小红豆淀粉的性质研究

徐向东 黄立新 宁玄鹤 陈 中

(华南理工大学轻工与食品学院,广州 510640)

小红豆淀粉的性质研究

徐向东 黄立新 宁玄鹤 陈 中

(华南理工大学轻工与食品学院,广州 510640)

研究测定了小红豆淀粉颗粒、糊及其凝胶等特性,发现其淀粉颗粒多呈椭圆形或卵形,偏光十字清晰,多呈“X”形;颗粒粒径范围为 13～80μm,平均粒径 34.8μm;X-光衍射图谱显示其结晶构型为 C型,结晶度为 50.9%。淀粉碘复合物可见光吸收光谱最大吸收波长为 606 nm,相对直链淀粉含量 36.5%,直链淀粉的链状葡聚糖结构比高直链玉米淀粉的要长。淀粉糊属于假塑性流体,抗剪切能力较差。淀粉糊 10 h后基本完成凝沉,沉降积为 53.1 mL,透明度比玉米淀粉高。小红豆淀粉糊的冷、热糊黏度稳定性较好。淀粉凝胶的硬度、内聚性、胶黏性和耐咀性在静置 24 h后均增强,弹性减弱。

小红豆 淀粉 性质

赤豆(Vigna angularis(Willd.)Ohwi etOhashi),又称小豆、红豆、红小豆、小红豆,属豆科豇豆属,一年生草本植物[1]。在我国南北均有种植,以华北和黄河中下游地区种植面积最大。赤豆种子中含有丰富的营养物质,其中含淀粉在 41.83%～59.89%之间(平均为 53.14%),含蛋白质在 16.33%～29.2%之间(平均为 22.72%),还含有一定量的钙、磷、铁元素及硫胺素等B族维生素[2]。

赤豆除了直接食用外,主要用于加工豆沙或豆馅,为其他风味食品提供辅料。淀粉是赤豆的主要成分,其理化特性对赤豆产品的开发及质量影响很大,但是有关赤豆淀粉的研究报道还较少。小红豆作为一种特殊的赤豆,其淀粉性质的研究目前还未见报道。本试验研究了小红豆淀粉的各种理化性质,为其应用与开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料

小红豆:市购,用水磨法制备淀粉。淀粉样品含水分 11.17%,蛋白质 0.18%,灰分、脂肪小于0.10%,淀粉样品纯度高。糯玉米淀粉:天津顶峰淀粉开发有限公司;高直链玉米淀粉:美国国民淀粉公司。

1.1.2 仪器

OLY MPUS-BH2型多功能光学显微镜:日本O2 LY MPUS公司;LEO1 530VP型扫描电子显微镜:德国LEO公司;MastersizerMS-2 000型衍射散射式激光测粒仪:英国MALVERN公司;D/max-ⅢA型 X射线衍射仪:日本 Rigaku公司;TDL-40B型离心机:上海市安亭科学仪器厂;NDJ-4型旋转式黏度计:上海恒平科学仪器有限公司;UV-2 102PC型紫外可见分光光度计:上海 Unico公司;Spectrumlab 22PC型分光光度计:上海棱光技术有限公司;Viscograph-E型 Brabender连续黏度仪:德国 Brabender公司; TA·XT2i/5型质构仪:英国 S MS公司。

1.2 方法

1.2.1 淀粉颗粒形貌、大小和粒度[3-4]

用多功能光学显微镜观察拍摄淀粉颗粒的形貌和偏光十字;用扫描电子显微镜拍摄观察淀粉颗粒的显微形貌;借助衍射散射式激光测粒仪测定淀粉颗粒的粒度大小,蒸馏水为分散剂,颗粒折射率为1.53。

1.2.2 淀粉颗粒的结晶结构[5-6]

利用 X射线衍射仪测定淀粉颗粒的结晶结构, 2θ的扫描范围:3～60°;步长:0.02°;扫描速度: 8°/min;靶型:Cu;管压管流:40 kV,30 mA。

1.2.3 淀粉溶解度和膨润力的测定[7-8]

分别于 60、70、80、85、95℃等不同的温度水浴加热并搅拌质量分数为 1.0%的淀粉乳 30 min,再以 3000 r/min的速率离心 20 min,分离上层清液,烘干称重为水溶淀粉量,计算溶解度;下层为膨胀淀粉部分,由膨胀淀粉重量计算膨润力,计算公式如下:

溶解度 =水溶淀粉质量/绝干淀粉质量 ×100%

膨润力 =膨胀淀粉质量/绝干淀粉质量 ×(1-溶解度)

1.2.4 淀粉 -碘复合物可见光吸收光谱[9]

用紫外可见分光光度计选取 420～800 nm波段扫描淀粉 -碘复合物的可见光吸收光谱。

1.2.5 直链淀粉含量的测定[9]

将已知直链淀粉含量的糯玉米淀粉和高直链玉米淀粉按不同比例配制成不同梯度直链淀粉含量的标准淀粉样,用一定量的 90%DMSO溶液溶解,然后配制淀粉 -碘复合物,用分光光度计测定其在 605 nm波长处吸光度,得到直链淀粉含量与吸光度的标准曲线及拟合方程,将小红豆淀粉 -碘复合物在 605 nm波长处吸光度带入拟合方程,即可算出小红豆淀粉的直链淀粉含量。

1.2.6 淀粉糊的抗剪切能力

配制质量分数为 4.0%的淀粉乳,于沸水浴中加热搅拌 20 min,冷却至室温,用食品搅拌器以 1 200 r/min的转速分别剪切 5、10、20、35、50 s,用旋转黏度计测定样品的表观黏度。

1.2.7 淀粉糊的凝沉性质、冻融性质及透明度[4-5]

配制一定质量分数的淀粉乳,于沸水浴中加热搅拌 20 min,冷却至室温即可制得相应质量分数的淀粉糊。

取 100 mL质量分数为 1.0%的淀粉糊放于100 mL、Φ20 mm量筒于室温静置,记录不同时间淀粉糊体系上清液的体积,绘制淀粉糊的凝沉曲线。24 h后淀粉糊所下沉的体积为沉降积。

将质量分数为 6.0%的淀粉糊放入 -15℃的冰箱中 18 h后,取出放于室温 6 h,让其自然解冻,观察凝胶情况。如此反复多次,直至凝胶析出水或分层,记录冻融次数。

将质量分数为 1.0%的淀粉糊在 620 nm波长处比色,测定淀粉糊的透光率。

1.2.8 淀粉糊的黏度曲线[10]

称取适量淀粉,加入蒸馏水及其他试剂配制成实验需要的淀粉乳 460 g,混合均匀后置于黏度仪的测量杯中,从 30℃开始升温,升温速率为 1.5℃/min,升温到 95℃后保温 30 min,以 1.5℃/min的速率冷却到50℃,保温 30 min,得到一条黏度随时间和温度连续变化的黏度曲线。

1.2.9 淀粉凝胶的质构仪分析[11]

用质构仪对质量分数为 6.0%的小红豆淀粉凝胶进行 TPA模量测试,分析其质构性质。测定条件:测定模型和选项:TPA;探头 P4;测定前、测定时、测定后探头速度均为 1.0 mm/s;测定距离:10.0 mm;测定间隔时间:5.00 s;触发力:1.0 g;数据提取速率: 200.00 pps。

2 结果与讨论

2.1 淀粉颗粒形貌、大小和粒度

图 1 小红豆籽粒照片及淀粉颗粒光学显微照片与扫描电镜照片

图1a为小红豆籽粒的照片,小红豆籽粒的百粒重为(7.31±0.10)g。籽粒大小为长:(5.23±0.42)mm;宽: (3.94±0.35)mm;厚:(3.42±0.39)mm。

图 1b、图 1c为光学显微镜拍摄的小红豆淀粉颗粒的照片,可见颗粒大小不一,主要为椭圆形或卵形,长径比 1.5～2.0,卵形颗粒中部有内陷浅槽状轮廓;大部分颗粒轮纹明显,只有一个脐点,脐点呈点状或细小分叉状,部分大颗粒脐点处有辐射状裂缝,可能是由于淀粉颗粒脱水造成的。

淀粉颗粒的偏光十字明亮清晰,交点一般位于颗粒中心,偏光十字的形状没有规则,大多呈“X”形;部分颗粒的偏光十字有小的分叉,可能是颗粒上的裂缝所致。

用扫描电镜可观察到颗粒更细致的表观轮廓形貌,如图 1d所示,淀粉颗粒表面光滑,形状绝大部分为椭圆形或卵形,部分小颗粒为圆形;卵形颗粒表面的中部有一道浅槽,与光学显微照片一致;由于扫描电镜和光学显微镜呈像原理不同,扫描电镜没有显示出光学显微镜显示的轮纹、脐点及细小裂缝等特征。

用激光衍射散射粒度分析仪测定小红豆淀粉颗粒的粒度,发现其粒径范围为 13～80μm,体积平均粒径为 34.8μm,有 80%的颗粒的粒径在 26μm以上,比玉米淀粉颗粒的平均粒径 (15.5μm)[4]大,而比赤小豆淀粉颗粒的 (40.8μm)[3]和马铃薯淀粉颗粒的 (57.5μm)[4]小。

2.2 淀粉颗粒的结晶结构

样品的 X射线衍射图谱如图 2所示,结晶构型为 C型,结晶度为 50.9%,其高级、初级微晶的相对比例分别为 19.3%和 31.6%。与其他淀粉的结晶度相比较,如玉米淀粉 (39.5%)和木薯淀粉(37.2%)[12],小红豆淀粉的结晶度较大,但其高级微晶的含量较小。

图2 小红豆淀粉颗粒的X-光衍射图谱

2.3 淀粉溶解度和膨润力的测定

表 1为质量分数为 1.0%的小红豆淀粉在不同温度下搅拌 30 min后的溶解情况。由表 1可知,淀粉在糊化前 (70℃以下)溶胀程度较小,溶解出来的淀粉数量较少,随着温度的升高,淀粉颗粒溶解度和膨润力增加,直至被破坏。

表1 小红豆淀粉的溶解度和膨润力

2.4 淀粉直链淀粉含量及其碘复合物可见光吸收光谱

图 3为淀粉碘复合物可见光吸收光谱图。以高直链玉米淀粉和糯玉米淀粉作比较,发现小红豆淀粉碘复合物的最大吸收波长为 606 nm,对应的光密度为 0.424,测定得到小红豆淀粉中直链淀粉所占的相对含量为 36.5%。高直链玉米淀粉的最大吸收波长为 591 nm,小红豆淀粉中的直链淀粉有比高直链玉米淀粉更长的链状葡聚糖结构。

图3 淀粉碘复合物的可见光吸收光谱图

2.5 淀粉糊的抗剪切能力

质量分数为 4.0%的小红豆淀粉糊为假塑型流体,图 4为室温(28℃)条件下淀粉糊经搅拌器剪切,表观黏度随剪切时间的变化曲线。由图 4可见,小红豆淀粉糊在剪切力的作用下黏度下降,抗剪切能力较差。

图4 质量分数为4.0%小红豆淀粉糊的抗剪切性质

2.6 淀粉糊的凝沉性、冻融性及透明度

图 5 质量分数为 1.0%小红豆淀粉糊的凝沉性质

质量分数为 1.0%的小红豆淀粉糊在室温(28℃)条件下的凝沉性质如图 5所示。由图 5可知,小红豆淀粉糊在 10 h后上清液体积趋于不变,凝沉基本完成,静置 24 h后测得沉降积为 53.1 mL。实验发现小红豆淀粉糊冻融稳定性差,经过一次冻融后,淀粉糊即变成海绵状,有水析出。质量分数为1.0%的小红豆淀粉糊的透光率为 20.1%,比玉米淀粉糊的透光性[4,13]好。小红豆淀粉颗粒的粒径比较大,更容易与水结合,虽然小红豆淀粉的直链淀粉含量比玉米淀粉的 (19.80%～27.48%)[14]要高一些,但是链状葡聚糖结构要比玉米淀粉的长,太长的淀粉链平行取向困难,反而比较不容易凝沉,分散性较好,透明度较高。

2.7 淀粉糊的黏度曲线

小红豆淀粉乳的测定质量分数分别为 4.0%、6.0%和8.0%,然后在 6.0%原淀粉的基础上分别加入 0.1%NaOH,0.1%柠檬酸,12.0%蔗糖和 3.0%氯化钠,测定淀粉糊的黏度曲线。其起糊温度 GT、峰值黏度 PV、峰值温度 PT、升温到 95℃时的黏度值C、95℃保温 30 min后的黏度值 D、降温到 50℃时的黏度值 E和 50℃保温 30 min后的黏度值 F等特征值,分别列于表 2。

从表 2数据可见,小红豆淀粉有较好的热糊冷糊稳定性,较强的凝胶性。随着淀粉质量分数的增加,起糊温度降低,黏度增加,但峰值黏度均不明显。加碱会使淀粉糊的起糊温度降低,大大增加淀粉糊的峰值黏度,却降低糊的热稳定性。在酸性条件下,淀粉糊的黏度会大幅度降低,热糊稳定性变差,冷糊比较稳定,但冷糊黏度比没有加酸时小很多。添加蔗糖和氯化钠都会使淀粉的起糊温度增大,但加糖使糊黏度增大,而加盐则使得糊的黏度略微下降。

表 2 小红豆淀粉糊黏度曲线的特征值

2.8 质构仪分析

质量分数为 6.0%的小红豆淀粉凝胶冷却到室温(28℃)条件后以及室温下静置 24 h后,测得其TPA曲线如图 6所示。由图 6可见,在小红豆淀粉凝胶体系中,代表脆性的峰没有出现,代表粘性的曲线负面积很小,说明小红豆淀粉凝胶没有脆性,黏性很小。由质构仪的软件包分析曲线可得如表 3所示的数据。淀粉凝胶的硬度、内聚性、胶粘性和耐咀性,在静置 24 h后均增强,弹性减弱。这可能是由糊化后的淀粉分子之间,以及它们与水分子之间在冷却时重新聚合,逐渐形成网络结构,在静置的过程中,相互作用越来越强,聚合程度越来越紧密,直至平衡,网络结构的质构性质得到提高。

图6 质量分数为6.0%小红豆淀粉凝胶的 TPA图谱

表 3 小红豆淀粉凝胶的质构分析结果

3 结论

小红豆淀粉颗粒主要为椭圆形或卵形,粒径较大,其结晶构型为 C型,结晶度相对较大,但高级微晶含量较低。其碘复合物在 606 nm处有最大光谱吸收,直链淀粉相对含量为 36.5%,直链淀粉分子具有比高直链玉米淀粉更长的链状葡聚糖结构。低于70℃时,小红豆淀粉在水中的溶解度和膨润力较弱。

小红豆淀粉糊属于假塑型流体,抗剪切能力和冻融稳定性比较差,冻融次数为 1次。质量分数为1.0%的小红豆淀粉糊沉降积为 53.1 mL,透光率为20.1%,透明度比普通玉米淀粉好。

小红豆淀粉的冷、热糊黏度稳定性较好,峰值黏度不明显,黏度随着淀粉质量分数增高而大为上升。加碱会使淀粉糊的峰值黏度大大增加,但是其热糊稳定性变差。而在酸性条件下,淀粉糊的黏度会大幅度降低,热糊稳定性降低,冷糊比较稳定。添加蔗糖和氯化钠都会使淀粉的起糊温度增大,加糖使糊黏度增大,而加盐则使得糊的黏度略微下降。小红豆淀粉凝胶的粘性很小,其硬度、内聚性、胶粘性和耐咀性在静置 24 h后有所增强,弹性减弱。

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Properties of Small Red Bean Starch

Xu Xiangdong Huang Lixin Ning Xuanhe Chen Zhong
(College ofLight Industry and Food Science,South China University of Technology,Guangzhou 510640)

The structure properties of granules,paste and gel of s mall red bean starch were studied.Results: The granulesof s mall red bean starch aremostly ofpebble shapewith smooth surface.Obviouspolarization crosses are observed and most are of X-shape.The granule size range is 13～80μm with average value 34.8μm.The s mall red bean starch belongs to C-type crystal structure and its crystallization degree is 50.9%.The compound of s mall red bean starch with I2 has the maxi mal absorbance at 606 nm and the amylose content of the starch is 36.5%.The chain structure of its amylose is longer than that of high amylose cornstarch.The small red bean starch paste belongs to pseudoplastic liquid and its shear resistance isweak.The s mall red bean starch basically finishes retrogradation in 10 h and the volume of sedimentation is 53.1 mL.The starch paste has better transparence than cornstarch,and has good hot and cold paste stability.The hardness,cohesiveness,gumminess and chewiness of s mall red bean starch gel all get enhanced,but spring reduced,after standing for 24 h.

s mall red bean,starch,property

TS231 文献标识码:A 文章编号:1003-0174(2010)05-0034-05

广东省教育部产学研专项基金(2007B090200010)

2009-04-08

徐向东,男,1984年出生,硕士,粮食、油脂及植物蛋白工程

黄立新,男,1967年出生,副研究员,硕士生导师,碳水化合物化学及功能化