環糊精對玉米淀粉回生特性的影響

陳志

摘要[目的]研究環糊精對玉米淀粉回生特性的影響。[方法]通過對不同復配比10∶0、9∶1、8∶2、7∶3的淀粉和環糊精混合物進行黏度、凝沉性、凍融穩定性和質構等特性的測定，從而分析得出復配比在7∶3能達到抑制玉米淀粉回生現象的最佳效果。[結果]從黏度的結果來看，復配比在7∶3時，混合物的黏度值最低，說明該條件下的抑制作用最強（P<0.001）。凝沉性的試驗結果表明，隨著添加的環糊精的量越來越多，其沉降體積逐漸降低，說明環糊精對玉米淀粉有短期回生抑制的作用。在凍融穩定性的測定試驗中，復配比在10∶0時析水率最大，在7∶3時所測析水率最小（P<0.001），析水率越低，其凍融穩定性越好，說明環糊精可以提高玉米淀粉的凍融穩定性。最后全質構的測定是反映了環糊精對玉米淀粉的長期回生亦有抑制作用。[結論]環糊精能夠在一定程度上抑制玉米淀粉的回生。

關鍵詞玉米淀粉；環糊精；回生特性

中圖分類號TS231文獻標識碼A文章編號0517-6611（2018）25-0152-04

Effect of Cyclodextrin on the Retrogradation Characteristics of Corn Starch

CHEN Zhi

（School of Food Science and Engineering， Hefei University of Technology，Hefei，Anhui 230009）

Abstract[Objective] The research aimed to study the effect of cyclodextrin on the retrogradation characteristics of corn starch.[Method]On the basis of the admeasurement of viscosity，retrogradation，freezethaw stability and texture of starch and cyclodextrin mixture with different composite ratio including 10∶0，9∶1，8∶2 and 7∶3，it was concluded that the mixture with composite ratio of 7∶3 could achieve the best effect of suppressing corn starch retrogradation phenomenon.[Result]From the results of viscosity，the viscosity of mixture was lowest when the composite ratio was 7∶3，which indicated that the inbibitional effect was strongest under this condition（P<0.001）.The test results of condensation test showed that with the increasing amount of cyclodextrin added， the sedimentation volume gradually decreased， indicating that cyclodextrin had a shortterm retrogradation inhibition effect on corn starch.The experimental determination result of freeze thaw stability shows that the bleeding ratio was highest when the complex ratio was 10∶0，and the bleeding ratio was lowest when the composite ratio was 7∶3（P<0.001），which indicates that the cyclodextrin could improve the freezethaw stability of corn starch because the lower bleeding rate，the better freezethaw stability.In the last，the experimental determination result of whole texture showed that the cyclodextrin also had suppressing effect on the the longterm retrogradation of corn starch.[Conclusion]The cyclodextrins can suppress the resurrection of corn starch to a certain extent.

Key wordsCorn starch；Cyclodextrins；Retrogradation characteristics

淀粉是食品中的重要成分，也是食品和化學工業的重要原料[1]。淀粉是高等植物中碳水化合物存儲的主要形式，幾乎存在于所有的植物中，其在谷物豆類的種子及其他植物的根部、塊莖中含量豐富[2]。它是自然界中存在的最豐富的碳水化合物之一，更加可貴的是，它是一種可降解、無毒害、可再生的自然資源[3]，這就造就了淀粉的許多特定的性質，使其在食品工業和其他工業中的應用比較廣泛，常被用作增稠劑、黏合劑、穩定劑等[4]。淀粉顆粒一般不溶于冷水，若把淀粉分散在純水中，對其攪拌制成淀粉乳，并對體系進行緩慢加熱到53 ℃以上時，淀粉的物理性能發生明顯變化，淀粉顆粒由吸水溶脹、分裂形成均勻糊狀溶液，此過程稱為淀粉糊化[5]。糊化后的淀粉在降溫過程中易發生回生現象，即所謂的老化，一些淀粉產品如米飯、饅頭在儲藏過程中往往會出現硬度增加、黏度降低、抗酸解、脫水等回生現象，導致其品質變劣、貨架期縮短。因此淀粉回生是制約淀粉產品品質的一個重要因素[6]。回生現象作為淀粉理論中的一個難點，也成為了各國淀粉研究領域的熱點問題，針對回生問題，研究者大多采用添加抗淀粉回生的食品添加劑。食品中主要采用的抗回生劑有乳化劑、親水性膠體和低聚糖類物質等。典型的乳化劑大多水溶性不好，與淀粉溶液混合其親水性端插入直鏈淀粉分子形成螺旋配合體，影響淀粉分子重排微環境，從而延緩淀粉重結晶[7-8]。已報道的黃原膠、卡拉膠和瓜爾膠等親水性膠體具有良好的持水性，用于面制品以增強面團的吸水性，改善面團特性及品質，延長回生時間，但往往受到鹽、pH的影響[9]。玉米淀粉是可利用的最廉價的淀粉，其流變和凝膠特性有助于使調料既具有稠性又始終為短性糊絲，可做零售業或公共飲食業的增稠劑[10]。但因其易回生，凍融穩定性差，使其在長貨架期和冷凍食品中的應用受到限制[11]。

環糊精是一類在制藥、食品、農業及化妝品等領域應用廣泛的大環化合物。環糊精（cyclodextrin）是直鏈淀粉在由芽孢桿菌產生的環糊精葡萄糖基轉移酶作用下生成的一系列環狀低聚糖的總稱，其中主要包括α、β和γ-環糊精。由于連接葡萄糖單元的糖苷鍵不能自由旋轉，環糊精不是圓筒狀分子而是略呈錐形的圓環[12]。α-CD分子空洞孔隙較小，通常只能包接較小分子的客體物質，應用范圍較小；γ-CD的分子洞大，但其生產成本高，工業上不能大量生產，其應用受到限制；β-CD的分子洞適中，應用范圍廣，生產成本低，是目前工業上使用最多的環糊精產品[13]。β-CD由7個葡萄糖單元通過α-1，4糖苷鍵而形成截錐體環狀化合物，具有外親水內疏水的特性。田耀旗等[14]研究發現，β-CD外壁親水性羥基與直鏈淀粉外層羥基以氫鍵作用力結合形成絡合物，抑制直鏈淀粉向支鏈淀粉結晶區滲透，起到回生延緩作用。羥丙基-β-環糊精（HP-β-CD）是β-CD葡萄糖殘基的羥基中氫原子被羥丙基取代生成，水溶性極好。研究發現HP-β-CD與β-CD都具有顯著抑制淀粉的效果[15]。

淀粉回生是指糊化淀粉分子由無序態向有序態轉化的過程，主要包括短期回生和長期回生2個階段，其中，短期回生階段涉及直鏈淀粉分子從無序到有序的過程[16]。短期回生主要是由直鏈淀粉分子的有序纏繞和結晶所引起，該過程的完成時間較短；長期回生主要是由支鏈淀粉外側短鏈的重結晶所引起，該過程的完成時間較長[4]。研究發現，直鏈淀粉分子片段與β-環糊精在分子水平上有理想的結構兼容性（結合能ΔE均遠小于0），并證實兩者形成了直鏈淀粉-β-環糊精非包合物，且范德華力、氫鍵力和靜電力維持了該非包合物的穩定性。研究結果亦表明，在糊化淀粉冷卻過程中，1%低劑量β-環糊精抑制了直鏈淀粉-脂質復合物的形成；而3%高劑量β-環糊精則有利于直鏈淀粉和脂質競爭性地與β-環糊精絡合，形成直鏈淀粉-β-環糊精-脂質復合物，該復合物影響淀粉分子鏈重排微環境，從而延緩淀粉回生[15]。王顯倫等[17]研究表明，在米飯中加入β-環糊精，添加濃度為1%時起到明顯的回生抑制效果。也就是說，不同的環糊精和淀粉復配體系對淀粉的回生抑制可能有不同程度的影響。

筆者以環糊精和玉米淀粉為研究材料對其做一個簡單的影響變化趨勢研究，通過在試驗中研究不同的復配體系對其影響的程度，從而為更好地在食品工業中應用玉米淀粉和環糊精復配體系及品質控制提供參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

環糊精，孟州市華興生物化工有限責任公司；

玉米淀粉，北京古松經貿有限公司二分公司。

1.2試驗儀器

NDJ-1旋轉式粘度計，上海精密儀器儀表有限公司；

FA1204B分析天平，上海精科天平廠；

HH-4數顯恒溫電子水浴鍋，北京科創海光儀器有限公司；

BCD-109zM2冷凍冰箱，合肥美菱股份有限公司；

TA-XT Plus型質構儀，北京微訊超技儀器技術有限公司；

TGL-16G-B離心機，上海化工機械有限公司。

1.3試驗方法

1.3.1淀粉黏度的測定。

配制濃度為6%的淀粉懸浮液（淀粉以干基計），分別以10∶0、9∶1、8∶2、7∶3的淀粉/環糊精復配比例進行懸浮液的配制（其中10∶0的比例即是空白對照），在沸水浴中充分攪拌糊化20 min，冷卻至室溫后再用粘度計測定該溫度下各淀粉糊的黏度。

1.3.2短期回生的測定。

配制100 mL質量分數為1%的淀粉懸浮液，形成4組淀粉糊，降至室溫后倒入100 mL具塞量筒中，蓋上量筒塞，靜置。分別在4、8、12、24、48、72 h內觀察測定沉降體積，以沉降物所占體積表示。

1.3.3凍融穩定性的測定。

準確配制質量分數約為3%的淀粉乳，在沸水浴中攪拌糊化20 min，冷卻至室溫，取約30 mL倒入50 mL塑料離心管中，加蓋，稱取質量M（脫水前淀粉乳的質量），置于-18 ℃的冰箱中冷凍22 h后取出自然解凍2 h，在4 500 r/min條件下離心20 min，并棄去上層清液，稱取沉淀物質量m（脫水后淀粉乳的質量），計算析水率（W）：W=（1-m/M）×100%。

析水率低，凍融穩定性好[18]。

1.3.4長期回生的測定。

準確配制質量分數約為3%的淀粉乳，在沸水浴中攪拌糊化20 min，冷卻至室溫。4組試驗，每組3次平行試驗，分別利用質構儀對其進行全質構分析法（texture profile analysis，TPA）的測定，測定條件：測前速度為1.0 mm/s，測試速度為1.0 mm/s，測后速度為1.0 mm/s，觸發力為0.050 N，壓縮程度為40%，使用P/36R探頭，校準重量1 000 g，每組樣品的儲存時間分別為0、1、3和6 d。

1.4統計分析

所有數據均以平均值±標準誤表示。通過單因素方差分析進行組間統計學差異，再進行t檢驗，所有統計分析采用GraphPad Prism 5.0軟件進行，P<0.05（*）、P<001（**）、P<0.001（***）被認為是統計學差異。

2結果與分析

2.1黏度的測定

從圖1可以明顯地看出，隨著復配體系中環糊精含量的增加，復配混合物的黏度顯著性逐漸下降（P<0.01）。

2.2短期回生的測定

從試驗中可以觀察到不同時間的凝沉現象，通過4、8、12、24、48、72 h的觀察，記錄的沉降體積如圖2所示，懸浮液在8 h之后開始出現明顯的分層（P<0001），說明淀粉乳在8 h之后開始出現短期回生，而不同復配體系組之間沒有顯著性（P>0.05），說明環糊精對淀粉的短期回生抑制可能并不明顯。

2.3凍融穩定性的測定

從圖3可以看出，不同復配比的樣品，所測得的析水率是不同的，說明環糊精的添加量與淀粉的凍融穩定性有顯著的關系。可見，當復配體系中的環糊精含量越多時，所測得的析水率越低，所對應的凍融穩定性就越好（P<0.001）。

2.4長期回生的測定

分別對不同復配體系的待測樣品進行TPA全質構的測定，樣品儲存時間分別為0、1、3和6 d，結果如表1～4所示。

該研究利用玉米淀粉的質構特性，包括擠壓力、硬度、彈性、凝聚力、黏性、咀嚼性和回復力7個性質來反映淀粉的老化程度，其儀器指標和人體感官指標具有較好的關聯性（表1～4）。

從硬度和咀嚼性2個指標（圖4～5）可以看出，淀粉糊表現出了明顯的長期回生階段（P<0.001），而含有環糊精的淀粉糊表現出了較慢的回生狀態，特別是復配體系為7∶3時（P<0001），說明環糊精確實抑制了淀粉的回生，才會出現此類現象。

3小結與討論

綜上所述，在玉米淀粉中加入環糊精時，特別當淀粉/環糊精的復配比在7∶3時，其樣品的黏度值最低，說明該條件下的抑制作用最強（P<0.01）；凝沉性的試驗結果表明，添加環糊精有一定的抑制回生作用，但并不明顯（P>0.05），說明環糊精可能對淀粉的短期回生的抑制作用并不明顯；而凍融穩定性的測定表明，復配比在8∶2和7∶3時的作用效果差異較小，說明在這個條件比例附近存在最佳的抑制效果。最后質構特性的測定反映了環糊精對玉米淀粉的長期回生明顯的抑制作用（P<0.001），其最佳復配比是7∶3左右。

研究發現，大多數無機強電解質具有抑制淀粉糊化、提高糊化溫度的作用[19]，可糊化和回生是一個逆過程，糊化溫度的提高反而促進了淀粉的回生。若向淀粉中加入環糊精，直鏈淀粉可以和環糊精形成直鏈淀粉-環糊精非包合物，且該非包合物具有很強的穩定性，當環糊精結合了玉米淀粉后，樣品中的直鏈淀粉含量隨之下降，故其糊化溫度將會降低，黏度也會下降，這樣淀粉回生的概率就會減小，從而延緩回生。

隨著時間的延長，對應懸液的沉降體積減少的速率下降。這表明并不是環糊精所添加的量越多，其抑制程度就會越大，當環糊精添加到一定量時，其抑制作用可能就會保持不變，甚至有可能會降低。可能是由于環糊精具有極大的吸濕性和溶解性，同時能減低水分活度而使凝沉速度降低[20]。

當淀粉出現回生的現象，其析水率就會提高，因為生淀粉是不溶于冷水的，其淀粉顆粒就會與水分子分開。該研究發現，隨著連續測定的次數增加，其析水率也會相應增加，說明淀粉糊已經開始出現不同程度的回生，加入環糊精后，淀粉糊的析水率明顯降低，表明環糊精有明顯抑制回生的作用。

淀粉首先發生短期回生過程，直鏈淀粉與環糊精可形成絡合物，抑制淀粉回生。Atwell等[16]認為短期回生即為直鏈

淀粉膠凝回生的一個過程。在這個階段，環糊精外圍親水性羥基與直鏈淀粉α-單螺旋外層羥基以氫鍵等作用力緊密結合形成絡合包合物，抑制游離的直鏈淀粉快速滲透于支鏈淀粉結晶區而有序重排，起到抑制回生的作用。

淀粉糊在儲存過程中，其硬度、黏性和咀嚼性都會增加，相應的凝聚力和回復力會降低[21]，而產生的擠壓力和硬度成正比，彈性參數和回復力也是正相關，這都是由于淀粉回生引起的現象，這些性質的改變會導致淀粉產品的品質下降，例如：米飯、面包在儲存過程中會變硬，口感下降，其貨架期也隨之縮短。

總而言之，該研究證明了環糊精確實可以抑制玉米淀粉的回生，在長期回生的抑制上表現更加明顯，通過研究不同的復配體系對其影響的程度有所不同，從而能更好地為食品工業中玉米淀粉和環糊精復配體系的應用及品質控制提供參考，改善淀粉產品質量，讓淀粉加工在食品工業領域中更加廣泛地被應用。

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