20種中國蠶豆淀粉的物理特性與糊化回生特性

譚斌, 譚洪卓, 田曉紅, 劉明

(國家糧食局科學研究院,北京 100037)

20種中國蠶豆淀粉的物理特性與糊化回生特性

譚斌, 譚洪卓, 田曉紅, 劉明

(國家糧食局科學研究院,北京 100037)

以中國不同蠶豆主產區的20種蠶豆為研究對象,探索蠶豆原料的加工適用性。測定20種蠶豆淀粉的物理特性、升降溫過程中的粘度變化、凝膠強度和冷藏穩定性等。20種蠶豆淀粉的物理特性和糊化回生特性因地域產地和品種不同而差異很大。平均持水力為97.97%;膨潤力和溶解度在50℃以后隨著溫度的增加而劇增;凍藏縮水率、透光率分別以云南鳳豆、曲靖小粒蠶淀粉糊最高。20種的蠶豆淀粉在60.25～73.08℃時開始糊化;峰粘度、保持強度、回生值、凝膠強度分別以保山大白蠶、浙江青皮蠶豆、大白黑臍蠶、崇禮蠶豆淀粉為最高。通鮮2號蠶豆淀粉凝膠在冷藏循環中表現出最低的縮水率。

蠶豆淀粉;物理特性;糊化;回生

中國是世界上蠶豆栽培面積最大、總產量最多的國家,也是除大豆和花生之外我國目前種植面積和產量最多的食用豆類作物[1],目前我國蠶豆加工品質特性方面的應用基礎薄弱,制約了蠶豆資源的深度開發利用。淀粉是蠶豆籽粒中含量最豐富的一類碳水化合物,占籽粒質量的40%～50%左右,其直鏈淀粉含量高,占淀粉總量的37%～47%[2]。蠶豆還含有多種對人體有益的生理活性物質,如類黃酮、原花色素、活性蛋白、活性肽及巢菜堿苷等,有降低膽固醉與血脂,改善血糖控制與防止過飽等作用[3]。對于蠶豆的研究主要集中在抗營養因子[4]、蛋白質[5]、生理活性物質[3,6]等方面,對蠶豆淀粉的特性也有少量報道[7]。蠶豆淀粉的物理特性和糊化回生特性是影響其淀粉基食品品質的重要因素,為探索我國蠶豆資源的深加工適用性,作者從全國蠶豆主產區云南、浙江、江蘇、福建、河北、遼寧、甘肅、青海等地采集的非常有代表性的20個蠶豆品種,測定其物理特性指標,分析品種之間的差異;測定升降溫過程中蠶豆淀粉乳體系的粘度變化,以考察體系糊化和短期回生特性;測定蠶豆淀粉的凝膠強度和冷藏穩定性,以考察蠶豆淀粉的長期回生特性,為蠶豆淀粉基食品的開發利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

采用的原料為2007年7-10月從我國蠶豆主產區云南、浙江、江蘇、福建、河北、遼寧、甘肅、青海等地采集的非常有代表性的蠶豆品種20個,編號、品種名稱和產地分別為:1、綠葉蠶豆(云南昆明), 2、大白黑臍蠶(云南昆明),3、大白白臍蠶(云南昆明),4、落葉蠶豆(云南曲靖),5、曲靖小粒蠶豆(云南曲靖),6、云南鳳豆(云南曲靖),7、保山大白蠶(云南保山),8、保山透心綠(云南保山),9、慈溪大粒1號(浙江慈溪),10、上虞田雞青(浙江上虞), 11、通鮮1號(江蘇南通),12、通鮮2號(江蘇南通), 13、啟豆2號(江蘇啟東),14、淮安大蠶豆(江蘇淮安),15、早生615(福建福州),16、崇禮蠶豆(河北張家口),17、浙江青皮蠶豆(遼寧沈陽),18、平涼蠶豆(甘肅平涼),19、青海馬牙(青海湟源),20、青海10號(青海湟源)。

1.2 主要儀器

電子分析天平:梅特勒托利多公司產品;電熱恒溫鼓風干燥箱:上海森信實驗儀器有限公司產品;樣品磨:天津泰斯特公司產品;低速離心機:上海安亭科學儀器廠產品;SHZ-22型恒溫水浴振蕩器:江蘇太倉醫療器械廠產品;BD-100L T型可調溫冰箱:青島海爾特種電冰柜有限公司產品;Super -3型快速粘度儀(RVA):澳大利亞Newport科學分析儀器有限公司產品;TA-XT Plus質構儀:英國Stable Micro Systems公司產品。

1.3 實驗方法

1.3.1 蠶豆淀粉物理特性的測定

1)蠶豆淀粉的提取 參照文獻[7]的方法進行。

2)蠶豆淀粉的持水性 參照文獻[7]的方法并稍作改進。分別準確稱取20種蠶豆淀粉樣品各0.50 g(干基),放入15 mL試管中,加入7.5 mL蒸餾水,攪拌1 h,離心,倒出上清液,稱量濕淀粉的質量。淀粉持水性=(濕淀粉質量-干淀粉質量)/干淀粉的質量×100%。

3)蠶豆淀粉溶解度和膨潤力測定 參照文獻[8]的方法進行。

4)蠶豆淀粉糊的凍融穩定性 參照文獻[8]的方法進行。

5)蠶豆淀粉糊透光率的測定 參照文獻[9]的方法進行。分別準確稱取20種蠶豆淀粉樣品各0. 2 g,入試管,加蒸餾水20 mL,配成質量濃度為1 g/ dL的淀粉乳,入沸水中加熱糊化30 min,冷卻,在650 nm波長下測定其透光率。

1.3.2 淀粉糊的糊化回生特性測定

1)RVA測定蠶豆淀粉的糊化與短期回生行為

通過快速粘度儀測定升降溫過程中20種蠶豆淀粉的粘度變化來考察其糊化和短期回生特性,采用ICC標準方法NO.162(1995)進行。具體測定步驟見文獻[8]。

2)蠶豆淀粉的回生行為測定 質構儀測定20種蠶豆淀粉的凝膠硬度參照文獻[8]的方法進行;蠶豆淀粉糊冷藏縮水率的測定參照Chen等[10]的方法并加以改進。質量濃度為5 g/dL的20種蠶豆淀粉懸浮液,在沸水中加熱20 min。在4℃下分別存放1、2、3、4、5 d,離心(3 000 r/min,20 min),去滲漏水,稱重。冷藏縮水率(%)=(縮水質量/原淀粉糊質量)×100%。

1.4 數據分析

采用SPSS10.1對相關數據進行平均值、標準偏差的計算和多重比較,除非特別的說明,所有數據都是3次測試的平均值。

2 結果分析

2.1 蠶豆淀粉的物理特性

2.1.1 蠶豆淀粉的持水力 20種蠶豆淀粉的持水力情況見圖1。從圖1可以看出,20種蠶豆淀粉的持水力在89.43%～106.48%之間,平均為97. 97%,變幅為4.33%。蠶豆淀粉的持水力平均水平略高于綠豆淀粉(96.5%),但遠遠低于甘薯淀粉的平均持水力(138.0%)[8]。持水力超過100%以上的有綠葉蠶豆、大白白臍蠶、曲靖小粒蠶豆、通鮮1號、通鮮2號、青海10號,持水力較低的有慈溪大粒1號、上虞田雞青、淮安大蠶豆、浙江青皮蠶豆、青海馬牙蠶豆淀粉。若淀粉顆粒中直鏈淀粉和支鏈淀粉分子失去交聯將導致高持水力[11]。在淀粉鏈之間大量羥基結合形成的氫鍵和共價鍵將降低淀粉持水力[12]。持水力的差異還在于淀粉之間水和位點的有效程度的不同[13]。

圖1 20種蠶豆淀粉的持水力(樣品編號見1.1實驗材料)Fig.1 Water binding capacity of starches from twenty broad bean varieties

2.1.2 蠶豆淀粉的膨潤力和溶解度 淀粉的膨潤力與溶解度表明顆粒內部的相互結合能力和持水能力[14]。20種蠶豆淀粉的膨潤力和溶解度在不同的溫度下有不同的表現,但總體規律是:在30～50℃時都較低(膨潤力平均在2.64%和2.67%,溶解度平均在1.49%和1.56%),50℃以后隨著溫度的增加,膨潤力和溶解度劇增(平均分別為10.18%和11.72%),到90℃時,膨潤力平均達到18.42%,溶解度平均達到16.13%。20種蠶豆淀粉在這些不同溫度段的膨潤力高于綠豆淀粉,但低于甘薯淀粉;而在這些不同溫度段的溶解度均低于綠豆淀粉和甘薯淀粉的溶解度[8]。膨潤力受顆粒內部化學鍵交聯的程度、直鏈淀粉含量和非碳水化合物物質如脂質、磷等的影響。淀粉膨潤力與溶解度不同與淀粉顆粒的形態學結構有關[15-16]。一般說來,淀粉的溶解度和膨潤模式是基本一致的,作者研究的結果符合這一規律。但蠶豆淀粉的膨潤力與溶解度因品種、產地不同而有較大差異。

2.1.3 蠶豆淀粉凝膠的凍融穩定性 凍融穩定性在一定程度上反映淀粉基食品在冷凍加工工序中的縮水程度。在凍-融經歷4個循環過程中,20種蠶豆淀粉凝膠的凍融穩定性在不同的循環周期后有不同的表現,總體來說,隨著凍-融次數的增加,蠶豆淀粉凝膠的縮水率逐漸增加。20種蠶豆淀粉

中,以鳳豆和通鮮1號的縮水率最高,青海10號和青海馬牙最低。在第一個凍-融循環后,20種蠶豆淀粉凝膠的平均縮水率達到16.47%,變幅為5. 12%;第二個循環后,略有上升,平均為17.69%,變幅為4.82%;經歷第三個凍融循環后,這些蠶豆淀粉凝膠的縮水率迅速上升至平均為20.02%的水平(變幅為5.44%);在第四個凍融循環后,蠶豆淀粉凝膠的縮水率仍然上升較快,達到22.06%,變幅為5.61%。在凍-融循環過程中的縮水反映了支鏈淀粉與直鏈淀粉的相互作用。理論上,隨著凍-融循環次數的增加,在淀粉相中由于支鏈淀粉的回生而導致相分離程度增加。事實上,在凍藏狀態下,幾乎所有的淀粉都很難回生,只有在凍-融過程中支鏈淀粉才回生。Chen等人[10]研究發現,在經歷第一個凍融循環后,甘薯淀粉凝膠變成像海綿一樣的多孔結構,而本研究中蠶豆淀粉凝膠沒有此現象。隨著凍融循環次數的增加,水的滲漏增加,蠶豆直鏈淀粉形成的雙螺旋促進了更堅實凝膠的形成。

2.1.4 蠶豆淀粉糊的透光率 淀粉糊的透光率一定程度上反映淀粉基食品的透明度。20種蠶豆淀粉糊在640 nm的透光率見圖2。曲靖小粒蠶淀粉糊的透光率最高(87.50%),其次是云南鳳豆、大白黑臍蠶、大白白臍蠶、啟豆2號淀粉糊,其透光率都在80%以上;而通鮮2號和淮安大蠶豆淀粉糊的透光率最低,都在70%以下。20種蠶豆淀粉糊的透光率平均值在75.31%,變幅為6.10%。關于不同品種淀粉糊透光率不同的現象,不同的研究者有不同的解釋,Singh等人[9]對5種土豆淀粉糊的透光值進行測定時發現品種不同而有異,大顆粒淀粉有較高的透明度,小顆粒淀粉則透明度較低。Sandhu等人[17]認為低透明度是歸因于滲漏的直鏈淀粉和支鏈淀粉鏈之間的相互作用形成了結晶區,而導致大量光的散射和發射。

圖2 20種蠶豆淀粉糊的透光率(樣品編號見1.1實驗材料)Fig.2 Light transmittance of starch pastes from twenty broad bean varieties

2.2 蠶豆淀粉的糊化回生特性

2.2.1 蠶豆淀粉糊化與短期回生時的粘度特性不同品種蠶豆淀粉的RVA譜一般表現為A型,都具有較高的峰粘度和一定的崩解值,且最終粘度高于峰粘度。不同蠶豆品種的RVA譜差異明顯,主要表現在各個粘滯性特征值上。在RVA曲線上,不同品種的蠶豆淀粉在60.25～73.08℃時開始糊化,糊化起始溫度平均值為69.11℃,極差3.95℃;較低的品種有浙江青皮蠶豆、慈溪大粒1號和早生615;糊化起始溫度較高的品種有云南鳳豆、通鮮1號和啟豆2號。品種之間糊化溫度的差異與其淀粉結構和淀粉中其他成分的穩定性有關,并反映能量的消耗。

峰粘度反映了淀粉結合水的能力,與最終產品的質量有關,可作為一個指標來說明混合熟化機的粘性負載。不同品種蠶豆淀粉的峰粘度在2509～2884 RVU之間,平均值為3963 RVU,極差343 RVU。其中曲靖小粒蠶豆、啟豆2號較低;保山大白蠶、通鮮2號和上虞田雞青較高。不同品種蠶豆淀粉的保持強度在2 438～4 798 RVU之間,平均值為2 624 RVU,極差151RVU。其中啟豆2號、大白黑臍蠶、青海馬牙蠶豆、曲靖小粒蠶豆和甘肅平涼蠶豆較低;浙江青皮蠶豆、慈溪大粒1號和上虞田雞青較高。不同品種蠶豆淀粉的衰減度在

883～1 914RVU之間,平均值為1 339 RVU,極差229 RVU。其中啟豆2號、甘肅平涼蠶豆和曲靖小粒蠶豆較低;保山大白蠶、通鮮2號和上虞田雞青較高。不同品種蠶豆淀粉的最終粘度在4 722～6 341RVU之間,平均值為5 547 RVU,極差629 RVU。其中崇禮蠶豆、通鮮2號和上虞田雞青較低;大白白臍蠶和保山大白蠶較高。不同品種蠶豆淀粉的回生值在1 893～3 817 RVU之間,平均值為2 924 RVU,極差701 RVU。其中通鮮2號和上虞田雞青較低;大白黑臍蠶和大白白臍蠶較高。

2.2.2 蠶豆淀粉的回生行為 蠶豆淀粉的回生決定粉絲的穩定性和沸水煮的耐受能力。在回生過程中,冷卻的淀粉凝膠重新回到有秩序地狀態。早期的研究發現直鏈淀粉結晶以回生的B-型模式來保持粉絲的完好結構,因而能經受高溫沸水烹煮[18]。Miyazaki等人[19]用凝膠硬度和縮水百分率來表示淀粉回生程度。作者也借鑒這兩個指標從另一方面來考察不同品種蠶豆淀粉的回生情況。圖3為不同品種蠶豆淀粉凝膠回生后的硬度參數。20種蠶豆淀粉凝膠強度平均為0.57 kg,變幅為0.11%。其中崇禮蠶豆(0.71 kg)和大白黑臍蠶(0. 70 kg)凝膠強度最高,青海馬牙(0.34 kg)最低,其次是慈溪大粒1號、上虞田雞青、啟豆2號、早生615、平涼蠶豆。

圖3 20種蠶豆淀粉凝膠的強度(樣品編號見1.1實驗材料)Fig.3 Strength of starch gels from twenty broad bean varieties

盡管凍融穩定性也能表明淀粉的回生趨勢,但在凍-融循環過程中蠶豆淀粉糊的縮水和在4℃下冷藏時的縮水規律并不十分一致。隨著冷藏時間的延長,20種蠶豆淀粉凝膠的縮水率迅速增加,增加速度大于凍藏縮水率。冷藏的第一天,20種蠶豆淀粉凝膠的縮水率平均為9.63%,變幅為2. 23%,高于同時間的凍藏縮水率;冷藏第二、三天,平均分別達到12.60%(變幅為3.59%)和16.22% (變幅為4.81%);到第四、五天,縮水進一步迅速增加,平均達到21.72%(變幅為2.28%)和23.43% (變幅為2.23%)。在20種蠶豆淀粉凝膠中,只有通鮮2號在第1～5天的冷藏循環中一直表現出最低的縮水率,其他蠶豆淀粉凝膠在不同的冷藏時間段,其縮水率的高低都不一樣。淀粉凝膠是亞穩態或非平衡態體系,因此在儲藏期間要經歷結構的改變。對于蠶豆淀粉而言,凝膠在冷藏過程中水的滲漏量略小于反復凍融過程中的滲漏量,這與[8]對甘薯淀粉和綠豆淀粉的冷藏縮水率和凍融穩定性的考察結果是不太一致的,說明不同的淀粉,其物理特性差異的確很大。

3 討 論

20種蠶豆淀粉的物理特性和糊化回生特性因地域產地不同而差異很大,如云南、江蘇、青海的蠶豆淀粉有相對較高的持水力,而浙江的蠶豆淀粉品種則表現出相對較高的峰粘度、保持強度和衰減度。而同一地域的蠶豆淀粉特性也會因品種不同而不盡相同,如青海蠶豆中,馬牙和10號的持水力相差就很大,而凍融穩定性又都很低。同樣對于江蘇的蠶豆品種,通鮮2號、淮安大蠶豆和啟豆2號淀粉糊的透光率差異也很大。值得提出的是:20種蠶豆淀粉的特性雖然各不相同,就某一指標而言,也并非越高越好,或越低越好,而要根據加工的需求來確定。如蒸煮、淀粉提取等加工需要浸泡蠶豆,希望其淀粉的持水力越高越好,這樣能吸收和保持能多的水分于子葉組織中,便于熟化或淀粉和蛋白質的分離。如通過蒸煮加工的蠶豆食品,希望凝膠強度較低合適,使得蠶豆制品軟硬適中,口感良好;太高導致蠶豆很難煮熟,或煮后硬度大,回生快;太低雖然容易熟化,但也容易因蒸煮時間稍微過度而軟爛。又如將蠶豆淀粉加工成粉絲,希望淀粉的RVA參數衰減度越大越好,其干粉絲顏色和煮后粉絲顏色越白,粉絲透明度越高,粉絲的可接受性和綜合評分越高。當然影響蠶豆粉絲品質的這些淀粉物理特性指標很多,甚至很多特性指標在相互干擾和決定粉絲的品質,這需要通過后期的進一步研究來得到答案,系統的加工適宜性分析見另文報道。

4 結 語

1)20種蠶豆淀粉的物理特性 20種蠶豆淀粉的持水力在89.43%～106.48%之間,平均為97.97%,超過100%以上的有綠葉蠶豆等。20種蠶豆淀粉的膨潤力和溶解度在30～50℃時都較低, 50℃以后隨著溫度的增加,膨潤力和溶解度劇增,到90℃時,膨潤力平均達到18.42%,溶解度平均達到16.13%。凍藏縮水率最高的是鳳豆和通鮮1號,最低的是青海10號和青海馬牙。透光率最高的是曲靖小粒蠶淀粉糊;最低的是通鮮2號和淮安大蠶豆淀粉糊。

2)20種蠶豆淀粉的糊化回生特性 不同品種的蠶豆淀粉在60.25～73.08℃時開始糊化。糊化起始溫度較低的品種有浙江青皮蠶豆等;較高的有云南鳳豆等。峰粘度以曲靖小粒蠶豆等較低,保山大白蠶等較高。保持強度以啟豆2號和大白黑臍蠶等較低,浙江青皮蠶豆和上虞田雞青等較高。衰減度以啟豆2號和曲靖小粒蠶豆等較低,保山大白蠶和通鮮2號等較高。最終粘度以崇禮蠶豆、通鮮2號和上虞田雞青較低;大白白臍蠶和保山大白蠶較高。回生值以通鮮2號和上虞田雞青較低;大白黑臍蠶和大白白臍蠶較高。20種蠶豆淀粉凝膠強度平均為0.57 kg,其中崇禮蠶豆和大白黑臍蠶凝膠強度最高,青海馬牙最低。在20種蠶豆淀粉凝膠中,只有通鮮2號在第1～5天的冷藏循環中一直表現出最低的縮水率,其他蠶豆淀粉凝膠在不同的冷藏時間段,其縮水率的高低都不同。

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(責任編輯:朱明)

Physical,Gelatinized and Retrograded Properties of Starches from Twenty Broad Bean Varieties in China

TAN Bin, TAN Hong-zhuo, TIAN Xiao-hong, LIU Ming
(Academy of State Administration of Grain,Beijing 100037,China)

Our research were focused on physical,gelatinized and retrograded properties of starches from twenty broad bean varieties in China in order to provide a theory foundation on their processing suitability.We determined several physical parameters,the viscosity variety under up-and down-temperatures,the strength of broad bean gels and cooling stability of broad bean starch systems.The physical,gelatinized and retrograded properties of starches from twenty broad bean varieties in China were distinctly different with different cultivated areas or varieties.The average WBC of starches from twenty broad bean varieties was 97.97%.Swelling power and solubility of broad bean starches increased markedly with increasing temperature over 50℃.The highest freeze-thaw syneresis ratio and light transmittance of broad beans starches were YNFD and QJ XLC,respectively.The onset gelatinized temperature of these broad bean starches was 60.25～73.08℃.The highest peak viscosities,holding strength,setback,gel strength of broad beans starches were BSDBC,ZJQPCD,DBHQC,CLCD,respectively.The cooling syneresis ratio of TX2 starch gel was the lowest among all broad bean starches.

broad bean starch,physical property,gelatinization,retrogradation

TS 235.3

:A

1673-1689(2010)03-0370-06

2009-06-30

國家“十一五”科技支撐計劃重點項目(2006BAD02B01)。

譚斌(1972-),男,湖南衡東人,工學博士,副研究員,主要從事糧食資源開發與利用。Email:tb@chinagrain.org