谷朊粉生產中B淀粉漿理化特性

張軍合，饒平凡，張利真，尚益民，胡蕊薪

（河南科技學院食品學院，河南新鄉453003）

谷朊粉生產中B淀粉漿理化特性

張軍合，饒平凡，張利真，尚益民，胡蕊薪

（河南科技學院食品學院，河南新鄉453003）

以目前廣泛使用的三相臥螺法生產谷朊粉中的B淀粉漿為原料，通過掃描電子顯微鏡、電感耦合等離子發射光譜等技術測定了B淀粉的理化特性，包括微觀結構、上清液中金屬離子濃度、還原糖含量、熱力學特性、粘度等，并與A淀粉及小麥粉進行了對比分析。掃描電子顯微鏡的觀察顯示B淀粉顆粒較小，與蛋白質、戊聚糖等粘性物質黏結。差示掃描量熱儀的熱力學特性以及透光率的分析表明小麥B淀粉糊化溫度低，易糊化。B淀粉漿中的金屬離子種類和含量以及還原糖含量適合后續發酵利用。

B淀粉；理化特性；DNS；還原糖

目前生產谷朊粉的主要方法是三相臥螺法[1]，即通過濕法把小麥粉分為三項，A淀粉、濕谷朊+B淀粉、戊聚糖。A淀粉顆粒大，比較易于分離；B淀粉是生產A淀粉時被離心脫水機刮下來的“廢物”，又稱尾淀粉或淀粉糊精等，總量可達原料面粉總量的1/10-1/5[2-3]。小麥B淀粉的淀粉含量約78%，成分主要包括破碎的小淀粉粒、損傷的大淀粉粒、面筋碎片、戊聚糖以及色素等[4-6]，多與蛋白質混粘在一起，一般的分離純化方法難以分離，其中的戊聚糖和脂肪不利于其加工利用[7]。B淀粉中的非淀粉多糖，如葡聚糖、戊聚糖等不被單胃動物的內源消化酶分解，直接進入大腸后被大腸里的微生物分解和發酵，造成單胃動物尤其是禽類的營養障礙[8]。

傳統的谷朊粉生產是以小麥粉為原料，綜合利用率只達到73.5%，由于B淀粉顆粒小，粘度大，親水性強，不容易烘干，難以分離，B淀粉漿除很少一部分用作農戶從事養殖外[9]，大部分隨污水直接排放，既造成浪費又污染嚴重，B淀粉漿的處理目前已成為谷朊粉生產中非常棘手的問題。有人曾對B淀粉漿的成分進行過較為詳細的研究[3-4]，研究其難以分離的原因以及其復雜的成分對B淀粉后續深加工的影響，目前對B淀粉漿也沒有較為理想的處理方法，本文直接以B淀粉漿為原料，研究其理化特性，采用電子顯微鏡、等離子發射光譜等技術對其微觀結構、上清液中金屬離子濃度、還原糖含量、熱力學特性、粘度等理化指標進行分析比較，為其后續綜合利用提供參考。回生值（setback）、糊化溫度（pasting temperature）和峰值時間（peak time）。

1.5 數據分析

所有實驗均進行3次平行試驗，采用Origin 8.0軟件對實驗數據分析處理，實驗結果以表示。

1 材料與方法

1.1 材料

A淀粉漿、B淀粉漿、小麥粉：河南中鶴現代農業產業集團有限公司。

1.2 藥品與試劑

DNS試劑。

1.3 儀器與設備

BT25S電子分析天平：賽多利斯科學儀器北京有限公司；L550臺式低速離心機：湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司；HH—6恒溫水浴鍋：金壇市杰瑞爾電器有限公司；202—2型電熱恒溫鼓風干燥箱：中華人民共和國上海市實驗儀器總廠；RVA-TecMaster快速粘度儀（RVA）：瑞典波通儀器公司；Quanta 200掃描電子顯微鏡：美國FEI公司；Optim2100電感耦合等離子發射光譜：美國PE公司；旋轉式研磨儀ZM1：德國萊馳。

1.4 測定方法

1.4.1 B淀粉的表觀觀察

將A淀粉粒、B淀粉粒充分烘干過100目篩，平鋪于白紙上，對比觀察，拍照。

1.4.2 B淀粉的顯微觀察

將A、B淀粉粒充分烘干過100目篩，取適量分散均勻的淀粉粒用電子顯微鏡分別在放大倍數為800倍和3000倍的情況下觀察并拍照。

1.4.3 B淀粉漿上清液中金屬離子濃度的測定

將適量B淀粉樣品稀釋為27%的溶液，用形狀細長的25mL干燥量筒取B淀粉漿，并用保鮮膜封口靜置約24 h，取上層澄清液于專用橡膠質管中，利用Optime2100DV電感耦合等離子發射光譜儀測定B淀粉漿上清液中各金屬離子的濃度。

1.4.4 DNS法測B淀粉漿還原糖

根據參考文獻[10]制作葡萄糖標準曲線和求DE值。

標準曲線：y=0.599 4x-0.031 8，R2=0.996，式中：x為葡萄糖的濃度；y為OD值。

1.4.5 淀粉粒的熱力學特性測定

根據參考文獻[11]測淀粉的熱力學特性。

1.4.6 淀粉粒的粘度測定

根據參考文獻[12]測定淀粉粒的粘度。測定結束后記錄峰值粘度（peak viscosity）、谷底粘度（trough viscosity）、破損值（breakdown）、最終粘度（finalviscosity）、

2 結果與分析

2.1 A、B淀粉表觀對比（恒重干燥后）

A、B淀粉表觀對比（恒重干燥后）見圖1。

圖1 A、B淀粉表觀對比Fig.1 Apparent contrast of A-starch and B-starch

由圖1可以看出：與A淀粉相比，B淀粉色澤暗黃、粗糙、顆粒均勻度差；這是因為B淀粉成分復雜，含有色素物質和非淀粉成分如粗蛋白、粗纖維及水溶性糖等，使B淀粉的色澤變深，顆粒不均勻，而且這些成分和淀粉顆粒粘連在一起，給B淀粉的后期利用帶來諸多技術和成本障礙。

2.2 A、B淀粉粒的形態和大小

A、B淀粉粒的形態和大小見圖2。

圖2 A、B淀粉電鏡對比（Quanta 200環境掃描電鏡）Fig.2 Electronm icroscope comparison of A-starch and B-starch

從圖2的掃描電鏡圖片可以看出：A淀粉的平均粒徑大小在10μm～35μm之間，顆粒間多數相對獨立存在，其形態主要是圓形淀粉顆粒，表面光滑并有凹陷面；B淀粉主要由較小的橢圓形淀粉和不規則顆粒組成，平均粒徑1μm～10μm，表面粗糙伴有裂縫；由于B淀粉顆粒小、含雜多，易于與蛋白質、戊聚糖等成分粘結在一起，因此表現為顆粒間的緊密黏結。在觀察的過程中發現，A淀粉中也有個別微小顆粒，B淀粉顆粒周圍也零星的分散著個別大顆粒，這說明在工業化生產中，A淀粉B淀粉之間的分離不太徹底。

2.3 B淀粉漿上清液中金屬離子濃度

B淀粉漿上清液中金屬離子種類和濃度詳見表1。

表1 B淀粉漿上清液中金屬離子濃度測定結果Table 1 Concentration ofmetalion in supernatant fluid of B-starch

由表1中可知，B淀粉中的金屬離子種類豐富，多數金屬離子是參與代謝活動的酶的構成成分或激活劑，影響生物體內的物質代謝和生物轉化。Gupta和Dhanya分別發現Mg2+和Ca2+濃度對發酵結果起決定作用，Ca2+是α－淀粉酶的激活劑，Mg2+是檸檬酸脫氫酶、己糖磷酸化酶、羧化酶等的激活劑，K+是許多酶的激活劑，能促進糖的代謝。

各種金屬離子按照含量由多到少的排列順序為：含量較多的金屬離子為K、Mg、Na、Ca；含量較少的金屬離子為Fe、Cu；微含量的金屬離子為Pb、Cr、、Cd。

上述分析可知，B淀粉中含有淀粉、蛋白質、戊聚糖以及多種礦物質，為微生物的生長繁殖和代謝產物的形成提供了充足的營養成分，因此，以B淀粉為原料進行發酵產品的制備時，除少數特殊工藝外，不需另外添加氮源、礦物質等成分，是B淀粉綜合利用的有效途徑之一。

2.4 淀粉中還原糖含量

淀粉中還原糖含量以DE值表示，見表2。

表2 三種淀粉DE值Table2 DE valueof A-starch，B-starch and wheat flour

用DNS法測得實驗結果表明（表2）：三種淀粉中還原糖含量順序為B淀粉＞A淀粉＞小麥淀粉。顯而易見，以B淀粉原料進一步發酵利用具有一定的理論基礎。

2.5 A、B淀粉粒的熱力學特性

用DSC測得的熱焓大小反映了淀粉整體的結晶化度，在分子水平上，涉及到淀粉晶體中膠束狀支鏈淀粉雙螺旋分子結構的解旋和分散，及氫鍵斷裂后與溶液中的水發生水合反應等過程[10]。因此，熱焓的大小會受到淀粉顆粒的晶體結構、分子大小、水中的溶解性等的影響。

表3 三種淀粉熱力學特性測定相關數據Table3 Thermodynamic property of A-starch，B-starch and wheat flou r

三種淀粉的熱力學性質見表4和圖3。

表4 三種淀粉的熱力學參數Table4 Thermodynam ic parameter of A-starch，B-starch and wheat flour

圖3 A、B淀粉和小麥粉的的DSC圖譜Fig.3 DSC atlasof A-starch，B-starch and wheat flour

由表4和圖3可知，對于糊化的起始溫度To，小麥淀粉＞A淀粉＞B淀粉；峰值溫度Tp，A淀粉＞B淀粉＞小麥淀粉；終止溫度Tc，A淀粉＞B淀粉＞小麥淀粉；吸收熱焓值△H，A淀粉＞B淀粉＞小麥淀粉。

上述結果表明，在同等條件下，B淀粉糊化溫度低，易于糊化。

差示掃描量熱儀對A淀粉和B淀粉的熱力學特性的分析顯示，小麥B淀粉比A淀粉更容易發生相變，這和B淀粉成分的復雜性以及不同成分的比例有關。

2.6 淀粉的糊化特性

糊化淀粉低溫靜置，分子重新排列，溶解度下降，出現回生現象，直接影響制品的風味、彈性和外觀。A、B淀粉和小麥粉的的熱力學性質見圖4和表5。

圖4 A、B淀粉和小麥粉的的RVA圖譜Fig.4 RVA atlasof A-starch，B-starch and wheat flour

表5 A、B淀粉和小麥粉的的糊化特性參數Table5 Gelatinization property of A-starch，B-starch and wheat flour

測定結束后記錄峰值粘度（peak viscosity）、谷底粘度（trough viscosity）、破損值（breakdown）、最終粘度（final viscosity）、回生值（setback）、糊化溫度（pasting temperature）和峰值時間（peak time）。

由圖4和表5可知，不同種類的淀粉比較，峰值粘度大小順序是：小麥粉＞A淀粉＞B淀粉；谷底粘度大小順序是：小麥粉＞A淀粉＞B淀粉；破損值大小順序是：小麥粉＞B淀粉＞A淀粉；最終粘度大小順序是：小麥粉＞B淀粉＞A淀粉；回生值大小順序是：B淀粉＞小麥粉＞A淀粉；峰值時間長短順序是：小麥粉＞A淀粉＞B淀粉；糊化溫度高低順序是：小麥粉＞B淀粉＞A淀粉。數據分析如下：

與小麥粉和A淀粉比較，B淀粉的回生值最高，即熱穩定性差，分子更易重新排列，溶解度下降，在加工過程中發生老化，影響制品的品質；B淀粉的起始糊化溫度隨著質量分數的增加而降低，表明B淀粉更易糊化。

相同濃度下A淀粉漿的粘度明顯比B淀粉漿大，其最高粘度分別為1 082 cP和977 cP，這是因為粘度主要是淀粉顆粒溫度升高吸入水分后分子迅速擴散的表觀現象。糊化后B淀粉比A淀粉的穩定性好，這可能是因為B淀粉中所含的雜質所引起的。

3 結論

本試驗研究了目前廣泛使用的三相臥螺法生產谷朊粉中的下腳料B淀粉漿的理化特性，包括微觀結構、上清液中金屬離子濃度、透光率、還原糖含量、熱力學特性、粘度等，并與A淀粉及小麥粉進行了對比和分析比較，表觀觀察和掃描電鏡觀察的結果表明：B淀粉由較小的淀粉顆粒組成且含多種雜質，與蛋白質、戊聚糖等物質黏結緊密，不易分離；透光率還是熱力學特性，或者糊化特性，均說明B淀粉易糊化。B淀粉漿中的金屬離子和還原糖含量都很適合后續發酵利用，為下一步綜合開發利用提供了參考。

[1] 鄭學玲,尚加英.小麥淀粉特性、生產方法及產品應用[J].農業機械,2011,25(2):109-111

[2] 張根生,孫靜,岳曉霞.馬鈴薯淀粉的物化性質研究[J].食品與機械,2010,26(5):22-25

[3]王良東.小麥B淀粉概述[J].糧食與油脂,2007,31(11):13-15

[4]王良東,顧正彪．小麥B淀粉的性質[J]．無錫輕工大學學報,2003,2 (6):5-8

[5] Eleni Chiotelli,Martine Le Meste．Effect of small and large wheat starch granules on thermomeehanieal behavior of starch[J]．Cereal Chem,2002,79(2):286-293

[6] M Peng,M Gao,Abdel-Aal,et al．Sepaption and characterization of A-and B-type starch granules in wheat endosperm[J]．C ereal Chem,1999,76(3):375-379

[7]韋存虛,張翔宇,張軍,等.不同類型小麥品種大、小淀粉粒的分離和特性[J].麥類作物學,2007,27(2):255-260

[8] 王曉曦,王修法,溫紀平.世界小麥產量及加工業發展概況[J].糧食加工,2008,33(4):11-13

[9]宋健民,劉愛峰,李豪圣.小麥籽粒淀粉理化特性與面條品質研究[J].中國農業科學,2008,41(1):27-79

[10]劉俊紅,謝朝暉,馬雪芹,等.生物乙醇原料——艾蒿纖維素降解優化工藝研究[J].中國釀造,2011,10:58-61

[11]蔣東連.不同品種小麥淀粉提取及糊化粘度性質比較[J].糧食與油脂,2009,2(1):98-99

[12]田龍.小麥B淀粉的研究[J].糧食加工,2007,32(5):10-19

Physical and Chem ical Properties Research of B-starch

ZHANG Jun-he，RAOPing-fan，ZHANG Li-zhen，SHANGYi-min，HURui-xin
（Food College，Henan Institute of Scienceand Technology，Xinxiang 453003，Henan，China）

Taking B-starch，leftovers of vital gluten production by widely accepted three-phase lie screw method，as raw material，this papermeasured and analyzed physical and chemical properties of B-starch by electron microscope and inductively coupledplasma optical emission spectrometry，by which microstructure，metal ion concentration in supernatant fluid，contentof reducingsugar，thermodynamic property，gelatinization property were all concluded，also comparison with A-starch and wheat flourwere carried out.The result of electron microscope indicated that particle size of B-starch was small and impurities were embe-dded，which contributed to bond with protein and pentosan.Analysis of thermodynamic property by differential scanning calorimeterand luminousnessshowed thatB-starchwaseasy to gelatinization.In addition，contentsofmetal ion and reducing sugarmade B-starch accessible to be fermented for comprehensive utilization.

B-starch；physicaland chemicalproperties；DNS；reducing sugar

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.05.003

2014-12-14

新鄉市重點科技攻關計劃項目（ZG14029）；河南省教育廳科學技術重點研究項目（14A550013）；國家級大學生創新訓練計劃項目（201310467051）；河南省高校科技創新團隊支持計劃項目（13IRTSTHN006）

張軍合（1972—），男（漢），副教授，博士，研究方向：淀粉科學與工藝。