超高壓處理對(duì)檳榔芋淀粉理化性質(zhì)的影響

劉文婷 郭澤鑌 曾紹校 鄭寶東

（福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福州 350002）

隨著淀粉工業(yè)的發(fā)展，對(duì)淀粉品質(zhì)的要求也越來(lái)越高，而原淀粉存在許多性質(zhì)上的不足，如不如于冷水、淀粉糊易老化、成膜性差、抗剪切能力低等，為此，人們根據(jù)淀粉的結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)開(kāi)發(fā)了淀粉的改性技術(shù)，以拓寬淀粉的應(yīng)用范圍［1］。

超高壓改性是一種物理改性淀粉的新方法。超高壓加工技術(shù)（Ultra high pressure processing），又稱高靜壓加工技術(shù)（High hydrostatic pressure processing），是指在室溫或溫和加熱的條件下利用壓力媒介（通常是液體介質(zhì)，例如水或油）使食品中的蛋白質(zhì)、淀粉和酶等在極高的壓力（100～1 000 MPa）下變性、糊化或失活等，從而達(dá)到殺菌和食品改性的目的。它不會(huì)對(duì)食品中的維生素、風(fēng)味物質(zhì)等產(chǎn)生明顯的影響，具有操作安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)［2］。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于超高壓改性淀粉的研究對(duì)象主要集中在玉米淀粉、小麥淀粉、大米淀粉、馬鈴薯淀粉等。超高壓處理導(dǎo)致淀粉和水在壓力作用下發(fā)生糊化，且這種糊化有別于傳統(tǒng)的熱糊化［3］。超高壓對(duì)氫鍵的斷裂和形成都有一定的影響［4］，表現(xiàn)在當(dāng)壓力達(dá)到一定程度時(shí)淀粉的理化特性、結(jié)晶結(jié)構(gòu)、糊化特性等均有不同程度的變化。Li等［5］研究了超高壓處理對(duì)綠豆淀粉理化特性和糊化特性的影響，結(jié)果表明超高壓處理顯著降低了綠豆淀粉的膨脹度、溶解度和凍融穩(wěn)定性性；RVA測(cè)定結(jié)果表明，超高壓處理提高了在120～480 MPa壓力條件下處理的淀粉的峰值黏度，但降低了經(jīng)600 MPa條件改性后淀粉的峰值黏度。Buckow等［6］研究發(fā)現(xiàn)玉米淀粉在一定條件下經(jīng)超高壓處理后會(huì)失去雙折射現(xiàn)象，這是由于水分進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部破壞了淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。張建新等［7］采用超高壓技術(shù)對(duì)太白葛根淀粉進(jìn)行處理，研究表明超高壓處理對(duì)太白葛根淀粉的顆粒大小和形態(tài)沒(méi)有明顯影響，超高壓處理可使太白葛根淀粉糊的透明度明顯增大，淀粉糊的凍融穩(wěn)定性降低，提高太白葛根淀粉糊黏度對(duì)pH的穩(wěn)定性；300 MPa高壓處理可改善太白葛根淀粉的理化特性。但是，關(guān)于超高壓處理對(duì)檳榔芋淀粉改性方面的研究還處于空白。

檳榔芋（Areca Taro），天南星科，芋屬，魁芋類優(yōu)良品種，主產(chǎn)于福建、廣西等沿海地區(qū)，是淀粉含量頗高的優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品。本試驗(yàn)選用福鼎地區(qū)種植的檳榔芋，采用離心水提法提取其中的淀粉作為試驗(yàn)原料，研究超高壓處理對(duì)檳榔芋淀粉理化性質(zhì)的影響，為擴(kuò)大檳榔芋淀粉的應(yīng)用范圍提供一定的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料及處理方法

1．1．1 試驗(yàn)材料

檳榔芋淀粉：自制。

1．1．2 超高壓處理樣品

淀粉超高壓處理：準(zhǔn)確稱取10 g檳榔芋淀粉，加入到50 mL蒸餾水中配制成20%的淀粉懸浮液，裝入到耐高壓袋中用真空充氣包裝機(jī)封口包裝，充分搖勻后放入高壓設(shè)備壓力腔內(nèi)，分別在100、200、300、400、500 MPa的高壓下處理 15 min，加壓處理時(shí)，高壓腔內(nèi)溫度保持在25℃，高壓設(shè)備以1 MPa／s左右的速度升壓。樣品經(jīng)高壓處理后，抽濾去除水溶液，淀粉沉淀物置于40℃烘箱中烘干，粉碎過(guò)100目篩后密封于自封袋內(nèi)，測(cè)定樣品的含水量后備于干燥皿中待用。

1．2 主要設(shè)備與儀器

DZ－400－2F型真空包裝機(jī)：溫州奔騰機(jī)械有限公司；EZ TEST食品質(zhì)構(gòu)儀：日本島津有限公司；5L－HPP－600MPa超高壓處理裝置：包頭科發(fā)有限責(zé)任公司；AL104型精密分析天平：梅特勒－托利多儀器（上海）有限公司；UV－2000型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：尤尼柯（上海）儀器有限公司；HI850R臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)：湖南湘儀實(shí)驗(yàn)儀器開(kāi)發(fā)有限公司；SHA－B型恒溫振蕩器SHA－B型：常州國(guó)華電器有限公司；TechMaster快速黏度儀（RVA）：澳大利亞Newport公司。

1．3 試驗(yàn)方法

1．3．1 淀粉溶解度和膨脹度的測(cè)定

精確稱取一定質(zhì)量經(jīng)超高壓處理的淀粉樣品（干基）于離心管中，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3．0%的淀粉溶液20 mL，在90℃下加熱30 min，每5 min振蕩1次，在8 000 r／min下離心20 min，將上層清液傾出于已經(jīng)恒重的鋁盒中，放入105℃烘箱中烘干至恒重，稱取其質(zhì)量為被溶解的淀粉質(zhì)量m1，稱取離心后沉淀物質(zhì)量為膨脹淀粉質(zhì)量m2，按下式計(jì)算溶解度和膨脹度。計(jì)算公式如下：

式中：m1為上清液蒸干恒重后的質(zhì)量／g；m為絕干樣品質(zhì)量／g；m2為離心后沉淀物質(zhì)量／g。

1．3．2 淀粉透光率的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取一定量的淀粉（干基），加適量蒸餾水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉溶液20 mL，在沸水浴中加熱30 min，使之充分糊化。在糊化過(guò)程中要加入蒸餾水保持原有體積不變，然后冷卻至室溫，裝入比色皿用分光光度計(jì)在650 nm下，以蒸餾水為空白，測(cè)定淀粉糊的透光率。

1．3．3 淀粉凍融穩(wěn)定性的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的淀粉（干基），用蒸餾水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的淀粉乳30 mL，在95℃的條件下糊化30 min，然后冷卻至25℃，稱取一定量（約15 g）的淀粉糊置于離心管中，然后置于－18℃的冰箱中，22 h后取出，于30℃水浴中解凍1．5 h。以6 500 r／min的轉(zhuǎn)速離心15 min，棄去上清液，稱取沉淀物質(zhì)量，計(jì)算析水率，凍融循環(huán)3次。

式中：m3為糊的質(zhì)量／g，m4為沉淀物質(zhì)量／g。

1．3．4 淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的淀粉（干基），用蒸餾水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的淀粉乳20 mL，攪拌均勻，于90℃水浴中加熱糊化30 min，然后于4℃條件下放置24 h，測(cè)定前將樣品在室溫下平衡1 h，用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試形變量為50%，測(cè)試速度為1．0 mm／s。通過(guò)質(zhì)構(gòu)儀自帶軟件進(jìn)行全質(zhì)構(gòu)分析。

1．3．5 淀粉糊化曲線的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取一定量的淀粉（干基）加入裝有25 g蒸餾水的鋁盒中，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6．0%淀粉溶液，用旋轉(zhuǎn)漿攪拌均勻后置于RVA中。測(cè)定程序如下：RVA起始溫度為50℃并保持1 min，然后以12℃／min速度升溫到95℃，在95℃保持2．5 min，再以12℃／min速度降溫至50℃，保溫2 min，共計(jì)13 min；旋轉(zhuǎn)漿最初10 s以960 r／min攪拌，其后保持160 r／min的轉(zhuǎn)速。

1．4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS 7．05軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 超高壓處理對(duì)檳榔芋淀粉溶解度和膨脹度的影響

淀粉的溶解度是指淀粉顆粒在溶液中溶解的性能，膨脹度是指淀粉懸浮液在糊化過(guò)程中的吸水特性和在一定條件下離心后的持水能力，溶解度和膨脹度反映了淀粉與水之間相互作用的大小［8］。淀粉的溶解和膨脹與淀粉顆粒的大小、形態(tài)、組成等均有一定的關(guān)系［9］。淀粉的溶解膨脹特性與淀粉質(zhì)產(chǎn)品加工和食品質(zhì)構(gòu)有很大的關(guān)系［10］。

由圖1、圖2可知，隨著壓力的增大，檳榔芋淀粉的溶解度和膨脹度均呈先減小后增大的趨勢(shì)，但是均顯著低于原淀粉（P＜0．05）。超高壓處理降低了檳榔芋淀粉在較高溫度時(shí)的溶解度和膨脹度，詳盡的機(jī)理需進(jìn)一步研究，可能是由于高壓作用導(dǎo)致淀粉分子發(fā)生重排造成的［11］。溶解性較好的淀粉可以用到?jīng)_調(diào)速食的湯料中，或者是作為藥片的填充劑，而膨脹度較好的淀粉可應(yīng)用到米果、薄脆餅干等膨化食品中可以改善食品的松脆度、使產(chǎn)品具有入口即化的特點(diǎn)。超高壓處理顯著降低了檳榔芋淀粉的溶解度和膨脹度，這提示我們改性后的淀粉不宜用于速溶及膨化食品中。

圖1 超高壓處理對(duì)檳榔芋淀粉溶解度的影響

圖2 超高壓處理對(duì)檳榔芋淀粉膨脹度的影響

2．2 超高壓處理對(duì)檳榔芋淀粉透光率的影響

透光率是淀粉糊重要的加工品質(zhì)，它關(guān)系到淀粉及其加工產(chǎn)品的外觀和用途，進(jìn)而影響到產(chǎn)品的可接受性。透光率在一定程度上反映了淀粉分子與水分子結(jié)合的能力［12］。由圖3可知，檳榔芋原淀粉的透光率僅為4．15%，沈鐘蘇等［13］研究表明檳榔芋淀粉顆粒較小，糊化溫度較高，這可能是造成其透光率較低的主要原因。而隨著壓力的增大，檳榔芋淀粉的透光率呈先減小后增大的趨勢(shì)，經(jīng)500 MPa的壓力處理可明顯改善淀粉的透光率（P＜0．05）。超高壓處理可以顯著增加檳榔芋淀粉的透光率，這可能是因?yàn)檩^高的壓力破壞了淀粉分子內(nèi)的一些化學(xué)鍵，使部分次級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使透光率增加［7］。透光率較高的淀粉可作為食品添加劑或是填充料應(yīng)用于果汁軟糖、透明糕點(diǎn)等透明度要求較高的食品中，賦予其良好的外觀特點(diǎn)［14］。

圖3 超高壓處理對(duì)檳榔芋淀粉透光率的影響

2．3 超高壓處理對(duì)檳榔芋淀粉凍融穩(wěn)定性的影響

凍融穩(wěn)定性是指淀粉糊在經(jīng)過(guò)冷凍和解凍后仍能保持原來(lái)膠體結(jié)構(gòu)的性質(zhì)。隨著冷凍時(shí)間的增加，凝膠中淀粉分子之間的相互作用增大，淀粉分子鏈在平行趨向形成凝膠束時(shí)，迫使水分子從凝膠中擠出［15］。淀粉在凍融過(guò)程中析水率的大小是淀粉糊或淀粉凝膠在穩(wěn)定性的主要標(biāo)志［16］，速凍或冷凍產(chǎn)品要求淀粉具有較小的析水率。由圖4可知，檳榔芋淀粉的析水率隨著壓力的升高呈先下降后增加的趨勢(shì)，經(jīng)200 MPa壓力處理后的檳榔芋淀粉具有較小的析水率。說(shuō)明較低的壓力對(duì)檳榔芋淀粉的凍融穩(wěn)定性有一定的改善，而隨著壓力的增大，淀粉顆粒破壞較嚴(yán)重，析出的水較多。該結(jié)果表明經(jīng)適當(dāng)壓力的超高壓處理可降低檳榔芋淀粉糊的析水率，改善淀粉的凍融穩(wěn)定性，可以考慮將其應(yīng)用于速凍或冷凍產(chǎn)品中以提高產(chǎn)品的品質(zhì)。

2．4 超高壓處理對(duì)檳榔芋淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

淀粉糊放置在較低的溫度條件下，淀粉分子又會(huì)通過(guò)氫鍵相互連接，重新締合產(chǎn)生膠凝現(xiàn)象，糊化的淀粉糊形成多維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成淀粉凝膠，它與食品的品質(zhì)特性密切相關(guān)［17－18］。由表1可知，經(jīng)300 MPa壓力處理后檳榔芋淀粉凝膠的硬度、咀嚼性和膠黏性都顯著增加（P＜0．05），而彈性和凝聚性無(wú)明顯變化。這可能和高壓改變了淀粉分子的結(jié)構(gòu)有關(guān)系，另外，不同的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)和淀粉分子的關(guān)系也不一樣［19］。超高壓處理能明顯改善檳榔芋淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)特性，可以考慮將改性后的檳榔芋淀粉應(yīng)用于糖果中，賦予產(chǎn)品良好的咀嚼性，或是添加到醬料中起到穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)感的作用。

表1 不同超高壓條件處理后檳榔芋淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性的參數(shù)

圖5 超高壓處理對(duì)檳榔芋淀粉糊化特性的影響

2．5 超高壓處理對(duì)檳榔芋淀粉糊化特性的影響

表2 不同超高壓條件處理后檳榔芋淀粉糊化特性的參數(shù)

淀粉溶液經(jīng)加熱后淀粉顆粒吸水膨脹，無(wú)定形區(qū)被破壞，但仍保持淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)，繼續(xù)升溫，淀粉顆粒發(fā)生不可逆膨脹，淀粉溶液變成具有一定黏度的淀粉糊，即發(fā)生淀粉糊化現(xiàn)象［20］。由表2可知，檳榔芋淀粉的峰值黏度隨著壓力的增加而顯著增大，500 MPa時(shí)達(dá)到最大值，表明超高壓處理對(duì)淀粉糊有明顯的增稠效果。改性后檳榔芋淀粉的崩解值略高于原淀粉，而回生值變化不明顯，表明超高壓處理使淀粉糊的熱、冷穩(wěn)定性有一定程度的下降，回生能力變化不明顯。超高壓使檳榔芋淀粉的糊化溫度呈先下降后升高的趨勢(shì)，這與Li［5］的研究結(jié)果類似。這可能是因?yàn)楦邏禾幚砑訌?qiáng)了淀粉內(nèi)部的直鏈淀粉和支鏈淀粉的排列，從而有利于結(jié)晶結(jié)構(gòu)的形成，導(dǎo)致糊化溫度升高。超高壓處理能顯著增加檳榔芋淀粉的峰值黏度，對(duì)于應(yīng)用到湯、醬、乳制品中可以起到一定的增稠作用。

3 結(jié)論

隨著處理壓力的增大，檳榔芋淀粉的溶解度和膨脹度呈先減小后增大的趨勢(shì)，但均顯著低于原淀粉。與原淀粉相比，超高壓處理可以顯著增大檳榔芋淀粉的透光率。經(jīng)200 MPa壓力處理后凍融穩(wěn)定性有明顯的改善。經(jīng)300 MPa壓力處理后，檳榔芋淀粉凝膠的硬度、咀嚼性和膠黏性均顯著增加，但彈性和凝聚性無(wú)明顯變化。200 MPa壓力處理可降低淀粉的糊化溫度，超高壓處理對(duì)檳榔芋淀粉的增稠能力有明顯影響，回生能力影響不大，但是熱、冷穩(wěn)定性略有下降。

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