白蕓豆淀粉與小利馬豆淀粉理化性質的比較研究

吳會琴 楊秋歌 黃夢迪 高 濤 張 鋆 楊 璞 高小麗

(西北農林科技大學農學院/旱區作物逆境生物學國家重點實驗室1，楊凌 712100)(烏魯木齊市第66中學2，烏魯木齊 830054)(定邊縣楊井區域農業技術推廣站3，榆林 718600)

豆類淀粉是淀粉四大來源之一，近年來豌豆淀粉、綠豆淀粉、蕓豆淀粉、鷹嘴豆淀粉和蠶豆淀粉等豆類淀粉在工業上得到了廣泛應用。白蕓豆(PhaseolusvulgarisLinn)和小利馬豆(PhaseoluslunatusL.)營養豐富，且均富含淀粉[1,2]。郭神旺等[3]對甘肅三角豌豆、白豌豆、小白蕓豆、麻豌豆淀粉的理化性質分析研究，發現4種雜豆淀粉具有較好的熱糊和冷糊穩定性，透明度較高，凍融穩定性差，耐高溫但是不宜用于冷凍食品生產。Ancona等[4]對小利馬豆淀粉理化特性和功能特性進行了初步探討，發現小利馬豆的直鏈淀粉含量(32.7%)要高于利馬豆和其他常見谷物淀粉，與豆類淀粉相似，但是有關白蕓豆淀粉與小利馬豆淀粉理化性質的比較研究報道較少。本研究通過對白蕓豆與小利馬豆的淀粉顆粒進行掃描電鏡觀察，并對其淀粉糊的透明度、溶解度和膨脹度、凍融穩定性、成糊特性等理化性質進行測定，明確白蕓豆與小利馬豆的淀粉特性，以期為白蕓豆和小利馬豆的開發利用提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

白蕓豆與小利馬豆籽粒飽滿，色澤正常，用于淀粉提取。

1.2 儀器與設備

FW100型高速萬能粉碎機、JSM-6360LV型掃描電子顯微鏡、UVl240型紫外可見分光光度計、TDL-5-A型低速臺式大容量離心機、TA/XT2質構測試儀、RVA-3D型快速黏度分析儀。

1.3 實驗方法

1.3.1 淀粉制備

干豆→粉碎→堿液浸泡(0.3% NaOH溶液，2 h)→過篩→淀粉粗漿(75目)→離心(3 000 r/min，20 min)→刮去黃褐色軟層→加等體積蒸餾水稀釋→淀粉乳→調pH 7.0→洗滌(等體積蒸餾水洗3次)→淀粉精漿→干燥(40 ℃，24 h)→淀粉[5]。

1.3.2 淀粉組成分析

水分：采用直接干燥法測定(GB/T 12087—2008)；蛋白質：采用凱氏定氮法測定(GB 5009.5—2010)；粗脂肪：采用索氏提取法測定(GB/T 5009.6—2003)；淀粉：采用酸水解法測定(GB/T 5009.9—2008)；直鏈淀粉：采用碘比色法測定(GB/T 15683—2008)；灰分：采用灼燒法測定(GB 5009.4—2010)。

1.3.3 淀粉顆粒的掃描電子顯微鏡觀察

把雙面膠固定在樣品臺上，取少量淀粉均勻地灑在雙面膠上，然后噴金處理。樣品保存于干燥器中，經過短暫干燥后，用JSM一6360LV型掃描電子顯微鏡觀察并拍攝具有代表性的淀粉顆粒形貌。

1.3.4 X射線粉末衍射

參考王娟等[6]的方法，采用粉末衍射法。靶：Cu；管壓為40 kV；電流為40 mA；測量角度為2θ=4°～60°；掃描速度為8(°)/min；數據采集步寬為0.02°；掃描方式為連續掃描。用Jade5.0軟件分析結果。

1.3.5 淀粉糊的透明度

稱取一定量的淀粉，加適量蒸餾水調成質量分數為1.0%的淀粉乳，在沸水浴中加熱20 min，使之充分成糊。待成糊完全后，加入蒸餾水保持到原有體積，然后冷卻至30 ℃。用分光光度計在620 nm下，以蒸餾水為空白，測定淀粉糊的透光率，以透光率表示透明度。

1.3.6 淀粉糊的凍融穩定性

稱取1.5 g樣品于離心管中，加入25 mL蒸餾水配成質量分數為6.0%的淀粉糊，然后于95 ℃水浴鍋中加熱30 min，冷卻至室溫后將樣品放入-15 ℃冰箱中冷凍24 h后，取出置于室溫下解凍6 h，將解凍后的樣品置于離心機中，以3 000 r/min離心20 min，最后稱取樣品糊的質量m1以及去掉上清液后沉淀物的質量m2，根據式(1)計算析水率I[7]。

(1)

式中：m1為糊質量/g;m2為沉淀物質量/g。

1.3.7 淀粉糊的溶解度與膨脹度

稱取一定量(W)的淀粉樣品(干基)，配制成質量分數為2.0%淀粉乳，分別在90、80、70、60、50 ℃不同溫度水浴加熱并攪拌30 min，再以3 000 r/min離心20 min，分離上層清液和下層沉淀物。將上清液置于玻璃器皿中，于105 ℃烘干至恒重(Wr)，同時稱取管中沉淀物質量(Wt)[8]。根據方程式(2)和式(3)計算膨脹力(SP)和溶解度(S)：

(2)

(3)

式中：Wt為沉淀物質量/g，W為淀粉樣品質量(干基)/g;Wr為上層淀粉糊中的淀粉質量/g。

1.3.8 淀粉凝膠的質構特性

將質量分數為10.0%的淀粉乳在沸水浴中加熱并緩慢攪拌30 min，使淀粉充分成糊，冷卻至室溫，置于4 ℃冰箱中成膠24 h。凝膠質構特性采用英國Texture Analyzer測定，選用TPA模式，探頭為P/5，用探頭將凝膠壓縮至10 mm距離，兩次壓縮，探頭測前下降速度1.0 mm/s，測試速度0.5 mm/s[9]。

1.3.9 淀粉成糊特性

參考Noda等[10]的方法，使用快速黏度分析儀進行評估測定。當淀粉含水量120 g/kg時，稱取樣品2.0 g，加蒸餾水25.0 mL，50 ℃下保溫1 min，在3.7 min內升溫至95 ℃，保持2.5 min，然后在3.8 min內冷卻至50 ℃，保持2 min，然后放入快速黏度測定儀中前10 s內以960 r/min攪拌，之后的整個過程以160 r/min攪拌。整個過程歷13 min，由Thermal Cycle for Windows配套軟件進行分析。

1.3.10 數據分析

數據采用SPSS16.0進行統計分析，顯著水平設為0.05。所有實驗重復3次。

2 結果與分析

2.1 淀粉基本組成

由表1可知，白蕓豆淀粉中含水量為13.82%，小利馬豆淀粉中水分含量為12.77%，均符合商業淀粉的標準含量10%～20%[11]。白蕓豆和小利馬豆淀粉中的蛋白質含量有顯著差異(P<0.05)，白蕓豆蛋白質含量為0.21%，小利馬豆為0.15%。并且白蕓豆淀粉的脂肪(0.25%)和灰分含量(0.22%)均高于小利馬豆淀粉的脂肪(0.21%)和灰分含量(0.20%)。小利馬豆淀粉的直鏈淀粉含量為41.88%，顯著高于白蕓豆淀粉的直鏈淀粉含量(32.86%)。總體來講，白蕓豆和小利馬豆淀粉的直鏈淀粉含量均高于青稞的直鏈淀粉含量水平[12]。因此，白蕓豆淀粉和小利馬豆淀粉均可以作為食品及其他工業淀粉加工應用的潛在來源。

表1 白蕓豆淀粉和小利馬豆淀粉的基本組成

注:同一列平均值后字母相同的沒有顯著差異(P<0.05)；表中數值表示3次重復操作的平均值±SD，下同。

2.2 顆粒形態分析

不同品種的淀粉，其外貌形態和大小具有一定的差別[13,14]。由圖1可見，白蕓豆淀粉和小利馬豆淀粉都呈現出顆粒表面光滑、無棱角、無裂痕和大小不一的形態特征。白蕓豆淀粉顆粒形狀各異，呈橢圓形、圓球形和不規則形。小利馬豆淀粉顆粒多呈卵圓形、腎形、橢圓形等。

圖1 白蕓豆淀粉和小利馬豆淀粉的SEM圖

2.3 淀粉顆粒的晶體結構

表2顯示，白蕓豆淀粉和小利馬豆淀粉X-光衍射圖譜相似，均在15°、17°、18°和23°有強烈的衍射峰，說明白蕓豆淀粉和小利馬豆淀粉的微晶結構都為A型，白蕓豆淀粉的微晶結構與韓春然等[15]的研究結果一致。另外，白蕓豆淀粉的相對結晶度為41.79%，小利馬豆淀粉的相對結晶度為40.00%，白蕓豆淀粉的結晶度與小利馬豆淀粉有顯著差異，說明形成淀粉結晶部分與線狀的直鏈淀粉分子有關，但余平[16]等研究認為淀粉結晶度主要是依靠支鏈淀粉分子的“束簇”結構，這可能與試驗所用的材料與測定方法有關。

表2 白蕓豆淀粉和小利馬豆淀粉的X射線特征數據衍射分析

2.4 淀粉糊的透明度和凍融穩定性

淀粉糊透明度反映了淀粉分子與水分子的結合能力，同時也是其表現出來的較為重要的外在特征之一，直接影響到淀粉糊的品質和加工應用以及產品外觀、用途和可接受性[17]。小利馬豆淀粉糊的透明度為30.89%，顯著高于白蕓豆淀粉糊的透明度(9.28%)。

白蕓豆淀粉糊凍融析水率是23.80%，小利馬豆淀粉糊的凍融析水率為10.50%(表3)，說明白蕓豆淀粉的凍融穩定性較小利馬豆淀粉差。淀粉糊的凍融穩定性不佳，冷凍和融化后膠體結構破環而析出游離水分，會影響食品的品質結構，所以小利馬豆較白蕓豆適合于制冷食品加工，但小利馬豆淀粉糊的凍融穩定性較馬鈴薯淀粉糊和玉米淀粉糊差，若是用于冷凍食品加工，還需要進一步改造，有研究表明，適當地添加一些食品添加劑可改善淀粉糊的特性，如蔗糖可以使小利馬豆淀粉糊的熱冷穩定性變好，食鹽也對小利馬豆淀粉糊的熱冷穩定性有積極作用[18]。

表3 白蕓豆淀粉和小利馬豆淀粉的透明度和凍融穩定性比較

2.5 淀粉的膨脹度和溶解度

淀粉的膨脹度和溶解度可以反映以淀粉為原料的制品(如粉條、粉絲等)在蒸煮過程中的糊湯和膨脹情況，對其蒸煮特性尤其重要[19]。

如圖2所示，白蕓豆淀粉的膨脹度與小利馬豆淀粉的膨脹度增加趨勢比較相似，在50-60 ℃范圍內，都基本不膨脹，60 ℃以后，膨脹開始增加，并且存在一個初始膨脹階段和迅速膨脹階段，為典型的二段膨脹過程，因此二者淀粉均屬于限制性膨脹型淀粉[20]。因淀粉的膨脹與直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例和磷脂化合物含量有關，其中直鏈淀粉充當稀釋劑和腫脹抑制劑[21]，所以，小利馬豆淀粉的膨脹度要優于白蕓豆淀粉，這與其直鏈淀粉含量測定的結果一致。

圖2 不同溫度下淀粉的膨脹度、溶解度

隨著溫度的上升，淀粉的膨脹度增加，溶解度也在增加。由于淀粉顆粒結構的差異，不同品種的淀粉溶解度不同。小利馬豆淀粉的溶解度明顯優于白蕓豆淀粉，這可能是因為小利馬豆淀粉顆粒大，內部結構松散，而且含有較多親水的磷酸根離子，所以溶解度較高。

2.6 淀粉的凝膠質構特性

竇紅霞等[22]研究表明，淀粉的凝膠咀嚼度較高有利于改善米粉外觀品質。由表4可見，白蕓豆淀粉的咀嚼性顯著高于小利馬豆淀粉，表明以白蕓豆淀粉為原料加工的米粉外觀品質較易控制改善。白蕓豆淀粉的凝膠硬度為小利馬豆淀粉的2.44倍。2種淀粉的黏聚性沒有顯著差異。淀粉凝膠質構特性與淀粉組成及分子有關，淀粉形成凝膠時，直鏈淀粉和支鏈淀粉之間的相容性與凝膠的質構特性有著密切關系。又因淀粉成糊時的黏度特性與直鏈淀粉和支鏈淀粉之間的相容性密切相關，所以，淀粉的黏度特性與淀粉的凝膠質構特性也存在相關關系[23]。在淀粉的選擇中，黏度特性起著重要的作用，它是淀粉在工業生產中作為增稠劑和黏合劑的主要指標[24]，因此，白蕓豆淀粉和小利馬豆淀粉均有較好的工業利用價值。

表4 白蕓豆淀粉和小馬豆淀粉的凝膠質構特性

表5 白蕓豆淀粉和小利馬豆淀粉的淀粉的黏滯性RVA譜特征

2.7 淀粉成糊特性

淀粉糊的起糊溫度越小，表明淀粉越易吸水和膨脹，越易成糊[25]。由表5可以看出，白蕓豆淀粉的起糊溫度(76.75 ℃)顯著低于小利馬豆淀粉糊(84.00 ℃)，說明白蕓豆所含的淀粉對膨脹和破裂的抵抗性較小，易于成糊。兩種淀粉峰值黏度表現為小利馬豆>白蕓豆，峰值黏度是由于淀粉顆粒吸水膨脹后糊液黏度增加所致，這說明小利馬豆淀粉更適合做食品增稠劑。小利馬豆淀粉破損值遠高于白蕓豆淀粉，這可能是由于小利馬豆顆粒粒徑較大，更容易破損，并且也容易形成更堅硬的凝膠。且竇紅霞[24]等研究發現較低的凝膠黏附性及成糊回生值和熱漿黏度有利于改善米粉口感，而較高的成糊溫度和膠黏性有利于改善米粉的滋味品質，白蕓豆淀粉具有低的起糊溫度、峰值黏度、破損值以及回生值，表現出易成糊、抗剪切、不易回生的成糊加工特性。說明以白蕓豆淀粉加工的米粉等口感和滋味更容易調控。

3 結論

白蕓豆淀粉顆粒和小利馬豆淀粉顆粒都呈現出表面光滑，無棱角和裂痕，大小不一的特征。白蕓豆淀粉與小利馬豆淀粉均在60 ℃以上開始膨脹，且小利馬豆淀粉的膨脹度要優于白蕓豆淀粉的膨脹度；小利馬豆淀粉的溶解度也顯著大于白蕓豆淀粉。白蕓豆的起糊溫度較低，易成糊。總體來看，小利馬豆淀粉糊的凍融穩定性要優于白蕓豆淀粉糊，且具有較大的峰值黏度，可以作為食品的增稠劑，但若要將其用于制作冷凍食品，還需要進行加工改性。而白蕓豆淀粉起糊溫度、峰值黏度、破損值和回生值較低，表現出易成糊、抗剪切、不易回生的成糊加工特性，更適合加工米粉或粉條等產品。綜合分析表明，白蕓豆淀粉和小利馬豆淀粉各有其獨特的理化性質，均可在食品加工、淀粉開發方面進行資源利用。