淀粉的糊化與凝膠特性及食用品質研究

王 林

（四川旅游學院烹飪學院，四川 成都 610100）

食品中常見的凝膠種類主要包括蛋白類凝膠及多糖類凝膠。淀粉凝膠作為多糖凝膠的代表，在實際的生產生活中具有重要的應用。淀粉凝膠的形成過程主要是淀粉顆粒物質在吸水及加熱過程中會滲析出直鏈淀粉，直鏈淀粉相互纏繞形成三維立體網狀結構，當進一步加熱攪拌時，殘存的直鏈淀粉顆粒進一步破裂進入水相[1]，在冷卻的過程中直鏈淀粉與支鏈淀粉通過氫鍵連接形成凝膠[2]。淀粉凝膠特性的影響因素較多，其中淀粉的種類、加工條件等是產生淀粉凝膠差異的主要影響因素，其主要表現在淀粉凝膠的質構屬性、凝膠特性及糊化特性等方面[3]，這些與產品的品質顯著相關[4]。

我國的淀粉資源豐富，其具有價格低廉、易降解、產品穩定性好等特點。隨著淀粉產品的不斷豐富，以淀粉作為主要原料的產品通常需要一定的儲藏時間及冷藏處理，在加工過程中易造成淀粉凝膠產品的脫水及老化等問題，進而影響產品的食用品質。因此，淀粉的加工性質會直接影響淀粉類凝膠產品的加工及食用屬性，成為制約淀粉類凝膠產品推廣的瓶頸[5]。目前，對淀粉凝膠特性的檢測通常是分開進行研究的，且主要集中于淀粉糊化后不同儲藏時間的凝膠特性及微觀結構的改變，因此將多種常用的淀粉糊化及凝膠特性進行對比研究，有助于從原料推斷最終產品好壞做鋪墊[6]，進而實現淀粉食品的工業化生產。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

馬鈴薯淀粉、紅薯淀粉、木薯淀粉、綠豆淀粉、豌豆淀粉、玉米淀粉、小麥淀粉、蔗糖、食鹽，購置于成都桃林有限公司。

1.1.2 儀器與設備

JD 200-3 型電子天平，江蘇淮安翔宇電子天平有限公司；MDF-U338 型醫用低溫冰箱，大連三洋冷鏈有限公司；TMS-Touch 250N 型質構儀，美國食品技術有限公司；HH-2 型數顯恒溫水浴鍋，上海光地儀器設備有限公司；Kinexus Pro+旋轉流變儀，英國馬爾文儀器公司；GL-22MC 型高速冷凍離心機，長沙湘儀離心機儀器有限公司；DHG-9070A 型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司；Tech Master 型快速黏度儀，RVA 波通瑞華科學儀器公司；KN580 型全自動凱氏定氮儀，濟南阿爾瓦儀器有限公司；SE-A2型全自動脂肪測定儀，濟南禾普儀器設備有限公司；離心管、玻璃儀器等由四川旅游學院重點試驗室提供。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

淀粉稱重→加水溶解攪拌→靜置→水浴加熱→冷卻→包裝殺菌→淀粉凝膠產品

1.2.2 操作要點

將100 g 淀粉加入20 g 蒸餾水進行攪拌，邊攪拌邊加入熱水（淀粉與熱水的質量比為1∶4.5），將調制好的淀粉漿靜置處理15～20 min，將靜置好的淀粉漿放置于80 ℃水浴鍋中蒸煮40 min，后將其冷卻至室溫，真空封口包裝后進行巴氏殺菌，制成不同種類淀粉的凝膠制品。

1.2.3 試驗設計

為探究不同種類淀粉的糊化及凝膠特性，選用市面上常用的淀粉原料（小麥淀粉、玉米淀粉、豌豆淀粉、綠豆淀粉、紅薯淀粉、馬鈴薯淀粉、木薯淀粉）制成凝膠產品（涼粉）。精確稱取上述常用淀粉各100 g，將其與蒸餾水按照質量比1∶4.5 調制成淀粉糊，放入不銹鋼容器中，充分攪拌均勻，使其在80 ℃水浴鍋中水浴40 min（水浴前10 min 應不斷攪拌，攪拌速率為5 r/min，保證淀粉與水充分混勻），待淀粉糊形成凝膠后，放置在室溫（25 ℃）下冷卻1 h 后于0～4 ℃環境中冷藏12 h。然后進行相應指標的檢測（凝膠特性、糊化特性及感官指標研究[7]）。

1.2.4 測定項目與方法

1.2.4.1 淀粉基礎指標的測定

水分含量：參照GB 5009.3—2016[8]中的方法測定；粗蛋白含量：參照GB 5009.5—2016[9]中凱氏定氮法進行測定；粗脂肪含量：參照GB 5009.6—2016[10]中索氏抽提法進行測定；直鏈淀粉含量：參照GB/T 15683—2008/ISO 6647-1:2007[11]進行測定。

1.2.4.2 凝膠特性的測定

參考洪火明[12]的方法并進行適當修改。將涼粉切成長×寬×高為2.0 cm×2.0 cm×1.5 cm 的小塊，進行淀粉凝膠強度的測定。探頭型號為P/0.5 柱形探頭，測定模式為TPA 模式。參數設定為：測前速度2.0 mm/s，測量速度1.0 mm/s，測后速度2.0 mm/s，每組樣品進行5 次重復，并將結果取平均值。

1.2.4.3 淀粉糊化特性的測定

參考鄒金浩等[13]的方法并進行適當修改。準確量取3.00 g 淀粉樣品，量取25.0 mL 蒸餾水混合均勻裝于鋁盒中。具體程序參數：初始攪拌速率為960 r/min，保持1 min，攪拌成懸濁液，然后以初始50 ℃的溫度保持1 min，再以12 ℃/min 的升溫速度升至95 ℃后保持3 min，最后以12 ℃/min 的降溫速度降至50 ℃，并將溫度保持3 min。根據RVA 的糊化曲線得到黏度（峰值、谷值、最終）、回生值、崩解值、糊化溫度等參數。

1.2.4.4 溶解度及膨脹度的測定

參照趙敏[7]的方法并進行適當修改。準確量取一定質量（m1）的淀粉樣品，將其配制成2%的淀粉乳，并在90 ℃環境中加熱30 min，然后4 ℃下以3 500 r/min 離心20 min，分別稱取上清液質量（m2）及沉淀質量（m3），將上清液烘干至粉末狀恒重，計其質量（m4）。則溶解度（S）及膨脹度（B）計算公式如下：

1.2.4.5 模糊數學感官品質評定

模糊數學評價方法可降低因個人喜好而帶來的影響。感官評價參考朱冰潔[14]的方法并作適當修改。由烹飪學院10 名學生（男∶女=1∶1）組成感官評價小組，并利用9 點法進行評價，評價的指標主要包括色澤及透明度、口感、質地、香氣四方面，所占權重分別為20%、30%、30%、20%。具體評分標準見表1。

表1 涼粉的感官評分標準Table 1 Sensory scoring criteria of bean jelly

通過模糊評價，確定因素集、等級集及權重集。因素集U={u1，u2，u3，u4}，ui分別代表淀粉涼粉的色澤及透明度、口感、質地、香氣；等級集V={v1，v2，v3，v4}，vi分別代表極差、差、中、良、優；權重集A={a1，a2，a3，a4}，即每個評價因素權重系數的集合，主要通過鄧屹洋[15]及實際的情況得出，a1=0.2、a2=0.3、a3=0.3、a4=0.2。

1.2.5 數據處理

運用Origin 2017 和SPSS 20.0 軟件進行顯著性分析及圖形繪制，P＜0.05 表示差異顯著，P＜0.01 表示差異極顯著，具有相同字母的表示差異不顯著，反之則表示差異顯著，試驗所得結果用平均值±標準差（±SD）的形式表述。

2 結果與分析

2.1 不同種類淀粉的基本成分

不同種類淀粉的基本成分如表2 所示。7 種淀粉的水分含量在10.0%～15.6%，其中小麥淀粉的水分含量最高，玉米淀粉的水分含量最低。水分含量大體上呈現谷類淀粉（小麥淀粉）＞豆類淀粉（綠豆淀粉、豌豆淀粉）＞薯類淀粉（紅薯淀粉、馬鈴薯淀粉、木薯淀粉）；粗蛋白含量呈現谷類淀粉（玉米淀粉、小麥淀粉）＞豆類淀粉（豌豆淀粉、綠豆淀粉）＞薯類淀粉（紅薯淀粉、木薯淀粉、馬鈴薯淀粉）；粗脂肪含量呈現薯類淀粉（馬鈴薯淀粉、紅薯淀粉、木薯淀粉）＞豆類淀粉（豌豆淀粉、綠豆淀粉）＞谷類淀粉（小麥淀粉、玉米淀粉）；而直鏈淀粉含量大體上則呈現豆類淀粉（豌豆淀粉、綠豆淀粉）＞谷類淀粉（玉米淀粉、小麥淀粉）＞薯類淀粉（紅薯淀粉、木薯淀粉），其中豆類淀粉的直鏈淀粉最多，薯類淀粉直鏈淀粉最低，馬鈴薯淀粉除外。張正茂等[16]曾得出淀粉凝膠的硬度與淀粉中的直鏈淀粉含量呈顯著正相關。因此，直鏈淀粉含量越高，將越有助于淀粉形成三維立體網狀結構，進而增強淀粉制品的凝膠強度。

表2 淀粉的基本成分Table 2 Basic components of starches 單位：%

2.2 不同種類淀粉的溶解度及膨脹度

由圖1 可知，除小麥與豌豆、玉米與木薯淀粉的溶解度差異不顯著、豌豆與綠豆淀粉膨脹度差異不顯著外，不同淀粉之間的溶解度及膨脹度差異顯著（P＜0.05）。溶解度由高到低為馬鈴薯淀粉＞綠豆淀粉＞豌豆淀粉＞小麥淀粉＞紅薯淀粉＞玉米淀粉＞木薯淀粉；膨脹度由高到低為馬鈴薯淀粉＞紅薯淀粉＞小麥淀粉＞玉米淀粉＞綠豆淀粉＞豌豆淀粉＞木薯淀粉。其中馬鈴薯淀粉的溶解度和膨脹度最大，分析可能是馬鈴薯淀粉顆粒較大，受熱過程中其內部張力也更大，因此導致溶解度及膨脹度更大。

圖1 淀粉種類對其溶解度及膨脹度的影響Fig.1 Influence of starches types on the solubility and swelling

表3 淀粉的黏度特性Table 3 The viscosity characteristics of starches

2.3 淀粉的糊化特性分析

淀粉的糊化特性與其食用品質及應用產品類別相關。通常糊化溫度越高代表淀粉顆粒的晶體結構越完整，淀粉顆粒越不易被破壞；崩解值與淀粉糊的熱穩定性顯著相關；回生值主要反映淀粉的老化及回生的程度，與淀粉糊的凝膠強度呈正相關。由表3 可知，不同淀粉的糊化特性具有顯著差異（P＜0.05）。幾種淀粉的糊化溫度主要集中于53.1～80.1 ℃，其中谷類淀粉（小麥淀粉、玉米淀粉）的糊化溫度較高，說明谷類淀粉的結構相對較穩定，其次為豆類淀粉（綠豆淀粉、豌豆淀粉），這與Moorthy[17]的觀點相一致。糊化溫度與淀粉顆粒大小、溶解度及膨脹度呈負相關。馬鈴薯淀粉的峰值黏度、谷值黏度及最終黏度最大，而豌豆淀粉的峰值黏度最小。馬鈴薯的回生值最大，為547.1 cp，玉米淀粉的回生值最小，為47.0 cp，說明馬鈴薯淀粉更易發生回生現象，相對于本試驗中的其他6 種淀粉，玉米淀粉最不易產生回生現象。馬鈴薯的崩解值最大，為266.0 cp，而豌豆淀粉的崩解值最小，為82.6 cp，說明馬鈴薯淀粉黏度降低的速率最高，可用于加工柔軟淀粉制品，如湯圓等[18]，而綠豆淀粉更適宜加工堅挺順滑的凝膠產品，如涼粉等。

2.4 淀粉的凝膠特性分析

凝膠硬度代表著樣品產生形變所需力的大小；咀嚼性是對凝膠產品進行咀嚼時所需力的大小[19]；黏性代表淀粉凝膠產品的老化程度；彈性反映淀粉凝膠產品的緊密程度；而凝膠強度的大小則代表淀粉凝膠產品間分子作用力的強弱，凝膠強度越大的淀粉凝膠產品，分子間結構越穩定，凝膠產品越不容易被破壞。

由表4 可知，對于硬度而言，除綠豆淀粉外，其他淀粉呈現出豆類淀粉（豌豆淀粉）＞谷類淀粉（小麥淀粉、玉米淀粉）＞薯類淀粉（紅薯淀粉、木薯淀粉、馬鈴薯淀粉）；對于黏性由高到低為谷類淀粉（小麥淀粉、玉米淀粉）＞薯類淀粉（馬鈴薯淀粉、木薯淀粉、紅薯淀粉）＞豆類淀粉（綠豆淀粉、豌豆淀粉），其中小麥淀粉的黏性最大，豌豆淀粉的黏性最小，此結果與張正茂等[16]的試驗結果一致；對于彈性而言，除綠豆淀粉外，整體呈現出豆類淀粉（豌豆淀粉）＞薯類淀粉（馬鈴薯淀粉、木薯淀粉、紅薯淀粉）＞谷類淀粉（玉米淀粉、小麥淀粉）；對于咀嚼度及凝膠強度而言，呈現豆類淀粉（豌豆淀粉、綠豆淀粉）＞谷類淀粉（玉米淀粉、小麥淀粉）＞薯類淀粉（馬鈴薯淀粉、紅薯淀粉、木薯淀粉），豌豆淀粉的凝膠強度最大，為1 409.3 g，其形成的凝膠產品更穩定，而木薯淀粉的凝膠強度最小，為44.7 g。

2.5 模糊數學感官得分結果分析

2.5.1 建立模糊矩陣

參照喬學彬等[20]的模糊數學法對不同淀粉所制成的涼粉進行感官評定。進行感官評定時，應將樣品的順序打亂，確保樣品的隨機性，感官模糊評價試驗統計結果見表5。

表4 涼粉的凝膠特性Table 4 The gel characteristics of bean jellies 單位：g

表5 感官評價試驗統計表Table 5 Statistical table of sensory evaluation experiments

將對7 組試驗數據分別除以品評總人數10 人，得到7 個模糊評判矩陣，分別對應1～7 號試驗，各個試驗組模糊評判矩陣如下所示。

2.5.2 計算綜合隸屬度

利用矩陣乘法來計算各個淀粉凝膠產品的綜合隸屬度，計算公式為：Yj=A·Rj（A代表權重集，Rj代表7 種淀粉模糊矩陣）。小麥淀粉的綜合評價結果為：

應用以上方法計算其他的綜合隸屬度Yj，結果見表6。

表6 試驗的綜合隸屬度Table 6 Comprehensive membership of the tests

2.5.3 感官評價試驗結果

將評價標準中的優、良、中、差、極差分別以9、7、5、3、1 進行賦值，賦值的計算公式為B表示Y集合中具體等級指標的賦值分數，具體計算結果如下所示。

根據各種淀粉凝膠制品的模糊感官評定結果可以得出，各種淀粉的感官得分由高到低順序為：豆類淀粉（豌豆淀粉、綠豆淀粉）＞谷類淀粉（玉米淀粉、小麥淀粉）＞薯類淀粉（馬鈴薯淀粉、紅薯淀粉、木薯淀粉），其中豆類淀粉凝膠制品的感官得分整體集中于7～9 分，且更加偏向于8 分，說明兩種豆類淀粉凝膠產品的品質較好，色澤剔透、質地緊密，彈性好，咸淡適中，更為消費者所喜愛；谷類淀粉凝膠制品的感官得分集中于7～8 分，且更加偏向于7 分，該類淀粉凝膠制品品質相對較好，易被消費者所接受；而薯類淀粉制品的感官得分主要集中于6～8 分，除馬鈴薯淀粉凝膠制品的感官得分相對較高，紅薯和木薯淀粉的感官得分較低，不適宜生產涼粉類產品。該感官指標與以上理化指標變化趨勢接近，可用理化指標來解釋不同淀粉凝膠制品的感官品質差異。

3 結論

試驗將7 種常用淀粉的糊化特性、凝膠特性及感官品質進行了對比研究，結果發現：豆類淀粉的直鏈淀粉含量最多，更易增強淀粉的凝膠強度，薯類淀粉的直鏈淀粉含量最低；谷類淀粉的糊化溫度相對較高，穩定性最好，薯類淀粉糊化溫度最低；馬鈴薯淀粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度及回生值最大，豌豆淀粉的峰值黏度最小，玉米淀粉的回生值最小；豆類淀粉的硬度、彈性、咀嚼性及凝膠強度最大，黏性最小；薯類淀粉的黏性最大，硬度、彈性、咀嚼性及凝膠強度最小；豆類淀粉的感官得分最高，薯類淀粉的感官得分最低，其中豌豆淀粉的感官得分最高，為8.14 分（滿分9 分），該產品色澤剔透、質地緊密，彈性好，咸淡適中，更易被消費者所青睞。試驗結果表明，豆類淀粉中的豌豆淀粉的糊化凝膠特性及感官指標相對較好，可大力開發凝膠產品。