显微图分析超声波对甘薯淀粉形态的影响

刘立增，郭俊杰，牛瑞华，连喜军，*（.天津商业大学理学院化学系，天津30034；.天津市食品生物技术重点实验室生物技术与食品科学学院，天津30034）

显微图分析超声波对甘薯淀粉形态的影响

刘立增1，郭俊杰1，牛瑞华2，连喜军2，*
（1.天津商业大学理学院化学系，天津300134；2.天津市食品生物技术重点实验室生物技术与食品科学学院，天津300134）

超声波处理可提高甘薯淀粉的回生率。通过对比甘薯淀粉糊化前、糊化后、高压后、老化后等不同阶段超声作用前后显微图片，探讨超声波对甘薯淀粉形态的影响。甘薯淀粉糊化前超声处理使甘薯淀粉球在水中分布均匀，相互间吸引力减小，有利于淀粉球吸水膨胀；甘薯淀粉糊化后超声处理短时间促进淀粉球溶胀破裂，长时间作用促进淀粉成膜，使甘薯支链淀粉间聚集作用增强；甘薯淀粉高压后超声处理使淀粉球全部破裂，部分支链淀粉接枝成网状结构，淀粉的凝胶状消失，回生率降低；老化后超声处理先使凝胶状淀粉融化，长时间超声处理使回生后淀粉板结硬化，提高了甘薯回生淀粉的抗酶解能力。

甘薯回生淀粉，超声波处理，显微图

超声波处理可提高甘薯淀粉的回生率。通过对比甘薯淀粉糊化前、糊化后、高压后、老化后等不同阶段超声作用前后显微图片，探讨超声波对甘薯淀粉形态的影响。甘薯淀粉糊化前超声处理使甘薯淀粉球在水中分布均匀，相互间吸引力减小，有利于淀粉球吸水膨胀；甘薯淀粉糊化后超声处理短时间促进淀粉球溶胀破裂，长时间作用促进淀粉成膜，使甘薯支链淀粉间聚集作用增强；甘薯淀粉高压后超声处理使淀粉球全部破裂，部分支链淀粉接枝成网状结构，淀粉的凝胶状消失，回生率降低；老化后超声处理先使凝胶状淀粉融化，长时间超声处理使回生后淀粉板结硬化，提高了甘薯回生淀粉的抗酶解能力。

淀粉的应用过程涉及淀粉的糊化、回生等过程。超声波作用可以改变淀粉分子量、表面结构、结晶结构与凝胶质构特性、流变特性、热性质、反应性能等[1-4]，部分文献还报道了超声波可以提高抗性淀粉制备产率[5-6]。但现有文献尚未采用显微图形分析超声波对淀粉的作用。为了深入分析超声波处理对回生抗性淀粉制备产率提高的原因，本文在淀粉回生过程的糊化前、糊化后、高压后和老化后等阶段对淀粉液进行超声处理，通过显微图片分析超声对淀粉回生不同阶段的作用及其对回生淀粉制备产率提高的原因。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

甘薯淀粉 市售，水分含量18.5%（w∶w），直链淀粉含量为26.5%；胃蛋白酶（活力单位20000U/mL）、高温ɑ-淀粉酶（活力单位25000U/mL）、葡萄糖淀粉酶（活力单位15000U/mL） 天津市诺奥科技发展有限公司提供；盐酸、氢氧化钠、磷酸氢二钠等试剂 均为分析纯。

KQ-500B型超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司；YXQG02型手提式电热压力蒸汽消毒器 山东安德医疗科技有限公司；电热恒温水浴锅、DH-101-3BS型电热恒温鼓风干燥箱 天津市中环实验电炉有限公司；BCD-229KB型海尔冰箱 青岛海尔股份有限公司；LXJ-Ⅱ型离心沉淀机 上海医用分析仪器厂；尼康YS100型生物显微镜 日本尼康株式会社。

1.2 实验方法

1.2.1 甘薯回生淀粉制备工艺流程[6]10g甘薯淀粉与100mL蒸馏水混合搅拌均匀，在水浴锅中95℃下糊化30min，然后取出放于高压锅中，120℃高压（蒸汽压力0.14MPa）处理30min，冷却后放入4℃冰箱老化3d。

1.2.2 甘薯淀粉回生率测定 甘薯淀粉回生率测定参考文献[7]。称取5g样品放入100mL三角瓶中，加入柠檬酸-磷酸氢二钠（pH1.8）缓冲液，均质后加入0.05g的胃蛋白酶，在38℃水浴中振荡加热60min。冷却至室温，加入磷酸氢二钠缓冲液，用氢氧化钠调pH为5.7，加入0.6mL的高温ɑ-淀粉酶，在85℃恒温水浴中振荡加热70min，冷却至室温，用盐酸调pH为4.6，加入0.1g的葡萄糖淀粉酶，58℃恒温水浴中酶解20h，冷却至室温，离心（2000×g，5min），水洗4次。80℃烘干至衡重，得到甘薯回生样品。甘薯淀粉回生率（%）=（回生样品重/总淀粉含量）×100。

1.2.3 超声波处理 在1.2.1的工艺流程中，超声波作用温度设为40℃，分别在淀粉糊化前超声作用（2、4、6、8min）、糊化后超声作用（2、4、6、8、40min）、高压后超声作用（2、4、6、8min）和老化后超声作用（2、4、6、40）min，其他条件不变，作用完后取淀粉糊制片，进行显微观察并拍照。

1.2.4 甘薯淀粉颗粒形态观察 用细针挑取少许湿淀粉，放入载玻片上的无菌水滴上，轻轻搅动使其均匀，常温下晾干，在显微镜（OLYMPUS IX71）下观察并拍片，放大倍数为400倍。

2 结果与讨论

2.1 糊化前超声波处理对甘薯淀粉的作用

图1为糊化前超声波处理对甘薯淀粉的作用。由图1（a）可知，超声作用前甘薯淀粉球在水中分布呈现聚集状，说明淀粉球表面有正负电荷或离子存在，不同淀粉球相互吸引，而淀粉球表面的疏水基团使淀粉球聚集体在水中相互排斥，形成条带状。由图1（b～e）可知，随着超声作用延长，淀粉球聚集状态逐渐被打散，最后趋于均匀分布。超声使局部水分子温度急剧升高，分子运动加快，低温分子与高温分子交互运动打破了淀粉球的聚集状态，使条带状淀粉球逐渐分散开来。甘薯淀粉球在水中分布均匀，相互间吸引力减小，有利于淀粉球吸水膨胀释放出直、支链淀粉，从而加快糊化。

2.2 糊化后超声波处理对甘薯淀粉的作用

图2为糊化后超声波处理对甘薯淀粉的作用。由图2（a）可知，甘薯淀粉经30min糊化后，仍有一些溶胀的淀粉球没有破裂，这些淀粉球如果通过高压破裂有可能造成直链淀粉断链，使具备回生条件的直链淀粉减少，从而降低回生率。由图2（b～e）可知，随着超声作用延长，凝胶化淀粉中的完整淀粉球越来越少，超声作用8min后基本上没有完整淀粉球存在。超声作用40min后，淀粉明显成膜，甘薯支链淀粉间聚集作用增强。

图2 糊化后超声波处理对甘薯淀粉的作用（400×）Fig.2 The effects of ultrasonic wave treatment on sweet potato starch after pasting（400×）

2.3 高压后超声波处理对甘薯淀粉的作用

图3为0.14MPa高压淀粉后超声波处理对甘薯淀粉的作用。由图3可知，未经超声作用空白甘薯淀粉经高压后，仍有部分溶胀的淀粉球没有完全破裂，超声作用2min后，所有淀粉球全部破裂，淀粉分子呈现均匀凝胶化，这是淀粉球在超声空化过程的高温引起淀粉球膜溶解，淀粉分子、水分子相互作用形成的。延长超声时间到4min，胶凝化的淀粉分子出现明显交联网状结构，继续延长超声时间到6min，交联网状结构显得更加紧密，有淀粉凝块出现，随后超声作用8min后，凝块减少，交联淀粉网状结构增大，网状结构末端凝块消失。高压糊化后超声作用首先使淀粉球中直链淀粉溶出形成均匀凝胶，进而甘薯支链淀粉间开始发生交联，交联聚集度增强，继续超声作用，则交联支链淀粉末端被空化高温熔化。经回生率测定发现，超声作用8min后甘薯淀粉的回生率由空白的2.3%降低到1.9%，表明长时间超声作用会使甘薯淀粉链断裂，参与回生淀粉减少。

图3 高压后超声波处理对甘薯淀粉的作用（400×）Fig.3 The effects of ultrasonic wave treatment on sweet potato starch after autoclaving（400×）

2.4 老化后超声波处理对甘薯淀粉的作用

图4为老化后超声波处理对甘薯淀粉的作用。由图4可知，老化后超声处理先使凝胶状淀粉融化，长时间超声处理使回生后淀粉板结硬化，提高了甘薯回生淀粉的抗酶解能力。老化后淀粉呈现固体凝胶状，此时淀粉分子间形成很多氢键，淀粉结合水减少。由于淀粉中含水量减少，超声作用形成的能量不能很快扩散，淀粉局部温度升高快，水分蒸发多，淀粉发生板结硬化。干燥后超声处理的回生淀粉硬度比空白组明显高。

图4 老化后超声波处理对甘薯淀粉的作用（400×）Fig.4 The effects of ultrasonic wave treatment on sweet potato starch after aging（400×）

3 结论

甘薯淀粉糊化前超声处理使甘薯淀粉球在水中分布均匀，相互间吸引力减小，有利于淀粉球吸水膨胀；甘薯淀粉糊化后超声处理短时间促进淀粉球溶胀破裂，长时间作用促进淀粉成膜，使甘薯支链淀粉间聚集作用增强；甘薯淀粉高压后超声处理使淀粉球全部破裂，部分支链淀粉接枝成网状结构，淀粉的凝胶状消失，回生率降低；老化后超声处理先使凝胶状淀粉融化，长时间超声处理使回生后淀粉板结硬化，提高了甘薯回生淀粉的抗酶解能力。

[1]李坚斌，李琳，陈玲，等.超声波处理下马铃薯淀粉糊的流变学特性[J].华南理工大学学报：自然科学版，2006，56（3）：90-94.

[2]王大为，刘鸿铖，宋春春，等.超声波辅助提取马铃薯淀粉及其特性的分析[J].食品科学，2013，34（16）：17-22.

[3]汪树生，苏玉春，陈光.超声波处理对木薯淀粉糊理化性质的影响[J].现代食品科技，2012，28（12）：1645-1647.

[4]孙俊良.超声波处理对淀粉性质及其酶解产物分子特性的影响[J].河南科技学院学报，2010，38（2）：81-86.

[5]郭星，温其标.酶法处理和超声波作用对抗酶解淀粉形成的影响[J].现代食品科技，2007，23（1）：8-10.

[6]连喜军，罗庆丰，刘学燕，等．超声波对甘薯回生抗性淀粉生成的作用[J]．食品研究与开发，2011，32（1）：61-64.

[7]曹力心.马铃薯抗性淀粉的制备工艺及活性研究[D].天津：天津科技大学，2006.

Analysis of the mechanism of improving retrogradation rate of sweet potato starch by ultrasonic wave in method of micrograph

LIU Li-zeng1，GUO Jun-jie1，NIU Rui-hua2，LIAN Xi-jun2，*
（1.School of Science，Tianjin University of Commerce，Tianjin 300134，China；2.The Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology，Department of Biological Technology and Food Science，Tianjin University of Commerce，Tianjin 300134，China）

The retrogradation rate of sweet potato has been improved by the treatment of ultrasonic wave.The effects of the treatment of ultrasonic wave on morphology of sweet potato starch were investigated by analyzing the micrographs of sweet potato starch at different stages such as before-pasting，after-pasting，afterautoclaving，after-aging.The distribution of sweet potato granules in water had become more evenly by ultrasonic wave treatment at stage of pre-pasting and the attractive force among different granules decreased，thus it was easier for those granule balls to absorb water and to swell.The breakage of granules increased by the ultrasonic wave treatments after being pasted for a short time，but for a long time，the starch film was built and the aggregation of amylopectin were strengthened.The breakage of all starch balls，the network structure formation by graft amylopectin，the disappearance of gelling and the increase of retrogradation rate happened when the ultrasonic wave treatments were carried out after autoclaving.The gelatinized starch was firstly melted by the ultrasonic wave treatments after aging，then the stiff starch was hardened and the hydrolysis resistance of sweet potato starch was enhanced by long time treating.

retrograded sweet potato starch；ultrasonic wave treatment；micrograph

TS231

A

1002-0306（2014）14-0100-03

10.13386/j.issn1002-0306.2014.14.013

2013－10－23 *通讯联系人

刘立增（1973-），男，博士，研究方向：食品科学。

国家自然科学基金项目（31271935）。