预处理对红薯淀粉糊特性的影响

陈梦雪，李明军，李 飞

（1.信阳职业技术学院，河南 信阳 464000；2.信阳农林学院，河南 信阳 464000）

红薯（Ipomoea batatas），又称甘红薯。红薯中淀粉含量非常丰富，除了可作为粮食、饲料、蔬菜作物之外，在食品工业中还应用颇多，如制糖、酿酒、制酒精等。但由于天然淀粉的缺点较多，如水溶性差、难降解等，限制了淀粉在食品及其工业中的应用，因此如何提高淀粉的活性和产物的取代度显得尤为重要。

淀粉颗粒是由结晶和非结晶2 个区域构成，结构紧密的结晶区会限制氧化试剂向淀粉分子中渗透，从而导致淀粉的改性反应效率低[1]。预处理可以破坏淀粉的结晶结构，提高分子间反应效率，优化氧化淀粉的性能。目前淀粉预处理的研究方法主要有物理法、化学法和生物酶法，如糊化、挤压、辐射、超声波、氧化、酸解和酶解等[2-3]。Manchun 等学者[4]通过研究超声波预处理对木薯淀粉结构特性的影响，发现超声波处理会扭曲淀粉的结晶区，破坏淀粉颗粒的水分进出能力，使得淀粉的溶解度增加，吸水性也有较好的提升。闫溢哲等[5]研究结果表明随着酸解时间的延长，玉米淀粉衍射峰之间增强，结晶度增加，微晶淀粉有序性增强，特征基团位置没有发生明显变化。Zeng等[6]采用微波预处理方式对莲子淀粉进行改性，结果显示微波功率越大，莲子淀粉的膨胀度增大，直链淀粉对的渗出程度以及淀粉分子形状变小，说明微波处理对莲子淀粉的影响敏感。

文章通过不同方法预处理测定红薯淀粉糊的黏度特性值、冻融性、凝沉性和透明度，得到了一系列氢氧化钠、盐酸、尿素超声波和微波对红薯淀粉黏度特性的影响，为红薯淀粉加工提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

红薯淀粉，德河鑫食品有限公司出品；尿素，郑州派尼化学试剂厂；盐酸，郑州派尼化学试剂厂；氢氧化钠，天津市东丽区天大化学试剂厂。

MC 牌电子天平，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；HH-6 杰瑞尔恒温水浴锅，金坛市杰瑞尔电器有限公司；722 N 可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；TDL-40B离心机，飞鸽牌系列；CDM-20X 恒温股份干燥箱，上海琅玕试验设备有限公司；快速黏度分析仪RVA，澳大利亚新港科学仪器公司；粉碎机，美的电器；BCD-21917D 冰箱，海尔；WD900ASL23-Z微波炉，格兰仕。

1.2 试验方法

1.2.1 样品预处理方法

（1）氢氧化钠与甘薯淀粉预处理。分别取占红薯淀粉不同质量百分比（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）的0.05 moL/L氢氧化钠处理15 min，然后测定红薯淀粉糊的不同特性。

（2）盐酸与甘薯淀粉预处理。分别取占红薯淀粉糊中淀粉不同质量百分比（0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%）0.5%盐酸15 min，测定红薯淀粉糊的不同特性。

（3）尿素与甘薯淀粉预处理。分别取占红薯淀粉中淀粉不同质量百分比（0.15%、0.30%、0.45%、0.60%、0.75%）的0.05 mol/L尿素处理15 min，测定红薯淀粉的不同特性。

（4）超声波与甘薯淀粉预处理。采用2×104Hz 的超声波分别处理红薯淀粉糊0 min、15 min、30 min、45 min、60 min，然后再测定红薯淀粉糊的不同特性。

（5）微波与甘薯淀粉预处理。采用800 W 微波分别处理红薯淀粉5 s、10 s、15 s、20 s、25 s 后再测定红薯淀粉糊的不同特性。

1.2.2 红薯淀粉糊黏度特性测定

配制8%的红薯淀粉乳，采用升温-降温循环：保持在50℃，1 min；3.75 min 内加热到95℃；保持在95℃，2.5 min，在3.75 min 内降到50℃；然后保持在50℃，2 min。测得淀粉糊黏度曲线,分析峰值黏度（Peak Viscosity）、谷值黏度（Trough Viscosity）、最终黏度（Final Viscosity）、破损值（Breakdown）、回生值（Setback）、出峰时间（Peak Time）及成糊温度（Peak Temperature）。

1.2.3 淀粉糊冻融稳定性的测定

配制8%的淀粉乳，沸水浴中糊化并冷却至室温，取10 mL导入塑料离心管中，加盖置于-15℃冰箱内，24 h 后取出室温下自然解冻，然后在4 000 r/min条件下离心20 min，弃去上清液（若无水析出则反复冻融，直至有水析出），并用滤纸按压吸取沉淀物的水分，称取沉淀物质量，记录冻融次数和析水率。析水率是析出的水的质量和淀粉糊的质量比。

1.2.4 淀粉糊凝沉性的测定

配制8%淀粉糊在预处理15 min后的淀粉乳在沸水浴中糊化，冷却至室温。取50 mL 糊移入50 mL 量筒中静置。每隔1 h记录上清液体积。

1.2.5 淀粉糊透明度的测定

经过预处理后的8%的质量淀粉糊在沸水浴中糊化15 min，至25℃，以蒸馏水作为参比液。用1 cm 比色皿在620 nm 波长下测定淀粉糊的吸光度。

1.2.6 数据处理及分析

试验数据采用SPSS 统计分析软件进行统计处理，采用Originpro2021对数据进行制图。

2 结果与分析

2.1 红薯淀粉糊黏度特性

2.1.1 氢氧化钠预处理红薯淀粉糊黏度特性

采用1.2.1样品预处理方法，氢氧化钠对红薯淀粉黏度特性的影响见表1。

表1 氢氧化钠预处理红薯淀粉糊黏度特性值Tab.1 The characteristic value of starch paste in sweet potato

由表1 可知，随着NaOH 比值的增加，样品的峰值黏度、谷值黏度和最终黏度均增加，这是因为氢氧化钠可渗透到淀粉颗粒的无定型区和晶格之间，使得淀粉分子间的氢键遭到破坏，淀粉结晶之间距离变大、淀粉中活性成分也变多，结晶结构被破坏的程度也随之增大，进而使得淀粉样品的反应效率和反应速度增加。

2.1.2 盐酸预处理红薯淀粉黏度特性

采用1.2.1样品预处理方法，盐酸对红薯淀粉黏度特性的影响见表2。

表2 盐酸与预处理红薯淀粉糊黏度特性值Tab.2 The viscosity properties of hydrochloric acid and pretreated sweet potato

由表2可知，随着盐酸浓度的增加，红薯淀粉样品的黏度是逐渐减小的，由此可见，淀粉黏度与酸浓度成反比，酸浓度越高，黏度越小。这是因为酸的作使得糖苷键水解，淀粉分子间隔变小。淀粉颗粒中直链淀粉分子间经由氢键结合成结晶性结构，酸渗入更为困难，淀粉更加不易水解，而无定形区域支链淀粉分子却比较容易被酸渗入，淀粉水解变得更为容易，从而提高淀粉的结晶度。

本研究使用自编的“教师关于游泳安全的调查问卷”，由广东省2013年第一、二期中小学骨干体育教师游泳技能培训班的289名教师以及广州市20所示范性高中的64名体育教师填写。

2.1.3 尿素预处理红薯淀粉糊黏度特性

采用1.2.1样品预处理方法，尿素对红薯淀粉黏度特性的影响见表3。

表3 尿素预处理后红薯淀粉糊黏度特性值Tab.3 The starch paste viscosity characteristic value of sweet potato after urea pretreatment

尿素可使淀粉在室温下糊化，由表3可知，随着尿素量的增加，淀粉黏度随之增加，但变化量不是很大。这与何珠莲研究尿素溶剂体系对可溶性淀粉的溶解结果是一致的[7]。

2.1.4 超声波预处理红薯黏度特性

采用1.2.1样品预处理方法，超声波处理对红薯淀粉黏度特性的影响见表4。

表4 超声波预处理后红薯黏度特性值Tab.4 The viscosity characteristics of sweet potatoes after ultrasonic pretreatment

由表4 可知，随着超声波处理时间的延长，峰值黏度、谷值黏度、破损值黏度均较小。这是由于超声波处理时动能和空穴的作用导致淀粉链键断裂，但当链长达到一定程度时，超声波无法再继续作用。因此当超声波处理时间在60 s 时，淀粉糊黏度下降终止。对红薯淀粉糊进行超声波处理0 min、15 min、30 min、45 min、60 min，发现作用时间与相对黏度的下降呈线性关系。

2.1.5 微波预处理红薯淀粉黏度特性

采用1.2.1样品预处理方法，微波预处理对红薯淀粉黏度特性的影响见表5。

表5 微波预处理后红薯淀粉黏度特性值Tab.5 The characteristic value of sweet potato starch viscosity after microwave pretreatment

由表5 可知，经微波预处理后的红薯淀粉黏度随着处理时间的增加逐渐升高，且谷值黏度和最终黏度都有所升高。

2.2 不同预处理方法对红薯淀粉冻融性的影响

将红薯淀粉按1.2.1 方法预处理后，测定其冻融稳定性，见图1。

由图1 可知，经过氢氧化钠处理后的红薯淀粉糊的析水率增大，冻融性降低，且在一定浓度后氢氧化钠对红薯淀粉糊的影响趋于一致，说明氢氧化钠对红薯淀粉糊的影响在一定浓度之后就不变了，在与淀粉糊成一定比例后，淀粉中分子结构被彻底破坏，没有进一步变化的空间；经过盐酸处理后红薯淀粉糊的析水率升高，趋势随盐酸量的增加而增大，在一定浓度后变化趋于一致，说明盐酸对红薯淀粉糊的影响在一定浓度后就无法使得红薯淀粉糊透明度进一步变化；经过尿素处理后的红薯淀粉糊的析水率起点较高且变化趋势很大，升值空间较其他几种处理方法对红薯淀粉糊透明度影响都大；经过超声波处理后的红薯淀粉糊的析水率小幅度上升，上升趋势比较平缓，且析水率较低，达到一定浓度后，红薯淀粉糊析水率不变；经过微波处理后的红薯淀粉糊的析水率上升幅度较小，上升趋势较其他方法小，上升趋势缓慢。

图1 不同预处理对红薯淀粉糊冻融稳定性的影响Fig.1 The effects of different pretreatments on the freeze-thaw stability of sweet potato starch paste

2.3 不同预处理方法对红薯淀粉凝沉性的影响

将红薯淀粉按1.2.1 方法预处理后，测定其凝沉性，见图2。

图2 不同预处理方法对红薯淀粉凝沉性的影响Fig.2 The effects of different pretreatment methods on sweet potato starch condensation properties

经图2 分析可知，经过预处理后的红薯淀粉糊凝沉性有不同的变化趋势。经过氢氧化钠处理后的红薯淀粉糊的凝沉性变大，尤其是处理淀粉糊的氢氧化钠质量越多，凝沉性变化越大；经过盐酸预处理后的红薯淀粉凝沉性变化趋势较经氢氧化钠处理后的更加明显，说明盐酸预处理对红薯淀粉糊凝沉性影响较大；经过尿素处理后红薯淀粉糊凝沉性较前2种预处理后的变化趋势较小，但在尿素处理过程中，所用尿素量越多，对凝沉性影响就越大。由图2 可以看出，在第3 个浓度的尿素对红薯淀粉糊的影响强度明显增大。这是尿素对红薯淀粉糊影响趋势的转折处；超声波处理后的红薯淀粉糊凝沉性变化是5种处理方法中对红薯淀粉糊凝沉性影响最小的一组。整个趋势最为平稳，说明超声波对红薯淀粉糊的凝沉性较其他几种方法处理的影响较小；微波处理后的红薯淀粉糊的凝沉性变化最大，整个变化趋势较为明显，由此显示微波对红薯淀粉的凝沉性影响很大，微波对红薯淀粉中结构影响最大，超声处理时间越长红薯淀粉的凝沉性越大。

2.4 固定浓度红薯淀粉不同处理对其透明度的影响分析

将红薯淀粉按1.2.1 中的方法预处理后，测定其透明度，见图3。

图3 不同预处理后红薯淀粉糊透明度变化图Fig.3 The transparency ency of sweet potato starch paste after different pretreatment

由图3分析可知，微波对红薯淀粉糊透明度影响最大，对红薯淀粉糊结构影响最大，起点高，上升趋势明显。处理时间越长，对透明度影响越大；超声波对红薯淀粉糊透明度影响较微波小，起点高，小幅度上升。处理时间越长，透明度越大；氢氧化钠对红薯淀粉糊透明度影响较大，上升趋势明显。对透明度有一定的改良作用；尿素对红薯淀粉糊透明度没有明显的作用，整个趋势平缓，没有清晰的上升或下降趋势。且浓度变化对淀粉糊透明度影响不大；盐酸对红薯淀粉糊透明度影响较小，但影响趋势明显，有一定的上升趋势，且随着盐酸浓度的增加，透明度增大。

3 结论

通过试验可知：氢氧化钠处理后的红薯淀粉糊峰值黏度和谷值黏度均增大，黏度特性值降低。经过盐酸预处理后红薯淀粉糊黏度特性值降低。经尿素预处理后的红薯淀粉糊特性中峰值黏度升高、谷值黏度升高、破损值增大、最终黏度和回升值趋于平稳。超声波处理后的红薯淀粉糊黏度峰值黏度和谷值黏度均下降，破损值和回升值变化趋势不明显，但有一定的下降浮动。微波处理后的红薯淀粉黏度峰值黏度升高，谷值黏度变化不大，破损值小幅度上升下降。

尿素对红薯淀粉糊冻融性影响最大，使得淀粉糊析水率升高，冻融性降低。

氢氧化钠和盐酸对红薯淀粉糊冻融性基本相同，超声波和微波对红薯淀粉糊冻融性影响较小，且红薯淀粉糊冻融性影响相同。

微波对红薯淀粉糊透明度影响最大，超声波次之，氢氧化钠较小。盐酸和尿素对红薯淀粉糊透明度影响最小，且变化趋势平缓。