小紅豆淀粉的性質(zhì)研究

徐向東 黃立新 寧玄鶴 陳 中

(華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院,廣州 510640)

小紅豆淀粉的性質(zhì)研究

徐向東 黃立新 寧玄鶴 陳 中

(華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院,廣州 510640)

研究測(cè)定了小紅豆淀粉顆粒、糊及其凝膠等特性,發(fā)現(xiàn)其淀粉顆粒多呈橢圓形或卵形,偏光十字清晰,多呈“X”形;顆粒粒徑范圍為 13～80μm,平均粒徑 34.8μm;X-光衍射圖譜顯示其結(jié)晶構(gòu)型為 C型,結(jié)晶度為 50.9%。淀粉碘復(fù)合物可見(jiàn)光吸收光譜最大吸收波長(zhǎng)為 606 nm,相對(duì)直鏈淀粉含量 36.5%,直鏈淀粉的鏈狀葡聚糖結(jié)構(gòu)比高直鏈玉米淀粉的要長(zhǎng)。淀粉糊屬于假塑性流體,抗剪切能力較差。淀粉糊 10 h后基本完成凝沉,沉降積為 53.1 mL,透明度比玉米淀粉高。小紅豆淀粉糊的冷、熱糊黏度穩(wěn)定性較好。淀粉凝膠的硬度、內(nèi)聚性、膠黏性和耐咀性在靜置 24 h后均增強(qiáng),彈性減弱。

小紅豆 淀粉 性質(zhì)

赤豆(Vigna angularis(Willd.)Ohwi etOhashi),又稱小豆、紅豆、紅小豆、小紅豆,屬豆科豇豆屬,一年生草本植物[1]。在我國(guó)南北均有種植,以華北和黃河中下游地區(qū)種植面積最大。赤豆種子中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),其中含淀粉在 41.83%～59.89%之間(平均為 53.14%),含蛋白質(zhì)在 16.33%～29.2%之間(平均為 22.72%),還含有一定量的鈣、磷、鐵元素及硫胺素等B族維生素[2]。

赤豆除了直接食用外,主要用于加工豆沙或豆餡,為其他風(fēng)味食品提供輔料。淀粉是赤豆的主要成分,其理化特性對(duì)赤豆產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)及質(zhì)量影響很大,但是有關(guān)赤豆淀粉的研究報(bào)道還較少。小紅豆作為一種特殊的赤豆,其淀粉性質(zhì)的研究目前還未見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)研究了小紅豆淀粉的各種理化性質(zhì),為其應(yīng)用與開(kāi)發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

小紅豆:市購(gòu),用水磨法制備淀粉。淀粉樣品含水分 11.17%,蛋白質(zhì) 0.18%,灰分、脂肪小于0.10%,淀粉樣品純度高。糯玉米淀粉:天津頂峰淀粉開(kāi)發(fā)有限公司;高直鏈玉米淀粉:美國(guó)國(guó)民淀粉公司。

1.1.2 儀器

OLY MPUS-BH2型多功能光學(xué)顯微鏡:日本O2 LY MPUS公司;LEO1 530VP型掃描電子顯微鏡:德國(guó)LEO公司;MastersizerMS-2 000型衍射散射式激光測(cè)粒儀:英國(guó)MALVERN公司;D/max-ⅢA型 X射線衍射儀:日本 Rigaku公司;TDL-40B型離心機(jī):上海市安亭科學(xué)儀器廠;NDJ-4型旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì):上海恒平科學(xué)儀器有限公司;UV-2 102PC型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì):上海 Unico公司;Spectrumlab 22PC型分光光度計(jì):上海棱光技術(shù)有限公司;Viscograph-E型 Brabender連續(xù)黏度儀:德國(guó) Brabender公司; TA·XT2i/5型質(zhì)構(gòu)儀:英國(guó) S MS公司。

1.2 方法

1.2.1 淀粉顆粒形貌、大小和粒度[3-4]

用多功能光學(xué)顯微鏡觀察拍攝淀粉顆粒的形貌和偏光十字;用掃描電子顯微鏡拍攝觀察淀粉顆粒的顯微形貌;借助衍射散射式激光測(cè)粒儀測(cè)定淀粉顆粒的粒度大小,蒸餾水為分散劑,顆粒折射率為1.53。

1.2.2 淀粉顆粒的結(jié)晶結(jié)構(gòu)[5-6]

利用 X射線衍射儀測(cè)定淀粉顆粒的結(jié)晶結(jié)構(gòu), 2θ的掃描范圍:3～60°;步長(zhǎng):0.02°;掃描速度: 8°/min;靶型:Cu;管壓管流:40 kV,30 mA。

1.2.3 淀粉溶解度和膨潤(rùn)力的測(cè)定[7-8]

分別于 60、70、80、85、95℃等不同的溫度水浴加熱并攪拌質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1.0%的淀粉乳 30 min,再以 3000 r/min的速率離心 20 min,分離上層清液,烘干稱重為水溶淀粉量,計(jì)算溶解度;下層為膨脹淀粉部分,由膨脹淀粉重量計(jì)算膨潤(rùn)力,計(jì)算公式如下:

溶解度 =水溶淀粉質(zhì)量/絕干淀粉質(zhì)量 ×100%

膨潤(rùn)力 =膨脹淀粉質(zhì)量/絕干淀粉質(zhì)量 ×(1-溶解度)

1.2.4 淀粉 -碘復(fù)合物可見(jiàn)光吸收光譜[9]

用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)選取 420～800 nm波段掃描淀粉 -碘復(fù)合物的可見(jiàn)光吸收光譜。

1.2.5 直鏈淀粉含量的測(cè)定[9]

將已知直鏈淀粉含量的糯玉米淀粉和高直鏈玉米淀粉按不同比例配制成不同梯度直鏈淀粉含量的標(biāo)準(zhǔn)淀粉樣,用一定量的 90%DMSO溶液溶解,然后配制淀粉 -碘復(fù)合物,用分光光度計(jì)測(cè)定其在 605 nm波長(zhǎng)處吸光度,得到直鏈淀粉含量與吸光度的標(biāo)準(zhǔn)曲線及擬合方程,將小紅豆淀粉 -碘復(fù)合物在 605 nm波長(zhǎng)處吸光度帶入擬合方程,即可算出小紅豆淀粉的直鏈淀粉含量。

1.2.6 淀粉糊的抗剪切能力

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 4.0%的淀粉乳,于沸水浴中加熱攪拌 20 min,冷卻至室溫,用食品攪拌器以 1 200 r/min的轉(zhuǎn)速分別剪切 5、10、20、35、50 s,用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定樣品的表觀黏度。

1.2.7 淀粉糊的凝沉性質(zhì)、凍融性質(zhì)及透明度[4-5]

配制一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的淀粉乳,于沸水浴中加熱攪拌 20 min,冷卻至室溫即可制得相應(yīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的淀粉糊。

取 100 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1.0%的淀粉糊放于100 mL、Φ20 mm量筒于室溫靜置,記錄不同時(shí)間淀粉糊體系上清液的體積,繪制淀粉糊的凝沉曲線。24 h后淀粉糊所下沉的體積為沉降積。

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 6.0%的淀粉糊放入 -15℃的冰箱中 18 h后,取出放于室溫 6 h,讓其自然解凍,觀察凝膠情況。如此反復(fù)多次,直至凝膠析出水或分層,記錄凍融次數(shù)。

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1.0%的淀粉糊在 620 nm波長(zhǎng)處比色,測(cè)定淀粉糊的透光率。

1.2.8 淀粉糊的黏度曲線[10]

稱取適量淀粉,加入蒸餾水及其他試劑配制成實(shí)驗(yàn)需要的淀粉乳 460 g,混合均勻后置于黏度儀的測(cè)量杯中,從 30℃開(kāi)始升溫,升溫速率為 1.5℃/min,升溫到 95℃后保溫 30 min,以 1.5℃/min的速率冷卻到50℃,保溫 30 min,得到一條黏度隨時(shí)間和溫度連續(xù)變化的黏度曲線。

1.2.9 淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)儀分析[11]

用質(zhì)構(gòu)儀對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 6.0%的小紅豆淀粉凝膠進(jìn)行 TPA模量測(cè)試,分析其質(zhì)構(gòu)性質(zhì)。測(cè)定條件:測(cè)定模型和選項(xiàng):TPA;探頭 P4;測(cè)定前、測(cè)定時(shí)、測(cè)定后探頭速度均為 1.0 mm/s;測(cè)定距離:10.0 mm;測(cè)定間隔時(shí)間:5.00 s;觸發(fā)力:1.0 g;數(shù)據(jù)提取速率: 200.00 pps。

2 結(jié)果與討論

2.1 淀粉顆粒形貌、大小和粒度

圖 1 小紅豆籽粒照片及淀粉顆粒光學(xué)顯微照片與掃描電鏡照片

圖1a為小紅豆籽粒的照片,小紅豆籽粒的百粒重為(7.31±0.10)g。籽粒大小為長(zhǎng):(5.23±0.42)mm;寬: (3.94±0.35)mm;厚:(3.42±0.39)mm。

圖 1b、圖 1c為光學(xué)顯微鏡拍攝的小紅豆淀粉顆粒的照片,可見(jiàn)顆粒大小不一,主要為橢圓形或卵形,長(zhǎng)徑比 1.5～2.0,卵形顆粒中部有內(nèi)陷淺槽狀輪廓;大部分顆粒輪紋明顯,只有一個(gè)臍點(diǎn),臍點(diǎn)呈點(diǎn)狀或細(xì)小分叉狀,部分大顆粒臍點(diǎn)處有輻射狀裂縫,可能是由于淀粉顆粒脫水造成的。

淀粉顆粒的偏光十字明亮清晰,交點(diǎn)一般位于顆粒中心,偏光十字的形狀沒(méi)有規(guī)則,大多呈“X”形;部分顆粒的偏光十字有小的分叉,可能是顆粒上的裂縫所致。

用掃描電鏡可觀察到顆粒更細(xì)致的表觀輪廓形貌,如圖 1d所示,淀粉顆粒表面光滑,形狀絕大部分為橢圓形或卵形,部分小顆粒為圓形;卵形顆粒表面的中部有一道淺槽,與光學(xué)顯微照片一致;由于掃描電鏡和光學(xué)顯微鏡呈像原理不同,掃描電鏡沒(méi)有顯示出光學(xué)顯微鏡顯示的輪紋、臍點(diǎn)及細(xì)小裂縫等特征。

用激光衍射散射粒度分析儀測(cè)定小紅豆淀粉顆粒的粒度,發(fā)現(xiàn)其粒徑范圍為 13～80μm,體積平均粒徑為 34.8μm,有 80%的顆粒的粒徑在 26μm以上,比玉米淀粉顆粒的平均粒徑 (15.5μm)[4]大,而比赤小豆淀粉顆粒的 (40.8μm)[3]和馬鈴薯淀粉顆粒的 (57.5μm)[4]小。

2.2 淀粉顆粒的結(jié)晶結(jié)構(gòu)

樣品的 X射線衍射圖譜如圖 2所示,結(jié)晶構(gòu)型為 C型,結(jié)晶度為 50.9%,其高級(jí)、初級(jí)微晶的相對(duì)比例分別為 19.3%和 31.6%。與其他淀粉的結(jié)晶度相比較,如玉米淀粉 (39.5%)和木薯淀粉(37.2%)[12],小紅豆淀粉的結(jié)晶度較大,但其高級(jí)微晶的含量較小。

圖2 小紅豆淀粉顆粒的X-光衍射圖譜

2.3 淀粉溶解度和膨潤(rùn)力的測(cè)定

表 1為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1.0%的小紅豆淀粉在不同溫度下攪拌 30 min后的溶解情況。由表 1可知,淀粉在糊化前 (70℃以下)溶脹程度較小,溶解出來(lái)的淀粉數(shù)量較少,隨著溫度的升高,淀粉顆粒溶解度和膨潤(rùn)力增加,直至被破壞。

表1 小紅豆淀粉的溶解度和膨潤(rùn)力

2.4 淀粉直鏈淀粉含量及其碘復(fù)合物可見(jiàn)光吸收光譜

圖 3為淀粉碘復(fù)合物可見(jiàn)光吸收光譜圖。以高直鏈玉米淀粉和糯玉米淀粉作比較,發(fā)現(xiàn)小紅豆淀粉碘復(fù)合物的最大吸收波長(zhǎng)為 606 nm,對(duì)應(yīng)的光密度為 0.424,測(cè)定得到小紅豆淀粉中直鏈淀粉所占的相對(duì)含量為 36.5%。高直鏈玉米淀粉的最大吸收波長(zhǎng)為 591 nm,小紅豆淀粉中的直鏈淀粉有比高直鏈玉米淀粉更長(zhǎng)的鏈狀葡聚糖結(jié)構(gòu)。

圖3 淀粉碘復(fù)合物的可見(jiàn)光吸收光譜圖

2.5 淀粉糊的抗剪切能力

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 4.0%的小紅豆淀粉糊為假塑型流體,圖 4為室溫(28℃)條件下淀粉糊經(jīng)攪拌器剪切,表觀黏度隨剪切時(shí)間的變化曲線。由圖 4可見(jiàn),小紅豆淀粉糊在剪切力的作用下黏度下降,抗剪切能力較差。

圖4 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0%小紅豆淀粉糊的抗剪切性質(zhì)

2.6 淀粉糊的凝沉性、凍融性及透明度

圖 5 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1.0%小紅豆淀粉糊的凝沉性質(zhì)

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1.0%的小紅豆淀粉糊在室溫(28℃)條件下的凝沉性質(zhì)如圖 5所示。由圖 5可知,小紅豆淀粉糊在 10 h后上清液體積趨于不變,凝沉基本完成,靜置 24 h后測(cè)得沉降積為 53.1 mL。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)小紅豆淀粉糊凍融穩(wěn)定性差,經(jīng)過(guò)一次凍融后,淀粉糊即變成海綿狀,有水析出。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的小紅豆淀粉糊的透光率為 20.1%,比玉米淀粉糊的透光性[4,13]好。小紅豆淀粉顆粒的粒徑比較大,更容易與水結(jié)合,雖然小紅豆淀粉的直鏈淀粉含量比玉米淀粉的 (19.80%～27.48%)[14]要高一些,但是鏈狀葡聚糖結(jié)構(gòu)要比玉米淀粉的長(zhǎng),太長(zhǎng)的淀粉鏈平行取向困難,反而比較不容易凝沉,分散性較好,透明度較高。

2.7 淀粉糊的黏度曲線

小紅豆淀粉乳的測(cè)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 4.0%、6.0%和8.0%,然后在 6.0%原淀粉的基礎(chǔ)上分別加入 0.1%NaOH,0.1%檸檬酸,12.0%蔗糖和 3.0%氯化鈉,測(cè)定淀粉糊的黏度曲線。其起糊溫度 GT、峰值黏度 PV、峰值溫度 PT、升溫到 95℃時(shí)的黏度值C、95℃保溫 30 min后的黏度值 D、降溫到 50℃時(shí)的黏度值 E和 50℃保溫 30 min后的黏度值 F等特征值,分別列于表 2。

從表 2數(shù)據(jù)可見(jiàn),小紅豆淀粉有較好的熱糊冷糊穩(wěn)定性,較強(qiáng)的凝膠性。隨著淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,起糊溫度降低,黏度增加,但峰值黏度均不明顯。加堿會(huì)使淀粉糊的起糊溫度降低,大大增加淀粉糊的峰值黏度,卻降低糊的熱穩(wěn)定性。在酸性條件下,淀粉糊的黏度會(huì)大幅度降低,熱糊穩(wěn)定性變差,冷糊比較穩(wěn)定,但冷糊黏度比沒(méi)有加酸時(shí)小很多。添加蔗糖和氯化鈉都會(huì)使淀粉的起糊溫度增大,但加糖使糊黏度增大,而加鹽則使得糊的黏度略微下降。

表 2 小紅豆淀粉糊黏度曲線的特征值

2.8 質(zhì)構(gòu)儀分析

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 6.0%的小紅豆淀粉凝膠冷卻到室溫(28℃)條件后以及室溫下靜置 24 h后,測(cè)得其TPA曲線如圖 6所示。由圖 6可見(jiàn),在小紅豆淀粉凝膠體系中,代表脆性的峰沒(méi)有出現(xiàn),代表粘性的曲線負(fù)面積很小,說(shuō)明小紅豆淀粉凝膠沒(méi)有脆性,黏性很小。由質(zhì)構(gòu)儀的軟件包分析曲線可得如表 3所示的數(shù)據(jù)。淀粉凝膠的硬度、內(nèi)聚性、膠粘性和耐咀性,在靜置 24 h后均增強(qiáng),彈性減弱。這可能是由糊化后的淀粉分子之間,以及它們與水分子之間在冷卻時(shí)重新聚合,逐漸形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),在靜置的過(guò)程中,相互作用越來(lái)越強(qiáng),聚合程度越來(lái)越緊密,直至平衡,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)得到提高。

圖6 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.0%小紅豆淀粉凝膠的 TPA圖譜

表 3 小紅豆淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)分析結(jié)果

3 結(jié)論

小紅豆淀粉顆粒主要為橢圓形或卵形,粒徑較大,其結(jié)晶構(gòu)型為 C型,結(jié)晶度相對(duì)較大,但高級(jí)微晶含量較低。其碘復(fù)合物在 606 nm處有最大光譜吸收,直鏈淀粉相對(duì)含量為 36.5%,直鏈淀粉分子具有比高直鏈玉米淀粉更長(zhǎng)的鏈狀葡聚糖結(jié)構(gòu)。低于70℃時(shí),小紅豆淀粉在水中的溶解度和膨潤(rùn)力較弱。

小紅豆淀粉糊屬于假塑型流體,抗剪切能力和凍融穩(wěn)定性比較差,凍融次數(shù)為 1次。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的小紅豆淀粉糊沉降積為 53.1 mL,透光率為20.1%,透明度比普通玉米淀粉好。

小紅豆淀粉的冷、熱糊黏度穩(wěn)定性較好,峰值黏度不明顯,黏度隨著淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)增高而大為上升。加堿會(huì)使淀粉糊的峰值黏度大大增加,但是其熱糊穩(wěn)定性變差。而在酸性條件下,淀粉糊的黏度會(huì)大幅度降低,熱糊穩(wěn)定性降低,冷糊比較穩(wěn)定。添加蔗糖和氯化鈉都會(huì)使淀粉的起糊溫度增大,加糖使糊黏度增大,而加鹽則使得糊的黏度略微下降。小紅豆淀粉凝膠的粘性很小,其硬度、內(nèi)聚性、膠粘性和耐咀性在靜置 24 h后有所增強(qiáng),彈性減弱。

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Properties of Small Red Bean Starch

Xu Xiangdong Huang Lixin Ning Xuanhe Chen Zhong
(College ofLight Industry and Food Science,South China University of Technology,Guangzhou 510640)

The structure properties of granules,paste and gel of s mall red bean starch were studied.Results: The granulesof s mall red bean starch aremostly ofpebble shapewith smooth surface.Obviouspolarization crosses are observed and most are of X-shape.The granule size range is 13～80μm with average value 34.8μm.The s mall red bean starch belongs to C-type crystal structure and its crystallization degree is 50.9%.The compound of s mall red bean starch with I2 has the maxi mal absorbance at 606 nm and the amylose content of the starch is 36.5%.The chain structure of its amylose is longer than that of high amylose cornstarch.The small red bean starch paste belongs to pseudoplastic liquid and its shear resistance isweak.The s mall red bean starch basically finishes retrogradation in 10 h and the volume of sedimentation is 53.1 mL.The starch paste has better transparence than cornstarch,and has good hot and cold paste stability.The hardness,cohesiveness,gumminess and chewiness of s mall red bean starch gel all get enhanced,but spring reduced,after standing for 24 h.

s mall red bean,starch,property

TS231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-0174(2010)05-0034-05

廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研專項(xiàng)基金(2007B090200010)

2009-04-08

徐向東,男,1984年出生,碩士,糧食、油脂及植物蛋白工程

黃立新,男,1967年出生,副研究員,碩士生導(dǎo)師,碳水化合物化學(xué)及功能化