马蹄淀粉理化性质的研究

邓春丽,韦芳兰,张 巧，陈振林

(1.贺州学院食品科学与工程技术研究院，广西 贺州 542899； 2.广西果蔬保鲜和深加工研究人才小高地，广西 贺州 542899)

马蹄淀粉理化性质的研究

邓春丽1,2,韦芳兰1,张 巧1,2，陈振林1,2

(1.贺州学院食品科学与工程技术研究院，广西 贺州 542899； 2.广西果蔬保鲜和深加工研究人才小高地，广西 贺州 542899)

以水生植物马蹄为原料湿法提取淀粉，对其理化性质进行研究，并与工业常用谷物类淀粉玉米淀粉及薯类淀粉马铃薯淀粉、木薯淀粉的性质进行比较分析，旨在为水生植物马蹄淀粉工业化应用提供参考。研究结果表明：马蹄淀粉的蓝值，高于玉米淀粉和马铃薯淀粉，但远低于木薯淀粉；马蹄淀粉糊的冻融稳定性与玉米淀粉糊、马铃薯淀粉糊相近，明显高于于木薯淀粉糊；马蹄淀粉糊的透光率、溶解度、膨胀率介于玉米淀粉糊和木薯淀粉糊之间，但远低于马铃薯淀粉糊；马蹄淀粉颗粒的体积平均粒径为10.79 μm，与木薯淀粉相近，比玉米淀粉和马铃薯淀粉小，属于小颗粒淀粉。马蹄淀粉的偏光十字接近颗粒中心但不明显，甚至出现一个大颗粒内有多个不规则十字交叉点的现象，说明马蹄淀粉可能为假复粒淀粉。

马蹄淀粉；理化性质；比较分析

淀粉是人类主要碳水化合物的来源,以颗粒形式存在于植物的果实、根茎、籽粒中，在食品工业中有广泛应用。淀粉颗粒特性、淀粉糊的透明度、冻融稳定性等性质会影响淀粉的生产及应用，不同种类淀粉在结构形态和大小、结晶度及其他理化性质存在差异性，影响淀粉在食品工业中的应用。马蹄(water chestnut)是一种淀粉含量极高的多年水生草本植物，马蹄中的淀粉、低聚糖及单糖总量占干物质80%以上，新鲜马蹄淀粉质量分数接近20%，是很好的淀粉提取资源。目前食品工业多以谷物类淀粉(如玉米淀粉)、薯类淀粉(如木薯淀粉、马铃薯淀粉)作为工业用淀粉来源，马蹄是良好的淀粉提取资源，多用于马蹄糕的制作，少有以马蹄淀粉或其改性淀粉作为工业用淀粉，其工业价值不能得到很好的开发利用。为更好的开发马蹄淀粉工业化应用价值，本研究以马蹄淀粉为试验材料，对其淀粉蓝值、透明度、溶解度和膨胀率、冻融稳定性、淀粉粒径及偏光十字等理化性质进行了研究，并与工业常用的玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉进行比较，明确水生植物类马蹄淀粉与工业常用的谷物淀粉及薯类淀粉在理化性质方面的区别，以期为水生植物马蹄淀粉工业化应用及其改性修饰研究提供参考，促进马蹄淀粉资源的开发利用，拓宽工业用淀粉的来源。

1 材料与方法

1.1材料与试剂

马蹄淀粉，自制(贺州产马蹄)；玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉，市售。

碘化钾、碘、氢氧化钠、盐酸、无水乙醇等试剂均为分析纯。

1.2仪器与设备

JYZ-E92九阳原汁机，DFY-600C摇摆式高速万能粉碎机，BCD-308W冰箱，HH-8数显恒温水浴锅，DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器，KDC-40低速离心机，L550台式低速大容量离心机，VIS-722可见分光光度计，FA2004B电子天平，BX53正置显微镜，LS-POP(6)激光粒度分析仪。

1.3试验方法

1.3.1马蹄淀粉的制备

将鲜马蹄洗净，去皮，用原汁机加水磨浆，水洗搅拌，用多层纱布进行过滤，重复多次，过滤浆液加水充分搅拌后，静置4～5 h，倒去上层清液，加水洗涤下层沉淀物表层，多次重复，待上层液澄清后，取下层沉淀物淀粉平铺在托盘中，45℃下烘干，将烘干后的淀粉用万能粉碎机粉碎后过100目筛，即得马蹄淀粉，封存备用。

1.3.2淀粉蓝值的测定

[2]的方法对4种不同淀粉的蓝值进行测定。

1.3.3淀粉透明度的测定

参考文献[3]的方法，将质量分数1%的4种不同的淀粉乳进行完全糊化处理，保持淀粉糊体积不变，冷却至室温后，以蒸馏水为空白，在620 nm波长条件下测定各淀粉糊的透光率。

1.3.4溶解度和膨胀率的测定

参考文献[4]的方法，往4种不同的淀粉2.5 g中加入40 ml超纯水调成淀粉乳，在不同温度水浴中加热15 min，样品冷却至室温，3 000 r/min条件下离心20 min，将上层清液干燥后称重。溶解度为上层清液干燥物与总淀粉干重的比值，膨胀率为离心后淀粉糊重和糊中所含淀粉干重的比值。

1.3.5吸水率和吸油率的测定

参考文献[5]的方法，准确称取淀粉3 g(干基)于50 ml离心管中，加入30 ml水(测定吸水率)或色拉油(测定吸油率)混合均匀，25℃条件下150 r/min震荡30 min后，3 000 r/min离心15 min，弃去上层清液后称重，根据前后管重差计算吸水(油)率。

1.3.6淀粉糊的冻融稳定性的测定

参考文献[2]的方法，略作修改，将质量分数6%的淀粉乳置于95℃水浴中30 min，并调糊使浓度维持稳定，冷却至室温，称取50 g淀粉糊置于-18℃的冰箱中，冷却成冻胶，18 h后取出，30℃水浴6 h解冻，24 h为一个循环，如此循环3次，每次循环后，3 000 r/min条件下离心20 min，弃去上清液，沉淀物称重，计算析水率。

1.3.7淀粉颗粒粒径与偏光十字

采用LS-POP(6)激光粒度分析仪测定4种淀粉的粒度分布。称取约1.0 g淀粉，用约800 ml的蒸馏水配成淀粉悬浮液，用超声波振荡，使淀粉颗粒分布均匀。将淀粉悬浮液滴加到有蒸馏水的分散槽中，扣除背景，测定粒度分布及范围，重复5次，取平均值。

分别各取少量4种淀粉于载玻片，滴1至2滴甘油/水混合液(体积比1∶1)并使淀粉分散均匀，盖上盖玻片，置于载物台，在BX53正置显微镜偏光模式下观察并拍摄淀粉颗粒偏光十字变化情况与颗粒形貌特征，放大倍数为100倍[6]。

2 结果与分析

2.1淀粉的蓝值

直链淀粉遇碘生成深蓝色的复合物或络合物，支链淀粉遇碘生成紫红色，但不产生络合物。蓝值高，表明淀粉中直链淀粉含量高[7]。从表1可以看出，4种淀粉蓝值由大到小的顺序为：木薯淀粉、马蹄淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉。马蹄淀粉的蓝值比玉米淀粉和马铃薯淀粉高，但低于木薯淀粉，这说明马蹄淀粉的直链淀粉含量高于马铃薯淀粉和玉米淀粉，但远低于木薯淀粉。

表1 淀粉的蓝值

2.2淀粉的透明度

淀粉糊透明度的大小关系到淀粉类产品的外观和用途，影响产品的可接受性。不同来源的淀粉由于分子结构不同，直链淀粉和支链淀粉含量不同，其理化性质有较大差异。由表2可知，马蹄淀粉的透光率介于玉米淀粉和木薯淀粉之间，高于玉米淀粉糊，略低于木薯淀粉糊，但远低于马铃薯淀粉糊。

表2 淀粉透光率

2.3淀粉溶解度和膨胀率

淀粉的微晶束结构随着温度的升高开始松动，极性基团与水结合，淀粉开始部分溶解，继续升温，淀粉团粒崩解，溶解度增大，未溶解的淀粉颗粒也充分吸水膨胀[8-9]。由表3和表4可知，4种淀粉的溶解度和膨胀率均随着温度的升高而增大。4种淀粉在65℃下溶解度和膨胀率均较低；马铃薯淀粉在70℃已有较快的膨胀，属高膨胀型淀粉；马蹄淀粉在65℃时膨胀率相对较低，当温度增高时，马蹄淀粉的溶解度和膨胀率迅速增大，这表明马蹄淀粉属限制型膨胀淀粉，存在初期膨胀和快速膨胀两个阶段，属于二段膨胀过程。总的来看，马蹄淀粉的溶解度和膨胀率介于玉米淀粉和木薯淀粉之间，高于玉米淀粉，略低于木薯淀粉，但远低于马铃薯淀粉。这和表2的结论是一致的。

表3 淀粉溶解度

表4 淀粉膨胀率

2.4淀粉的吸水率和吸油率

淀粉的吸水率和吸油率是衡量淀粉使用性能的主要指标之一，直接影响淀粉在实际生产中的应用效果，高吸油率淀粉可以明显改善食品质量。由表5可见，在常温下，4种淀粉中马蹄淀粉的吸水率最低，吸油率居中，而木薯的吸水率和吸油率均较高。

表5 淀粉吸水率和吸油率

2.5淀粉糊的冻融稳定性

表6为4种淀粉糊经过3次冻融循环后析水率的比较。从表6可以看出,马蹄淀粉糊的冻融稳定性略差于玉米淀粉糊和马铃薯淀粉糊，但远好于木薯淀粉糊，适宜用于冷冻食品。冻融过程中淀粉颗粒内外的水分分布及水分迁移特征会影响淀粉的冻融特性[10]，在冻融过程中直链淀粉含量越高，淀粉的结构越易被破坏，析水率就越高，冻融稳定性越差[11]。表6的结论和表1的结论是一致的，说明马蹄淀粉中直链淀粉含量稍高于玉米淀粉和马铃薯淀粉中的直链淀粉含量，但低于木薯淀粉中的直链淀粉含量。

表6 淀粉冻融稳定性

2.6淀粉粒径与偏光十字

天然的淀粉以一定的形态结合呈粒状存在，淀粉颗粒的形状大小在一定程度上可反映淀粉的性质。不同植物来源的淀粉粒大小不同，即使是同一来源的淀粉，其淀粉粒的大小也有差异。淀粉颗粒的大小直接影响淀粉的结晶性质、糊化性质、流变学性质以及改性效果等[12]。马蹄淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉4种淀粉的粒径大小如表7所示。从表7可以看出,四种淀粉的体积平均粒径(D(4,3))与中位粒径(D50)相近，此种情况下可用中位粒径代表样品的平均粒径。4种淀粉的边界粒径(下边界D10，上边界D90)在5～25 μm内，但粒径大小整体上存在一定的差别， 马蹄淀粉的体积平均粒径是10.79 μm，玉米淀粉的是14.19 μm，马铃薯淀粉的是15.73 μm，木薯淀粉的是10.57 μm。马蹄淀粉粒径大小与木薯淀粉相近，比玉米淀粉和马铃薯淀粉小。

表7 淀粉粒径

在偏光显微镜下,淀粉颗粒的微晶结构具有双折射特性，即在淀粉颗粒脐点处有交叉的偏光十字。从图1可知，马蹄淀粉的偏光十字接近颗粒中心但不明显，甚至出现一个大颗粒内有多个不规则十字交叉点的现象，说明马蹄淀粉颗粒可能为假复粒(图1a)；玉米淀粉和木薯淀粉的偏光十字较为明显，十字交叉点接近于淀粉颗粒的中心位置，大部分的淀粉粒呈现垂直十字交叉，少部分淀粉粒为斜十字星(图1b、图1d)；马铃薯淀粉的偏光十字最为明显，十字交叉点接近于颗粒一端(图1c)。

图1 淀粉偏光显微镜照片

3 结论

对马蹄淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉进行基本理化性质的对比分析，结论如下：

(1)马蹄淀粉的蓝值比玉米淀粉和马铃薯淀粉高，但低于木薯淀粉；马蹄淀粉糊的冻融稳定性略差于玉米淀粉糊和马铃薯淀粉糊，但远高于木薯淀粉糊，这说明马蹄淀粉的直链淀粉含量高于马铃薯淀粉和玉米淀粉，但远低于木薯淀粉中直链淀粉的含量，适宜用于冷冻食品。

(2)与高膨胀型淀粉马铃薯淀粉相比，马蹄淀粉属限制型膨胀淀粉，存在初期膨胀和快速膨胀两个阶段，属于二段膨胀过程。马蹄淀粉的透光率、溶解度、膨胀度，低于薯类淀粉木薯淀粉、马铃薯淀粉，高于玉米淀粉。

(3)马铃薯淀粉和玉米淀粉的体积平均粒径较大，马蹄淀粉体积平均粒径是10.79 μm，与木薯淀粉相近，属于小颗粒淀粉。马蹄淀粉的偏光十字不明显，甚至出现一个大颗粒内有多个不规则十字交叉点的现象，说明马蹄淀粉颗粒可能为假复粒。玉米淀粉和木薯淀粉的偏光十字较为明显，十字交叉点接近于淀粉颗粒的中心位置，大部分的淀粉粒呈现垂直十字交叉，少部分淀粉粒为斜十字星；马铃薯淀粉的偏光十字最为明显，十字交叉点接近于颗粒一端。

(4)通过与工业常用淀粉玉米淀粉、马铃薯淀粉及木薯淀粉的比较可以看出，马蹄淀粉具有较好的冻融稳定性及膨胀性，适宜用于冷冻食品如冷冻汤圆、冰淇淋等；马蹄淀粉粉质细腻，颗粒较小，对其进行微细化改性修饰处理后可应用于化妆品中。该研究结果可拓宽工业用淀粉来源，为马蹄深加工及其淀粉的开发利用提供参考。

[参考文献]

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(责任编辑：赵琳琳)

Physicalandchemicalpropertiesofwaterchestnutstarch

DENG Chun-li1,2, WEI Fang-lan1,2, ZHANG Qiao1,CHEN Zhen-lin1,2

(1.Institute of Food Science and Engineering, Hezhou University,Hezhou 542899,China；2. Guangxi Talent Highland for Preservation and Deep Processing Research of Fruits and Vegetable,Hezhou 542899,China)

In order to provide theoretical basis for the application of water chestnut starch in industry, the physical and chemical properties of water chestnut starch were studied and compared with corn starch, potato starch and cassava starch. Results showed the blue value of water chestnut starch was higher than that of corn starch and potato starch, remarkably lower than that of cassava starch. The freeze-thaw stability of water chestnut starch paste, though slightly worse than corn starch paste and potato starch paste, was much better than cassava starch paste. The transparency, solubility and swelling degree of water chestnut starch paste were between corn starch paste and cassava starch paste, significantly lower than potato starch paste. Water chestnut starch, similar with cassava starch but smaller than corn starch and potato starch ,was small granules starch with the mean volume diameter about 10.79 μm. The polarization cross was closed to the central of the granules but not clear for water chestnut ,with the phenomenon that multiple irregular cross intersection appeared in a large granular, which showed that water chestnut starch were fake compound starch granules.

water chestnut starch; physical and chemical properties; comparative analysis

广西果蔬保鲜和深加工研究人才小高地子项目(2016GXGSXGD04)。

邓春丽(1986-)，女，助理研究员，研究方向为粮食、油脂及植物蛋白工程。

陈振林(1965-)，男，研究员，研究方向为果蔬及杂粮深加工。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.08.004

TS235.5

：A

：1003-6202(2017)08-0016-04