普鲁兰多糖对绿豆淀粉功能特性的影响

房岩强 宋晓庆 董海洲

(山东农业大学食品科学与工程学院,泰安 271018)

普鲁兰多糖对绿豆淀粉功能特性的影响

房岩强 宋晓庆 董海洲

(山东农业大学食品科学与工程学院,泰安 271018)

以资源丰富的绿豆淀粉为基材,按照不同比例与普鲁兰多糖共混,对混合物的功能特性进行了研究。结果表明:普鲁兰多糖可以降低绿豆淀粉的峰黏度、谷黏度、终黏度、稀懈值和回凝值,并且在一定范围内,这种变化随着普鲁兰多糖质量分数的增加而增大。另外,普鲁兰多糖的添加提高了绿豆淀粉的糊化温度,使其糊化受到抑制作用,且当普鲁兰多糖与绿豆淀粉的质量比达到 2∶5时,这种抑制作用开始达到极显著水平。少量添加普鲁兰多糖后,绿豆淀粉老化的焓变值大大降低,但当普鲁兰多糖与绿豆淀粉的比例大于 1∶6时这种抑制作用变缓。普鲁兰多糖可以增强绿豆淀粉的硬度、黏着性、弹性和胶凝性,而逐渐减小其黏聚性。

绿豆淀粉 普鲁兰多糖 功能特性 影响

淀粉品质在一定程度上决定着食品的品质,其研究对食品业具有重要意义,而功能特性(包括糊化性质、热力学性质、质构特性)是影响淀粉品质的主要因素[1]。由于功能特性良好的淀粉较少,自 20世纪 80年代以来,对淀粉功能特性的研究和改良就成为世界各国食品加工业的研究热点[2]。淀粉的改性主要集中在接枝、与其他天然或合成高分子共混以及用无机或有机纳米粒子复合制备完全生物可降解材料、超吸水材料、血液相容性材料等[3]。多糖通过与淀粉亲水胶体相互作用可以影响淀粉的糊化作用、老化作用以及淀粉类食品的质构[4-6],同时又具有安全、生物相容性和生物可降解性等优点,因此,受到人们的广泛关注。早在 20世纪 80年代末日本就用微细纤维与壳聚糖共混物制备出高强度的透明薄膜,此膜埋在土壤中两个月后完全降解[7]。但是,有关普鲁兰多糖对淀粉功能特性影响方面的研究还未见报道。

普鲁兰多糖(Pullulan)亦译为茁霉多糖、出芽短梗霉多糖、普聚多糖或普鲁兰糖,是出芽短梗霉产生的胞外多糖,由麦芽糖以α-1,6-糖苷键结合构成。普鲁兰多糖不仅具有易溶于水、黏度较低、不凝胶化、不老化等优点,而且可塑性强、成膜性好、无毒副作用,是一种很有前途的生产用多糖。有研究报道,在食品加工过程中添加少量普鲁兰多糖可显著改善食品质量[8-9]。

绿豆,别名植豆、青小豆、吉豆,为豆科一年生草本植物的种子。我国绿豆资源丰富,全国大部分地区均生产。本试验以绿豆淀粉为基材,按照不同比例与普鲁兰多糖共混,对混合物功能特性进行了研究,为其广泛应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器

绿豆淀粉:天津顶峰淀粉开发有限公司;普鲁兰多糖:山东三清生物制品有限公司。

HH-4数显恒温水浴锅:江苏常州国华电器有限公司;CPA225D Sartorius精密天平:上海纳锘仪器有限公司;AY-220精密天平:日本 SH I MADZU岛津公司;Super 3快速黏度分析仪:澳大利亚 NewPort scientific仪器公司;TA-XT2i-物性测试仪:英国StableMicro Systems公司;200PC示差扫描量热仪:德国耐驰公司。

1.2 试验方法

将普鲁兰多糖在研钵中充分研磨,过 100目筛。然后按表 1中的具体质量配比关系分别与适量的绿豆淀粉充分混合,因为普鲁兰多糖价格昂贵,考虑到工业成本,其比例控制在 50%。制备试验样品,储存,备用。

表 1 普鲁兰多糖 -绿豆淀粉配比表

1.2.1 糊化特性测定

参照AACC76-21标准方法 2,使用快速黏度分析仪(Rapid Visosity Analyser,RVA)测定样品的糊化性质。分别称取 3.0 g已备好的试验样品,分别与25.0 g蒸馏水混合于RVA样品钵中,搅拌均匀,上机测试。测试过程:50℃维持 1 min,于 7.5 min内升温至 95℃,在 95℃下保持 5 min,然后在 8.5 min内冷却到 50℃,在 50℃下保持 3 min,每个样品测定23 min。样品放入黏度计后的前 10 s内以 960 r/min的速度搅拌,以后的整个过程中搅拌速度为 160 r/min。RVA参数峰黏度、谷黏度、稀懈值、终黏度、回凝值、糊化温度使用 Thermocline软件分析。

1.2.2 热力学特性测定

采用差示扫描量热仪 (DSC)测定,使用仪器自带的分析软件从DSC曲线上得出样品糊化起始温度T0,糊化峰值温度 TP,糊化吸热焓ΔH1,因此可以很好的估测淀粉的糊化程度[10-11]。分别称取 (2.5± 0.05)mg已备好的试验样品置于铝皿中,各加入 7.5 μL蒸馏水,密封,压实。于室温 (约 15℃)平衡 3 h后进行DSC测试。测试参数:初始温度 30℃,终止温度 110℃,升温速率 10℃/min,样品室 N2流量为30 mL/min,以标准铟为校准物,空铝盒为参比。用T0表示糊化起始温度,TP表示糊化峰值温度,ΔH1表示糊化吸热焓。

1.2.3 老化特性测定

在 10 mL的试管中按质量分数 20%分别配制表 1样品的淀粉乳,于沸水中加热搅拌 20 min,使其完全糊化,冷却至室温加盖密封,防止水分蒸发,并在 4℃环境下放置 5 d后用DSC进行测试。测试方法:用样品铝盒分别称取(4.0±0.05)mg已备好的试验样品,以空盒作参比,从 30℃加热扫描至 110℃,扫描速率为 10℃/min,样品室N2流量为 30 mL/min。用ΔH表示老化放热焓。

1.2.4 质构特性测定

按质量分数 6%分别配制试验样品淀粉乳,于沸水中加热搅拌 20 min后马上转移到铝盘 (直径 4.0 cm,深1.5 cm)中,冷却至室温加盖密封,防止水分蒸发,并在4℃环境下放置24 h后用 TA-XT2i物性测试仪进行测试,每个样品重复测定 3次。测试条件:测定模式和选项为 TPA(texture profile analysis),测定前速度 2.0 mm/s,测定时速度 1.0 mm/s,测定后速度 1.0 mm/s,测定距离 5.0 mm,探头 2次测定间隔时间 5.00 s,触发类型自动,触发力 10.0 g,探头类型 P5,数据提取速率 200.00 pps。

质构仪测定的典型曲线如图1所示,由图1中可以得到 5个参数值:硬度 (hardness)、黏着性 (cohe2 siveness)、黏聚性 (adhesiveness)、弹性 (springiness)、胶凝性(gumminess)。

图1 典型 TPA测定曲线

1.2.5 统计分析

数据的统计分析采用DPSv7.05软件。

2 结果与分析

2.1 糊化特性测定

从表 2中可以看出:普鲁兰多糖可以降低淀粉的峰黏度、谷黏度、终黏度、稀懈值和回凝值,并且在一定范围内,这种变化随着普鲁兰多糖质量分数的增加而增大。同时,普鲁兰多糖的添加提高了淀粉的糊化温度。

黏度是聚合物在溶剂中的分子线团尺寸的间接度量,与被测聚合物的浓度无关[12]。淀粉黏度随糖含量的增大而减小,反映了淀粉的分子尺寸随糖含量的增加而减小。聚合物在稀溶液中的尺寸是由聚合物分子自身链段间的相互作用和聚合物分子与溶剂分子的相互作用共同决定的。聚合物分子链段间的自身相互作用导致聚合物分子链收缩,而聚合物分子与溶剂分子的相互作用则导致聚合物分子尺寸扩张[13]。随着普鲁兰多糖质量分数的增加,糖分子与水分子的结合使得淀粉和水分子的相互作用逐渐减弱,也使得绿豆淀粉分子间的相互作用逐渐加强,因此,绿豆淀粉分子尺寸随普鲁兰多糖质量分数增加而大大收缩,峰黏度、谷黏度、终黏度大幅度降低。

稀懈值是由已糊化的淀粉颗粒结构的瓦解所引起,反映淀粉在加热搅拌过程中抵抗机械剪切的能力,是淀粉在加热过程中颗粒结构瓦解难易程度的量度[14],稀懈值越大,表明淀粉抵抗机械剪切的能力越大,淀粉颗粒越容易发生破裂。一般膨胀能力大的淀粉,其颗粒内部分子间结合力较弱,普鲁兰多糖的加入,增强了绿豆淀粉分子间结合力,从而使其稀懈值变小,也使得绿豆淀粉在加热过程中维持完整性的能力增强,从而使淀粉颗粒凝胶强度变大、弹性增强。

由表 2可知,随着普鲁兰多糖质量分数的增大,绿豆淀粉的回凝值逐渐减小。樊明涛等[15]认为,回凝值可反映淀粉的老化性质,回凝值大,则淀粉糊易于老化。根据上述理论,普鲁兰多糖的添加可抑制绿豆淀粉的老化。另外,由于普鲁兰多糖与水相互作用,降低了水的自由度,从而提高了绿豆淀粉的糊化温度。

2.2 热力学特性测定

图 2和表 3表明:随着普鲁兰多糖的添加,绿豆淀粉糊化的焓变值 (ΔH1)逐渐减少,糊化温度逐渐升高。这与糊化特性测定的结果一致。通过 duncan新复极差法检验,结果显示2号样品与1号样品在吸热焓方面差异显著(P=0.038<0.05),3、4、5号与 1号的差异达到极显著水平,P分别为 0.008,0.001, 0.006(P<0.01),而 2、3、4、5号之间差异不显著(P>0.05)。普鲁兰多糖的加入,使得水分子的自由度大大降低,水分子对绿豆淀粉颗粒的渗透以及对绿豆淀粉分子氢键的攻击受到抑制,从而使其糊化受到抑制,因此推迟了糊化时间,减小了焓变值,升高了糊化温度。但是当普鲁兰多糖的质量分数达到一定值后,糖分子与水分子的结合能力不再明显高于淀粉分子与水分子的结合能力,则糖分子对水分子自由度的影响趋于平缓,因此绿豆淀粉的焓变值不再明显减小。

表 3 普鲁兰多糖对绿豆淀粉热力学性质的影响

2.3 老化特性测定

淀粉糊化后,直链淀粉的螺旋结构展开,当温度下降到适当的条件,直链淀粉能通过氢键连接到一起,发生老化。一般说来,直链淀粉含量愈高,老化愈快。绿豆淀粉因直链淀粉含量高,易于老化,这种特性使它的应用受到某些限制。由图 3和图 4知,普鲁兰多糖可以很好的抑制绿豆淀粉的老化,少量添加即可使绿豆淀粉老化的焓变值显著减小,这是由于普鲁兰多糖分子的存在抑制了绿豆淀粉分子间氢键的形成,从而使其老化受到抑制。这与回凝值的研究结果一致,也证实了樊明涛等[15]回凝值可反映淀粉老化性质的结论。但当普鲁兰多糖与绿豆淀粉的比例大于 1∶6(2号)时这种抑制作用变缓。

图 3 普鲁兰多糖对绿豆淀粉老化特性影响曲线

图 4 普鲁兰多糖对绿豆淀粉老化放热焓的影响

2.4 质构特性测定

由表 4知,绿豆淀粉的硬度、黏着性、弹性和胶凝性在添加普鲁兰多糖后不同程度的得到增大,而黏聚性逐渐减小。表 4数据通过 duncan新复极差法检验,结果显示2号样品与1号样品在硬度、黏着性、黏聚性、弹性、胶凝性 5个方面的差异均不显著(P> 0.05),各样品在黏聚性、弹性方面的差异都达不到显著水平 (P>0.05),而 3、4、5号样品与 1号相比,在硬度、黏着性、胶凝性的差异达到显著 (P<0.05)或极显著水平 (P<0.01),但彼此之间差异不显著。普鲁兰多糖的添加,降低了水的自由度,增强了绿豆淀粉分子间的作用力,从而使得淀粉凝胶硬度、弹性得到增强,这也与稀懈值的分析结果一致。硬度值与蛋糕等面制品的品质成负相关,即硬度数值越大,蛋糕吃起来就越硬,越缺乏绵软爽口的感觉;弹性与蛋糕品质成正相关,其值越大,蛋糕吃起来越柔软爽口不粘牙[16]。普鲁兰多糖既可以提高绿豆淀粉的硬度又可以提高其弹性。因此,生产中应用普鲁兰多糖时,应酌量添加。

表 4 普鲁兰多糖对绿豆淀粉质构特性的影响

3 结论

3.1 普鲁兰多糖可以降低绿豆淀粉的峰黏度、谷黏度、终黏度、稀懈值和回凝值,并且一定范围内,这种变化随着普鲁兰多糖质量分数的增加而增大,另外,普鲁兰多糖的添加提高了绿豆淀粉的糊化温度。

3.2 普鲁兰多糖与绿豆淀粉胶体相互作用,使其糊化受到明显地抑制作用,当普鲁兰多糖与绿豆淀粉的比例达到 2∶5时,这种抑制作用开始达到极显著水平。

3.3 少量添加普鲁兰多糖后,绿豆淀粉老化的焓变值大大降低,但当普鲁兰多糖与绿豆淀粉的比例大于 1∶6时这种抑制作用变缓。

3.4 普鲁兰多糖可以增强绿豆淀粉的硬度、黏着性、弹性和胶凝性,而逐渐减小其黏聚性。因此,生产中应用普鲁兰多糖时,应酌量添加。

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Effect of Pullulan onMungBean Starch Property

Fang Yanqiang Song Xiaoqing Dong Haizhou
(College of Food and Engineering,ShandongAgriculturalUniversity,Taian 271018)

The functional propert of mung bean starch and pullulan with different proportion were studied.Re2 sults:Pullulan can reduce the peak visosity,trough viscosity,final viscosity,breakdown and setback of mung bean starch,and in certain scope,these changes increase along with the increase of pullulan concentration.Moreover, pullulanπs addition enhances the pasting temperature of mung bean starch,and inhibits the pasting of mung bean starch,and the inhibition becomes extremelyremarkable when the proportion of pullulan to mung bean starch achieves 2∶5.A smalldose of pullulan addition reduces greatly the enthalpy value ofmung bean starchπs staling,and the inhibi2 tion turns to diminishing when the proportion of pullulan tomung bean starch is over 1∶6.Pullulan can enhance the hardness,cohesiveness,springiness and gumminess ofmung bean starch,but decreases its adhesiveness gradually.

mung bean starch,pullulan,functionality property,effect

S512;TQ317.3 文献标识码:A 文章编号:1003-0174(2010)03-0040-05

863计划(2007AA100407)

2008-04-11

房岩强,男,1987年出生,本科,食品科学与工程

董海洲,男,1957年出生,教授,博士生导师,食品工程