高壓濕熱處理對(duì)玉米淀粉回生性質(zhì)的影響

李子鈺，余世鋒

齊齊哈爾大學(xué)食品與生物工程學(xué)院（齊齊哈爾 161006）

中國(guó)玉米淀粉資源非常豐富，2018年中國(guó)玉米淀粉產(chǎn)量2 815萬(wàn) t。由于天然玉米淀粉顆粒存在性質(zhì)缺陷，限制其在食品等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，因而在使用過(guò)程中通常需經(jīng)過(guò)改性加工，改變淀粉理化性質(zhì)，擴(kuò)大其在食品、醫(yī)藥、化工、材料等領(lǐng)域的用途。目前，玉米淀粉改性方法主要有化學(xué)法、物理法和生物法等[1-2]，化學(xué)法因引入化學(xué)試劑而存在安全性問(wèn)題，生物法改性因需要酶而成本較高，物理法因安全高效是目前常用的一種淀粉改性方法，高壓濕熱處理是淀粉物理改性最受歡迎的方法之一[3-5]。通常淀粉只有在水分和熱量發(fā)生改變的情況下，才會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)的變化，從而改變淀粉顆粒的理化性質(zhì)[6]，高壓濕熱這一方法正是通過(guò)對(duì)溫度、壓強(qiáng)及水分的控制，使淀粉顆粒發(fā)生物理變化，從而改變淀粉的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。在各種物理改性淀粉方法中，高壓技術(shù)是非熱力物理加工技術(shù)，具有良好應(yīng)用前景[7]。日本在食品高壓處理技術(shù)方面居國(guó)際領(lǐng)先地位，該技術(shù)在德國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、韓國(guó)等許多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家也受到普遍重視[8-9]。但在高壓處理淀粉這一領(lǐng)域，通過(guò)高壓處理改變玉米淀粉回生性質(zhì)的研究報(bào)道不多，玉米淀粉回生與濕熱處理溫度和壓力間的關(guān)系還不十分清楚。因此，試驗(yàn)以玉米淀粉為研究對(duì)象，采用高壓濕熱處理玉米淀粉，進(jìn)而探究高壓濕熱處理對(duì)玉米淀粉回生性質(zhì)的影響，可為淀粉類食品加工提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米淀粉（水分11.55%，黑龍江龍鳳玉米開(kāi)發(fā)有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

BL-500ML型高壓反應(yīng)釜；DSC-Q20型差示掃描量熱儀；WGL-125B型電熱鼓風(fēng)干燥箱；UV-5100型紫外分光光度計(jì)；SHA-B型水浴恒溫振蕩器；FW80型高速萬(wàn)能粉碎機(jī)。

1.3 方法

1.3.1 高壓濕熱處理

稱取20 g玉米淀粉，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%玉米淀粉懸濁液，采用高壓反應(yīng)釜將配制好的淀粉懸濁液進(jìn)行壓熱處理，處理時(shí)間分別為0.5，3和6 h，處理溫度和壓強(qiáng)分別為110 ℃（0.042 MPa），130 ℃（0.169MPa）和150 ℃（0.375 MPa），一段時(shí)間后取出，40 ℃下烘干48 h后，粉碎，過(guò)孔徑0.150 mm篩，獲得樣品。

1.3.2 濁度測(cè)定

采用Sodhi等[10]方法來(lái)測(cè)定大米淀粉及米粉的濁度：配制1%玉米淀粉或米粉懸浮液，沸水中加熱1 h，并不停地?cái)嚢瑁杆倮鋮s懸浮液至室溫，把樣品在4 ℃冰箱內(nèi)放置14 d，定時(shí)取樣測(cè)試，以水做參比，在640nm下測(cè)定其吸光度。

1.3.3 淀粉回生性質(zhì)測(cè)定

采用DSC-Q20型差示掃描量熱儀測(cè)定淀粉的回生性質(zhì)：用鋁制坩堝（T060601）稱取4.0 mg（干基）淀粉，按質(zhì)量比1∶2加入蒸餾水，壓蓋密封后糊化30min，后置于4 ℃冰箱貯藏，定時(shí)取樣，以空坩堝為參比，掃描溫度范圍為10～140 ℃，掃描速率10 ℃/min，測(cè)定其回生性質(zhì)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Origin 7.0軟件統(tǒng)計(jì)分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 濁度

2.1.1 高壓濕熱處理時(shí)間對(duì)玉米淀粉濁度的影響

壓熱處理時(shí)間對(duì)玉米淀粉的濁度影響如圖1所示。濁度反應(yīng)淀粉糊液凝沉能力的大小，濁度值越大，溶液內(nèi)分子交聯(lián)重聚作用越強(qiáng)，淀粉凝沉性越強(qiáng)；濁度值越小，分子間交聯(lián)作用較弱，凝沉性越弱，越不易凝沉[11-12]。從圖1可知，經(jīng)高壓濕熱處理的玉米淀粉在0～5 d內(nèi)濁度顯著增長(zhǎng)，5～14 d濁度逐漸趨于平穩(wěn)，這可能由于直鏈淀粉的短期迅速凝沉導(dǎo)致了淀粉懸濁液的迅速凝沉，引起了淀粉懸濁液的濁度變化[12]。在同一溫度壓強(qiáng)下，隨著處理時(shí)間的增長(zhǎng)，玉米淀粉濁度的變化幅度逐漸減小，在處理?xiàng)l件為150℃（0.375 MPa）下這一現(xiàn)象最為明顯；處理?xiàng)l件為150 ℃（0.375 MPa）、6 h時(shí)，玉米淀粉的濁度變化不明顯，最終穩(wěn)定在0.38。這是由于隨著處理時(shí)間的增長(zhǎng)，對(duì)玉米淀粉顆粒的破壞也隨之增大，使得溶液內(nèi)分子交聯(lián)重聚作用減弱，越不易凝沉，濁度也隨之減小。

圖1 高壓濕熱處理不同時(shí)間下玉米淀粉14 d濁度變化

2.1.2 高壓濕熱處理溫度與壓強(qiáng)對(duì)玉米淀粉濁度的影響

壓熱處理溫度與壓強(qiáng)對(duì)玉米淀粉濁度的影響如圖2所示。經(jīng)高壓濕熱處理的玉米淀粉在0～5 d內(nèi)濁度顯著增長(zhǎng)，5～14 d內(nèi)濁度逐漸趨于平穩(wěn)；在同一處理時(shí)間下，隨著處理溫度與壓強(qiáng)增大，玉米淀粉濁度的變化幅度逐漸變小，在150 ℃（0.375 MPa）下玉米淀粉的濁度最小，且處理時(shí)間6 h的樣品濁度變化不明顯。這是由于隨著溫度與壓強(qiáng)增大，對(duì)玉米淀粉顆粒的破壞也隨之增大，使得溶液內(nèi)分子交聯(lián)重聚作用減弱，越不易凝沉，濁度變化也隨之減小。

圖2 高壓濕熱處理不同時(shí)間下玉米淀粉14天回生糊化峰值變化

2.2 回生焓變

2.2.1 高壓濕熱處理時(shí)間對(duì)玉米淀粉回生焓變的影響

淀粉的回生分為短期回生和長(zhǎng)期回生。短期回生主要是直鏈淀粉的重結(jié)晶作用，而長(zhǎng)期回生則是由支鏈淀粉所引起。淀粉的回生焓值反映支鏈淀粉晶體的熔化[13]，隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，在DSC上表現(xiàn)為回生焓值逐步增大[14]。壓熱處理時(shí)間玉米淀粉回生焓變的影響如圖3所示，經(jīng)高壓濕熱處理的淀粉樣品的回生焓變值在0～7 d內(nèi)顯著上升，7～14 d回生焓變值趨于平穩(wěn)。這是由于在貯藏期間淀粉分子迅速聚合，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)淀粉的重結(jié)晶作用也隨之完成，回生焓變值逐漸趨于穩(wěn)定。在同一溫度壓強(qiáng)下，隨著壓熱處理時(shí)間增加，玉米淀粉回生焓值的變化幅度也隨之減小，處理?xiàng)l件為150 ℃（0.375 MPa）下這一現(xiàn)象最為明顯。而回生焓值越高回生速率越快[15]，因而隨著壓熱處理時(shí)間增加，逐漸對(duì)玉米淀粉的回生起到抑制作用。150 ℃（0.375 MPa）條件下，不同處理時(shí)間下的玉米淀粉回生焓的變化幅度差異最為顯著，處理時(shí)間6 h時(shí)，玉米淀粉的回生焓變值變化幅度不明顯，說(shuō)明在此條件下可以起到抑制玉米淀粉回生的作用。因此，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，可以通過(guò)控制熱處理時(shí)間以達(dá)到抑制淀粉回生過(guò)程。

圖3 高壓濕熱處理不同時(shí)間下玉米淀粉14 d回生焓變值變化

2.2.2 高壓濕熱處理溫度與壓強(qiáng)對(duì)玉米淀粉回生焓變的影響

壓熱處理溫度與壓強(qiáng)對(duì)玉米淀粉回生焓變的影響如圖4所示。經(jīng)高壓濕熱處理的淀粉樣品的回生焓變值在0～7 d內(nèi)顯著上升，7～14 d回生焓變值趨于平穩(wěn)。由圖4可知，在同一處理時(shí)間下，隨著處理溫度和壓強(qiáng)升高，玉米淀粉回生焓值的變化幅度也隨之減小，這是由于隨著溫度和壓強(qiáng)升高，對(duì)玉米淀粉分子的破壞逐漸增大，淀粉分子的重結(jié)晶能力也隨之減弱，焓變值也隨之減小。處理?xiàng)l件為150 ℃（0.375 MPa）、處理6 h時(shí)，淀粉樣品回生焓變值變化幅度不明顯，回生不明顯，說(shuō)明在此條件下可以起到抑制玉米淀粉回生的作用。因此，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，可以通過(guò)控制熱處理溫度以達(dá)到抑制淀粉回生過(guò)程。

圖4 高壓濕熱處理不同溫度和壓強(qiáng)下玉米淀粉14 d回生焓變值變化

3 結(jié)論與討論

高壓濕熱處理對(duì)玉米淀粉的濁度有顯著影響。溫度壓強(qiáng)一定時(shí)，隨著壓熱處理時(shí)間增長(zhǎng)，玉米淀粉濁度的變化幅度逐漸減小；處理時(shí)間一定時(shí)，隨著壓熱處理溫度與壓強(qiáng)增大，玉米淀粉濁度的變化幅度逐漸變小，處理?xiàng)l件為150 ℃（0.375 MPa）、6 h時(shí)，玉米淀粉的濁度變化不明顯，說(shuō)明在一定范圍內(nèi)隨著處理時(shí)間和溫度壓強(qiáng)的增大，對(duì)淀粉分子重結(jié)晶能力的破壞程度逐漸增大，越不易凝沉，濁度變化幅度也隨之減小。

高壓濕熱處理對(duì)淀粉回生性質(zhì)有顯著影響。處理溫度和壓強(qiáng)一定時(shí)，隨著處理時(shí)間增長(zhǎng)，玉米淀粉回生焓的變化幅度逐漸變小；處理時(shí)間一定時(shí)，隨著壓熱處理溫度和壓強(qiáng)增大，玉米淀粉回生焓的變化幅度逐漸變小。說(shuō)明在一定范圍內(nèi)隨著壓熱處理時(shí)間和溫度增大，對(duì)玉米淀粉分子重結(jié)晶能力的破壞程度逐漸增大，淀粉越不易回生。因此，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，可以通過(guò)高壓濕熱來(lái)處理玉米淀粉從而達(dá)到抑制淀粉回生的效果。