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湖南湘西百合营养及淀粉理化特性研究

2015-12-19李林静唐汉军李高阳吕桂芝

中国粮油学报 2015年10期
关键词:全粉质构百合

李林静 唐汉军 李高阳 吕桂芝

(湖南省农业科学院作物淀粉化学及代谢组学创新团队1,长沙 410125)(中南大学隆平分院2,长沙 410125)(湖南省农业科学院农产品加工研究所3,长沙 410125)

湖南湘西百合营养及淀粉理化特性研究

李林静1,2,3唐汉军1李高阳2,3吕桂芝2

(湖南省农业科学院作物淀粉化学及代谢组学创新团队1,长沙 410125)(中南大学隆平分院2,长沙 410125)(湖南省农业科学院农产品加工研究所3,长沙 410125)

为探讨湖南湘西食用百合(BJBH)的品质特性,本试验系统分析其主要营养成分,生、熟百合质构特性,全粉与精制淀粉的膨胀势和凝胶质构及淀粉理化特性。结果表明:在研究变幅内,BJBH的蛋白、淀粉及膳食纤维等主要成分含量表示出不同;煮熟后其质构特性变化主要是由大分子物质(淀粉、膳食纤维)吸水膨胀引起;全粉和淀粉膨胀势分别为6.2和14.5 g/g,纤维素等不溶性多糖是导致两者凝胶质构显著不同的主要因素;BJBH淀粉颗粒粒径集中分布在9.09~34.57μm,平均粒径19.28μm;衍射类型属B型,相对结晶度为 54.4%;DSC曲线中 TO、TP、TC和 ΔHgel分别为 54.0、63.2、75.0℃和 13.3 J/g;淀粉颗粒酶解速率先快后慢,72 h后分解速率趋于稳定;淀粉颗粒的吸水速率先减慢后升快,在相对湿度为100%时吸水量约为215 mg/g。

百合 营养成分 质构 淀粉 理化特性

百合(Lilium spp.)是百合科(Liliaceae)百合属(Lilium)药食两用多年生草本球根植物。百合的食用部分为长于地下的球形鳞茎,由众多鳞片抱和而成,肉质白嫩,营养丰富[1]。百合鳞茎中碳水化合物约占干基总量80%(淀粉约占60%),剩余的20%包括脂肪、蛋白、灰分、维生素等。此外,百合鳞茎中膳食纤维等功能性成分含量丰富,其在抗癌、抗肿瘤、增强免疫力等方面有一定作用[2-3]。

中国是世界百合属植物的分布中心,现存约47个品种(占世界品种50%以上,包括18个变种),主要分布在湖南、江苏、江西、山东、甘肃等地区,不同地区不同气候不同类型品种均有差异,因此针对性研究更具参考意义[4-5]。本试验选择湖南湘西代表性食用百合品种为研究材料(营养成分等未见报道),提取、分析、比较其主要营养和功能性成分的含量及相关品质特性,并对该品种淀粉的理化特性进行较详细的研究,为充分利用湘西地区夏季冷凉多雨的气候资源,因地制宜地发展百合营养食品产业提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

保靖百合(BJBH,湘西代表性食用百合)采于湖南湘西自治州保靖县。

CT3-4500型质构仪:美国 Brookfield公司;SP-756PC型上海光谱紫外可见分光光度计:上海燕恒实业有限公司;LS-POP型激光粒度分析仪:欧美克科技有限公司;D/max-rA型转靶X射线衍射仪:日本理学电机株式会社;7000型差示扫描热量计(DSC):日本精工电子有限公司;TGL-20M型高速冷冻离心机:长沙平凡仪器仪表有限公司。

1.2 基本营养成分测定

水分:常压干燥法[6];蛋白质:微量凯氏定氮法[6];脂肪:索氏提取法[6];膳食纤维:酶 -重量法[6];灰分:马福炉灼烧法[6];糖类:按下式计算糖类物质含量。

式中:S表示糖类物质/%;T为蛋白质、脂肪、膳食纤维及灰分含量(干基)总和/%。

1.3 百合全粉制备及精制淀粉的提取

1.3.1 百合全粉的制备

参照参考文献[7]的方法,全粉水分质量分数控制在10%以下,存于干燥器中备用。

1.3.2 精制淀粉的提取

采用Tang等[8]改良后的方法:切碎新鲜原料100 g,收集到1 000 mL烧杯,搅拌5~10 min后,过80目筛。在低温室静置24~48 h后,撇掉上清液。加入0.1%NaOH溶液至500 mL,搅拌10 min,在低温室静置24~48 h。上述操作反复3次。

撇掉上清液,加入蒸馏水至500mL,用1mol/L的HCl溶液调整pH值至7.0。过140目筛后,在低温室静置24~48 h。撇掉上清液,加入蒸馏水至400mL,再加入100 mL的戊醇,低温(控制室温约15℃)下用均质机搅拌10 min后,低温室静置24~48 h。重复这个操作直到戊醇层变透明为止。

撇掉戊醇层,过400目筛后在低温室静置24~48 h。撇掉部分上清液后加乙醇至70%浓度,搅匀后静置2 h。用G-4砂心过滤器过滤,99.5%乙醇冲洗1~2次后加适量乙醚冲洗干燥。

1.4 百合样品的质构分析

1.4.1 生、熟百合样品质构分析

新鲜百合鳞茎经去泥冲洗后,随机抽取一片无褐色坏死斑块百合鳞片,拭去表面水分后固定在基台支架上,采用TA-39探头,触发点负载2 g,探头推进速度0.5 mm/s,在压缩距离2 mm的条件进行分析,单循环且距离中心点1 mm处测定4次。

挑选完整的百合鳞片,100℃蒸煮20 min至鳞片完全氧化发黑,10℃冷却约10 min后拭去表面水分进行质构测试,测试条件同上。

1.4.2 百合全粉和淀粉膨胀势

膨胀势的测定采用 Tang等[9]改良的方法;将0.25 g样品(甘薯粉末或淀粉)置入预先称重10 mL离心管,加5 mL蒸馏水,混匀;先70℃晃动水浴10 min(使淀粉颗粒充分分散),再移至100℃沸腾水浴10 min(不摇晃);冷水(10℃以下)冷却5 min后,1 700×g离心4 min,小心吸去上清液,称重;按下式计算膨胀势。

式中:SP为膨胀势/g/g;M为吸收膨胀后的总质量/g;m为离心管质量/g;w表示样品质量/g。

1.4.3 百合全粉和淀粉凝胶质构

小心移出上述离心管中的全粉和淀粉凝胶,取相同厚度的凝胶体(约4 mm,表面平整且不破坏胶体结构),采用TA-16探头,触发点负载2 g,探头推进速度0.5 mm/s,在压缩距离1 mm的条件进行分析,双循环测定且在中心处压缩测定4次。

1.5 百合淀粉理化特性

1.5.1 淀粉颗粒粒径分布

在50 mL量杯内加入约25 mL的悬浮液(本试验悬浮液为水),搅拌样品使其均匀一致,用取样勺有代表性地取适量待测样品投入量杯中,每个样品取样量不要相差太多;量杯放入超声波清洗机震荡5 min左右使其充分分散,(超声波清洗槽内的液面达到量杯总高度的1/2左右),打开电脑电源遮光比控制在5%~25%(各个样品遮光比一样),将量杯中的悬浮液(充分分散)倒入旋转容器中至淀粉完全沉浸水,通过粒度分析仪平行测定2次。

1.5.2 X-射线衍射分布

采用铜转靶,加速电压为40 kV,管电流200 mA,扫描范围2θ=3°~70°,步长 0.02°,扫描速度为8(°)/min,石墨单色器,λ=1.540 56A。

1.5.3 差示扫描量热分析

采用差示扫描量热分析仪测定,温度范围20~100℃,升温速率10 cel/min。用配套热处理软件计算 T0、TP、TC及焓值 ΔHgel,每个样品重复2次。

1.5.4 淀粉消化特性

取样约25 mg,分别依次加入1 mL pH=6.0的0.05 mol/L磷酸缓冲液、20单位的ɑ-淀粉酶,在37℃恒温震荡水浴锅内反应 0~63 h(24、38、48、63、72 h各测1次),加入50μL 1 mol/L的 HCl,1 mol/L的NaOH调整pH到7.0,加入0.5 mL 95%酒精(移液枪吸取),1 500 g离心10 min,取上清液适量,空白试验不加淀粉酶,其余条件相同。采用苯酚硫酸法每个时间点重复测定2次计算含糖量m[8],按下式计算分解率。

式中:H为消化率;m为淀粉分解成小分子糖(葡萄糖为主)的总量/g;M为干淀粉总质量/g。

1.5.5 淀粉吸水特性

取淀粉样品1 g左右,放入已知质量的干燥皿中(空白不放样品),20℃条件下,分别在相对湿度为23.11%(乙酸钾饱和溶液)、33.07%(氯化镁饱和溶液)、55.87% (硝酸镁饱和溶液)、75.47%(氯化钠饱和溶液)、94.62%(硝酸钾饱和溶液)及100%(水溶液)的干燥器中放置7 d后称重。按下式计算淀粉吸水(量)率。

式中:MC为淀粉颗粒的吸水率/g/g;Mm为淀粉颗粒吸水后总质量(包括干燥皿)/g;M为吸水前干燥皿的质量/g;v为吸水前后干燥皿的增质量/g。

1.6 数据处理

采用 Excel 2007、SPSS 17.0和 JADE 5.0处理数据。

2 结果与讨论

2.1 百合主要营养成分

如表1所示,BJBH的水分、蛋白、脂肪、灰分及淀粉质量分数均在研究变幅内,其中水分质量分数偏低,灰分和脂肪质量分数偏高;蛋白质量分数适中(9.6%),但高于马铃薯(约 2.6%)[11]、甘薯(约4.5%)[13]等薯类;BJBH淀粉质量分数(14.2%)较低且和兰州百合(约15.0%)[12]相似,而兰州百合是我国最佳的食用百合品种[12]之一。

表1 百合主要营养成分/%

膳食纤维是人体健康饮食不可缺少的功能活性物质之一[15],包括可溶性和不溶性膳食纤维2种,不溶性膳食纤维主要包括纤维素、半纤维素及木质素等,可溶性膳食纤维包括果胶及其他植物胶等[17],可溶性膳食纤维具有功能性作用。由表1可知,BJBH的可溶性膳食纤维含量大于不溶性膳食纤维(P<0.005),BJBH总膳食纤维质量分数高于马铃薯(22.6%)[17]和甘薯(18%)[18]。本试验采用酶-重法测定膳食纤维,而国内目前对膳食纤维的研究主要集中于果胶(1.9%~6.8%)和粗纤维(1.5%~7.6%)。

综上所述,百合BJBH的主要营养成分均在国内外研究变幅范围内,水分偏低而灰分和脂肪含量偏高,淀粉含量较低且接近兰州百合,蛋白含量丰富(高于薯类),膳食纤维含量可观,该品种百合营养均衡,且适用于膳食纤维类产品的加工,如百合奶粉、膳食纤维固体饮料等,其薯渣(高脂肪)可用于喂养牲畜。

2.2 百合质构特性

硬度是指到达指定形变所需的力,压缩功反映样品的内部键力,两者都是反应相关制品品质的重要指标[20],如图1所示硬度代表正峰值,压缩功代表正向总面积(面积1),黏力代表负峰值,黏性代表负向总面积(面积4),单循环上升曲线的起伏程度代表脆性,起伏越大脆性越大。图1分别列出了生百合与熟百合在相同参数条件下的质构图谱,由图1可知:生、熟百合的单循环完成时间相同,煮熟后脆性及硬度显著降低,正向总面积和正向峰值及负向总面积和负向峰值均减小;这是因为百合中主要成分淀粉加热后发生糊化,分枝结构彼此牵连且分子重新排列,导致其黏性增加,硬度降低;生百合与熟百合的质构参数(见表2)与其质构图谱相对应,且由表2可知生百合与熟百合的恢复性均较差且煮熟前后恢复性基本不变。

图1 生、熟百合质构图

表2 百合质构参数

2.3 百合凝胶质构特性(淀粉和全粉)

膨胀势指淀粉分子通过氢键结合水分子的能力,影响膨胀势的因素不仅包括本身淀粉分子粒径大小也包括淀粉分子中的脂肪酸和其他化学成分[9],如图2所示BJBH淀粉膨胀势为(14.5±0.4)g/g,低于甘薯淀粉(约 22 g/g)[20]和山药淀粉(约 40 g/g)[21]。BJBH全粉的膨胀势为 (6.2±0.2)g/g,低于淀粉膨胀势(P<0.001),且由图2可知全粉与淀粉凝胶质构的单循环完成时间不同,双循环正峰值及负峰值也表现出不同;这是因为全粉中能够吸水膨胀的部分主要是淀粉,但也受其他物质的影响,如纤维素和木质素等不溶性高分子多糖等,因此,为了定量理解全粉的膨胀特性,后续工作中有必要建立全粉膨胀势与淀粉及其他成分相互关系的数学模型。

图2 淀粉与全粉凝胶质构图

黏性、弹性、黏聚性、胶着性等是评价凝胶组织结构的重要指标。BJBH的淀粉和全粉凝胶质构参数如表3所示。由表3可知全粉与淀粉凝胶质构均表示出黏性、弹性、黏聚性、胶着性等特性,且与淀粉凝胶相比全粉凝胶的黏性及黏聚性较高,弹性稍低而胶着性较低,其中全粉与淀粉凝胶的胶着性差别最大。

表3 百合凝胶质构参数

2.4 百合淀粉的理化特性

2.4.1 淀粉颗粒粒径分布

BJBH淀粉颗粒粒径分布(微分分布和累积分布)如图3所示,其微分分布呈明显的三峰分布,峰值分别出现在1.36、4.24和23.5μm处,粒径分布范围0.1~61.28μm,由累积分布图可知在粒径范围9.09~34.57μm(曲线切点横坐标)内,粒径累计变化最为明显(6.81%~95.31%),这表明BJBH淀粉颗粒主要集中分布在9.09~34.57μm的范围内。BJBH淀粉平均粒径(D50,表示累计分布达50%时的粒径)为(19.28±0.13)μm(P<0.005),高于甘薯淀粉的粒径(约 14.88μm)[20]低于山药淀粉(约24.05μm)[21];通过粒径分布曲线还可计算出体积平均粒径 D(4,3)为(19.73±0.11)μm(P<0.005);表面积平均粒径 D(3,2)为(14.26±2.04)μm(P<0.05);比 表 面 积 为 (0.43±0.04)m2/c.c(P<0.001);径距为(1.03±0.04)(P<0.005),径距用以表征样品粒径的均匀程度,径距越小表明样品颗粒越均匀。

图3 淀粉颗粒粒径分布

2.4.2 淀粉颗粒X-ray分析

图4 淀粉颗粒X-ray分布

如图4所示,BJBH淀粉的衍射峰主要出现在2θ=5.4°、14.8°、17.0°、19.2°、21.9°及 23.7°处;5.5°、15°、17°、22°及 24°属 B型淀粉(马铃薯淀粉)的特征衍射角;15°、17°、18°及23°属 A型淀粉(小麦淀粉)特征衍射角;由此判断BJBH淀粉衍射类型属B型,这与吴雪辉等[22]研究结果相一致。

淀粉的结晶区是由直链淀粉和支链淀粉通过氢键共同形成,由于支链淀粉的相对分子质量较大,常穿过淀粉颗粒的结晶区和非结晶区而起到骨架作用,因此,结晶区的形成主要依赖支链淀粉的组成及含量[9]。峰型拟合积分计算所得相对结晶度为(54.4±0.04)%(P<0.05),其值高于甘薯淀粉(C型,约 35.0%)[21]和小麦淀粉(A型,19.7%)[9]。如图4所示晶格间距0.44 nm处被认为是直链淀粉脂肪复合物的特征吸收强度[24],BJBH淀粉在此处呈现相对明显的吸收强度(19.2°),高于 Tang等[8]发现的豆类淀粉和小麦淀粉。

2.4.3 淀粉颗粒DSC曲线分布

BJBH淀粉颗粒的DSC曲线分布如图5所示,吸热峰的起始温度(T0)、峰值温度(TP)和最后温度(TC)分别为 54.0、63.2及 75.0℃,焓变(ΔHgel)为13.3 J/g,高于甘薯淀粉(9.8 J/g)[20]和小麦淀粉(10.3 J/g)[8]而低 于 山 药 淀 粉 (20.3 J/g)[21]。Czuchajowska等[24]认为第 1个吸热峰(大峰)主要和淀粉的结晶度有关,而第2个吸热小峰和直链淀粉脂肪复合物有关;由图4已知BJBH淀粉在0.44 nm呈现明显的吸收强度,表明该品种淀粉直链淀粉脂肪复合物含量可观,而本试验并未出现第2个小峰,这可能是由于该小峰出现在100℃之后。

图5 淀粉颗粒DSC曲线分布

2.4.4 淀粉颗粒酶解特性

BJBH淀粉颗粒的酶解特性是反应淀粉可消化特性的重要指标,本试验采用常见的ɑ-淀粉酶结合苯酚硫酸法测定不同时间内的酶解情况。BJBH淀粉颗粒的酶解特性(淀粉酶分解)如图6所示,该品种淀粉的酶解速率逐渐降低,0~24 h速率最快,24 h时分解率达到 (18.3±0.5)%(P<0.005),48~72 h速率最慢,48 h时分解率为(24.0±0.6)%(P<0.001),72 h时分解率为 (27.4±0.4)%(P<0.001),且72 h后分解速率趋于稳定。淀粉酶的活性随着环境变化而逐渐减弱,其酶解速率也逐渐降低。酶解后淀粉颗粒的表观结构(SEM观察)会在后续研究中报道。

图6 淀粉颗粒酶解曲线

2.4.5 淀粉颗粒水分吸收特性

通过重量法测定了BJBH淀粉的水分吸收特性,其水分吸收等温线如图7所示,由图7可知BJBH淀粉在20%~60%相对湿度范围内吸水速率较缓慢,60%~80%范围内吸水速率最慢,80%~100%范围内吸水速率增快,类似立方抛物线分布且在相对湿度为100%条件下最大吸水量约为(215±1.3)mg/g,低于甘薯淀粉(280 mg/g)和小麦淀粉(350 mg/g)[8]。

图7 百合淀粉颗粒水分吸收等温线(20℃)

3 结论

本试验从营养成分特性、质构特性及主要营养成分淀粉的理化特性3个方面系统分析了湖南湘西百合的品质特性;BJBH的营养成分中水分含量偏低,灰分和脂肪含量偏高,蛋白含量适中且高于甘薯和马铃薯,淀粉含量相对偏低且接近兰州百合,膳食纤维的含量可观;BJBH煮熟后其质构特性的显著变化主要是由大分子物质(淀粉、膳食纤维)吸水膨胀引起;BJBH全粉和淀粉膨胀势分别为6.2 g/g和14.5 g/g,并在此基础上测定了全粉和淀粉的凝胶质构特性。

BJBH淀粉颗粒粒径成明显的三峰分布,粒径分布范围0.1~61.28μm,集中分布在9.09~34.57 μm,平均粒径19.28μm,高于甘薯淀粉的粒径而低于山药淀粉,径距为1.03;BJBH淀粉的衍射类型属B型,相对结晶度为54.4%;BJBH淀粉颗粒的DSC曲线中TO、TP和 TC分别为54.0、63.2及75.0℃,ΔHgel为13.3 J/g;BJBH淀粉颗粒的酶解速率先高后低,0~24 h速率最快,48~72 h速率最慢且72 h后分解速率趋于稳定;BJBH淀粉颗粒吸水等温线类似立方抛物线分布,在20%~60%相对湿度范围内吸水速率较缓慢,而在80%~100%范围内吸水速率增快且在相对湿度为100%条件下最大吸水量约为 215 mg/g。

此外,关于BJBH淀粉颗粒的DSC曲线在100℃后出现小峰(和直链淀粉含量有关)及酶解后淀粉颗粒的电子显微结构会在后续研究中报道。

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Nutritional and Starch Physicochemical Properties of Lily Grown in Xiangxi of Hunan

Li Linjing1,2,3Tang Hanjun1Li Gaoyang2,3LüGuizhi2

(Research Team of Crop Starch Chemistry and Metabonomics Hunan Academy of Agricultural Sciences1,Changsha 410125)(Longping Graduate School Central South University2,Changsha 410125)(Hunan Agricultural Product Processing Institute3,Changsha 410125)

In order to evaluate nutritional quality of BJBH(edible lily)from Hunan Province,themajor nutrients,texture properties of fresh and cooked lily,gel texture and swelling power of flour and starch have been studied in the experiment aswell as starch physicochemical properties.Themajor nutrients including protein,starch and DF showed significant differences compared with existing research achievements.The variation of texture properties after prepared wasmainly caused by gelatinization of the macromolecular substances including starch and DF,etc.The values of swelling power for flour and starch was6.2 g/g and 14.5 g/g respectively.Difference of gel texture between flour and starch occurred by cellulose and other insoluble polysaccharide.The sizes granules ranged from 9.09 to 34.57μm and themedian size was 19.28μm.The crystal structure was type B and the relative crystallinity was 54.4%.T0,TP,TCandΔHgelwere 54.0,63.2,75.0℃ and 13.3 J/g respectively.Enzyme hydrolysis rate of starch granuleswas first quick then slowed down,and then it kept stability after 72 h.Thewater absorption of starch granuleswas first slow and then fast,and themaximum water absorption was 215 mg/g at humidity of 100%.

lily,nutrient composition,texture,starch,physicochemical properties

TS231

A

1003-0174(2015)10-0025-07

“十二五”国家科技支撑计划(2012BAK17B17),湖南省科技重大专项(2010FJ1009)

2013-12-05

李林静,男,1987年出生,硕士,粮油加工

李高阳,男,1971年出生,研究员,农产品精深加工与质量安全

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