蕨根淀粉的颗粒形态与糊化特性研究

杜传来 王 丽 潘苗苗 郭子义

蕨根淀粉的颗粒形态与糊化特性研究

杜传来1王 丽1潘苗苗2郭子义1

（安徽科技学院食品药品学院1，凤阳 233100）
（安徽省凤宝粮油食品（集团）有限公司2，凤阳 233100）

为探讨蕨根淀粉的糊化性能，以蕨根为原料，采用湿法提取淀粉，并进行提纯，对蕨根淀粉的颗粒形态、糊黏度曲线、糊冷热黏度、糊透明度、抗剪切性、冻融稳定性、凝沉性及抗老化性等特性进行了研究，并与玉米淀粉进行了比较。结果表明：扫描电镜观察蕨根淀粉颗粒表面光滑，大小均匀，呈椭圆或鹅卵石形，粒径范围10.23～26.14μm，长轴平均粒径19.09μm，稍大于玉米淀粉；布拉班德糊黏度曲线表明蕨根淀粉糊化温度为68.9～89.4℃，低于玉米淀粉糊，而峰值黏度为611 mPa·s，高于玉米淀粉；与玉米淀粉相比，蕨根淀粉稳定性好、透光性好、冻融稳定性好、抗老化性强，而凝沉性较弱、抗剪切性较差。蕨根淀粉较适于速溶、快餐、冷冻食品加工。

蕨根 淀粉 颗粒形态 糊化特性

淀粉是人体所需能量的主要来源，在现代食品工业中淀粉是一种非常重要的原辅料，在食品加工中起着非常重要的作用。近几年来，人们不断开发淀粉新资源，对荔枝、银杏、罗汉果、芋头、葛根、板栗、何首乌、槟榔屿以及橡子中淀粉的提取及理化性质研究已有报道。

蕨菜（Pteridium aquilinuml）又名拳头菜、如意菜、吉祥菜、长寿菜、龙头菜等，被誉为“山菜之王”，深受人们喜爱［1］。蕨菜的根茎中淀粉含量高达35%～40%，还含有多种氨基酸和维生素，具有清热解毒、健胃补脾之功效，经常食用蕨根淀粉对预防癌症、黄疸肝炎、破伤风等病症有一定作用［2］。蕨粉还可用来制作饴糖、饼干、粉条、凉粉等食品，也可用来酿酒和制造酒精［3］。蕨根中淀粉的组成、结构和性质直接关系到蕨根的深加工和应用［4］。淀粉的糊特性是加工性能的重要指标，淀粉糊的特性与淀粉的品种［5－7］不同生长环境［8］及产品的成分［9］等有关。

有关蕨根淀粉，杜双奎等［4］研究了蔗糖、NaCl、碱面和明矾添加及pH值对蕨根淀粉糊化特性的影响。本研究以蕨根为原料提取蕨根淀粉，并对淀粉颗粒形貌、糊流变曲线、糊冷热黏度、糊透明度、抗剪切性、冻融稳定性、凝沉性、抗老化性的测定等理化性质进行了系统研究。旨在充分利用野生资源，为蕨根淀粉的开发利用提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料与仪器

蕨根：安徽大别山。

氢氧化钙、氢氧化钠、盐酸、无水乙醇、氢氧化钾、正丁醇、异戊醇、二甲亚砜、无水氯化钙、四氯化锡（均为分析纯）。

EVO－18型扫描电子显微镜：英国－卡尔蔡司；NDJ－9S型旋转黏度计：上海天平仪器总厂；DL－5型低速大容量离心机：上海安亭科学仪器厂；Viscograph－E型布拉班德黏度仪，8012型布拉班德黏度仪：德国布拉班德公司；101C－3B型电热鼓风干燥箱：上海实验仪器总厂；DZF－1B型真空干燥箱：上海跃进医疗器械厂；WZZ－1S型数字式自动旋光仪，722S型分光光度计：上海精密科学仪器厂；HH－6型数显恒温水浴锅：常州国华电器有限公司；JJ－1精密电动搅拌器：江苏富华仪器有限公司；SF－170型高速粉碎机：上海中药机械厂。

1.2 试验方法

1.2.1 蕨根淀粉的提取与纯化［10，11］

工艺流程：蕨根→浸泡→清洗→晾干→切段→粉碎→碱浸→筛分→离心→提纯→干燥→成品

主要操作步骤：选择优质蕨根浸泡24 h后，清洗并自然晾干，切段，粉碎。然后用0.3%的Ca（OH）2碱液浸泡，浸泡温度为40℃，时间10 h，料液比1∶5。先后用40目、100目和200目滤布过滤，用清水多次冲洗后静置，使淀粉沉淀下来。再经4 000 r／min下离心10 min，制得蕨根粗淀粉。收集粗淀粉，加4%乙醚数毫升到离心管内，用细玻璃棒充分搅拌，然后离心，倾出上清液并收集以备回收乙醚。沉淀中再加70%乙醇10 mL，充分搅拌以洗涤残余物，倾去上清液，重复洗涤数次以去除可溶性糖分，最后用热的0.3%的氢氧化钾溶液去除蛋白质，重复2次，再用水冲洗数次，直至淀粉显中性。最后将沉淀在电热鼓风干燥箱中40～50℃下干燥24 h即得成品。

1.2.2 淀粉颗粒形貌表征

用双面胶把样品颗粒固定在样品台上，经真空镀金膜后，放入扫描电子显微镜中，进行观察。1.2.3 蕨根淀粉的糊化特性

1.2.3.1 糊流变曲线及糊化温度的测定：用Viscograph－E型布拉班德黏度仪，测量盒扭距700 cm·Hg。淀粉乳浓度ω（淀粉）6.0%，含水量8.1%。测定程序为：30℃开始以7.5℃·min－1升温至95℃；95℃保持10 min；再以7.5℃·min－1降温至55℃；55℃下保持10 min［12］。仪器记录测定过程中糊黏度值获得黏度曲线。

1.2.3.2 糊冷、热黏度的测定：用德国8012型Brabender连续黏度计，把样品用水调成3% 的淀粉乳，调pH为6，在水浴中加热至95℃，然后保持95℃搅拌30 min，最后以1.5℃／min的速度冷却至室温，分别测其黏度。95℃下测得的黏度为热黏度，30℃下测得的黏度为冷黏度。［13］

1.2.3.3 糊透明度的测定：把样品用蒸馏水调成1%的淀粉乳，取50 mL放入100 mL烧杯中，置于沸水浴中加热搅拌15 min，并保持原有体积。然后冷却至室温，用1 cm比色皿在620 nm波长下，以蒸馏水为空白，以蒸馏水的透光率为100%，测定淀粉糊的透光率［14］。

1.2.3.4 抗剪切性的测定：将样品用蒸馏水调成3%的淀粉乳，置于水浴上不断搅拌，以1.5℃／min升温至95℃完全糊化，冷却至30℃测其黏度，然后在200 r／min条件下剪切5 min，再测其黏度，计算剪切前后黏度的差值（单位为mPa·s）及相对差值［14］。

黏度差值＝剪切前的黏度－剪切后的黏度

1.2.3.5 冻融稳定性的测定：将样品用蒸馏水调成3%的淀粉乳，在沸水浴中加热20 min，冷却至室温，置于－20～－15℃的冰箱中冷冻，24 h后取出，自然解冻，在3000 r／min条件下离心20 min，弃去上清液，称取沉淀物质量，计算析水率［15］。

1.2.3.6 凝沉性质和抗老化性质的测定：把样品用蒸馏水调成1%的淀粉乳，在沸水浴中加热搅拌15 min糊化，然后把淀粉糊放入刻度试管中，糊体积在15 mL处，在室温下静置24 h，记录24 h后沉降物所占的体积即为沉降积，以mL表示［16］。

2 结果与分析

2.1 淀粉颗粒形貌表征［17］

从图1可以看出蕨根淀粉颗粒大多呈椭圆形或鹅卵石形，大小较均匀，表面光滑，有较少的裂缝；个别的凹陷和深洞可能是由于在纯化淀粉时碱溶液对淀粉分子的损坏以及在粉碎过程中的破坏等因素造成的。利用电镜标尺，测定计算出蕨根淀粉的粒径范围在10.23～26.14μm，平均粒径为19.09μm。与几种常见植物淀粉颗粒大小与形态比较［18］，结果见表1。

图1 淀粉颗粒扫描电镜照片

表1 几种常见植物淀粉颗粒大小与形态比较

由图1和表1可以看出，蕨根淀粉的平均粒径比大米大而与玉米淀粉相当，比甘薯淀粉颗粒小。不同来源的淀粉有不同的物理化学和功能性质［19］，而淀粉及其成分的性质又都与淀粉粒的大小形状有关。

2.2 糊流变曲线与糊化温度的测定

淀粉糊化和黏度等功能特性是非常重要的，因为它们直接影响小麦粉的加工性能并最终影响产品的质量［20］。布拉班德黏度测定仪（BV）测定蕨根淀粉和玉米淀粉糊化黏度性质特征值见表2。

表2 淀粉糊黏度性质特征值

由表2可以看出，蕨根淀粉和玉米淀粉糊化黏度性质特征值有明显不同，蕨根淀粉峰值黏度和最终黏度均较高；糊化时间、糊化温度较低，且最终黏度低于峰值黏度。说明蕨根淀粉比玉米淀粉更易糊化，这可能与其中直链淀粉含量直接相关。糊化开始时淀粉颗粒吸水溶胀，蕨根淀粉的糊化开始温度为74.0℃，低于玉米淀粉糊化开始温度84.5℃，低的糊化温度有利于食品中热敏性成分免受高温的破坏［21］。蕨根淀粉峰值黏度为588.0 BU，大大高于玉米淀粉峰值黏度。崩解值表示淀粉糊黏度热稳定性的变化，数值越大热黏度稳定性越差，蕨根淀粉的崩解值较高，但回升值较低，说明蕨根淀粉热稳定性较差，但不易老化。回升值表示淀粉凝沉性强弱，数值越小，凝沉性越弱，淀粉糊老化现象越轻。冷却阶段结束时与最终恒温阶段结束时黏度差值表示淀粉糊的冷黏度稳定性，蕨根淀粉值较小为99.0 BU，说明其冷糊稳定性较好。

2.3 蕨根淀粉与玉米淀粉的糊化特性比较

淀粉的各种糊化特性参数与淀粉的功能特性密切相关，也决定了其在食品工业中的应用［22］。许多食品中加入淀粉，主要是利用其受热糊化后产生的黏度使产品具有要求的组织的结构和性质。很多食品均需在较高温度下加工或杀菌，淀粉分子在高温下易解聚成小分子，黏度下降，胶体结构破坏，使其失去增稠能力。在食品的货价期内，也希望淀粉保持较好的黏度稳定性，以便保持食品良好的组织状态。因此，对其冷热黏度进行了测定比较。

从表3可以看出，蕨根淀粉的冷、热黏度都比玉米淀粉的冷、热黏度要高，且差异显著，表明蕨根淀粉在食品中应用于常温货架保存内其稳定性较好。

淀粉糊的透明度大小反应了淀粉分子与水结合能力的高低，同时也与淀粉溶解度有关［23］。由表3还可以看出，蕨根淀粉糊的透光率要比玉米淀粉糊的透光率大，且差异显著，表明蕨根淀粉糊的透光性比玉米淀粉糊的透光性好。

在食品加工中，常常要进行强烈的机械搅拌，这就要求变性淀粉具备较强的抗剪切力，来保持淀粉糊液黏度的稳定。因此，对其剪切前后的冷热黏度进行了测定，剪切前后的黏度差值和相对差值越小，淀粉糊的抗剪切性越好，反之越差。从表3可以看出，蕨根淀粉的抗剪切性比玉米淀粉的抗剪切性稍差，但差异不显著。

在冷冻食品中应用的淀粉糊，需要在低温下冷冻，或者经过多次的冷冻、融化，食品仍能保持原有的质构。析水率的高低能够反映了淀粉冻融稳定性的好坏，析水率越低则冻融稳定性越好。从表3可以看出，蕨根淀粉的析水率比玉米淀粉的析水率要低，且差异显著，说明蕨根淀粉的冻融稳定性好。

表3 蕨根淀粉与玉米淀粉的糊化特性比较（alpha＝0.01）

淀粉乳受热，颗粒溶胀吸收水分破裂，淀粉分子溶解于水而糊化。稀的淀粉糊放置一定的时间后会逐渐变混浊、分层沉淀，出现上清液、下方沉淀物的现象。糊的凝沉性质和抗老化性质可以用淀粉糊在24 h后沉降部分所占体积即沉降积来表示，沉降积越小，凝沉性越强，抗老化性越弱。从表3可以看出，蕨根淀粉的沉降积比玉米淀粉的沉降积大，且差异显著，说明蕨根的凝沉性较弱，抗老化性较强。

3 结论

3.1 蕨根淀粉扫描电镜结果表明，蕨根淀粉颗粒表面光滑，大小均匀，呈椭圆或鹅卵石形，粒径范围10.23～26.14μm，长轴平均粒径19.09μm。

3.2 布拉班德糊黏度曲线表明：蕨根淀粉糊化温度68.9～89.4℃，峰值黏度611 mPa·s。

3.3 与玉米淀粉相比，蕨根淀粉糊稳定性好、透光性好、冻融稳定性好、凝沉性较弱、抗老化性较强、抗剪切性稍差。蕨根淀粉较适于速溶、快餐、冷冻食品加工。

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Study on Granul Shape and Pasting Properties of Fern Root Starch

Du Chuanlai1Wang Li1Pan Miaomiao2Guo Ziyi1
（Anhui Science and Technology University1，Fengyang 233100）
（Anhui Fengbao Grain and Oil Food Stuffs Co.，Ltd2，Fengyang 233100）

To discuss the pasting properties of fern root starch，the fern root was used as material to extract starch，and the starch was purified.The fern root starch granul shape，the viscosity curve of starch paste，the cold and hot viscosity，transparence，anti－cutting quality，the freeze－thaw stability，settlement and anti－aging physical properties were investigated in the research，and And the results are compared with corn starch.The result as follows：The surface of fern root starch granul was smooth by scanning electron microscope，the size was uniform，the shape was elliptic or ovate，grain diameter size scope was 10.23～26.14μm，average diameter in major axis was 19.09μm，slightly more than the corn starch.The viscosity curve of Brabender indicated pasting temperature of fern root starch was68.9 ～89.4 ℃ ，which was lower than that of corn starch paste.However，peak value viscosity was611 mPa.s，which was higher than the corn starch paste.Compara to corn starch，the fern root starch stability，the transparence，the stability in freezing and the freeze－thawand the anti－aging property were better，but the retrogradation and the shearing resistance was worse.So the fern root starch can be applied in instant food，fast food and frozen food.

fern root，starch，granul shape，pasting properties

TS232

A

1003－0174（2016）07－0046－05

时间：2016 －07－15 10：56：01

网络出版地址：http：／／www.cnki.net／kcms／detail／11.2864.TS.20160715.1056.002

国家农业成果转化基金（2014GB2C300011），安徽科技学院重点学科（AKZDXK2015B04）

2015－03－18

杜传来，男，1968年出生，副教授，食品贮藏保鲜与加工