百合淀粉和芋頭淀粉微觀形態、熱性質和回生性比較

邢禹哲，余世鋒*，肖云鵬，劉子禎，宮春宇，王存堂

齊齊哈爾大學食品與生物工程學院（齊齊哈爾 161006）

我國野生植物淀粉資源豐富，種類繁多，野生植物以殼斗科、禾本科、寥科、百合科、天南星科、旋花科等為主，其種子的淀粉含量較高[1]。百合屬于百合科，是多年生草本植物，在我國種植廣泛，百合鱗莖中淀粉含量較為豐富[2]，有重要的開發利用價值。芋頭屬于天南星科，芋頭資源極為豐富[3]，芋頭塊莖中含有較為豐富的淀粉，芋頭淀粉在食品等領域有較為廣泛的應用。然而，目前百合淀粉和芋頭淀粉性質方面研究較少，開發利用還不深入。因此，以百合和芋頭為原料制備淀粉，進而測定百合和芋頭淀粉顆粒微觀結構及大小分布、熱性質和回生性，可為百合淀粉和芋頭淀粉加工利用提供依據，有重要理論及工業實際價值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

百合和芋頭市售。氫氧化鈉、碘、碘化鉀、無水乙醇、冰乙酸等化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

FW 80高能粉碎機，天津市泰斯特儀器有限公司；BCD-228 F型電冰箱，青島海爾股份有限公司；DSC-Q 20差示掃描量熱儀，美國TA公司；RVA流變儀，美國；TG-16型離心機，上海安亭科學儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 淀粉的制備

采用氫氧化鈉浸泡法：將鮮百合和芋頭的根部及銹斑除去后清洗干凈，用0.2%的氫氧化鈉溶液充分浸泡8 h后，將二者分別用高速組織搗碎機完全破碎，使用攪拌器勻速攪拌12 h，用200目篩子將殘渣過濾，離心（4 000 r/min，15 min），棄去上層清液，刮去雜質，獲得白色沉淀。重復離心3次，直至沉淀呈白色且無明顯雜質，45 ℃的烘箱中烘干48 h，獲得淀粉，然后粉碎過100目篩子，獲得淀粉樣品，封口袋密封保藏備用。

1.3.2 水分含量測定

淀粉水分含量根據GB 5009.3—2016《食品中水分的測定方法》進行測定。

1.3.3 顆粒形態測定

采用S-4300型掃描電子顯微鏡測定淀粉顆粒形態，掃描電壓20.00 kV。將各樣品粉末均勻地固定于直徑1.0 cm的樣品臺上，噴金鍍膜，然后置于電子顯微鏡下放大不同倍數、不同角度進行觀察拍照。

1.3.4 粒度測定

采用LS-2000型激光粒度分析儀測定淀粉顆粒粒度特征，配置1%淀粉分散液，以水為背景調試機器背景，然后取少許分散液加入樣品池中，在0.05～300 μ m之間掃描，記錄數據并計算分析。

1.3.5 熱特性的測定

采用DSC-Q20差示掃描量熱儀測定淀粉熱性質，稱取4.0 mg（干基）樣品，按質量比1︰2比例加入去離子水，用鋁制坩堝（T060601）壓蓋密封后，置于室溫隔夜平衡后測定，空坩堝作為參照，掃描溫度范圍為10～140 ℃，掃描速率為10 ℃/min，每個樣品做3次重復，取平均值。試驗過程中，百合淀粉選取溫度范圍為50～80 ℃，芋頭淀粉選取溫度范圍為70～100 ℃，根據選取溫度范圍，計算熱特征參數及熱焓變值（ΔH）。

1.3.6 回生性質的測定

淀粉經糊化后，放入4±1 ℃冰箱，分別放置1，3，5，7，11和14 d，貯藏一定時間后，取出至室溫平衡0.5 h，采用差示掃描量熱儀（DSC Q20）測定，掃描溫度范圍為10～140 ℃，掃描速率10 ℃/min，選取溫度范圍為40～80 ℃，計算回生焓變值（ΔHr）及熱特征參數。

1.4 數據分析

采用SPSS 19.0軟件統計分析和Origin 7.0軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 顆粒形態及大小分布

百合淀粉和芋頭淀粉顆粒形態如圖1所示。從圖1可以看出，百合淀粉顆粒形態為細長的卵形、紡錘形。芋頭淀粉呈不規則多角形或多面體，與文獻[3-4]相近。淀粉顆粒形態差異，主要由于淀粉種類決定。

圖1 百合淀粉和芋頭淀粉顆粒形態

百合淀粉和芋頭淀粉顆粒粒徑分布如圖2所示。百合淀粉顆粒體積平均直徑為31.54 μm，芋頭淀粉顆粒體積平均直徑為17.36 μm，芋頭粒徑與文獻[5]不同，可能由于測量方法和粒徑表示方法不同所致。百合淀粉和芋頭淀粉顆粒粒徑不同，導致了兩種淀粉不同用途，芋頭淀粉顆粒為多角形且粒徑小，可以作為粉底應用于化妝品行業；而百合淀粉顆粒較大且具有較高營養價值，可作為增稠劑應用于食品行業。

圖2 百合淀粉和芋頭淀粉顆粒大小分布

2.2 熱性質

百合淀粉、芋頭淀粉熱特性質如表1所示。由表1可知，百合淀粉和芋頭淀粉的熔化溫度分別為57.96±0.35 ℃和75.31±0.26 ℃，峰值溫度分別為62.93±0.44℃和79.67±0.48 ℃，糊化焓變值為15.20±0.36和16.97±0.66 J/g。百合淀粉和芋頭淀粉糊化參數有顯著差異，芋頭淀粉的糊化溫度、峰值溫度和糊化焓變均高于百合淀粉。百合淀粉和芋頭淀粉熔點和峰值溫度不同，可能由于顆粒大小不同所致；糊化焓變不同，可能是由于百合淀粉和芋頭淀粉分子結構和粒徑大小的差異所致。另外，百合淀粉和芋頭淀粉中直鏈淀粉含量不同[6-7]，也會導致熱特性參數的差異。文獻[8-9]也證實了直鏈淀粉含量會影響淀粉糊化特征參數。由此可知，淀粉分子結構、直鏈/支鏈淀粉比例、顆粒大小均會影響淀粉熱性質。因而在百合淀粉和芋頭淀粉利用過程中，可根據兩種淀粉不同熱性質而選擇不同應用領域，而且在百合淀粉和芋頭淀粉改性加工過程中，可以通過控制不同熱加工條件，進而有效改變淀粉性質，應用于不同領域。

表1 淀粉的熱特征參數

2.3 回生性質

2.3.1 淀粉回生熔點和峰值溫度比較

百合淀粉和芋頭淀粉凝膠貯藏過程中的回生熔點和峰值溫度如圖3所示。從圖3可見，百合淀粉和芋頭淀粉回生溫度隨貯藏時間延長而降低，在起始的0～7 d內回生熔點和峰值溫度顯著下降，在7～14 d回生熔點和峰值溫度的變化不大，這可能是由于貯藏初期淀粉分子迅速聚合，隨著時間的延長重新聚合基本完成，特征溫度趨于穩定[8-10]。芋頭淀粉凝膠回生熔點溫度高于百合淀粉凝膠回生熔點溫度，可能是由于百合淀粉和芋頭淀粉中直鏈淀粉含量不同所致，貯藏過程中芋頭淀粉中直鏈淀粉迅速結晶形成晶核重聚難于熔化，因而糊化熔點較高。然而，百合淀粉回生峰值溫度高于芋頭淀粉回生峰值溫度，可能是由于淀粉分子結構不同，導致淀粉重結晶結構不同所致。

2.3.2 淀粉回生焓變比較

圖4 百合淀粉和芋頭淀粉凝膠在4 ℃貯藏過程中回生焓變情況

百合淀粉和芋頭淀粉凝膠回生焓變值如圖4所示。從圖4可知，百合淀粉和芋頭淀粉凝膠的回生焓變值在0～11 d內呈增長趨勢，11～14 d內隨貯藏時間延長回生焓變值變化不大。由此可知，百合淀粉和芋頭淀粉凝膠在4 ℃貯藏11 d時重結晶過程基本結束。另外，芋頭淀粉回生焓變值高于百合淀粉，由于淀粉中直鏈淀粉含量不同所致[8-10]。在DSC測試過程中，淀粉回生焓變主要由支鏈淀粉重結晶所致，而直鏈淀粉回生值不易測定，因而在相同質量淀粉樣品中，直鏈淀粉含量越高，支鏈淀粉含量就越低，淀粉回生焓變絕對值就越小。

3 結論

1) 淀粉來源不同，顆粒形態和粒徑會有差異。百合淀粉顆粒形態為細長的卵形和紡錘形；芋頭淀粉呈不規則多角形或多面體。

2) 百合淀粉顆粒體積平均直徑為31.54 μm，芋頭淀粉顆粒體積平均直徑為17.36 μm。

3) 百合淀粉和芋頭淀粉的熔化溫度分別為57.96±0.35 ℃和75.31±0.26 ℃，峰值溫度分別為62.93±0.44℃和79.67±0.48 ℃，糊化焓變值分別為15.20±0.36和16.97±0.66 J/g。

4) 百合淀粉和芋頭淀粉回生熔點溫度和峰值溫度隨貯藏時間延長而降低，回生焓變隨貯藏時間延長而增大，在4 ℃貯藏過程中，百合淀粉和芋頭淀粉凝膠的回生過程在11 d內完成，而且淀粉回生焓變值反映支鏈淀粉重結晶情況。