不同種類淀粉在微波輻射下性質(zhì)的差異性研究

姜倩倩，田耀旗，金征宇

（1.煙臺(tái)大學(xué)文經(jīng)學(xué)院，山東煙臺(tái)264000；2.江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無錫214122）

隨著低碳環(huán)保加工技術(shù)的發(fā)展，微波輻射技術(shù)在 食品工業(yè)的應(yīng)用日趨廣泛，但是目前以水為載體的微波加熱行為主要側(cè)重于干燥、漂燙和滅菌[1-5]，而以加熱熟化為主旨的微波加工技術(shù)鮮有推廣。淀粉是具有豐富來源的可再生性資源，也是人類食物的重要來源。目前微波技術(shù)主要應(yīng)用于淀粉改性方面，與干熱處理、濕熱處理相比，微波處理更加方便、快捷且效果顯著[6-12]。近年來隨著淀粉工業(yè)的發(fā)展，淀粉的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，對(duì)淀粉加工品質(zhì)的要求也越來越高[13-20]，所以對(duì)淀粉的加熱技術(shù)和機(jī)理以及加工品質(zhì)的研究顯得極為重要。此外，在微波加工過程中，水分的響應(yīng)形式與傳統(tǒng)加熱不同，但未見針對(duì)微波加熱下淀粉種類及組成的影響研究及水分影響的機(jī)理綜合研究。所以本試驗(yàn)擬采用具有代表性的3 種不同淀粉：馬鈴薯淀粉、玉米淀粉、綠豆淀粉為試驗(yàn)對(duì)象，研究其在微波輻射加熱條件下性質(zhì)的差異性，并探討產(chǎn)生性質(zhì)差異的形成機(jī)理，有利于開發(fā)針對(duì)傳統(tǒng)主食的微波加工控制技術(shù)，也為微波加熱淀粉類制品的生產(chǎn)及品質(zhì)控制提供重要的科學(xué)參考依據(jù)，并拓寬開展水分及淀粉組成等因素引發(fā)淀粉微波加熱特性變化的研究領(lǐng)域。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯淀粉：山東招遠(yuǎn)市溫記食品有限公司；玉米淀粉：山東東都食品有限公司；綠豆淀粉：江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室濕法提取；Megazyme淀粉總量/直鏈淀粉檢測試劑盒：北京博歐實(shí)德生物技術(shù)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

CW-2000 微波萃取儀：上海新拓微波溶樣測試有限公司；Pyris-1 差示量熱儀（differential scanning calorimetry，DSC）：Perkin-Elmer 公司；HH-2 電熱恒溫水浴鍋：上海浦東物理光學(xué)儀器廠；TA-XT2i 質(zhì)構(gòu)儀：英國SMS 公司。

1.3 方法

1.3.1 淀粉的濕法制備

將稱取的原料清洗去雜質(zhì)，浸泡后打漿，充分過濾并將濾液靜置5 h，將上清液去除，然后進(jìn)行4 000 r/min離心，得到的白色物質(zhì)在烘箱進(jìn)行烘干，粉碎機(jī)粉碎后過100 目篩，篩下物即為所需淀粉。

1.3.2 淀粉含量組成測定

利用Megazyme 淀粉總量/直鏈淀粉檢測試劑盒測定。

1.3.3 淀粉凝膠的制備

分別將馬鈴薯淀粉、玉米淀粉、綠豆淀粉按質(zhì)量比1∶3 加入蒸餾水，恒溫水浴鍋中保溫浸泡0.5 h，然后分別采用微波輸出功率500 W 條件和水浴鍋使其加熱糊化。所得的樣品取出一部分進(jìn)行糊化性質(zhì)的測定。剩下的凝膠樣品密封后，放置在冷藏4 ℃條件下，分別于 1、3、5、7、14 d 后取出進(jìn)行干燥粉碎過篩，并進(jìn)行回生性質(zhì)的測定。

1.3.4 水分含量的測定

在105 ℃干燥箱中，先將空鋁盒烘至恒重，記錄數(shù)據(jù)后再稱取適量樣品放置盒中，繼續(xù)在105 ℃條件下干燥至恒重。

水分含量/%=（干燥前后試樣和盒重質(zhì)量差）/（干燥前后盒重質(zhì)量差）×100

1.3.5 質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的測定

3.方法與用藥方案：采用羅馬Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)流行病學(xué)調(diào)查問卷(Rome Ⅲ-MQ)[1]，每個(gè)入組成員調(diào)查2個(gè)時(shí)間點(diǎn)，分別為長遠(yuǎn)航前及長遠(yuǎn)航后3個(gè)月。因各種原因未完成調(diào)查或中途退出共18人，符合FC診斷標(biāo)準(zhǔn)共61人，其中長遠(yuǎn)航前診斷FC患者23人，長遠(yuǎn)航中新增FC患者38人。

依據(jù)全質(zhì)構(gòu)曲線（見圖1），采用前后兩次壓縮測定模式，測前及測后的速度分別設(shè)定為2.0 mm/s 和0.5 mm/s。具體的測定速度設(shè)定為0.5 mm/s，其中壓縮比例設(shè)定為75%，記錄相關(guān)參數(shù)值。

圖1 全質(zhì)構(gòu)曲線Fig.1 The standard curve of texture

1.3.6 淀粉熱特性的測定

采用差示量熱儀測定3 種淀粉的熱特性。取空鋁盒后加入樣品及質(zhì)量比為1∶2 的蒸餾水，平衡后進(jìn)行測定，溫度范圍設(shè)定為25 ℃～95 ℃，測定速率設(shè)定10 ℃/min。多次測定后將初始溫度（To）、峰值溫度（Tp）、終止溫度（Tc）和晶體融化焓變 ΔH 的平均值記錄下。

2 結(jié)果與分析

2.1 直鏈淀粉含量的差異

3 種淀粉的淀粉組成見表1。

表1 3 種淀粉的淀粉組成Table1 The compositions of different starches

由表1 試驗(yàn)結(jié)果可以明顯看出，馬鈴薯淀粉、玉米淀粉、綠豆淀粉的總淀粉含量沒有明顯的差異性，都達(dá)到了90%以上，但是3 種淀粉的直鏈淀粉含量具有顯著的差異性。馬鈴薯淀粉和玉米淀粉所含的直鏈淀粉量明顯低于綠豆淀粉。直鏈淀粉的鏈狀結(jié)構(gòu)在溶液中空間障礙小，易于取向，故易于回生。直鏈淀粉還可以與碘、脂質(zhì)等物質(zhì)形成復(fù)合物，還可以與支鏈淀粉形成一個(gè)很強(qiáng)的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以說直鏈淀粉含量是影響淀粉性質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。

2.2 水分含量的差異

3 種淀粉凝膠的水分含量見表2。

表2 3 種淀粉凝膠的水分含量Table 2 Moisture content of different starches by two heat treatments

由表2 試驗(yàn)結(jié)果可知，在微波加熱和傳統(tǒng)加熱條件下，3 種淀粉凝膠的水分含量平均值存在差異性，水分含量由高到低依次是馬鈴薯淀粉＞玉米淀粉＞綠豆淀粉。這說明在淀粉的糊化過程中，不同種類的淀粉的膨脹程度以及吸水能力不同。另外與普通加熱制備的淀粉凝膠相比，微波加熱的樣品水分含量稍微偏高些，這是由于微波加熱與普通加熱中，質(zhì)熱傳遞的形式有本質(zhì)的區(qū)別。普通加熱中，淀粉顆粒結(jié)晶層的破壞和顆粒的膨脹基本為同步進(jìn)行，但微波加熱的速率和效率很高，水分子等極性分子會(huì)快速的運(yùn)動(dòng)及發(fā)生碰撞，所以淀粉顆粒的結(jié)晶層會(huì)先消失。但是顆粒膨脹會(huì)有所滯后，也會(huì)導(dǎo)致淀粉分子鏈的遷移困難程度增加，從而使得淀粉鏈與水分子的締合程度減小。

2.3 質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的差異

3 種淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)見表3。

表3 3 種淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)Table 3 Texture properties of different starch gels by two heat treatments

由表3 試驗(yàn)結(jié)果可以看出，同一種加熱條件下，綠豆淀粉凝膠的強(qiáng)度明顯高于其他兩種淀粉，這是因?yàn)樵诘矸勰z中，直鏈淀粉的含量與凝膠質(zhì)構(gòu)的性質(zhì)密切相關(guān)，綠豆淀粉所含的直鏈淀粉量較多，這與前面試驗(yàn)結(jié)果也一致。又由于微波輻射加熱中，3 種淀粉顆粒的膨脹破裂受到一定的限制，從而導(dǎo)致可溶性直鏈淀粉的含量較低，所以普通加熱的3 種淀粉凝膠的強(qiáng)度稍大于微波加熱的樣品強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得微波加熱的凝膠樣品內(nèi)聚性較大，這可能是因?yàn)樵谖⒉ㄝ椛湎碌矸勰z形成的微觀結(jié)構(gòu)更致密些。

2.4 淀粉熱特性的差異

冷藏下淀粉的熱力學(xué)參數(shù)見表4。

表4 冷藏下淀粉的熱力學(xué)參數(shù)Table 4 Thermal properties of stored starches

續(xù)表4 冷藏下淀粉的熱力學(xué)參數(shù)Continue table 4 Thermal properties of stored starches

由表4 試驗(yàn)結(jié)果可知，在相同的加熱條件下，相同的儲(chǔ)存時(shí)間下，綠豆淀粉凝膠的起始溫度、峰值溫度、終值溫度及焓變值都高于馬鈴薯淀粉、玉米淀粉，這可能與綠豆淀粉顆粒結(jié)構(gòu)及分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，說明其內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密有序。并且綠豆淀粉的直鏈淀粉含量較高，在淀粉凝膠冷卻過程中，直鏈淀粉鏈會(huì)相互交聯(lián)聚合形成結(jié)構(gòu)相，支鏈淀粉會(huì)成為分散相，較多的直鏈淀粉會(huì)增加淀粉間交聯(lián)程度，增加凝膠的重結(jié)晶程度。

與普通加熱相比，微波加熱的馬鈴薯淀粉、玉米淀粉、綠豆淀粉凝膠的起始溫度、峰值溫度、終值溫度沒有出現(xiàn)明顯差異，但凝膠的焓變值明顯較低。這也與前面的試驗(yàn)結(jié)果一致，微波加熱的淀粉凝膠水分含量較高，水分子更容易進(jìn)去直鏈淀粉分子間，減少淀粉分子鏈間氫鍵的形成數(shù)目，且微波加熱過程中淀粉顆粒膨脹破裂度較小，溶出的直鏈淀粉量較少，所以冷藏中淀粉的重結(jié)晶程度減小，這表明微波加熱可以作為減緩淀粉基食品的老化程度的有效加工方法。

3 結(jié)論

1）在同一種加熱條件下，與馬鈴薯淀粉、玉米淀粉相比，綠豆淀粉凝膠的水分含量較少，凝膠強(qiáng)度較高，內(nèi)聚性較大且回生度較大，這與其直鏈淀粉含量及顆粒結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

2）與普通加熱相比，微波加熱可以一定程度上改善淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)特性，減緩淀粉基食品的老化程度，在淀粉制品加工生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

3）微波物理輻射下造成的淀粉凝膠的性質(zhì)差異原因還需從微觀的分子間相互作用來闡釋，相互作用的深度機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。