桂淮系列淮山淀粉性质的测定

赵小梅，李清明*，苏小军，王 锋，熊兴耀，谭兴和，韦本辉

（1.湖南农业大学食品科学与技术学院，湖南 长沙 410128；2.湖南永州工贸学校，湖南 永州 425000；3.中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081；4.广西农业科学院经济作物研究所，广西 南宁 530007）

淮山又名山药，其营养物质丰富，除含有多种功能物质以及人体必需的氨基酸外，还含有丰富的淀粉、蛋白质以及多糖，其鲜淀粉质量分数可高达20%[1]。淮山品种多达650多种，广泛分布于温带及亚热带地区，在我国华北、西北及长江流域广泛种植。淮山因为适应性强，适合于山地、坡地和林下种植，单位面积产量高，是我国种植面积广、经济效益好的特色作物。因此开发研究山药系列食品并进行山药深加工具有非常广阔的前景。目前我国以山药为主要原料已经成功开发出了饮料、酸奶、保健品等产品[2-4]。但是发展淮山产业还存在季节性强、不易贮藏[5]、加工型品种缺乏和附加值低等因素制约。

淀粉在食品深加工中具有改良食品加工特性的作用[6]，而淀粉的性质影响其在食品加工中的作用。山药淀粉的聚合度较普通淀粉低，分子质量小，且支链淀粉含量较高，在其应用特性方面，山药淀粉具有易糊化且吸水膨胀性强等特性。王丽霞等[7]对长山山药淀粉进行研究发现具有冻融稳定性差的特点。许巍萍等[8]研究发现淮山淀粉抗老化性明显强于山药豆淀粉。淮山淀粉峰值黏度、最终黏度高于玉米淀粉，而明显低于马铃薯淀粉[9]。另外、淮山淀粉的糊化温度要较一般的谷物淀粉和薯类淀粉高许多，淮山淀粉糊回生值低于玉米淀粉和马铃薯淀粉[10]。研究发现淮山淀粉糊化趋势相似，其糊化温度高于其他淀粉，峰值黏度及衰减值低，回生值高，且其冷糊黏度逐渐增加[11]。并且将山药淀粉应用于香肠加工，可以显著减少香肠中的脂肪含量而不影响其感官评价与营养价值。

不同地区不同品种的淀粉性质存在较大差异[12-13]。淮山是我国备受青睐的药食同源食物，各地均有地方特色品种，但普遍缺乏加工型品种，广西农业科学院经济作物研究所近年来选育了一批淀粉含量高、具有深加工潜力的加工型品种。本实验研究广西农业科学院近年选育推广的桂淮系列淮山淀粉的性质，为进一步选育适合加工型的淮山新品种，促进淮山深加工应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

桂淮5号、桂淮7号、桂淮8号、紫淮山为广西农业科学院经济作物研究所新选育品种，产地广西；所用化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

LD5-2A型离心机 北京京立离心机有限公司；RVA TECMASTER快速黏度分析仪 瑞典Perten公司；TA-XT.Plus型质构仪 英国Stable Micro Systems公司；UV-1800紫外分光光度计 上海美普达仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 淮山淀粉的提取

参照李昌文等[14]的方法提取。

1.3.2 淮山淀粉基本成分测定

水分含量测定：采用GB/T 12087—2008《淀粉水分测定 烘箱法》；灰分含量测定：采用GB/T 22427.1—2008《淀粉灰分测定》；蛋白质含量测定：采用GB/T 22427.10—2008《淀粉及其衍生物氮含量测定》；脂肪含量测定：采用GB/T 22427.3—2008《淀粉总脂肪测定》；直链淀粉含量测定：采用GB/T 15683—2008《大米直链淀粉含量的测定》；磷含量测定：采用GB/T 5009.87—2003《食品中磷的测定》。

1.3.3 淮山淀粉糊化性质

称取一定质量的淀粉样品放入快速黏度计专用铝盒中，准确加入25 mL蒸馏水后放入快速黏度分析仪内，进行测定。

1.3.4 淮山淀粉凝胶的质构

将测完糊化曲线的样品转移至10 mL离心管，置于4 ℃冰箱中，48 h后倒出凝胶并切成2 cm长的小段。采用P/0.5探头在TPA模式下测定。参数设置为：测试前速率1.0 mm/s，测试中速率1.0 mm/s，测试后速率1.0 mm/s，压缩间隔时间5.0 s，受压变形量20%，触发力5.0 g。

1.3.5 淮山淀粉的冻融稳定性

配制质量分数6%的淀粉悬浊液于沸水中加热糊化，冷却后倒入10 mL的离心管中盖好盖子。在-18 ℃冰箱中放置24 h后取出，自然解冻后6 000 r/min离心20 min，倒去上清液后称取沉淀物的质量。其后每隔24 h测试1 次，测定5 次。以淀粉的析水率体现淀粉的冻融稳定性。析水率按公式（1）计算：

1.3.6 淮山淀粉的浑浊度

配制质量分数1%的淀粉悬浊液于沸水中加热1 h，加热过程中不断搅拌。室温条件下冷却后，以蒸馏水作为空白对照，用UV-1800紫外分光光度计在波长600 nm处测量吸光度。将样品置于4 ℃冰箱中冷藏，每隔12 h测量其吸光度的变化。淀粉糊的吸光度即为其浑浊度。

1.3.7 淮山淀粉的凝沉性

参考李玲伊等[15]的方法并加以改进。配制质量分数1%的淮山淀粉悬浊液于沸水浴中加热糊化15 min，此过程中注意保持淀粉糊的体积。将淀粉糊冷却至室温后转移至100 mL量筒中，使凹液面的刻度对准刻度100。观测淀粉糊的分层及液面下降的高度，分别记录1、2、4、16、24、48 h时澄清液的体积以及淀粉糊总体积。凝沉性按公式（2）计算：

1.3.8 淮山淀粉的膨润力及溶解度

准确称取0.50 g淮山淀粉样品，放入带有刻度的干燥离心管中，加水定容成50 mL。将淀粉悬浊液分别在50、60、70、80、90 ℃条件下加热糊化15 min[16]，加热过程中不断振动。将淀粉糊快速冷却至室温，4 000 r/min离心20 min，将上清液倒于培养皿中，105 ℃烘干至恒质量，称量沉淀物质量及上清液的恒质量。溶解度和膨润力分别按公式（3）、（4）计算：

1.3.9 淮山淀粉的持水力

准确称取5.000 g样品置于100 mL离心管中，加入75 mL蒸馏水，振荡1 h，放入离心机以4 000 r/min的转速离心10 min倒出上清液并倒置10 min，然后称取沉淀物的质量。持水力按公式（5）计算：

1.4 数据处理

采用DPS6.5统计分析软件进行数据处理及相关性分析。所有实验均重复3 次。

2 结果与分析

2.1 淮山淀粉基本成分测定

表1 淮山淀粉基本化学成分Table 1 Chemical composition of starches from different varieties of Chinese yam

淮山淀粉中组成成分的不同会导致其淀粉的结构性质、功能特性及加工品质产生差异。由表1可以看出，提取的4 个品种淮山淀粉的水分质量分数比较低，在4.95%～6.49%之间。灰分质量分数在0.18%～0.40%之间，桂淮7号质量分数较高。本结果与Jayakody等[17]报道的谷物类淀粉的化学组成及直链淀粉含量范围基本一致。各品种淀粉中灰分、脂肪差异较小，除桂淮5号，其余3 个品种淮山淀粉的脂肪质量分数都比较低。各品种淮山淀粉的磷含量差异显著，紫淮山的磷含量最高，桂淮8号的磷含量最低。4 个品种淮山淀粉的直链淀粉和磷含量都比较低。不同品种淮山淀粉的直链淀粉质量分数存在显著差异，其中桂淮8号直链淀粉质量分数最高，紫淮山的直链淀粉质量分数最低。研究表明直链淀粉含量与产品的糯性存在相关性，直链淀粉含量越低，其糯性越强[18]。

2.2 淮山淀粉的糊化性质测定

表2 不同品种淮山淀粉的糊化性质Table 2 Pasting properties of starches from different varieties of yam

由表2可知，不同淮山淀粉之间，桂淮5号的消减值的绝对值最小，其凝沉性最强；桂淮7号具有最低黏度值、糊化温度，回生性最低的特点；桂淮8号具有最高的峰值黏度、衰减值以及最短的峰值时间，说明其淀粉糊的热稳定性差；紫淮山淀粉糊化的各性质皆处于其余3 种淮山淀粉之间。Cliff[19]和Freitas[20]等研究发现薯蓣淀粉的糊化性质与其直链淀粉含量存在相关性，本研究与之结果相吻合。

2.3 淮山淀粉凝胶的质构测定

表3 不同品种淮山淀粉凝胶的质构Table 3 Texture properties of starches from different varieties of yam

由表3可知，4 个品种淮山淀粉凝胶的硬度、黏性以及咀嚼性存在显著差异，但桂淮8号和紫淮山在这3 个性质上无显著差异。桂淮8号具有最高凝聚力、硬度、黏性、咀嚼性和恢复力。淀粉中长链淀粉分子含量越多，淀粉凝胶中分子间内聚力越大，使得淀粉凝胶的黏性越大[21]。淀粉凝胶的弹性越强，则其淀粉分子所形成的空间网状结构的交联点数量越大[22]。由此可知，桂淮8号和紫淮山淀粉中长链淀粉分子含量最多，其后依次是桂淮5号、桂淮7号。

2.4 淮山淀粉的冻融稳定性测定

表4 不同品种淮山淀粉的冻融稳定性Table 4 Freeze-thaw stability of starches from different varieties of yam

由表4可知，淮山淀粉从第1次冻融就开始析水，且析水率较大，在50%左右；随着冻融次数的增加，淮山淀粉的析水率不断增大。这可能是由于冷冻过程中不断形成冰晶体，冰晶体不断形成和溶解对淀粉分子内部结构造成破坏[23]。不同品种淮山淀粉在相同冻融次数的条件下，其析水率存在显著性差异。紫淮山在冻融过程中一直具有最高的析水率；桂淮8号在第1、2次以及第5次冻融时具有最低的析水率；桂淮5号在第3次和第4次冻融时具有最低析水率。第1次冻融析水率由大到小依次是紫淮山＞桂淮7号＞桂淮5号＞桂淮8号。第5次冻融后析水率由大到小依次是紫淮山＞桂淮7号＞桂淮5号＞桂淮8号。由此可知1 次及多次冻融时桂淮8号的冻融稳定性最好，紫淮山的冻融稳定性最差。由此可见，4 个品种淮山中桂淮8号更适宜于冷藏这种加工方式。淀粉析水率的大小与淀粉糊化形成的网状结构有关[24]。不同淀粉析水率的差异可能是由于其网络结构形成的时间不同有关，网状结构能够锁住水分，使析水率减小[25]。

2.5 淮山淀粉的浑浊度测定

表5 不同品种淮山淀粉的浑浊度Table 5 Turbidity of starch pastes from different varieties of yam

由表5可知，淮山淀粉的吸光度呈现两端数值较大中间小的现象。桂淮5号和紫淮山的吸光度在0～24 h之间逐渐减小，随后增大。桂淮7号淀粉的吸光度先减小后在24 h处增大，其后减小，最后在60 h处增大。桂淮8号则先减小，在24 h后一直呈增大趋势。这与王书军[26]关于贝母淀粉浑浊度的研究结果存在差异，可能是由于淀粉品种来源不同造成的。

2.6 淮山淀粉的凝沉性测定

表6 不同品种淮山淀粉的凝沉性Table 6 Retrogradation properties of starches from different varieties of yam

淀粉的凝沉性会对富含淀粉产品的机械性能造成影响，会影响淀粉糊及其凝胶的稳定性，从而不利于淀粉及富含淀粉产品的感官及加工应用[27-28]。由表6可知，随着时间的延长，上清液的体积不断增大，说明淮山淀粉糊在不断沉降，但趋势在逐渐减小。在相同时间条件下，各品种淮山淀粉的凝沉性存在显著差异，总体紫淮山淀粉的凝沉性最差，因此可以认为紫淮山糊及其凝胶可能具有最好的加工性能。凝沉1 h和2 h后，桂淮7号淀粉的凝沉性较其他3 种淮山淀粉好；4～48 h之间凝沉性较好的依次为桂淮8号、桂淮7号、桂淮5号，最差的是紫淮山。说明4 h后各淮山淀粉的凝沉性质有较稳定的趋势。淀粉的凝沉主要是由于淀粉中直链淀粉分子的相互作用形成大的颗粒或者束状结构，其密度大于水，从而发生沉降[29]。因此，各淮山淀粉凝沉性的差异可能是由于其淀粉中直链淀粉含量以及其直链淀粉分子析出时间不同所造成的。

2.7 淮山淀粉的溶解度及膨润力测定

表7 不同品种淮山淀粉的溶解度Table 7 Solubility of starches from different varieties of yam

由表7可知，淮山淀粉的溶解度随着温度的升高逐渐增大；在相同温度条件下，不同品种淮山淀粉的溶解度皆存在显著差异。当温度由低到高时，溶解度最大的依次为桂淮5号、桂淮7号、桂淮8号、紫淮山、紫淮山，溶解度最小的依次是桂淮7号、桂淮8号、桂淮5号。总体来说，紫淮山在不同温度条件下，其溶解度都较高于其余品种，比较适宜冲调型淮山产品的加工。淀粉溶解主要是由于淀粉分子中直链淀粉以及分子质量较小的支链淀粉从淀粉颗粒中逸出后溶解于水的过程，其主要受直链淀粉含量及小分子质量支链淀粉含量的影响[30]。

表8 不同品种淮山淀粉的膨润力Table 8 Swelling powers of starches from different varieties of yam

由表8可知，桂淮5号和桂淮8号淮山淀粉的膨润力随着温度的升高而逐渐增大；桂淮7号和紫淮山淀粉则先减小，在70 ℃开始增大。相同温度条件下，不同品种淮山淀粉的膨润力存在显著差异，当温度由低到高时，膨润力大的依次是紫淮山、桂淮7号、桂淮8号、桂淮7号、桂淮7号；淀粉的膨润力与其内部结构的疏松度以及磷酸基团的含量有关，内部结构越松散，磷酸基团越多，其越容易吸水膨胀[31]。这可能是相同温度条件下，不同品种淮山淀粉的膨润力具有显著性差异的原因。同一品种在不同温度条件下膨润力的不同则可能是由于不同温度条件下淀粉的糊化程度不同，其支链淀粉的溶解析出量存在差异而造成的[32]。因此，在加工时应当根据淮山的品种选择不同的加热温度。

2.8 淮山淀粉的持水力测定

由图1可以看出，4 个品种淮山淀粉的持水力在73.9%～123.1%之间，持水力由小到大依次为桂淮5号＜桂淮8号＜紫淮山＜桂淮7号。研究表明淀粉中直链淀粉和支链淀粉结合松散可增大淀粉的持水力，而淀粉分子链之间相互结合形成的氢键和共价键则会降低淀粉的持水力，淀粉颗粒中水结合位点的可利用度存在差异，这也是导致淀粉持水力存在差异的一个原因[33]。由此可知，不同品种淮山淀粉的持水力存在差异。

图1 不同品种淮山淀粉的持水力Fig. 1 Water-holding capacity of starches from different species of yam

2.9 淮山淀粉直链淀粉含量与其性质的相关性

表9 淮山淀粉直链淀粉含量与其性质的相关性Table 9 Correlation between amylose content and pasting properties of Chinese yam starch

由表9可知，淮山淀粉直链淀粉含量与析水率有极显著负相关性，其相关系数为-0.89（P＜0.01）。这与周文超[34]关于小米淀粉中直链淀粉含量与析水率呈显著正相关的结论相反，其原因有待于进一步研究。淮山淀粉的谷值黏度与终值黏度以及回生值呈极显著正相关，相关系数皆为0.99（P＜0.01），谷值黏度与糊化温度以及膨润力也显著相关，相关系数分别为0.79和-0.86（P＜0.05）。淮山淀粉的终值黏度与回生值呈极显著正相关（相关系数为1.00，P＜0.01）。淮山淀粉的膨润力与淀粉的终值黏度、回生值以及糊化温度呈显著负相关性（相关系数分别为-0.85、-0.85、-0.87，P＜0.05），与溶解度呈显著正相关（相关系数为0.80，P＜0.05）。

3 结 论

本实验对4 个新培育的桂淮系列淮山淀粉的理化性质进行研究。桂淮系列淮山淀粉浑浊度的变化呈现出两端吸光度大中间小的规律。桂淮5号淀粉的凝沉性和持水力较差；桂淮7号则具有糊化温度低、不易回生、易消化、持水力好的特点；桂淮8号淀粉糊的硬度、黏性和咀嚼性好，但热稳定性差；紫淮山淀粉凝沉性差。不同品种淮山淀粉性质的差异可为进一步选育淮山品种以及淮山的深加工及应用提供理论依据。