瓜尔豆胶和黄原胶对淀粉理化性质的影响

刘静，段春月, ，刘畅, *

1. 河北科技师范学院食品科技学院（秦皇岛 066600）；2. 河北省板栗产业协同创新中心（秦皇岛 066600）

淀粉是植物性食物的主要组成部分，是人类主要碳水化合物的来源。淀粉质食品在储藏过程中变硬、发干、掉渣，造成不良口感和感官品质等，即为淀粉的回生。淀粉回生严重影响淀粉制品的营养价值和保质期，阻碍了食品行业的发展[1]。因此，改善淀粉的性质一直是食品加工领域的一个热点问题。

黄原胶与瓜尔豆胶是食品工业中广泛应用的两种亲水胶体[2]。黄原胶是一种生物胶，具有良好的乳化性、增稠性、触变性、假塑性等，能够与其他多糖相互作用，协同黏度增加，具有阴离子胶的作用。瓜尔豆胶是从瓜尔豆中分离得到的一种多糖化合物，是一种天然的增稠剂，具有中性胶的特性。在食品工业中，黄原胶与瓜尔豆胶主要在酱类、肉制品、罐头食品和冷冻食品等中作为稳定剂、持水剂、胶黏剂和冷冻融化稳定剂等[3]。

目前，国内外许多学者对胶体与淀粉形成的复配体系进行研究。研究表明，亲水胶体能够改变淀粉基食品的糊化特性、流变学特性以及质构，还能延缓淀粉的老化回生[4-7]。而亲水胶体不同的分子结构导致其对样品的影响也有所不同。亲水胶体对玉米淀粉和甘薯淀粉理化特性的比较研究鲜见报道。试验以玉米淀粉和甘薯淀粉为材料，研究添加不同浓度的两种胶体对淀粉特性的影响，以期能为淀粉质食品的加工提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂

玉米淀粉（山东圣琪生物有限公司）；甘薯淀粉（山东圣琪生物有限公司）；瓜尔豆胶（浙江一诺生物科技有限公司）；黄原胶（浙江一诺生物科技有限公司）。

1.2 仪器与设备

HI850R台式高速冷冻离心机（湖南湘仪实验仪器开发有限公司）；SHJ-4D数显恒温磁力搅拌水浴锅（常州市金坛友联仪器研究所）；723可见分光光度计（上海光谱仪器有限公司）；Tech Master RVA-4500黏度仪（澳大利亚 Newport公司）。

1.3 方法

1.3.1 直链淀粉含量的测定

参考Chrastil[8]的方法测定玉米淀粉和甘薯淀粉的直链淀粉含量。

1.3.2 透光率的测定

在0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%的黄原胶或瓜尔豆胶溶液中加入一定量的淀粉，搅拌均匀，配成1%的淀粉乳，于90 ℃水浴糊化30 min，加水保持体积，冷却至室温，于4 ℃放置1，3，5，7和14 d，于600 nm处分别测定淀粉胶体的透光率。

1.3.3 淀粉糊的黏度特性

称取一定量的样品置于铝桶中，加水使淀粉质量分数为8%。RVA测试条件：50 ℃下保持1 min，以12℃/min的速率加热至95 ℃，保持3 min，以12 ℃/min的速率冷却至50 ℃保持2 min[9]。前10 s混合桨的速度为960 r/min，其余时间为160 r/min。记录的参数为糊化温度（PT）、峰值黏度（PV）、谷值黏度（TV）、最终黏度（FV）崩解值及回生值（R）。

1.3.4 淀粉糊的凝沉性

称取一定量的淀粉样品，分别加入0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%的黄原胶或瓜尔豆胶溶液，配制成1%的淀粉溶液，于90 ℃水浴糊化15 min，冷却至室温，在12 h内每隔1 h记录上清液体积，在24～36 h每隔2 h记录上清液体积，以上清液占总体积的百分比表示淀粉的凝沉性质，比较不同浓度的胶体对两种淀粉沉降程度的影响。

1.3.5 膨胀度

参照Liu等[10]方法。称取40 mg淀粉，分别添加1 mL 0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%的胶溶液，于90 ℃加热糊化30 min，期间间歇混匀。将样品于10 000g离心10 min，弃去上清液，称取淀粉胶质，按式（1）即可计算其样品膨胀度。

式中：B为沉淀物的质量，mg；S为淀粉样品的质量，mg。

1.3.6 质构特性

称取3.0 g样品淀粉于50 mL烧杯中，加30 mL蒸馏水，配成10%的淀粉乳，搅拌混匀。在90 ℃水浴中加热糊化，冷却室温，在4 ℃条件下放12 h。选用P/0.5探头，测量前速率60 mm/min，测试速率30 mm/min，测量后速率120 mm/min，形变65%，停留时间2 s，触发力0.1 N。从质构曲线图中得出凝胶硬度、黏附性、内聚性、弹性和咀嚼度等。

1.3.7 数据处理

试验中所有数据均平行3次，采用SPSS 18.0软件对数据进行统计分析，使用Origin 8.6作图。

2 结果与分析

2.1 胶体淀粉糊透光率的影响

影响淀粉糊透光率的因素有很多，如淀粉来源、种类、添加剂、储藏时间、温度等。由图1可知，在老化初期（0～4 d），随着时间的增加，透光率迅速下降，7 d后下降缓慢，说明随着时间的延长，淀粉分子重新排列相互缔合，使透光率下降。两种淀粉的透光率差异显著，甘薯淀粉透光率比玉米淀粉透光率大。试验测得玉米直链淀粉含量（17.59%）高于甘薯淀粉的直链淀粉含量（15.98%），可能是由于玉米支链淀粉含量较高，使玉米淀粉糊的透明度降低[11]。

未加入胶体时体系的透光率最高，随着胶体添加量的增加，混合体系的透光率均呈下降趋势。这是由于胶体附着在淀粉颗粒表面，阻碍了淀粉与水的结合，使体系中淀粉颗粒增多，导致淀粉糊透明度的下降。此外，胶体与淀粉颗粒表面逸出的直链淀粉结合，导致溶液透明度降低[12]。由图1可知，添加瓜尔豆胶的淀粉糊透光率高于添加黄原胶的淀粉，这与瓜尔豆胶和黄原胶各自的结构有关，瓜尔豆胶中半乳糖含量较高，使淀粉与水容易结合，所以光的折射和反射强度变弱，从而使透光率要比黄原胶的透光率偏高。

图1 胶体对淀粉透光率的影响

2.2 胶体对淀粉糊黏度的影响

由表1和表2可知，两种亲水胶体对淀粉糊的黏度参数有显著影响。甘薯淀粉的峰值黏度高于玉米淀粉的峰值黏度，这主要是由于甘薯淀粉的直链淀粉含量较少，这与文献[13]报道的相一致。加入瓜尔豆胶后，随瓜尔豆胶添加比例的增加，玉米淀粉和甘薯淀粉的糊化温度、峰值黏度、崩解值、终值黏度显著增加。当瓜尔豆胶添加量为0.5%时，玉米淀粉和甘薯淀粉的值峰黏度上升至最大。这是由于加胶体后，瓜尔豆胶与淀粉竞争性吸水，影响淀粉的糊化；胶体与淀粉之间也存在协同增稠作用，引起峰值黏度和终值黏度增大[14-15]。加入瓜尔豆胶后，玉米淀粉糊的回生值比原淀粉减小，说明瓜尔豆胶对淀粉的短期回生有抑制作用。淀粉的短期回生主要由直链淀粉分子的凝胶有序和脱水结晶引起的。加入瓜尔豆胶后，玉米淀粉糊的崩解值显著降低，这是由于淀粉与胶体复配体系的黏度提高，造成剪切过程中有更大的剪切力作用于淀粉颗粒，颗粒更易变形及破损，削弱胶体与淀粉颗粒之间因相分离作用而产生的黏度增加效应，使得崩解值增大。

添加黄原胶后，玉米淀粉的峰值黏度随着黄原胶浓度的增加而升高，由于黄原胶自身具有较强的亲水性及黏性特征，在加热过程中会竞争性地吸收连续相中的水分，导致黏度的上升[16]。淀粉糊化冷却后的终值黏度高于其峰值黏度，可能是由于直链淀粉渗出后冷却过程中再次形成螺旋结构，导致黏度上升。而甘薯淀粉的峰值黏度随着黄原胶浓度增加而减少，可能是由于黄原胶是阴离子性亲水胶体，带负电荷的甘薯淀粉与带负电的黄原胶侧链之间产生排斥作用，造成体系黏度的降低，这与Lee等[17]的报道一致。加入黄原胶后，甘薯淀粉的回生值增大，说明黄原胶促进了甘薯淀粉糊的短期回生。

表1 胶体对玉米淀粉黏度的影响

表2 胶体对甘薯淀粉黏度的影响

2.3 胶体对淀粉凝沉性的影响

淀粉的凝沉是糊化后的淀粉分子间重新排列并产生凝结的现象，是反映淀粉回生的一个重要指标[18]。由图2可知，玉米淀粉糊较甘薯淀粉糊的凝沉速度快，说明玉米淀粉更易发生老化。黄原胶和瓜尔豆胶的添加均能减缓淀粉糊的凝沉速度，凝沉稳定性随胶体添加量增大而增大，当胶浓度为0.5%时，淀粉糊的上层清液体积最小。这可能是胶体的内部基团与淀粉分子的某特殊位点结合，使水分子可以充分地渗入淀粉颗粒内部，提高它的持水力，从而减缓上层清液的析出[19-20]。由图2可知，淀粉加入黄原胶后比加入瓜尔豆胶凝沉稳定性好，不易老化。亲水胶体可降低淀粉凝沉性，可用在酸奶、饮料、番茄酱等食品中，增加食品的稳定性，使其长时间不易发生分成层。

图3 胶体对淀粉凝沉性的影响

2.4 胶体对淀粉膨胀度的影响

淀粉膨胀度反映了淀粉的水合能力，主要受直链淀粉的影响。甘薯直链淀粉含量较低，具有较高的膨胀度。由表3可知，90 ℃时淀粉糊的膨胀度较低，添加2种胶体均能显著提淀粉糊的膨胀度，膨胀度随胶体的添加量增大而增大，其中瓜尔胶效果最差。亲水性胶体的存在能减轻水的吸收，增强淀粉分子间的连接作用力，从而促进淀粉颗粒的膨胀。

由表3可知，黄原胶对淀粉膨胀度促进作用较大，玉米淀粉加入黄原胶后淀粉的膨胀度达26.4 g/g，加入瓜尔胶的膨胀度为19.7 g/g，这与Chaisawang[18]结果相一致，Mandala等[21]也报道了添加黄原胶后小麦淀粉膨胀力的增加，Leite等[22]研究表明木薯淀粉中添加黄原胶和羧甲基纤维素会增加淀粉膨胀度。但Nagar等[23]报道，随着胶体浓度的增加，膨胀度呈现下降趋势，与此次试验结果不一致，可能是由于不同胶体性质的差异，决定了胶体本身对糊化体系中淀粉颗粒溶胀程度影响的不同，具体机理有侍进一步研究。

2.5 淀粉的凝胶特性

由表4和表5可知，相比不添加胶体的原淀粉，添加了黄原胶和瓜尔豆胶的淀粉其硬度明显降低，并且硬度随黄原胶和瓜尔豆胶浓度的增加而降低，当亲水胶体添加浓度为0.5%时，硬度最小，这是由于胶体阻碍了直链淀粉的渗出，削弱了直链淀粉重排，使复配体系的硬度降低，该结果与贺圣凌等[4]和Nisha等[24]的报道一致。添加亲水胶体使淀粉糊的黏性、咀嚼性也降低，可能是胶体与直链淀粉分子间形成的氢键阻碍了分子之间的聚集重排，削弱了淀粉直链分子间的相互作用，胶体与支链淀粉分子之间的相互缠绕使得体系的质地更加柔软。因此，亲水胶体的加入可以使淀粉老化延迟。

表3 胶体对淀粉膨胀度的影响 单位：g/g

表4 胶体对甘薯淀粉凝胶特性的影响

表5 胶体对玉米淀粉凝胶特性的影响

接表5

3 结论

添加黄原胶或瓜尔豆胶后，淀粉溶液的理化性质发生显著变化。研究表明，加入亲水胶体后，淀粉糊的透光率增大，膨胀度增加，黏度增大，硬度降低，凝沉稳定性增大，其中黄原胶比瓜尔豆胶优化淀粉的效果较好。玉米淀粉和甘薯淀粉由于具有独特的性能而被广泛地应用在食品的生产加工，而瓜尔胶和黄原胶能够优化淀粉在食品中的应用，使食品的口感、色泽和形态得到改善，在食品加工中具有广泛应用前景。