不同改性方法对红薯淀粉性质及粉条品质的影响研究

廖卢艳 蒋立文 张 喻 吴卫国

（湖南农业大学东方科技学院1，长沙 410128）（湖南农业大学食品科学技术学院2，长沙 410128）

不同改性方法对红薯淀粉性质及粉条品质的影响研究

廖卢艳1，2蒋立文2张 喻2吴卫国2

（湖南农业大学东方科技学院1，长沙 410128）（湖南农业大学食品科学技术学院2，长沙 410128）

以3种不同处理方式（乳酸菌发酵、乳酸处理和湿热处理）对红薯淀粉进行改性，采用快速黏度测定仪（RVA）傅立叶红外光谱、电镜扫描仪和质构分析仪等仪器研究不同改性处理对红薯淀粉结构性质及粉条品质的影响。研究结果表明：与原淀粉相比，3种改性淀粉糊化特性的峰值黏度和衰减值有所降低，回生值都有不同程度的升高，淀粉分子结构的有序度也有不同程度的增加，除湿热处理淀粉的颗粒结构表面无明显变化，其他改性淀粉的颗粒结构表面有不同程度破坏。对3种改性淀粉与原淀粉粉条品质进行比较研究发现湿热处理淀粉所制粉条的断条率比原淀粉降低50%，硬度也由原来的2 437 g增加至3 022 g，粉条的拉伸强度由原来的80 g增加到163.9 g。

红薯淀粉 性质 结构 粉条品质

红薯淀粉是我国的优势资源，而生产红薯粉条是合理利用和转化红薯淀粉最重要的途径之一。红薯粉条作为一种传统的淀粉食品在国内的消费市场和消费潜力逐年增加，同时，这种产品在韩国、越南、台湾也非常受欢迎。为了改善红薯粉条产品的品质，人们通常会通过添加海藻酸钠、明矾或其他食品添加剂以及通过对淀粉进行化学处理，如氧化、交联等方法来达到目的。这些方法都只是在一定程度上改善了红薯粉条的品质，但一些化学变性淀粉和化学添加剂的加入，已经不符合绿色食品的环保要求，因此需要寻求更合适的改进方法来改善红薯粉条的品质。而粉条品质的优劣与淀粉的结构性质也密切相关［1］。本试验同时利用植物乳杆菌发酵处理、乳酸处理、湿热处理等3种方法对红薯淀粉改性，考察不同改性方法对红薯淀粉的结构性质及其粉条品质的影响研究，以期为粉条品质的改善提供依据和指导。

1 材料和方法

1.1 试验材料

红薯淀粉：长沙湘丰金薯食品有限公司；植物乳杆菌：湖南农业大学微生物菌种保藏室；乳酸：河南金丹乳酸科技股份有限公司，食品级，质量分数为80%。

1.2 主要仪器与设备

快速黏度测定仪RVA：波通瑞华科学仪器（北京）有限公司（瑞典perten）；质构分析仪TA－XT2i：英国stable system；生化培养箱：上海新苗医疗器械有限公司；高速多功能粉碎机：上海冰都电器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 不同改性方法的处理条件

乳酸菌发酵处理：发酵处理前将植物乳杆菌接种于MRS液体培养基中活化24 h进行扩大培养使培养菌数镜检达到108个／mL。按5%（v／v）接种量将活化好的乳酸菌菌悬液接入装有已灭菌的150 mL MRS液体培养基的三角瓶（300 mL）中，然后再将50 g红薯淀粉加入三角瓶中进行淀粉发酵处理。37℃下发酵3 d后用4%NaOH将溶液pH调至中性以终止反应，3 000 r／min离心20 min，弃去上清液，重复3次。将发酵淀粉在40℃下干燥，粉碎过100目筛，待后续检测分析使用。

乳酸处理：在装有150 mL蒸馏水的三角瓶（300 mL）中，加入 0.5%（v／v）食用级乳酸，然后再将50 g红薯淀粉加入三角瓶中，密封在摇床中50℃，160 r／min反应48 h后，用4%NaOH将溶液pH调至中性以终止反应，3 000 r／min离心20 min，重复3次，弃去上清液，在40℃下常压干燥，用粉碎机粉碎过100目筛，待后续检测分析使用。

湿热处理：淀粉使用前先用105℃恒重法（GB 50093—2010）测定出淀粉的水分含量。取50 g淀粉置于三角瓶中调节水分质量分数为22%用塑料薄膜密封室温下平衡一夜，使水分平衡。再将放置一夜的淀粉放入烘箱115℃反应时间2 h。冷却后取出于40℃下干燥，用粉碎机粉碎过100目筛，待后续检测分析使用。

1.3.2 淀粉糊化特性的测定［2］

用快速黏度仪（RVA）对淀粉糊化参数进行测定，测定时先用105℃恒重法（GB 50093—2010）测定出淀粉水分含量。将3 g样品加入RVA专用铝盒内，然后加入水量定量25 mL，用搅拌器将样品搅拌均匀，然后放入仪器中进行测定。采用升温／降温循环，糊化程序如下：50℃保持1 min，4 min内加热至95℃保温5.5 min，4 min内冷却至50℃并在50℃保持4 min。另外旋转浆在起始10 s内旋转速度为960 r／min，以后保持 160 r／min至结束。

1.3.3 电镜扫描的测试条件

将不同改性处理后淀粉样品置于105℃烘箱中干燥4～5 h，在红外灯下用导电胶将样品固定在样品台上，然后喷金，将处理后的样品保存于干燥器中。将待测样品置于扫描电子显微镜中观察，拍摄具有代表性的淀粉颗粒形貌。

1.3.4 傅立叶红外光谱的测试条件［3］

称取约0.008 g淀粉样品，与0.8 g光谱纯KBr研磨均匀，105℃烘干后压制成透明的薄片，放入样品架上，置于红外光谱仪内全波段扫描，电脑自动绘制红外光谱图。测试条件为分辨率4 cm－1，扫描次数32次。利用OPUS6.5软件对谱图进行基准线校正和归一化。

1.3.5 粉条的制备及粉条品质指标的测定

1.3.5.1 粉条的制备

参照谭洪卓［4］的方法加以改进，取3.0 g淀粉样品加20 mL水在沸水中糊化，再加入25 g淀粉和适量的水分别调制成总含水量为45%的淀粉粉团，将粉团倒入直径为20 cm的小烤盘中摊平静置5 min。然后放入装有沸水的蒸锅中蒸5 min后迅速放入冷水中1 min后立即取出。4℃存放17 h，揭皮切成宽度为1 cm的粉条，40℃干燥成品。

1.3.5.2 粉条品质指标的测定［5］。

断条率：将长10 cm的粉条样品20根，在500 mL蒸馏水中分别煮沸30 min，记录断条数，计算断条率（%）。

硬度：取5 cm长的样品粉条20根，在500 mL蒸馏水中煮沸10 min，捞出，冷却，备用。用游标卡尺量取粉条直径，在质构仪上用A／LKB－F探头按以下条件进行测量（感应力：20 g，测试形变：100%）。每次取3根粉条水平放置在载物台上，粉条之间有一定的间隔。对每个试样做6个平行试验。仪器参数处理采用去掉最大值和最小值，取平均值。

拉伸强度：取10 cm长的样品粉条20根，在500 mL蒸馏水中煮沸10 min，捞出，冷却，备用。在质构仪上用A／SPR探头按以下条件进行测量（感应力5 g，测试距离：50.0 mm）。每次将1根粉条缠绕固定在2个平行的摩擦轮之间（粉条在被拉的过程中不能够松动），上面的轮子匀速的向上拉伸粉条，直至粉条断裂。对每个试样作6次平行试验。仪器参数处理采用去掉最大值和最小值，取平均值。

1.3.6 数据分析

试验数据处理与分析采用Excel软件进行，所有数据都是3次测试的平均值。

2 结果与分析

2.1 不同处理方法对红薯淀粉糊化特性的影响

淀粉的糊化特性对淀粉制品的品质起着重要的作用。从消费者的角度考虑，淀粉的糊化性质对于其产品的接受程度至关重要［6］。糊化特性的主要参数包括峰值黏度、谷值黏度、衰减值、最终黏度以及回生值。从表1可以看出不同处理后的淀粉和原淀粉的糊化特性参数值均存在显著性的差异（P＜0.05），与原淀粉相比，经发酵处理、乳酸处理、湿热处理后，红薯淀粉的峰值黏度和衰减值均有不同程度的降低，回生值均有不同程度的增加。其中湿热处理的淀粉的峰值黏度和衰减值降低的最明显，而回生值增加的也是最明显的。

湿热处理后红薯淀粉的峰值黏度由原淀粉的5 227 cP降低至4 477 cP。分析其原因，可能是由于：一是湿热处理使淀粉分子链降解，一部分分子链变小，部分支链淀粉降解形成更多直链淀粉，直链淀粉含量增加，在加热糊化时黏度变小［7］；二是，热和水分使淀粉内部结构发生改变，结晶度增加，无定型区内淀粉链相互作用，分子内和分子间氢键增强，大部分淀粉形成了耐热成分，淀粉颗粒变得不易膨胀［8］。经乳酸菌发酵处理的红薯淀粉在糊化过程中的峰值黏度比原红薯淀粉低181 cP，可能由于乳酸菌发酵使淀粉中的蛋白质溶出，蛋白质包裹在淀粉分子的外层，这样颗粒空间位阻大，抗剪切能力增大，而蛋白质溶出后，淀粉得到释放，在剪切力的作用下更易形成有规则的排列，抗剪切能力减弱，最后乳酸菌发酵使淀粉部分糖化也导致峰值黏度下降［9］。同时，Yang等［10］和鲁战会等［11］研究发现发酵导致大米粉的峰值黏度降低，同样地，Olanipekun等［12］和熊柳等［13］分别证明发酵导致大豆淀粉和绿豆淀粉的峰值黏度下降。

衰减值与峰值黏度经过不同改性处理后一样呈现降低趋势，衰减值反映了淀粉颗粒结构在加热过程中的稳定性，衰减值越大，表明淀粉颗粒越不稳定，在加热和搅拌过程中容易破裂［14］。衰减值的降低可能是因为改性处理过程中，支链淀粉的水解，使得直链淀粉的相对含量上升。原红薯淀粉的衰减值是2 764 cP，而经乳酸菌发酵处理、乳酸处理和湿热处理后淀粉的衰减值分别降至为2 485、2 473和1 586 cP，这说明经过前面3种改性处理后的淀粉与原淀粉相比剪切稀化的程度小，剪切稀化是因为淀粉颗粒在高温吸水后膨胀崩溃和剪切力的作用［15］。即说明了经处理后的淀粉糊有较强的抵抗高温下剪切力的能力，其中湿热处理后淀粉糊抵抗高温下剪切力的能力最强。

回生值反映淀粉糊化后的老化回生速度，淀粉回生值升高说明淀粉更易老化，而短期老化跟糊化时直链淀粉的溶出量呈正相关［16］。从表1中可以看出3种改性处理后红薯淀粉的回生值都比原淀粉增加了，同时也说明3种改性处理方式都不同程度地促进了糊化过程中直链淀粉的溶出。

表1 不同改性处理红薯淀粉糊化特征值

2.2 不同处理方法对红薯淀粉颗粒表观结构的影响

用扫描电镜直接观察经乳酸菌发酵处理、乳酸处理、湿热处理后红薯淀粉的颗粒形貌，其结果如图1所示。从图1中可以看出，红薯原淀粉呈圆形，少量不规则形状，而且原淀粉颗粒的表面十分光滑，基本上无裂痕和凸凹不平，颗粒与颗粒之间相对独立。经发酵处理后，淀粉部分颗粒表面出现裂纹，有部分淀粉颗粒表面出现一些孔洞，还有部分淀粉颗粒表面凹凸不平。造成此种现象的原因可能是乳酸菌发酵代谢产物中的酸和酶对淀粉的作用使损伤淀粉含量增多，使淀粉颗粒内部的一些物质溶出，增强淀粉分子表面的化学反应的进行以及试剂的可渗透性［17］。经乳酸处理后淀粉只是在表面出现一些凹坑和细小裂纹，也有极少数颗粒有了裂缝，整个酸解过程始终没有形成表面凹陷。表明红薯淀粉颗粒的结晶结构强度较大，即使在内部无定形结构部分被水解形成空隙的情况下，仍不会塌陷［18］。红薯淀粉经过湿热处理后，颗粒形貌未发生大的变化，具体表现在颗粒表面状态皆与原淀粉无明显差别。说明湿热处理对红薯淀粉的颗粒形貌基本无影响。

图1 不同改性方法处理后红薯淀粉的扫描电子显微镜（SEM）图片（10 000×）

2.3 不同处理方法对红薯淀粉分子链上基团的影响

图2为原红薯淀粉及不同改性处理后红薯淀粉的红外光谱图。从图2可以看出，对于未经改性处理的原淀粉而言，其基本组成单元是α－D－（＋）脱水葡萄糖单元，主要特征基团是C2和C3所连接的仲醇羟基，C6连接的伯醇羟基以及α－D－吡喃环结构。这些结构特征在红外光谱图中的红外吸收峰位置及结构归属分别为：3 330 cm－1为O—H伸缩振动；2 931 cm－1为 C—H的伸缩振动；1 647 cm－1为H2O的弯曲振动；1 078 cm－1为与仲醇羟基相连的C—O的伸缩振动；1 020 cm－1为伯醇羟基相连的C—O的伸缩振动；929 cm－1为D吡喃葡萄糖的Ⅰ型吸收带；862 cm－1为D吡喃葡萄糖的α型吸收带；765 cm－1为D吡喃葡萄糖的Ⅲ型吸收带。从图2的红外光谱图上可以看出经过乳酸菌发酵、乳酸和湿热3种处理后淀粉与原淀粉相比无明显的差异，各特征基团的吸收峰位置、形状与原淀粉相差不大，没有新的吸收峰出现，仍具有原有官能团，说明3种处理未破坏淀粉原有的基本结构，没有化合物产生。但是通过计算不同处理前后淀粉的红外结晶指数，发现经不同处理后淀粉的红外结晶指数上升，从未经处理原红薯淀粉的0.87分别上升到0.96、0.94和0.95，说明3种不同处理不同程度地破坏了红薯淀粉的结晶结构，导致不同处理淀粉红外光图谱中部分吸收峰强度降低。红外指数（R）是指去卷积谱图中1 047 cm－1和 1 022 cm－1处吸收峰强度的比值［19］。R值主要是用来表征淀粉颗粒表面的短程有序结构，看作是淀粉粒有序结构的指标，其中R值反映淀粉分子的有序程度，其比值越大，有序度越高［20］。

图2 不同改性处理后红薯淀粉的红外光谱图

2.4 不同处理方法对红薯淀粉粉条品质的影响

借鉴谭洪卓等［21］评价粉条品质的方法采用粉条硬度、断条率和粉条的拉伸强度来考察粉条品质的好坏情况。粉条烹煮后的硬度值反映粉条的耐煮性，硬度值越高，越耐煮，是粉条质构品质的一个重要指标。断条率的高低直接反映粉条品质的好坏，是评价粉条烹煮品质最重要的指标。粉条拉伸强度的测定结果可以替代反映感官评定中的筋道感。原红薯淀粉粉条品质不好的原因主要是容易糊汤、断条，拉伸性能差、粉条过软强度差，在粉条品质评价指标断条率、粉条硬度和拉伸强度值上就可以体现出来。表2为不同改性处理后红薯淀粉所制粉条品质的比较。从表2可以看出不同处理后的淀粉和原淀粉的粉条品质特征值均存在显著性的差异（P＜0.05），经乳酸菌发酵和湿热处理后红薯淀粉所制粉条品质都有不同程度的改善，而乳酸处理淀粉所制粉条的品质比原淀粉差。湿热处理红薯淀粉所制粉条的品质最好，其断条率比原淀粉所制粉条降低50%，粉条的硬度由原红薯淀粉的2 437 g增加到3 022 g，粉条的拉伸强度由80 g增加到了163.9 g。分析其原因可能是湿热处理淀粉的衰减值降低，使得直链淀粉的相对含量增加，回生值也相应的增加，随着淀粉回生值增大，淀粉形成凝胶的硬度也不断增大，对淀粉制产品的韧性形成有良好的贡献［22］。直链淀粉含量越高，形成的氢键越多，其网络结构的强度越高，则导致了粉条不易被拉断和切断［23］。

表2 不同改性处理的红薯淀粉所制粉条品质的比较

3 结论

与原淀粉相比，3种改性淀粉糊化特性的峰值黏度和衰减值有所降低，回生值都有不同程度的升高，淀粉分子结构的有序度也有不同程度的增加，除湿热处理淀粉的颗粒结构表面无明显变化，其他改性淀粉的颗粒结构表面有不同程度破坏。对3种改性淀粉与原淀粉粉条品质进行比较研究发现湿热处理淀粉所制粉条的断条率比原淀粉降低50%，硬度也由原来的2 437 g增加至3 022 g，粉条的拉伸强度由原来的80 g增加到163.9 g。研究结果表明可以采用处理工艺简单，以操作无污染，不需后续处理等优点的湿热改性淀粉的方法来达到改善红薯淀粉粉条品质的目的。

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Effect of Different Modification Methods on Sweet Potato Starch Properties and Its Noodle Quality

Liao Luyan1，2Jiang Liwen2Zhang Yu2Wu Weiguo2
（Orient Science and Technology College of Hunan Agricultural University1，Changsha，Hunan 410128）（Food Science and Technology College of Hunan Agricultural University2，Changsha，Hunan 410128）

Sweet potato starch has been modified with lactic acid bacteria fermentation，lactic acid treatment and heat－moisture treatment，respectively in the test of the paper.The structural properties and noodles properties were explored by rapid visco－analyser（RVA），Fu Liye infrared spectroscopy（FTIR），scanning electronmicroscopy（SEM），texture profile analysis（TPA）and othermeasurement.The results showed that in comparison with native starch，the three kinds ofmodified starch had the lower values of peak viscosity and breakdown，while the higher values of the setback as well as the ordered degree of structure.The modified starches damaged starch granule structure surface except heatmoisture modified starch.Comparative qualities of starch noodle showed that the heat moisturemodified starch noodle broken ratewas reduced of50%；the hardness of starch noodle increased from 2 437 g（original）to 3 022 g，the tensile strength of starch noodle increased from 80 g（original）to 163.9 g.

sweet potato starch，property，structure，starch noodle quality

TS236.5

A

1003－0174（2015）11－0049－05

湖南省高等学校“2011”协同创新中心项目（湘教通［2013］）448号）

2014－05－12

廖卢艳，女，1982年出生，实验师，粮食深加工及开发利用

吴卫国，男，1968年出生，教授，粮食深加工及开发利用