淀粉黏度性質(zhì)研究最新進展

黃峻榕 許亞倫

（陜西科技大學生命科學與工程學院，陜西 西安 710021）

淀粉黏度性質(zhì)研究最新進展

黃峻榕 許亞倫

（陜西科技大學生命科學與工程學院，陜西 西安 710021）

綜述淀粉黏度的測定方法，對比目前常用的布拉班德黏度計（BV）法和快速黏度分析儀（RVA）法。總結(jié)影響淀粉黏度的各種因素（包括基因、生長條件、直鏈淀粉含量、支鏈淀粉結(jié)構、淀粉顆粒大小、處理方法及植物和食品中的其它成分）以及改變淀粉黏度性質(zhì)的各類變性方法，并對今后淀粉黏度性質(zhì)的研究進行展望。

淀粉黏度；BV；RVA；變性淀粉

黏度是表示流體的內(nèi)摩擦的物理量，是一層流體對另一層流體作相對運動的阻力。流體分為牛頓流體和非牛頓流體，牛頓流體的黏度只與溫度有關，隨著溫度升高而降低，這種黏度稱為絕對黏度；非牛頓流體的黏度除了與溫度有關外，還與剪切速率、時間有關，并有剪切變稀或剪切變稠的變化，這種黏度稱為表觀黏度［1］。淀粉糊屬于非牛頓流體，因此實際測得的淀粉糊的黏度是表觀黏度。

1 測定淀粉黏度的方法

中國現(xiàn)行國標中測定淀粉黏度的方法有旋轉(zhuǎn)黏度計法、布拉班德黏度計（BV）法和快速黏度分析儀（RVA）法［2－4］。旋轉(zhuǎn)黏度計一般只反映淀粉糊在特定溫度下的黏度大小。隨著BV和RVA的不斷普及，目前旋轉(zhuǎn)黏度計主要用于測定淀粉糊的流變特性［5－7］。

BV和RVA均是將淀粉糊化全過程與實時連續(xù)測定融為一體，從而得到一個糊化曲線，由曲線上可以得到各個特征點，如糊化溫度，峰值黏度（反映淀粉的吸水率、增稠性［8］），熱糊黏度，冷糊黏度等，由這些特征點可以得到不同的參數(shù)。比較重要的參數(shù)有破損值和回生值。破損值（也稱稀懈值［3］、崩解值、降落值或衰減值），反映淀粉在高溫下耐剪切的能力［9］，即淀粉糊的熱穩(wěn)定性，破損值越大，淀粉糊的熱穩(wěn)定性越差。回生值（也稱回升值）反映的是淀粉的回生性和凝膠性，差值越大越容易回生，越容易形成凝膠。不同研究者給出的參數(shù)名稱和定義多有出入，給后來者帶來了困惑和不便。根據(jù)文獻［10－13］并結(jié)合中國國標［2，3］本文對此進行統(tǒng)一，并對BV和RVA法進行對比（表1）。

表1 布拉班德黏度計和快速黏度分析儀法測定淀粉黏度的特征值及參數(shù)對比Table 1 Comparison of characteristic values and parameters of starch viscosity determined by Brabender Viscometer and Rapid Viscosity Analyzer methods

作為目前最常用的淀粉黏度的兩種測定方法：BV和RVA法，已有一些關于兩者對比的報道。Pérez等［14］對木薯、西米和葛根原淀粉的測試表明，BV和RVA兩種測定方法得到的3種淀粉的總體黏度大小順序相同，但是用RVA測定的淀粉糊化溫度都更高一些。由于一般的對比采用的BV和RVA的升/降溫速率以及攪拌速率都不同，而淀粉黏度受溫度的影響是非常顯著的，并且淀粉糊是一種非牛頓流體，攪拌速率對其影響也非常大，因此對這兩種測定方法要進行黏度數(shù)據(jù)的直接對比是不科學的［15］。

從儀器本身來說，BV和RVA各有所長。BV升/降溫速率較慢，測試時間較長（一般超過2h），樣品用量較大（27～45g）；所獲得的信息量也較大，測試性能較穩(wěn)定，重現(xiàn)性較好，能更全面、準確地反映淀粉糊的黏度性質(zhì)。RVA的升/降溫速率較快，測試時間較短（一般13min或22min）；樣品用量較小（1.68～2.8g）。近年來推出的微型布拉班德黏度儀（MBV），測試時間也可縮短到22min，樣品用量也減少至5～15g。Suh等［15］用5種不同的淀粉對MBV和RVA的測定結(jié)果也做了對比研究，發(fā)現(xiàn)在相同的測定條件（升/降溫速率、攪拌速率、淀粉濃度）下，用MBV測定的回生值比RVA的大，但破損值比RVA的小。他們認為產(chǎn)生這種差別的原因是MBV和RVA的攪拌槳不同。

2 影響淀粉黏度的因素

淀粉的應用主要是利用淀粉糊化后的黏度性質(zhì)，因此對淀粉黏度性質(zhì)的了解是其應用的依據(jù)。目前有關淀粉黏度的研究主要集中在影響?zhàn)ざ鹊母鞣N因素（圖1）。

圖1 影響淀粉黏度的因素Figure 1 The influence factors of starch viscosity

2.1 影響淀粉黏度的內(nèi)因

2.1.1 基因 Yan等［16］研究了118種黏大米中與淀粉合成相關的17種基因?qū)Φ矸垧ざ葏?shù)的影響，這些參數(shù)包括峰值黏度、熱糊黏度、冷糊黏度、破損值等，研究發(fā)現(xiàn)這17種基因中有10種基因會對以上各參數(shù)起決定作用，在這些基因中，PUL基因在決定淀粉的黏度參數(shù)中起著極為重要的作用。這項研究為提高黏大米的質(zhì)量提供了重要信息，也為其它富含淀粉作物，如小麥、馬鈴薯、玉米、木薯等的品質(zhì)改良提供了研究思路和方法。

2.1.2 生長條件 宿飛飛［17］研究了日照、降雨、溫度、緯度等因素對馬鈴薯淀粉黏度的影響，發(fā)現(xiàn)緯度因素影響較大，一般高緯度地區(qū)的淀粉黏度要高于低緯度地區(qū)的。黃正來等［18］研究了栽培措施如行距、密度、全生育期施氮總量、基施氮素比例和拔節(jié)肥追施時期共5個因素對揚麥12號小麥淀粉黏度的影響，用4g全麥粉加25mL蒸餾水進行測定，研究結(jié)果表明施氮總量對峰值黏度和谷值黏度的影響極顯著和顯著，其它因素對峰值黏度和谷值黏度的影響均不顯著。這些研究成果可為淀粉作物的栽培條件選擇，以及淀粉或淀粉類食品生產(chǎn)原料區(qū)域選擇提供參考。

2.1.3 直鏈淀粉含量 Li等［19］研究了直鏈淀粉含量分別為0.8%、13.4%、14.4%、17.6%和20.8%的5種大米淀粉的黏度性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)直鏈淀粉含量越高，峰值黏度相對越低。而McPherson等［20］對比了直鏈淀粉含量分別為18.3%和0%的普通和蠟質(zhì)馬鈴薯淀粉的黏度性質(zhì)，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)普通馬鈴薯淀粉的峰值黏度要比蠟質(zhì)馬鈴薯淀粉的高。這可能是由于馬鈴薯淀粉在分子結(jié)構方面與大米淀粉有顯著不同。簡言之，直鏈含量對淀粉黏度產(chǎn)生影響的方向會因為品種的不同而產(chǎn)生差異。這也說明了淀粉黏度性質(zhì)研究的復雜性。因此品種和直鏈淀粉含量都是黏度性質(zhì)研究中的基礎參數(shù)。

2.1.4 支鏈淀粉結(jié)構 Huang等［21］研究了3種豆類淀粉的支鏈淀粉結(jié)構與黏度的關系。發(fā)現(xiàn)支鏈淀粉中長鏈含量較高的豇豆淀粉（短鏈∶長鏈重量比為3.1∶1）的峰值黏度要比長鏈含量較低的鷹嘴豆和黃豌豆淀粉（短鏈∶長鏈重量比分別為4.4∶1和4.2∶1）的峰值黏度明顯高出很多，而長鏈含量相近的鷹嘴豆淀粉和黃豌豆淀粉的峰值黏度也比較接近。Noda等［22］將同一馬鈴薯淀粉分為3組不同粒徑大小的顆粒組分，雖然它們的支鏈淀粉的短鏈與長鏈的摩爾比都是5.3∶1，但是粒徑越小的組分峰值黏度越低，也許是由于磷含量隨粒徑的減小而升高的緣故。總之，支鏈淀粉結(jié)構對黏度的影響還取決于其它因素。由于支鏈淀粉結(jié)構本身還有一些未解之謎，因此其對淀粉黏度性質(zhì)的影響研究難度較大。

2.1.5 顆粒大小 Huang等［23］研究了不同顆粒大小的黃豌豆、豇豆和鷹嘴豆原淀粉以及它們的乙酰化淀粉，對峰值黏度的測定結(jié)果表明，黃豌豆和鷹嘴豆淀粉樣品均是顆粒越小的組分，峰值黏度越高；而豇豆淀粉的大小顆粒組分之間由于差異小，峰值黏度也沒有明顯區(qū)別。Chen等［24］研究了不同顆粒大小的馬鈴薯和紅薯淀粉的黏度性質(zhì)，卻發(fā)現(xiàn)顆粒大小并沒有給峰值黏度帶來明顯影響。顆粒大小作為顆粒結(jié)構的一個方面，對峰值黏度的影響是不確定的。

2.2 影響淀粉黏度的外因

2.2.1 處理方法 Li等［25］研究了用干熱法（130 ℃加熱4h）處理3種大米淀粉，結(jié)果表明干熱處理均降低了3種淀粉的峰值黏度。謝碧霞等［26］研究了濕熱處理（淀粉含水量30%，于燒杯中薄膜密封，電熱干燥箱60，80，100，120，140，150，160℃處理10h，45℃烘干）對橡實淀粉黏度的影響，發(fā)現(xiàn)濕熱處理會降低黏度，濕熱處理的溫度對黏度有極顯著影響，溫度越高黏度降低的幅度越大。Iida等［27］研究了用超聲波（頻率為44，99，143，183kHz）降低蠟質(zhì)玉米、馬鈴薯、玉米、木薯和甘薯共5種淀粉黏度的方法，對于中等濃度（5%～10%）的淀粉溶液，在60℃超聲30min就可使其黏度降低兩個數(shù)量級；并發(fā)現(xiàn)超聲波頻率越小，黏度降低的幅度越大。

Bilbao－Sáinz等［28］對比研究了使用2kW 微波照射和傳導加熱兩種方法糊化濃度為9%的小麥淀粉，結(jié)果表明在同樣的溫度下，這兩種處理條件對黏度沒有明顯影響。Li等［29］研究了高靜壓對濃度為20%的大米淀粉黏度的影響，測定結(jié)果顯示室溫下在120，240，360MPa等不同壓力處理30min后，黏度均比未經(jīng)高壓處理的高。隨著科技的進步及生產(chǎn)設施的改進，超聲波、微波以及高壓處理等食品高新技術已逐步走進生產(chǎn)實踐，有關這些高新處理技術對淀粉黏度影響的研究勢必會推動這些技術在淀粉生產(chǎn)和應用領域的推廣。

2.2.2 其它物質(zhì) 其它物質(zhì)主要是指植物中天然存在的和為了生產(chǎn)加工需要人為添加的非淀粉類物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、酚類等都會對淀粉黏度產(chǎn)生影響。謝新華等［30］研究了淀粉本身所含蛋白質(zhì)對黏度的影響，發(fā)現(xiàn)精米中的蛋白質(zhì)會使淀粉峰值黏度、熱糊黏度及最終黏度都升高。Zhu等［31］系統(tǒng)地研究了25種植物化學成分對小麥淀粉糊黏度的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大多數(shù)酚類化合物都會對淀粉黏度產(chǎn)生明顯的影響，其中反式肉桂酸使黏度增加最多；而兒茶酚使黏度降低最多。這為植物化學成分在淀粉制品中的應用奠定了理論基礎。

此外有較多關于食品體系對淀粉黏度影響的報道，主要考慮的是pH、蔗糖、食鹽等因素。由表2可知，酸、堿均會降低銀杏和馬鈴薯淀粉的峰值黏度［11，32］；蔗糖和食鹽對淀粉黏度的影響會隨淀粉品種的不同而有差異［11，32－34］。這再次說明了淀粉黏度性質(zhì)研究的復雜性。這些研究結(jié)果為食品添加劑在淀粉質(zhì)類食品中的應用提供了重要的理論指導。

表2 食品體系對淀粉黏度的影響Table 2 Effect of food systems on starch viscosity

3 改變淀粉黏度的變性方法

為了拓展淀粉在食品、紡織、造紙等領域的應用范圍，提高淀粉的加工性能，已經(jīng)開發(fā)出了各種改變淀粉黏度性質(zhì)的方法。這些方法主要是采用化學試劑與淀粉進行反應，生產(chǎn)出各類變性淀粉［35］，以達到提高或降低或穩(wěn)定淀粉黏度的目的。表3中是不同品種的淀粉經(jīng)過各類化學變性后的黏度性質(zhì)的改變［36－50］，從中可以看出化學變性對淀粉黏度的改變受淀粉來源、變性試劑、變性程度等多種因素的影響。這些研究結(jié)果對指導實際生產(chǎn)來說是很重要的基礎。

4 展望

綜上所述，影響淀粉黏度的因素非常多，除淀粉結(jié)構自身的因素外，還有加工處理方法及外來添加物等的影響，這些因素與淀粉黏度之間的相互關系錯綜復雜。加上有關影響淀粉黏度性質(zhì)的因素研究還不夠全面，因此關于各種因素對淀粉黏度的影響尚未形成一套理論體系。通過各種化學方法生產(chǎn)變性淀粉對淀粉黏度的改變，有些會隨著淀粉品種的不同而有差異性，還沒有完全建立起淀粉來源、變性試劑、變性程度和黏度性質(zhì)四者的關系。

表3 使淀粉黏度發(fā)生改變的各類變性方法Table 3 Modified starches related to changes of starch viscosity properties

因此整體說來，關于淀粉黏度性質(zhì)的研究目前還處于探索階段，還遠不能達到從淀粉結(jié)構推斷淀粉黏度性質(zhì)的水平。在今后的研究中，與淀粉結(jié)構研究相結(jié)合將是黏度性質(zhì)研究的一大趨勢，不僅因為黏度性質(zhì)可以作為淀粉結(jié)構研究的基礎之一，還因為只有在淀粉結(jié)構徹底明晰之后，對淀粉黏度性質(zhì)的研究才能達到一個全新的高度。這為淀粉領域的研究者提供了機遇、挑戰(zhàn)和更多的研究方向，也為淀粉更加廣泛的應用提供了可能性。

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Latest research progress on starch viscosity property

HUANG Jun－rongXU Ya－lun

（College of Life Science＆ Engineering，Shaanxi University of Science＆ Technology，Shaanxi，Xi’an710021，China）

The determination methods of starch viscosity，especially commonly used Brabender Viscometer （BV）and Rapid Viscosity Analyzer（RVA）methods were compared.A variety of factors which affect starch viscosity，including genes，growth conditions，amylose content，amylopectin structure，granule size，methods of treatment and other ingredients in plants and food were summarized.Modifications that change starch viscosity properties were described.And future research directions on starch viscosity were discussed.

starch viscosity；BV；RVA；modified starches

10.3969 /j.issn.1003－5788.2011.06.001

國家自然科學基金項目（編號：31071562）；陜西省科學技術廳國際科技合作項目（編號：2011KW－26）

黃峻榕（1971－），女，陜西科技大學副教授，博士。E－mail：huangjunrong2000＠163.com

2011－05－20