預(yù)處理對(duì)紅薯淀粉糊特性的影響

陳夢雪，李明軍，李 飛

（1.信陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 信陽 464000；2.信陽農(nóng)林學(xué)院，河南 信陽 464000）

紅薯（Ipomoea batatas），又稱甘紅薯。紅薯中淀粉含量非常豐富，除了可作為糧食、飼料、蔬菜作物之外，在食品工業(yè)中還應(yīng)用頗多，如制糖、釀酒、制酒精等。但由于天然淀粉的缺點(diǎn)較多，如水溶性差、難降解等，限制了淀粉在食品及其工業(yè)中的應(yīng)用，因此如何提高淀粉的活性和產(chǎn)物的取代度顯得尤為重要。

淀粉顆粒是由結(jié)晶和非結(jié)晶2 個(gè)區(qū)域構(gòu)成，結(jié)構(gòu)緊密的結(jié)晶區(qū)會(huì)限制氧化試劑向淀粉分子中滲透，從而導(dǎo)致淀粉的改性反應(yīng)效率低[1]。預(yù)處理可以破壞淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，提高分子間反應(yīng)效率，優(yōu)化氧化淀粉的性能。目前淀粉預(yù)處理的研究方法主要有物理法、化學(xué)法和生物酶法，如糊化、擠壓、輻射、超聲波、氧化、酸解和酶解等[2-3]。Manchun 等學(xué)者[4]通過研究超聲波預(yù)處理對(duì)木薯淀粉結(jié)構(gòu)特性的影響，發(fā)現(xiàn)超聲波處理會(huì)扭曲淀粉的結(jié)晶區(qū)，破壞淀粉顆粒的水分進(jìn)出能力，使得淀粉的溶解度增加，吸水性也有較好的提升。閆溢哲等[5]研究結(jié)果表明隨著酸解時(shí)間的延長，玉米淀粉衍射峰之間增強(qiáng)，結(jié)晶度增加，微晶淀粉有序性增強(qiáng)，特征基團(tuán)位置沒有發(fā)生明顯變化。Zeng等[6]采用微波預(yù)處理方式對(duì)蓮子淀粉進(jìn)行改性，結(jié)果顯示微波功率越大，蓮子淀粉的膨脹度增大，直鏈淀粉對(duì)的滲出程度以及淀粉分子形狀變小，說明微波處理對(duì)蓮子淀粉的影響敏感。

文章通過不同方法預(yù)處理測定紅薯淀粉糊的黏度特性值、凍融性、凝沉性和透明度，得到了一系列氫氧化鈉、鹽酸、尿素超聲波和微波對(duì)紅薯淀粉黏度特性的影響，為紅薯淀粉加工提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅薯淀粉，德河鑫食品有限公司出品；尿素，鄭州派尼化學(xué)試劑廠；鹽酸，鄭州派尼化學(xué)試劑廠；氫氧化鈉，天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠。

MC 牌電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；HH-6 杰瑞爾恒溫水浴鍋，金壇市杰瑞爾電器有限公司；722 N 可見分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司；TDL-40B離心機(jī)，飛鴿牌系列；CDM-20X 恒溫股份干燥箱，上海瑯玕試驗(yàn)設(shè)備有限公司；快速黏度分析儀RVA，澳大利亞新港科學(xué)儀器公司；粉碎機(jī)，美的電器；BCD-21917D 冰箱，海爾；WD900ASL23-Z微波爐，格蘭仕。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品預(yù)處理方法

（1）氫氧化鈉與甘薯淀粉預(yù)處理。分別取占紅薯淀粉不同質(zhì)量百分比（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）的0.05 moL/L氫氧化鈉處理15 min，然后測定紅薯淀粉糊的不同特性。

（2）鹽酸與甘薯淀粉預(yù)處理。分別取占紅薯淀粉糊中淀粉不同質(zhì)量百分比（0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%）0.5%鹽酸15 min，測定紅薯淀粉糊的不同特性。

（3）尿素與甘薯淀粉預(yù)處理。分別取占紅薯淀粉中淀粉不同質(zhì)量百分比（0.15%、0.30%、0.45%、0.60%、0.75%）的0.05 mol/L尿素處理15 min，測定紅薯淀粉的不同特性。

（4）超聲波與甘薯淀粉預(yù)處理。采用2×104Hz 的超聲波分別處理紅薯淀粉糊0 min、15 min、30 min、45 min、60 min，然后再測定紅薯淀粉糊的不同特性。

（5）微波與甘薯淀粉預(yù)處理。采用800 W 微波分別處理紅薯淀粉5 s、10 s、15 s、20 s、25 s 后再測定紅薯淀粉糊的不同特性。

1.2.2 紅薯淀粉糊黏度特性測定

配制8%的紅薯淀粉乳，采用升溫-降溫循環(huán)：保持在50℃，1 min；3.75 min 內(nèi)加熱到95℃；保持在95℃，2.5 min，在3.75 min 內(nèi)降到50℃；然后保持在50℃，2 min。測得淀粉糊黏度曲線,分析峰值黏度（Peak Viscosity）、谷值黏度（Trough Viscosity）、最終黏度（Final Viscosity）、破損值（Breakdown）、回生值（Setback）、出峰時(shí)間（Peak Time）及成糊溫度（Peak Temperature）。

1.2.3 淀粉糊凍融穩(wěn)定性的測定

配制8%的淀粉乳，沸水浴中糊化并冷卻至室溫，取10 mL導(dǎo)入塑料離心管中，加蓋置于-15℃冰箱內(nèi)，24 h 后取出室溫下自然解凍，然后在4 000 r/min條件下離心20 min，棄去上清液（若無水析出則反復(fù)凍融，直至有水析出），并用濾紙按壓吸取沉淀物的水分，稱取沉淀物質(zhì)量，記錄凍融次數(shù)和析水率。析水率是析出的水的質(zhì)量和淀粉糊的質(zhì)量比。

1.2.4 淀粉糊凝沉性的測定

配制8%淀粉糊在預(yù)處理15 min后的淀粉乳在沸水浴中糊化，冷卻至室溫。取50 mL 糊移入50 mL 量筒中靜置。每隔1 h記錄上清液體積。

1.2.5 淀粉糊透明度的測定

經(jīng)過預(yù)處理后的8%的質(zhì)量淀粉糊在沸水浴中糊化15 min，至25℃，以蒸餾水作為參比液。用1 cm 比色皿在620 nm 波長下測定淀粉糊的吸光度。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理及分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，采用Originpro2021對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅薯淀粉糊黏度特性

2.1.1 氫氧化鈉預(yù)處理紅薯淀粉糊黏度特性

采用1.2.1樣品預(yù)處理方法，氫氧化鈉對(duì)紅薯淀粉黏度特性的影響見表1。

表1 氫氧化鈉預(yù)處理紅薯淀粉糊黏度特性值Tab.1 The characteristic value of starch paste in sweet potato

由表1 可知，隨著NaOH 比值的增加，樣品的峰值黏度、谷值黏度和最終黏度均增加，這是因?yàn)闅溲趸c可滲透到淀粉顆粒的無定型區(qū)和晶格之間，使得淀粉分子間的氫鍵遭到破壞，淀粉結(jié)晶之間距離變大、淀粉中活性成分也變多，結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞的程度也隨之增大，進(jìn)而使得淀粉樣品的反應(yīng)效率和反應(yīng)速度增加。

2.1.2 鹽酸預(yù)處理紅薯淀粉黏度特性

采用1.2.1樣品預(yù)處理方法，鹽酸對(duì)紅薯淀粉黏度特性的影響見表2。

表2 鹽酸與預(yù)處理紅薯淀粉糊黏度特性值Tab.2 The viscosity properties of hydrochloric acid and pretreated sweet potato

由表2可知，隨著鹽酸濃度的增加，紅薯淀粉樣品的黏度是逐漸減小的，由此可見，淀粉黏度與酸濃度成反比，酸濃度越高，黏度越小。這是因?yàn)樗岬淖魇沟锰擒真I水解，淀粉分子間隔變小。淀粉顆粒中直鏈淀粉分子間經(jīng)由氫鍵結(jié)合成結(jié)晶性結(jié)構(gòu)，酸滲入更為困難，淀粉更加不易水解，而無定形區(qū)域支鏈淀粉分子卻比較容易被酸滲入，淀粉水解變得更為容易，從而提高淀粉的結(jié)晶度。

本研究使用自編的“教師關(guān)于游泳安全的調(diào)查問卷”，由廣東省2013年第一、二期中小學(xué)骨干體育教師游泳技能培訓(xùn)班的289名教師以及廣州市20所示范性高中的64名體育教師填寫。

2.1.3 尿素預(yù)處理紅薯淀粉糊黏度特性

采用1.2.1樣品預(yù)處理方法，尿素對(duì)紅薯淀粉黏度特性的影響見表3。

表3 尿素預(yù)處理后紅薯淀粉糊黏度特性值Tab.3 The starch paste viscosity characteristic value of sweet potato after urea pretreatment

尿素可使淀粉在室溫下糊化，由表3可知，隨著尿素量的增加，淀粉黏度隨之增加，但變化量不是很大。這與何珠蓮研究尿素溶劑體系對(duì)可溶性淀粉的溶解結(jié)果是一致的[7]。

2.1.4 超聲波預(yù)處理紅薯黏度特性

采用1.2.1樣品預(yù)處理方法，超聲波處理對(duì)紅薯淀粉黏度特性的影響見表4。

表4 超聲波預(yù)處理后紅薯黏度特性值Tab.4 The viscosity characteristics of sweet potatoes after ultrasonic pretreatment

由表4 可知，隨著超聲波處理時(shí)間的延長，峰值黏度、谷值黏度、破損值黏度均較小。這是由于超聲波處理時(shí)動(dòng)能和空穴的作用導(dǎo)致淀粉鏈鍵斷裂，但當(dāng)鏈長達(dá)到一定程度時(shí)，超聲波無法再繼續(xù)作用。因此當(dāng)超聲波處理時(shí)間在60 s 時(shí)，淀粉糊黏度下降終止。對(duì)紅薯淀粉糊進(jìn)行超聲波處理0 min、15 min、30 min、45 min、60 min，發(fā)現(xiàn)作用時(shí)間與相對(duì)黏度的下降呈線性關(guān)系。

2.1.5 微波預(yù)處理紅薯淀粉黏度特性

采用1.2.1樣品預(yù)處理方法，微波預(yù)處理對(duì)紅薯淀粉黏度特性的影響見表5。

表5 微波預(yù)處理后紅薯淀粉黏度特性值Tab.5 The characteristic value of sweet potato starch viscosity after microwave pretreatment

由表5 可知，經(jīng)微波預(yù)處理后的紅薯淀粉黏度隨著處理時(shí)間的增加逐漸升高，且谷值黏度和最終黏度都有所升高。

2.2 不同預(yù)處理方法對(duì)紅薯淀粉凍融性的影響

將紅薯淀粉按1.2.1 方法預(yù)處理后，測定其凍融穩(wěn)定性，見圖1。

由圖1 可知，經(jīng)過氫氧化鈉處理后的紅薯淀粉糊的析水率增大，凍融性降低，且在一定濃度后氫氧化鈉對(duì)紅薯淀粉糊的影響趨于一致，說明氫氧化鈉對(duì)紅薯淀粉糊的影響在一定濃度之后就不變了，在與淀粉糊成一定比例后，淀粉中分子結(jié)構(gòu)被徹底破壞，沒有進(jìn)一步變化的空間；經(jīng)過鹽酸處理后紅薯淀粉糊的析水率升高，趨勢隨鹽酸量的增加而增大，在一定濃度后變化趨于一致，說明鹽酸對(duì)紅薯淀粉糊的影響在一定濃度后就無法使得紅薯淀粉糊透明度進(jìn)一步變化；經(jīng)過尿素處理后的紅薯淀粉糊的析水率起點(diǎn)較高且變化趨勢很大，升值空間較其他幾種處理方法對(duì)紅薯淀粉糊透明度影響都大；經(jīng)過超聲波處理后的紅薯淀粉糊的析水率小幅度上升，上升趨勢比較平緩，且析水率較低，達(dá)到一定濃度后，紅薯淀粉糊析水率不變；經(jīng)過微波處理后的紅薯淀粉糊的析水率上升幅度較小，上升趨勢較其他方法小，上升趨勢緩慢。

圖1 不同預(yù)處理對(duì)紅薯淀粉糊凍融穩(wěn)定性的影響Fig.1 The effects of different pretreatments on the freeze-thaw stability of sweet potato starch paste

2.3 不同預(yù)處理方法對(duì)紅薯淀粉凝沉性的影響

將紅薯淀粉按1.2.1 方法預(yù)處理后，測定其凝沉性，見圖2。

圖2 不同預(yù)處理方法對(duì)紅薯淀粉凝沉性的影響Fig.2 The effects of different pretreatment methods on sweet potato starch condensation properties

經(jīng)圖2 分析可知，經(jīng)過預(yù)處理后的紅薯淀粉糊凝沉性有不同的變化趨勢。經(jīng)過氫氧化鈉處理后的紅薯淀粉糊的凝沉性變大，尤其是處理淀粉糊的氫氧化鈉質(zhì)量越多，凝沉性變化越大；經(jīng)過鹽酸預(yù)處理后的紅薯淀粉凝沉性變化趨勢較經(jīng)氫氧化鈉處理后的更加明顯，說明鹽酸預(yù)處理對(duì)紅薯淀粉糊凝沉性影響較大；經(jīng)過尿素處理后紅薯淀粉糊凝沉性較前2種預(yù)處理后的變化趨勢較小，但在尿素處理過程中，所用尿素量越多，對(duì)凝沉性影響就越大。由圖2 可以看出，在第3 個(gè)濃度的尿素對(duì)紅薯淀粉糊的影響強(qiáng)度明顯增大。這是尿素對(duì)紅薯淀粉糊影響趨勢的轉(zhuǎn)折處；超聲波處理后的紅薯淀粉糊凝沉性變化是5種處理方法中對(duì)紅薯淀粉糊凝沉性影響最小的一組。整個(gè)趨勢最為平穩(wěn)，說明超聲波對(duì)紅薯淀粉糊的凝沉性較其他幾種方法處理的影響較小；微波處理后的紅薯淀粉糊的凝沉性變化最大，整個(gè)變化趨勢較為明顯，由此顯示微波對(duì)紅薯淀粉的凝沉性影響很大，微波對(duì)紅薯淀粉中結(jié)構(gòu)影響最大，超聲處理時(shí)間越長紅薯淀粉的凝沉性越大。

2.4 固定濃度紅薯淀粉不同處理對(duì)其透明度的影響分析

將紅薯淀粉按1.2.1 中的方法預(yù)處理后，測定其透明度，見圖3。

圖3 不同預(yù)處理后紅薯淀粉糊透明度變化圖Fig.3 The transparency ency of sweet potato starch paste after different pretreatment

由圖3分析可知，微波對(duì)紅薯淀粉糊透明度影響最大，對(duì)紅薯淀粉糊結(jié)構(gòu)影響最大，起點(diǎn)高，上升趨勢明顯。處理時(shí)間越長，對(duì)透明度影響越大；超聲波對(duì)紅薯淀粉糊透明度影響較微波小，起點(diǎn)高，小幅度上升。處理時(shí)間越長，透明度越大；氫氧化鈉對(duì)紅薯淀粉糊透明度影響較大，上升趨勢明顯。對(duì)透明度有一定的改良作用；尿素對(duì)紅薯淀粉糊透明度沒有明顯的作用，整個(gè)趨勢平緩，沒有清晰的上升或下降趨勢。且濃度變化對(duì)淀粉糊透明度影響不大；鹽酸對(duì)紅薯淀粉糊透明度影響較小，但影響趨勢明顯，有一定的上升趨勢，且隨著鹽酸濃度的增加，透明度增大。

3 結(jié)論

通過試驗(yàn)可知：氫氧化鈉處理后的紅薯淀粉糊峰值黏度和谷值黏度均增大，黏度特性值降低。經(jīng)過鹽酸預(yù)處理后紅薯淀粉糊黏度特性值降低。經(jīng)尿素預(yù)處理后的紅薯淀粉糊特性中峰值黏度升高、谷值黏度升高、破損值增大、最終黏度和回升值趨于平穩(wěn)。超聲波處理后的紅薯淀粉糊黏度峰值黏度和谷值黏度均下降，破損值和回升值變化趨勢不明顯，但有一定的下降浮動(dòng)。微波處理后的紅薯淀粉黏度峰值黏度升高，谷值黏度變化不大，破損值小幅度上升下降。

尿素對(duì)紅薯淀粉糊凍融性影響最大，使得淀粉糊析水率升高，凍融性降低。

氫氧化鈉和鹽酸對(duì)紅薯淀粉糊凍融性基本相同，超聲波和微波對(duì)紅薯淀粉糊凍融性影響較小，且紅薯淀粉糊凍融性影響相同。

微波對(duì)紅薯淀粉糊透明度影響最大，超聲波次之，氫氧化鈉較小。鹽酸和尿素對(duì)紅薯淀粉糊透明度影響最小，且變化趨勢平緩。