氯化鈉對馬鈴薯淀粉糊化特性的影響

熊小青，車瑞彬，李利民，鄭學(xué)玲

（河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南鄭州450001）

馬鈴薯淀粉作為一種重要的植物淀粉，其種類多產(chǎn)量大。與其他植物淀粉相比，馬鈴薯淀粉具有較高的峰值粘度和較好的糊透明度，在食品工業(yè)上具有廣泛的用途。研究指出在雞脯肉中添加一定量的馬鈴薯淀粉能夠有效改善其凝膠質(zhì)構(gòu)特性，使制品彈性增強(qiáng)；在酸奶中添加馬鈴薯淀粉增加了酸奶的稠度，使其析水率下降[1]。淀粉的糊化特性決定著淀粉用途，而淀粉在不同添加劑的作用下糊化特性不同。呂振磊等[2]發(fā)現(xiàn)添加蔗糖、卡拉膠、明礬、食鹽或苯甲酸鈉能夠增大馬鈴薯淀粉的熱穩(wěn)定性、凝沉性和凝膠性。陳學(xué)玲等[3]指出氯化鈉、蔗糖和碳酸鈉對芡實淀粉的糊化特性具有顯著影響。為進(jìn)一步探究氯化鈉對馬鈴薯淀粉糊特性的影響，本試驗通過分析氯化鈉比例對淀粉糊化特性、糊透明度、溶解度和膨脹度等特性的影響，為馬鈴薯淀粉在食品工業(yè)或其他產(chǎn)品的開發(fā)給予一定程度上的理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯淀粉：河南恩苗食品有限公司；氯化鈉（分析純）：天津市天力化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

LXJ-IIB型低速大容量離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠；SHZ-B水浴恒溫振蕩器：上海博迅醫(yī)療生物儀器股份有限公司；FOSS Kjeltec 8400全自動凱氏定氮儀：丹麥FOSS福斯儀器有限公司；布拉班德E型粘度儀：河南一諾佳盛儀器設(shè)備有限公司；UV762紫外可見分光光度計：上海儀電分析儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 不同種類淀粉基本組分的測定

水分含量測定：GB 5009.3-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測定》；粗脂肪含量測定：GB 5009.6-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測定》；粗蛋白含量測定：GB 5009.5-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測定；直鏈淀粉含量測定：GB/T 15683-2008《大米直鏈淀粉含量的測定》。

1.3.2 不同種類淀粉糊化特性的測定

淀粉糊化特性采用布拉班德E型粘度儀測定。具體參照GB/T 14490-2008《糧油檢驗谷物及淀粉糊化特性測定粘度儀法》。

1.3.3 不同種類淀粉糊透明度的測定

稱取不同種類的淀粉后分別加入蒸餾水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉乳，在沸水浴中恒溫振蕩30min，使其充分糊化后冷卻至室溫（25℃）。用蒸餾水作參比液，測定淀粉糊在650 nm波長處的透光率。試驗結(jié)果為測定3次的平均值。配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%、1%、2%、3%、4%、5%的氯化鈉溶液，取代蒸餾水與淀粉混合，測定方法一致。

1.3.4 不同種類淀粉糊凝沉性的測定

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的不同種類的淀粉懸浮液在沸水浴中恒溫振蕩30 min后冷卻至室溫（25℃），倒入100 mL帶刻度的量筒中，靜置，每隔12 h記錄一次，觀察淀粉糊的凝沉情況，記錄沉降刻度，淀粉糊凝沉性大小用凝沉積來表示。配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%、1%、2%、3%、4%、5%的氯化鈉溶液，取代蒸餾水與淀粉混合，測定方法一致。

1.3.5 不同種類淀粉溶解度和膨脹度的測定

具體參照李明菲等[4]的方法。配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%、1%、2%、3%、4%、5%的氯化鈉溶液，取代蒸餾水與淀粉混合，測定方法一致。

1.3.6 不同種類淀粉糊凍融穩(wěn)定性的測定

稱取不同種類的淀粉后分別加入蒸餾水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的淀粉乳，在沸水浴中恒溫振蕩30 min，使其充分糊化后冷卻至室溫（25℃）。用50 mL離心管稱取相同質(zhì)量淀粉糊，記錄離心管和淀粉糊總質(zhì)量，置于-18℃冰箱中冷凍，24 h后取出，室溫（25℃）下自然解凍。在5 000 r/min條件下離心20 min，棄去上清液，稱取此時離心管和沉淀物總質(zhì)量，計算析水率。試驗重復(fù)3次，取平均值。配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%、1%、2%、3%、4%、5%的氯化鈉溶液，取代蒸餾水與淀粉混合，測定方法一致。

析水率/%=[（m2-m3）/（m2-m1）]×100

式中：m1為離心管質(zhì)量，g；m2為離心管和淀粉總質(zhì)量，g；m3為棄去上清液后離心管和沉淀物總質(zhì)量，g。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)的處理與分析均采用SPSS 16.0軟件，作圖采用Origin8.5軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯淀粉的基本組分

馬鈴薯淀粉的基本組分見表1。

表1 馬鈴薯淀粉的基本組分Table 1 The basic components of potato starch

由表1可知，馬鈴薯淀粉中的水分含量為15.89%，粗脂肪和粗蛋白含量較低，直鏈淀粉含量較高。脂肪含量高會對淀粉制品的品質(zhì)造成不良影響，阻礙淀粉與水分子的相互作用，導(dǎo)致淀粉的溶解度和膨脹度下降；蛋白質(zhì)含量過高同樣不利于提高淀粉品質(zhì)。由于選取的馬鈴薯淀粉脂肪含量和蛋白質(zhì)含量較低，故可以忽略其對淀粉糊化和老化過程中的影響。

2.2 不同濃度氯化鈉對馬鈴薯淀粉糊化特性的影響

不同濃度氯化鈉對馬鈴薯淀粉粘度特性的影響見表2。

食鹽是食品中重要的組分之一，它的存在影響淀粉糊的性質(zhì)。由表2可知，隨著氯化鈉含量的增加，馬鈴薯淀粉糊化開始溫度和峰值溫度呈現(xiàn)上升的趨勢，峰值溫度由72.8℃上升至82.9℃，這與馬冰潔等[5]的研究結(jié)果相同；峰值粘度和最終粘度呈現(xiàn)先下降后略微上升的趨勢，在添加量為2%時峰值粘度降低了42.86%，在添加量為1%時最終粘度降低了20.12%；崩解值隨食鹽添加量的增加而降低，說明食鹽的加入提高了淀粉糊的熱穩(wěn)定性。隨著氯化鈉濃度的增加，糊液中的離子濃度也增加，水分活度進(jìn)一步下降，更加抑制淀粉分子與水分子之間的相互作用，淀粉顆粒不能自由溶脹導(dǎo)致淀粉糊粘度下降，淀粉顆粒糊化時需要更多的能量，糊化溫度上升；另外，Na+含量增多后與淀粉分子中的羥基作用，對淀粉糊的粘度也有影響。

表2 不同濃度氯化鈉對馬鈴薯淀粉黏度特性的影響Table 2 Effects of different concentrations of sodium chloride on the viscosity characteristics of potato starc

2.3 不同濃度氯化鈉對馬鈴薯淀粉糊透明度的影響

不同濃度氯化鈉對馬鈴薯淀粉糊透明度的影響見圖1。

圖1 不同濃度氯化鈉對馬鈴薯淀粉糊透明度的影響Fig.1 Effects of different concentrations of sodium chloride on the transparency of potato starch paste

透明度表示光線穿過淀粉糊時，淀粉糊對光的折射、反射能力，與顆粒大小、顆粒結(jié)構(gòu)、直鏈淀粉含量、分子鏈的長短、膨脹的淀粉顆粒膨脹程度有關(guān)[6]。較好的透明度有利于淀粉基食品的色澤和質(zhì)地，淀粉糊的透明度常用透光率來表示。如圖1所示，隨著氯化鈉濃度的增大，馬鈴薯淀粉糊的透明度呈現(xiàn)先下降后略微上升的趨勢，但與對照組相比，加入氯化鈉之后的淀粉糊透明度明顯降低。在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時淀粉糊透明度降低了40.02%，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時，淀粉糊透明度最低，達(dá)到14.4%。這些變化與氯化鈉對芡實淀粉[3]和甘薯淀粉[7]透明度的影響相似。氯化鈉進(jìn)入淀粉糊體系后，對淀粉顆粒的溶脹有抑制作用，降低了淀粉糊化的程度，對光線的反射、折射作用增強(qiáng)，導(dǎo)致淀粉糊透明度降低。隨著氯化鈉添加量的增加，Na+在糊液中的濃度增大，與淀粉分子羥基的作用增強(qiáng)，使淀粉分子帶相同電荷，這對淀粉分子的聚集回生有一定的抑制作用，光線能夠通過分子間空隙穿過，導(dǎo)致透明度上升。

2.4 不同濃度氯化鈉對馬鈴薯淀粉糊凝沉性的影響

不同濃度氯化鈉對馬鈴薯淀粉糊凝沉性的影響見圖2。

圖2 不同濃度氯化鈉對馬鈴薯淀粉糊凝沉性的影響Fig.2 Effects of different concentrations of sodium chloride on the retrogradation of potato starch paste

淀粉的凝沉也叫淀粉的老化、回生，是指淀粉顆粒在過量水中受熱糊化后在室溫下放置一段時間，直鏈淀粉和支鏈淀粉自發(fā)地重排形成不溶于水的有序結(jié)構(gòu)的過程[8]。淀粉糊的凝沉性對淀粉類產(chǎn)品的色澤和外觀具有重要影響[9]。由圖2分析可知，氯化鈉的添加使淀粉糊出現(xiàn)較大的凝沉現(xiàn)象，上清液與下層沉淀明顯分離。由于淀粉糊濃度一樣，加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉后凝沉體積越小，析出的上清液越多，說明凝沉效果越好。氯化鈉的添加增大淀粉糊的凝沉速率，因為帶電離子的存在阻礙淀粉顆粒吸水溶脹，離子濃度越大這種抑制作用越強(qiáng)，而未糊化完全的淀粉顆粒也影響老化過程中淀粉鏈之間的相互作用。即使在放置72 h之后，原淀粉糊在沒有氯化鈉的存在下幾乎不發(fā)生凝沉，為均一的淀粉糊液，此時凝沉體積為100 mL。天然的馬鈴薯支鏈淀粉的側(cè)鏈上結(jié)合著許多磷酸基團(tuán)，使淀粉分子間相互排斥，不易聚合凝沉[10]。放置時間越長，凝沉體積幾乎不發(fā)生變化，凝沉現(xiàn)象趨于穩(wěn)定。

2.5 不同濃度氯化鈉對馬鈴薯淀粉溶解度的影響

不同濃度氯化鈉對馬鈴薯淀粉溶解度的影響見圖3。

圖3 不同濃度氯化鈉對馬鈴薯淀粉溶解度的影響Fig.3 Effects of different concentrations of sodium chloride on the solubility of potato starch

溶解度與淀粉分子本身的性質(zhì)有關(guān)，溶解度越大表示顆粒結(jié)構(gòu)結(jié)合越緊密[11]。從圖3可以看出，添加氯化鈉后馬鈴薯淀粉的溶解度顯著增大，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉對溶解度的影響不同。未加食鹽的馬鈴薯淀粉溶解度為2.93%，當(dāng)氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%和5%時，溶解度分別達(dá)到34.60%和30.15%。溶解度發(fā)生顯著變化可能是在加熱過程中部分氫鍵被破壞。

2.6 不同濃度氯化鈉對馬鈴薯淀粉膨脹度的影響

不同濃度氯化鈉對馬鈴薯淀粉膨脹度的影響見圖4。

圖4 不同濃度氯化鈉對馬鈴薯淀粉膨脹度的影響Fig.4 Effects of different concentrations of sodium chloride on the swelling power of potato starch

淀粉的膨脹度表示淀粉顆粒在過量的水中受熱時，吸水溶脹的能力[12]。圖4表明，隨著氯化鈉添加量的增大，馬鈴薯淀粉膨脹度呈現(xiàn)增加的趨勢。這與氯化鈉對芡實淀粉[3]的研究結(jié)果相似，研究指出，氯化鈉、蔗糖和碳酸鈉的添加均能增大芡實淀粉的膨脹度，并且添加量越多越有利于淀粉顆粒溶脹。未加食鹽的馬鈴薯淀粉膨脹度為7.30%，2%氯化鈉使馬鈴薯淀粉膨脹度提高到20.90%，5%氯化鈉使膨脹度達(dá)到33.88%。

2.7 不同濃度氯化鈉對馬鈴薯淀粉糊凍融穩(wěn)定性的影響

不同濃度氯化鈉對馬鈴薯淀粉糊析水率的影響見圖5。

圖5 不同濃度氯化鈉對馬鈴薯淀粉糊析水率的影響Fig.5 Effects of different concentrations of sodium chloride on the syneresis rate of potato starch paste

凍融穩(wěn)定性通常以析水率表示，析水率越高說明凍融穩(wěn)定性越差。由圖5可知，馬鈴薯淀粉糊的析水率隨著氯化鈉添加量的增加呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉對馬鈴薯淀粉糊析水率的影響差異顯著；原馬鈴薯淀粉糊的析水率高達(dá)75.49%，當(dāng)添加2%氯化鈉時，析水率下降至56.72%；當(dāng)添加量為5%時，析水率下降至34.34%。氯化鈉能夠有效改善淀粉的凍融穩(wěn)定性，因為氯化鈉使凝膠在低溫下可凍結(jié)水的含量下降，也就是說以冰晶形式與淀粉凝膠發(fā)生相分離的水分減少[13]，抑制淀粉分子重排，回生程度下降，阻礙不溶于水的有序結(jié)構(gòu)的形成，且氯化鈉濃度越高，這種抑制作用越強(qiáng)。

3 結(jié)論

食鹽作為一種常見的調(diào)味品，目前已有報道指出其對淀粉的糊化特性和糊粘度有顯著的影響。本試驗以馬鈴薯淀粉為研究對象，研究了氯化鈉對其粘度特性、糊透明度、溶解度、膨脹度、凝沉性和凍融穩(wěn)定性的影響，試驗結(jié)果表明：隨著氯化鈉添加量的增加，馬鈴薯淀粉糊化開始溫度和峰值溫度升高，峰值粘度和最終粘度呈現(xiàn)先下降后略微上升的趨勢，淀粉糊的熱穩(wěn)定性提高，說明氯化鈉對淀粉的糊化過程有一定的影響；氯化鈉使淀粉糊的透明度下降，且在添加量為2%時透明度最低；馬鈴薯原淀粉糊因含有磷酸基團(tuán)不易凝沉，氯化鈉的添加使淀粉糊出現(xiàn)較大的凝沉現(xiàn)象，隨著氯化鈉添加量的增多凝沉現(xiàn)象加劇，放置時間越長凝沉現(xiàn)象越趨于穩(wěn)定；另外，氯化鈉會增大淀粉的溶解度和膨脹度，提高淀粉的凍融穩(wěn)定性，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉對其的影響不同。