普鲁兰多糖对籼米粉凝胶及老化特性的影响

周剑敏 卞 旭 孙 佳 孙旭阳 高成成 吴 迪 陈凤莲 汤晓智

(南京财经大学食品科学与工程学院；江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心； 江苏高校粮油质量安全控制及深加工重点实验室1，南京 210023) (哈尔滨商业大学食品工程学院2，哈尔滨 150076)

大米含有非常丰富的淀粉，约占干物质总量的90%[1]。淀粉经过糊化后，能形成具有一定弹性和强度的半透明凝胶，凝胶的黏弹性、强度等特性对大米淀粉凝胶类食品的加工、成型以及其口感、食用性能等都有较大影响。此外，糊化处理后的大米淀粉凝胶制品在运输、储存过程中会不可避免的发生老化现象，这严重影响了淀粉凝胶制品的品质、口感及货架期[2]。

将淀粉与亲水性胶体混合在食品工业中常用于调控淀粉性能，如流变特性[3]、质构特性[4]及老化特性[5]等。王玉珠等[6]探究了添加HPMC、瓜尔豆胶和卡拉胶对大米淀粉黏度特性的影响，结果表明HPMC、瓜尔豆胶使大米淀粉的黏度、回生值增加，卡拉胶使大米淀粉的黏度和回生值降低。Yalcin等[7]向米粉中添加黄原胶或刺槐豆胶来探究糊化程度对米粉品质特性的影响，发现黄原胶使样品的RVA黏度值下降，而刺槐豆胶增加RVA黏度值。唐敏敏等[8]研究了黄原胶对大米淀粉长期回生的影响,结果表明向大米淀粉中添加黄原胶能够使凝胶的质地更加柔软，黏着性增加，内聚性降低，凝胶结构更加致密，且黄原胶能降低淀粉的重结晶度，抑制支链淀粉的回生。

在天然中性多糖中，普鲁兰多糖由于其无毒、安全、耐热性强、耐盐性好、耐酸碱、良好的成膜特性、可塑性强等优点，已经受到了广泛的关注[9]。尽管普鲁兰多糖在医药和食品领域已经有了较广泛的应用，但普鲁兰多糖对籼米粉凝胶及老化特性的研究仍然不多。基于此，本研究探索普鲁兰多糖对籼米粉的糊化特性、流变特性、凝胶质构、微观结构以及老化的影响，以拓展普鲁兰多糖在食品工业特别是淀粉凝胶类食品中的应用。

1 材料与方法

1.1 原料及设备

籼米粉：江西金林粮油食品有限公司；普鲁兰多糖(平均分子量1×105Da)；其他化学试剂为分析纯。

Super4型快速黏度测定仪；MCR 302动态流变仪；D8 Advance X射线衍射仪；TA-XT2i型质构仪；TM-3000型台式扫描电子显微镜。

1.2 混合粉的制备

将普鲁兰多糖与籼米粉按照一定比例(2%、4%、6%、8%，以混合粉总质量为100计)充分混合均匀，不添加普鲁兰多糖的籼米粉作为对照。

1.3 糊化特性的测定

准确称取(3.5±0.01)g样品，样品水分基准为14%，加入蒸馏水(25.0±0.01)mL，置于RVA专用铝盒中进行混合。具体测试程序为：50 ℃ 保持1 min；然后以12 ℃/min的速率升温至95 ℃(3.75 min)，保持2.5 min后，再以12 ℃/min 的速率降温至50 ℃(3.75 min)，保持1 min。测定过程中搅拌器960 r/min保持10 s，其余时间均保持在160 r/min。每组样品取3次平行。用TCW配套软件对数据进行处理，得到峰值黏度、最低黏度、崩解值、最终黏度、回生值和糊化温度等特征参数。

1.4 动态流变特性测定

采用Anton Paar MCR 302动态流变仪进行测定。取1.3制备得到的样品糊，平板直径为50 mm(转子：PP50)，平板间距1 mm。测试温度为25 ℃，应变为0.5%，频率变化范围为0.1～20 Hz，测定样品弹性模量G′、黏性模量G″和损耗角正切值tanδ的变化。

1.5 扫描电子显微镜

取1.3处理得到的样品糊，倒入塑料模具中，4 ℃下放置24 h(盖上塑料膜密封防止水分损失)得到凝胶，用 3%戊二醛固定，0.1 mol/L的磷酸缓冲液冲洗后，再用 30%、50%、70%、90%和 100%的乙醇梯度洗脱，经冷冻干燥后，离子溅射喷金，置于扫描电子显微镜下观察，取500倍图片保存。

1.6 凝胶质构特性的测定

采用TA-XT2i型质构仪进行测定。取1.3制备得到的样品糊，倒入塑料模具中，于4 ℃下放置24 h(盖上保鲜膜防止水分流失)，取出后在室温下放置30 min。使用P/6圆柱型探头，测试前速度：5.00 mm/sec，测试速度：2.00 mm/sec，测试后速度：2.00 mm/sec，距离：10 mm，触发力：5.0 g，间隔时间：5 s，数据采集：200 pp/s，测试凝胶的硬度、脆性、弹性、黏聚性、胶着度、咀嚼度、回复性、黏附性等特性。

1.7 X-射线衍射分析

取1.3处理得到的样品糊，冷却至室温后倒入塑料模具中，4 ℃下放置7 d(盖上塑料膜密封防止水分损失)，冻干后磨粉并进行X-射线衍射分析，管压40 kV，管流30 mA，扫描范围3°～50°，扫描速度为3°/min。采用Jade 6.0对衍射图谱进行处理，计算相对结晶度。

1.8 统计分析

数据采用Origin 8.5进行统计分析以及作图，SPSS19.0 数据处理软件对数据进行分析，并用Duncan法进行显著性分析(P<0.05) 。

2 结果与讨论

2.1 混合粉的糊化特性分析

由表1可以看出，随着普鲁兰多糖添加量的增加，混合粉的峰值黏度、最低黏度、崩解值、最终黏度和回生值均呈逐渐降低的趋势，糊化温度略有升高。峰值黏度的降低可能是因为普鲁兰多糖与水分子的结合能力高于淀粉与水分子的结合能力，起到了和淀粉竞争水的作用，从而抑制了淀粉糊化，导致淀粉糊的黏度降低[10]。此外，糊化黏度与淀粉的总量相关，随着普鲁兰多糖添加量的增加，总淀粉含量降低，也导致峰值黏度的持续降低。崩解值是由于在高温下糊化淀粉颗粒的结构解体引起的黏度变化，主要受直链淀粉含量和支链淀粉的精细结构影响[11]。随着普鲁兰多糖添加量的增加，崩解值下降，说明普鲁兰多糖能够增强淀粉的热糊稳定性，这可能是由于普鲁兰多糖类似于直链淀粉的线性结构导致的。回生值反应淀粉老化的趋势，回生值越低，老化越不明显[12]。随着普鲁兰多糖添加量从0%增加到8%，大米淀粉的回生值从1 609 cP降低为1 298 cP，表明普鲁兰多糖在一定程度上抑制了直链淀粉的短期回生，能够有效延缓大米淀粉的老化，且普鲁兰多糖的添加量越大，延缓淀粉老化的作用越强。普鲁兰多糖的添加使籼米淀粉的糊化温度略微升高，可能是因为普鲁兰多糖的添加与淀粉竞争水，水分子对淀粉颗粒的渗透和对淀粉分子中氢键的攻击遭到抑制，因此抑制了淀粉的糊化，使得糊化时间被推迟，糊化温度升高[10]。

2.2 动态流变学特性

图1 为普鲁兰多糖添加对籼米粉动态流变学特性的影响。由图1可见，所测样品的G′均大于G″，tanδ小于1，G′与G″随频率增加而上升，表现为一种典型的弱凝胶动态流变学谱图[13]。随着普鲁兰多糖添加量的增加，混合粉的G′和G″呈现逐渐下降的趋势，而tanδ呈上升的趋势，表明普鲁兰多糖的添加对大米淀粉凝胶的黏弹特性具有不利影响，这一结果与糊化特性中最终黏度呈下降趋势相一致。其原因在于普鲁兰多糖对大米淀粉的糊化具有一定程度上抑制的作用。当大米淀粉中添加了普鲁兰多糖时，普鲁兰多糖的强亲水特性使得其一方面可以与淀粉颗粒竞争水；另一方面，在糊化的过程中，普鲁兰多糖分子可能与渗漏出来的直链淀粉结合，并黏附到淀粉颗粒的表面，抑制淀粉颗粒的吸水膨胀和直链淀粉的进一步渗出。

表1 混合粉的糊化特性

注：同列中字母不同表示差异显著(P<0.05)，下同。

图1 动态时间流变学特性

2.3 凝胶微观结构

由图2扫描电镜图可知，纯籼米粉老化后凝胶结构的连续性明显较好，孔洞较少，凝胶结构致密，随着普鲁兰多糖添加量的逐渐增大，混合粉的凝胶结构呈现孔洞越来越多的趋势，结构变得粗糙，表明籼米粉连续性的凝胶结构被破坏。其原因可能是，随着普鲁兰多糖添加量的增加，淀粉分子与水分子的结合受到阻碍，从而抑制淀粉的溶胀，影响混合粉糊化特性。普鲁兰多糖可能与直链淀粉分子相结合，从而抑制了老化过程中直链淀粉的重排，破坏了淀粉凝胶结构的连续性。网孔结构是由于冷冻干燥时脱水而形成的，且普鲁兰多糖添加量越大，形成的孔洞越多，表明普鲁兰多糖易与水分子结合，从而影响了淀粉的糊化和老化[14]。

图2 混合粉凝胶结构截面扫描电镜图

2.4 混合粉的凝胶质构特性

由表2可知，随着普鲁兰多糖添加量的增加，凝胶的硬度、弹性、胶着度和咀嚼度均呈现逐渐降低的趋势。凝胶的质构特性是对淀粉凝胶食品接受程度最重要的评价标准，凝胶硬度和弹性是其最主要的质构特性[15]。纯籼米粉具有最高的凝胶硬度和弹性，添加8%普鲁兰多糖后，凝胶硬度和弹性分别降低到8.15 g和0.56。这可能是普鲁兰多糖添加量的增加破坏了淀粉凝胶结构的连续性(图2)，导致混合粉的凝胶硬度降低。凝胶质构呈现的结果与RVA的最终黏度以及混合粉的流变特性相一致。

表2 混合粉凝胶TPA特征值

2.5 X-射线衍射

X-射线衍射法通过测定淀粉体系内晶体的含量来反映淀粉的回生程度，结晶的含量和大小决定了衍射峰的高度和宽度，峰越高、越窄，表明着结晶含量越多、结晶区域越完整，回生程度强。图3为不同添加量的普鲁兰多糖与籼米复配的样品糊化后的回生XRD图。在淀粉的老化过程中，A型到B型衍射峰的转变已经被广泛报道[16]，即在17°处附近有一特征峰，这主要由贮存过程的中支链淀粉的重结晶所引起的，表明了淀粉糊分子聚集状态的改变。此外，20°处的峰往往被认为是直链淀粉和与天然存在的脂质复合所形成的，直链淀粉-脂质复合物作为一种抗消化的产物，对于人体血糖的调节也有一定的作用，被定义为RS5型抗性淀粉[17]。进一步计算相对结晶度，由表3可以看出，随着普鲁兰多糖添加量的逐渐升高，样品体系的重结晶度有所降低，可见普鲁兰多糖对籼米淀粉的重结晶具有一定的抑制作用。普鲁兰多糖的添加，使淀粉分子间形成氢键的难度增加，普鲁兰多糖的亲水特性也使得淀粉分子周围的水分子无法有效参与淀粉的老化，同时，普鲁兰多糖也会抑制淀粉吸水溶胀，减少直链淀粉的渗出，一定程度上抑制了淀粉的回生。

图3 添加不同比例普鲁兰多糖的籼米粉的XRD图

表3 X-射线衍射测定的回生样品的相对结晶度

普鲁兰多糖质量分数/%02468相对结晶度/%13.34±0.52a11.33±0.61b10.19±0.54c9.60±0.38cd7.12±0.44e

3 结论

研究不同添加量的普鲁兰多糖对籼米粉糊化特性、流变特性、凝胶质构以及微观结构的影响。结果表明，普鲁兰多糖的添加降低了混合粉的峰值黏度、最低黏度、崩解值、最终黏度和回生值，表明普鲁兰多糖抑制了淀粉的糊化。随着普鲁兰多糖添加量的增加，G′ ，G″逐渐下降，tanδ逐渐增加，凝胶强度和弹性逐渐下降，表明普鲁兰多糖的添加破坏了大米淀粉凝胶网络结构的连续性。此外，普鲁兰多糖的增加使凝胶体系的重结晶度明显降低，表明普鲁兰多糖能有效地抑制大米淀粉的回生。普鲁兰多糖可作为一种新型的延缓老化剂，用于开发保质期长、口感好的淀粉凝胶类食品。