马铃薯淀粉和豌豆淀粉复配体系的流变与凝胶特性研究

张正茂，王志华，颜永斌，覃彩芹（.湖北工程学院特色果蔬质量安全控制湖北省重点实验室，生命科学技术学院，湖北孝感43000；.湖北工程学院生物质资源化学与环境生物技术湖北省重点实验室，湖北孝感43000）

马铃薯淀粉和豌豆淀粉复配体系的流变与凝胶特性研究

张正茂1，王志华1，颜永斌2，覃彩芹2
（1.湖北工程学院特色果蔬质量安全控制湖北省重点实验室，生命科学技术学院，湖北孝感432000；2.湖北工程学院生物质资源化学与环境生物技术湖北省重点实验室，湖北孝感432000）

以马铃薯淀粉和豌豆淀粉按照一定的比例进行复配，采用动态流变仪和质构仪测定复配体系的糊化、流变特性及凝胶强度。结果表明：复配体系的糊化温度随着马铃薯淀粉比例的增大而有所下降，由70.1℃降低到64.6℃；在淀粉质量分数为6%的体系中，马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例为1∶5和1∶11时复配体系的弹性模量G′较大（分别为810.1 Pa 和814.7 Pa），而在比例为1∶3或1∶5时复配体系的粘性模量G″较大（分别为41.0 Pa和41.6 Pa）；马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例为1∶5和1∶11时复配体系的Tanδ较小，此配比的两个复配体系具有较好的凝胶形成能力，且凝胶强度较大（98.5～100.1 g）。

淀粉，复配体系，流变特性，凝胶特性

豌豆（Pisum sativum）是世界各国广泛种植的食用豆科植物之一，其总产量超过2036.8万吨，其中我国豌豆总产量占世界总产量的11.3%左右［1］。在亚洲，豌豆主要用于人类食用，加工制备豌豆蛋白质、豌豆淀粉等用量相对较少［2］。相比谷物淀粉和薯类淀粉，豌豆淀粉中直链淀粉含量较高，光滑豌豆淀粉大约在33.1%～49.6%，而皱皮豌豆淀粉为60.5%～88.0%，因此豌豆淀粉易老化形成硬凝胶［2-3］。豌豆淀粉由于来源广、出粉率高、价格低廉，可用于替代绿豆淀粉制备粉丝、粉皮等产品［4］。由于采用直链淀粉含量高的淀粉作为原料制备的粉皮硬度大、持水能力差，而采用直链淀粉含量低的淀粉制备的粉皮则吸水能力强、易糊汤［5］，因此如果将两者进行复配可以得到较好的粉皮类产品。目前在改善淀粉特性的研究中，除了物理化学改性以外，复配法也是研究的内容之一。已有将淀粉与壳聚糖、黄原胶、结冷胶等进行复配的研究报道［6-10］；也有将不同来源淀粉进行复配，以改善淀粉的特性方面的研究报道［11-13］，但在马铃薯淀粉和豌豆淀粉的复配方面的研究还未见报道。本文研究不同配比的马铃薯淀粉和豌豆淀粉复配体系的糊化特性、流变特性及凝胶特性，以期为豌豆淀粉与马铃薯淀粉复配制作粉皮等凝胶制品提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

豌豆淀粉 食用级，无锡圣伦特国际贸易有限公司；马铃薯淀粉 食品级，上海禾煜贸易有限公司。

DHR-2流变仪 美国TA公司；TA.XT.plus质构仪 英国SMSTA公司。

1.2 实验方法

1.2.1 复合淀粉乳的配制 在复合淀粉乳配制中，保持乳液中淀粉质量分数恒定为6%。其中，马铃薯淀粉（PaS）和豌豆淀粉（PeS）的配比为1∶23、1∶11、1∶5、1∶3、1∶2、1∶1、2∶1。具体配制如下：分别称取马铃薯淀粉0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.2和1.6 g（均为绝干重），再对应添加豌豆淀粉2.3、2.2、2.0、1.8、1.6、1.2和0.8 g（均为绝干重），加25℃蒸馏水使总质量为40 g，现配现用。

1.2.2 糊化与流变特性的测定 采用流变仪对样品的糊化过程曲线进行测定。取1.2.1配制好的淀粉乳液搅拌均匀后倒入测量容器中（倒入的液体不应过量，倒入的过程中也要注意搅拌防止沉淀）。测试程序参考AACC的方法［14］并做适当的修改：程序共分为五段，第一段：温度50℃，转速450 rad/s，时间60 s；第二段：以12℃/min的升温速度，从50℃升高到95℃，转速160 rad/s；第三段：95℃保温150 s，转速160 rad/s；第四段：以12℃/min的降温速度，从95℃降到50℃，转速160 rad/s；第五段：50℃保温84 s，转速160 rad/s。

采用流变仪对复配体系的流变特性进行测定。复配体系的糊化过程采用1.2.2的前两步，采用旋转模式；然后采用振荡模式进行保温、降温和保温过程，具体过程如下：95℃保温5 min，再以5℃/min降温速度从95℃降至20℃；最后在20℃下保温70 min；振幅：2%；角速度：5 rad/s，得到弹性模量（G′）、损失模量（G″）和损失角Tanδ（G″/G′）。

1.2.3 凝胶特性的测定 将测定糊化曲线后的淀粉样品放入铝盒（内径40 mm，高35 mm）中，密封，25℃下放置2 h，采用质构仪测定样品的凝胶强度。质构仪测定参数如下：采用P/0.5探头，测前速度：测试速率：1.00 mm/s；停留间隔：5 s；压缩距离：4 mm；触发值：5 g。重复测定3次的平均值作为测定结果。

2 结果与分析

2.1 马铃薯淀粉和豌豆淀粉复配体系的糊化特性

马铃薯淀粉和豌豆淀粉复配体系的糊化（RVA）曲线如图1所示。

图1 马铃薯淀粉和豌豆淀粉复配体系的RVA曲线Fig.1 RVA curves of potato starch and pea starch blends

由图1可知，马铃薯淀粉和豌豆淀粉复配体系的糊化曲线呈现典型的淀粉糊化特征。即：淀粉在升温过程中，当温度达到淀粉的糊化温度时，淀粉颗粒膨胀，体系的粘度急剧上升，此温度称为淀粉的糊化温度；淀粉吸水迅速膨胀，粘度持续上升，当温度达到一定值时，淀粉的粘度达到最大（称为峰值粘度，此时淀粉颗粒吸水膨胀到极限）；当温度进一步上升或稳定在高温时，淀粉颗粒发生破碎，粘度下降至保持粘度（峰值粘度与保持粘度的差值称为降落值）；当温度降低，淀粉分子发生重排，粘度增大，直到最终粘度（保持粘度与最终粘度的差值称为回升值）。随着马铃薯淀粉比例的增加，复配体系的粘度增大。将RVA曲线进行进一步的分析，其结果如表1所示。

由表1可知，当复配体系中马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例小于等于1∶11时，复配体系及单纯豌豆淀粉的糊化温度基本相同，约为70℃；当复配体系中马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例大于1∶5时，随着马铃薯淀粉浓度的增大，复配体系的糊化温度和峰值位置均有所下降。在复配体系中，仅含有马铃薯淀粉的体系，其糊化温度最低为64.6℃。复配体系的峰值粘度、保持粘度、最终粘度、降落值和回升值均随着马铃薯淀粉浓度的增大而增大。这与豌豆淀粉易老化形成凝胶而马铃薯淀粉不易老化形成凝胶的结果不一致。因为相同浓度下，马铃薯淀粉的整体粘度较大，导致回升值的绝对值较大，结果与淀粉的老化情况不一致。因此，采用相对回升值（即回升值与峰值粘度比）来描述淀粉的老化特性时更有效。回升值与峰值粘度比随着马铃薯淀粉浓度的增大呈现先增大后减小的趋势，即马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例为1∶5时复配体系的回升值与峰值粘度比最大，最易老化形成凝胶。

表1 马铃薯淀粉和豌豆淀粉复配体系的RVA参数Table1 RVA parameter of potato starch and pea starch blends

2.2 马铃薯淀粉和豌豆淀粉复配体系的G′

在动态流变特性的测量过程中，弹性模量（G′）又称为储能模量，是体系发生弹性形变而储存的能量，它反映了淀粉糊变形后恢复原形状的能力。弹性模量越大，物质受力时变形程度小，淀粉糊变形后恢复原形状的能力越强，淀粉凝胶则表现为弹性越强［15-16］。马铃薯淀粉和豌豆淀粉复配体系在加热糊化后经过高温保温、降温再低温保温过程的G′变化如图2所示。

图2 马铃薯淀粉和豌豆淀粉复配体系的G′Fig.2 G′of potato starch and pea starch blends

由图2可知，高温保温、降温和低温保温过程中复配体系的G′呈现持续增大的趋势。随着马铃薯淀粉浓度的增大，复配体系G′先增大后又减小，即马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例为1∶5时复配体系的G′最大，为814.7 Pa，与比例为1∶11时的复配体系的G′（810.1 Pa）差异不明显；马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例小于1∶11或大于1∶3，复配体系的G′均有所减少；与质量分数为6%马铃薯淀粉乳相比，添加豌豆淀粉可使马铃薯淀粉的弹性增强。由此可见，在质量分数为6%的复配淀粉乳体系中，马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例为1∶11或1∶5时可以得到较好的弹性凝胶体。

2.3 马铃薯淀粉和豌豆淀粉复配体系的G″

粘性模量（G″）又称损失模量，表示的是体系受到力的作用发生形变时，由于粘性形变（不可逆）而损耗的能量。它反映了淀粉糊抵抗流动的能力，粘性模量越大，体系抵抗流动能量越强，体系越不易流动［15-16］。马铃薯淀粉和豌豆淀粉复配体系在加热糊化后经过高温保温、降温再低温保温过程的G″变化如图3所示。

图3 马铃薯淀粉和豌豆淀粉复配体系的G″Fig.3 G″of potato starch and pea starch blends

由图3可知，随着马铃薯淀粉浓度的增大，复配体系的G″先增大后又减小，即马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例为1∶3时复配体系的G″最大，为41.6 Pa，在高温下，马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例为1∶3时的复配体系的G″明显大于马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例为1∶5时复配体系的G″，但20℃下保温一定时间后，两体系的G″差异不明显，1∶5复配体系的G″为41.0 Pa。从图3中还可以看出，当马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例小于1∶2时，随着时间的变化复配体系的G″在高温保温过程中减小，降温和低温保温过程中呈现持续增大的趋势。而当马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例大于1∶2时，随着时间的变化，高温保温过程中G″减小，降温过程中增大，在低温保温中又有所减小，最后趋于稳定；质量分数为6%的马铃薯淀粉在低温保温过程其G″也有所减小，但变化不明显，原因有待进一步的研究。

由此可见，在质量分数为6%的复配体系中，马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例为1∶3或1∶5时得到的凝胶具有较好的粘性。

2.4 马铃薯淀粉和豌豆淀粉复配体系的Tanδ

Tanδ为G″与G′比值，Tanδ越大，表明体系的粘性比例越大；反之则表示弹性比例越大，表示凝胶体系向趋于固体的行为发展，形成较好的弹性凝胶［17-18］。因此Tanδ在一定程度上可以反映复配体系的凝胶形成能力，马铃薯淀粉和豌豆淀粉复配体系在加热糊化后经过高温保温、降温再低温保温过程的Tanδ变化如图4所示。

图4 马铃薯淀粉和豌豆淀粉复配体系的TanδFig.4 Tanδ of potato starch and pea starch blends

由图4可知，在马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例大于1∶3时，体系的Tanδ在高温保温、降温和低温保温过程中呈现减小的趋势；而当马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例小于1∶3时，体系的Tanδ在高温保温过程中下降、降温过程中有所上升，低温保温过程中又有所下降。在高温保温和降温过程中，随着马铃薯淀粉浓度的增加，体系的Tanδ呈现下降的趋势；但在20℃保温的后期，复配体系的Tanδ以马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例为1∶11时最小，为0.047；质量分数为6%的马铃薯淀粉复配体系的Tanδ最大，为0.247。由此可见，在质量分数为6%的复配体系中，马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例为1∶11或1∶5时具有较好的凝胶形成能力。

2.5 马铃薯淀粉和豌豆淀粉复配体系的凝胶强度

参照ISO/GMIA明胶国际标准测试方法测试，P/0.5凝胶测定探头下压4 mm所受的力为样品凝胶强度，马铃薯淀粉和豌豆淀粉复配体系的凝胶强度如图5所示。

图5 马铃薯淀粉和豌豆淀粉复配体系的凝胶强度Fig.5 Gel strength of potato starch and pea starch blends

由图5可知，马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例为1∶5时复配体系的凝胶强度最大（100.1 g），其次为马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例为1∶11的复配体系（98.5 g），马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例为1∶23和1∶3的复配体系（分别为93.3 g和75.2 g），四者的凝胶强度均大于6%的豌豆淀粉体系的凝胶强度（65.7 g）；6%的马铃薯淀粉的体系的凝胶强度最小（26.5 g）。由此说明，马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例为1∶5和1∶11时的复配体系形成的凝胶强度较大，与Tanδ结果是一致的。

3 结论

采用动态流变仪和质构仪研究马铃薯淀粉和豌豆淀粉的复配体系的糊化、流变特性及质构特性。复配体系的糊化温度随着马铃薯淀粉的浓度增大而有所下降，而体系的峰值粘度、保持粘度、最终粘度和降落值均随着马铃薯淀粉浓度的增大而增大；在描述淀粉的老化特性时，相对回升值（回升值与峰值粘度的比）较回升值更有效；在质量分数为6%的复配体系中，马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例为1∶11或1∶5时可以得到较好弹性的凝胶体，在马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例为1∶3或1∶5时可以得到的凝胶体具有较好的粘性；少量添加马铃薯淀粉能有效增强豌豆淀粉的凝胶强度，当马铃薯淀粉和豌豆淀粉的比例为1∶5和1∶11时复配体系形成的凝胶强度较大。

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Rheological and gel properties of potato starch and pea starch blends

ZHANG Zheng-mao1，WANG Zhi-hua1，YAN Yong-bin2，QIN Cai-qin2
（1.Hubei Key Laboratory of Quality Control of Characteristic Fruits and Vegetables，College of Life Science and Technology，Hubei Engineering University，Xiaogan 432000，China；2.Hubei Key Laboratory of Biomass-Resource Chemistry and Environmental Biotechnology，Hubei Engineering University，Xiaogan 432000，China）

Potato starch was mixed with pea starch at different proportion.The pasting properties，rheological properties and gel strength of the blends were investigated by dynamic rheometer and texture analyzer.The results indicated that the pasting temperature of blends decreased with increasing of potato starch ratio，which decreased from 70.1℃to 64.6℃.When total starch concentration was 6%，the storage modulus G′of blends were the largest（810.1 and 814.7 Pa）with 1∶5 and 1∶11 ratio of potato starch and pea starch.However，the loss modulus G″of blends were the maximum（41.0 and 41.6 Pa）at 1∶3 or 1∶5 ratio.As the ratio of potato starch and pea starch was 1∶11 and 1∶5，the blends had smaller Tanδ，better gel forming ability and larger gel strength（98.5～100.1 g）than those of other ratios.

starch；blends；rheological properties；gel properties

TS231

A

1002-0306（2016）06-0170-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.06.026

2015-08-14

张正茂（1979-），男，博士，讲师，主要从事淀粉改性及粮食加工方面研究，E-mail：maomaoz@126.com。

湖北省教育厅科学技术研究项目（B2015030）；湖北工程学院科学研究项目（201502）。