制備過(guò)程中淀粉濃度對(duì)蓮子回生淀粉理化特性的影響

陳釧杰,李 欣,黃 瑩,常 青,鄭寶東,3,張 怡,3,曾紅亮,3,*

(1.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,福建福州 350002;2.福建省特種淀粉品質(zhì)科學(xué)與加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建農(nóng)林大學(xué)，福建福州 350002;3.中愛(ài)國(guó)際合作食品物質(zhì)學(xué)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究中心,福建農(nóng)林大學(xué),福建福州 350002)

蓮子為我國(guó)重要的特種經(jīng)濟(jì)作物之一,在東南亞地區(qū)及澳大利亞均有大規(guī)模種植,國(guó)內(nèi)主要分布于東部沿海地區(qū)[1]。蓮子淀粉是干蓮子的主要構(gòu)成成分,其質(zhì)量可占蓮子干重的50%,且直鏈淀粉在總淀粉中的含量可達(dá)40%,屬于高直鏈淀粉[2]。高直鏈含量使其極易回生形成抗性淀粉。近年來(lái),已有多篇文獻(xiàn)證實(shí)蓮子抗性淀粉對(duì)雙歧桿菌等腸道益生菌的促生長(zhǎng)作用[3]及促產(chǎn)酸作用[4],且不同組分的蓮子抗性淀粉也在益生元作用上有所差異[5-6]。

眾多研究表明水-淀粉比例對(duì)淀粉糊化回生具有重大的影響[7-9]。水分在糊化、回生過(guò)程中不僅可充當(dāng)溶劑,也作為塑化劑使淀粉具有較大移動(dòng)性[10]。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有研究中,多數(shù)研究從結(jié)構(gòu)、熱焓變化方面著手探究水分對(duì)淀粉糊化、回生的影響,如回生過(guò)程中生成的雙螺旋結(jié)構(gòu)、結(jié)晶等有序結(jié)構(gòu)以及熱焓特性等性質(zhì)[11]。而有關(guān)水分含量對(duì)回生淀粉理化特性影響的研究報(bào)道較少,且現(xiàn)有研究主要關(guān)注淀粉在不同水分條件下的回生特性及性質(zhì)變化,而非回生淀粉在復(fù)水后的理化性質(zhì)差異。根據(jù)人類食用習(xí)慣,多數(shù)消費(fèi)者在食用加工類食品前習(xí)慣將食品通過(guò)蒸煮等方式重加工。這一過(guò)程使得食品中淀粉等物質(zhì)的性質(zhì)再次發(fā)生變化，進(jìn)而影響到食品本身的性質(zhì),如粘度、硬度、咀嚼性等。因此研究淀粉質(zhì)食品在回生復(fù)水后的性質(zhì)尤為重要。

為彌補(bǔ)現(xiàn)有研究中對(duì)回生淀粉復(fù)水后特性研究的空白,本研究通過(guò)配制不同淀粉濃度的淀粉懸浮液,經(jīng)糊化、老化、干燥制得蓮子回生淀粉,并研究其熱特性及復(fù)水后的理化特性,以期為今后的淀粉質(zhì)食品加工提供一定的理論依據(jù)。

1 材料及方法

1.1 材料與儀器

速凍鮮蓮 福建閩江源綠田實(shí)業(yè)投資發(fā)展有限公司。

DHG-9140A 烘干箱 上海精宏設(shè)備有限公司;MJ-54A高壓滅菌鍋 施都凱儀器設(shè)備(上海)有限公司;L530型臺(tái)式離心機(jī) 湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開(kāi)發(fā)有限公司;TechMaster快速粘度測(cè)定儀(RVA) 波通瑞華科學(xué)儀器(北京)有限公司(瑞典perten);MCR301流變儀 奧地利安東帕公司;STA449C同步熱分析儀 德國(guó)耐馳儀器制造有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 蓮子淀粉的提取 蓮子淀粉,于實(shí)驗(yàn)室條件下由速凍鮮蓮中提取。提取方法參考曾紹校[2],并做輕微修改。簡(jiǎn)要流程如下:新鮮凍蓮與蒸餾水以1∶1比例(g/g)混合后,經(jīng)高速組織搗碎破碎,過(guò)100目篩濾網(wǎng),靜止6 h后棄上清液取沉淀,加水重復(fù)清洗沉淀,反復(fù)3次。經(jīng)45 ℃烘箱烘干至水分含量<15%后,即得蓮子淀粉。

1.2.2 蓮子回生淀粉的制備 蓮子回生淀粉的制備步驟參考自Zhang等[3]并做適當(dāng)調(diào)整。取適量1.2.1所得蓮子淀粉,添加不同比例蒸餾水,配制成不同比例蓮子淀粉懸浮液,蓮子淀粉∶水的比例(g/mL)分別為:5∶95、10∶90、20∶80、30∶70、40∶60、50∶50。懸浮液用食品級(jí)真空包裝袋真空包裝,防止加熱過(guò)程的水分蒸發(fā)。包裝后樣品于高壓滅菌鍋中121 ℃加熱30 min,使其充分糊化后,取出于室溫下自然冷卻6 h。轉(zhuǎn)移淀粉糊至4 ℃冷藏冰箱中,回生24 h后取出。拆開(kāi)包裝將樣品置于60 ℃烘箱中烘干24 h至樣品水分含量小于15%,使用植物組織粉碎機(jī)粉碎并過(guò)100目篩,過(guò)篩后即制得回生淀粉樣品。根據(jù)樣品加工方法及制備過(guò)程中的固形物含量,將樣品分別命名為RS5%、RS10%、RS20%、RS30%、RS40%、RS50%(其中RS指回生淀粉)。

1.2.3 熱重分析 采用同步熱分析儀進(jìn)行蓮子回生淀粉重?zé)岱治?分別取10 mg蓮子回生淀粉于剛玉坩堝中,空坩堝為參比樣,空氣氛圍下以10 ℃·min-1的升溫速率從20 ℃升至600 ℃,研究樣品熱降解剩余質(zhì)量比。

1.2.4 膨脹度及溶解度 膨脹度及溶解度方案參考Guo等[12]并稍作調(diào)整。分別稱取蓮子回生淀粉2 g于50 mL離心管中,加入40 mL蒸餾水后,分別于55、65、75、85、95 ℃下水浴30 min,水浴過(guò)程中間歇性振搖淀粉-水懸浮液,使水-淀粉接觸均勻,時(shí)間間隔5 min。水浴結(jié)束后,置于室溫下冷卻至室溫后于25 ℃下離心10 min,轉(zhuǎn)速3000 r/s。小心倒出上清液于試管中,并置于105 ℃烘箱中烘干24 h后取出稱重,稱取固形物重量。下層沉淀直接稱重。膨脹度及溶解度計(jì)算如下:

式中:A為上清液干重(g);W為樣品干重(g);P為下層沉淀質(zhì)量(g)。

1.2.5 快速黏度測(cè)定 采用快速黏度測(cè)定儀研究蓮子回生淀粉的在溫度變化過(guò)程中的黏度特性,分別稱取蓮子回生淀粉1.5 g于鋁箔容器中,添加25 mL蒸餾水,溫度程序設(shè)置參考Chen等[13]、Zaidul等[14]并稍作調(diào)整,具體如下:50 ℃恒溫?cái)嚢? min后,恒速升溫4 min至95 ℃,恒溫95 ℃持續(xù)攪拌3 min后,3 min內(nèi)恒速降溫至50 ℃并維持2 min。

1.2.6 流變性質(zhì)測(cè)定

1.2.6.1 樣品前處理 取1.2.3所制得蓮子回生淀粉1.5 g于燒杯中,加入25 mL蒸餾水,加入磁力攪拌轉(zhuǎn)子于磁力攪拌器上100 ℃加熱30 min使其成糊后,參考郭澤鑌[15]、陳秉彥[16]方法進(jìn)行流變特性掃描。

1.2.6.2 靜態(tài)流變特性測(cè)試 選擇錐形模具CP50-2,調(diào)用測(cè)試程序,取少量1.2.6.1所述淀粉糊于流變儀平板上,啟動(dòng)儀器,刮去溢出樣品,設(shè)置平板溫度為25 ℃,剪切速率由0～3×102s-1,觀察表觀粘度(η)及剪切應(yīng)力隨剪切速率(γ)升高過(guò)程中的變化情況。

1.2.6.3 動(dòng)態(tài)流變特性測(cè)定 選擇錐形模具CP50-2,選擇測(cè)定程序,取少量1.2.6.1所述淀粉糊于流變儀平板上,啟動(dòng)儀器,刮去溢出樣品,設(shè)置平板溫度為25 ℃,角頻率為6.28 rad/s進(jìn)行振幅掃描,確定線性黏彈區(qū)后,選擇線性黏彈區(qū)內(nèi)某應(yīng)變值進(jìn)行頻率掃描,頻率掃描范圍為0.1～628 rad/s。

1.2.6.4 糊化回生模型的建立 根據(jù)動(dòng)態(tài)及靜態(tài)流變性特性，采用ChemDraw繪圖軟件，將淀粉分為糊化及老化兩個(gè)狀態(tài)，根據(jù)分子鏈間形態(tài)，將淀粉鏈在不同水分含量下的回生行為可視化，建立回生模型圖。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有測(cè)試平行測(cè)試3次取平均值。顯著性分析由DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)完成,p<0.05。圖片使用Origin 8.5完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱重分析

不同淀粉濃度條件下制備的蓮子回生淀粉熱重結(jié)果如圖1所示,所有蓮子回生淀粉在20～600 ℃范圍內(nèi)均顯示出較為類似的重量變化趨勢(shì),樣品失重開(kāi)始于50 ℃前,并在600 ℃時(shí)樣品剩余質(zhì)量比均小于20%。根據(jù)其重量變化可將溫度區(qū)間劃分為4個(gè)區(qū)間,分別為20～150、150～280、280～350、350～600 ℃。其中20～150 ℃區(qū)間的質(zhì)量下降主要為自由水等易揮發(fā)物質(zhì)的受熱揮發(fā)造成的質(zhì)量損失[17],當(dāng)溫度升至150～280 ℃時(shí),樣品質(zhì)量保持恒定,主要原因?yàn)閾]發(fā)性物質(zhì)在150 ℃后揮發(fā)殆盡，而淀粉等物質(zhì)的熱降解在280 ℃前尚未開(kāi)始。為更好地對(duì)比淀粉等非揮發(fā)性物質(zhì)的熱分解,摘取原始數(shù)據(jù)中280及600 ℃的剩余質(zhì)量比于表1中。280 ℃前損失的重量主要為水分及少數(shù)耐熱性較弱的物質(zhì),由表1可知,280 ℃時(shí)回生淀粉的質(zhì)量損失呈一定規(guī)律,RS20%、RS30%在280 ℃內(nèi)的質(zhì)量損失明顯低于RS5%、RS10%、RS40%、RS50%,這可能與淀粉及水的狀態(tài)有關(guān),RS20%、RS30%中水分被淀粉結(jié)晶束縛于結(jié)晶結(jié)構(gòu)中或與淀粉鏈結(jié)合形成較為熱穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)[18]。280～350 ℃內(nèi)急劇下降,該現(xiàn)象被認(rèn)為是樣品中多數(shù)淀粉分子的熱降解[19],淀粉在該溫度區(qū)間內(nèi)發(fā)生鍵斷裂,主要為C-C-H、C-C、C-H淀粉降解為H2O、CO、CO2以及部分類似CH4、C2H4等物質(zhì)[20]。350～600 ℃內(nèi),樣品質(zhì)量繼續(xù)減少，可能為回生淀粉中較為穩(wěn)定的結(jié)晶淀粉或淀粉脂質(zhì)復(fù)合物及其他耐熱物質(zhì)的進(jìn)一步熱裂解。RS5%及RS40%在20～150 ℃區(qū)間失重最多,說(shuō)明其含有較多水分等易揮發(fā)物質(zhì)。研究表明:充分糊化的淀粉糊在水分含量超過(guò)90%時(shí)不易回生[21],則其淀粉鏈保持非晶狀態(tài),且其淀粉鏈因被水分子塑化而保持無(wú)序狀態(tài)[22]。而RS50%在20～150 ℃區(qū)間的失重較少，說(shuō)明其水分等易揮發(fā)物質(zhì)含量較RS40%低,可能與其濃度過(guò)高不易糊化有關(guān),這使得水分子進(jìn)入淀粉中的程度較低,則內(nèi)部水分含量少,而外部水分易在烘干過(guò)程中蒸發(fā)。RS20%在350～600 ℃區(qū)間的失重速率較其他條件下制得的回生淀粉快,這可能是由于其中含有較多的可熱降解但較游離非晶淀粉耐熱的結(jié)晶淀粉或大顆粒淀粉導(dǎo)致,說(shuō)明20%含有較多相對(duì)熱穩(wěn)定組分。研究表明,淀粉的降解溫度受淀粉結(jié)構(gòu)及顆粒大小影響[23]。且在相同環(huán)境條件下,過(guò)高或過(guò)低淀粉濃度下均會(huì)抑制淀粉的回生,而適中的淀粉/水比例有助于淀粉糊的回生[24]。對(duì)于RS5%,RS10%、RS30%、RS40%、RS50%樣品在350～600 ℃區(qū)間的質(zhì)量損失曲線斜率幾乎一致且比RS20%小。且所有樣品的質(zhì)量損失曲線在溫度接近600 ℃時(shí)趨于平緩。可推測(cè),當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí),曲線最終將平行于X軸,所對(duì)應(yīng)Y值為淀粉中灰分比例。

表1 蓮子回生淀粉剩余質(zhì)量損失Table 1 Residual mass loss of lotus seed retrogradated starch

圖1 不同淀粉濃度制備的蓮子回生淀粉的熱重曲線

2.2 膨脹度及溶解度分析

不同淀粉濃度條件下制備的蓮子回生淀粉的膨脹度及溶解度如圖2所示,由圖2a中回生淀粉在不同溫度下的膨脹度趨勢(shì)分布可知,隨著溫度的升高,回生淀粉的膨脹度均隨溫度上升呈增長(zhǎng)趨勢(shì),并在95 ℃時(shí)最大,與Chen等[13]的研究結(jié)果相似。由于淀粉膨脹是一個(gè)吸水的過(guò)程,與淀粉的伸展程度及淀粉鏈與水結(jié)合有關(guān)[25]。較低溫度下,不充足的熱量使得淀粉無(wú)法充分伸展,因此在55 ℃時(shí),回生淀粉樣品間差異不明顯;隨著溫度的升高,淀粉伸展程度得到提升,因此其膨脹度提高。但是,RS30%、RS40%、RS50%的膨脹度及其隨溫度增長(zhǎng)的幅度較RS5%、RS10%、RS20%小,這可能與回生淀粉制備過(guò)程中的淀粉鏈纏結(jié)程度有關(guān)。淀粉在高水分含量下糊化形成淀粉糊后,淀粉鏈被水分塑化,將使得淀粉鏈間距離大,抑制淀粉鏈的回生,即鏈間聚合并形成雙螺旋結(jié)構(gòu)的形成。相對(duì)獨(dú)立的淀粉鏈在烘干復(fù)水過(guò)程中更易吸水膨脹,因此表現(xiàn)出較高膨脹度。反之,由于RS30%、RS40%、RS50%在制備過(guò)程中淀粉濃度較高,使得鏈伸展不充分,進(jìn)而導(dǎo)致其在回生并烘干后形成較為致密的結(jié)構(gòu),且不利于淀粉的伸展及吸水膨脹,因此在高水分含量下制備的回生淀粉膨脹度較低。另外,RS5%膨脹度最高且受溫度影響變化最快。根據(jù)Nara等[26]的研究結(jié)果表明糊化狀態(tài)下的淀粉鏈在水分含量高于90%時(shí)不易形成凝膠網(wǎng)絡(luò)。因此,RS5%的高膨脹度及對(duì)溫度的高度依賴性與其過(guò)大的淀粉鏈間距離有關(guān)。

圖2 不同淀粉濃度制備的蓮子回生淀粉的膨脹度及溶解度

如圖2b回生淀粉的溶解度在樣品間差異顯著且隨溫度增加，同一樣品間也存在顯著性差異,這可能與其回生過(guò)程有關(guān)系。研究認(rèn)為,淀粉溶解度測(cè)定的主要為分散于淀粉顆粒無(wú)定型區(qū)中的直鏈淀粉[27]。另外,眾多研究表明淀粉鏈的短期回生主要為直鏈淀粉的相互纏結(jié)形成雙螺旋及進(jìn)一步的有序結(jié)構(gòu)-結(jié)晶[18]。與支鏈淀粉結(jié)晶不同的是,直鏈淀粉結(jié)晶較為耐熱,其結(jié)晶在加熱至100 ℃后仍可保持纏結(jié)有序結(jié)構(gòu)。而在本研究中,樣品均為經(jīng)過(guò)24 h短期回生的蓮子淀粉,盡管回生時(shí)淀粉濃度不同,但是都屬于可回生范圍。如圖2b所示,蓮子回生淀粉的溶解度隨溫度上升呈上升趨勢(shì),這與蓮子回生淀粉隨溫度升高溶脹程度增加有關(guān)系,較高的膨脹度使更多的可溶性淀粉溶解于溶液中。除個(gè)別點(diǎn)間差異不顯著外(75 ℃ RS20%、RS30；85 ℃ RS10%、RS20)，不同蓮子回生淀粉的溶解度在整體上規(guī)律如下：RS5%

2.3 快速黏度分析

不同濃度蓮子回生淀粉在溫度影響下的黏度變化情況如圖3所示。低溫時(shí),樣品間黏度差異不明顯,當(dāng)溫度升高至約65 ℃后,樣品間黏度開(kāi)始出現(xiàn)較大差別。最終黏度在RS5%達(dá)到最大,且隨制備時(shí)淀粉濃度增加而減小。該趨勢(shì)與樣品的膨脹度結(jié)果一致,主要影響因素仍為樣品在制備過(guò)程中的鏈間纏結(jié)程度不同。同時(shí),溫度對(duì)淀粉鏈伸展的影響使得淀粉鏈在開(kāi)始吸水膨脹,并有淀粉鏈溶解至水中形成凝膠網(wǎng)絡(luò),最終提高淀粉糊黏度[21]。淀粉黏度在溫度上升至95 ℃后約3 min增長(zhǎng)趨于平緩,并在降溫過(guò)程中持續(xù)上升。該過(guò)程體現(xiàn)了淀粉鏈隨溫度變化而呈現(xiàn)出的在淀粉-水體系中的排列狀態(tài),65～95 ℃的黏度升高是由于回生淀粉顆粒的受熱吸水膨脹,淀粉鏈由顆粒向水相中伸展[29]。95 ℃恒溫階段的黏度升高是由于淀粉鏈的持續(xù)吸熱吸水膨脹,而其增長(zhǎng)速率的較小是由于淀粉鏈在膨脹后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的剪切使得淀粉鏈在懸浮液中的排列趨于有序。95～50 ℃的黏度上升是由于溫度降低使得淀粉鏈間活化能過(guò)高,淀粉鏈趨向于相互靠近形成熱力學(xué)穩(wěn)定的體系,因而使淀粉鏈間接觸增加,黏度隨之增加[30]。最終樣品間的黏度差異性較為明顯,RS5%、RS10%由于鏈間纏結(jié)程度較弱導(dǎo)致淀粉鏈復(fù)水后易溶出,增加了淀粉鏈的觸碰摩擦,因而表現(xiàn)出較高的黏度,RS20%由于形成較多結(jié)晶而表現(xiàn)出較RS5%、RS10%低的黏度;RS30%、RS40%、RS50%、由于糊化不完全而形成較為致密的結(jié)構(gòu),導(dǎo)致淀粉鏈的溶出困難,因而表現(xiàn)出較低的黏度,且隨樣品制備濃度的升高黏度減小。

圖3 不同淀粉濃度制備的蓮子回生淀粉的RVA黏度曲線

2.4 流變性質(zhì)分析

2.4.1 靜態(tài)流變特性 不同水分濃度下制備的蓮子回生淀粉的靜態(tài)流變學(xué)特性如圖4所示,該圖揭示了蓮子回生淀粉在1×100～3×102s-1剪切速率下黏度隨剪切速率的變化。由圖可知,本研究中所有蓮子回生淀粉在剪切速率由1×100s-1增長(zhǎng)至3×102s-1過(guò)程中均表現(xiàn)出剪切黏度下降,即剪切稀化現(xiàn)象。這說(shuō)明本研究中所有蓮子回生淀粉均為假塑性流體[31],該現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于剪切過(guò)程中分子有序排列導(dǎo)致的。回生淀粉受剪切速率影響表現(xiàn)出與RVA不同的分布順序。RS5%、RS10%、RS20%黏度明顯高于RS30%、RS40%、RS50%。其中,RS5%在不同剪切速率下均表現(xiàn)出最高的黏度,這與其較分散的鏈分布有關(guān)系。在5%淀粉濃度下,由于淀粉鏈不易回生,導(dǎo)致較多數(shù)淀粉鏈保持自由狀態(tài),增大了鏈間摩擦的幾率,因此剪切黏度較大。同理,由于淀粉鏈分散程度不同使RS10%黏度大于RS20%黏度。與RS5%、RS10%、RS20%不同的是,RS30%、RS40%、RS50%的剪切黏度較低,且RS50%>RS40%>RS30%。這可能與其在糊化回生過(guò)程中直鏈淀粉不易溶出及支鏈淀粉側(cè)鏈間的交纏有關(guān)系,淀粉濃度越高,直鏈淀粉越不易溶出,直鏈淀粉-支鏈淀粉及支鏈淀粉-支鏈淀粉間交纏的概率越大[32]。同時(shí),在流變測(cè)試前的復(fù)水過(guò)程中,由于RS50%吸水膨脹較少,鏈間交纏較為緊密,所形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于RS40%及RS30%強(qiáng),因此表現(xiàn)出較高的黏度[33]。但是與RS5%、RS10%、RS20%等淀粉鏈伸展充分且分布較為分散的回生淀粉相比,RS30%、RS40%、RS50%的剪切黏度不及低淀粉濃度下制備的蓮子回生淀粉。

圖4 不同淀粉濃度制備的蓮子回生淀粉的剪切黏度曲線

2.4.2 動(dòng)態(tài)流變特性測(cè)試 通過(guò)振幅掃描確定線性黏彈區(qū)。經(jīng)測(cè)試,不同水分濃度下制備的蓮子回生淀粉的線性黏彈區(qū)均分布在應(yīng)力為0%～4%。因此,選取應(yīng)力為2%進(jìn)行下一步的頻率掃描,觀察蓮子回生淀粉在2%應(yīng)力條件下隨頻率變化表現(xiàn)出的流變特性。如圖5a所示,不同淀粉濃度條件下制備得到的蓮子回生淀粉的儲(chǔ)存模量G′(又稱彈性模量)在角頻率低于10 rad·s-1時(shí)基本不隨頻率變化而變化,彈性模量保持不變。當(dāng)頻率高于10 rad·s-1時(shí),蓮子回生淀粉表現(xiàn)出兩種不同的彈性模量變化趨勢(shì),RS5%、RS10%、RS20%的儲(chǔ)存模量(彈性模量)隨角頻率升高而下降,而RS30%、RS40%、RS50%的彈性模量隨角頻率升高而升高。這可能與樣品性質(zhì)有關(guān)系,2.2及2.3中結(jié)果表明RS5%、RS10%、RS20%與RS30%、RS40%、RS50%存在本質(zhì)性差別,前者樣品在制備過(guò)程中淀粉鏈相對(duì)分散,而后者相對(duì)緊密且直-支、支-支鏈間交纏程度較高。該樣品特性導(dǎo)致淀粉樣品在復(fù)水后表現(xiàn)出不同的低頻彈性模量,主要由于相對(duì)分散的淀粉鏈在復(fù)水后更易形成淀粉凝膠,而淀粉鏈交纏程度高的樣品不易形成淀粉凝膠,從而樣品間表現(xiàn)出不同的凝膠強(qiáng)度,即彈性模量差異。RS30%、RS40%、RS50%在高頻下表現(xiàn)出的彈性模量升高可能與其較為緊密的交纏結(jié)構(gòu)在高頻剪切下被破壞有關(guān),這使得淀粉溶出量增加,淀粉凝膠結(jié)構(gòu)增強(qiáng),因此表現(xiàn)出剛性增加。由圖5b可知,隨著角頻率的升高,不同淀粉濃度條件下制備得到的蓮子回生淀粉的損失模量G″(又稱黏性模量)均表現(xiàn)出一致的升高趨勢(shì),即其黏性模量上升。

圖5 不同淀粉濃度制備的蓮子回生淀粉的頻率掃描曲線

整體而言,RS5%、RS10%、RS20%的黏性(由損失模量G″體現(xiàn))仍高于RS30%、RS40%、RS50%的黏性。該現(xiàn)象與儲(chǔ)存模量中不同樣品間的差異現(xiàn)象一致,因此其原因也與RS5%、RS10%、RS20%相對(duì)分散的淀粉鏈分布及RS30%、RS40%、RS50%較為緊密的結(jié)構(gòu)有關(guān)。另外,RS20%受頻率變化影響較小,且其黏性模量高于其他樣品。熱重分析結(jié)果顯示RS20%在350～600 ℃表現(xiàn)出較其他回生淀粉高的降解率,因此該流變現(xiàn)象可能與其有利于淀粉回生的特性有關(guān),進(jìn)而使其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。對(duì)比穩(wěn)態(tài)流變特性測(cè)試,頻率掃描時(shí)蓮子回生淀粉表現(xiàn)出的黏性規(guī)律與剪切速率掃描所表現(xiàn)出的黏性規(guī)律略有差異。這與測(cè)試本身的原理及樣品多方面性質(zhì)對(duì)測(cè)試項(xiàng)目的影響程度有關(guān)[34]。

2.5 蓮子淀粉在不同淀粉-水體系中的糊化及老化模型

本研究中淀粉-水體系在不同比例下的糊化、回生可由圖6表示。水分含量5%、10%、20%有利于淀粉的完全糊化,分子鏈間相對(duì)分散,并且對(duì)淀粉鏈的移動(dòng)性產(chǎn)生較小阻力,而20%由于淀粉鏈接觸機(jī)會(huì)較大,因此易于淀粉鏈間雙螺旋及結(jié)晶的形成。水分含量30%、40%、50%由于淀粉濃度較低,對(duì)淀粉完全糊化、直鏈淀粉溶出及淀粉鏈的移動(dòng)性表現(xiàn)出不同程度上的限制,因此較不利于回生。由此可知,RS20%在高溫下的降解較多與其回生形成較多淀粉結(jié)晶有關(guān);樣品間膨脹度、溶解度的差異與淀粉在不同濃度溶液中糊化是否完全有關(guān)系,同時(shí)該結(jié)果也受淀粉鏈回生形成不易膨脹的結(jié)晶等有關(guān)系。而不同水分含量下制備的回生淀粉的流變特性也受到其分子鏈在不同淀粉-水體系的分散度、緊密度等影響。

圖6 不同淀粉-水體系在糊化老化過(guò)程中的微觀結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié)論

隨著制備時(shí)淀粉濃度的增加,所制得的蓮子回生淀粉在TGA測(cè)試中呈現(xiàn)差異性,其中RS5%、RS40%含有較多水分等易揮發(fā)物質(zhì),RS20%含有較多耐熱物質(zhì)。快速黏度測(cè)試中樣品黏度隨制備濃度增加呈遞減趨勢(shì)。同一淀粉樣品的膨脹度及溶解度均隨溫度升高而增加;相同溫度時(shí),隨制備濃度的上升,樣品膨脹度減小,溶解度減小。靜態(tài)流變結(jié)果表明,所有樣品均表現(xiàn)出剪切稀化現(xiàn)象;相比于高淀粉濃度下(30%～50%)制備的回生淀粉,低淀粉濃度下(5%-20%)制備的回生淀粉在不同剪切速率下的黏度均較高,黏度大小順序?yàn)镽S5%>RS10%>RS20%>RS50%>RS40%>RS30%。動(dòng)態(tài)流變結(jié)果表明,當(dāng)角頻率小于10 rad·s-1時(shí),所有樣品的儲(chǔ)存模量均不受角頻率影響;當(dāng)角頻率大于10 rad·s-1時(shí),RS5%、RS10%、RS20%的儲(chǔ)存模量隨角頻率增加呈下降趨勢(shì),而RS30%、RS40%、RS50%儲(chǔ)存模量呈上升趨勢(shì)。在測(cè)試范圍內(nèi),所有樣品的損失模量均隨角頻率升高呈上升趨勢(shì)。綜上可知,蓮子淀粉回生行為受到回生過(guò)程中淀粉濃度的影響,其中水分含量為5%、10%、20%時(shí)有利淀粉鏈的分散及回生過(guò)程中的重新排列,而30%、40%、50%不利于淀粉鏈的分散,因此兩組樣品在理化性質(zhì)上呈現(xiàn)差異。