刺槐豆膠與玉米淀粉混合物流變性分析

裴晶瑩，趙佳慧，李曉磊，劉博，李丹

（1.長春大學吉林省教育廳農產品深加工重點實驗室，吉林長春130022；2.長春大學食品科學與工程學院，吉林長春130022）

刺槐豆膠與玉米淀粉混合物流變性分析

裴晶瑩1，2，趙佳慧1，2，李曉磊1，*，劉博1，李丹1，*

（1.長春大學吉林省教育廳農產品深加工重點實驗室，吉林長春130022；2.長春大學食品科學與工程學院，吉林長春130022）

為研究非淀粉多糖類膠體對淀粉流變特性的影響，測定5組不同配比刺槐豆膠/玉米淀粉混合物0∶1.2、0.1∶1.1、0.2∶1.0、0.9∶0.3、0.4∶0.8（質量比）的黏彈性。采用Power-Law模型對靜態流變學試驗數據進行回歸擬和，決定系數R2均在0.99以上，流體指數n＜1，表明玉米淀粉及兩者混合體系屬于假塑性流體；隨著刺槐豆膠/玉米淀粉混合物質量比的提高，混合體系的稠度系數顯著增加，流體指數降低，假塑性增強。當刺槐豆膠/玉米淀粉質量比小于0.3∶0.9（質量比）時，稠度系數增加不再顯著。動態流變學試驗顯示，刺槐豆膠/玉米淀粉質量比大于0.3∶0.9（質量比）時，彈性較大，黏度適中。刺槐豆膠/玉米淀粉質量比為0.4∶0.8（質量比）時，黏度最大，彈性最小，混合體系具有更好的協同增稠效果。

玉米淀粉；刺槐豆膠；流變特性；貯能模量；損耗模量

淀粉與非淀粉多糖類親水性膠體均具有增稠性、凝膠性等特點，常常被共同應用于食品體系中，以起到提高產品穩定性、控制水分流動、降低成本及簡化加工工藝等作用。淀粉與親水性膠體混合體系的功能特性與產品的質構和感官特性密切相關。因此，關于淀粉與非淀粉多糖類膠體混合物黏彈性的研究極為重要。考察兩者之間的協效作用，對于掌握它們賦予食品特定功能性質的規律具有重要的意義。

刺槐豆膠（locust bean gum）是從刺槐種子胚乳中提取出的一種半乳甘露聚糖，其中半乳糖、甘露糖的質量比大約為4∶1。刺槐豆膠具有較好的透明度、溶脹性和增稠性，被廣泛應用于食品工業中，用作水溶性增稠劑、乳化劑和凝膠增強劑[1]等。

玉米淀粉是可利用的最廉價的淀粉，淀粉糊化后能形成具有一定彈性和強度的凝膠，凝膠的黏彈性、強度等特性直接影響到淀粉質食品的加工性能及品質[2]。其流變和凝膠特性有助于使調料既具有稠性又始終為短性糊絲，可做零售業或公共飲食業的增稠劑。

國內報道過一些關于淀粉與膠體混合的研究，例如張雅媛等[3]考察玉米淀粉與黃原膠混合膠的流變學特性研究。表明玉米淀粉與黃原膠共混后，黏彈性變化明顯。對刺槐豆膠/玉米淀粉混合體系的研究有待進一步探討，本文以玉米淀粉為原料，加入不同比例的刺槐豆膠，利用動態流變儀[4]，研究兩者混合后體系流變特性的變化，為更好的在食品工業中應用刺槐豆膠/玉米淀粉混合體系及品質控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

玉米淀粉：美國Sigma有限公司（S4126-corn starch）；刺槐豆膠：西班牙產，膠體含量99%；HX201型水浴鍋：北京長流科學儀器公司；Discovery-HR-3型流變儀：美國TA公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品制備

本試驗依據多次試驗結果，選取5個不同配比刺槐豆膠/玉米淀粉混合物 0 ∶1.2、0.1 ∶1.1、0.2 ∶1.0、0.9 ∶0.3、0.4∶0.8，（質量比）。準確稱取不同配比的玉米淀粉和刺槐豆膠樣品，加入蒸餾水制成6%玉米淀粉和刺槐豆膠混合液，置于磁力攪拌器上500 r/min，5min，然后沸水糊化10min。

1.2.2 流變特性測定

流變特性的測定均取用按1.2.1方法配置成的樣品。采用平板-平板測量系統，平板直徑4 cm，設置間隙0.1 cm，加入樣品，擦去平板外多余樣品，加上蓋板，并加入蒸餾水以防止水分蒸發。每次測試均需更換樣品。

靜態剪切流變的測試：在25℃下，測量剪切速率（γ）從 0～300 s-1遞增，再從 300 s-1～0 遞減范圍內樣品變化情況。采用Power-Law模型對數據點進行回歸擬和，決定系數R2表示方程擬和精度。Power-Law方程：

式中：τ為切應力，N/m2；dv/dx為速度梯度；K為稠度系數（Pa/s），相當于黏度的量度；n為流型指數；流型指數n表示非牛頓程度的量度，當n=1時，即為牛頓液體；當 n＜1，為假塑性流體；當 n＞1，為膨脹性流體。冪律方程中，K、n值是兩個重要流變參數。

動態黏彈性測定：溫度25℃，掃描應變1%，測定由低頻率（0.1 Hz）至高頻率（10 Hz）內貯能模量（G′）、損耗模量（G″）及損耗角正切值（tanδ=G″/G'）隨角頻率的變化。

1.3 統計分析

所有試驗均重復3次，采用SPSS軟件計算平均值、標準差和各平均值之間的差異性。

2 結果與分析

2.1 靜態剪切流變特性的測定

刺槐豆膠與玉米淀粉混合體系靜態流變曲線見圖1。

圖1 刺槐豆膠與玉米淀粉混合體系靜態流變曲線Fig.1 Static rheological curve of mixture of corn starch and locust bean gum

由圖1可見，不同比例的刺槐豆膠淀粉糊在流動過程中所需的剪切應力隨著剪切速率的增加而增大，隨著膠體比例的增加，混合體系流動過程中所需的剪切應力減小。依據冪律方程（Power-Law）對各曲線數據點進行擬合（見表1），結果顯示決定系數R2均在0.99以上，Power-Law模型對曲線具有較高的擬合精度[5]。流體指數n小于1，表明刺槐豆膠/玉米淀粉混合體系為假塑性流體[6]。添加刺槐豆膠后，混合體系上行曲線與下行曲線的稠度系數K顯著增加，n值降低，說明混合體系具有更強的增稠性及假塑性，更易剪切稀化。統計分析結果表明，刺槐豆膠/玉米淀粉質量比小于0.3∶0.9質量比時，混合體系的K值顯著增加，大于0.3∶0.9質量比時，增加不再顯著。

表1 刺槐豆膠與玉米淀粉混合體系Power-Law方程擬合參數Table 1 Fitting parameters of Power-Law equation for mixture of corn starch and locust bean gum

2.2 動態黏彈性測定

糊凝膠體系的動態黏彈性與其實際應用性能直接相關[7]。貯能模量（G′）代表能量貯存而可恢復的彈性質。損耗模量（G″）代表能量消散的黏性性質[8]見圖2和圖3。

圖2 刺槐豆膠與玉米淀粉混合體系貯能模量隨頻率變化曲線Fig.2 Storage modulus of mixture of corn starch and locust bean gum composite system as a function of frequency

圖3 刺槐豆膠與玉米淀粉膠混合體系損耗模量隨頻率變化曲線Fig.3 Loss modulus of mixture of of corn starch and locust bean gum as a function of frequency

由圖2和圖3可見，所測樣品G′均遠大于G″，損耗角正切值（tanδ）小于 1，G′與 G″隨頻率增加而上升，表現為一種典型的弱凝膠動態流變學譜圖。添加刺槐豆膠后，混合體系的G′和G''均顯著增加，且隨著刺槐豆膠比例的增加而增大，混合體系表現出更為優越的黏彈性。這進一步表明混合體系內部結構的分子鏈段間的纏結點增多，凝膠體系網絡結構加強。

tanδ 為 G''與 G′比值，tanδ 越大，表明體系的黏性比例越大，流動性強，反之則彈性比例較大見圖4。

圖4 刺槐豆膠與玉米淀粉混合體系tanδ隨頻率變化曲線Fig.4 Loss angle tangent of mixture of corn starch and locust bean gum as a function of frequency

由圖4可見，與玉米淀粉相比，混合體系tanδ的頻率依賴性降低，隨著角速率的增加，體系的彈性增加，黏性減小。當刺槐豆膠/玉米淀粉比例為0.4∶0.8（質量比）時，tanδ最高，混合體系具有更好的協同增稠作用。

綜合考慮成本和混合效果，表明在實際應用中選擇刺槐豆膠/玉米淀粉的比為0.3∶0.9（質量比）較為適宜。

混合是一種成本低、效果好、工藝簡單、適合工業化生的方法，采用混合的方法，可改善玉米淀粉本身性能的不足，混合體系具有更為優越的黏彈性。從而減少或替代變性淀粉在食品中的應用。對玉米淀粉與刺槐豆膠混合體系流變及凝膠特性的研究是深入探討大分子多糖間混合體系及其性能影響規律的基本依據。兩種配比體系的流變性研究結果為更好的在食品工業中應用玉米淀粉/刺槐豆膠混合體系及品質控制提供參考。

3 結論

玉米淀粉與刺槐豆膠可通過分子間的相互作用而達到協同增效的作用，混合后的體系具有更高的稠度系數及動態模量。隨著刺槐豆膠比例的增加，混合體系的流體指數n降低，假塑性增強。統計分析結果表明，當刺槐豆膠/玉米淀粉質量比小于0.3∶0.9（質量比）時，混合體系的稠度系數顯著增加，大于0.3∶0.9（質量比）時，增加不再顯著。刺槐豆膠/玉米淀粉質量比小于0.3∶0.9（質量比）時，彈性較大，黏度適中。刺槐豆膠/玉米淀粉質量比為0.4∶0.8（質量比）時，混合體系黏度最大，彈性最小，具有更好的協同增稠效果。

[1]張伏,付三玲,佟金,等.玉米淀粉糊的流變學特性分析[J].農業工程學報,2008,24(9):294-297

[2]吳雪輝,張加明.板栗淀粉性質研究[J].食品科學,2003,24(6):38-41

[3]張雅媛,洪雁,顧正彪,等.玉米淀粉與黃原膠復配體系流變和凝膠特性分析[J].農業工程學報,2011,24(6):38-41

[4]譚洪卓,谷文英,劉敦華,等.甘薯淀粉糊與綠豆淀粉糊的流變行為共性與區別[J].農業工程學報,2006,22(7):32-37

[5]詹曉北,王衛平,朱莉.食用膠的生產性能與應用[M].北京:中國輕工業出版社,2003

[6]黃來發.食品增稠劑[M].北京:中國輕工業出版社,2007

[7]Yoshimura M,Takaya T,Nishinari K.Effects of konjac-glucomannan on the gelatinization and retrogradation of corn starch as determined by rheology and differential scanning calorimetry[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,1996,44(10):2970-2976

[8]Lee M H,Baek M H,Cha D S,et al.Freeze-thaw stability of sweet potatostarchgelbypolysaccharidegums[J].FoodHydrocolloids,2002,16:345-352

Rheological Analysis of Corn Starch and Locust Bean Gum Mixture

PEI Jing-ying1，2，ZHAO Jia-hui1，2，LI Xiao-lei1，*，LIU Bo1，LI Dan1，*
（1.Key Laboratory of Agroproducts Processing Technology at Jilin Provincial University，Educational Department of Jilin Provincial Government，Changchun University，Changchun 130022，Jilin，China；2.College of Food Science and Technology，Changchun University，Changchun 130022，Jilin，China）

To study the effects of non-starch polysaccharide on the rheological properties of starch，we determined the viscoelastic properties of the mixtures of corn starch/locust bean gum 1.2 ∶0，1.1 ∶0.1，1.0 ∶0.2，0.9 ∶0.3，0.8 ∶0.4（mass ratio）.The Power-Law model fitted the data of the static rheology with the correlation coefficient of more than 0.99.The fluid index was less than 1，indicating that the mixture was pseudoplastic fluid.With the increase in the proportion of locust bean gum，the consistency coefficient of mixture increased significantly，fluid index decreased，pseudoplasticity enhanced.When the ratio of corn starch and locust bean gum was less than 0.9∶0.3（mass ratio），the increase was no longer significant.Dynamic rheological tests showed that the elasticity was large and the viscosity was moderate if the ratio of corn starch to locust bean gum mass ratio was less than 0.9 ∶0.3（ mass ratio）.The elasticity was the smallest and the viscosity was the biggest when the ratio of corn starch to locust bean gum was 0.8 ∶0.4（mass ratio）.The mixtures of corn starch/locust bean gum showed better synergistic thickening effects.

corn starch；locust bean gum；rheological properties；storage modulus；loss modulus

裴晶瑩，趙佳慧，李曉磊，等.刺槐豆膠與玉米淀粉混合物流變性分析[J].食品研究與開發，2018，39（1）：1-4

PEI Jingying，ZHAO Jiahui，LI Xiaolei，et al.Rheological Analysis of Corn Starch and Locust Bean Gum Mixture[J].Food Research and Development，2018，39（1）：1-4

10.3969/j.issn.1005-6521.2018.01.001

國家自然科學基金“面上項目”（NSFC-31371749）；吉林省教育廳“十三五”科學技術研究項目（吉教科合字[2016]第298號，JJKH20170502KJ）

裴晶瑩（1992—），女（漢），碩士研究生，研究方向：功能食品。

*通信作者：李曉磊（1978—），女（漢），副教授，博士，研究方向：功能食品；李丹（1972—），男（滿），教授，博士，研究方向：功能食品。

2017-06-16