白芸豆淀粉与小利马豆淀粉理化性质的比较研究

吴会琴 杨秋歌 黄梦迪 高 涛 张 鋆 杨 璞 高小丽

(西北农林科技大学农学院/旱区作物逆境生物学国家重点实验室1，杨凌 712100)(乌鲁木齐市第66中学2，乌鲁木齐 830054)(定边县杨井区域农业技术推广站3，榆林 718600)

豆类淀粉是淀粉四大来源之一，近年来豌豆淀粉、绿豆淀粉、芸豆淀粉、鹰嘴豆淀粉和蚕豆淀粉等豆类淀粉在工业上得到了广泛应用。白芸豆(PhaseolusvulgarisLinn)和小利马豆(PhaseoluslunatusL.)营养丰富，且均富含淀粉[1,2]。郭神旺等[3]对甘肃三角豌豆、白豌豆、小白芸豆、麻豌豆淀粉的理化性质分析研究，发现4种杂豆淀粉具有较好的热糊和冷糊稳定性，透明度较高，冻融稳定性差，耐高温但是不宜用于冷冻食品生产。Ancona等[4]对小利马豆淀粉理化特性和功能特性进行了初步探讨，发现小利马豆的直链淀粉含量(32.7%)要高于利马豆和其他常见谷物淀粉，与豆类淀粉相似，但是有关白芸豆淀粉与小利马豆淀粉理化性质的比较研究报道较少。本研究通过对白芸豆与小利马豆的淀粉颗粒进行扫描电镜观察，并对其淀粉糊的透明度、溶解度和膨胀度、冻融稳定性、成糊特性等理化性质进行测定，明确白芸豆与小利马豆的淀粉特性，以期为白芸豆和小利马豆的开发利用提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 实验材料

白芸豆与小利马豆籽粒饱满，色泽正常，用于淀粉提取。

1.2 仪器与设备

FW100型高速万能粉碎机、JSM-6360LV型扫描电子显微镜、UVl240型紫外可见分光光度计、TDL-5-A型低速台式大容量离心机、TA/XT2质构测试仪、RVA-3D型快速黏度分析仪。

1.3 实验方法

1.3.1 淀粉制备

干豆→粉碎→碱液浸泡(0.3% NaOH溶液，2 h)→过筛→淀粉粗浆(75目)→离心(3 000 r/min，20 min)→刮去黄褐色软层→加等体积蒸馏水稀释→淀粉乳→调pH 7.0→洗涤(等体积蒸馏水洗3次)→淀粉精浆→干燥(40 ℃，24 h)→淀粉[5]。

1.3.2 淀粉组成分析

水分：采用直接干燥法测定(GB/T 12087—2008)；蛋白质：采用凯氏定氮法测定(GB 5009.5—2010)；粗脂肪：采用索氏提取法测定(GB/T 5009.6—2003)；淀粉：采用酸水解法测定(GB/T 5009.9—2008)；直链淀粉：采用碘比色法测定(GB/T 15683—2008)；灰分：采用灼烧法测定(GB 5009.4—2010)。

1.3.3 淀粉颗粒的扫描电子显微镜观察

把双面胶固定在样品台上，取少量淀粉均匀地洒在双面胶上，然后喷金处理。样品保存于干燥器中，经过短暂干燥后，用JSM一6360LV型扫描电子显微镜观察并拍摄具有代表性的淀粉颗粒形貌。

1.3.4 X射线粉末衍射

参考王娟等[6]的方法，采用粉末衍射法。靶：Cu；管压为40 kV；电流为40 mA；测量角度为2θ=4°～60°；扫描速度为8(°)/min；数据采集步宽为0.02°；扫描方式为连续扫描。用Jade5.0软件分析结果。

1.3.5 淀粉糊的透明度

称取一定量的淀粉，加适量蒸馏水调成质量分数为1.0%的淀粉乳，在沸水浴中加热20 min，使之充分成糊。待成糊完全后，加入蒸馏水保持到原有体积，然后冷却至30 ℃。用分光光度计在620 nm下，以蒸馏水为空白，测定淀粉糊的透光率，以透光率表示透明度。

1.3.6 淀粉糊的冻融稳定性

称取1.5 g样品于离心管中，加入25 mL蒸馏水配成质量分数为6.0%的淀粉糊，然后于95 ℃水浴锅中加热30 min，冷却至室温后将样品放入-15 ℃冰箱中冷冻24 h后，取出置于室温下解冻6 h，将解冻后的样品置于离心机中，以3 000 r/min离心20 min，最后称取样品糊的质量m1以及去掉上清液后沉淀物的质量m2，根据式(1)计算析水率I[7]。

(1)

式中：m1为糊质量/g;m2为沉淀物质量/g。

1.3.7 淀粉糊的溶解度与膨胀度

称取一定量(W)的淀粉样品(干基)，配制成质量分数为2.0%淀粉乳，分别在90、80、70、60、50 ℃不同温度水浴加热并搅拌30 min，再以3 000 r/min离心20 min，分离上层清液和下层沉淀物。将上清液置于玻璃器皿中，于105 ℃烘干至恒重(Wr)，同时称取管中沉淀物质量(Wt)[8]。根据方程式(2)和式(3)计算膨胀力(SP)和溶解度(S)：

(2)

(3)

式中：Wt为沉淀物质量/g，W为淀粉样品质量(干基)/g;Wr为上层淀粉糊中的淀粉质量/g。

1.3.8 淀粉凝胶的质构特性

将质量分数为10.0%的淀粉乳在沸水浴中加热并缓慢搅拌30 min，使淀粉充分成糊，冷却至室温，置于4 ℃冰箱中成胶24 h。凝胶质构特性采用英国Texture Analyzer测定，选用TPA模式，探头为P/5，用探头将凝胶压缩至10 mm距离，两次压缩，探头测前下降速度1.0 mm/s，测试速度0.5 mm/s[9]。

1.3.9 淀粉成糊特性

参考Noda等[10]的方法，使用快速黏度分析仪进行评估测定。当淀粉含水量120 g/kg时，称取样品2.0 g，加蒸馏水25.0 mL，50 ℃下保温1 min，在3.7 min内升温至95 ℃，保持2.5 min，然后在3.8 min内冷却至50 ℃，保持2 min，然后放入快速黏度测定仪中前10 s内以960 r/min搅拌，之后的整个过程以160 r/min搅拌。整个过程历13 min，由Thermal Cycle for Windows配套软件进行分析。

1.3.10 数据分析

数据采用SPSS16.0进行统计分析，显著水平设为0.05。所有实验重复3次。

2 结果与分析

2.1 淀粉基本组成

由表1可知，白芸豆淀粉中含水量为13.82%，小利马豆淀粉中水分含量为12.77%，均符合商业淀粉的标准含量10%～20%[11]。白芸豆和小利马豆淀粉中的蛋白质含量有显著差异(P<0.05)，白芸豆蛋白质含量为0.21%，小利马豆为0.15%。并且白芸豆淀粉的脂肪(0.25%)和灰分含量(0.22%)均高于小利马豆淀粉的脂肪(0.21%)和灰分含量(0.20%)。小利马豆淀粉的直链淀粉含量为41.88%，显著高于白芸豆淀粉的直链淀粉含量(32.86%)。总体来讲，白芸豆和小利马豆淀粉的直链淀粉含量均高于青稞的直链淀粉含量水平[12]。因此，白芸豆淀粉和小利马豆淀粉均可以作为食品及其他工业淀粉加工应用的潜在来源。

表1 白芸豆淀粉和小利马豆淀粉的基本组成

注:同一列平均值后字母相同的没有显著差异(P<0.05)；表中数值表示3次重复操作的平均值±SD，下同。

2.2 颗粒形态分析

不同品种的淀粉，其外貌形态和大小具有一定的差别[13,14]。由图1可见，白芸豆淀粉和小利马豆淀粉都呈现出颗粒表面光滑、无棱角、无裂痕和大小不一的形态特征。白芸豆淀粉颗粒形状各异，呈椭圆形、圆球形和不规则形。小利马豆淀粉颗粒多呈卵圆形、肾形、椭圆形等。

图1 白芸豆淀粉和小利马豆淀粉的SEM图

2.3 淀粉颗粒的晶体结构

表2显示，白芸豆淀粉和小利马豆淀粉X-光衍射图谱相似，均在15°、17°、18°和23°有强烈的衍射峰，说明白芸豆淀粉和小利马豆淀粉的微晶结构都为A型，白芸豆淀粉的微晶结构与韩春然等[15]的研究结果一致。另外，白芸豆淀粉的相对结晶度为41.79%，小利马豆淀粉的相对结晶度为40.00%，白芸豆淀粉的结晶度与小利马豆淀粉有显著差异，说明形成淀粉结晶部分与线状的直链淀粉分子有关，但余平[16]等研究认为淀粉结晶度主要是依靠支链淀粉分子的“束簇”结构，这可能与试验所用的材料与测定方法有关。

表2 白芸豆淀粉和小利马豆淀粉的X射线特征数据衍射分析

2.4 淀粉糊的透明度和冻融稳定性

淀粉糊透明度反映了淀粉分子与水分子的结合能力，同时也是其表现出来的较为重要的外在特征之一，直接影响到淀粉糊的品质和加工应用以及产品外观、用途和可接受性[17]。小利马豆淀粉糊的透明度为30.89%，显著高于白芸豆淀粉糊的透明度(9.28%)。

白芸豆淀粉糊冻融析水率是23.80%，小利马豆淀粉糊的冻融析水率为10.50%(表3)，说明白芸豆淀粉的冻融稳定性较小利马豆淀粉差。淀粉糊的冻融稳定性不佳，冷冻和融化后胶体结构破环而析出游离水分，会影响食品的品质结构，所以小利马豆较白芸豆适合于制冷食品加工，但小利马豆淀粉糊的冻融稳定性较马铃薯淀粉糊和玉米淀粉糊差，若是用于冷冻食品加工，还需要进一步改造，有研究表明，适当地添加一些食品添加剂可改善淀粉糊的特性，如蔗糖可以使小利马豆淀粉糊的热冷稳定性变好，食盐也对小利马豆淀粉糊的热冷稳定性有积极作用[18]。

表3 白芸豆淀粉和小利马豆淀粉的透明度和冻融稳定性比较

2.5 淀粉的膨胀度和溶解度

淀粉的膨胀度和溶解度可以反映以淀粉为原料的制品(如粉条、粉丝等)在蒸煮过程中的糊汤和膨胀情况，对其蒸煮特性尤其重要[19]。

如图2所示，白芸豆淀粉的膨胀度与小利马豆淀粉的膨胀度增加趋势比较相似，在50-60 ℃范围内，都基本不膨胀，60 ℃以后，膨胀开始增加，并且存在一个初始膨胀阶段和迅速膨胀阶段，为典型的二段膨胀过程，因此二者淀粉均属于限制性膨胀型淀粉[20]。因淀粉的膨胀与直链淀粉和支链淀粉的比例和磷脂化合物含量有关，其中直链淀粉充当稀释剂和肿胀抑制剂[21]，所以，小利马豆淀粉的膨胀度要优于白芸豆淀粉，这与其直链淀粉含量测定的结果一致。

图2 不同温度下淀粉的膨胀度、溶解度

随着温度的上升，淀粉的膨胀度增加，溶解度也在增加。由于淀粉颗粒结构的差异，不同品种的淀粉溶解度不同。小利马豆淀粉的溶解度明显优于白芸豆淀粉，这可能是因为小利马豆淀粉颗粒大，内部结构松散，而且含有较多亲水的磷酸根离子，所以溶解度较高。

2.6 淀粉的凝胶质构特性

窦红霞等[22]研究表明，淀粉的凝胶咀嚼度较高有利于改善米粉外观品质。由表4可见，白芸豆淀粉的咀嚼性显著高于小利马豆淀粉，表明以白芸豆淀粉为原料加工的米粉外观品质较易控制改善。白芸豆淀粉的凝胶硬度为小利马豆淀粉的2.44倍。2种淀粉的黏聚性没有显著差异。淀粉凝胶质构特性与淀粉组成及分子有关，淀粉形成凝胶时，直链淀粉和支链淀粉之间的相容性与凝胶的质构特性有着密切关系。又因淀粉成糊时的黏度特性与直链淀粉和支链淀粉之间的相容性密切相关，所以，淀粉的黏度特性与淀粉的凝胶质构特性也存在相关关系[23]。在淀粉的选择中，黏度特性起着重要的作用，它是淀粉在工业生产中作为增稠剂和黏合剂的主要指标[24]，因此，白芸豆淀粉和小利马豆淀粉均有较好的工业利用价值。

表4 白芸豆淀粉和小马豆淀粉的凝胶质构特性

表5 白芸豆淀粉和小利马豆淀粉的淀粉的黏滞性RVA谱特征

2.7 淀粉成糊特性

淀粉糊的起糊温度越小，表明淀粉越易吸水和膨胀，越易成糊[25]。由表5可以看出，白芸豆淀粉的起糊温度(76.75 ℃)显著低于小利马豆淀粉糊(84.00 ℃)，说明白芸豆所含的淀粉对膨胀和破裂的抵抗性较小，易于成糊。两种淀粉峰值黏度表现为小利马豆>白芸豆，峰值黏度是由于淀粉颗粒吸水膨胀后糊液黏度增加所致，这说明小利马豆淀粉更适合做食品增稠剂。小利马豆淀粉破损值远高于白芸豆淀粉，这可能是由于小利马豆颗粒粒径较大，更容易破损，并且也容易形成更坚硬的凝胶。且窦红霞[24]等研究发现较低的凝胶黏附性及成糊回生值和热浆黏度有利于改善米粉口感，而较高的成糊温度和胶黏性有利于改善米粉的滋味品质，白芸豆淀粉具有低的起糊温度、峰值黏度、破损值以及回生值，表现出易成糊、抗剪切、不易回生的成糊加工特性。说明以白芸豆淀粉加工的米粉等口感和滋味更容易调控。

3 结论

白芸豆淀粉颗粒和小利马豆淀粉颗粒都呈现出表面光滑，无棱角和裂痕，大小不一的特征。白芸豆淀粉与小利马豆淀粉均在60 ℃以上开始膨胀，且小利马豆淀粉的膨胀度要优于白芸豆淀粉的膨胀度；小利马豆淀粉的溶解度也显著大于白芸豆淀粉。白芸豆的起糊温度较低，易成糊。总体来看，小利马豆淀粉糊的冻融稳定性要优于白芸豆淀粉糊，且具有较大的峰值黏度，可以作为食品的增稠剂，但若要将其用于制作冷冻食品，还需要进行加工改性。而白芸豆淀粉起糊温度、峰值黏度、破损值和回生值较低，表现出易成糊、抗剪切、不易回生的成糊加工特性，更适合加工米粉或粉条等产品。综合分析表明，白芸豆淀粉和小利马豆淀粉各有其独特的理化性质，均可在食品加工、淀粉开发方面进行资源利用。