不同直链淀粉含量大米淀粉性质的研究

赵 冰,陈 佩,庞宇辰,李远志

(华南农业大学 食品学院,广东广州 510642)



不同直链淀粉含量大米淀粉性质的研究

赵 冰,陈 佩*,庞宇辰,李远志

(华南农业大学 食品学院,广东广州 510642)

以4种不同直链淀粉含量的米淀粉为原料,采用扫描电镜(SEM)、全波长自动扫描仪,质构仪等对其颗粒形貌、淀粉-碘复合物性质、ATP指标及透明度性质进行观察研究。结果表明,不同直链淀粉含量的大米淀粉颗粒形貌差异不大,均呈现不规则多边形,表面不光滑;随着直链淀粉含量的增加,淀粉颗粒的平均链长和聚合度不断增大,优糯3号淀粉颗粒内部短链数量较多,随着直链淀粉含量的增加淀粉颗粒内部的长短链比率逐渐趋近于1;淀粉糊的质构性质测定显示出淀粉糊的硬度、胶着性和咀嚼性随着直链淀粉含量的增加呈现出明显的上升趋势,弹性随着直链淀粉含量的增加变化不大,而凝胶的粘聚性明显下降;糊透明度随直链淀粉含量的增大而不断降低。

直链淀粉,大米淀粉,性质

大米是最重要的粮食作物和世界上超过一半人口的主食,大米中淀粉含量占80%,是最便宜和最丰富的天然多糖,可再生和完全生物降解[1-2],同时,由于其特殊的理化特性,常被作为增稠剂、胶凝和填充剂等应用于各类食品加工和工业生产中,开发出环保健康营养具有特殊功能的高附加值产品[3]。因此,关于大米淀粉结构和性质的研究成为越来越多国内外学者感兴趣的课题。

有研究表明[4],直链淀粉含量的变化对大米淀粉的物理属性有明显影响,如颗粒形态、结晶度和粒度分布,国内外大多数研究也专注于此,而对不同直链淀粉含量大米淀粉的质构、平均链长及透明度方面等性质方面的报道较少。因此,本文利用扫描电镜(SEM)、全波长扫描分光光度计、质构仪等对不同直链淀粉含量大米淀粉的结构和性质进行分析,以期为大米淀粉的应用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 实验材料

优糯3号、虾王、聚两优 市售;华香优占 购于华南农业大学农学院。四种大米淀粉的直链淀粉含量依据GB/T 15683-2008进行测定,依次为:优糯3号0.4%,虾王9.2%,聚两优21.03%,华优香占28.46%。

1.2 实验仪器

Phillips XL-30 FEGSEM扫描电镜 美国Phillips公司;全波长自动扫描分光光度计 日本津岛公司;质构仪 美国FTC公司;LD5-2A低速离心机 北京医用离心机厂。

1.3 实验方法

1.3.1 颗粒形貌观察 将导电双面胶带贴于扫描镜铝载物台上,用牙签沾取少许干燥后的淀粉样品轻轻在双面胶上涂抹均匀。用洗耳球吹去多余的淀粉,然后将载物台放入镀金仪器中,用离子溅射镀膜仪将样品镀金,120s后,取出放入扫描电镜中观察,设置电子枪加速电压为2kV,以减少对淀粉颗粒的破坏。

1.3.2 淀粉-碘复合物性质测定 根据Sujka[5]和许鑫[6]等的报道,对淀粉与碘复合性质进行测定,并稍作修改。取0.25g(干基)淀粉,用1mL无水乙醇润湿,加入10mL 0.5mol/L的KOH溶液,在沸水浴中振荡至样品完全分散溶解(约15min),冷却后定容至50mL。取出0.5mL样液加入10mL蒸馏水,用0.1mol/L的HCl调至pH为3左右,加入0.5mL碘试剂(碘和碘化钾的混合液,碘化钾的质量分数2.0%,碘0.2%),用蒸馏水定容至100mL,静置15min,用全波长自动扫描仪在500～800nm范围内进行对样品进行波长扫描,并在其最大波长处测吸光度。空白用蒸馏水中加入0.5mL 0.1mol/L的HCl和0.5mL碘试剂后定容至100mL。

1.3.3 淀粉糊质构性质的测定 配制浓度为10%的淀粉乳,在沸水中加热20～30min,使之完全糊化,取出冷却至室温后,用蒸馏水补充至原质量。设置质构仪器参数如下:前压速度2mm/s,测定速度2mm/s,后压速度2mm/s,探头:P/0.5圆柱型,高度10mm,重复测定3次,取其平均值。

1.3.4 透明度的测定 配制浓度为1%的淀粉样品,取50mL放入烧杯中,置于沸水浴中玻璃棒搅拌加热20min,不时加入沸蒸馏水保持淀粉乳的体积不变。冷却到室温后以蒸馏水为空白,设置蒸馏水的透光率为100%,在620nm波长下测定淀粉糊的透光率。

1.3.5 数据处理与统计 实验数据利用Origin7.5和GIMP2处理得到。

2 结果与分析

2.1 不同直链淀粉含量大米淀粉颗粒形貌

图1所示为大米淀粉颗粒的扫描电镜图片,可以清晰地观察到淀粉颗粒的表面结构和立体形态。直链淀粉含量不同的大米淀粉颗粒形态差别不大,均呈现出不规则的多边形,有明显的棱角,直径约为3～8μm不等。但不同直链淀粉含量的大米淀粉表面结构呈现出较大的差别,糯米淀粉表面含有较多明显的凹坑,不光滑,部分颗粒有微孔的存在,而其它淀粉未发现明显微孔的存在,随着直链淀粉含量的增加,大米淀粉表面凹坑较小,数量减少,越来越光滑,华优香占表面未发现明显凹坑,这些现象与Kim[7]和Li[8]等的研究一致。

图1 不同直链淀粉含量大米淀粉扫描电镜图Fig.1 SEM images of rice starches with different amylose/amylopectin content注:A优糯3号,B虾王,C聚两优,D华优香占。

2.2 不同直链淀粉含量大米淀粉的淀粉-碘复合物性质

淀粉与碘结合形成蓝色的复合物所呈现出来的信息是淀粉最具代表性和最典型的性质之一,常被用来分析淀粉分子的聚合度,该复合物的碘蓝值(BV)和最大吸收波长(λmax)反映了淀粉与碘的结合能力,分别代表了直链淀粉的聚合度和直链淀粉、支链淀粉的平均链长,在一定程度上反映了淀粉颗粒中直链淀粉的含量,A680/A545的比值代表的是类似直链的长链和类似支链的短链的比率[5]。表1总结了四种不同直链淀粉含量的大米淀粉λmax、BV和A680/A545值,可以看出四种大米淀粉的最大吸收波长随着直链淀粉含量的增加而增大,优糯3号的最大吸收波长在541.8nm处,华优香占淀粉的最大吸收波长约在596nm处,说明优糯3号淀粉分子的平均链长最短,随着直链淀粉含量的增加,淀粉颗粒的平均链长不断增大,以华优香占为最长。BV的增大反映出淀粉颗粒内部双螺旋结构结合碘的能力不断增强,直链淀粉含量呈现出增大的趋势,且聚合度增大,其中,华优香占的直链淀粉含量最高且聚合度最大。对于优糯3号淀粉来说,A680/A545的比值仅为0.2442,意味着优糯3号淀粉颗粒中大多数为较短的链,仅含较少直链或者少量较长的支链,虾王淀粉和聚两优淀粉的A680/A545在0.8左右,说明这两种淀粉颗粒内部链长较长的葡聚糖链比优糯3号多,而华优香占的A680/A545为0.9578,接近1,说明该淀粉颗粒内部的两种类型的葡聚糖链数量相当。

图2 淀粉与碘复合物全波长扫描图Fig.2 Full wavelength scanning figure of starch-iodine complex

表1 四种不同直链淀粉含量大米淀粉淀粉与碘复合物性质Table1 Properties of starch-iodine complex

2.3 不同直链淀粉含量大米淀粉质构性质

从图3可以看出,随着直链淀粉含量的增加,淀粉凝胶硬度呈现出明显上升趋势,依次为华优香占>聚两优>虾王>优糯3号,华优香占淀粉内部线性直链淀粉分子含量较高,在凝胶形成过程中,其部分链段易发生平行取向,老化结晶,因此凝胶硬度增强[8],糯米淀粉中较多的支链淀粉的存在阻碍了分子链的重排,使得凝胶强度较低。

图3 四种不同直链淀粉含量含量大米淀粉质构性质Fig.3 Texture properties of rice starch with different amylose/amylopectin content

淀粉凝胶弹性随着直链淀粉含量的增加呈现出上升的趋势,但结果相差不大,在0.88～0.94之间,接近1,说明四种淀粉凝胶均很柔软。原因可能为:直链淀粉含量的增加,会促进凝胶中淀粉分子间的有效交联,使得淀粉凝胶弹性增加,但是淀粉糊老化后凝胶硬度增加,这两种作用相互作用或抵消,使得凝胶的弹性未受太大的影响。

粘聚性反映的是淀粉凝胶在受到外力作用时保持自身完整性的能力,反映食品内部结合力的大小,而胶着性表示的是样品咀嚼成吞咽时稳定状态所需的功,数值上用硬度和内聚性乘积表示。咀嚼性即口语中所说的咬劲,数值上用硬度、凝聚性和弹性三者的乘积表示。其值反映了样品对咀嚼的持续抵抗性及食物入口后的舒适程度,对感官品质有很大影响[9]。从图3可以看出,四种淀粉的粘聚性随着直链淀粉含量的增大呈现出下降的趋势,依次为优糯3号>虾王>聚两优>华优香占,而胶粘性和咀嚼性变化规律极为一致,这些结果与Shin Lu[4]和Shifeng Yu[10]的研究一致,他们认为,直链淀粉含量与其对应的TPA指标均呈现出相应的正相关或者负相关。

2.4 不同直链淀粉含量大米淀粉透明度性质

淀粉糊的透明度是一个重要的感官指标,关系到产品的外观,淀粉糊的透光率越大,透光率也就越高,由图4可知,四种淀粉透光率大小依次为优糯3号>虾王>聚两优>华优香占,即随着直链淀粉含量的增加,透明度不断下降。淀粉糊透光率与淀粉的老化具有很大相关性[11],当淀粉糊老化之后,淀粉颗粒中的直链淀粉通过氢键相互缔合,使得光线的穿透、折射和反射现象减弱,从而导致透明度的降低。

图4 四种不同直链淀粉含量大米淀粉透光率性质Fig.4 Transparency with different amylose/amylopectin content

3 结论

所有大米淀粉颗粒呈现出不规则的多边形结构,有明显的棱角,颗粒表面有凹坑,不光滑,颗粒表面的凹坑数量、颗粒内部平均链长、聚合度、长短链的比率及淀粉糊凝胶粘聚性和透明度随直链淀粉含量的增大而逐渐减小,淀粉糊凝胶硬度、咀嚼性及弹性呈现上升趋势。

研究表明,不同直链淀粉含量大米淀粉的结构性质有所不同,这将有利于开发不同类型的大米淀粉产品,因此研究不同直链淀粉含量大米淀粉的结构性质能为其应用提供理论指导。总的说来,大米淀粉质构特性良好,口感合适,透光率大,对食品的色泽和质地具有有利的影响,添加至不同材质产品中,有利于提高产品的感官价值。

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Study on properties of rice starches with different amylose content

ZHAO Bing,CHEN Pei*,PANG Yu-chen,LI Yuan-zhi

(College of Food Science,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China)

The morphology,starch-iodine complex,texture properties and transparency of rice starches with different amylose content were studied with scanning electron microscope(SEM),full-wavelength automatic scanners and texture analyzer. Generally,all the rice starch granules display very similar polyhedral shapes and smooth surface. The average chain length and degree of polymerization of the rice starch granules increase with the increase of amylose content. The amounts of short chains of “younuo 3”were more than the long chains,which were almost the same with “hua you xiang zhan” rice starches. Results of texture porfile analysis indicated that the hardness,gumminess and chewiness of rice starch gels increase and the cohesiveness derease with the increase of amylose content. In addition,the transparency of rice starches continuously decreased.

amylose;rice starch;properties

2014-09-04

赵冰(1990-)，女,在读硕士，研究方向：粮食、油脂及植物蛋白工程。

*通讯作者:陈佩(1983-)，女，博士，讲师，研究方向：农产品加工方向。

国家自然科学基金资助项目(31101340;31301554)。

TS231

A

:1002-0306(2015)09-0072-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.09.006