豌豆淀粉与马铃薯淀粉、玉米淀粉理化性质比较

张燕鹏，庄　坤，丁文平，曹　杨（武汉轻工大学食品科学与工程学院，湖北武汉430023）

豌豆淀粉与马铃薯淀粉、玉米淀粉理化性质比较

张燕鹏，庄坤，丁文平，曹杨
（武汉轻工大学食品科学与工程学院，湖北武汉430023）

通过对豌豆淀粉、马铃薯淀粉和玉米淀粉的基本组成、颗粒形态、凝沉性、糊化特性、透明度及抗性淀粉含量的测定与比较表明：豌豆淀粉中直链淀粉和蛋白质的含量较高，但其颗粒直径小于马铃薯淀粉；与马铃薯淀粉和玉米淀粉相比，豌豆淀粉易于回生，但糊稳定性较好；豌豆淀粉糊的透明度低于马铃薯淀粉，但其淀粉组成中慢消化淀粉含量高于马铃薯淀粉和玉米淀粉。

豌豆淀粉，马铃薯淀粉，玉米淀粉，理化性质

豌豆是世界主要豆类作物之一，不仅营养价值较高，而且还含有53%左右的淀粉和24%左右的蛋白质，是一种重要的淀粉和蛋白质来源。与谷物淀粉和薯类淀粉相比，豌豆淀粉中直链淀粉含量较大，具有热黏度高、凝胶透明度高、凝胶强度高等特点，一般作为粉丝和粉皮加工原料而广泛应用于食品加工业，另外豌豆淀粉通过改性研究后也可应用于纺织、化工、医药等领域［1-4］。

目前，国内外生产豌豆淀粉主要采用机械分离法、湿磨法、酸浆法和水洗法等工艺，生产过程中产生的大量蛋白质随废水一起排放掉，造成蛋白质资源的极大浪费［5-6］。本文采用豌豆淀粉与蛋白质联产加工技术，可在制备豌豆淀粉的同时有效回收蛋白质，从而增加豌豆的利用价值。在此基础上，通过进一步对豌豆淀粉的理化性质进行系统研究，以期为豌豆淀粉与蛋白质联产加工技术的工业化提供理论依据。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

豌豆粉实验室自制；玉米淀粉湖北新太阳有限公司；马铃薯淀粉武汉市劲宝有限公司；马铃薯直链淀粉和支链淀粉标品Sigma公司；α-淀粉酶北京双旋微生物培养基制品厂；糖化酶北京奥博星生物技术有限公司；辣根过氧化物酶阿拉丁；葡萄糖氧化酶阿拉丁；无水乙醇、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠均为分析纯，购于国药集团试剂公司。

S-3000N扫描电子显微镜日本HITACHI公司生产；LD5-10低速离心机北京医用离心机厂；T6-1650E紫外可见分光光度计北京普析通用仪器有限责任公司；TD5Z低速离心机湖南凯达科学仪器有限责任公司；DF-101S恒温加热磁力搅拌器巩义市予华仪器有限责任公司；Model 4D Rapid Visco Analyzer澳大利亚Newport Scientific公司。

1.2实验方法

1.2.1豌豆淀粉与蛋白的制备称取豌豆1.0 kg，加入清水5.0 kg，在室温下浸泡24 h，去皮后使用胶体磨处理两次，收集所得浆液。将所得浆液按一定的料液比1∶10（m/V）与NaOH溶液（75 mmol/L）相混合，在30℃下搅拌浸提18 h，浸提完毕后，用100目筛对浆状物过滤，所得滤浆在5000 r/min的转速下离心15 min，滤饼经去离子水洗涤至中性后，在30.0～40.0℃温度下热风干燥，干燥后的固体物再经粉碎、过120目筛，得到豌豆淀粉。将滤液pH调至4.5进行酸沉，经离心得粗蛋白，粗蛋白再经3次洗涤并进行复溶、冷冻干燥处理，得豌豆蛋白。对所得淀粉与蛋白质进行分析可知豌豆淀粉得率可达78.0%，纯度为86.4%；豌豆蛋白质得率可达61.9%，纯度为79.4%。

1.2.2淀粉常规成分测定蛋白质含量：凯氏微量定氮法（GB 5009.5-2010）；水分含量：直接干燥法（GB/T 5009.3-2003）；灰分含量：550℃灼烧法（GB/T 5009.4-2003）；脂肪含量：索氏抽提法（GB/T 5009.6-2003）；直链淀粉含量的测定：用Sigma公司购买的马铃薯直链淀粉和支链淀粉做标准曲线，参照GB/T 15683-2008大米直链淀粉含量的测定方法，制作标准曲线，测定样品直链淀粉的含量。

1.2.3淀粉颗粒超微结构分析将淀粉样品烘干后固定在样品台上，经离子溅射喷金后放置于扫描电子显微镜，在15 kV，放大1000倍的条件下观察并拍摄其颗粒形貌。

1.2.4黏度测定取3.0 g淀粉样品，加入蒸馏水25 mL，于RVA容器中混匀。采用RVA Super3 Standards标准的程序升温-降温循环：先在50℃保持l min，然后经3.5 min升温到95℃，于95℃保持3 min后，再经3.5 min降低到50℃，然后在50℃保持2 min，整个过程历时13 min，每个样品测定2次［7］。

1.2.5凝沉特性测定参照任瑞林［8］的方法并略作修改。将样品配制成质量分数为1%的乳液，置于沸水浴中加热、搅拌30 min后，冷却至室温，加入50 mL滴定管中，室温下静置24 h。其中前12 h每隔1 h记录上层清液的体积，后12 h每隔2 h记录上层清液的体积，以时间为横坐标，上层清液体积为纵坐标，即得样品凝沉曲线。

1.2.6透明度测定称取一定量的样品，配制成质量分数为1%的乳液，置于沸水浴中加热、搅拌30 min后（为防止在加热过程中水分蒸发而改变体积，用保鲜膜封口后置于沸水浴中加热并搅拌），冷却至室温后，以蒸馏水为空白，在620 nm波长下测定糊的透光率［9］。

1.2.7不同消化性类淀粉含量的测定参考Englyst等［10］的方法并略作修改。称取1.2 g待测淀粉样品加入90 mL磷酸盐缓冲液（pH6.9），用均质器均浆后加入0.5 g α-淀粉酶（40000 U/g）和0.006 g葡萄糖淀粉酶（100000 U/mL），在37℃下水解20 min后沸水浴灭活，用酶-比色法测定葡萄糖含量。按同样方法，样品在37℃下水解120 min后测定葡萄糖含量。按以下公式分别计算快消化淀粉（RDS），慢消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）的含量：

式中，G0—淀粉酶解前葡萄糖含量，mg；G20—20 min内淀粉产生的葡萄糖含量，mg；G120—淀粉水解120 min产生的葡萄糖含量，mg；W—样品的质量，g。

1.3数据处理

所有的实验数据做3次重复后求平均值，并采用Excel 2007软件进行单因素方差分析。

2　结果与分析

2.1淀粉基本组成

由表1可知，豌豆淀粉中蛋白质含量大于玉米淀粉和马铃薯淀粉。这主要是由于豌豆本身蛋白质含量较高，在稀碱处理时，部分蛋白质易与淀粉发生共价键结合，从而使得豌豆淀粉中蛋白质含量偏高。另外，豌豆淀粉中直链淀粉的含量也明显大于玉米淀粉和马铃薯淀粉，这与已有的相关报道一致［11］。

表1　豌豆淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉的基本组成Table 1　Basic composition of pea starch，potato starch and corn starch

2.2颗粒形态分析

淀粉的品种不同，其外貌形态和大小具有一定的差别。由图1可见，豌豆淀粉颗粒表面光滑，呈椭圆或不规则球形；马铃薯淀粉颗粒比较大，形状相对比较整齐，呈圆形和椭圆形；玉米淀粉颗粒形状则多为多角形。豌豆淀粉颗粒的粒径大约为10～36 μm，小于马铃薯淀粉颗粒的粒径（12～100 μm），而稍大于玉米淀粉的颗粒粒径（3～26 μm）。淀粉颗粒的形状和大小可反映出不同种类淀粉在分子结构上的差异，从而也可对其理化性质和酶解消化产生影响［12］。

2.3黏度分析

图1　豌豆淀粉（A）、马铃薯淀粉（B）、玉米淀粉（C）的SEM照片Fig.1　Scanning electron microscopy micrographs of pea starch，potato starch and corn starch

峰值黏度反映了淀粉糊化过程中颗粒晶体结构彻底破裂前的最大膨胀程度和淀粉与水结合的能力；衰减值为峰值粘度与谷值粘度之差，反映了淀粉分子对热效应和剪切效应的抵抗能力，即稳定性；回生值为最高黏度与最终黏度之间的差值，可衡量淀粉糊的稳定性和老化的趋势，这与直连淀粉含量密切相关［13-15］。由表2可知，豌豆淀粉的回生值和糊化温度较高，这是因为其直连淀粉含量较高，易于形成氢键而排列成微晶束，且其颗粒粒径较小，颗粒之间排列较紧密，从而阻碍了水分子的与淀粉分子之间的结合，且在低温下易于回生。豌豆淀粉的衰减值较低，说明豌豆淀粉颗粒的强度较大，不易破裂，稳定性较好。影响淀粉糊化特性的因素较多，如淀粉分子的大小、直链淀粉含量、颗粒内部分子排列的紧密程度、颗粒内部非淀粉成分及外界因素等均会造成淀粉糊化特性的差异［16-17］。因此，在实际应用中可根据实际情况对豌豆淀粉的糊化特性进行适当的调整。

表2　豌豆淀粉、马铃薯淀粉、玉米淀粉糊化特征参数Table 2　The pasting characteristic parameter of pea starch，potato starch and corn starch

2.4凝沉性比较

淀粉的凝沉是糊化后的淀粉分子由无序状态转变为有序重排并凝结沉降的过程，其主要与淀粉中直链淀粉含量、分子大小、脂类含量及直链淀粉的聚合度等相关［18］。由图2可知，三种淀粉中马铃薯淀粉凝沉性较弱，这与其直链淀粉的分子较大有关，而豌豆淀粉和玉米淀粉的凝沉性相差不大，且都在8 h后完成凝沉，这与其回生值相一致。

图2　豌豆淀粉、马铃薯淀粉、玉米淀粉的凝沉曲线Fig.2　Retrogradation curves of pea starch，potato starch and corn starch

2.5透明度比较

光线照射在淀粉糊上时会产生不同强度比例的光线穿透、折射和反射，从而形成淀粉糊透明度上的差异，这可直接影响到淀粉糊的品质和加工应用，并且也在一定程度上反映了淀粉分子与水分子结合的能力［19］。从图3可知，在三种淀粉中，马铃薯淀粉的糊透明度最大，豌豆淀粉糊次之，玉米淀粉糊最差。这是因为与马铃薯淀粉相比，豌豆淀粉中直链淀粉含量较高，分子间的缔合作用可引起光的反射，从而也易使得糊透明度变差［20-21］。

图3　豌豆淀粉、马铃薯淀粉、玉米淀粉的透明度Fig.3　Transparency of pea，potato and corn starch

2.6快消化、慢消化与抗性淀粉含量分析

由图4可知，豌豆淀粉中RDS含量与玉米淀粉相同，但低于马铃薯淀粉；豌豆淀粉中SDS含量高于玉米淀粉和马铃薯淀粉，而RS含量低于玉米淀粉和马铃薯淀粉。这可能是由于豌豆淀粉中直链淀粉含量较高且含有一定量的蛋白质，从而一定程度上延缓了淀粉酶与淀粉分子之间的相互作用。

图4　豌豆淀粉、马铃薯淀粉、玉米淀粉的RDS、SDS和RS含量Fig.4　RDS，SDS and RS content of pea starch potato starch and corn starch

3　结论

采用联产加工技术实现了豌豆淀粉的制备，其直链淀粉和蛋白质含量较高，且淀粉颗粒表面光滑，呈椭圆或不规则球形，粒径（10～36 μm）小于马铃薯淀粉粒径而稍大于玉米淀粉。与马铃薯淀粉和玉米淀粉相比，豌豆淀粉的回生值、慢消化淀粉含量、糊化温度较高，但其衰减值较低；与马铃薯淀粉相比，豌豆淀粉的凝沉性强，但其透明度低。

［1］李兆丰，顾正彪，洪雁.豌豆淀粉的研究进展［J］.食品与发酵工业，2003，29（10）：70-74.

［2］Sun Q，Xiong C S L.Functional and pasting properties of pea starch and peanut protein isolate blends［J］.Carbohydrate Polymers，2014，101（30）：1134-1139.

［3］CanoAI，Cháfer M，Chiralt A，et al.Physical and microstructural properties of biodegradable films based on pea starch and PVA ［J］.Journal of Food Engineering，2015，167：59-64.

［4］Slattery C J，Kavakli I H，Okita T W.Engineering starch for increased quantity and quality［J］.Trends in Plant Sciences，2000，5（7）：291-298.

［5］张树成，李玉林.制取豌豆分离蛋白及淀粉的工艺研究［J］.农产品加工，2006（7）：77-80.

［6］裴亚琼，宋晓燕，杨念，等.豌豆淀粉的提取及其理化性质的研究［J］.中国粮油学报，2014，29（9）：24-28.

［7］Wang S，Copeland L.Effect of alkali treatment on structure and function of pea starch granules［J］.Food Chemistry，2012，135（3）：1635-1642.

［8］任瑞林，刘培玲，包亚莉，等.高静压物理变性法对糯玉米淀粉理化性质的影响［J］.中国粮油学报，2015，30（3）：23-29. ［9］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.

［10］Englyst H N，Kingman S M，Cummings J H.Classification and measurement of nutritionally important starch fractions［J］. European Journal of Clinical Nutrition，1992，46，S33-S50.

［11］高群玉，叶营，王琳.湿热处理对不同晶型淀粉理化性质及消化性的影响［J］.现代食品科技，2015，31（3）：61-65.

［12］Zhou Z，Hua Z，Yan Y，et al.Molecular Characteristics of New Wheat Starch and Its Digestion Behaviours［J］.Journal of Integrative Agriculture，2014，13（5）：1146-1153.

［13］HooverR.Compositionmolecularstructureand physicochemical properties of tuber and root starches：a review ［J］.Carbohydrate Polymer，2001，45（3）：253-267.

［14］Mishra S，Rai T.Morphology and functional properties of corn，potato and tapioca starches［J］.Food Hydrocolloids，2006，20（5）：557-566

［15］李文浩，谭斌，刘宏，等.我国9个品种绿豆淀粉的理化特性研究［J］.中国食品学报，2013，13（4）：58-64.

［16］Kim SH，Lee BH，Baik MY，et al.Chemical structure and physical properties of mung bean starches isolated from domestic cultivars［J］.Journal of Food Science，2007，72（9）：471-477.

［17］Singh J，McCarthy O J，Singh H，et al.Morphological，thermal and rheological characterization of starch isolated from New Zealand Kamo Kamo（Cucurbita pepo）fruit-A novel source［J］. Carbohydrate Polymers，2007，67（2）：233-244.

［18］吴磊，石英，高群玉.淀粉凝沉的机理与抑制方法［J］.食品研究与开发，2008，29（8）：170-174.

［19］顾娟，洪雁，顾正彪.荞麦淀粉理化性质的研究［J］.食品与发酵工业，2008，34（4）：36-39.

［20］Lawal O S.Studies on the hydrothermal modifications of new cocoyam（Xanthosoma sagittifolium）starch［J］.International Journal of Biological Macromolecules，2005，37（5）：268-277.

［21］Izidoro D R，Sierakowski M R，Haminiuk C W I，et al.Physical and chemical properties of ultrasonically，spray-dried green banana（Musa cavendish）starch［J］.Journal of Food Engineering，2011，104（4）：639-648.

Comparison of physicochemical properties of pea starch，potato starch and corn starch

ZHANG Yan-peng，ZHUANG Kun，DING Wen-ping，CAO Yang
（College of Food Science and Engineering，Wuhan Polytechnic University，Wuhan 430023，China）

The basic composition，granule morphology，retrogradation，gelatinization characteristics，transparency and resistant starch content of pea starch，potato starch，corn starch were determined and compared.The results indicated that the content of amylose and protein in pea starch was greater than those in the potato starch and corn starch，but the size of pea starch granules was smaller than that of potato starch.Comparedwith potato starch and corn starch，the pea starch was more easy to retrogradate，but its paste was more stable.Moreover，the transparency of pea starch was less than that of potato starch，but its content of slowly digestible starch was more than that of potato starch and corn starch.

pea starch；potato starch；corn starch；physicochemical properties

TS231

A

1002-0306（2016）04-0183-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.04.028

2015－10－08

张燕鹏（1980-），男，博士，讲师，研究方向：粮食油脂与植物蛋白工程，E-mail：ayzyp@126.com。