凍藏對小麥淀粉理化性質及熱力學特性的影響

張 華，袁 博，趙 瓊，李 青，黃忠民

(1.鄭州輕工業學院食品與生物工程學院，河南鄭州450002;2.河南農業大學食品學院，河南鄭州450000)

速凍米面食品由于采用速凍工藝，避免了緩慢凍結形成粗大冰晶而造成機械損傷和營養流失，能最大限度保持食品原有的色香味和營養成分［1］。速凍工藝能夠保持食品的新鮮度，但仍存在一些問題，例如，速凍水餃在加工和貯存過程中會出現餃子皮凍裂、褐變、混湯等物性指標下降現象，這些問題制約著速凍米面食品的發展。

水餃質量由外觀和口感決定，開裂、失水、褐變等是衡量其質量的主要指標。造成速凍水餃質量低下的原因很多，包括餃皮專用粉品質差，添加劑使用不當以及生產工藝不合理等。冷凍面制品品質變化機理的研究，國內外主要從蛋白質結構變化著手。Ribotta等［2］研究了冷凍和凍藏對面團中小麥面筋蛋白的影響，認為醇溶蛋白僅能形成分子內的二硫鍵，而麥谷蛋白既可以形成分子內二硫鍵也能形成分子間二硫鍵，從而決定了麥谷蛋白在保持小麥面筋蛋白結構穩定性方面具有特殊的作用。宋國勝等［3］測定了不同冷藏時間面筋蛋白的二級結構，結果顯示α-螺旋的含量隨冷藏時間的延長而減小，無規則卷曲的含量隨著冷藏時間的延長而增加。劉國琴等［4］表征了不同凍藏模式和時間對小麥面筋蛋白二級結構的影響，結果表明:在SDS溶液中，當凍藏時間小于60d時，兩種凍藏模式對小麥面筋蛋白的二級結構影響不大;恒溫凍藏模式中面筋蛋白二級結構在凍藏90d時變化最顯著。陸啟玉等［5］研究了不同凍藏時間內面條中蛋白質、糖類等化學成分的變化;楊銘澤等［6］研究表明，蛋白質含量與感官評分成極顯著性正相關，面粉的蛋白質含量與凍裂率成極顯著性負相關。

上述研究，從蛋白質結構變化角度解釋了冷凍面制品質構變化的內在機制，而面粉中另一重要成分淀粉，在凍藏過程中的變化及對面制品品質的影響，未見文獻報道。本研究從凍藏后小麥淀粉理化、熱力學性質的變化，揭示凍藏過程中淀粉變化可能對面制品質量造成的影響，為改善冷凍面制品品質研究提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小麥淀粉 上海寶鼎釀造有限公司;無水乙醇分析純，天津市大茂化學試劑廠;碘、碘化鉀 分析純，天津富晨化學試劑廠。

BCD-278TAJ型冷凍柜 海爾電器有限公司;DK-98-ⅡA型恒溫水浴鍋 天津市泰斯特儀器有限公司;TG16-WS型高速離心機 湖南湘儀實驗室儀器有限公司;UV-1100型紫外/可見分光光度計 上海美譜達儀器有限公司;NDJ-1C型布氏旋轉粘度計 上海昌吉地質儀器有限公司;DSC Q100差示掃描量熱儀 美國TA公司;JSM-6490LV型掃描電子顯微鏡 日本JEOL公司;TS211型淀粉破損測定儀 意大利VELP公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 小麥淀粉處理 將原料從冷藏柜中取出，稱取一定量的淀粉至燒杯中，然后加入相同質量的蒸餾水，制備成50%的淀粉糊，凍藏96h(-18℃)，另外再做對照組，制備同樣含水量的淀粉糊，在2℃條件下平衡12h。將處理后的樣品，在40℃烘干至含水量為8.0%，磨碎，得到對照和凍藏處理淀粉樣品。

1.2.2 小麥淀粉顆粒形態觀察 將凍藏和對照樣品取微量，涂抹到事先粘有導電膠布的鋁制載物臺上，按壓均勻后用洗耳球將多余未粘牢的淀粉吹掉，然后將載物臺放入鍍金儀器中，用離子濺射鍍膜儀將樣品噴炭鍍金，20min后將載物臺取出用掃描電子顯微鏡觀察拍攝顆粒形貌。

1.2.3 淀粉破損度的測定 采用淀粉破損測定儀測定:將1g樣品放入儀器樣品斗中，在反應杯中加入用1滴酒精、3g硼酸、3g KI和130mL水配成的碘溶液，在碘解離電極作用下分離出游離碘。破損淀粉含量高的面粉吸收碘的量多，留在溶液中的碘的濃度會低，儀器通過測定溶液中的電流變化狀況，換算出破損淀粉的含量，直接讀數。

1.2.4 淀粉藍值的測定 按參考文獻［7］的方法測定藍值，準確稱取淀粉2.5mg(干基)，用蒸餾水調制成溶液，加入5mL碘液(1mg/mL碘，10mg/mL碘化鉀)，用水定容至250mL，室溫靜止30min，測定此液在680nm波長處的吸光率。

1.2.5 溶解度和膨潤力的測定 取25mL質量分數為2.0%淀粉乳于25℃下攪拌30min后，在3000r/min速度下離心20min;將上層清液傾入烘干至恒重的鋁盒中，然后置于90℃水浴上蒸干，移入干燥箱，在105℃下烘干至恒重，稱重，得被溶解淀粉質量A，稱離心管離心后沉淀物質量P，M為樣品干基質量［8］。溶解度和膨潤力按式(1)和式(2)計算:

1.2.6 熱力學特性的測定 配制約20mg的淀粉乳(淀粉含量40%)于不銹鋼坩堝中，用密封圈密封，平衡6h。以空坩堝作對照，用差示掃描儀進行測定，掃描溫度范圍為25～130℃，掃描速率為5℃/min。DSC吸熱曲線上有相變起始溫度(T0)、相變峰值溫度(TP)和相變終止溫度(Tc)3個特征參數［9］。

1.2.7 相對粘度的測定 制備濃度為4%的小麥淀粉，在沸水浴中加熱糊化20min，將糊化后的淀粉加入測定管中，冷卻至室溫，進行粘度測定。

1.2.8 淀粉凝沉性的測定 稱取質量分數為4.0%淀粉乳25mL，于沸水浴中均勻攪拌并加熱20min，冷卻至室溫，調糊質量到原來重量，稱取一定量的糊置于2℃冰箱中，24h 后取出，離心(3000r/min，15min，溫度18℃)，以離心后離心出水的質量和稱取的淀粉糊的總質量之比作為凝沉值［10］。

2 結果和分析

2.1 冷凍對小麥淀粉微觀表征的研究

由圖1所示a為小麥原淀粉顆粒的電鏡掃描圖，大多數呈圓形、卵圓形，還有一些不規則形狀，且淀粉顆粒表面光滑。b為凍藏96h后的電鏡圖，顯示小麥淀粉在凍藏處理后表面有皺褶，且出現破裂現象，表明凍藏使小麥淀粉顆粒表面形態發生變化。

圖1 凍藏小麥淀粉顆粒電鏡掃描圖Fig.1 The image of frozen wheat starch granules by SEM

表3 凍藏小麥淀粉熱力學參數Table 3 The thermodynamic parameters of frozen wheat starch

2.2 冷凍小麥淀粉破損度的測定

由表1可知，凍藏處理后的小麥淀粉破損增加了1.68%。這說明凍藏會對淀粉造成一定的破損。淀粉破損對面制品品質有一定影響，相關研究發現破損淀粉含量影響面團流變學特性，從而影響面制品質量，另有研究發現隨著破損淀粉的增加，面條品質有所劣變;面團形成后，彈性降低，面團強度下降［11-12］。

表1 凍藏對小麥淀粉顆粒破損度的影響(%)Table 1 The effect of frozen storage on the damage of wheat starch granules(%)

2.3 凍藏對小麥淀粉藍值的影響

藍值是表示淀粉與碘結合性能的一項指標，藍值高表明大量淀粉顆粒被破壞，從而釋放出大量游離淀粉［7］。

由圖2可知，小麥淀粉凍藏96h后，藍值比未處理的增高了46.9%。由于淀粉顆粒內部支鏈淀粉則有較多的長側鏈，這些長側鏈支鏈淀粉更容易與碘結合發生絡合反應，而凍藏導致淀粉顆粒破損，這些長側鏈支鏈淀粉就會游離出來，使藍值增加。

圖2 凍藏對小麥淀粉藍值的影響Fig.2 The effect of frozen storage on wheat starch blue value

2.4 凍藏對小麥淀粉溶解度和膨潤力的影響

由表2可知，凍藏后小麥淀粉的溶解度增高了48.6%，膨潤力下降了8.41%。這是由于小麥淀粉在凍藏后，破損淀粉度增加，導致溶解度增加和膨潤力降低。

表2 凍藏對小麥淀粉溶解度和膨潤力的影響Table 2 The effect of freezing on wheat starch solubility

2.5 凍藏對小麥淀粉熱力學特性的影響

由表3可以看出，小麥淀粉經過凍藏處理后，起始溫度T0增高了8.16%，糊化熱焓降低了47.3%，糊化溫度起止范圍TC-TO降低了10.60%，這表明小麥淀粉經凍藏處理后，更容易發生相變且容易糊化，糊化時間也會減短。

2.6 凍藏對小麥淀粉糊化粘度的影響

由圖3可知，凍藏小麥淀粉的粘度增高了43.2%。原因可能是凍藏后淀粉顆粒破損增加，造成淀粉溶解度增加，使得凍藏小麥淀粉糊化后粘度增加。

圖3 凍藏對小麥淀粉粘度的影響Fig.3 The effect of frozen storage on the viscosity of wheat starch

2.7 凍藏對小麥淀粉凝沉性的影響

由圖4可知，凍藏小麥淀粉凝沉值與原淀粉的相比，減小了47.2%，表明凍藏小麥淀粉糊化后貯藏同樣時間，老化度更小。原因可能是淀粉顆粒表面的直鏈淀粉含量比內部要大得多，而淀粉內部則有較多的支鏈淀粉［13］。凍藏后，小麥淀粉顆粒的破損后支鏈淀粉游離出來，而支鏈淀粉不易凝沉，這與本實驗結果相一致。

圖4 凍藏對小麥淀粉凝沉值的影響Fig.4 The effect of frozen storage on wheat starch retrogradation value

3 結論

3.1 通過SEM掃描，發現凍藏使小麥淀粉的顆粒形態改變，且有凍裂現象產生。

3.2 凍藏處理使小麥淀粉的膨潤力、凝沉性降低，破損度、溶解度、粘度、藍值均有所增加。

3.3 DSC測試結果表明，小麥淀粉經凍藏處理后，糊化熱焓由116.8J/g減小到61.5J/g，減小了47.3%;糊化溫度起止范圍由25.57℃降低到22.86℃，降低了10.6%。說明凍藏處理后的小麥淀粉更容易糊化。經過凍藏后的小麥淀粉顆粒形態，理化性質、熱力學性質均發生了明顯改變，為冷凍面制品品質改善研究提供了新思路。

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