不同儲藏時間及溫度對蕎麥淀粉特性的影響

楊正歌 許 斌 王斯櫨 王麗娟 李再貴

(中國農(nóng)業(yè)大學食品科學與營養(yǎng)工程學院，北京 100083)

蕎麥(Buckwheat)作為雜糧的一種，在我國種植歷史悠久，分布甚廣。蕎麥在我國常年種植面積約有133萬hm2，總產(chǎn)量居世界第二位，出口量居世界第一位，是我國重要的小宗糧食之一[1]。蕎麥具有良好的營養(yǎng)及健康價值，可以降血脂、促進新陳代謝等[2]。而蕎麥淀粉含量、組成及性質(zhì)直接影響其營養(yǎng)保健價值及食品加工工藝[3]。

蕎麥富含60%～70%的淀粉[4]，在蕎麥制品的加工生產(chǎn)中，蕎麥淀粉對加工特性和產(chǎn)品品質(zhì)有重要影響，如蕎麥碗托(一種陜北榆林特色傳統(tǒng)面食)的加工要求淀粉有較高的黏度，若黏度太低，產(chǎn)品則不夠黏稠，缺乏碗托應有的口感[5]。直鏈淀粉和支鏈淀粉含量能通過影響淀粉粒晶體結(jié)構(gòu)，從而影響淀粉的黏度、彈性、堅韌度和保水性等[6]；淀粉的膨脹度、溶解度與淀粉顆粒含水量有相關(guān)關(guān)系[5]，反映了淀粉與水作用的大小，且蕎麥淀粉的膨脹度、溶解性與玉米淀粉、小麥淀粉相比有所不同[7]；大顆粒淀粉糊化溫度低，小顆粒淀粉糊化溫度高[7]。而蕎麥淀粉(甜蕎、苦蕎)的糊化溫度低于大米淀粉和小麥淀粉[8]。

有研究表明，蕎麥的儲藏條件對蕎麥淀粉的品質(zhì)和加工特性有明顯影響[9]，因此可以預期儲藏對蕎麥淀粉的特性存在影響。本實驗旨在對儲藏過程中蕎麥淀粉的品質(zhì)變化進行研究。儲藏與蕎麥中淀粉特性的關(guān)系研究，可為碗托、灌腸等蕎麥淀粉制品的加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

2017年內(nèi)蒙古產(chǎn)赤蕎(內(nèi)蒙古赤峰市農(nóng)牧科學研究院提供)。

無水乙醚、氫氧化鉀、氫氧化鈉、酚酞、95%乙醇、無水乙醇、碘、碘化鉀、乙酸，均為分析純Megazyme淀粉總量檢測試劑盒:Total Starch (AA/AMG) Assay Kit。

1.2 方法

1.2.1 蕎麥的儲藏

各取1 kg蕎麥分別于4、38 ℃，55%濕度的LHC-300-1恒溫恒濕箱儲藏0、1、3、6個月。

1.2.2 蕎麥淀粉的提取

1.2.2.1 制粉

不同儲藏條件下的蕎麥樣品用MLU-202布勒磨磨粉。

1.2.2.2 脫脂

取樣品50 g同無水乙醚(料液質(zhì)量比1∶3)經(jīng)SHZ-28A搖床150 r/min 2 h后浸泡過夜，用無水乙醚(料液質(zhì)量比1∶2)洗至上清液無色透明，再將樣品置于通風櫥2 h。

1.2.2.3 淀粉堿液提取

樣品同0.2%氫氧化鈉(料液質(zhì)量比1∶10)經(jīng)搖床150 r/min 2 h后浸泡過夜，用0.2%氫氧化鈉(料液質(zhì)量比1∶5)堿洗1次，除去上清液及灰色沉淀，然后用蒸餾水洗3次至上清液無色，樣品置于45 ℃的DGX-9073B-1烘箱中8 h，然后過160目篩，取篩下物。

1.2.3 淀粉含量的測定

稱樣0.1 g至15 mL圓頭離心管，加入0.2 mL 80%乙醇漩渦混勻、2 mol/L氫氧化鉀2 mL手搖混勻，然后置于搖床(冰浴)20 min，加1.2 mol/L醋酸鈉緩沖液8 mL、耐熱α淀粉酶0.1 mL、AMG 0.1 mL混勻，然后置于50 ℃水浴鍋水浴30 min，用蒸餾水定容至100 mL，取5 mL樣品使用GTR16-2高速臺式冷凍離心機1 800 g離心力離心10 min，再取0.2 mL上清液加6 mL GOPOD，50 ℃水浴20 min，冷卻后用T6新世紀紫外可見分光光度計于510 nm下測定吸光度。

1.2.4 含水量的測定

參照GB/T 12087—2008《淀粉水分測定 烘箱法》。

1.2.5 直鏈淀粉含量測定

參照GB/T 15683—2008 《大米 直鏈淀粉含量的測定》，略加修改。稱樣(0.100 0±0.000 5) g于100 mL錐形瓶中，加入1 mL乙醇、9 mL 1 mol/L NaOH,搖勻，沸水浴加熱10 min(間隔2～3 min輕輕振蕩)，冷卻至室溫，蒸餾水定容至100 mL，并劇烈搖勻，取5 mL樣品液(空白取5 mL 0.09 mol/L NaOH)于裝有50 mL蒸餾水的容量瓶中，加入1 mL 1 mol/L 乙酸，2 mL碘試劑[稱取(2.000±0.005) g碘化鉀，加蒸餾水形成飽和溶液，加入(0.2±0.001) g碘，待碘完全溶解后，蒸餾水定容至100 mL,搖勻]，蒸餾水定容至100 mL,搖勻，靜置10 min，用紫外可見分光光度計于720 nm處比色。

1.2.6 淀粉膨脹度及溶解度的測定

空鋁盒于130 ℃烘箱中3 h，再放于干燥器冷卻30 min。稱量淀粉樣品(0.090±0.001) g(干基)置于10 mL離心管中，加入淀粉質(zhì)量100倍的去離子水(約9 g)，用搖床80 ℃水浴振蕩30 min，冰水浴冷卻至室溫，使用高速臺式冷凍離心機4 000 g離心力條件下離心10 min，沉淀(濕淀粉，質(zhì)量為M)和上清液分別在110 ℃條件下烘箱干燥5 h至恒重，即得干燥淀粉沉淀的質(zhì)量(M1)和溶解淀粉的質(zhì)量(M2)。每個樣品重復3次。淀粉的膨脹度和溶解度分別表示為:

膨脹度(g/g)=M/M1

溶解度(g/g)=M2/淀粉樣品質(zhì)量

1.2.7 淀粉糊化特性的測定

淀粉糊化特性的測定采用RVA 4500快速黏度分析儀測定。量取(25.0±0.1) mL水(按14%濕基校正)，移入干燥潔凈的樣品筒中，用稱量皿準確稱取(3.00±0.01) g試樣(按14%濕基校正)。把試樣轉(zhuǎn)移到樣品筒中，將攪拌器置于樣品筒中并上下快速攪動10次，使試樣分散。若仍有試樣團塊留存在水面上或粘附在攪拌器上，可重復此步驟直至試樣完全分散。將攪拌器置于樣品筒中并可靠地插接到攪拌器的連接器上，使攪拌器恰好居中。當儀器提示允許測試時，將儀器的攪拌器電動機塔帽壓下，驅(qū)動測試程序。初始轉(zhuǎn)速960 r/min，攪拌10 s后，轉(zhuǎn)速降到160 r/min。樣品在50 ℃下恒溫1 min，以12 ℃/min的速率從50 ℃升至95 ℃，95 ℃下保持2.5 min，再以12 ℃/min的速率降至50 ℃。根據(jù)計算機屏幕顯示的黏度變化曲線，記錄各特征參數(shù)，黏度以RVU表示。

1.2.8 淀粉熱特性的測定

稱取樣品3.00 mg置于鋁盒內(nèi)，加水(淀粉∶水=1∶3)密封后于室溫平衡24 h，DSC-60差示掃描量熱儀測定淀粉熱特性。參數(shù)設(shè)定為：溫度范圍30～130 ℃，掃描速率10 ℃/min。以空鋁盒作為空白，測定淀粉糊化初始溫度(T0)、峰值溫度(Tp)、終止溫度(Tc)以及焓值(ΔH)。

2 結(jié)果與討論

2.1 蕎麥淀粉提取純度

蕎麥淀粉提取過程通常包括脫脂、脫蛋白等。堿液提取法是目前最常用的苦蕎淀粉制備方法[10]。

不同儲藏條件對蕎麥淀粉提取純度的影響如圖1所示。在4 ℃條件下儲藏的蕎麥，提取的淀粉純度要高于38 ℃條件下儲藏的蕎麥，且儲藏時間越長，這種影響越顯著。淀粉顆粒表面緊密連接著一些儲藏蛋白和結(jié)合蛋白[4]，苗永方[9]報道，隨著儲藏的進行，蕎麥粉中的巰基在不斷氧化成二硫鍵，且儲藏溫度越高巰基轉(zhuǎn)變?yōu)槎蜴I的速度越快。二硫鍵的形成可能阻礙了蛋白與淀粉顆粒的分離，使得38 ℃下儲藏的蕎麥，淀粉提取純度下降更明顯。與此相反，在4 ℃下儲藏時，儲藏時間越長，淀粉提取純度越高。其原因還有待研究，但說明原料低溫儲藏，對于蕎麥淀粉提取有一定的意義。

注：不同字母代表差異顯著(P<0.05)，余同。圖1 儲藏條件對堿提淀粉純度的影響

3.2 蕎麥淀粉中直鏈淀粉含量

從圖2中看出，隨著儲藏時間的增加，提取的蕎麥淀粉中直鏈淀粉的含量增加，而儲藏溫度對直鏈、支鏈淀粉含量的影響不明顯。這說明無論是高溫還是低溫儲藏，蕎麥淀粉的品質(zhì)都會受到儲藏時間的明顯影響，王魯峰等[11]的研究發(fā)現(xiàn)，大米直鏈淀粉的含量與米飯的硬度呈極顯著正相關(guān)。隨直鏈淀粉含量的增加，產(chǎn)品的硬度增加、堅韌度下降[6]，蒸煮時吸水量增加[12]。Li等[13]的研究發(fā)現(xiàn)，支鏈淀粉含量和短鏈分支比例與米飯黏性顯著相關(guān)。隨著支鏈淀粉含量的增加，產(chǎn)品的黏性及柔軟度也會增加[6]。因此，需要針對不同產(chǎn)品的特性要求，選用適當?shù)膬Σ貤l件。

圖2 儲藏條件對直鏈淀粉含量的影響

3.3 蕎麥淀粉的膨脹度及溶解度

蕎麥淀粉的溶解度和膨脹度反映了在和面時蕎麥淀粉與水之間相互作用的大小，影響著蕎麥淀粉及其制品的品質(zhì)[14]。淀粉的溶解主要是直鏈淀粉從膨脹的顆粒中逸出，可以用來評價淀粉鏈之間的交互作用程度，包括淀粉顆粒的非結(jié)晶區(qū)和結(jié)晶區(qū)域[15]。

不同儲藏時間及溫度對蕎麥淀粉膨脹度的影響如圖3所示。隨著儲藏時間的延長，蕎麥淀粉的膨脹度呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。且在4 ℃下儲藏時膨脹度下降幅度更為明顯。蕎麥淀粉膨脹度呈現(xiàn)下降的原因可能是由于儲藏后不溶性直鏈淀粉含量增加，淀粉粒晶體更加緊密，達到糊化溫度時，只是使微晶束有較大程度的松動，分子間仍有許多氫鍵未被拆開[16]，從而降低了水分子進入淀粉微晶束的可能性，使得蕎麥淀粉膨脹度呈現(xiàn)下降的趨勢。

圖3 儲藏條件對淀粉膨脹度的影響

不同儲藏時間及溫度對蕎麥淀粉溶解度的影響如圖4所示。在4 ℃或38 ℃下儲藏的蕎麥，其淀粉的溶解度均略有增加但是變化的幅度不明顯，且在6個月儲藏時間內(nèi)未見明顯的規(guī)律。可見儲藏時間及溫度對蕎麥淀粉溶解度的影響相對較少。

圖4 儲藏條件對淀粉溶解度的影響

3.4 蕎麥淀粉的糊化特性

表1為不同溫度及儲藏時間下儲藏蕎麥淀粉的糊化特性。隨著儲藏時間的延長，蕎麥淀粉的糊化溫度、最終黏度和回生值均略有上升，但無顯著性變化，而儲藏溫度對這3個參數(shù)均無影響。

表1 不同儲藏條件對蕎麥淀粉糊化特性的影響

注：同列不同字母代表差異顯著(P<0.05)。

短時間儲藏，無論是低溫還是高溫，蕎麥淀粉的峰值黏度和崩解值沒有顯著變化。但是儲藏時間延長到6個月時，高溫儲藏蕎麥的淀粉的峰值黏度和崩解值均有明顯降低。Valmor等[17]的研究表明，高溫儲藏使大米淀粉的結(jié)晶度降低，淀粉顆粒破裂前的吸水能力降低[18]，從而導致淀粉峰值黏度和崩解值的降低。因此，低溫儲藏能較好地保證在長時間儲藏中蕎麥淀粉品質(zhì)不發(fā)生明顯變化[19]。

3.5 蕎麥淀粉的熱特性

不同儲藏時間和溫度對蕎麥淀粉初始糊化溫度和糊化焓的影響如圖5所示。

由圖5a可見，38 ℃條件下蕎麥儲藏0～3個月，初始糊化溫度隨儲藏時間增加而增大，儲藏時間超過3個月，初始糊化溫度則隨儲藏時間延長逐漸減小。而4 ℃下儲藏的蕎麥，其淀粉初始糊化溫度隨儲藏時間的變化不明顯。說明在高溫儲藏前期，淀粉結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有所增加，儲藏3個月后，穩(wěn)定性開始下降，而4 ℃下儲藏的蕎麥其淀粉結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性無明顯變化。淀粉糊化的過程實際上是淀粉結(jié)晶區(qū)域的溶解，其中包括直鏈淀粉的浸出，結(jié)晶區(qū)域支鏈淀粉雙螺旋結(jié)構(gòu)的斷裂和分解[20]。糊化溫度能反映淀粉結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗凝膠化能力[21]，糊化溫度越高，淀粉結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗凝膠化能力越強。

圖5 儲藏條件對淀粉初始糊化溫度(a)和糊化焓(b)的影響

糊化焓是淀粉糊化之前淀粉顆粒內(nèi)部分子鏈段有序性的衡量指標，它是反映淀粉顆粒結(jié)晶度的重要參數(shù)，淀粉顆粒有序結(jié)構(gòu)破壞會導致糊化焓值下降[22]。由圖5b可見，儲藏0～3個月時，蕎麥淀粉糊化焓隨時間延長而降低，儲藏3個月以后糊化焓反而增大。4 ℃下儲藏的蕎麥淀粉糊化焓變化更緩和，38 ℃下儲藏的蕎麥淀粉糊化焓變化更明顯。在儲藏初期，淀粉糊化焓下降可能是由于蕎麥的后熟，而3個月以后糊化焓的上升可能是由于淀粉與其他組分的結(jié)合增加，導致其糊化困難。

4 結(jié)論

不同儲藏時間和溫度對蕎麥淀粉的特性有顯著影響。隨著儲藏時間的延長，蕎麥淀粉中直鏈淀粉含量逐漸增加，淀粉膨脹度逐漸下降。38 ℃下儲藏6個月的蕎麥其淀粉的峰值黏度和崩解值明顯降低，可能是由結(jié)晶度的降低導致。儲藏過程中，蕎麥淀粉糊化焓先下降，3個月后開始上升。38 ℃儲藏蕎麥，其淀粉初始糊化溫度先上升，儲藏3個月后開始下降。4 ℃儲藏蕎麥，其淀粉提取純度較高，且淀粉膨脹度變化更為明顯，而38 ℃儲藏蕎麥，其淀粉糊化焓變化更為顯著。