玉米淀粉糖的特性測定及其在饅頭中的應用

王立丹 朱曉敏 洪昌業 陳朝陽 黃立新

(華南理工大學食品科學與工程學院1，廣州 510640)

(廈門陳紀樂肴居食品有限公司2，廈門 361000)

關鍵字 玉米淀粉糖 白砂糖 葡萄糖 結構 饅頭

蔗糖純度高，產量大，作為天然甜味劑，使用歷史悠久，用途廣泛，在食品加工中起著舉足輕重的作用。目前，全球糖市步入減產周期，世界食糖主要以蔗糖為主，加之近年來甘蔗種植面積減少，同時甜食品行業及人們對蔗糖的需求不斷增加，導致了其價格上漲［1－2］。這對飲料、糖果、餡料等下游食品企業造成了較大的成本壓力，也促使他們尋找和使用新的更便宜的糖料。

2000年以來，隨著酶制劑技術、玉米淀粉加工業的發展，以及國內外連續異構、模擬移動床分離技術和先進設備的引進和大量的使用，果葡糖漿的價格、存儲特性和運輸等大規模推廣使用的瓶頸得到了克服，淀粉糖產銷量迅速增長。目前，玉米淀粉糖產品有果葡糖漿、結晶葡萄糖、葡萄糖漿、啤酒糖漿、麥芽糖漿、低聚糖漿等液體淀粉糖，廣泛應用于糖果、糕點、飲料、調味品、醫藥等領域。2015年中國的液體淀粉糖產量達621萬t，結晶葡萄糖有267萬t［3］。與蔗糖相比，淀粉糖的價格也極具競爭優勢。

玉米淀粉糖是以玉米為原料生產的結晶果糖和葡萄糖經精制工藝加工成的固體產品，甜度適中，風味良好，營養豐富，易于吸收，具有優秀的保濕性和易于發生褐變著色反應的特性，運輸、包裝盒使用比液體糖漿方便許多。玉米淀粉糖作為一種非蔗糖的新型糖源，其原料豐富、便宜，生產完全不受榨季的制約，且能克服液體淀粉糖在包裝、運輸和稱量使用等方面的不便和較多的損耗，價格又具優勢，作為蔗糖的替代品應用于食品加工之中，將具有顯著經濟效益［4］。本研究以結晶葡萄糖及精制白砂糖為對比參照，對玉米淀粉糖，比較測定樣品的感官、基本理化指標和性質，用高效液相色譜測定組分，掃描電鏡和X－射線衍射儀觀測顆粒微觀形貌和晶體結構，以及紅外光譜。最后，研究玉米淀粉糖與精制白砂糖在面點中的應用，并對制得的饅頭品質進行感官評價，對食品企業了解使用玉米淀粉糖產品、開拓其應用，具有一定的指導作用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

玉米淀粉糖:廣州雙橋股份有限公司;一水結晶葡萄糖:秦皇島驪驊淀粉股份有限公司;精制白砂糖:廣州市華僑糖廠;白鉆低筋小麥粉:青島星華糧油食品有限公司;安琪酵母、好搭檔雙效泡打粉:安琪酵母股份有限公司。

NICOLET－6700型紅外光譜儀:美國Nicolet公司;D/max2200VPC型X－射線衍射光譜儀:日本Rigaku公司;TGA Q500差式量熱掃描儀:美國TA公司;Waters－2410液相色譜儀:美國 Waters公司;Merlin掃描電鏡:德國Zeiss公司;UNICAN UV500紫外可見分光光度計:Thermo Spectronic公司;BX51－光學顯微鏡:日本OLYMPUS公司;NDJ－1型旋轉式黏度儀:上海昌吉地質儀器有限公司;DS－307A電導率儀、PHS－3C精密pH計:上海精密科學儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 外觀

肉眼觀察樣品的外觀特征。

1.2.2 基本指標

1.2.2.1 水分:烘箱干燥法，參照 GB 5009.3—2016。

1.2.2.2 灰分:采用TGA法測灰分。稱量3～5 mg樣品于鋁盤中，流速:10 mL/min;升溫速率:20℃/min;溫度范圍:室溫～600℃，在氮氣氣氛下測試。

1.2.2.3 還原糖、蛋白質和脂肪:分別參照 GB 317—2006、GB 5009.5 －82016 和GB 5009.6—2016。

1.2.2.4 黏度:樣品分別溶于水配成50%濃度的溶液，加熱糖液，使其溫度由25℃逐漸升溫至65℃，測定溫度上升過程中溶液的黏度變化。黏度計轉子號為1號，轉速為60 r/min。測試3次，取其算術平均值作為糖液的黏度。

1.2.3 紫外－可見光光譜掃描

樣品溶于水配成10%質量濃度的溶液，掃描200～720 nm范圍內的吸收光譜特性。

1.2.4 顯微形態

1.2.4.1 光學顯微觀察

將樣品攪拌分散于80%甘油酒精溶液中，滴于載玻片，蓋上蓋玻片，觀測拍攝樣品形貌。

1.2.4.2 掃描電鏡

樣品用導電膠固定在樣品臺上，真空噴金處理，置于掃描電鏡中，觀察拍攝樣品的顆粒形貌。

1.2.5 紅外光譜

將樣品與溴化鉀混合，研磨壓片放于儀器掃描，在4 000～500 cm－1范圍內掃描累加32次。

1.2.6 X －射線衍射圖譜

取樣品粉末置于長方形鋁片的凹槽中，壓緊進行測定。采用步進掃描法，條件為:銅靶;管壓:40 kV;管流:30 mA;步長:0.02°;掃描速度 10(°)/min;積分時間:0.1 s;范圍:6°～80°。

1.2.7 高效液相色譜

樣品配成1%的溶液，精濾后測定。色譜柱:鈣型離子交換柱;流動相:去離子水，流速:0.8 mL/min;柱溫:85 ℃;進樣量:20 μL。

1.2.8 饅頭應用實驗

1.2.8.1 饅頭的制備

制作流程:原料→和面→發酵→中和→成型→醒發→汽蒸→冷卻→成品

配方見表1;醒發條件為:溫度35℃，相對濕度85%;汽蒸條件:水沸后蒸15 min。

表1 饅頭制作配方/g

1.2.8.2 感官評價

請10位有經驗的感官評定人員，在饅頭出鍋30 min放涼后進行品嘗評分，評價內容包含饅頭的外觀形狀、色澤、內部結構、口感等指標，評分標準參見［5］。

外觀評價:先觀察饅頭表面結構、色澤及形狀，然后用手將饅頭撕開，聞一下饅頭的氣味，觀察饅頭內部氣孔結構的疏密均勻程度，并逐項評分。

品嘗評價:饅頭蒸熟取出，稍涼，按壓饅頭表面，評價其彈性，然后掰一小塊，觀察是否易掉渣，再放入口中細嚼5～7 s，感覺是否黏牙、干硬、有咬勁，最后逐項評分。

1.2.9 數據統計分析

每組實驗重復3次，采用Excel計算不同指標的平均值和標準偏差，采用Origin8.0軟件作圖。

2 結果與討論

2.1 感官及基本理化指標

各個糖樣品外觀潔白無色，形態差異明顯，玉米淀粉糖為細膩的結晶顆粒狀，粒細而軟，看起來像積雪，軟綿綿的感覺;結晶葡萄糖為細膩的結晶性粉末;而精制白砂糖為粗糙的結晶顆粒狀，顆粒如砂，像沙子倒出來有沙沙的聲音。肉眼未見任何斑點雜質，都極易溶于水，糖液呈現無色清澈透明，其感官及部分理化指標的測定結果，參見表2。由表2可知，玉米淀粉糖和結晶葡萄糖含水量相近，精制白砂糖含水量低。3個樣品的pH及電導率差異不大，溶液的電導率都很低，反映所含水溶的無機離子和雜質極少。精制白砂糖的還原糖含量很低。黏度是糖提取、加工處理過程中的一個重要參數，環境溫度低于70℃時，黏度越大，溫度變化對其影響越顯著。溫度對3種糖液(50%)黏度的影響，如圖2所示。隨著溫度的升高，3種糖液的黏度均下降。

表2 不同糖樣品感官及理化指標檢測

圖1 糖樣品的黏度曲線

2.2 紫外可見光吸收光譜

3種糖樣品溶液紫外吸收光譜如圖2所示，波長400 nm后的溶液吸光度值很小。

圖2 糖樣品的紫外可見光吸收光譜曲線

糖溶液在紫外可見光區域的吸光度值都很低，無任何吸收峰。如果其中含有蛋白類、多肽和氨基酸類，或者美德拉反應物和糖的熱分解物等雜質，則在約280 nm處會出現一定的吸收峰，這些非糖雜質含量越高，吸收峰也會越明顯，吸光度值越大。由圖2可見，結晶葡萄糖和精制白砂糖無任何吸收峰出現，吸光度值也低，它們為結晶性的糖產品，也表明其雜質少，純度非常高。玉米淀粉糖還原糖含量高，在280 nm處出現了一個較明顯的吸收峰，表明其組分中存在微量的雜質，為糖濃縮、結晶固化的受熱過程產生的分解物，或者糖氨化合物。

2.3 顯微形態

2.3.1 光學顯微

玉米淀粉糖的光學顯微照片如圖3所示。糖顆粒晶體透明，圖像清晰，呈現較為規則的長方體，表面有細碎顆粒狀和裂紋、折紋，還存在大量的破碎顆粒，應該是糖結晶和機械粉碎的結果。

圖3 玉米淀粉糖的光學顯微照片

2.3.2 掃描電鏡

玉米淀粉糖顆粒的SEM照片見圖4，可見大塊的糖顆粒形似像邊角有所破損的長方形磚塊，表面也不太平整光滑，有同方向的刮痕，其中還粘附許多較小的大小不一，也不規整的層片狀碎塊和碎粒，為大塊物料機械粉碎的結果。從中還可見，其中黏附的細小顆粒，可能在生產中受濃度、溫濕度、真空度等復雜環境和控制不利等因素的影響，糖無法按照理想狀態進行充分完整的結晶，伴隨產生了大量的微晶小顆粒［6］。

圖4 玉米淀粉糖的掃描電鏡圖

2.4 紅外光譜

3種糖樣品的紅外光譜如圖5所示。

圖5 糖樣品的紅外光譜圖

由圖 5可見，B和 C均在 3 400、2 940、1 430、1 060、860 cm－1處有較強的吸收峰，其中，3 400 cm－1附近出現較強且寬的吸收峰是O—H的伸縮振動，在2 940 cm－1附近出現的較弱的峰是C—H的伸縮振動引起的，1 430 cm－1為烷基的C—H的變角振動吸收峰，1 060 cm－1出現的是糖環的特征吸收峰，860 cm－1處為吡喃環的特有吸收峰［7］。與B和C對照，可見A保持了葡萄糖和蔗糖低聚糖糖類的特征吸收峰，具有糖分子的紅外的基本特征結構。另外，A在1 636 cm－1處的寬峰歸屬于為CO的伸縮振動峰，1 031、1 149 cm－1為 C—O—C 的不對稱伸縮振動，767、845、923 cm－1則對應于葡萄糖的環變形模式，這與劉福紅等［8］的研究結果一致。

2.5 X－射線衍射圖譜

玉米淀粉糖、結晶葡萄糖和精制白砂糖的X－射線衍射圖譜，如圖6所示。

圖6 糖樣品的XRD譜圖

結晶葡萄糖B的晶胞主要是正交晶系和單斜晶系，在2θ=28.35°出現主衍射峰，面間距為 3.145 2 nm，半峰寬 0.542 nm，晶粒尺寸 152 nm;在 2θ=9.20°和2θ=18.37°，出現2 個次衍射峰。蔗糖 C 的晶胞主要是單斜晶系，在2θ=25.15°出現主衍射峰，面間距為 3.537 8 nm，半峰寬 0.131 nm，晶粒尺寸753 nm;在2θ=11.53°和 2θ=18.80°，出現 2 個次衍射峰。

玉米淀粉糖A保持了單糖低聚糖糖類物質的紅外的基本特征結構，雖然非單一組分物質，從圖6可見，它同樣具有完整和明顯的結晶結構，通過A、B衍射峰的對比，可見玉米淀粉糖A含有結晶葡萄糖的物質，在2θ=28.30°出現主衍射峰，面間距為3.149 9 nm，半峰寬0.160 nm，晶粒尺寸568 nm，但較之B的衍射峰呈現出尖而強的特征，表明A含有粒度較大的微晶［9－10］。從圖6中還可看出，A 比B 在2θ=17.07°多一個衍射峰，應該與A中含有果糖有關。郭延君［11］研究的玉米淀粉糖只在 19.4°處有一個寬衍射峰，而A的衍射峰都是比較尖銳的，可能是因為雖然二者還原糖質量分數都在95%以上，但其生產工藝及狀態不同，前者是酸酶法水解玉米淀粉所得的果葡糖漿，而后者是以玉米為原料生產的結晶果糖和結晶葡萄糖經精致工藝加工成的固體淀粉糖。

2.6 高效液相色譜

玉米淀粉糖的色譜圖見圖7，以色譜柱的保留時間可確定糖的種類(2.5實驗也明確得到玉米淀粉糖含有葡萄糖的結論)。由圖7可見，色譜很好地分離出玉米淀粉糖中的各種糖組分，糖組分以葡萄糖、果糖為主，按面積歸一法計算，分別占 62.46%、37.14%，余下其他糖的含量很少。

圖7 玉米淀粉糖的糖色譜

2.7 饅頭感官品質的影響

制作南派饅頭，糖是一種重要的原料。糖在面團發酵中，為酵母提供充足碳源，使酵母得以繁殖，增加甜味感。酵母對糖的利用，不僅產生CO2，還會促使其他糖的分解物如醛、酮、酯的量變多，可提高饅頭風味，其質構也變得更松軟［12］。由于玉米淀粉糖主要為單糖，更容易被酵母利用，發酵速度更快，產氣量較大，饅頭質構也會更加松軟。

表3 不同糖品制備的饅頭感官品質的評價結果

在面團醒發過程中，能清楚地觀察到氣泡不斷產生和增大，面團高度不斷增加，體積膨大，最后都膨大到原來體積的2倍左右。使用玉米淀粉糖的面團，其氣泡產生速度略快、數目較多，在醒發初期這種表象尤其明顯。

使用玉米淀粉糖和精制白砂糖制備的饅頭外觀形貌照片，如圖8所示。由圖8可見，使用玉米淀粉糖制備的饅頭，氣孔更細密、均勻、呈海綿狀;精制白砂糖制作的饅頭，包芯顏色略發黃，內部氣孔較之稍粗大和不均勻。感官評價結果見表3。

圖8 饅頭外觀形貌照片

硬度和咀嚼性是衡量面制品品質的兩個重要指標，在一定范圍內，硬度和咀嚼性越小，表明制品越柔軟，適口性越好。由表3可知，在柔韌性和口感方面，使用玉米淀粉糖的饅頭更有絲的感覺，口感更細膩;蒸制出的饅頭在下壓相同距離時所承受的力小，即更松軟。通過饅頭的7個特征指標構建雷達圖，如圖9所示，直觀地反映出添加不同糖樣品饅頭的感官品質。

2種饅頭的感官品質，無質的或檔次間的差別，使用玉米淀粉糖制作的饅頭總體稍好點，主要反映在饅頭的內部組織、柔韌性和口感方面，即饅頭更松軟、爽口、有彈性、不黏牙。

圖9 添加不同糖樣品饅頭的綜合評價指標雷達圖

3 結論

通過玉米淀粉糖樣品，通過顯微、紅外光譜、X－射線衍射光譜、高效液相色譜等儀器分析以及制作饅頭的比較實驗，結果表明，玉米淀粉糖為潔白的細膩小顆粒，具有一定的流度性，無肉眼可見雜質，水溶性好，溶液電導率低，灰分含量小，水分含量和還原糖含量高，且保持了糖類的紅外特征吸收峰;紫外可見光吸收光譜表明其含有紫外吸收的雜質。顯微表明玉米淀粉糖為大小不一、較規則的長方體透明晶體;X－光衍射圖譜表明其具有完整的結晶結構，含有結晶葡萄糖;而高效液相色譜測定發現其組分以葡萄糖、果糖為主，分別占總糖含量的62.46%、37.14%。此外，玉米淀粉糖制作的饅頭，較之精制白砂糖，饅頭的氣孔更細密、均勻、呈海綿狀，且色澤、風味和口感上更具優勢，總體的效果稍好。