芡實淀粉理化性質的研究

王 晶, 張 然, 王立梅, 焦素娟, 齊 斌＊

(1.吉林農業大學食品科學與工程學院,吉林長春 130118;2.常熟理工學院生物與食品工程學院,江蘇 常熟 215500)

芡實淀粉理化性質的研究

王 晶1, 張 然2, 王立梅2, 焦素娟2, 齊 斌＊2

(1.吉林農業大學食品科學與工程學院,吉林長春 130118;2.常熟理工學院生物與食品工程學院,江蘇 常熟 215500)

淀粉是芡實中含量最高的組分,其結構和性質對芡實的加工和應用至關重要。研究了芡實淀粉的表面結構,凍融穩定性,溶解度,膨脹度,透明度,直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量,以及淀粉糊特征曲線等理化性質并與馬鈴薯和玉米淀粉進行比較。結果表明,與馬鈴薯和玉米淀粉相比,芡實淀粉的溶解度,膨脹度,透明度以及峰值粘度的值較低,糊化溫度的值和直鏈淀粉的含量較高,凍融穩定性與玉米淀粉相近。

芡實;淀粉;理化性質

芡實是睡蓮科芡屬植物芡的成熟果仁。別名為:雞頭米,雞頭苞,雞頭蓮,刺蓮藕。原產于東南亞,我國自古就有栽培,分布于湖泊,塘灘地,分南欠和北欠兩種。北欠產于山東北、皖北等北方地區,南欠產于湖南、蘇南、皖南等南方地區[1]。芡實種子內的種仁供食用,其中含有豐富的淀粉、脂肪、鈣、磷、鐵、硫胺素、核黃素、尼克酸、抗壞血酸和微量胡蘿卜素[2]。有文獻報道,芡實中可以分離得到生育酚、氨基酸、葡糖基甾醇類化合物以及腦苷脂類等化合物[3]。芡實不僅營養豐富,還有補中益氣,養血安神,治療腹瀉等食療功效[4]。近年來,科研工作者著重研究了芡實的育種和栽培技術,芡實的化學成分,蛋白質的氨基酸組成,以及芡實的藥學價值和食用方法。對芡實淀粉的研究比較少,為此,作者對芡實淀粉的常規的理化性質進行了研究,并與玉米和馬鈴薯淀粉的性質進行了比較,試圖為芡實產品的開發和芡實淀粉的廣泛應用提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

芡實購于蘇州創德興芡實實業有限公司;馬鈴薯淀粉和玉米淀粉購于超市;氫氧化鈉,亞硫酸氫鈉,乙醚,鹽酸,硼酸,碘化鉀,碘,標準直鏈淀粉和支鏈淀粉,均為國產分析純。實驗用水為雙蒸水。

1.2 儀器與設備

紫外可見分光光度計:UV-2450,島津公司產品;CR22GⅡ高速冷凍離心機:日立 Ko Ki有限公司產品;冷凍干燥機:德國Christ公司產品;旋轉流變儀:MCR 301,奧地利Anton paar公司產品;掃描電子顯微鏡:S-3000N,日立公司產品。

1.3 方法

1.3.1 芡實淀粉的提取 將芡實洗凈,置于質量分數為0.05%的Na2SO3的溶液中浸泡,1 h后水洗至中性。得到的芡實經打漿機打碎后,過200目篩,收集到的濾液以3 000 r/min的轉速離心15 min,棄去上清液。將下層沉淀浸泡于質量分數0.02%NaOH溶液中,攪拌成均勻的懸浮液后,在4℃的冰箱中放置1 h,然后將懸浮液以3 000 r/min的轉速離心15 min,棄上清液,將得到的濕淀粉冷凍干燥,即得實驗所用的芡實淀粉[5-7]。

1.3.2 淀粉的表面結構 用日立S-3000N掃描電子顯微鏡觀察芡實淀粉的表面結構,并拍照。

1.3.3 芡實淀粉化學組分的測定 水分含量的測定:直接干燥法,按照 GB/T 5009.3—2003執行;粗蛋白質含量測定:半微量凱氏定氮法,按照 GB/T 5009.5—2010執行;脂肪含量的測定:索式抽提法,按照 GB/T14772—2008執行;灰分含量的測定按照 GB/T 5009.4—2010執行;淀粉含量的測定:酸水解法,按照 GB/T 5009.9—2008執行。

1.3.4 芡實淀粉直連淀粉含量的測定 直鏈淀粉的測定方法采用GB/T 15683—2008大米中直鏈淀粉含量的測定方法執行。

1.3.5 溶解度和膨脹度的測定 將淀粉樣品配成2 g/dL 的淀粉乳。在不同溫度(55、65、75、85、95℃)的水浴中加熱攪拌30 min,防止淀粉沉淀。在3 000 r/min下離心 30 min,取上清液在蒸氣浴上蒸干,于105 ℃烘至恒重,稱重,按下式計算[7-9]。

(S為溶解度;A為上清液蒸干恒重后的質量;W為淀粉的質量;B為淀粉的膨脹度;P為離心后淀粉糊的質量。)

1.3.6 淀粉的透明度 稱取一定量的芡實淀粉,馬鈴薯淀粉和玉米淀粉,分別加適量的水調成質量分數為1%的淀粉乳,在沸水浴中加熱、攪拌 30 m in,并保持淀粉乳原有體積。然后冷卻到室溫,在620 nm波長下,以蒸餾水為空白對照,測淀粉糊的透光率。試驗重復3次,取平均值[8-11]。

1.3.7 淀粉糊的凍融穩定性 將玉米淀粉,馬鈴薯淀粉,芡實淀粉分別配成質量分數8%的淀粉乳,在沸水浴中加熱使其完全糊化。并保持淀粉糊的濃度不變。然后冷卻至室溫,在-20℃的冰箱中,冷卻成膠凍。24 h后取出,置于室溫解凍。5個循環后,以3 000 r/min離心20 min,棄去上清液,稱沉淀物的質量,計算吸水率[10-12]。

1.3.8 淀粉的粘度曲線的測定 配置質量濃度為6 g/dL的淀粉乳,攪拌均勻后,放于流變儀淀粉測試裝置的容器中,從50℃開始升溫,以0.1℃/S的速率加熱至95℃,保溫5 min,再以0.1℃/S的速率冷卻至50℃。在此溫度下保溫2 min。用流變儀分析軟件可得隨溫度和時間變化的連續粘度曲線[8,13]。

2 結果與討論

2.1 芡實淀粉顆粒的形態

芡實淀粉顆粒的電鏡掃描結果如圖1所示。圖1顯示,芡實淀粉顆粒的形狀不規則,絕大多數為多角形;芡實淀粉顆粒大小均勻,且淀粉顆粒完整,表面光滑,沒有裂縫。

2.2 芡實淀粉化學組分的分析

經測定,制備的芡實淀粉中蛋白質質量分數為0.04%,淀粉質量分數高達84.6%。各項指標均達到淀粉分析測試要求。

2.3 3種淀粉中直鏈淀粉質量分數的比較

圖1 芡實淀粉顆粒的掃描電鏡照片Fig.1 Scanning electron micrographs of Gordon euryale starch

由表1可知,3種淀粉中直鏈淀粉質量分數的關系為:芡實淀粉>玉米淀粉>馬鈴薯淀粉。其中,芡實淀粉中直鏈淀粉質量分數約是馬鈴薯的2倍。

表1 3種淀粉中直鏈和支鏈淀粉質量分數Tab.1 Amylose and amylopectin contents of three starches

2.4 芡實淀粉的溶解度和膨脹度

淀粉的溶解度和膨脹度隨著溫度升高而增大,這主要由于淀粉顆粒受熱糊化時,淀粉粒吸收的能量可以破壞淀粉分子間形成的氫鍵,導致淀粉分子間的作用力減弱,水分子進入淀粉顆粒的非結晶區,與非結晶區的一些游離的親水基團作用,使淀粉顆粒吸水膨脹。同時,未結晶部分的直鏈淀粉受熱逐漸溶于水,從而使淀粉的溶解度隨著溫度的上升而增加[8]。結果如圖2所示,在75℃以下芡實淀粉的溶解度和膨脹度隨溫度的升高緩慢增大,兩者的值均低于4%。繼續升溫,淀粉的溶解度和膨脹度迅速增大。這就證明,芡實淀粉溶液在75℃開始進入糊化階段。由表2可知,在95℃時,芡實淀粉的溶解度和膨脹度低于玉米和馬鈴薯淀粉,這主要是由于芡實淀粉顆粒與玉米淀粉和馬鈴薯淀粉相比,有比較緊密的內部結構。

2.5 芡實淀粉的透明度

3種淀粉透明度的大小為馬鈴薯淀粉69.18%>玉米淀粉51.25%>芡實淀粉33.88%。直鏈淀粉含量是影響3種淀粉透明度的最主要原因之一,直鏈淀粉含量越高的淀粉透明度越低[12]。這與本實驗在2.3中所得的3種淀粉的直鏈淀粉含量的大小關系相符。除直鏈淀粉含量的影響外,淀粉顆粒的磷含量和粒度的大小也會對淀粉的透明度有一定的影響,這也可能是3種淀粉的透明度存在差異的原因[12]。

圖2 溫度對芡實淀粉的溶解度和膨脹度的影響Fig.2 Effect of temperature on swelling and solubility of Gordon euryale starch

表2 在95℃下3種淀粉的溶解度和膨脹度Tab.2 Swelling and solubility value of three starchesat 95 ℃

2.6 芡實淀粉的凍融穩定性

淀粉凝膠經冷凍與融化處理后,它的膠體結構遭到破壞,游離的水從中析出[8]。芡實淀粉的吸水率的值與玉米淀粉相近,約是馬鈴薯淀粉的2倍。淀粉的吸水率越低,凍融穩定性越好。因此,芡實淀粉糊的凍融穩定性遠不及馬鈴薯淀粉。淀粉糊凍融穩定性與淀粉顆粒的溶脹度,淀粉分子的結構密切相關。由2.4的結論可知,與玉米和馬鈴薯淀粉性比,較低的溶脹度和緊密的顆粒結構可能是造成芡實淀粉凍融穩定性差的原因之一。

2.7 芡實淀粉粘度特征

由表3可知,淀粉的出峰時間越長,淀粉糊化的溫度越高。3種淀粉的糊化溫度大小為芡實淀粉>玉米淀粉>馬鈴薯淀粉。這主要是因為不同種類的淀粉,淀粉分子間結合力不同。小顆粒淀粉內部結合較緊密,破壞分子微晶束需要的外能大,糊化溫度比大顆粒的淀粉高。表3中還可以看出,3種淀粉最大粘度的關系為馬鈴薯淀粉>玉米淀粉>芡實淀粉,峰值粘度是由于淀粉顆粒吸水膨脹后糊液粘度增加所至,因此淀粉的峰值粘度可以反映其膨脹能力。由此結果又可進一步的證實,考察的3種淀粉中,芡實淀粉的膨脹能力最差。

表3 各種淀粉的糊化特征參數Tab.3 The pasting characteristic parameter of different starches

3 結 語

1)制備的芡實淀粉顆粒形狀不規則,大多數為多角形。經化學組分分析,符合國家二級工業淀粉的質量標準,可用于淀粉理化性質的檢測與分析。芡實淀粉中直鏈淀粉的含量約是馬鈴薯的2倍。

2)芡實淀粉的溶解度和膨脹度隨溫度的升高而增大,且在相同的溫度下,其值低于馬鈴薯和玉米淀粉。芡實淀粉的透明度的值比馬鈴薯和玉米淀粉低,凍融穩定性與玉米淀粉相近。

3)與玉米和馬鈴薯淀粉相比,芡實淀粉的峰值粘度最低,糊化溫度最高,這進一步說明芡實淀粉的分子間的結合力大,排列緊密。

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Study on Physico-Chemical Properties of Euryale ferox Starch

WANG Jing1, ZHANG Ran2, WANG Li-Mei2, JIAO Su-juan2, QI Bin＊2
(1.School of Food Science and Engineering,Jilin Agriculture University,Changchun 130118,China;2.School of Biotechnology and Food Engineering,Changshu Institute of Technology,Changshu 215500,China)

Starch is the highest content ofEuryale ferox,its structure and characteristic are critical index for application.Some physical and chemical properties ofEuryale feroxstarch with potato starch and cornstarch were compared in this study,including surface structure,freezethaw stability,solubility,swelling power,transparency, amyloes and amylopectin content and viscosity characteristic curve.The results indicated that the value of solubility,swelling power,transparency and peak viscosity is lower than that of potato or corn starch,but the pasting temperature value and the content of amylase are superior to those of potato starch o r maize starch,the freeze-thaw stability is close to corn starch.

Euryale ferox,starch,physical and chemical properties

TS 231

A

1673-1689(2011)04-0561-04

2010-09-14

蘇州市科學技術局資助項目(KY2009051和SN201035)。

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齊斌(1965-),男,吉林白城人,工學博士,教授,主要從事糧食、油脂與植物蛋白工程研究。Email:qibin65@126.com