泰州芋頭營養成分及其淀粉性質的研究

施　帥,李志方,瞿桂香,徐海祥,蘭海燕,竇上軒

(江蘇農牧科技職業學院,江蘇泰州 225300)

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泰州芋頭營養成分及其淀粉性質的研究

施帥,李志方,瞿桂香,徐海祥,蘭海燕,竇上軒

(江蘇農牧科技職業學院,江蘇泰州 225300)

本文以泰州地區三種芋頭為原料,采用噴霧干燥法提取芋頭淀粉,并將得到的淀粉進行不同性質的比較研究。結果表明泰興香荷芋淀粉、靖江香沙芋淀粉、興化龍香芋淀粉的直鏈淀粉藍值分別為1.16、0.97、1.10,支鏈淀粉藍值分別為0.19、0.14、0.13。在溶解度比較中,泰興香荷芋淀粉的溶解度最大,其次是靖江香沙芋和興化龍香芋,且膨潤力與溶解度成正相關關系。泰興香荷芋淀粉的氨基酸總量最高為3.03 mg/100 g,泰興香荷芋和興化龍香芋中鮮味氨基酸含量與氨基酸總量之比分別達到38%和44%;泰興香荷芋頭淀粉所含的磷、鉀元素含量最高分別為1419 mg/kg和8084 mg/kg。從顆粒形態上看,泰興香荷芋淀粉顆粒較小且表面光滑、均勻,顆粒形狀呈球形,興化龍香芋顆粒呈不規則菱形,靖江香沙芋淀粉顆粒呈不規則球形,球形表面凸凹不平。泰州芋頭香糯口感大,其中泰興芋頭質量指標較好,可以作為泰州芋頭開拓更大的產業發展空間。

芋頭,淀粉提取,品質,分析

泰州水網縱橫,三水交匯,富含水分的沙壤土,特別適合芋頭的生長。泰興香荷芋富含蛋白質、礦物質和維生素、皂角甙等多種成分,有獨特香味,系養胃保健的優質堿性食品。目前,有關其他地區的芋頭方面的研究報道不多,姜紹通、汪洪普等對從新鮮芋頭提精制芋頭多糖進行分離純化,研究各組分的化學特征及對小鼠體外免疫細胞功能的影響。通過水提醇沉,酶法輔助法去蛋白,透析、冷凍干燥得芋頭多糖,經離子交換柱和凝膠色譜柱分離純化得到3種多糖組分[1],孫忠偉研究了芋頭淀粉的提取工藝和芋頭淀粉的性質[2]。楊瑩瑩對紫甘薯酸奶的發酵工藝條件進行了優化,并利用了質構技術和頂空固相微萃取-氣質聯用技術對其質構特性和風味成分進行了研究[3],于新、徐文興等研究了非油炸芋頭脆片加工過程中,原料的配比、面團水分含量、食用油等對芋頭脆片成品品質的影響[4]。且研究的芋頭品種集中在浙江奉化、廣西荔浦和福建等地。

泰州芋頭真正走進人們視野的是2012年在《舌尖上的中國》播出的興化龍香芋,讓億萬觀眾領略了龍香芋美味,然而對泰州芋頭營養成分及淀粉性質的研究未見報道。為了切實為芋農增收和芋頭產業的發展發揮更大的作用,有必要對泰州地區的芋頭進行營養成分分析及相關性質的研究。根據相關文獻報道[2],在保證淀粉品質的前提下用水來浸提,并用抗壞血酸和亞硫酸鈉來護色。對靖江香沙芋,泰興香荷芋及興化龍香芋進行基本營養成分分析,并研究了自制芋頭淀粉的營養成分、溶解度、膨潤力、透光度和吸水率等方面的性質,以期對今后芋頭的開發利用有一定現實意義。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

芋頭泰興香荷芋的芽呈紅色;興化龍香芋葉片深綠色,葉柄綠色,葉柄長,葉片與葉柄相連處有紫暈,母芋近圓球形,肉白色,粉而香,子芋少,橢圓形,肉質粘;靖江香沙芋滑膩、粟香、沙性偏強,購于泰州各產地;抗壞血酸 購于國藥集團(上海)化學試劑有限公司;正丁醇國藥集團(上海)化學試劑有限公司;亞硫酸鈉蘇州華航化工科技有限公司;以上試劑均為分析純。

DS-1型高速組織搗碎機上海標本模型廠;GYB系列高壓均質機上海東華高壓均質機廠;B-290型小型噴霧干燥機北京來亨科貿有限責任公司;754型紫外分光光度計上海菁華科技儀器有限公司;TD5A-WS型離心機金壇市金南儀器制造有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1芋頭淀粉制備步驟選擇市售芋頭,球莖肥大,形狀端正,整潔均勻,組織充實,無干枯收縮和硬化現象,無損傷,無變質腐爛。將芋頭表面粗糙部分去除,去皮后清洗芋頭,切成薄塊,再清洗一遍。將切塊后的芋頭置于料水比為1∶2、pH為7的水溶液覆蓋下,然后將芋頭塊置于高速組織搗碎機中進行搗碎,至均勻黏稠,無塊狀顆粒。并在粉碎的過程中加入 0.01‰抗壞血酸及0.02‰亞硫酸鈉[1]溶液浸泡70 min,將搗碎后的勻漿過100目篩,收集濾出液及濾渣,并將濾渣用少量清水沖洗過濾三次,收集濾液。將濾液加入高壓均質機中,在20～30 MPa壓力下進行均質。噴霧干燥,進風口溫度為135 ℃,出風口溫度為75 ℃。抽風機100%,蠕動泵20%。將噴霧干燥完成后的淀粉收集,置于恒溫干燥箱(40 ℃)中干燥,收集。

1.2.2直鏈淀粉與支鏈淀粉的粗分離稱取5.0 g芋頭淀粉,放入500 mL的燒杯中,加入少量的無水乙醇,使樣品充分濕潤,再加入200 mL 0.5 mol/L NaOH溶液。在沸水浴中加熱且不停攪拌30 min至完全分散。冷卻后離心(4000 r/min,20 min),去除未分散的殘渣(沉淀部分)。用2 mol/L HCl中和離心液,并加入100 mL正丁醇-異戊醇(體積之比為3∶1)混合液,然后在沸水浴中加熱攪拌20 min,此時溶液透明,冷卻至室溫,移入2～4 ℃冰箱中靜置24 h,取出離心(4000 r/min,20 min),上清液即為粗支鏈淀粉,沉淀物即為粗直鏈淀粉。分別收集待用[5]。

1.3直鏈淀粉和支鏈淀粉的純化

將沉淀物(即粗直鏈淀粉)全部轉移到裝有120 mL正丁醇飽和水溶液,然后置于沸水浴中攪拌直至溶液分散透明,再逐漸冷卻至室溫,移入冰箱內(2～4 ℃)保持24 h,取出離心(4000 r/min,20 min),將得到的沉淀重復上面步驟6次,然后將沉淀物浸入無水乙醇中靜置24 h,再以無水乙醇洗滌沉淀物數次,最后將該沉淀物于干燥箱中干燥,得到直鏈淀粉的純品,收集待用[2]。將下層溶液加40 mL正丁醇-異戊醇(體積之比為1∶1)混合液,在沸水浴中加熱攪拌直至溶液分散透明,冷卻至室溫,移入冰箱于2～4 ℃靜置48 h,取出離心(4000 r/min,20 min),去除沉淀物,用上清液重復以上步驟4次。所得到的上清液減壓濃縮至原體積的一半,加入2倍體積的無水乙醇沉淀、離心,將沉淀溶于熱的200 mL 0.5 mol/L NaOH溶液中,離心去沉淀,離心液中再加入2倍體積的無水乙醇,將沉淀物溶于200 mL的蒸餾水中,用2倍的無水乙醇再沉淀,以無水乙醇洗滌數次,最后將該沉淀物于干燥箱中干燥,得到支鏈淀粉100%的純品。收集待用[5]。

1.4藍值的測定

藍值是表示淀粉與碘結合性能的一個指標。通過測定所形成的絡合物在一定波長下的光吸收值。分別取0.5 mg純化的直鏈淀粉與支鏈淀粉加到50 mL的燒杯中,再加入1 mL的蒸餾水和0.5 mL 1 mol/L的氫氧化鈉溶液,然后在沸水中加熱3 min,然后冷卻。加入0.5 mL 1 mol/L的鹽酸溶液,再加入0.1 g酒石酸氫鈉,加水至45 mL,再加入0.5 mL碘溶液(碘化鉀和碘的混合溶液,其中碘的質量分數為0.2%,碘化鉀的質量分數為2%),將溶液補充到50 mL,混勻,在室溫下放置20 min,用分光光度計于680 nm波長下測吸光度。用相同濃度的碘溶液作參比液。按以下公式計算藍值:藍值=OD680 nm×4/樣品的質量濃度(mg/100 mL)[5]。

1.5不同芋頭淀粉溶解度及膨潤力測定

稱取不同淀粉樣品,加入100 mL蒸餾水中,在80 ℃下加熱攪拌30 min,攪拌均勻制成質量分數為0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2%的淀粉溶液,將淀粉液置于離心機中離心,轉速3000 r/min,時間30 min。得上清液,將上清液于水浴鍋上蒸發近干后,再置于恒溫干燥箱中烘干,溫度105 ℃,至恒重。得烘干物質量m,帶入下列公式中計算其溶解度[6-7]。

式中:m-上清液蒸發干燥至恒重質量g;M-淀粉樣品質量g;W-離心后沉淀物質量g。

1.6掃描電鏡技術

將粉狀樣品干燥后,用導電膠粘在樣品座上。把樣品座置于離子濺射儀中,在樣品表面蒸鍍一層10～20nm厚的鉑金膜后。在不同放大倍數下進行電鏡觀察并拍攝照片。

1.7不同芋頭淀粉溶液析水率測定

稱取不同淀粉樣品,加入100mL蒸餾水中,在80 ℃下加熱攪拌30min,攪拌均勻制成質量分數為0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2%的淀粉溶液,將淀粉凝膠放入離心管中,置于冰箱冷凍室,24h后取出。待其自然解凍后觀察其現象。再置于冰箱冷凍室,反復冷凍,使其水分析出后進行離心,得沉淀物質量,帶入下列公式中計算得出其淀粉析水率[8]。

式中:M-淀粉糊質量;m-離心管中沉淀物質量。

1.8芋頭基本營養成分的測定

磷和鉀元素的測定方法:根據GB/T5009.91-2003《食品中礦物質的測定》;

灰分:GB5009.4-2010 食品中灰分的測定;

脂肪:GB/T5009.6-2003 食品中脂肪的測定 第一法 索氏抽提法;

淀粉:GB/T5009.9-2008 食品中淀粉的測定 第二法 酸水解法;

氨基酸總量的測定方法:參考GB/T8314-2013《食品中氨基酸總量的測定》。

上述指標均重復測定3次,取平均值。

1.9數據處理

利用SAS8.2軟件進行。

2　結果與分析

2.1芋頭營養成分的測定

磷元素是DNA和RNA的組成元素,有助于增強記憶力,也是維持骨骼和牙齒的必要物質。由表1可以看出在三種芋頭測定結果中泰興香荷芋所含的磷元素和鉀元素含量最高,分別為1419mg/kg和8084mg/kg,而興化龍香芋的磷元素含量和鉀元素含量最低。在氨基酸含量的對比中,泰興香荷芋的氨基酸含量最高值為3.086mg/100g。干物質中主要成分為淀粉,含量9～12g/100g,其中興化龍香芋淀粉含量最高為12.04g/100g,較適宜作為加工淀粉的品種。從表1綜合來看,在3種芋頭營養成分對比中可以得出泰興香荷芋淀粉的營養價值最高。

表1　不同芋頭營養成分測定結果(mg/kg)Table 1　The nutritional compositionof some different type of taro(mg/kg)

2.2芋頭氨基酸的組成及含量

由表2可知,泰州芋頭經水解后得到4種鮮味氨基酸和9種必需氨基酸,氨基酸種類較齊全,比例相對平衡。泰興香荷芋和興化龍香芋中鮮味氨基酸含量與氨基酸總量之比分別達到38%和44%,遠高于一般食品類鮮味氨基酸的含量,這可能是造成泰州芋頭獨特的香糯口感的主要原因,具有較高的營養價值。另外,作為人體主要限制因子的賴氨酸含量在3種泰州芋頭中的含量也比較豐富,可以補充人體賴氨酸的不足。

表2　芋頭的氨基酸組成及含量Table 2　Composition and content of amino acids of taro

注:Δ為鮮味氨基酸，表中數據單位為g/100 g氨基酸。

2.3芋頭淀粉藍值的測定

藍值是反映淀粉結合碘的能力,與直鏈淀粉的鏈長或支鏈淀粉的側鏈長有關。鏈較長,則藍值就較高。直鏈淀粉和支鏈淀粉由于它們分子結構和線性聚合度的差異,所測的藍值也就不同。直鏈淀粉由于其線性聚合度高,故其藍值大,直鏈淀粉的藍值一般為0.8～1.2;支鏈淀粉由于其側鏈長短,故其藍值小,支鏈淀粉的藍值一般為0.08～0.22[4]。實驗測得的泰興香荷芋、靖江香沙芋、興化龍香芋的直鏈淀粉藍值分別為1.16、0.97、1.10,支鏈淀粉藍值分別為0.19、0.14、0.13,均處于相應的分布范圍內,在直鏈淀粉中,泰興香荷芋和興化龍香芋顯著高于靖江香沙芋中的含量(p<0.05)。表明純化后的芋頭直鏈淀粉和支鏈淀粉的純度均達到要求。

表3　芋頭淀粉藍值的測定結果Table 3　The blue values of the different type of taro

注:n=3;同列均值有共同上標字母者表示差異不顯著(p>0.05)，標有不同字母表示差異顯著。

2.4不同芋頭淀粉質量分數對溶解度及膨潤力的影響

淀粉膨潤力反映了其中直鏈淀粉的特性,而淀粉的溶解主要是直鏈淀粉從潤脹的顆粒中逸出,膨潤力大小表明淀粉顆粒內部結合鍵力的強弱[9]。由圖1可知,泰興香荷芋的溶解度最大,其次為靖江香沙芋,興化龍香芋的溶解度最差。且隨著淀粉質量分數的增大,溶解度相應的降低。由圖2可知，興化龍香芋膨潤力最高，靖江香沙芋膨潤力最低。淀粉的膨潤力與溶解度都影響著其在食品中的應用。

圖1　不同芋頭淀粉質量分數對溶解度的影響Fig.1　Effects of content on the solubility of taro starch

圖2　不同芋頭淀粉質量分數對膨潤力的影響Fig.2　Effects of content on swelling power of taro starch

2.5芋頭淀粉糊凝沉性質的測定

淀粉糊凝沉速度是反映淀粉特性的一個指標。由圖3可以看出,在開始階段,淀粉糊凝沉速度很快,但在2 d后淀粉凝沉速度變的緩慢。芋頭淀粉糊凝沉速度最快的排列順序為:泰興香荷芋>興化龍香芋>靖江香沙芋。泰興香荷芋粉糊凝沉速度快,表明淀粉的含量多,淀粉的提取率高。

圖3　芋頭淀粉糊凝沉性質測定結果Fig.3　Coagulation and sedimentation of taro starch paste

2.6芋頭淀粉顆粒型貌的觀察

圖4～圖6為泰州不同品種芋頭掃描式電子顯微鏡分析的結果。不同芋頭品種的淀粉顆粒,在顆粒大小和超微形貌上,有著不同的特征。從顆粒形態上看,泰興芋頭淀粉顆粒較小且表面光滑、均勻。顆粒形狀呈球形。興化芋頭顆粒呈不規則菱形。靖江芋頭淀粉顆粒呈不規則球形,球形表面凸凹不平。芋頭淀粉顆粒小,在煮熟后,口感粉滑、細膩,而且淀粉糊冷熱穩定性好。

圖4　泰興芋頭淀粉電鏡圖Fig.4　Electron micrographs of taixing taro starch注：(A)放大800倍；(B)放大2500倍； (C)放大4000倍,圖4、圖5同。

圖5　興化芋頭淀粉電鏡圖Fig.5　Electron micrographs of xinghua taro starch

圖6　靖江芋頭淀粉電鏡圖Fig.6　Electron micrographs of jingjiang taro starch

2.7不同芋頭淀粉質量分數對析水率影響

從圖7可以看出,靖江香沙芋的析水率最大,其次是興化龍香芋,靖江香沙芋析水率與興化龍香芋析水率曲線幾乎重合,而泰興香荷芋析水率則較靖江香沙芋及興化龍香芋小。同時可以看出,隨著淀粉濃度的增大,淀粉的析水率隨著其濃度的增大而減小。通過圖7則可以推斷三種芋頭淀粉中直鏈淀粉含量大小關系為靖江香沙芋>興化龍香芋>泰興香荷芋。如果淀粉糊的凍融穩定性不好則其在凍融過程中就會使游離水分析出,從而破壞食品原有的質構,使食品的品質下降。

圖7　不同芋頭淀粉對析水率的影響Fig.7　Effects of content on water evolution rate of taro starch

3　結論

研究確定了泰州3種芋頭營養成分及淀粉性質,研究發現,泰興香荷芋的氨基酸總量最高值為3.086 mg/100 g;興化龍香芋淀粉含量高,適宜作為食品加工淀粉的品種。興化龍香芋中鮮味氨基酸含量與氨基酸總量之比在所比較的芋頭品種中最高,可以以此為原料開發一些蒸煮類食品。泰興芋頭芋頭淀粉顆粒小,在穩定性上有很好的應用前景。

[1]姜紹通,汪洪普,潘麗軍.芋頭多糖的分離純化及對細胞免疫的調節作用[J].食品科學,2013,34(19):287-292.

[2]孫忠偉.芋頭淀粉的提取及性質研究[D].無錫:江南大學,2004.

[3]楊瑩瑩.凝固型紫甘薯酸奶發酵工藝優化及質構特性和風味的研究[D].煙臺:煙臺大學,2013.

[4]于新,徐文興,馮彤.非油炸芋頭脆片加工工藝的研究[J].廣州食品工業科技,2004,20(4):64-68.

[5]王愈,宋偉,孫忠偉.芋頭淀粉的研究[J].中國糧油學報,2006,21(4):85-90.

[6]李共國.芋頭噴霧干燥粉的加工工藝[J]. 現代商貿工業,2004,(4):29-30.

[7]杜秀杰.檳榔芋淀粉特性及其抗老化研究[J].集美大學學報,2012,(2):15-18.

[8]曹新志,劉芳,武玉娟,等.芋頭淀粉性質研究[J].農產品加工,2012,(4):57-60.

[9]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,(19):252-256.

Analysis of nutriental contents and properties of Taizhou taro starch

SHI Shuai，LI Zhi-fang，QU Gui-xiang，XU Hai-xiang，LAN Hai-yan，DOU Shang-xuan

(Jiangsu Agri-Animal Husbandry Vocational College,Taizhou,225300,China)

The physical and chemical properties of taro starch extracted through the spray drying method were systematically studied with three different taro as raw materials. The blue values of amylose starch were 1.16,0.97,1.1 in taixing,jingjiang and xinghua taro amylose respectively,the blue values of amylopectin starch were 0.19,0.14,0.13 in Taixing,jingjiang and xinghua taro amylopectin respectively. In the comparison of solubility,taixing xianghe taro had a wide distribution,the following sequence was observed:jingjiang xiangsha taro>xinghua longxiang taro. Analysis of amino acids were 3.03 mg/100 g in taixing xianghe taro starch which was more than the other two taro.The nutritional assessment of amino acids showed that the taixing xianghe and xinghua longxiang taro contained delicious amino acids which of EAA was 38% and 44% respectively. Taixing xianghe taro contained the highest content of phosphorus and potassium,which were 1419 mg/kg and 8084 mg/kg. Granule morphology showed that taixing xianghe taro starch particles were smaller than those of taros and the surface was smooth,uniformly,particle shape was spherical. Xinghua longxiang taro particles was irregular diamond. Jingjiang xiangsha taro starch particles was irregular sphere,and spherical surface was uneven.Taizhou taro was delicate,delicious,which of the taixing xianghe taro was with better quality on the domestic market.

taro;extraction of starch;quality;analysis

2015-07-13

施帥(1980-)，男，碩士，講師，研究方向：食品加工與質量控制，E-mail:shshuai027@163.com。

泰州市農業科技支撐項目,芋頭綠色精深加工技術研究與新產品開發(TN2013001);2014年江蘇省創新創業項目(201412806003Y)。

TS232

A

1002-0306(2016)05-0082-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.05.008