小利馬豆淀粉理化性質的研究

楊秋歌 王 穎，2 崔雯雯 高金鋒 高小麗 馮佰利 王鵬科 王宏生

(西北農林科技大學農學院1，楊凌 712100)

(云南省農業科學院經濟作物研究所2，昆明 650205)

(陜西省寧西縣林業局3，戶縣 710300)

利馬豆是豆科(Leguminosae)蝶形花亞科(Papilionoideae)菜豆族(Phaseoleae)菜豆屬(Phaseolus)植物中的一個栽培種，起源于墨西哥南部和中美洲，俗稱洋扁豆［1］。利馬豆，外形像菜豆，乳白色，顆粒勻稱，煮食味道鮮美，口感面、嫩、鮮，與各種煮食豆類比較，入口潤滑，口感佳，具特有的板栗般風味。利馬豆營養豐富，富含蛋白質，蛋白質中含多種氨基酸，并含有脂肪、纖維素和多種人體必需的微量元素。利馬豆與其他普通菜豆相似，為短日照作物，具有適應性廣，抗逆性強，產量較高的特點。近年來，利馬豆在我國陜西、甘肅、寧夏和云南等地開始引種栽培。淀粉是植物經光合作用生成的多聚葡萄糖的天然高分子化合物，廣泛用于食品、造紙、紡織、精細化工、包裝材料等行業［2－3］。豆類淀粉是淀粉四大來源之一，近年來綠豆淀粉、蕓豆淀粉、鷹嘴豆淀粉和蠶豆淀粉等豆類淀粉在工業上得到了廣泛應用。一般豆類淀粉中直鏈淀粉含量較高，具有熱黏度高、凝膠透明度高、強度強等優良性能，是制備粉絲、粉皮等的良好原料［4］。黃智慧等［5］采用水磨法制備淀粉，對花蕓豆淀粉顆粒、糊及其凝膠等特性進行了研究測定。許鑫等［6］采用水磨法制備淀粉，對綠豆淀粉和蕓豆淀粉的顆粒形態及大小、溶解度、膨潤力、透光率、糊化特性、老化特性等理化性質差異進行了比較研究。徐向東等［7］研究測定了小紅豆淀粉顆粒、糊及其凝膠等特性。Ancona等［8］對小利馬豆淀粉理化特性和功能特性進行了初步探討，但是有關小利馬豆淀粉理化性質的深入系統研究報道較少。本研究通過對小利馬豆淀粉顆粒進行掃描電鏡觀察，淀粉糊的透明度、溶解度和膨脹度、凍融穩定性、糊化特性等理化性質進行測定，并與玉米淀粉和馬鈴薯淀粉進行對比，明確小利馬豆的淀粉特性，以期為小利馬豆的開發利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

小利馬豆由西北農林科技大學小雜糧課題組提供，籽粒飽滿，色澤正常，用于淀粉提取。馬鈴薯淀粉和玉米淀粉樣品購于當地市場。

1.2 試驗儀器

FW100型高速萬能粉碎機:天津泰斯特儀器有限公司;JSM－6360LV型掃描電子顯微鏡:日本電子株式會社;UVl240型紫外可見分光光度計:捷森科技發展有限公司;TDL－5－A型低速臺式大容量離心機:上海安亭科學儀器廠;TA/XT2質構測試儀:英國SMSTA公司;快速黏度分析儀(RVA):澳大利亞Newsport Scientific儀器公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 淀粉制備的工藝流程

小利馬豆→粉碎→堿液浸泡→過篩→淀粉粗漿→離心→刮去黃褐色軟層→加等體積蒸餾水稀釋→淀粉乳→調pH 7.0→洗滌(等體積蒸餾水洗3次)→淀粉精漿→干燥(40℃)→小利馬豆淀粉

1.3.2 主要成分的測定

水分:直接干燥法測定(GB/T 12087—2008);蛋白質:凱氏定氮法測定(GB 5009.5—2010);粗脂肪:索氏提取法測定(GB/T 5009.6—2003);淀粉:酸水解法測定(GB/T 5009.9—2008);直鏈淀粉:碘比色法測定(GB/T 15683—2008);粗纖維:酸堿水解法測定(GB/T 5009.10—2003);灰分:灼燒法測定(GB 5009.4—2010)。

1.3.3 淀粉顆粒的掃描電子顯微鏡觀察

把雙面膠固定在樣品臺上，取少量淀粉均勻地灑在雙面膠上，然后噴金處理。樣品保存于干燥器中，經過短暫干燥后，用JSM－6360LV型掃描電子顯微鏡觀察并拍攝具有代表性的淀粉顆粒形貌。

1.3.4 淀粉糊的透明度

稱取一定量的淀粉，加適量蒸餾水調成質量分數為1%的淀粉乳，在沸水浴中加熱20 min，使之充分糊化。待糊化完全后，加入蒸餾水保持到原有體積，然后冷卻至30℃。用分光光度計在620 nm下，以蒸餾水為空白，測定淀粉糊的透光率，以透光率表示透明度。

1.3.5 淀粉糊的凍融穩定性

將糊化后質量分數為6.0%的淀粉糊冷卻至室溫，形成淀粉糊凝膠后放入－15℃冰箱中;24 h后取出，置于室溫下6 h，讓其自然解凍;其間觀察凝膠情況，如此反復多次，直至凝膠析出水或分層，記錄凍融次數［9］。

1.3.6 淀粉糊的凝沉性質

配制質量分數為1.0%的淀粉糊，置于25 mL的具塞刻度試管中，在30℃下靜置，每隔一段時間記錄上層清液的體積，用清液的體積分數隨時間的變化來繪制曲線，從而表示淀粉糊的凝沉性［10］。

1.3.7 淀粉糊的溶解度與膨脹度

分別在90、80、70、60、50 ℃不同溫度水浴加熱并攪拌質量分數為2.0%的淀粉乳30 min，再以3 000 r/min離心20 min，分離上層清液，烘干稱重為水溶淀粉質量，計算溶解度，下層為膨脹淀粉部分，由膨脹淀粉質量計算膨脹力。

1.3.8 淀粉凝膠的質構特性

淀粉乳質量分數為10.0%。在沸水浴中加熱并緩慢攪拌30 min，使淀粉充分糊化，冷卻至室溫，置于4℃冰箱中成膠24 h。凝膠質構特性采用英國Texture Analyzer測定，選用TPA模式，探頭為P/5，用探頭將凝膠壓縮至10 mm距離，兩次壓縮，探頭測前下降速度 1.0 mm/s，測試速度 0.5 mm/s［11］。

1.3.9 淀粉糊化特性

當淀粉含水量120 g/kg時，稱取樣品2.0 g，加蒸餾水 25.0 mL，50 ℃下保溫1 min，在3.7 min 內升溫至95℃，保持2.5 min，然后在3.8 min內冷卻至50℃，保持2 min，然后放入快速黏度測定儀中前10 s內以960 r/min攪拌，之后的整個過程以160 r/min攪拌［12－16］。整個過程歷13 min，由 Thermal Cycle for Windows配套軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 小利馬豆淀粉的基本理化指標

由表1可知，小利馬豆淀粉的蛋白質、粗脂肪、灰分和粗纖維的含量高于馬鈴薯淀粉和玉米淀粉，尤其是直鏈淀粉含量和粗纖維含量較高。經測定，各項指標均達到淀粉分析測試要求:淀粉中蛋白質﹤0.4%，灰分﹤0.3%，粗脂肪含量1%左右的標準［17］。

表1 淀粉的基本理化指標/g/kg

2.2 淀粉顆粒電子掃描顯微鏡觀察

圖1為小利馬豆淀粉、馬鈴薯淀粉、玉米淀粉在1 200倍下的電鏡掃描(SEM)圖片。由圖1可知，小利馬豆淀粉顆粒大多為橢圓形，表面十分光滑，顆粒大小分布較不均勻;馬鈴薯淀粉顆粒較大，顆粒小的呈球形，顆粒較完整;玉米淀粉顆粒表面光滑，大多呈多角形，顆粒表面有多個表面和棱角。用電鏡標尺對淀粉顆粒的粒徑進行估測，小利馬豆淀粉顆粒的平均粒徑為18.36 μm，小于馬鈴薯淀粉顆粒，而較玉米淀粉顆粒大(表2)。

圖1 淀粉顆粒的SEM照片(1 200×)

表2 不同淀粉顆粒的粒徑/μm

2.3 小利馬豆淀粉糊的透明度

透光率反映了淀粉與水的互溶能力以及膨脹溶解能力［18］。淀粉糊的透光率越大，表明其透明度越好。馬鈴薯淀粉顆粒大、結構松散，在熱水中能完全膨脹糊化，所以有很好的透明度;玉米的淀粉顆粒結構緊密，糊化后仍有部分沒有完全膨脹糊化的顆粒狀淀粉存在，容易引起光折射，使得淀粉糊的透明性差［19］。由圖2可知，小利馬豆淀粉糊的透明度高于玉米淀粉，而低于馬鈴薯淀粉。

圖2 不同淀粉糊透明度

2.4 小利馬豆淀粉糊的凍融穩定性

淀粉凝膠經冷凍與融化處理后，它的膠體結構遭到破壞，游離的水從中析出［20］。淀粉糊凍融穩定性與淀粉顆粒的溶脹度、淀粉分子的結構密切相關。不同種類的淀粉糊或淀粉顆粒溶脹的方式不同，其脫水收縮的程度也不一樣［21］。馬鈴薯淀粉糊經過3次凍融，才稍有水析出;玉米淀粉糊經過一次凍融，稍有水析出;小利馬豆淀粉糊凍融一次后，便可觀測到凝膠體析出水分，可見小利馬豆淀粉糊的凍融性差，不太適宜冷凍食品的加工。

2.5 小利馬豆淀粉糊的凝沉性

由圖3可知，小利馬豆淀粉糊的凝沉速度較快，玉米淀粉糊次之，馬鈴薯淀粉糊凝沉較慢。在前2 h小利馬豆淀粉糊凝沉速度較快，在凝沉9 h后上清液體積趨于穩定，不再發生凝沉現象。凝沉主要是由于直鏈淀粉分子間的結合形成較大的顆粒或束狀結構，當體積增大到一定程度時，就形成了沉降［22］。馬鈴薯淀粉的凝沉性較弱，這是因為它的直鏈淀粉含量相對較低，直鏈淀粉分子長度大，淀粉糊的水合力較強，所以凝沉性弱;玉米淀粉糊中，淀粉分子通常以聚合起來的直鏈淀粉－類脂體復合物的形式存在，這種絡合物水合力很弱，所以凝沉性強;小利馬豆淀粉的直鏈淀粉含量高，淀粉糊的水合力較弱，所以凝沉性也較強［19］。

圖3 不同淀粉糊的凝沉曲線

2.6 小利馬豆淀粉糊的溶解度與膨脹度

由圖4可知，淀粉的溶解度均隨溫度的增大而增大，但小利馬豆淀粉的溶解度明顯小于馬鈴薯淀粉和玉米淀粉。與馬鈴薯和玉米淀粉相比，小利馬豆淀粉溶解度在80℃后增幅較大，可能是由于大顆粒較多，直鏈淀粉含量較高，加熱后顆粒破碎，溶出物較多。

圖4 不同溫度淀粉顆粒的溶解度

由圖5可知，小利馬豆淀粉糊的膨脹度與玉米和馬鈴薯淀粉變化趨勢一致，均隨溫度增大而增大。馬鈴薯淀粉糊膨脹度在70℃后迅速增長，而小利馬豆淀粉和玉米淀粉的膨脹度增長速度相對較緩。

圖5 不同溫度淀粉顆粒的膨脹度

淀粉糊的溶解度和膨脹度與淀粉顆粒大小、結構有關。馬鈴薯淀粉顆粒大，顆粉內部結構較弱，并且含磷酸基的葡萄糖基較多，因此溶解度和膨脹度較高;玉米淀粉顆粒小，顆粉內部結構緊密，并且含較高的脂類化合物，會抑制淀粉顆粒的膨脹和溶解，因此溶解度和膨脹度低［19］;小利馬豆淀粉的直鏈淀粉含量較高，因此溶解度和膨脹度也較低。

2.7 淀粉凝膠的質構特性

由表3可知，3種淀粉凝膠的硬度、粘聚性、膠著性和咀嚼性存在一定差異。其中小利馬豆淀粉凝膠的硬度顯著高于馬鈴薯和玉米淀粉，分別是馬鈴薯淀粉和玉米淀粉的2.0倍和2.95倍。玉米淀粉凝膠的粘聚性最高，但硬度、彈性、膠著性和咀嚼性都最低。表明小利馬豆淀粉凝膠質構特性優于馬鈴薯和玉米淀粉凝膠。

表3 淀粉凝膠質構特性

2.8 淀粉糊化特性

由表4可知，小利馬豆淀粉糊化溫度低于馬鈴薯和玉米淀粉，說明小利馬豆淀粉比馬鈴薯和玉米淀粉容易糊化。3種淀粉峰值黏度表現為小利馬豆＞馬鈴薯＞玉米，峰值黏度是由于淀粉顆粒吸水膨脹后糊液黏度增加所至。回生值越大，在一定程度上說明淀粉糊越容易老化，3種淀粉中小利馬豆淀粉糊的破損值和回生值最大，表明小利馬豆淀粉結合水的能力最強、淀粉糊的冷熱穩定性最差、冷卻形成的凝膠性最高，容易老化。這一特性可能與其淀粉的顆粒大小、直鏈淀粉含量較高、分子結構和分子質量分布等有關，具體機理有待進一步研究。

表4 淀粉的黏滯性RVA譜特征

3 結論

研究結果表明，小利馬豆淀粉顆粒完整，大多為橢圓形，表面十分光滑，粒徑為 5.46 ～37.58 μm，平均為18.36 μm。小利馬豆淀粉中直鏈淀粉含量較高，約是馬鈴薯的2.0倍。

小利馬豆淀粉糊的透明度為30.89%，高于玉米淀粉糊而低于馬鈴薯淀粉糊，其淀粉糊凝沉作用強于馬鈴薯淀粉糊和玉米淀粉糊;小利馬豆淀粉糊的溶解度和膨脹度隨溫度的升高而增大，但凍融穩定性較差。

與玉米淀粉，馬鈴薯淀粉相比，小利馬豆淀粉凝膠的硬度、彈性、膠著性和咀嚼性較高，凝膠質構特性較優。小利馬豆淀粉的糊化溫度較低，為63.60℃，易糊化，淀粉糊的最終黏度是馬鈴薯淀粉糊的2.12倍，是玉米淀粉糊的2.43倍，但破損值大，其熱糊穩定性差，回生值大，冷糊穩定性差，易老化。小利馬豆淀粉具有獨特的理化性質，可作為食品工業開發利用的新資源。

志謝:陜西省小雜糧產業技術系項目資助。

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