程中的峰值黏度比原紅薯淀粉低181 cP，可能由于乳酸菌發酵使淀粉中的蛋白質溶出，蛋白質包裹在淀粉分子的外層，這樣顆粒空間位阻大，抗剪切能力增大，而蛋白質溶出后，淀粉得到釋放，在剪切力的作用下更易形成有規則的排列，抗剪切能力減弱，最后乳酸菌發酵使淀粉部分糖化也導致峰值黏度下降［9］。同時，Yang等［10］和魯戰會等［11］研究發現發酵導致大米粉的峰值黏度降低，同樣地，Olanipekun等［12］和熊柳等［13］分別證明發酵導致大豆淀粉和綠豆淀粉的峰值黏度下降。

衰減值與峰值黏度經過不同改性處理后一樣呈現降低趨勢，衰減值反映了淀粉顆粒結構在加熱過程中的穩定性，衰減值越大，表明淀粉顆粒越不穩定，在加熱和攪拌過程中容易破裂［14］。衰減值的降低可能是因為改性處理過程中，支鏈淀粉的水解，使得直鏈淀粉的相對含量上升。原紅薯淀粉的衰減值是2 764 cP，而經乳酸菌發酵處理、乳酸處理和濕熱處理后淀粉的衰減值分別降至為2 485、2 473和1 586 cP，這說明經過前面3種改性處理后的淀粉與原淀粉相比剪切稀化的程度小，剪切稀化是因為淀粉顆粒在高溫吸水后膨脹崩潰和剪切力的作用［15］。即說明了經處理后的淀粉糊有較強的抵抗高溫下剪切力的能力，其中濕熱處理后淀粉糊抵抗高溫下剪切力的能力最強。

回生值反映淀粉糊化后的老化回生速度，淀粉回生值升高說明淀粉更易老化，而短期老化跟糊化時直鏈淀粉的溶出量呈正相關［16］。從表1中可以看出3種改性處理后紅薯淀粉的回生值都比原淀粉增加了，同時也說明3種改性處理方式都不同程度地促進了糊化過程中直鏈淀粉的溶出。

表1 不同改性處理紅薯淀粉糊化特征值

2.2 不同處理方法對紅薯淀粉顆粒表觀結構的影響

用掃描電鏡直接觀察經乳酸菌發酵處理、乳酸處理、濕熱處理后紅薯淀粉的顆粒形貌，其結果如圖1所示。從圖1中可以看出，紅薯原淀粉呈圓形，少量不規則形狀，而且原淀粉顆粒的表面十分光滑，基本上無裂痕和凸凹不平，顆粒與顆粒之間相對獨立。經發酵處理后，淀粉部分顆粒表面出現裂紋，有部分淀粉顆粒表面出現一些孔洞，還有部分淀粉顆粒表面凹凸不平。造成此種現象的原因可能是乳酸菌發酵代謝產物中的酸和酶對淀粉的作用使損傷淀粉含量增多，使淀粉顆粒內部的一些物質溶出，增強淀粉分子表面的化學反應的進行以及試劑的可滲透性［17］。經乳酸處理后淀粉只是在表面出現一些凹坑和細小裂紋，也有極少數顆粒有了裂縫，整個酸解過程始終沒有形成表面凹陷。表明紅薯淀粉顆粒的結晶結構強度較大，即使在內部無定形結構部分被水解形成空隙的情況下，仍不會塌陷［18］。紅薯淀粉經過濕熱處理后，顆粒形貌未發生大的變化，具體表現在顆粒表面狀態皆與原淀粉無明顯差別。說明濕熱處理對紅薯淀粉的顆粒形貌基本無影響。

圖1 不同改性方法處理后紅薯淀粉的掃描電子顯微鏡（SEM）圖片（10 000×）

2.3 不同處理方法對紅薯淀粉分子鏈上基團的影響

圖2為原紅薯淀粉及不同改性處理后紅薯淀粉的紅外光譜圖。從圖2可以看出，對于未經改性處理的原淀粉而言，其基本組成單元是α－D－（＋）脫水葡萄糖單元，主要特征基團是C2和C3所連接的仲醇羥基，C6連接的伯醇羥基以及α－D－吡喃環結構。這些結構特征在紅外光譜圖中的紅外吸收峰位置及結構歸屬分別為：3 330 cm－1為O—H伸縮振動；2 931 cm－1為 C—H的伸縮振動；1 647 cm－1為H2O的彎曲振動；1 078 cm－1為與仲醇羥基相連的C—O的伸縮振動；1 020 cm－1為伯醇羥基相連的C—O的伸縮振動；929 cm－1為D吡喃葡萄糖的Ⅰ型吸收帶；862 cm－1為D吡喃葡萄糖的α型吸收帶；765 cm－1為D吡喃葡萄糖的Ⅲ型吸收帶。從圖2的紅外光譜圖上可以看出經過乳酸菌發酵、乳酸和濕熱3種處理后淀粉與原淀粉相比無明顯的差異，各特征基團的吸收峰位置、形狀與原淀粉相差不大，沒有新的吸收峰出現，仍具有原有官能團，說明3種處理未破壞淀粉原有的基本結構，沒有化合物產生。但是通過計算不同處理前后淀粉的紅外結晶指數，發現經不同處理后淀粉的紅外結晶指數上升，從未經處理原紅薯淀粉的0.87分別上升到0.96、0.94和0.95，說明3種不同處理不同程度地破壞了紅薯淀粉的結晶結構，導致不同處理淀粉紅外光圖譜中部分吸收峰強度降低。紅外指數（R）是指去卷積譜圖中1 047 cm－1和 1 022 cm－1處吸收峰強度的比值［19］。R值主要是用來表征淀粉顆粒表面的短程有序結構，看作是淀粉粒有序結構的指標，其中R值反映淀粉分子的有序程度，其比值越大，有序度越高［20］。

圖2 不同改性處理后紅薯淀粉的紅外光譜圖

2.4 不同處理方法對紅薯淀粉粉條品質的影響

借鑒譚洪卓等［21］評價粉條品質的方法采用粉條硬度、斷條率和粉條的拉伸強度來考察粉條品質的好壞情況。粉條烹煮后的硬度值反映粉條的耐煮性，硬度值越高，越耐煮，是粉條質構品質的一個重要指標。斷條率的高低直接反映粉條品質的好壞，是評價粉條烹煮品質最重要的指標。粉條拉伸強度的測定結果可以替代反映感官評定中的筋道感。原紅薯淀粉粉條品質不好的原因主要是容易糊湯、斷條，拉伸性能差、粉條過軟強度差，在粉條品質評價指標斷條率、粉條硬度和拉伸強度值上就可以體現出來。表2為不同改性處理后紅薯淀粉所制粉條品質的比較。從表2可以看出不同處理后的淀粉和原淀粉的粉條品質特征值均存在顯著性的差異（P＜0.05），經乳酸菌發酵和濕熱處理后紅薯淀粉所制粉條品質都有不同程度的改善，而乳酸處理淀粉所制粉條的品質比原淀粉差。濕熱處理紅薯淀粉所制粉條的品質最好，其斷條率比原淀粉所制粉條降低50%，粉條的硬度由原紅薯淀粉的2 437 g增加到3 022 g，粉條的拉伸強度由80 g增加到了163.9 g。分析其原因可能是濕熱處理淀粉的衰減值降低，使得直鏈淀粉的相對含量增加，回生值也相應的增加，隨著淀粉回生值增大，淀粉形成凝膠的硬度也不斷增大，對淀粉制產品的韌性形成有良好的貢獻［22］。直鏈淀粉含量越高，形成的氫鍵越多，其網絡結構的強度越高，則導致了粉條不易被拉斷和切斷［23］。

表2 不同改性處理的紅薯淀粉所制粉條品質的比較

3 結論

與原淀粉相比，3種改性淀粉糊化特性的峰值黏度和衰減值有所降低，回生值都有不同程度的升高，淀粉分子結構的有序度也有不同程度的增加，除濕熱處理淀粉的顆粒結構表面無明顯變化，其他改性淀粉的顆粒結構表面有不同程度破壞。對3種改性淀粉與原淀粉粉條品質進行比較研究發現濕熱處理淀粉所制粉條的斷條率比原淀粉降低50%，硬度也由原來的2 437 g增加至3 022 g，粉條的拉伸強度由原來的80 g增加到163.9 g。研究結果表明可以采用處理工藝簡單，以操作無污染，不需后續處理等優點的濕熱改性淀粉的方法來達到改善紅薯淀粉粉條品質的目的。

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Effect of Different Modification Methods on Sweet Potato Starch Properties and Its Noodle Quality

Liao Luyan1，2Jiang Liwen2Zhang Yu2Wu Weiguo2
（Orient Science and Technology College of Hunan Agricultural University1，Changsha，Hunan 410128）（Food Science and Technology College of Hunan Agricultural University2，Changsha，Hunan 410128）

Sweet potato starch has been modified with lactic acid bacteria fermentation，lactic acid treatment and heat－moisture treatment，respectively in the test of the paper.The structural properties and noodles properties were explored by rapid visco－analyser（RVA），Fu Liye infrared spectroscopy（FTIR），scanning electronmicroscopy（SEM），texture profile analysis（TPA）and othermeasurement.The results showed that in comparison with native starch，the three kinds ofmodified starch had the lower values of peak viscosity and breakdown，while the higher values of the setback as well as the ordered degree of structure.The modified starches damaged starch granule structure surface except heatmoisture modified starch.Comparative qualities of starch noodle showed that the heat moisturemodified starch noodle broken ratewas reduced of50%；the hardness of starch noodle increased from 2 437 g（original）to 3 022 g，the tensile strength of starch noodle increased from 80 g（original）to 163.9 g.

sweet potato starch，property，structure，starch noodle quality

TS236.5

A

1003－0174（2015）11－0049－05

湖南省高等學校“2011”協同創新中心項目（湘教通［2013］）448號）

2014－05－12

廖盧艷，女，1982年出生，實驗師，糧食深加工及開發利用

吳衛國，男，1968年出生，教授，糧食深加工及開發利用