熱處理對不同直鏈淀粉含量的玉米淀粉理化性質的影響

王雨生 陳海華 趙 陽 張傳鵬

熱處理對不同直鏈淀粉含量的玉米淀粉理化性質的影響

王雨生1，2陳海華1，3趙 陽1張傳鵬1

（青島農業大學食品科學與工程學院1，青島 266109）
（青島農業大學學報編輯部2，青島 266109）
（山東農業大學食品科學與工程學院3，泰安 271018）

采用快速黏度分析法、離心法、差示掃描量熱分析法、動態流變儀分析法等，研究了干熱與濕熱處理對3種不同直鏈淀粉含量的玉米淀粉糊化性質、膨潤性質、熱力學性質、流變性質的影響，為淀粉的物理改性研究和加工應用提供理論依據。結果表明，干熱處理使淀粉更易糊化，表現為3種玉米淀粉糊化溫度降低，溶解度、膨脹度增加。濕熱處理加大糊化難度，使3種玉米淀粉的糊化溫度升高，膨脹度降低。熱處理使玉米淀粉糊稠度、糊化焓值降低。蠟質玉米淀粉經熱處理后，溶解度和老化率增加。流變性質測定結果表明，濕熱處理不利于高直鏈玉米淀粉黏彈性凝膠的形成。

熱處理 直鏈淀粉含量 玉米淀粉 理化性質

玉米淀粉來源廣泛，價格低廉，是食品工業良好的增稠劑、穩定劑。對玉米淀粉進行熱處理，可改變其加工特性。干熱處理和濕熱處理因簡便易行、清潔、無需其他添加物等優點，被廣泛應用。熱處理對淀粉的理化性質影響顯著。Li等［1］研究表明，干熱處理降低蠟質玉米淀粉（WCS）的糊化溫度、峰值黏度、末值黏度。Takaya等［2］報道，濕熱處理使玉米淀粉老化率升高。Donovan等［3］研究表明，濕熱處理明顯降低小麥淀粉的糊化焓值，且隨著濕熱處理水分含量的增加，其糊化焓值逐漸降低。深入研究熱處理對淀粉的理化性質的影響，可為淀粉的改性研究和加工應用提供參考。

淀粉因直鏈淀粉含量的不同而具有不同的結構和理化性質，對干熱處理、濕熱處理的敏感度也不同［4］。目前，關于濕熱處理對不同直鏈淀粉含量的淀粉性質影響的報道較多。Varatharajan等［5］指出，濕熱處理對普通馬鈴薯淀粉和蠟質馬鈴薯淀粉的結構特性和理化性質的影響不同。Hoover等［4］研究了濕熱處理對3種不同直鏈淀粉含量的玉米淀粉結構特性以及熱力學性質、黏度性質、膨潤性質、凍融穩定性等的影響。高群玉等［6］報道了濕熱處理對3種不同直鏈淀粉含量的玉米淀粉膨脹度、熱力學性質等的影響。以上研究均表明，熱處理對不同直鏈淀粉含量的淀粉性質影響程度不同。此外，對不同直鏈淀粉含量的玉米淀粉進行干熱、濕熱處理，并對比2種熱處理方式對淀粉糊化性質、膨潤性質、熱力學性質及流變性質性質影響的研究，目前報道較少。

本研究采用快速黏度分析儀、差示掃描量熱儀、動態流變儀研究了干熱、濕熱2種不同的熱處理方式對不同直鏈淀粉含量的玉米淀粉糊化性質、膨潤性質、熱力學性質及流變性質的影響，為玉米淀粉在食品中的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

高直鏈玉米淀粉（HACS，水分9.0%，直鏈淀粉59.8%）：山東華農特種玉米開發有限公司；普通玉米淀粉（CCS，水分10.7%，直鏈淀粉26.2%）：山東東都食品有限公司；蠟質玉米淀粉（WCS，水分13.1%，直鏈淀粉3.8%）：山東華農特種玉米開發有限公司；其余試劑均為分析純。

1.2 試驗儀器

RVA Starchmaster快速黏度分析儀：澳大利亞New-port公司；DSC1差示掃描量熱儀：瑞士Mettler-Toledo集團；MCR102型動態流變儀：奧地利AntonPaar有限公司；TA-XT.Plus型物性測定儀：英國Stable Micro Systems公司；RS9TTN型離心機：上海安亭科學儀器廠；MS NewClass型分析天平：瑞士Mettler-Toledo集團。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品的制備

干熱處理改性淀粉的制備：分別準確稱取3種100 g（以干基計）淀粉放于3個平皿中，在50～60℃鼓風干燥箱中干燥至含水量降到10%以下，密封置于130℃下處理4 h后，冷卻，粉碎，過100目篩，待用。

濕熱處理改性淀粉的制備：分別準確稱取3種玉米淀粉100 g（以干基計），調節含水量至20%，均勻混合后密封，室溫下平衡水分24 h后，置于120℃下處理12 h，然后置于室溫下冷卻，粉碎，過100目篩，待用。

1.3.2 淀粉糊化性質的測定

稱取1.3.1中淀粉適量，分散于蒸餾水中制備質量分數為9%的淀粉懸濁液，根據參考文獻［7］測定其糊化性質。

1.3.3 膨潤性質的測定

根據參考文獻［8］，采用離心法測定樣品的膨潤性質。稱取1.3.1中質量為M的淀粉，分散于蒸餾水中配成質量分數為2%的淀粉懸濁液，分別于85、95℃下糊化20 min后，迅速冷卻至室溫，3 000 r／min離心20 min，測定上清液干重A、沉淀濕重P、沉淀濕重D，計算樣品的溶解度、膨脹度。

溶解度＝（A／M）×100%

膨脹度＝P／D

1.3.4 熱特性的測定

配制質量分數為35%（m／m）的淀粉懸濁液，根據參考文獻［9］測定熱處理前后玉米淀粉的起始糊化溫度（To）、峰值溫度（Tp）、終止糊化溫度（Tc）和糊化焓（ΔH0）。并測定糊化后樣品于4℃下儲存7、14 d后的熔融焓ΔHi（i＝7，14）及老化率Ri。

1.3.5 流變學性質的測定

配制質量分數為4.5%淀粉懸濁液，沸水浴糊化10 min后于冰水浴中迅速冷卻至室溫。根據參考文獻［10］測定樣品的靜態流變學性質，采用Herschel-Bulkley方程擬合，記錄屈服應力τ0、稠度系數K、流動指數n。測定樣品的動態流變學性質，記錄儲能模量（G’）、損耗模量（G”）和損耗角正切值（tanδ＝G”／G’）的變化。

1.3.6 數據統計分析

采用SPSS 17.0統計分析軟件對數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 熱處理對3種玉米淀粉糊化性質的影響

圖1 熱處理前后3種玉米淀粉的糊化性質

由圖1可以看出，干熱、濕熱處理影響3種玉米淀粉的糊化性質。與原淀粉相比，經干熱處理后，3種玉米淀粉糊化溫度均降低，其中CCS的糊化溫度降低最顯著，約降低了10℃。這可能是因為干熱處理使玉米淀粉分子內或者分子間的氫鍵斷裂，這有利于水分子與淀粉分子間形成氫鍵，使玉米淀粉更易吸水潤脹。Li等［1］、Lim 等［11］的研究也表明，干熱處理降低WCS的糊化溫度。經濕熱處理后，3種玉米淀粉的糊化溫度均升高，其中HACS升高了約6℃。這說明濕熱處理使玉米淀粉更加難以糊化。這可能是由于濕熱處理后，玉米淀粉的結晶度增加，需要在更高的溫度下才能糊化；或是支鏈淀粉在濕熱處理過程中降解，生成短鏈直鏈淀粉片段，使玉米淀粉難以糊化［12］。李素玲等［13］研究也表明，濕熱處理使HACS、CCS、WCS的糊化溫度升高。

與原淀粉相比，干熱處理、濕熱處理使HACS、WCS的峰值黏度和末值黏度均降低，對CCS的峰值黏度和末值黏度影響不顯著。一方面，玉米淀粉分子在熱處理過程中的降解，導致淀粉糊黏度降低［12］。HACS、WCS在熱處理過程中，淀粉分子的降解占主導作用，因此表現為淀粉糊黏度降低。這分別與Li等［1］、Lim 等［11］報道的干熱處理降低WCS 峰值黏度、糯米淀粉末值黏度的結果一致。李素玲等［13］研究也表明，濕熱處理使HACS、WCS的峰值黏度降低。另一方面，熱處理也可能加強玉米淀粉分子間的交聯，從而使玉米淀粉糊的黏度增加［14］。CCS經熱處理后淀粉糊黏度變化不明顯，可能是淀粉分子降解和交聯加強的共同表現。同時，與干熱處理相比，經濕熱處理后，HACS、WCS的峰值黏度、末值黏度降低更明顯。這可能是由于水分的存在有利于淀粉分子的降解，導致峰值黏度、末值黏度降低［15］。

與原淀粉相比，干熱處理后，HACS和CCS的衰減值增加，其中CCS的衰減值增加了近60RVU，這說明干熱處理使HACS、CCS熱穩定性降低。這可能是由于干熱處理破壞了玉米淀粉分子的結構，抗剪切能力減弱［14］。而干熱處理后WCS衰減值的降低，不足以說明其熱穩定性增加。由圖1可知，干熱處理后WCS峰值黏度比原淀粉降低了近200 RVU，遠比末值黏度的變化顯著。由此可以看出，干熱處理前后WCS的衰減值變化收峰值黏度數值影響較大，因而不能反應其熱穩定性。濕熱處理使3種玉米淀粉的衰減值均降低，其中WCS的衰減值下降了約150 RVU。這表明濕熱處理能增強3種玉米淀粉的熱穩定性。與Anderson等［16］報道的濕熱處理降低大米淀粉衰減值的結果一致。這可能是濕熱處理后，淀粉分子間的相互作用增強，耐剪切力增強的表現［16］。也可能是因為與原淀粉相比，濕熱處理過程中生成的小分子直鏈淀粉具有更高的熱穩定性［13］。

2.2 熱處理對3種玉米淀粉膨潤性質的影響

圖2 干熱、濕熱處理前后對3種玉米淀粉的溶解度和膨脹度

由圖2可以看出，當加熱溫度為85時，HACS、CCS未完全糊化，溶解度、膨脹度均較低。當加熱溫度升高到95℃時，HACS、CCS完全糊化，因此溶解度、膨脹度均比升85℃時增加。加熱溫度為85、95℃時，WCS原淀粉的溶解度為0%。比較95℃時3種原淀粉的膨潤性質可知，隨著支鏈淀粉含量的增加，3種原淀粉的溶解度逐漸降低、膨脹度逐漸增加。這是因為3種原淀粉的糊化難易程度、膨脹能力與其直鏈、支鏈淀粉含量有關［10］。其中WCS原淀粉中幾乎只含有支鏈淀粉，具有較高的吸水膨脹能力，因而基本無直鏈淀粉溶出。

由圖2可以看出，干熱、濕熱處理影響3種玉米淀粉的膨潤性質。與原淀粉相比，干熱處理增加3種玉米淀粉的溶解度、膨脹度。這可能是由于干熱處理破壞了玉米淀粉的結晶結構，使其更易糊化。這與RVA的測試結果一致。HACS、CCS中，直鏈淀粉可能與支鏈淀粉發生了分離，直鏈淀粉更易析出使溶解度增加，支鏈淀粉更易吸水潤脹使膨脹度增加［1］。值得注意的是，經干熱處理后，WCS的溶解度不再為0%，這說明干熱處理使其分子發生降解，生成了可溶出的直鏈淀粉。

與原淀粉相比，濕熱處理降低HACS、CCS的溶解度，降低3種玉米淀粉的膨脹度。這說明濕熱處理使3種玉米淀粉糊化難度增加，這與RVA的測試結果一致。這可能是由于濕熱處理過程中淀粉分子的內部結構變得更加牢固，淀粉分子不易從顆粒內部溶出，因此HACS、CCS溶解度降低［14］。同時，濕熱處理過程中支鏈淀粉降解為直鏈淀粉、淀粉分子持水能力降低［6，14］。因此WCS溶解度顯著增加，膨脹度降低。高群玉等［6］的研究也表明，濕熱處理使玉米淀粉的溶解度和膨脹度降低。

2.3 熱處理對3種玉米淀粉熱力學性質的影響

由表1可以看出，干熱、濕熱處理影響3種玉米淀粉的熱力學性質。與原淀粉相比，干熱處理后，3種玉米淀粉的To、Tp、Tc均降低，這與RVA試驗中，干熱處理使玉米淀粉糊化溫度升高的結果一致。Li等［1］也報道，干熱處理使糯米淀粉To、Tp、Tc降低。濕熱處理后，3種玉米淀粉的To、Tp、Tc均升高，這也與RVA測定的結果一致。Pukkahuta等［17］報道，濕熱處理使玉米淀粉的To、Tp、Tc升高。

干熱處理、濕熱處理使3種玉米淀粉糊化焓值降低。這可能是由于干熱處理、濕熱處理破壞了淀粉顆粒的結構［3］。原淀粉降解所生成的小分子直鏈淀粉片段，在糊化過程吸熱量較少，也可能導致3種玉米淀粉糊化焓降低［10，13］。Pukkahuta 等［17］報道，濕熱處理使玉米淀粉的糊化焓值降低。Jiranuntakul等［18］研究表明，濕熱處理降低CCS、WCS的糊化焓值。Donovan等［3］的研究也表明，濕熱處理使小麥淀粉的糊化焓值降低。由表1還可以看出，濕熱處理后玉米淀粉的糊化焓值明顯低于干熱處理后玉米淀粉的糊化焓值。這表明濕熱處理后對玉米淀粉顆粒結構的破壞作用更大。

淀粉的老化率隨貯藏時間的延長而升高，這與趙陽等［10］的研究結果一致。干熱處理后，HACS、CCS的R7明顯降低，這說明干熱處理能抑制HACS、CCS的短期老化。這可能是干熱增強了糊化的淀粉分子間的交聯作用，使其更加穩定而不易結晶［14-15］。研究表明，直鏈淀粉含量越高、分子量越小，越容易發生老化［15］。而WCS的R7明顯升高，可能是干熱處理將支鏈淀粉降解為易老化的短鏈直鏈淀粉片段所致［13］。濕熱處理后，3種玉米淀粉的R7

均升高。這可能是因為濕熱處理后淀粉結晶度的增加，以及支鏈淀粉降解為直鏈淀粉的共同表現。與原淀粉相比，干熱處理后，3種玉米淀粉的R14均增加，其中WCS的R14增加了26%。濕熱處理使3種淀粉的R14均增加了22%以上，其中WCS的R14增加量高達28%。與Takaya等［2］報道的濕熱處理使玉米淀粉老化率升高的結果一致。淀粉的長期老化主要與支鏈淀粉的結晶，以及直鏈、支鏈淀粉形成的復合結晶有關［9-10］。由此可以推測，干熱處理、濕熱處理對支鏈淀粉的老化影響程度更大。

表1 熱處理前后3種玉米淀粉的糊化、老化性質

2.4 熱處理對3種玉米淀粉流變性質的影響

由圖3可以看出，隨著剪切速率的增加，3種玉米原淀粉及熱處理淀粉的表觀黏度均逐漸降低，表現出剪切變稀的性質。這與趙陽等［10］的研究結果一致。干熱、濕熱處理使3種玉米淀粉的表觀黏度降低。這與RVA、膨脹度、糊化焓的測定結果一致。與干熱處理相比，濕熱處理對玉米淀粉表觀黏度的影響更大。這與熱處理方式對玉米淀粉峰值黏度、末值黏度、膨脹度的影響結果一致。由圖3還可以看出，3種玉米淀粉比較，濕熱處理使HACS的表觀黏度降低程度最大。

表2 熱處理前后3種玉米淀粉的Herschel-Bulkley方程擬合參數

由表2可知，熱處理前后玉米淀粉的流動特性可以用Herschel-Bulkley模型來擬合。根據樣品的屈服應力及流動指數可以看出，玉米淀粉糊為屈服-假塑性流體。干熱處理后，HACS和CCS的τ0明顯降低，WCS的τ0則略微增加。這說明干熱處理使HACS、CCS淀粉糊發生流動所需作用力減小，WCS作用力增加。濕熱處理后，3種玉米淀粉的τ0均顯著降低，其中HACS的τ0幾乎降為0，而CCS、WCS的τ0仍分別保持在0.28、0.45以上，這說明濕熱處理對HACS的影響比CCS、WCS顯著。這可能是因為HACS中直鏈淀粉含量較高，而直鏈淀粉比支鏈淀粉更易受到濕熱處理的影響。干熱、濕熱處理后，3種玉米淀粉的k均顯著降低，與RVA及表觀黏度的測試結果一致。干熱處理后，HACS、WCS的流動指數下降。濕熱處理后，HACS、CCS的流動指數增加，WCS的流動指數則保持不變。Bahrani等［19］研究也表明，濕熱處理使CCS的τ0、k均降低，n略有增加。

G’、G”分別反映黏彈性體中彈性成分和黏性成分的大小。冷卻的淀粉糊中，直鏈淀粉形成的凝膠網狀結構使樣品具有彈性，支鏈淀粉不能形成凝膠，使樣品保持一定的流動性［20］。由圖4可知，干熱處理對HACS的G’、G”影響不大，使CCS的G’、G”降低。濕熱處理使HACS、CCS的G’、G”顯著降低。Bahrani等［19］研究也表明，濕熱處理降低CCS的G’、G”。經干熱處理、濕熱處理后，WCS的G’、G”無顯著變化。熱處理前后，HACS、CCS的G’始終遠大于G”，這說明HACS和CCS淀粉糊中彈性成分遠大于黏性成分，能夠形成黏彈性凝膠。熱處理前后WCS的G’始終與G”接近，不能形成黏彈性凝膠。

tanδ（G”／G’）反映了黏彈性體中黏性成分和彈性成分的相對強弱，tanδ越小，表明其中彈性成分所占的比例越大［20］。由圖4可知，濕熱處理使HACS的tanδ增加，表明濕熱處理使HACS中黏性成分比例增加，對其形成黏彈性凝膠有不利影響。由此可以推測濕熱處理會破壞HACS的凝膠結構，降低彈性。熱處理對CCS和WCS的tanδ影響不大。

圖3 熱處理前后3種玉米淀粉的表觀黏度

圖4 熱處理前后3種玉米淀粉的動態黏彈性

3 結論

熱處理影響3種玉米淀粉的理化性質。干熱處理使淀粉更易糊化，表現為3種玉米淀粉糊化溫度降低，溶解度、膨脹度增加。濕熱處理加大了糊化難度，使3種玉米淀粉的糊化溫度升高，膨脹度降低。干熱處理、濕熱處理均使淀粉糊稠度、糊化焓值降低。這可能是由熱處理破壞玉米淀粉顆粒導致的。WCS經熱處理后，溶解度顯著增加，且更易老化，這可能是由于熱處理使支鏈淀粉降解所致。濕熱處理使HACS的tanδ增加，不利于其黏彈性凝膠的形成。

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Effect of Thermal Treatment on Physicochemical Properties of Corn Starches with Different Amylose Content

Wang Yusheng1，2Chen Haihua1，3Zhao Yang1Zhang Chuanpeng1
（College of Food Science and Engineering，Qingdao Agricultural University1，Qingdao 266109）
（Editorial Department of Journal of Qingdao Agricultural University2，Qingdao 266109）
（College of Food Science and Engineering，Shandong Agricultural University3，Taian 266109）

Effects of dry and moisture thermal treatment on corn starches with different amylose content in pasting properties，swelling properties，thermodynamic properties and rheological properties were analyzed by methods of rapid viscosity analyser，centrifugation，differential scanning calorimeter and dynamic rheometer，providing theoretical support for the research and application of physical modified starches.The results indicated that corn starches with different amylose content were easier to be pasted after dry thermal treatment，with the decreased pasting temperature and increased solubility and swelling degree.However，the corn starches with different amylose content were harder to be pasted after moisture thermal treatment，with the increased pasting temperature，and the decreased swelling degree.By thermal treatment，the paste viscosity and gelatinization enthalpy of corn starches were decreased.After thermal treatments，retrogradating rate and solubility of waxy corn starch were increased.The results of rheological properties showed that gelling properties of high amylose corn starch was hindered by moisture thermal treatment.

heat treatment，amylose content，corn starch，physicochemical properties

TS231

A

1003-0174（2016）09-0045-07

山東省高等學校優秀中青年骨干教師國際合作培養項目（SD-20130875），山東農業大學博士后經費資助（76414），青島農業大學應用型人才培養特色名校建設工程大學生科技創新（QAU-2014152）

2015-01-18

王雨生，男，1979年出生，講師，農產品貯藏與加工

陳海華，女，1973年出生，教授，農產品貯藏與加工

注：不同的小寫字母表示同一列之間存在顯著性差異（P＜0.05），相同的小寫字母表示同一列之間無顯著性差異，余同。