蕨根淀粉的顆粒形態與糊化特性研究

杜傳來 王 麗 潘苗苗 郭子義

蕨根淀粉的顆粒形態與糊化特性研究

杜傳來1王 麗1潘苗苗2郭子義1

（安徽科技學院食品藥品學院1，鳳陽 233100）
（安徽省鳳寶糧油食品（集團）有限公司2，鳳陽 233100）

為探討蕨根淀粉的糊化性能，以蕨根為原料，采用濕法提取淀粉，并進行提純，對蕨根淀粉的顆粒形態、糊黏度曲線、糊冷熱黏度、糊透明度、抗剪切性、凍融穩定性、凝沉性及抗老化性等特性進行了研究，并與玉米淀粉進行了比較。結果表明：掃描電鏡觀察蕨根淀粉顆粒表面光滑，大小均勻，呈橢圓或鵝卵石形，粒徑范圍10.23～26.14μm，長軸平均粒徑19.09μm，稍大于玉米淀粉；布拉班德糊黏度曲線表明蕨根淀粉糊化溫度為68.9～89.4℃，低于玉米淀粉糊，而峰值黏度為611 mPa·s，高于玉米淀粉；與玉米淀粉相比，蕨根淀粉穩定性好、透光性好、凍融穩定性好、抗老化性強，而凝沉性較弱、抗剪切性較差。蕨根淀粉較適于速溶、快餐、冷凍食品加工。

蕨根 淀粉 顆粒形態 糊化特性

淀粉是人體所需能量的主要來源，在現代食品工業中淀粉是一種非常重要的原輔料，在食品加工中起著非常重要的作用。近幾年來，人們不斷開發淀粉新資源，對荔枝、銀杏、羅漢果、芋頭、葛根、板栗、何首烏、檳榔嶼以及橡子中淀粉的提取及理化性質研究已有報道。

蕨菜（Pteridium aquilinuml）又名拳頭菜、如意菜、吉祥菜、長壽菜、龍頭菜等，被譽為“山菜之王”，深受人們喜愛［1］。蕨菜的根莖中淀粉含量高達35%～40%，還含有多種氨基酸和維生素，具有清熱解毒、健胃補脾之功效，經常食用蕨根淀粉對預防癌癥、黃疸肝炎、破傷風等病癥有一定作用［2］。蕨粉還可用來制作飴糖、餅干、粉條、涼粉等食品，也可用來釀酒和制造酒精［3］。蕨根中淀粉的組成、結構和性質直接關系到蕨根的深加工和應用［4］。淀粉的糊特性是加工性能的重要指標，淀粉糊的特性與淀粉的品種［5－7］不同生長環境［8］及產品的成分［9］等有關。

有關蕨根淀粉，杜雙奎等［4］研究了蔗糖、NaCl、堿面和明礬添加及pH值對蕨根淀粉糊化特性的影響。本研究以蕨根為原料提取蕨根淀粉，并對淀粉顆粒形貌、糊流變曲線、糊冷熱黏度、糊透明度、抗剪切性、凍融穩定性、凝沉性、抗老化性的測定等理化性質進行了系統研究。旨在充分利用野生資源，為蕨根淀粉的開發利用提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料與儀器

蕨根：安徽大別山。

氫氧化鈣、氫氧化鈉、鹽酸、無水乙醇、氫氧化鉀、正丁醇、異戊醇、二甲亞砜、無水氯化鈣、四氯化錫（均為分析純）。

EVO－18型掃描電子顯微鏡：英國－卡爾蔡司；NDJ－9S型旋轉黏度計：上海天平儀器總廠；DL－5型低速大容量離心機：上海安亭科學儀器廠；Viscograph－E型布拉班德黏度儀，8012型布拉班德黏度儀：德國布拉班德公司；101C－3B型電熱鼓風干燥箱：上海實驗儀器總廠；DZF－1B型真空干燥箱：上海躍進醫療器械廠；WZZ－1S型數字式自動旋光儀，722S型分光光度計：上海精密科學儀器廠；HH－6型數顯恒溫水浴鍋：常州國華電器有限公司；JJ－1精密電動攪拌器：江蘇富華儀器有限公司；SF－170型高速粉碎機：上海中藥機械廠。

1.2 試驗方法

1.2.1 蕨根淀粉的提取與純化［10，11］

工藝流程：蕨根→浸泡→清洗→晾干→切段→粉碎→堿浸→篩分→離心→提純→干燥→成品

主要操作步驟：選擇優質蕨根浸泡24 h后，清洗并自然晾干，切段，粉碎。然后用0.3%的Ca（OH）2堿液浸泡，浸泡溫度為40℃，時間10 h，料液比1∶5。先后用40目、100目和200目濾布過濾，用清水多次沖洗后靜置，使淀粉沉淀下來。再經4 000 r／min下離心10 min，制得蕨根粗淀粉。收集粗淀粉，加4%乙醚數毫升到離心管內，用細玻璃棒充分攪拌，然后離心，傾出上清液并收集以備回收乙醚。沉淀中再加70%乙醇10 mL，充分攪拌以洗滌殘余物，傾去上清液，重復洗滌數次以去除可溶性糖分，最后用熱的0.3%的氫氧化鉀溶液去除蛋白質，重復2次，再用水沖洗數次，直至淀粉顯中性。最后將沉淀在電熱鼓風干燥箱中40～50℃下干燥24 h即得成品。

1.2.2 淀粉顆粒形貌表征

用雙面膠把樣品顆粒固定在樣品臺上，經真空鍍金膜后，放入掃描電子顯微鏡中，進行觀察。1.2.3 蕨根淀粉的糊化特性

1.2.3.1 糊流變曲線及糊化溫度的測定：用Viscograph－E型布拉班德黏度儀，測量盒扭距700 cm·Hg。淀粉乳濃度ω（淀粉）6.0%，含水量8.1%。測定程序為：30℃開始以7.5℃·min－1升溫至95℃；95℃保持10 min；再以7.5℃·min－1降溫至55℃；55℃下保持10 min［12］。儀器記錄測定過程中糊黏度值獲得黏度曲線。

1.2.3.2 糊冷、熱黏度的測定：用德國8012型Brabender連續黏度計，把樣品用水調成3% 的淀粉乳，調pH為6，在水浴中加熱至95℃，然后保持95℃攪拌30 min，最后以1.5℃／min的速度冷卻至室溫，分別測其黏度。95℃下測得的黏度為熱黏度，30℃下測得的黏度為冷黏度。［13］

1.2.3.3 糊透明度的測定：把樣品用蒸餾水調成1%的淀粉乳，取50 mL放入100 mL燒杯中，置于沸水浴中加熱攪拌15 min，并保持原有體積。然后冷卻至室溫，用1 cm比色皿在620 nm波長下，以蒸餾水為空白，以蒸餾水的透光率為100%，測定淀粉糊的透光率［14］。

1.2.3.4 抗剪切性的測定：將樣品用蒸餾水調成3%的淀粉乳，置于水浴上不斷攪拌，以1.5℃／min升溫至95℃完全糊化，冷卻至30℃測其黏度，然后在200 r／min條件下剪切5 min，再測其黏度，計算剪切前后黏度的差值（單位為mPa·s）及相對差值［14］。

黏度差值＝剪切前的黏度－剪切后的黏度

1.2.3.5 凍融穩定性的測定：將樣品用蒸餾水調成3%的淀粉乳，在沸水浴中加熱20 min，冷卻至室溫，置于－20～－15℃的冰箱中冷凍，24 h后取出，自然解凍，在3000 r／min條件下離心20 min，棄去上清液，稱取沉淀物質量，計算析水率［15］。

1.2.3.6 凝沉性質和抗老化性質的測定：把樣品用蒸餾水調成1%的淀粉乳，在沸水浴中加熱攪拌15 min糊化，然后把淀粉糊放入刻度試管中，糊體積在15 mL處，在室溫下靜置24 h，記錄24 h后沉降物所占的體積即為沉降積，以mL表示［16］。

2 結果與分析

2.1 淀粉顆粒形貌表征［17］

從圖1可以看出蕨根淀粉顆粒大多呈橢圓形或鵝卵石形，大小較均勻，表面光滑，有較少的裂縫；個別的凹陷和深洞可能是由于在純化淀粉時堿溶液對淀粉分子的損壞以及在粉碎過程中的破壞等因素造成的。利用電鏡標尺，測定計算出蕨根淀粉的粒徑范圍在10.23～26.14μm，平均粒徑為19.09μm。與幾種常見植物淀粉顆粒大小與形態比較［18］，結果見表1。

圖1 淀粉顆粒掃描電鏡照片

表1 幾種常見植物淀粉顆粒大小與形態比較

由圖1和表1可以看出，蕨根淀粉的平均粒徑比大米大而與玉米淀粉相當，比甘薯淀粉顆粒小。不同來源的淀粉有不同的物理化學和功能性質［19］，而淀粉及其成分的性質又都與淀粉粒的大小形狀有關。

2.2 糊流變曲線與糊化溫度的測定

淀粉糊化和黏度等功能特性是非常重要的，因為它們直接影響小麥粉的加工性能并最終影響產品的質量［20］。布拉班德黏度測定儀（BV）測定蕨根淀粉和玉米淀粉糊化黏度性質特征值見表2。

表2 淀粉糊黏度性質特征值

由表2可以看出，蕨根淀粉和玉米淀粉糊化黏度性質特征值有明顯不同，蕨根淀粉峰值黏度和最終黏度均較高；糊化時間、糊化溫度較低，且最終黏度低于峰值黏度。說明蕨根淀粉比玉米淀粉更易糊化，這可能與其中直鏈淀粉含量直接相關。糊化開始時淀粉顆粒吸水溶脹，蕨根淀粉的糊化開始溫度為74.0℃，低于玉米淀粉糊化開始溫度84.5℃，低的糊化溫度有利于食品中熱敏性成分免受高溫的破壞［21］。蕨根淀粉峰值黏度為588.0 BU，大大高于玉米淀粉峰值黏度。崩解值表示淀粉糊黏度熱穩定性的變化，數值越大熱黏度穩定性越差，蕨根淀粉的崩解值較高，但回升值較低，說明蕨根淀粉熱穩定性較差，但不易老化。回升值表示淀粉凝沉性強弱，數值越小，凝沉性越弱，淀粉糊老化現象越輕。冷卻階段結束時與最終恒溫階段結束時黏度差值表示淀粉糊的冷黏度穩定性，蕨根淀粉值較小為99.0 BU，說明其冷糊穩定性較好。

2.3 蕨根淀粉與玉米淀粉的糊化特性比較

淀粉的各種糊化特性參數與淀粉的功能特性密切相關，也決定了其在食品工業中的應用［22］。許多食品中加入淀粉，主要是利用其受熱糊化后產生的黏度使產品具有要求的組織的結構和性質。很多食品均需在較高溫度下加工或殺菌，淀粉分子在高溫下易解聚成小分子，黏度下降，膠體結構破壞，使其失去增稠能力。在食品的貨價期內，也希望淀粉保持較好的黏度穩定性，以便保持食品良好的組織狀態。因此，對其冷熱黏度進行了測定比較。

從表3可以看出，蕨根淀粉的冷、熱黏度都比玉米淀粉的冷、熱黏度要高，且差異顯著，表明蕨根淀粉在食品中應用于常溫貨架保存內其穩定性較好。

淀粉糊的透明度大小反應了淀粉分子與水結合能力的高低，同時也與淀粉溶解度有關［23］。由表3還可以看出，蕨根淀粉糊的透光率要比玉米淀粉糊的透光率大，且差異顯著，表明蕨根淀粉糊的透光性比玉米淀粉糊的透光性好。

在食品加工中，常常要進行強烈的機械攪拌，這就要求變性淀粉具備較強的抗剪切力，來保持淀粉糊液黏度的穩定。因此，對其剪切前后的冷熱黏度進行了測定，剪切前后的黏度差值和相對差值越小，淀粉糊的抗剪切性越好，反之越差。從表3可以看出，蕨根淀粉的抗剪切性比玉米淀粉的抗剪切性稍差，但差異不顯著。

在冷凍食品中應用的淀粉糊，需要在低溫下冷凍，或者經過多次的冷凍、融化，食品仍能保持原有的質構。析水率的高低能夠反映了淀粉凍融穩定性的好壞，析水率越低則凍融穩定性越好。從表3可以看出，蕨根淀粉的析水率比玉米淀粉的析水率要低，且差異顯著，說明蕨根淀粉的凍融穩定性好。

表3 蕨根淀粉與玉米淀粉的糊化特性比較（alpha＝0.01）

淀粉乳受熱，顆粒溶脹吸收水分破裂，淀粉分子溶解于水而糊化。稀的淀粉糊放置一定的時間后會逐漸變混濁、分層沉淀，出現上清液、下方沉淀物的現象。糊的凝沉性質和抗老化性質可以用淀粉糊在24 h后沉降部分所占體積即沉降積來表示，沉降積越小，凝沉性越強，抗老化性越弱。從表3可以看出，蕨根淀粉的沉降積比玉米淀粉的沉降積大，且差異顯著，說明蕨根的凝沉性較弱，抗老化性較強。

3 結論

3.1 蕨根淀粉掃描電鏡結果表明，蕨根淀粉顆粒表面光滑，大小均勻，呈橢圓或鵝卵石形，粒徑范圍10.23～26.14μm，長軸平均粒徑19.09μm。

3.2 布拉班德糊黏度曲線表明：蕨根淀粉糊化溫度68.9～89.4℃，峰值黏度611 mPa·s。

3.3 與玉米淀粉相比，蕨根淀粉糊穩定性好、透光性好、凍融穩定性好、凝沉性較弱、抗老化性較強、抗剪切性稍差。蕨根淀粉較適于速溶、快餐、冷凍食品加工。

［1］畢淑峰.蕨菜的價值與加工［J］.特種經濟動植物，2004（8）：32

Bi Shufeng.Value and Processing of Pteridium Aquilinum［J］.Special Economic Animal and Plant，2004（8）：32

［2］黃亮，孫昌波，李忠海，等.蕨根、葛根和馬鈴薯淀粉油炸膨化加工性質的比較研究［J］.食品工業科技，2011，32（6）：139 －142，145

Huang Liang，Sun Changbo，Li Zhonghai，et al.Comparative Study on Processing Technology of Fry Puffing of Fern Root Starch，Kudzu Starch and Potato Starch［J］.Science and Technology of Food Industry，2011，32（6）：139 －142，145

［3］王新華，趙恒田，盛慶軍.蕨類山野菜人工繁殖及其研究進展［J］.北方園藝，2004（6）：4 －5

Wang Xinhua，Zhao Hengtian，Sheng Qingjun.Research Artificial Propagation and Progress of Pteridophyte Edible Wild Vegetables ［J］.Northern Horticulture，2004（6）：4 －5

［4］杜雙奎，趙佳，周麗卿，等.蕨根淀粉顆粒形貌與糊化黏度特性［J］.食品與發酵工業，2011，37（1）：69 －72，77

Du Shuangkui，Zhao Jia，Zhou Liqing，et al.Granule Characteristics and Pasting Properties of Fern － root Starch［J］.Food and Fermentation Industries，2011，37（1）：69 －72，77

［5］Osundahunsi Oluwatooyin F，Fagbemi Tayo N，Kesselman Ellina，et al.Comparison of the Physicochemical Properties and Pasting Characteristics of Flour and Starch from Red and White Sweet Potato Cultivars ［J］.Journal Agricultural and Food Chemistry，2003，51：2232 －2236

［6］Wang Linfeng，Wang YaJane，Porter Raymond.Structures and Physicochemical Properties of Six Wild Rice Starches［J］.Journal Agricultural and Food Chemistry，2002，50：2695－2699

［7］Collado Lilia S，Mabesa RC，Corke Harold.Genetic Variation in the Physical Properties of Sweet Potato Starch［J］.Journal Agricultural and Food Chemistry，1999，47：4195 －4201

［8］Nodaa T，Kobayashib T，Sudaa I.Effect of soil temperature on starch properties of sweet potatoes ［J］.Carbohydrate Polymers，2001，44：239 －246

［9］黃毅.貴州蕨菜的營養成份提取及其開發研究［J］.貴州大學學報，2000，17（4）：315 －318

Huang Yi.Exploitation and Study about Distill Alimentation Element of Guizhou Peteridum［J］.Journal of Guizhou University，2000，17（4）：315 －318

［10］杜先鋒，許時嬰，王璋.葛根淀粉生產工藝的研究［J］.中國糧油學報，1998，13（5）：28 －32

Du Xianfeng，Xu Shiying，Wang Zhang.Technology of Pueraria Lobata Ohwi Starch Production［J］.Journal of the Chinese Cereals and Oils Association，1998，13（5）：28 －32

［11］袁軍，陳龍，孫文靜，等.芋頭淀粉提取工藝優化及淀粉特性研究［J］.食品工業科技，2012，33（19）：252 －256

Yuan Jun，Chen Long，Sun Wenjing，et al.Study on Taro Starch Extraction and Properties of Taro Starch［J］.Science and Technology of Food Industry，2012，33（19）：252 －256

［12］黃立新，高群玉，周俊俠.酯化交聯淀粉反應及性質的研究（Ⅲ）─糊性質和應用［J］.食品與發酵工業，2001，27（6）：1 －6

Huang Lixin，Gao Qunyu，Zhou Junxia.Studies on the Reaction and Properties of Esterified and Cross－linked Starches（Ⅲ）—Properties of Starch Paste and Use［J］.Food and Fermentation Industries，2001，27（6）：1 －6

［13］Takeda Y，Hizukur Si，Takeda C.Structures of branched molecules of amyloses of various origins and molarfractions of branched and unbranched molecules［J］.Carbohydrate.Research，1987，165：139 －145

［14］李芳良，童張法，麻昌愛，等.木薯交聯氧化淀粉的制備及性能研究［J］.現代食品科技，2009，25（2）：157 －161

Li Fangliang，Tong Zhangfa，Ma Changai，etc.Preparation of the Cassava Crosslinking－Oxidized Starch and its Properties［J］.Modern Food Science and Technology，2009，25（2）：157 －161

［15］李光磊.羥丙基玉米淀粉的制備及特性研究［M］.北京：糧油食品科技出版社，2000：7－9

Li Guanglei.Study on the Preparation and Properties of hydroxypropyl corn starch［M］.Beijing：Science and Technology of Cereals，Oils and Foods Press，2001，9（2）：7 －9

［16］李光磊，張軍和，劉繼華，等.玉米淀粉磷酸單酯的制備及特性研究［J］.糧油加工與食品機械，2001，4：31 －33

Li Guanglei，Zhang Junhe，Liu Jihua，et al.Preparation and Characterization of the Corn Starch Phosphate Monoesters［J］.Machinery for Cereals，Oil and Food Processing，2001，4：31 －33

［17］王航，黃立新，高群玉，等.橡子淀粉性質的研究［J］.食品與發酵工業，2002，28（7）：1 －4

Wang Hang，Huang Lixin，Gao Qunyu，et al.Studies on the Properties of Acorn Starch［J］.Food and Fermentation Industries，2002，28（7）：1 －4

［18］陳全斌，湯桂梅，義祥輝，等.羅漢果塊根淀粉的提取及其性質研究［J］.食品科學，2002，23（4）：37 －41

Chen Quanbin，Tang Guimei，Yi Xianghui，et al.Study on Extraction and Properties of Siraitia grosvenorii root's startch［J］.Food Science，2002，23（4）：37 －41

［19］W Awoyale，L O Sanni，T A Shittu，et al.Effect of varieties on the functional and pasting properties of biofortified cassava root starches［J］.Journal of Food Measurement and Characterization DOI 10.1007／s11694－015－9227－6

［20 ］Milica Poji，Miroslav Hadna?ev，Tamara Dap cˇevi c＇Hadna?ev，et al.Gelatinization properties of wheat flour as determined by empirical and fundamental rheometric method［J］.European Food Reserch and Technology ，2013，237（3）：299 －307

［21］Aprianita Aprianita ，Todor Vasiljevic ，Anna Bannikova ，et al.Physicochemical properties of flours and starches derived from traditional Indonesian tubers and roots［J］.Journal of Food Science and Technology，2014，51（12）：3669 －3679

［22］Syed Insha Rafiq ，Kulsum Jan，Sukhcharn Singh，et al.Physicochemical，pasting，rheological，thermal and morphological properties of horse chestnut starch［J］.Journal of Food Science and Technology，DOI 10.1007／s13197 －014－1692－0

［23］逯蕾，韓小賢，鄭學玲，等.球磨對綠豆淀粉顆粒形態和理化性質的影響［J］.糧食與飼料工業，2015（1）：33 －38

Lu Lei，Han Xiaoxian，Zheng Xueling，et al.Effect of Ball Milling Treatment on Granule Shape and Physicochemical Properties of Mung Bean Starch［J］.Cereal＆ Feed Industry，2015（1）：33 －38.

Study on Granul Shape and Pasting Properties of Fern Root Starch

Du Chuanlai1Wang Li1Pan Miaomiao2Guo Ziyi1
（Anhui Science and Technology University1，Fengyang 233100）
（Anhui Fengbao Grain and Oil Food Stuffs Co.，Ltd2，Fengyang 233100）

To discuss the pasting properties of fern root starch，the fern root was used as material to extract starch，and the starch was purified.The fern root starch granul shape，the viscosity curve of starch paste，the cold and hot viscosity，transparence，anti－cutting quality，the freeze－thaw stability，settlement and anti－aging physical properties were investigated in the research，and And the results are compared with corn starch.The result as follows：The surface of fern root starch granul was smooth by scanning electron microscope，the size was uniform，the shape was elliptic or ovate，grain diameter size scope was 10.23～26.14μm，average diameter in major axis was 19.09μm，slightly more than the corn starch.The viscosity curve of Brabender indicated pasting temperature of fern root starch was68.9 ～89.4 ℃ ，which was lower than that of corn starch paste.However，peak value viscosity was611 mPa.s，which was higher than the corn starch paste.Compara to corn starch，the fern root starch stability，the transparence，the stability in freezing and the freeze－thawand the anti－aging property were better，but the retrogradation and the shearing resistance was worse.So the fern root starch can be applied in instant food，fast food and frozen food.

fern root，starch，granul shape，pasting properties

TS232

A

1003－0174（2016）07－0046－05

時間：2016 －07－15 10：56：01

網絡出版地址：http：／／www.cnki.net／kcms／detail／11.2864.TS.20160715.1056.002

國家農業成果轉化基金（2014GB2C300011），安徽科技學院重點學科（AKZDXK2015B04）

2015－03－18

杜傳來，男，1968年出生，副教授，食品貯藏保鮮與加工