淀粉的糊化与凝胶特性及食用品质研究

王 林

（四川旅游学院烹饪学院，四川 成都 610100）

食品中常见的凝胶种类主要包括蛋白类凝胶及多糖类凝胶。淀粉凝胶作为多糖凝胶的代表，在实际的生产生活中具有重要的应用。淀粉凝胶的形成过程主要是淀粉颗粒物质在吸水及加热过程中会渗析出直链淀粉，直链淀粉相互缠绕形成三维立体网状结构，当进一步加热搅拌时，残存的直链淀粉颗粒进一步破裂进入水相[1]，在冷却的过程中直链淀粉与支链淀粉通过氢键连接形成凝胶[2]。淀粉凝胶特性的影响因素较多，其中淀粉的种类、加工条件等是产生淀粉凝胶差异的主要影响因素，其主要表现在淀粉凝胶的质构属性、凝胶特性及糊化特性等方面[3]，这些与产品的品质显著相关[4]。

我国的淀粉资源丰富，其具有价格低廉、易降解、产品稳定性好等特点。随着淀粉产品的不断丰富，以淀粉作为主要原料的产品通常需要一定的储藏时间及冷藏处理，在加工过程中易造成淀粉凝胶产品的脱水及老化等问题，进而影响产品的食用品质。因此，淀粉的加工性质会直接影响淀粉类凝胶产品的加工及食用属性，成为制约淀粉类凝胶产品推广的瓶颈[5]。目前，对淀粉凝胶特性的检测通常是分开进行研究的，且主要集中于淀粉糊化后不同储藏时间的凝胶特性及微观结构的改变，因此将多种常用的淀粉糊化及凝胶特性进行对比研究，有助于从原料推断最终产品好坏做铺垫[6]，进而实现淀粉食品的工业化生产。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

马铃薯淀粉、红薯淀粉、木薯淀粉、绿豆淀粉、豌豆淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、蔗糖、食盐，购置于成都桃林有限公司。

1.1.2 仪器与设备

JD 200-3 型电子天平，江苏淮安翔宇电子天平有限公司；MDF-U338 型医用低温冰箱，大连三洋冷链有限公司；TMS-Touch 250N 型质构仪，美国食品技术有限公司；HH-2 型数显恒温水浴锅，上海光地仪器设备有限公司；Kinexus Pro+旋转流变仪，英国马尔文仪器公司；GL-22MC 型高速冷冻离心机，长沙湘仪离心机仪器有限公司；DHG-9070A 型电热恒温鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；Tech Master 型快速黏度仪，RVA 波通瑞华科学仪器公司；KN580 型全自动凯氏定氮仪，济南阿尔瓦仪器有限公司；SE-A2型全自动脂肪测定仪，济南禾普仪器设备有限公司；离心管、玻璃仪器等由四川旅游学院重点试验室提供。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

淀粉称重→加水溶解搅拌→静置→水浴加热→冷却→包装杀菌→淀粉凝胶产品

1.2.2 操作要点

将100 g 淀粉加入20 g 蒸馏水进行搅拌，边搅拌边加入热水（淀粉与热水的质量比为1∶4.5），将调制好的淀粉浆静置处理15～20 min，将静置好的淀粉浆放置于80 ℃水浴锅中蒸煮40 min，后将其冷却至室温，真空封口包装后进行巴氏杀菌，制成不同种类淀粉的凝胶制品。

1.2.3 试验设计

为探究不同种类淀粉的糊化及凝胶特性，选用市面上常用的淀粉原料（小麦淀粉、玉米淀粉、豌豆淀粉、绿豆淀粉、红薯淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉）制成凝胶产品（凉粉）。精确称取上述常用淀粉各100 g，将其与蒸馏水按照质量比1∶4.5 调制成淀粉糊，放入不锈钢容器中，充分搅拌均匀，使其在80 ℃水浴锅中水浴40 min（水浴前10 min 应不断搅拌，搅拌速率为5 r/min，保证淀粉与水充分混匀），待淀粉糊形成凝胶后，放置在室温（25 ℃）下冷却1 h 后于0～4 ℃环境中冷藏12 h。然后进行相应指标的检测（凝胶特性、糊化特性及感官指标研究[7]）。

1.2.4 测定项目与方法

1.2.4.1 淀粉基础指标的测定

水分含量：参照GB 5009.3—2016[8]中的方法测定；粗蛋白含量：参照GB 5009.5—2016[9]中凯氏定氮法进行测定；粗脂肪含量：参照GB 5009.6—2016[10]中索氏抽提法进行测定；直链淀粉含量：参照GB/T 15683—2008/ISO 6647-1:2007[11]进行测定。

1.2.4.2 凝胶特性的测定

参考洪火明[12]的方法并进行适当修改。将凉粉切成长×宽×高为2.0 cm×2.0 cm×1.5 cm 的小块，进行淀粉凝胶强度的测定。探头型号为P/0.5 柱形探头，测定模式为TPA 模式。参数设定为：测前速度2.0 mm/s，测量速度1.0 mm/s，测后速度2.0 mm/s，每组样品进行5 次重复，并将结果取平均值。

1.2.4.3 淀粉糊化特性的测定

参考邹金浩等[13]的方法并进行适当修改。准确量取3.00 g 淀粉样品，量取25.0 mL 蒸馏水混合均匀装于铝盒中。具体程序参数：初始搅拌速率为960 r/min，保持1 min，搅拌成悬浊液，然后以初始50 ℃的温度保持1 min，再以12 ℃/min 的升温速度升至95 ℃后保持3 min，最后以12 ℃/min 的降温速度降至50 ℃，并将温度保持3 min。根据RVA 的糊化曲线得到黏度（峰值、谷值、最终）、回生值、崩解值、糊化温度等参数。

1.2.4.4 溶解度及膨胀度的测定

参照赵敏[7]的方法并进行适当修改。准确量取一定质量（m1）的淀粉样品，将其配制成2%的淀粉乳，并在90 ℃环境中加热30 min，然后4 ℃下以3 500 r/min 离心20 min，分别称取上清液质量（m2）及沉淀质量（m3），将上清液烘干至粉末状恒重，计其质量（m4）。则溶解度（S）及膨胀度（B）计算公式如下：

1.2.4.5 模糊数学感官品质评定

模糊数学评价方法可降低因个人喜好而带来的影响。感官评价参考朱冰洁[14]的方法并作适当修改。由烹饪学院10 名学生（男∶女=1∶1）组成感官评价小组，并利用9 点法进行评价，评价的指标主要包括色泽及透明度、口感、质地、香气四方面，所占权重分别为20%、30%、30%、20%。具体评分标准见表1。

表1 凉粉的感官评分标准Table 1 Sensory scoring criteria of bean jelly

通过模糊评价，确定因素集、等级集及权重集。因素集U={u1，u2，u3，u4}，ui分别代表淀粉凉粉的色泽及透明度、口感、质地、香气；等级集V={v1，v2，v3，v4}，vi分别代表极差、差、中、良、优；权重集A={a1，a2，a3，a4}，即每个评价因素权重系数的集合，主要通过邓屹洋[15]及实际的情况得出，a1=0.2、a2=0.3、a3=0.3、a4=0.2。

1.2.5 数据处理

运用Origin 2017 和SPSS 20.0 软件进行显著性分析及图形绘制，P＜0.05 表示差异显著，P＜0.01 表示差异极显著，具有相同字母的表示差异不显著，反之则表示差异显著，试验所得结果用平均值±标准差（±SD）的形式表述。

2 结果与分析

2.1 不同种类淀粉的基本成分

不同种类淀粉的基本成分如表2 所示。7 种淀粉的水分含量在10.0%～15.6%，其中小麦淀粉的水分含量最高，玉米淀粉的水分含量最低。水分含量大体上呈现谷类淀粉（小麦淀粉）＞豆类淀粉（绿豆淀粉、豌豆淀粉）＞薯类淀粉（红薯淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉）；粗蛋白含量呈现谷类淀粉（玉米淀粉、小麦淀粉）＞豆类淀粉（豌豆淀粉、绿豆淀粉）＞薯类淀粉（红薯淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉）；粗脂肪含量呈现薯类淀粉（马铃薯淀粉、红薯淀粉、木薯淀粉）＞豆类淀粉（豌豆淀粉、绿豆淀粉）＞谷类淀粉（小麦淀粉、玉米淀粉）；而直链淀粉含量大体上则呈现豆类淀粉（豌豆淀粉、绿豆淀粉）＞谷类淀粉（玉米淀粉、小麦淀粉）＞薯类淀粉（红薯淀粉、木薯淀粉），其中豆类淀粉的直链淀粉最多，薯类淀粉直链淀粉最低，马铃薯淀粉除外。张正茂等[16]曾得出淀粉凝胶的硬度与淀粉中的直链淀粉含量呈显著正相关。因此，直链淀粉含量越高，将越有助于淀粉形成三维立体网状结构，进而增强淀粉制品的凝胶强度。

表2 淀粉的基本成分Table 2 Basic components of starches 单位：%

2.2 不同种类淀粉的溶解度及膨胀度

由图1 可知，除小麦与豌豆、玉米与木薯淀粉的溶解度差异不显著、豌豆与绿豆淀粉膨胀度差异不显著外，不同淀粉之间的溶解度及膨胀度差异显著（P＜0.05）。溶解度由高到低为马铃薯淀粉＞绿豆淀粉＞豌豆淀粉＞小麦淀粉＞红薯淀粉＞玉米淀粉＞木薯淀粉；膨胀度由高到低为马铃薯淀粉＞红薯淀粉＞小麦淀粉＞玉米淀粉＞绿豆淀粉＞豌豆淀粉＞木薯淀粉。其中马铃薯淀粉的溶解度和膨胀度最大，分析可能是马铃薯淀粉颗粒较大，受热过程中其内部张力也更大，因此导致溶解度及膨胀度更大。

图1 淀粉种类对其溶解度及膨胀度的影响Fig.1 Influence of starches types on the solubility and swelling

表3 淀粉的黏度特性Table 3 The viscosity characteristics of starches

2.3 淀粉的糊化特性分析

淀粉的糊化特性与其食用品质及应用产品类别相关。通常糊化温度越高代表淀粉颗粒的晶体结构越完整，淀粉颗粒越不易被破坏；崩解值与淀粉糊的热稳定性显著相关；回生值主要反映淀粉的老化及回生的程度，与淀粉糊的凝胶强度呈正相关。由表3 可知，不同淀粉的糊化特性具有显著差异（P＜0.05）。几种淀粉的糊化温度主要集中于53.1～80.1 ℃，其中谷类淀粉（小麦淀粉、玉米淀粉）的糊化温度较高，说明谷类淀粉的结构相对较稳定，其次为豆类淀粉（绿豆淀粉、豌豆淀粉），这与Moorthy[17]的观点相一致。糊化温度与淀粉颗粒大小、溶解度及膨胀度呈负相关。马铃薯淀粉的峰值黏度、谷值黏度及最终黏度最大，而豌豆淀粉的峰值黏度最小。马铃薯的回生值最大，为547.1 cp，玉米淀粉的回生值最小，为47.0 cp，说明马铃薯淀粉更易发生回生现象，相对于本试验中的其他6 种淀粉，玉米淀粉最不易产生回生现象。马铃薯的崩解值最大，为266.0 cp，而豌豆淀粉的崩解值最小，为82.6 cp，说明马铃薯淀粉黏度降低的速率最高，可用于加工柔软淀粉制品，如汤圆等[18]，而绿豆淀粉更适宜加工坚挺顺滑的凝胶产品，如凉粉等。

2.4 淀粉的凝胶特性分析

凝胶硬度代表着样品产生形变所需力的大小；咀嚼性是对凝胶产品进行咀嚼时所需力的大小[19]；黏性代表淀粉凝胶产品的老化程度；弹性反映淀粉凝胶产品的紧密程度；而凝胶强度的大小则代表淀粉凝胶产品间分子作用力的强弱，凝胶强度越大的淀粉凝胶产品，分子间结构越稳定，凝胶产品越不容易被破坏。

由表4 可知，对于硬度而言，除绿豆淀粉外，其他淀粉呈现出豆类淀粉（豌豆淀粉）＞谷类淀粉（小麦淀粉、玉米淀粉）＞薯类淀粉（红薯淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉）；对于黏性由高到低为谷类淀粉（小麦淀粉、玉米淀粉）＞薯类淀粉（马铃薯淀粉、木薯淀粉、红薯淀粉）＞豆类淀粉（绿豆淀粉、豌豆淀粉），其中小麦淀粉的黏性最大，豌豆淀粉的黏性最小，此结果与张正茂等[16]的试验结果一致；对于弹性而言，除绿豆淀粉外，整体呈现出豆类淀粉（豌豆淀粉）＞薯类淀粉（马铃薯淀粉、木薯淀粉、红薯淀粉）＞谷类淀粉（玉米淀粉、小麦淀粉）；对于咀嚼度及凝胶强度而言，呈现豆类淀粉（豌豆淀粉、绿豆淀粉）＞谷类淀粉（玉米淀粉、小麦淀粉）＞薯类淀粉（马铃薯淀粉、红薯淀粉、木薯淀粉），豌豆淀粉的凝胶强度最大，为1 409.3 g，其形成的凝胶产品更稳定，而木薯淀粉的凝胶强度最小，为44.7 g。

2.5 模糊数学感官得分结果分析

2.5.1 建立模糊矩阵

参照乔学彬等[20]的模糊数学法对不同淀粉所制成的凉粉进行感官评定。进行感官评定时，应将样品的顺序打乱，确保样品的随机性，感官模糊评价试验统计结果见表5。

表4 凉粉的凝胶特性Table 4 The gel characteristics of bean jellies 单位：g

表5 感官评价试验统计表Table 5 Statistical table of sensory evaluation experiments

将对7 组试验数据分别除以品评总人数10 人，得到7 个模糊评判矩阵，分别对应1～7 号试验，各个试验组模糊评判矩阵如下所示。

2.5.2 计算综合隶属度

利用矩阵乘法来计算各个淀粉凝胶产品的综合隶属度，计算公式为：Yj=A·Rj（A代表权重集，Rj代表7 种淀粉模糊矩阵）。小麦淀粉的综合评价结果为：

应用以上方法计算其他的综合隶属度Yj，结果见表6。

表6 试验的综合隶属度Table 6 Comprehensive membership of the tests

2.5.3 感官评价试验结果

将评价标准中的优、良、中、差、极差分别以9、7、5、3、1 进行赋值，赋值的计算公式为B表示Y集合中具体等级指标的赋值分数，具体计算结果如下所示。

根据各种淀粉凝胶制品的模糊感官评定结果可以得出，各种淀粉的感官得分由高到低顺序为：豆类淀粉（豌豆淀粉、绿豆淀粉）＞谷类淀粉（玉米淀粉、小麦淀粉）＞薯类淀粉（马铃薯淀粉、红薯淀粉、木薯淀粉），其中豆类淀粉凝胶制品的感官得分整体集中于7～9 分，且更加偏向于8 分，说明两种豆类淀粉凝胶产品的品质较好，色泽剔透、质地紧密，弹性好，咸淡适中，更为消费者所喜爱；谷类淀粉凝胶制品的感官得分集中于7～8 分，且更加偏向于7 分，该类淀粉凝胶制品品质相对较好，易被消费者所接受；而薯类淀粉制品的感官得分主要集中于6～8 分，除马铃薯淀粉凝胶制品的感官得分相对较高，红薯和木薯淀粉的感官得分较低，不适宜生产凉粉类产品。该感官指标与以上理化指标变化趋势接近，可用理化指标来解释不同淀粉凝胶制品的感官品质差异。

3 结论

试验将7 种常用淀粉的糊化特性、凝胶特性及感官品质进行了对比研究，结果发现：豆类淀粉的直链淀粉含量最多，更易增强淀粉的凝胶强度，薯类淀粉的直链淀粉含量最低；谷类淀粉的糊化温度相对较高，稳定性最好，薯类淀粉糊化温度最低；马铃薯淀粉的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度及回生值最大，豌豆淀粉的峰值黏度最小，玉米淀粉的回生值最小；豆类淀粉的硬度、弹性、咀嚼性及凝胶强度最大，黏性最小；薯类淀粉的黏性最大，硬度、弹性、咀嚼性及凝胶强度最小；豆类淀粉的感官得分最高，薯类淀粉的感官得分最低，其中豌豆淀粉的感官得分最高，为8.14 分（满分9 分），该产品色泽剔透、质地紧密，弹性好，咸淡适中，更易被消费者所青睐。试验结果表明，豆类淀粉中的豌豆淀粉的糊化凝胶特性及感官指标相对较好，可大力开发凝胶产品。