腳板薯淀粉理化特性研究

何海霞 黎冬明 吳瑩瑩李橋妹 肖建輝 涂 瑾

(1. 江西農業大學食品科學與工程學院，江西 南昌 330045； 2. 江西省發改委農產品加工與安全控制工程實驗室，江西 南昌 330045)

腳板薯學名毛薯，又名參薯、薯莨、黎洞薯等，屬薯蕷

科薯蕷屬一年或多年生雙子葉植物，生長周期短、產量高[1]，因其塊莖呈不規則的扁塊形，型如腳板而得名。主要分布在非洲、南美及東南亞熱帶和亞熱帶地區[2]。作為一種具有極大開發價值的藥食同源類食物，腳板薯不僅含有大量的淀粉，還含有大量如黏性多糖、皂苷、微量元素、維生素、蛋白質等對人體有益的物質[3]。

目前，對腳板薯的研究主要集中于色素、皂苷等方面，有關其淀粉的提取純化和理化性質的研究較少[3-4]淀粉提取純化方法主要有稀堿法、生物酶法、微觀結構分析法、膠體化學理論法以及搗碎過濾法[3]。試驗擬以腳板薯為原料，采用堿液浸泡的方法提取淀粉，并研究其理化性質，以期為提高腳板薯產業的開發以及腳板薯淀粉的應用研究提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

腳板薯：江西省贛州市；

綠豆淀粉、小麥淀粉、馬鈴薯淀粉：河南恩苗食品有限公司；

氫氧化鈉：天津市永大化學試劑有限公司；

其他試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

高速離心機：GL-23M型，湖南湘儀離心機儀器有限公司；

快速黏度儀：TEL-MASTER型，上海瑞玢國際貿易有限公司；

紫外—可見分光光度計：U-T6型，屹譜儀器制造有限公司；

數顯水浴鍋：WHY-2型，常州國宇儀器制造有限公司；

粉碎機：AUX-PB936型，佛山市海迅電器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 淀粉的制備 參照陶華蕾[3]的方法并加以改進。將新鮮的腳板薯洗凈、去皮、切片，粉碎，按料液比1∶6 (g/mL)用0.1 mg/mL的氫氧化鈉溶液浸泡1.5 h，過濾，濾液靜置沉降1 h，離心，反復沉降、洗滌、離心至溶液不再渾濁，棄上清液，沉降物于40 ℃烘箱中干燥48 h，用粉碎機粉碎，過篩，得腳板薯淀粉。

1.3.2 腳板薯淀粉基本成分測定

(1) 淀粉含量：按GB 5009.9—2016執行。

(2) 水分含量：按GB 5009.3—2016執行。

(3) 蛋白質含量：按GB 5009.5—2016執行。

(4) 灰分含量：按GB/T 22427.1—2008執行。

1.3.3 直鏈、支鏈淀粉含量測定 根據張升暉等[5]的方法修改如下：稱取50 mg淀粉于容量瓶中，加少量無水乙醇及10 mL 0.5 mol/L NaOH溶液，沸水浴中加熱10 min,冷卻，用蒸餾水定容至50 mL，混勻。吸取2.5 mL樣品溶液于50 mL容量瓶中，加20 mL蒸餾水，用0.1 mol/L HCl溶液調pH值至3，加入0.5 mL碘試劑，定容后放置 10 min，測定650 nm處光密度。根據回歸方程計算樣品中直鏈、支鏈淀粉含量。

1.3.4 淀粉透明度的測定 稱取腳板薯淀粉、小麥淀粉、綠豆淀粉、馬鈴薯淀粉各1 g，加入100 mL蒸餾水，混勻，沸水浴加熱攪拌20 min使淀粉完全糊化，糊化過程中用蒸餾水調整淀粉糊至原體積，然后快速冷卻，將淀粉糊裝入比色皿用分光光度計測定650 nm處各淀粉糊的透光率，用蒸餾水作對照。

1.3.5 淀粉凍融穩定性測定 將腳板薯淀粉、小麥淀粉、綠豆淀粉、馬鈴薯淀粉配成6 g/100 mL的淀粉乳，沸水浴加熱攪拌20 min直至淀粉完全糊化。冷卻，倒入離心管，冷凍24 h，室溫自然解凍后，觀察并記錄各淀粉的膠凍狀態，再凍藏，重復多次，直至有水析出。

1.3.6 淀粉凝沉穩定性測定 稱取腳板薯淀粉、小麥淀粉、綠豆淀粉、馬鈴薯淀粉各6 g，加入94 mL蒸餾水，混勻,沸水浴加熱攪拌20 min直至淀粉完全糊化,冷卻，將各淀粉糊放入100 mL帶塞量筒，室溫靜置，分別記錄0，6，12，24，48 h和6 d后上清液體積及淀粉糊總體積，按式(1)計算淀粉的凝沉穩定性。

(1)

式中：

N——凝沉性，%；

h——上清液體積，mL；

H——淀粉糊總體積，mL。

1.3.7 淀粉持水力測定 準確稱取腳板薯淀粉、小麥淀粉、綠豆淀粉、馬鈴薯淀粉各2.0 g，加入30 mL蒸餾水，沸水浴攪拌加熱20 min，冷卻，3 000 r/min離心15 min，瀝干水分，倒置30 min，稱取沉淀物與離心管質量。按式(2)計算持水力。

(2)

式中：

C——持水力，%；

w1——瀝干水分后沉淀物和離心管總質量，g；

w2——干樣品質量，g。

1.3.8 淀粉溶解度和膨潤力測定 稱取0.75 g樣品于干燥離心管中，加入25 mL蒸餾水，分別于55，65，75，85，95 ℃水浴加熱并攪拌20 min，于冰水中快速冷卻至室溫，3 000 r/min離心20 min，上清液于105 ℃烘干至恒重，將去除上清液后的離心管倒置于濾紙上瀝干，稱重，分別按式(3)、(4)計算溶解度和膨潤力。

(3)

(4)

式中：

R——溶解度，%；

P——膨潤力，%；

W1——干樣品質量，g；

W2——上清液恒重后質量，g；

W3——沉淀物質量，g。

1.3.9 淀粉的糊化特征及黏度曲線測定 稱取2.4 g腳板薯淀粉于25 mL測量杯中，加入25 mL水，調制成質量分數為6%的混合體系，攪拌均勻，根據RVA標準程序進行測試，用黏度分析儀獲得腳板薯淀粉的黏度曲線，并用峰值、終值黏度、衰減值等表示腳板薯淀粉的糊化特征。

1.4 數據處理

使用Excel和Origin 9.0軟件進行數據分析，試驗結果為3次平行測定后取平均值。

2 結果與分析

2.1 腳板薯淀粉組成

采用氫氧化鈉溶液浸泡提取制備的腳板薯淀粉中淀粉含量較高，為83.72%，水分含量為11.33%，脂肪含量為0.45%，蛋白質含量為1.28%，灰分含量為0.36%。此淀粉中蛋白質、脂肪含量較低，說明采用氫氧化鈉溶液浸泡提取的腳板薯淀粉沒有過多雜質。

2.2 不同淀粉直鏈、支鏈淀粉含量

淀粉由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，直鏈淀粉含量是淀粉理化性質的最主要影響因素之一[6]。由表1可知，4種淀粉的直鏈淀粉含量差異顯著，腳板薯淀粉的直鏈淀粉含量低于小麥淀粉和綠豆淀粉，但明顯高于馬鈴薯淀粉。

表1 不同淀粉直鏈、支鏈淀粉含量

2.3 透明度

由表2可知，腳板薯淀粉的透明度小于馬鈴薯淀粉，但大于綠豆淀粉和小麥淀粉，可能是由于腳板薯淀粉直鏈淀粉含量高于馬鈴薯淀粉，且低于小麥淀粉，與Cliff等[7]的結果一致。

表2 不同淀粉的透明度

2.4 凍融穩定性

淀粉的凍融穩定性可用來評價其在冷凍類食品中是否有利的主要指標之一。由表3可知，腳板薯淀粉從第2次凍融開始析水，馬鈴薯淀粉和小麥淀粉從第3次凍融開始析水，綠豆淀粉從第4次凍融開始析水，表明腳板薯淀粉凍融穩定性最低。凍融穩定性差的淀粉，其直鏈淀粉含量較高，容易老化[8]。說明腳板薯淀粉不適宜應用于冷凍類食品。

2.5 凝沉穩定性

由圖1可知，當凝沉時間為0～6 h時，大多數淀粉的淀粉糊上清液體積快速增長；當凝沉時間為6～48 h時，除馬鈴薯淀粉外，其他淀粉的淀粉糊上清液體積大大減小，凝沉速率上升緩慢，沉降體積大小為馬鈴薯淀粉>小麥淀粉>腳板薯淀粉>綠豆淀粉。馬鈴薯淀粉凝沉穩定性最差，形成凝膠的能力最弱，綠豆淀粉凝沉性最強；腳板薯淀粉的凝沉性稍低于綠豆淀粉，形成凝膠能力強于小麥淀粉和馬鈴薯淀粉。支鏈淀粉減少，直鏈淀粉增加，分子之間形成顆粒、束狀等結構后，淀粉發生凝沉，從而出現老化，不利于其加工應用[9-10]。而腳板薯淀粉這種較強的凝沉穩定性有利于其在淀粉及富含淀粉的產品中的加工與應用。

表3 不同淀粉糊的凍融穩定性

圖1 不同淀粉的凝沉穩定性

2.6 持水力

持水力可反映淀粉與水的結合度，淀粉與水混合后，淀粉分子鏈之間互相結合形成氫鍵，從而改變淀粉持水力[11]。由表4可知，4種淀粉的持水力為468.39%～1 313.72%，由大到小依次為腳板薯淀粉>綠豆淀粉>小麥淀粉>馬鈴薯淀粉。說明腳板薯淀粉顆粒中水結合位點的可利用度高，可應用于水分含量高的產品中。該結論也從側面說明了腳板薯淀粉的透明度較好。

表4 不同淀粉持水力

Table 4 Water-holding capacity of starches from different species %

2.7 溶解度與膨潤力

吸水性是淀粉的重要特性之一，淀粉與水之間相互作用的大小可以通過溶解度和膨潤力大小判斷[12]。由圖2可知，4種淀粉的溶解度隨溫度的升高逐漸增大，其大小順序為馬鈴薯淀粉>腳板薯淀粉>綠豆淀粉>小麥淀粉。說明腳板薯淀粉與水之間的相互作用較大，而影響淀粉溶解度的主要原因為游離直鏈淀粉易溶于水[13]，腳板薯淀粉的溶解度大說明其游離的直鏈淀粉含量較多，與腳板薯淀粉持水力高相吻合。

圖2 不同淀粉的溶解度

由圖3可知，隨著溫度的升高，膨潤力依次為馬鈴薯淀粉>腳板薯淀粉>綠豆淀粉>小麥淀粉，說明各淀粉的膨潤力隨溫度的變化而變化，可能是由于各淀粉糊化程度不同[14]；相同溫度下，不同品種淀粉的膨潤力也不同，可能是因為直鏈淀粉充當了稀釋劑和腫脹抑制劑[15]，不同品種淀粉的直鏈淀粉含量不同，與2.2中直鏈淀粉含量測定結果相符合。膨潤力能反映淀粉與水之間的相互作用大小，故小麥淀粉與水之間的相互作用最弱，馬鈴薯淀粉和腳板薯淀粉的較強。這種與水之間的較強相互作用力有利于腳板薯在產品加工中的應用，加工產品時可以根據腳板薯不同的糊化程度選擇不同的加熱溫度。

2.8 糊化特性及黏度曲線

由圖4可知，腳板薯淀粉峰值黏度為2 150 cp，衰減值為453 cp，糊化溫度為77.45 ℃。腳板薯淀粉的峰值黏度小于小麥淀粉和綠豆淀粉[16]的，可能是因為持水力以及淀粉分子的膨潤力會影響淀粉的峰值黏度。衰減值大小為腳板薯淀粉<小麥淀粉<綠豆淀粉，說明腳板薯淀粉的熱穩定性最好；糊化溫度大小為腳板薯淀粉>綠豆淀粉>小麥淀粉，說明腳板薯淀粉糊化溫度較高，不易糊化。各淀粉糊化溫度不同可能是因為在糊化過程中淀粉顆粒分解以及淀粉結構的弱化程度不同造成的[17]。綜上，腳板薯淀粉適用于對溫度要求較高的產品中。

圖3 不同淀粉的膨潤力

圖4 不同淀粉的RVA圖譜

3 結論

以腳板薯為原料，利用堿液浸泡的方法提取其淀粉，并對所得淀粉的理化性質進行了對比研究。結果表明，不同種類的淀粉的支鏈、直鏈淀粉含量存在差異，直鏈淀粉含量為17.98%～37.71%，腳板薯淀粉的直鏈淀粉含量低于小麥淀粉和綠豆淀粉；腳板薯淀粉的透明度、凝沉性、持水力、熱穩定性較好，但凍融穩定性較差，不適用于冷凍類產品；不同種類淀粉溶解度、膨潤力大小順序均為馬鈴薯淀粉>腳板薯淀粉>綠豆淀粉>小麥淀粉，且均隨溫度的升高而增大；腳板薯淀粉糊化溫度為77.45 ℃，難以成糊，但熱穩定性較好。后續可更深層次、更全面研究腳板薯淀粉的理化性質。