瓜爾豆膠和黃原膠對淀粉理化性質(zhì)的影響

劉靜，段春月, ，劉暢, *

1. 河北科技師范學(xué)院食品科技學(xué)院（秦皇島 066600）；2. 河北省板栗產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心（秦皇島 066600）

淀粉是植物性食物的主要組成部分，是人類主要碳水化合物的來源。淀粉質(zhì)食品在儲藏過程中變硬、發(fā)干、掉渣，造成不良口感和感官品質(zhì)等，即為淀粉的回生。淀粉回生嚴重影響淀粉制品的營養(yǎng)價值和保質(zhì)期，阻礙了食品行業(yè)的發(fā)展[1]。因此，改善淀粉的性質(zhì)一直是食品加工領(lǐng)域的一個熱點問題。

黃原膠與瓜爾豆膠是食品工業(yè)中廣泛應(yīng)用的兩種親水膠體[2]。黃原膠是一種生物膠，具有良好的乳化性、增稠性、觸變性、假塑性等，能夠與其他多糖相互作用，協(xié)同黏度增加，具有陰離子膠的作用。瓜爾豆膠是從瓜爾豆中分離得到的一種多糖化合物，是一種天然的增稠劑，具有中性膠的特性。在食品工業(yè)中，黃原膠與瓜爾豆膠主要在醬類、肉制品、罐頭食品和冷凍食品等中作為穩(wěn)定劑、持水劑、膠黏劑和冷凍融化穩(wěn)定劑等[3]。

目前，國內(nèi)外許多學(xué)者對膠體與淀粉形成的復(fù)配體系進行研究。研究表明，親水膠體能夠改變淀粉基食品的糊化特性、流變學(xué)特性以及質(zhì)構(gòu)，還能延緩淀粉的老化回生[4-7]。而親水膠體不同的分子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其對樣品的影響也有所不同。親水膠體對玉米淀粉和甘薯淀粉理化特性的比較研究鮮見報道。試驗以玉米淀粉和甘薯淀粉為材料，研究添加不同濃度的兩種膠體對淀粉特性的影響，以期能為淀粉質(zhì)食品的加工提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑

玉米淀粉（山東圣琪生物有限公司）；甘薯淀粉（山東圣琪生物有限公司）；瓜爾豆膠（浙江一諾生物科技有限公司）；黃原膠（浙江一諾生物科技有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

HI850R臺式高速冷凍離心機（湖南湘儀實驗儀器開發(fā)有限公司）；SHJ-4D數(shù)顯恒溫磁力攪拌水浴鍋（常州市金壇友聯(lián)儀器研究所）；723可見分光光度計（上海光譜儀器有限公司）；Tech Master RVA-4500黏度儀（澳大利亞 Newport公司）。

1.3 方法

1.3.1 直鏈淀粉含量的測定

參考Chrastil[8]的方法測定玉米淀粉和甘薯淀粉的直鏈淀粉含量。

1.3.2 透光率的測定

在0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%的黃原膠或瓜爾豆膠溶液中加入一定量的淀粉，攪拌均勻，配成1%的淀粉乳，于90 ℃水浴糊化30 min，加水保持體積，冷卻至室溫，于4 ℃放置1，3，5，7和14 d，于600 nm處分別測定淀粉膠體的透光率。

1.3.3 淀粉糊的黏度特性

稱取一定量的樣品置于鋁桶中，加水使淀粉質(zhì)量分數(shù)為8%。RVA測試條件：50 ℃下保持1 min，以12℃/min的速率加熱至95 ℃，保持3 min，以12 ℃/min的速率冷卻至50 ℃保持2 min[9]。前10 s混合槳的速度為960 r/min，其余時間為160 r/min。記錄的參數(shù)為糊化溫度（PT）、峰值黏度（PV）、谷值黏度（TV）、最終黏度（FV）崩解值及回生值（R）。

1.3.4 淀粉糊的凝沉性

稱取一定量的淀粉樣品，分別加入0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%的黃原膠或瓜爾豆膠溶液，配制成1%的淀粉溶液，于90 ℃水浴糊化15 min，冷卻至室溫，在12 h內(nèi)每隔1 h記錄上清液體積，在24～36 h每隔2 h記錄上清液體積，以上清液占總體積的百分比表示淀粉的凝沉性質(zhì)，比較不同濃度的膠體對兩種淀粉沉降程度的影響。

1.3.5 膨脹度

參照Liu等[10]方法。稱取40 mg淀粉，分別添加1 mL 0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%的膠溶液，于90 ℃加熱糊化30 min，期間間歇混勻。將樣品于10 000g離心10 min，棄去上清液，稱取淀粉膠質(zhì)，按式（1）即可計算其樣品膨脹度。

式中：B為沉淀物的質(zhì)量，mg；S為淀粉樣品的質(zhì)量，mg。

1.3.6 質(zhì)構(gòu)特性

稱取3.0 g樣品淀粉于50 mL燒杯中，加30 mL蒸餾水，配成10%的淀粉乳，攪拌混勻。在90 ℃水浴中加熱糊化，冷卻室溫，在4 ℃條件下放12 h。選用P/0.5探頭，測量前速率60 mm/min，測試速率30 mm/min，測量后速率120 mm/min，形變65%，停留時間2 s，觸發(fā)力0.1 N。從質(zhì)構(gòu)曲線圖中得出凝膠硬度、黏附性、內(nèi)聚性、彈性和咀嚼度等。

1.3.7 數(shù)據(jù)處理

試驗中所有數(shù)據(jù)均平行3次，采用SPSS 18.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，使用Origin 8.6作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 膠體淀粉糊透光率的影響

影響淀粉糊透光率的因素有很多，如淀粉來源、種類、添加劑、儲藏時間、溫度等。由圖1可知，在老化初期（0～4 d），隨著時間的增加，透光率迅速下降，7 d后下降緩慢，說明隨著時間的延長，淀粉分子重新排列相互締合，使透光率下降。兩種淀粉的透光率差異顯著，甘薯淀粉透光率比玉米淀粉透光率大。試驗測得玉米直鏈淀粉含量（17.59%）高于甘薯淀粉的直鏈淀粉含量（15.98%），可能是由于玉米支鏈淀粉含量較高，使玉米淀粉糊的透明度降低[11]。

未加入膠體時體系的透光率最高，隨著膠體添加量的增加，混合體系的透光率均呈下降趨勢。這是由于膠體附著在淀粉顆粒表面，阻礙了淀粉與水的結(jié)合，使體系中淀粉顆粒增多，導(dǎo)致淀粉糊透明度的下降。此外，膠體與淀粉顆粒表面逸出的直鏈淀粉結(jié)合，導(dǎo)致溶液透明度降低[12]。由圖1可知，添加瓜爾豆膠的淀粉糊透光率高于添加黃原膠的淀粉，這與瓜爾豆膠和黃原膠各自的結(jié)構(gòu)有關(guān)，瓜爾豆膠中半乳糖含量較高，使淀粉與水容易結(jié)合，所以光的折射和反射強度變?nèi)?，從而使透光率要比黃原膠的透光率偏高。

圖1 膠體對淀粉透光率的影響

2.2 膠體對淀粉糊黏度的影響

由表1和表2可知，兩種親水膠體對淀粉糊的黏度參數(shù)有顯著影響。甘薯淀粉的峰值黏度高于玉米淀粉的峰值黏度，這主要是由于甘薯淀粉的直鏈淀粉含量較少，這與文獻[13]報道的相一致。加入瓜爾豆膠后，隨瓜爾豆膠添加比例的增加，玉米淀粉和甘薯淀粉的糊化溫度、峰值黏度、崩解值、終值黏度顯著增加。當(dāng)瓜爾豆膠添加量為0.5%時，玉米淀粉和甘薯淀粉的值峰黏度上升至最大。這是由于加膠體后，瓜爾豆膠與淀粉競爭性吸水，影響淀粉的糊化；膠體與淀粉之間也存在協(xié)同增稠作用，引起峰值黏度和終值黏度增大[14-15]。加入瓜爾豆膠后，玉米淀粉糊的回生值比原淀粉減小，說明瓜爾豆膠對淀粉的短期回生有抑制作用。淀粉的短期回生主要由直鏈淀粉分子的凝膠有序和脫水結(jié)晶引起的。加入瓜爾豆膠后，玉米淀粉糊的崩解值顯著降低，這是由于淀粉與膠體復(fù)配體系的黏度提高，造成剪切過程中有更大的剪切力作用于淀粉顆粒，顆粒更易變形及破損，削弱膠體與淀粉顆粒之間因相分離作用而產(chǎn)生的黏度增加效應(yīng)，使得崩解值增大。

添加黃原膠后，玉米淀粉的峰值黏度隨著黃原膠濃度的增加而升高，由于黃原膠自身具有較強的親水性及黏性特征，在加熱過程中會競爭性地吸收連續(xù)相中的水分，導(dǎo)致黏度的上升[16]。淀粉糊化冷卻后的終值黏度高于其峰值黏度，可能是由于直鏈淀粉滲出后冷卻過程中再次形成螺旋結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致黏度上升。而甘薯淀粉的峰值黏度隨著黃原膠濃度增加而減少，可能是由于黃原膠是陰離子性親水膠體，帶負電荷的甘薯淀粉與帶負電的黃原膠側(cè)鏈之間產(chǎn)生排斥作用，造成體系黏度的降低，這與Lee等[17]的報道一致。加入黃原膠后，甘薯淀粉的回生值增大，說明黃原膠促進了甘薯淀粉糊的短期回生。

表1 膠體對玉米淀粉黏度的影響

表2 膠體對甘薯淀粉黏度的影響

2.3 膠體對淀粉凝沉性的影響

淀粉的凝沉是糊化后的淀粉分子間重新排列并產(chǎn)生凝結(jié)的現(xiàn)象，是反映淀粉回生的一個重要指標(biāo)[18]。由圖2可知，玉米淀粉糊較甘薯淀粉糊的凝沉速度快，說明玉米淀粉更易發(fā)生老化。黃原膠和瓜爾豆膠的添加均能減緩淀粉糊的凝沉速度，凝沉穩(wěn)定性隨膠體添加量增大而增大，當(dāng)膠濃度為0.5%時，淀粉糊的上層清液體積最小。這可能是膠體的內(nèi)部基團與淀粉分子的某特殊位點結(jié)合，使水分子可以充分地滲入淀粉顆粒內(nèi)部，提高它的持水力，從而減緩上層清液的析出[19-20]。由圖2可知，淀粉加入黃原膠后比加入瓜爾豆膠凝沉穩(wěn)定性好，不易老化。親水膠體可降低淀粉凝沉性，可用在酸奶、飲料、番茄醬等食品中，增加食品的穩(wěn)定性，使其長時間不易發(fā)生分成層。

圖3 膠體對淀粉凝沉性的影響

2.4 膠體對淀粉膨脹度的影響

淀粉膨脹度反映了淀粉的水合能力，主要受直鏈淀粉的影響。甘薯直鏈淀粉含量較低，具有較高的膨脹度。由表3可知，90 ℃時淀粉糊的膨脹度較低，添加2種膠體均能顯著提淀粉糊的膨脹度，膨脹度隨膠體的添加量增大而增大，其中瓜爾膠效果最差。親水性膠體的存在能減輕水的吸收，增強淀粉分子間的連接作用力，從而促進淀粉顆粒的膨脹。

由表3可知，黃原膠對淀粉膨脹度促進作用較大，玉米淀粉加入黃原膠后淀粉的膨脹度達26.4 g/g，加入瓜爾膠的膨脹度為19.7 g/g，這與Chaisawang[18]結(jié)果相一致，Mandala等[21]也報道了添加黃原膠后小麥淀粉膨脹力的增加，Leite等[22]研究表明木薯淀粉中添加黃原膠和羧甲基纖維素會增加淀粉膨脹度。但Nagar等[23]報道，隨著膠體濃度的增加，膨脹度呈現(xiàn)下降趨勢，與此次試驗結(jié)果不一致，可能是由于不同膠體性質(zhì)的差異，決定了膠體本身對糊化體系中淀粉顆粒溶脹程度影響的不同，具體機理有侍進一步研究。

2.5 淀粉的凝膠特性

由表4和表5可知，相比不添加膠體的原淀粉，添加了黃原膠和瓜爾豆膠的淀粉其硬度明顯降低，并且硬度隨黃原膠和瓜爾豆膠濃度的增加而降低，當(dāng)親水膠體添加濃度為0.5%時，硬度最小，這是由于膠體阻礙了直鏈淀粉的滲出，削弱了直鏈淀粉重排，使復(fù)配體系的硬度降低，該結(jié)果與賀圣凌等[4]和Nisha等[24]的報道一致。添加親水膠體使淀粉糊的黏性、咀嚼性也降低，可能是膠體與直鏈淀粉分子間形成的氫鍵阻礙了分子之間的聚集重排，削弱了淀粉直鏈分子間的相互作用，膠體與支鏈淀粉分子之間的相互纏繞使得體系的質(zhì)地更加柔軟。因此，親水膠體的加入可以使淀粉老化延遲。

表3 膠體對淀粉膨脹度的影響 單位：g/g

表4 膠體對甘薯淀粉凝膠特性的影響

表5 膠體對玉米淀粉凝膠特性的影響

接表5

3 結(jié)論

添加黃原膠或瓜爾豆膠后，淀粉溶液的理化性質(zhì)發(fā)生顯著變化。研究表明，加入親水膠體后，淀粉糊的透光率增大，膨脹度增加，黏度增大，硬度降低，凝沉穩(wěn)定性增大，其中黃原膠比瓜爾豆膠優(yōu)化淀粉的效果較好。玉米淀粉和甘薯淀粉由于具有獨特的性能而被廣泛地應(yīng)用在食品的生產(chǎn)加工，而瓜爾膠和黃原膠能夠優(yōu)化淀粉在食品中的應(yīng)用，使食品的口感、色澤和形態(tài)得到改善，在食品加工中具有廣泛應(yīng)用前景。