超声对玉米淀粉糊化特性的影响

李欢欢　刘传菊

摘要    为研究超声处理对玉米淀粉糊化特性的影响，采用淀粉黏度仪对不同超声时间玉米淀粉的起糊温度、峰值黏度、回生度、冷糊稳定性等糊化相关参数进行分析。结果表明，超声处理时间与起糊温度（0.05双侧）、总回生度（0.01双侧）显著正相关，与峰值黏度（0.01双侧）、淀粉降落值（0.01双侧）显著负相关，说明超声对玉米淀粉的糊化性能有一定影响。

关键词    玉米淀粉;超声;糊化特性

中图分类号    TS231        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）19-0228-03                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

Effect  of  Ultrasonication  on  Gelatinization  Properties  of  Corn  Starch

LI Huan-huan    LIU Chuan-ju *

（Hubei University of Arts and Science，Xiangyang Hubei 441053）

Abstract    In order to study the effect of ultrasonic treatment on gelatinization properties of corn starch，the starch viscometer was used to analyze the pasting temperature，peak viscosity，recovery degree and cold paste stability of corn starch at different ultrasonic times.The results showed that the ultrasonic treatment time was significantly positively correlated with the pasting temperature（0.05 on both sides）and the total recovery degree（0.01 on both sides），and negatively correlated with the peak viscosity（0.01 on both sides）and the fall value of starch（0.01 on both sides），indicating that the ultrasonic treatment time has a certain effect on the gelatinization properties of corn starch.

Key words    corn starch;ultrasonication;gelatinization property

淀粉是人类和大多数动物的主要能量来源，其作为可再生资源，具有可降解、廉价易得和易转变成淀粉衍生物等特点，长期以来世界各国都非常重视淀粉资源的开发利用研究，尤其是通过各种方法对淀粉改性一直是各类学者研究的重点。

淀粉的物理改性是指通过热、机械力、物理场等物理手段对淀粉进行改性。淀粉的物理改性主要有热液处理、微波处理、电离放射线处理、超声波处理、球磨处理、挤压处理等。采用物理方法改性淀粉，仅是涉及水、热等天然的资源，不会对环境造成污染，且产品的安全性比化学改性的高，可以作为清洁生产和绿色食品加工的重要资源，应用前景十分广阔。近年来，物性处理手段如擠压、超高压、超声波、湿热处理、微波辐射等技术广泛应用于淀粉的改性中[1-2]。其中，超声波技术因具有作用时间短、降解非随机性等优点而具有良好的工业应用前景[3-4]。大量研究表明，超声波能改变淀粉的表面形貌、分子量、糊黏度及结晶度等性质和结构参数[5-6]。超声对淀粉的作用机理主要有：一是超声波的机械效应，即超声能引起淀粉分子的震动、旋转和摩擦，使淀粉降解[7];二是超声波的空化效应，超声场中产生的空穴效应会产生瞬时高压，特别是气泡破裂的瞬间空穴附近的液体和淀粉颗粒都会受到上千个大气压的高压冲击，影响淀粉的结晶区，使支链淀粉降解[8];三是超声产生的自由基氧化反应能切断分子链，促使淀粉降解[7];四是超声能够非随机性地降解支链淀粉分子中的α-1，4糖苷键和α-1，6糖苷键且主要是α-1，6糖苷键[9];五是超声能破坏支链淀粉双螺旋结构中的氢键[10-16]。本试验利用淀粉黏度测定仪研究超声处理对淀粉糊化特性的影响，以期为淀粉类食品的生产提供一定参考。

1    材料与方法

1.1    材料与试剂

供试玉米淀粉为市售;其余测试所用药品及试剂均为分析纯。

1.2    仪器

AR2130型电子天平，梅特勒-托利多仪器有限公司;DFY-1 淀粉糊化仪，上海万瑞仪器有限公司;凯氏定氮仪，上海昕瑞仪器仪表有限公司;索氏提取装置，玻璃组装;KSL-1500X-S马弗炉，合肥晶科。

1.3    试验方法

1.3.1    淀粉主要组分含量测定。直链淀粉含量依据文献中的报道进行测定，淀粉中水分、灰分、蛋白质和脂肪质量分数测定依次按照国标GB/T 5009.3—2003、GB/T 5009.4—2003、GB/T 5009.5—2003和GB/T 5009.6—2003。平行测定3次，取其平均值。

1.3.2    样品制备。淀粉黏度测定仪样品制备：精确称取1.6 g干淀粉（烘干至恒重）于具塞试管中，继续加入18 g纯水，于漩涡振荡器上振荡5 min混合均匀。然后于冰水浴中采用超声清洗仪进行超声处理（1、2、4、8、10、15、20、30 min），处理后将淀粉悬浮液迅速转入测量筒，用淀粉黏度计记录糊化曲线[17]。

1.3.3    糊化特性分析。用淀粉黏度测定仪对样品的糊化特性进行分析，使用配套软件记录和分析数据。将1.3.2中制备好的样品转入测量筒，设置好测试程序，记录黏度曲线，程序设定如表1所示。

测试结束后淀粉糊化曲线如图1所示，图中A点为起糊温度、B点为峰值黏度、C点为95 ℃开始保温时黏度、D点为95 ℃保温结束时黏度、E点为50 ℃开始保温时黏度、F点为50 ℃保温结束时黏度、B-D为淀粉降落值（崩解值）、E-D为淀粉回生值、E-F为淀粉冷糊稳定性、E-B为淀粉总回生值[15]。

2    结果与分析

2.1    淀粉主要化学成分

经检测，试验所用玉米淀粉主要成分（以干基计）：水分11.20%±0.26%、蛋白质0.51%±0.07%、脂肪0.23%±0.05%、灰分0.14%±0.03%、直链淀粉26.3%±1.2%。

2.2    不同超声处理时间下淀粉的糊化特性

表2为不同处理时间下淀粉的糊化特性，为进一步考察超声时间对起糊温度、峰值黏度、回生值、冷糊稳定性等关键糊化参数的影响，利用SPSS软件对各变量进行相关性分析，分析结果见表3。

从表3可以看出，超声时间与A（0.05双侧）、E-B（0.01双侧）显著正相关，与B（0.01双侧）、B-D（0.01双侧）显著负相关。说明超声对淀粉的糊化性能有一定的影响，但是本试验方案设计与已有研究有所不同，在使用超声处理淀粉时，是在冰水浴中进行处理，此时淀粉未糊化，分子链段未展开。因此，超声作用于糖苷键的位点相对较少，与已糊化淀粉的超声处理相比，断键作用较小。

2.3    超声时间对淀粉起糊温度的影响

从图2可以看出，随着超声时间的增加，起糊温度呈现先下降后上升的趋势，在0～2 min，起糊温度随着超声时间的增加而降低，这是因为超声初期，淀粉颗粒较为致密，超声首先破坏淀粉颗粒的物理结构，使其较为松散，水分容易进入淀粉颗粒内部，从而降低了淀粉的起糊温度;当超声时间>2 min时，随着时间的增加，起糊温度呈上升趋势，这是因为当淀粉颗粒破裂、分散于水中时，随着超声时间的增加，超声主要起到机械断键作用，能断开淀粉分子支链处的α-1，6糖苷键，从而生产大量的短直链淀粉，造成淀粉起糊温度升高。

2.4    超声时间对淀粉峰值黏度的影响

从图3可以看出，随着超声时间的增加，淀粉峰值黏度一直下降。本文采用淀粉黏度仪测试淀粉糊化过程中的各主要特征参数，测试原理是基于转子在转动时遇到的阻力大小反映出黏度的高低。超声初期淀粉颗粒破裂形成碎片，随后进一步吸水溶胀导致黏度增加，但是其峰值黏度与吸水过程关联度不大，主要与淀粉分子链状态相关，当超声时间增加时，其断键作用增强，淀粉的α-1，6糖苷键被断开后，生成大量短直链淀粉，直链分子以螺旋结构排列形成微晶，在黏度计转子的带动下分散于淀粉糊液中，此时由于淀粉分子断键、分子量下降，分子相互作用减弱，从而导致黏度降低。

2.5    超声时间对淀粉回生值的影响

从图4可以看出，随着超声时间的增加，淀粉的回生值呈上升趋势。回生过程是淀粉经糊化后，舒展的分子链重新定向排列，形成微晶结构的过程。淀粉的回生极大地影响淀粉类食品的表观性质。超声时间的增加使淀粉颗粒结构疏松，分子链中糖苷键被断开，形成大量短直链淀粉，这些短直链淀粉由于分子量较小容易定向排列，形成微晶结构，从而导致回生值的增加。

2.6    超声时间对淀粉崩解值的影响

图5为超声时间对淀粉崩解值的影响。淀粉崩解值为峰值黏度和95 ℃保温期间低谷黏度的差值。因为本试验采用的是椎板式转子，在测量过程中存在一定的物理剪切作用，淀粉糊化达到峰值黏度时，其分子链并未完全伸展。随着超声时间增加，淀粉结构疏松，在椎板转子的辅助下，淀粉颗粒更容易崩解形成糊液，因而其崩解前后黏度变化相应缩小，即崩解值变小。

3    结论与讨论

试验结果表明，当淀粉颗粒破裂、分散于水中时，随着超声时间的增加，超声主要起到机械断键作用，能断开淀粉分子支链处的α-1，6糖苷键，从而生产大量的短直链淀粉，造成淀粉起糊温度升高。此时，由于淀粉分子断键、分子量下降，分子相互作用减弱，从而导致粘度降低。超声时间的增加使淀粉颗粒结构疏松，分子链中糖苷键被断开，形成大量短直链淀粉，这些短直链淀粉由于分子量較小容易定向排列，形成微晶结构，从而导致回生度的增加。随着超声时间增加，淀粉结构疏松，在椎板转子的辅助下，淀粉颗粒更容易崩解形成糊液，因而其崩解前后黏度变化相应缩小，即崩解值变小。

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