小利马豆淀粉理化性质的研究

杨秋歌 王 颖，2 崔雯雯 高金锋 高小丽 冯佰利 王鹏科 王宏生

(西北农林科技大学农学院1，杨凌 712100)

(云南省农业科学院经济作物研究所2，昆明 650205)

(陕西省宁西县林业局3，户县 710300)

利马豆是豆科(Leguminosae)蝶形花亚科(Papilionoideae)菜豆族(Phaseoleae)菜豆属(Phaseolus)植物中的一个栽培种，起源于墨西哥南部和中美洲，俗称洋扁豆［1］。利马豆，外形像菜豆，乳白色，颗粒匀称，煮食味道鲜美，口感面、嫩、鲜，与各种煮食豆类比较，入口润滑，口感佳，具特有的板栗般风味。利马豆营养丰富，富含蛋白质，蛋白质中含多种氨基酸，并含有脂肪、纤维素和多种人体必需的微量元素。利马豆与其他普通菜豆相似，为短日照作物，具有适应性广，抗逆性强，产量较高的特点。近年来，利马豆在我国陕西、甘肃、宁夏和云南等地开始引种栽培。淀粉是植物经光合作用生成的多聚葡萄糖的天然高分子化合物，广泛用于食品、造纸、纺织、精细化工、包装材料等行业［2－3］。豆类淀粉是淀粉四大来源之一，近年来绿豆淀粉、芸豆淀粉、鹰嘴豆淀粉和蚕豆淀粉等豆类淀粉在工业上得到了广泛应用。一般豆类淀粉中直链淀粉含量较高，具有热黏度高、凝胶透明度高、强度强等优良性能，是制备粉丝、粉皮等的良好原料［4］。黄智慧等［5］采用水磨法制备淀粉，对花芸豆淀粉颗粒、糊及其凝胶等特性进行了研究测定。许鑫等［6］采用水磨法制备淀粉，对绿豆淀粉和芸豆淀粉的颗粒形态及大小、溶解度、膨润力、透光率、糊化特性、老化特性等理化性质差异进行了比较研究。徐向东等［7］研究测定了小红豆淀粉颗粒、糊及其凝胶等特性。Ancona等［8］对小利马豆淀粉理化特性和功能特性进行了初步探讨，但是有关小利马豆淀粉理化性质的深入系统研究报道较少。本研究通过对小利马豆淀粉颗粒进行扫描电镜观察，淀粉糊的透明度、溶解度和膨胀度、冻融稳定性、糊化特性等理化性质进行测定，并与玉米淀粉和马铃薯淀粉进行对比，明确小利马豆的淀粉特性，以期为小利马豆的开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

小利马豆由西北农林科技大学小杂粮课题组提供，籽粒饱满，色泽正常，用于淀粉提取。马铃薯淀粉和玉米淀粉样品购于当地市场。

1.2 试验仪器

FW100型高速万能粉碎机:天津泰斯特仪器有限公司;JSM－6360LV型扫描电子显微镜:日本电子株式会社;UVl240型紫外可见分光光度计:捷森科技发展有限公司;TDL－5－A型低速台式大容量离心机:上海安亭科学仪器厂;TA/XT2质构测试仪:英国SMSTA公司;快速黏度分析仪(RVA):澳大利亚Newsport Scientific仪器公司。

1.3 试验方法

1.3.1 淀粉制备的工艺流程

小利马豆→粉碎→碱液浸泡→过筛→淀粉粗浆→离心→刮去黄褐色软层→加等体积蒸馏水稀释→淀粉乳→调pH 7.0→洗涤(等体积蒸馏水洗3次)→淀粉精浆→干燥(40℃)→小利马豆淀粉

1.3.2 主要成分的测定

水分:直接干燥法测定(GB/T 12087—2008);蛋白质:凯氏定氮法测定(GB 5009.5—2010);粗脂肪:索氏提取法测定(GB/T 5009.6—2003);淀粉:酸水解法测定(GB/T 5009.9—2008);直链淀粉:碘比色法测定(GB/T 15683—2008);粗纤维:酸碱水解法测定(GB/T 5009.10—2003);灰分:灼烧法测定(GB 5009.4—2010)。

1.3.3 淀粉颗粒的扫描电子显微镜观察

把双面胶固定在样品台上，取少量淀粉均匀地洒在双面胶上，然后喷金处理。样品保存于干燥器中，经过短暂干燥后，用JSM－6360LV型扫描电子显微镜观察并拍摄具有代表性的淀粉颗粒形貌。

1.3.4 淀粉糊的透明度

称取一定量的淀粉，加适量蒸馏水调成质量分数为1%的淀粉乳，在沸水浴中加热20 min，使之充分糊化。待糊化完全后，加入蒸馏水保持到原有体积，然后冷却至30℃。用分光光度计在620 nm下，以蒸馏水为空白，测定淀粉糊的透光率，以透光率表示透明度。

1.3.5 淀粉糊的冻融稳定性

将糊化后质量分数为6.0%的淀粉糊冷却至室温，形成淀粉糊凝胶后放入－15℃冰箱中;24 h后取出，置于室温下6 h，让其自然解冻;其间观察凝胶情况，如此反复多次，直至凝胶析出水或分层，记录冻融次数［9］。

1.3.6 淀粉糊的凝沉性质

配制质量分数为1.0%的淀粉糊，置于25 mL的具塞刻度试管中，在30℃下静置，每隔一段时间记录上层清液的体积，用清液的体积分数随时间的变化来绘制曲线，从而表示淀粉糊的凝沉性［10］。

1.3.7 淀粉糊的溶解度与膨胀度

分别在90、80、70、60、50 ℃不同温度水浴加热并搅拌质量分数为2.0%的淀粉乳30 min，再以3 000 r/min离心20 min，分离上层清液，烘干称重为水溶淀粉质量，计算溶解度，下层为膨胀淀粉部分，由膨胀淀粉质量计算膨胀力。

1.3.8 淀粉凝胶的质构特性

淀粉乳质量分数为10.0%。在沸水浴中加热并缓慢搅拌30 min，使淀粉充分糊化，冷却至室温，置于4℃冰箱中成胶24 h。凝胶质构特性采用英国Texture Analyzer测定，选用TPA模式，探头为P/5，用探头将凝胶压缩至10 mm距离，两次压缩，探头测前下降速度 1.0 mm/s，测试速度 0.5 mm/s［11］。

1.3.9 淀粉糊化特性

当淀粉含水量120 g/kg时，称取样品2.0 g，加蒸馏水 25.0 mL，50 ℃下保温1 min，在3.7 min 内升温至95℃，保持2.5 min，然后在3.8 min内冷却至50℃，保持2 min，然后放入快速黏度测定仪中前10 s内以960 r/min搅拌，之后的整个过程以160 r/min搅拌［12－16］。整个过程历13 min，由 Thermal Cycle for Windows配套软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 小利马豆淀粉的基本理化指标

由表1可知，小利马豆淀粉的蛋白质、粗脂肪、灰分和粗纤维的含量高于马铃薯淀粉和玉米淀粉，尤其是直链淀粉含量和粗纤维含量较高。经测定，各项指标均达到淀粉分析测试要求:淀粉中蛋白质﹤0.4%，灰分﹤0.3%，粗脂肪含量1%左右的标准［17］。

表1 淀粉的基本理化指标/g/kg

2.2 淀粉颗粒电子扫描显微镜观察

图1为小利马豆淀粉、马铃薯淀粉、玉米淀粉在1 200倍下的电镜扫描(SEM)图片。由图1可知，小利马豆淀粉颗粒大多为椭圆形，表面十分光滑，颗粒大小分布较不均匀;马铃薯淀粉颗粒较大，颗粒小的呈球形，颗粒较完整;玉米淀粉颗粒表面光滑，大多呈多角形，颗粒表面有多个表面和棱角。用电镜标尺对淀粉颗粒的粒径进行估测，小利马豆淀粉颗粒的平均粒径为18.36 μm，小于马铃薯淀粉颗粒，而较玉米淀粉颗粒大(表2)。

图1 淀粉颗粒的SEM照片(1 200×)

表2 不同淀粉颗粒的粒径/μm

2.3 小利马豆淀粉糊的透明度

透光率反映了淀粉与水的互溶能力以及膨胀溶解能力［18］。淀粉糊的透光率越大，表明其透明度越好。马铃薯淀粉颗粒大、结构松散，在热水中能完全膨胀糊化，所以有很好的透明度;玉米的淀粉颗粒结构紧密，糊化后仍有部分没有完全膨胀糊化的颗粒状淀粉存在，容易引起光折射，使得淀粉糊的透明性差［19］。由图2可知，小利马豆淀粉糊的透明度高于玉米淀粉，而低于马铃薯淀粉。

图2 不同淀粉糊透明度

2.4 小利马豆淀粉糊的冻融稳定性

淀粉凝胶经冷冻与融化处理后，它的胶体结构遭到破坏，游离的水从中析出［20］。淀粉糊冻融稳定性与淀粉颗粒的溶胀度、淀粉分子的结构密切相关。不同种类的淀粉糊或淀粉颗粒溶胀的方式不同，其脱水收缩的程度也不一样［21］。马铃薯淀粉糊经过3次冻融，才稍有水析出;玉米淀粉糊经过一次冻融，稍有水析出;小利马豆淀粉糊冻融一次后，便可观测到凝胶体析出水分，可见小利马豆淀粉糊的冻融性差，不太适宜冷冻食品的加工。

2.5 小利马豆淀粉糊的凝沉性

由图3可知，小利马豆淀粉糊的凝沉速度较快，玉米淀粉糊次之，马铃薯淀粉糊凝沉较慢。在前2 h小利马豆淀粉糊凝沉速度较快，在凝沉9 h后上清液体积趋于稳定，不再发生凝沉现象。凝沉主要是由于直链淀粉分子间的结合形成较大的颗粒或束状结构，当体积增大到一定程度时，就形成了沉降［22］。马铃薯淀粉的凝沉性较弱，这是因为它的直链淀粉含量相对较低，直链淀粉分子长度大，淀粉糊的水合力较强，所以凝沉性弱;玉米淀粉糊中，淀粉分子通常以聚合起来的直链淀粉－类脂体复合物的形式存在，这种络合物水合力很弱，所以凝沉性强;小利马豆淀粉的直链淀粉含量高，淀粉糊的水合力较弱，所以凝沉性也较强［19］。

图3 不同淀粉糊的凝沉曲线

2.6 小利马豆淀粉糊的溶解度与膨胀度

由图4可知，淀粉的溶解度均随温度的增大而增大，但小利马豆淀粉的溶解度明显小于马铃薯淀粉和玉米淀粉。与马铃薯和玉米淀粉相比，小利马豆淀粉溶解度在80℃后增幅较大，可能是由于大颗粒较多，直链淀粉含量较高，加热后颗粒破碎，溶出物较多。

图4 不同温度淀粉颗粒的溶解度

由图5可知，小利马豆淀粉糊的膨胀度与玉米和马铃薯淀粉变化趋势一致，均随温度增大而增大。马铃薯淀粉糊膨胀度在70℃后迅速增长，而小利马豆淀粉和玉米淀粉的膨胀度增长速度相对较缓。

图5 不同温度淀粉颗粒的膨胀度

淀粉糊的溶解度和膨胀度与淀粉颗粒大小、结构有关。马铃薯淀粉颗粒大，颗粉内部结构较弱，并且含磷酸基的葡萄糖基较多，因此溶解度和膨胀度较高;玉米淀粉颗粒小，颗粉内部结构紧密，并且含较高的脂类化合物，会抑制淀粉颗粒的膨胀和溶解，因此溶解度和膨胀度低［19］;小利马豆淀粉的直链淀粉含量较高，因此溶解度和膨胀度也较低。

2.7 淀粉凝胶的质构特性

由表3可知，3种淀粉凝胶的硬度、粘聚性、胶着性和咀嚼性存在一定差异。其中小利马豆淀粉凝胶的硬度显著高于马铃薯和玉米淀粉，分别是马铃薯淀粉和玉米淀粉的2.0倍和2.95倍。玉米淀粉凝胶的粘聚性最高，但硬度、弹性、胶着性和咀嚼性都最低。表明小利马豆淀粉凝胶质构特性优于马铃薯和玉米淀粉凝胶。

表3 淀粉凝胶质构特性

2.8 淀粉糊化特性

由表4可知，小利马豆淀粉糊化温度低于马铃薯和玉米淀粉，说明小利马豆淀粉比马铃薯和玉米淀粉容易糊化。3种淀粉峰值黏度表现为小利马豆＞马铃薯＞玉米，峰值黏度是由于淀粉颗粒吸水膨胀后糊液黏度增加所至。回生值越大，在一定程度上说明淀粉糊越容易老化，3种淀粉中小利马豆淀粉糊的破损值和回生值最大，表明小利马豆淀粉结合水的能力最强、淀粉糊的冷热稳定性最差、冷却形成的凝胶性最高，容易老化。这一特性可能与其淀粉的颗粒大小、直链淀粉含量较高、分子结构和分子质量分布等有关，具体机理有待进一步研究。

表4 淀粉的黏滞性RVA谱特征

3 结论

研究结果表明，小利马豆淀粉颗粒完整，大多为椭圆形，表面十分光滑，粒径为 5.46 ～37.58 μm，平均为18.36 μm。小利马豆淀粉中直链淀粉含量较高，约是马铃薯的2.0倍。

小利马豆淀粉糊的透明度为30.89%，高于玉米淀粉糊而低于马铃薯淀粉糊，其淀粉糊凝沉作用强于马铃薯淀粉糊和玉米淀粉糊;小利马豆淀粉糊的溶解度和膨胀度随温度的升高而增大，但冻融稳定性较差。

与玉米淀粉，马铃薯淀粉相比，小利马豆淀粉凝胶的硬度、弹性、胶着性和咀嚼性较高，凝胶质构特性较优。小利马豆淀粉的糊化温度较低，为63.60℃，易糊化，淀粉糊的最终黏度是马铃薯淀粉糊的2.12倍，是玉米淀粉糊的2.43倍，但破损值大，其热糊稳定性差，回生值大，冷糊稳定性差，易老化。小利马豆淀粉具有独特的理化性质，可作为食品工业开发利用的新资源。

志谢:陕西省小杂粮产业技术系项目资助。

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