麥麩超微粉淀粉混合體系理化特性研究

李漸鵬,尚玉榮,劉潤書,徐同成,劉麗娜,劉振華,杜方嶺,陶海騰,*

(1.山東省農業科學院農產品研究所,山東濟南 250100;2.日照市莒縣金穗工貿有限公司,山東日照 276500)

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李漸鵬1,尚玉榮1,劉潤書2,徐同成1,劉麗娜1,劉振華1,杜方嶺1,陶海騰1,*

(1.山東省農業科學院農產品研究所,山東濟南 250100;2.日照市莒縣金穗工貿有限公司,山東日照 276500)

以小麥淀粉、玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、木薯淀粉4種淀粉為對象,研究不同添加量的麥麩超微粉,對其粘度、透光率、凍融穩定性、凝沉穩定性等加工特性的影響。實驗結果表明:麥麩超微粉能與淀粉形成穩定的復合體系,隨著麥麩超微粉添加量的增加,主糧淀粉糊的粘度值提高了1000～6000 mPa·s、凍融穩定性提高了35%～45%、糊凝沉穩定性提高了60%～65%,而透光率降低了70%左右。添加適量的麥麩超微粉,能在一定程度上改善淀粉的加工特性,可以開發出高品質的高膳食纖維低蛋白飲食。

麥麩超微粉,淀粉,粘度,透光率,凍融穩定性,凝沉穩定性

麥麩是小麥粉加工過程中的主要副產品,年產量在2000萬t左右[1]。麥麩是膳食纖維的主要來源,含量高達46%[2],膳食纖維具有降低血糖功效,其降血糖作用主要與其物理性質(如溶解性、粘性等)有關。膳食纖維尤其是優質膳食纖維食品則是糖尿病患者最佳選擇。對于糖尿病患者,每天飲食中添加20 g左右膳食纖維,可很好降低體內血糖水平,使病情好轉[3-6]。超微粉碎技術是一種將各種固體物質粉碎成直徑小于10 μm粉體的高科技含量的工業技術[7],用超微粉碎設備將麥麩加工成超微粉,處理后的麥麩具有良好的分散性、固定性和溶解性的特點,易于消化和吸收[8-10]。麥麩超微粉適量添加可以在一定程度上改善面團的加工特性[11-12],主要應用在饅頭、面包、面條等面制品的加工[13-15],而在淀粉食品加工中的應用卻很少。

糖尿病腎病是糖尿病最嚴重的并發癥之一,約有40%患者死于糖尿病腎病,低蛋白飲食是治療糖尿病腎病的關鍵,減少蛋白質的攝入量將對尿白蛋白清除率和腎小球濾過率的下降產生有利的影響,還可輕度減緩腎臟衰竭過程[16]。現有的低蛋白飲食是主要以淀粉為原料加工制成的,以提供基本能量為主,營養成分單一,缺乏功能活性。本研究通過向小麥淀粉、玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、木薯淀粉4種常用食品淀粉中添加不同比例的麥麩超微粉,研究其對淀粉的粘度、透光率、凍融穩定性、凝沉穩定性等加工特性的影響,為麥麩在低蛋白飲食的開發利用提供理論依據。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

小麥淀粉鄄城縣明珠淀粉廠;玉米淀粉濱州金匯玉米開發有限公司;馬鈴薯淀粉西吉縣萬里淀粉有限公司;木薯淀粉崇左市群力淀粉有限責任公司;麥麩超微粉實驗室自制,麥麩超微粉平均粒徑為10 μm。

NDJ-5S數字式粘度計上海尼潤智能科技有限公司;HZF-A500電子天平福州安志科技儀器有限公司;DSY-2-8電熱恒溫水浴鍋北京國華醫療器械廠;CR22DШ高速冷凍離心機日立公司;UV-1750紫外/可見分光光度計萊伯泰科有限公司;MS104S萬分之一分析天平瑞士METTLER。

1.2實驗方法

1.2.1淀粉糊粘度的測定參照李志西等[17]的方法并進一步改進:分別稱取0、15、30、45 g麥麩超微粉與18 g淀粉混勻后,再分別加入蒸餾水定容至300 mL,得麥麩超微粉濃度分別為0%、5%、10%、15%的6%的淀粉濁液,攪拌均勻后,置于沸水浴中充分糊化20 min,成透明膠糊狀,冷卻至室溫,用NDJ-5S型數字式粘度計測定該溫度下的淀粉糊(小麥、玉米、馬鈴薯、木薯)粘度,并于25、50、75 h時,分別測定淀粉糊的粘度。

1.2.2淀粉糊透光率的測定參照高嘉安等[18]的方法并進一步改進:分別稱取0、5、10、15 g麥麩超微粉與1 g淀粉混勻后,再分別加入蒸餾定容至100 mL,得麥麩超微粉濃度分別為0%、5%、10%、15%的1%的淀粉乳。攪拌均勻后,置于沸水浴中充分糊化20 min,冷卻至室溫,用蒸餾水作空白對照,于0、24、48、72 h時,在620 nm波長下測定淀粉糊的透光率。

1.2.3淀粉糊凍融穩定性的測定參照高嘉安等[18]的方法并進一步改進:分別稱取0、5、10、15 g麥麩超微粉與6 g淀粉混勻后,再分別加入蒸餾水定容至100 mL,得麥麩超微粉濃度分別為0%、5%、10%、15%的6%的淀粉乳。攪拌均勻后,置于沸水浴中充分糊化20 min,冷卻至室溫。取50 mL淀粉糊倒入塑料離心管中,加蓋置于-15 ℃的冰箱內,24 h后取出,在室溫下自然解凍,然后在5000 r/min條件下離心(離心之前配平)20 min,棄去上清液,并用濾紙輕輕按壓吸取沉淀物中的水分,稱取沉淀物的質量,分別記錄凍融次數和析水率。

圖1　麥麩超微粉濃度對淀粉糊粘度的影響Fig.1　Effect of wheat bran ultrafine powder concentration on starch paste viscosity

1.2.4淀粉糊凝沉穩定性的測定參照吳雪輝等[19]的方法并進一步改進:分別稱取0、5、10、15 g麥麩超微粉與1 g淀粉混勻后,再分別加入蒸餾水定容至100 mL,得麥麩超微粉濃度分別為0%、5%、10%、15%的1%的淀粉乳。攪拌均勻后,置于沸水浴中充分糊化20 min,冷卻至室溫。將淀粉糊倒入100 mL的量筒中,室溫下自然靜置,分別在0、2、4、6、10、25、30、50 h時分別記錄上清液和下層沉淀物的體積。用上清液體積占淀粉糊總體積的百分比隨時間的變化情況來衡量糊的凝沉性質。

1.2.5數據處理運用origin7.0進行數據處理和作圖。

2　結果與分析

2.1麥麩超微粉對淀粉糊粘度的影響

2.1.1不同濃度的麥麩超微粉對淀粉糊粘度的影響從圖1中可以看出,隨著麥麩超微粉濃度的增加,小麥淀粉糊的粘度一直呈上升的趨勢,玉米淀粉呈先升高后降低再升高的趨勢,而馬鈴薯淀粉糊和木薯淀粉糊的粘度則呈先降低后升高趨勢。麥麩超微粉濃度為15%時，主糧淀粉粗大的粘度值提高了1000～6000 mPa·s。由于麥麩超微粉與水具有較強的結合力,使其具有較高的溶解度、膨潤力和吸濕性,從而降低了糊體系的水分活度,糊體系的水分活度降低,導致了粘度的升高[20]。隨著麥麩超微粉濃度的增加,麥麩與其他淀粉也形成了穩定復合體系,淀粉糊的粘度最終也呈升高趨勢。麥麩超微粉濃度為15%時,與10%相比,小麥、玉米、馬鈴薯、木薯淀粉糊粘度差異顯著(p<0.05),具有統計學意義。

2.1.2時間對麥麩超微粉淀粉糊的粘度影響從圖2中可以看出,加入麥麩超微粉的主糧淀粉糊,隨著時間的延長,粘度值都有不同的波動,幅度大小并不一致,這是由所形成的復合體系的持續穩定性不同所造成的。圖由2a和圖2b可以看出,加入不同濃度的麥麩超微粉后,小麥淀粉糊和玉米淀粉糊粘度都呈現了下降的趨勢,不加麥麩超微粉的淀粉粘度反而不斷升高。由圖2c和圖2d可以看出，與0 h相比，加入麥麩超微粉50 h時，馬鈴薯淀粉糊和木薯淀粉糊粘度值變化不大。當50～75 h時，麥麩超微粉淀粉糊的粘度值都呈下降的趨勢，說明復合體系穩定性只能維持一段時間，麥麩淀粉食品加工過程應該控制在50 h內。

圖2　時間對麥麩超微粉淀粉糊的粘度影響Fig.2　Effect of time on starch paste viscosity containing wheat bran ultrafine powder

2.2麥麩超微粉對淀粉糊透光率的影響

從表1中可以看出,隨著麥麩超微粉濃度的增加,淀粉糊的透光率下降極其顯著,下降了70%左右，說明麥麩超微粉的透光性還有待進一步的提高。72 h內麥麩超微粉淀粉糊體系的透光率變化幅度變小,說明麥麩超微粉與主糧淀粉形成的復合體系還是相對穩定的。

表1　麥麩超微粉對淀粉糊透光率的影響(%)Table 1　Effects of wheat bran ultrafine powder on starch paste transparency(%)

2.3不同濃度的麥麩超微粉對淀粉糊凍融穩定性的影響

從表2中可以看出,木薯淀粉糊的凍融析水率最低,說明其凍融穩定性最好,馬鈴薯淀粉糊、小麥淀粉糊和玉米淀粉糊析水率較高,這是因為淀粉分子在其冷卻、冷凍期間,分子之間的熱運動變慢,使得分子之間容易形成氫鍵,把淀粉分子結合的水分排擠出來,且直鏈淀粉分子含量越多越容易形成氫鍵[21]。木薯淀粉和馬鈴薯淀粉含有直鏈淀粉分子較多[22-23],而支鏈淀粉分子相對較少,因此分子間形成氫鍵少,析出水分少,凍融穩定性好。而小麥淀粉和玉米淀粉含有的支鏈淀粉分子多,而直鏈淀粉分子相對較少,因此分子間形成氫鍵多,析出水分多,凍融穩定性差。

表2　主糧淀粉糊的凍融穩定性Table 2　The freeze-thaw stability of different starch paste

圖3　麥麩超微粉濃度對淀粉糊凍融穩定性的影響Fig.3　Effects of Wheat bran ultrafine powder concentration on starch freeze-thaw stability注：標注不同字母表示差異顯著(p<0.05)。

從表2和圖3中可以看出,隨著麥麩超微粉濃度的增加,所有淀粉糊的析水率降低了35%～45%，說明凍融穩定性提高了35%～45%。超微粉碎處理改變了麥麩的理化性質,使其與水的結合力增強,溶解度、膨潤力和吸附性都提高了[24]。因此加入麥麩超微粉后主糧淀粉的析水率呈顯著降低,且隨著麥麩超微粉濃度的增加,其凍融穩定性也呈顯著性提高。

2.4不同濃度的麥麩超微粉對淀粉糊凝沉穩定性的影響

圖4　麥麩超微粉濃度對淀粉糊凝沉穩定性的影響Fig.4　Effects of Wheat bran ultrafine powder concentration on starch paste retrogradation stability

2.4.1不同濃度的麥麩超微粉對淀粉糊凝沉穩定性的影響從圖4中可以看出,在第50 h,隨著麥麩超微粉濃度的增加,小麥、玉米、木薯淀粉糊的析出上清液逐漸減少,減少了60%～65%，說明凝沉穩定性提高了60%～65%。而馬鈴薯淀粉糊在不添加麥麩超微粉時的凝沉穩定性最好,基本無清液析出,而其他淀粉糊則表現出較差的凝沉穩定性,可能是因為支鏈淀粉分子不利于凝沉,馬鈴薯淀粉的支鏈淀粉分子鏈比其他淀粉的分子鏈長[22],使得不同分子鏈之間不容易形成有序的排列而靠氫鍵締合,因此抗凝沉特性更好。另外馬鈴薯淀粉隨著添加的麥麩超微粉濃度的增加,淀粉糊的凝沉有降低現象發生,說明麥麩超微粉并不能提高馬鈴薯淀粉糊的凝沉穩定性,反而減弱其凝沉穩定性,此方面還有待進一步提高。

圖5　麥麩超微粉對淀粉糊凝沉穩定性的影響Fig.5　Effects of time on starch paste retrogradation stability containing wheat bran ultrafine powder

2.4.2時間對麥麩超微粉淀粉糊凝沉穩定性的影響從圖5a、圖5b和圖5d中可以看出,未添加麥麩超微粉時,隨著時間延長小麥淀粉糊、玉米淀粉糊、木薯淀粉糊清液體積變化差異顯著(p<0.05);加入麥麩超微粉后,第50 h與30 h相比,小麥淀粉糊、玉米淀粉糊、木薯淀粉糊清液體積變化差異不顯著(p>0.05),并且濃度越高,清液體積變化差異越不顯著,說明高濃度的麥麩超微粉能明顯緩解小麥淀粉糊、玉米淀粉糊、木薯淀粉糊凝沉現象發生。從圖5c中可以看出,麥麩超微粉濃度為0%時,隨著時間延長馬鈴薯淀粉糊清液體積變化差異不顯著(p>0.05),加入麥麩超微粉后,馬鈴薯淀粉糊清液體積反而升高,說明麥麩超微粉對馬鈴薯淀粉糊凝沉穩定性沒有效果。

3　結論

通過在不同淀粉(小麥、玉米、馬鈴薯和木薯)中添加麥麩超微粉,測量其粘度、透光率、凍融穩定性、凝沉穩定性等加工特性,發現麥麩超微粉與淀粉可以形成穩定的復合體系,麥麩超微粉能與淀粉形成穩定的復合體系。隨著麥麩超微粉添加量的增加,主糧淀粉糊的粘度值提高了1000～6000 mPa·s、凍融穩定性提高了35%～45%、糊凝沉穩定性提高了60%～65%,而透光率降低了70%左右。因此,添加適量的麥麩超微粉,能在一定程度上改善淀粉的加工特性,可以開發出高品質的高膳食纖維低蛋白飲食。

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Researches of physicochemical properties of wheat bran ultrafine-starch complex system

LI Jian-peng1,SHANG Yu-rong1,LIU Run-shu2,XU Tong-cheng1,LIU Li-na1,LIU Zhen-hua1,DU Fang-ling1,TAO Hai-teng1,*

(1.Institute of Agro-Food Science and Technology,Shandong Academy of Agricultural Sciences,Ji’nan 250100,China;2.Jinsui Industry and Trade Co.,ltd.,Rizhao 276500,China)

Regarded 4 kinds of starch(wheat starch,corn starch,potato starch,tapioca starch)as the object,after adding wheat bran ultrafine powder,changes on processing characteristics(such as viscosity,transparency,freeze-thaw stability,retrogradation stability)were studied. The results showed that wheat bran ultrafine powder and starch could form compound system with a high stability. With increasing the amount of wheat bran ultrafine powder,the viscosity was increased by 1000～6000 mPa·s,the freeze-thaw stability was increased by 35%～45% and the paste retrogradation stability was increased by 60%～65%,while the transmittance was decreased by 70%. The processing characteristics of the staple starch could be improved in a certain extent by adding the right amount of wheat bran ultrafine powder,which could be applied in low protein foods with a high dietary fiber content.

wheat bran ultrafine powder;starch;viscosity;transparency;freeze-thaw stability;retrogradation stability

2015-05-19

李漸鵬(1988-)，男，碩士，研究方向：糧油加工，E-mail:869746940@qq.com。

陶海騰(1979-)，男，博士，助理研究員，研究方向：糧油加工，E-mail:taohaiteng@163.com。

山東省農業科學院青年科研基金項目(2015YQN48)；山東省農業科學院科技創新重點項目(2014CXZ03)；海外泰山學者計劃(tshw20110532)。

TS235

A

1002-0306(2016)03-0092-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.03.010