不同添加物對羥丙基木薯淀粉流變特性的影響

胡珊珊 王 頡 孫劍鋒 劉亞瓊 牟建樓 王 娜

不同添加物對羥丙基木薯淀粉流變特性的影響

胡珊珊 王 頡 孫劍鋒 劉亞瓊 牟建樓 王 娜

(河北農業大學食品科技學院，保定 071001)

淀粉糊流變特性是影響淀粉類食品加工品質的主要因素。利用流變儀測定了不同添加物質對羥丙基木薯淀粉流變特性的影響，結果表明:添加不同的物質均未改變羥丙基木薯淀粉糊的流體類型，各流變參數經Herschel－Bulkley模型進行擬合，擬合系數接近1。單甘酯、食鹽、檸檬酸使羥丙基木薯淀粉糊的剪切應力不同程度降低，黏稠系數減小，流變特性指數增加;蔗糖酯、酪朊酸鈉、黃原膠、CMC、瓜爾豆膠、蔗糖使羥丙基木薯淀粉糊的剪切應力明顯提高，黏稠系數增加，流變特性指數減小。

羥丙基木薯淀粉 流變特性 Herschel－Bulkley模型

羥丙基木薯淀粉是經過羥丙基醚化和交聯酯化雙重變性后的產物［1－2］，由于羥丙基具有親水性，能減弱淀粉顆粒結構內部氫鍵強度，使其易于膨脹、糊化容易、糊液透明、流動性好、凝沉性弱、穩定性高［3］。

羥丙基木薯淀粉可作為食品增稠劑和懸浮劑等，常用于流體、半流體類的食品中，目前對于羥丙基木薯淀粉的研究主要是合成、性能和應用［4－6］，而物料的流變特性是影響加工過程和質量控制的重要因素，最終產品的感觀和質構也與其流變特性相關［7－8］。據文獻報道，許多食品成分對原淀粉的性能有影響，李光磊等［9］報道了不同食品成分對紅薯淀粉糊黏度特性的影響，結果表明氯化鈉使紅薯淀粉糊的峰值黏度下降，蔗糖則使紅薯淀粉糊的峰值黏度升高，明礬對紅薯淀粉糊峰值黏度影響較大，玉米淀粉可以使紅薯淀粉糊的最終黏度升高。張燕萍等［10］研究了食品成分對淀粉糊性能的影響，表明一些食品成分對玉米淀粉和玉米淀粉磷酸酯的黏度、老化都有影響。譚勇等［11］研究了無機鹽類和酸堿調節劑對木薯粉黏度特性的影響，木薯粉黏度隨pH下降而降低，隨pH升高而略有增加，無機鹽類對其黏度影響不大。Alummootti N Jyothi等［12］研究了鹽、酸和抗氧化劑對木薯淀粉糊化特性的影響，三者對木薯淀粉的峰值黏度存在較大的差異。

作為食品原料，羥丙基木薯淀粉的流變特性對加工工藝參數的確定和產品質量的控制有重大意義，而其流變特性會受到食品中其他成分的影響，因此，本文采用旋轉黏度儀，測定了添加不同物質后羥丙基木薯淀粉糊剪切應力隨剪切速率的變化，并對參數進行Herschel－Bulkley模型回歸，研究了常見食品添加物乳化劑、增稠劑和調味劑對其剪切應力的影響，為食品工業應用該淀粉質食品的生產和質量控制提供理論依據。

1 材料與方法

1．1 材料

羥丙基木薯淀粉:石家莊銀河變性淀粉有限公司;單甘脂(HLB=3．8)、蔗糖脂肪酸酯(HLB=15):北京北方霞光食品添加劑有限公司;酪朊酸鈉:石家莊兄弟工貿有限公司;黃原膠、瓜爾豆膠:淄博中軒食品有限公司;羧甲基纖維素:上海申光食用化學品有限公司;檸檬酸:天津市北方天醫化學試劑廠;砂糖、食鹽、白醋等均為市售。

1．2 儀器

C－LTD80 Rheolab QC流變儀:奧地利安東帕(中國)有限公司;HHS－12型電子恒溫水浴鍋:上海東星建材試驗設備有限公司。

1．3 方法

1．3．1 試驗方法

1．3．1．1 羥丙基木薯淀粉糊的制備

用天平稱取質量分數為5%的羥丙基木薯淀粉和不同質量分數的添加物，以100%計按相應比例加入水，攪拌均勻后置于95℃的水浴鍋內，糊化30 min后取出冷卻至室溫。

1．3．1．2 不同添加物對羥丙基木薯淀粉糊流變特性的影響

在淀粉糊中分別加入不同物質，乳化劑(單甘脂、蔗糖酯、酪朊酸鈉)、增稠劑(黃原膠、CMC、瓜爾豆膠)和調味劑(蔗糖、食鹽和檸檬酸)，測定添加不同物質后的淀粉糊的流變曲線。

1．3．1．3 羥丙基木薯淀粉糊的流變模型

淀粉糊分散體系大多為非牛頓流體，考查其剪切壓力和剪切速率曲線，可用Herschel－Bulkley模型進行回歸［13］。

式中:τ為剪切應力(Pa);τ0為屈服應力(Pa)，k為黏稠系數(Pa·sn);γ為剪切速率(s－1);n為流動性特征指數(無因次)。該模型方程是具有一定屈服應力的非牛頓流體方程，其中τ0是塑性流體的特征值，表示使流體開始流動所需的最低剪切應力，τ0的存在與淀粉糊中分子締合或螺旋有序結構的破壞有關。k值和增稠能力有關，k值越大，表明增稠能力越強。n值表征非牛頓流體與牛頓流體之間的差異程度，0＜n＜1，n越小偏離牛頓型越遠，n值不是一個恒定常數，而是與溫度、剪切速率、分子量等因素相關，黏度隨剪切速率增大而降低越多，流變性越強。

1．3．2 測定方法

流變性的測定:采用C－LTD80 Rheolab QC流變儀，直徑為38．996 mm的轉子，型號為c－cc39/QC－LTD的轉筒，量取80 ml樣品倒入轉筒內，在35℃剪切速率0～100 s－1下每隔5 s測定一次，共測定90個點。

1．3．3 數據統計方法

采用Origin Pro 8對數據進行非線性回歸分析。

2 結果與分析

2．1 乳化劑對羥丙基木薯淀粉糊流變特性的影響

單甘脂、蔗糖酯和酪朊酸鈉是食品中常用的乳化劑，單甘酯是一種油包水(W/O)型乳化劑，蔗糖酯則具有水包油型乳化劑性能，酪朊酸鈉是各種食品的營養增補劑和蛋白質，又是乳化穩定增稠劑，既具有良好的功能性又有很高的營養價值，三者經常與羥丙基木薯淀粉復配用于調味品、飲料等食品中。根據添加劑的用量標準，在羥丙基木薯淀粉中分別加入0．5%的單甘脂、蔗糖酯和酪朊酸鈉，測定淀粉糊的流變特性曲線如圖1所示。加入單甘脂、蔗糖酯和酪朊酸鈉后，淀粉糊的的曲線形狀沒有發生改變，表明仍為假塑性流體。加入單甘脂后，在同一剪切速率下，剪切應力稍有下降;加入蔗糖酯和酪朊酸鈉后，在同一剪切速率下，剪切應力明顯上升，對曲線進行Herschel－Bulkley模型回歸，結果如表1所示。

圖1 不同乳化劑對羥丙基木薯淀粉糊流變特性的影響

表1 添加不同乳化劑后羥丙基木薯淀粉糊的流變特性參數值

從圖1可以看出，添加單甘脂后，淀粉糊的黏稠系數k降低，由于單甘酯屬類脂類化合物，可與淀粉形成類酯化合物，包裹直鏈淀粉的螺旋結構，阻止水分子進入淀粉顆粒內部［14］。而蔗糖酯是一種多元醇脂肪酸酯，從分子結構上看，親水部分蔗糖基占優勢，從而阻礙淀粉顆粒吸水膨脹，使得淀粉糊的糊化溫度升高，表現為體系的黏稠度系數k相應升高。酪朊酸鈉在淀粉高溫糊化過程中具有很好的熱穩定性和一定的增稠性［15］，因此添加酪朊酸鈉后，淀粉糊的黏稠度系數k也升高。乳化劑對羥丙基木薯淀粉糊流變特性的影響與乳化劑的種類有關，因此在應用羥丙基木薯淀粉質的食品加工中，選擇合適的乳化劑以達到需要的流變效果。

2．2 增稠劑對羥丙基木薯淀粉糊流變特性的影響

黃原膠、CMC和瓜爾豆膠是食品中常用的穩定增稠劑，在淀粉糊中分別添加0．5%的黃原膠、CMC和瓜兒豆膠后測定淀粉糊的流變特性曲線如圖2所示。添加這3種增稠劑后，淀粉糊在同一剪切速率下，剪切應力均明顯增大，對曲線進行Herschel－Bulkley模型回歸，結果如表2所示。

圖2 不同增稠劑對羥丙基木薯淀粉糊流變特性的影響

表2 添加不同增稠劑后羥丙基木薯淀粉糊的流變特性參數值

由表2可知，加入黃原膠、CMC和瓜爾豆膠后，淀粉糊的黏稠系數均增大，流變特征性指數n均減小，瓜爾豆膠的作用效果最明顯。瓜爾豆膠是由2個甘露糖和1個α－D－半乳糖由配糖鍵結合而成的高分子膠體，其鏈上的羥基可與淀粉形成氫鍵，增大了分子的流體力學體積，使得瓜爾豆膠與淀粉間產生強烈的協同增效作用［16］。淀粉和黃原膠則是形成一種網狀結構，該結構把水分包裹起來，淀粉和淀粉，黃原膠和黃原膠以及黃原膠和淀粉之間互相連接，這樣淀粉糊黏度高，不易流動［17］。添加CMC后，在同一剪切速率下，剪切應力有較明顯提高，表觀黏度稍有增加，CMC是陰離子型高分子，分子鏈間的靜電斥力作用使得分子趨于伸展，同時與水分子作用增加，使得淀粉糊流體力學體積增大，黏度增大［18］，但其中的Na+又會影響體系中的水分子和淀粉分子之間的相互作用，二者的相互作用進而使得淀粉糊的黏度增加不明顯。增稠劑對羥丙基木薯淀粉糊流變特性的影響表現為均增加淀粉糊的黏稠度，影響程度的大小不用與增稠劑的種類有關，因此在應用羥丙基木薯淀粉的食品加工中，考慮經濟效益，選擇合適的增稠劑以達到相應產品需要的黏稠度。

2．3 調味劑對羥丙基木薯淀粉糊流變特性的影響

羥丙基木薯淀粉常作為增稠劑用于各種調味中，在淀粉糊中分別添加5%的蔗糖、5%的食鹽和0．5%的檸檬酸，測定淀粉糊的流變特性曲線如圖3所示。添加蔗糖使得淀粉糊的剪切應力明顯提高;食鹽、檸檬酸的存在則使得淀粉糊的剪切應力不同程度降低，但變化程度較小。

圖3 不同調味劑對羥丙基木薯淀粉糊的流變特性的影響

表3 添加不同調味劑后羥丙基木薯淀粉糊的流變特性參數值

從表3可以看出，添加蔗糖后淀粉的黏稠系數增大，這是因為蔗糖分子中有多個羥基，易溶于水，糖溶于淀粉乳中相對減少了膨脹糊化淀粉顆粒的水分，使淀粉乳中的淀粉顆粒吸水膨脹的機會減少，顆粒膨脹受到阻礙，使其糊化溫度升高，進而使得最終黏度增大，表現為黏稠系數k增加;另外，蔗糖可使水中各種成分的活動性減弱，導致水和體系中其他成分的相互作用減小［19］，致使黏度曲線發生改變。而食鹽是一種強電解質，在水中可以全部解離為Na+和Cl－，這兩種離子的存在會影響體系中的水分子和淀粉分子之間的相互作用，淀粉與淀粉之間及淀粉與水溶液之間的氫鍵結構會被破壞，使得淀粉糊的黏度略有下降;同時Na+與淀粉中的羥基發生作用，導致電荷下降，斥力減小，從而使淀粉難以糊化［20］。添加檸檬酸后，體系的pH降低，由于淀粉糊液呈酸性時，在高溫條件下溶液中的H+會分解淀粉分子的糖苷鍵，使得淀粉分子變小，淀粉糊體系稀化而黏度降低［21］。調味劑對羥丙基木薯淀粉糊流變特性的影響與調味劑的種類有關，在應用羥丙基木薯淀粉質的食品加工中，不同調味劑要混合加入，考慮產品的感官，確定不同調味劑的最適添加量以達到產品需要的流變特性，未來需要進一步深入研究。

3 結論

3．1 加入不同添加物后羥丙基木薯淀糊仍為非牛頓假塑性流體。乳化劑和調味劑對羥丙基木薯淀粉糊流變特性的影響趨勢不一致，而增稠劑均增加羥丙基木薯淀粉糊的黏稠度，增加的程度與增稠劑的種類有關。

3．2 單甘酯、食鹽、檸檬酸的存在使得羥丙基木薯淀粉糊的剪切應力不同程度降低，黏稠系數k也相應降低，但變化程度較小;蔗糖酯、酪朊酸鈉、黃原膠、CMC、瓜爾豆膠和蔗糖的添加對羥丙基木薯淀糊的流變性產生相反的影響，使羥丙基木薯淀糊的剪切應力明顯提高，黏稠系數k明顯增大。

［1］鄒建，劉亞偉，鄭巖，等．交聯羥丙基木薯淀粉性質研究［J］．食品科學，2006，27(9):79－831

［2］Saowakon Wattanachant．Effcct of cross－linking rcagcnts hydroxypropylation lcvcls on dual－modificd sago starch propcrtics［J］．Food Chemistry，2003，80:463－471

［3］胡愛軍，鄭捷，秦志平，等．變性淀粉特性及其在食品工業中應用［J］．糧食與油脂，2010(7):1－4

［4］鄒麗霞，徐瓊．羥丙基淀粉的合［J］．食品工業科技，2004，(10):120－121，139

［5］薛紅艷，孫東風，安紅．羥丙基玉米淀粉的性能及應用［J］．哈爾濱商業大學學報，2003，19(4):464－472

［6］鄒建，李磊．交聯羥丙基玉米淀粉性質研究［J］．糧油加工與食品機械，2006(7):84－87

［7］陳克復．食品流變學及其測量［M］．北京:輕工業出版社，1989:108－118

［8］Rao M A，Qiu C G．Chapterl3 in Quality factors of fruits and vegetables［M］．Amcrican Chemical Socicty，1989:149－168

［9］李光磊，曾潔，孫科祥．不同食品成分對紅薯淀粉糊黏度特性的影響［J］．食品工業科技，2009，30(1):104－106

［10］張燕萍，顏燕．食品成分對淀粉糊性能的影響［J］．無錫輕工大學學報，1997，16(1):24－28

［11］譚勇，劉四新，張偉敏，等．不同添加劑對木薯粉粘度特性的影響［J］．熱帶作物學報，2010，31(2):304－308

［12］Alummootti N Jyothi，Korappatti Sasikiran，Moothandasseri S Sajeev，et al．Gelatinisation Properties of Cassava Starch in the Presence of Salts，Acids and Oxidising Agents［J］．Starch，2005，57:547－555

［13］Guilmineau F，Kulozik U．Influence of a thermal treatment on the functionality of hens egg yolk in mayonnaise［J］．Journal of Food Engineering，2007，78:648－654

［14］李潔，田翠華，項麗霞，等．添加劑對蓮藕淀粉糊流變特性的影響［J］．中國糧油學報，2007，22(1):65－68

［15］張芳，徐學萬．酪朊酸鈉在食品工業中的應用［J］．肉類工業，2001(6):31－33．

［16］李蔚萍，向興金，魏平方，等．瓜爾豆膠與改性淀粉的協效性及配比研究［J］．化學與生物工程，2005(1):45－46

［17］柴春祥，Sundaram Gunasekaran．黃原膠對馬鈴薯淀粉糊流變特性的影響［J］．食品工業科技，2007，8(28):115－118

［18］李靜，杜柏橋，黃龍，等．羧甲基纖維素鈉溶液的流變性質及其在酸性乳飲料中的應用［J］．食品科學，2007，28(11):56－59

［19］馬冰潔，唐洪波，馬玲．馬鈴薯淀粉糊的黏度性質［J］．東北林業大學學報，2006，34(4):73－75

［20］杜雙奎，于修燭，楊雯雯，等．扁豆淀粉理化特性分析［J］．農業機械學報，2007，38(9):82－861

［21］白衛東，王琴，李偉雄．不同介質條件對銀杏淀粉糊流變特性的影響［J］．農業工程學報，2006，22(7):38－42．

Effects of Different Added Substances on the Rheological Properties of Hydroxypropyl Cassava Starch Paste

Hu Shanshan Wang Jie Sun Jianfeng Liu Yaqiong Mu Jianlou Wang Na
(College of Food Science and Technology，Agriculture University of Hebei，Baoding 071001)

The rheological property of starch pastes is an important influencing factor during the processing of starchy food．The effect of different added substances on the rheological properties of hydroxypropyl cassava starch was measured by rheometer．The results showed that:the fluid type of hydroxypropyl cassava starch was not altered by the different added substance，and the fitting coefficient closed to 1 as the rheological parameters was fitted by the Herschel－Bulkley model．Monoglycerides，salt and citric acid had the same effect on the hydroxypropyl cassava starch，which made the shear stress reduced to varying degrees，the consistency index decreased and the flow index increased．Contrary to that，sucrose esters，sodium caseinate，xanthan gum，CMC，guar gum made the shear stress significantly increased，the consistency index increased and flow index decreased．The results of this study offered valuable references for the further processing of hydroxypropyl cassava starchy products．

hydroxypropyl cassava starch，rheological properties，herschel－bulkley model

TS231

A

1003－0174(2012)05－0035－04

國家海洋公益性行業科研專項“貝類高值化利用技術中試研究與示范”(200805046)

2011－08－23

胡珊珊，女，1987年出生，碩士，食品工程

王頡，男，1955年出生，教授，博士生導師，食品工程