不同淀粉糊化及凝胶特性与粉条品质的关系.pdf

第 30 卷 第 15 期 农 业 工 程 学 报 Vol.30 No.15 332 2014 年 8 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Aug.2014 不同淀粉糊化及凝胶特性与粉条品质的关系 廖卢艳1,2，吴卫国2（1.湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128；2.湖南农业大学食品科学技术学院，长沙 410128）摘 要：为了研究粉条加工过程中原料淀粉的糊化及凝胶特性对粉条品质的影响，该文对绿豆、红薯、马铃薯、大米和玉米等 5 种原料淀粉的糊化凝胶特性及其粉条品质进行了测定，并对淀粉糊化凝胶特性与淀粉粉条品质之间的关系进行探讨。结果表明：5 种淀粉原料所制的粉条中，绿豆粉条的品质是较好，其次就是马铃薯粉条和红薯粉条，大米粉条和玉米粉条的品质较差；淀粉的糊化特性与粉条品质之间具有显著相关性，按显著程度的大小（P 值大小）依次是：峰值黏度谷值黏度衰减值回生值、最终黏度；淀粉凝胶的硬度、弹性、黏性和咀嚼性对粉条品质的影响较大，按显著程度的大小（P 值大小）依次是：硬度黏性咀嚼性弹性。在粉条加工原料选择及粉条品质改善中可以考虑用谷值黏度、回生值以及淀粉凝胶特性特征值回复性、咀嚼性和黏性作为考核衡量指标。研究结果为粉条生产中原料选择及品质改善提供参考依据。关键词：淀粉；凝胶；品质控制；糊化；粉条品质 doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.15.042 中图分类号：TS236.5 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2014)-15-0332-07 廖卢艳，吴卫国.不同淀粉糊化及凝胶特性与粉条品质的关系J.农业工程学报，2014，30(15)：332338.Liao Luyan,Wu Weiguo.Relationship between gelatinization and gel properties of different starch and their noodlesJ.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE),2014,30(15):332338.(in Chinese with English abstract)0 引 言 粉条是一种以淀粉为原料加工而成的传统食品，具有口感细腻、爽滑、筋道感强的特点。它不仅在国内具有良好的市场，在国际上也很受欢迎。市场上淀粉粉条的主要原料有豆类，谷物类和薯类淀粉。目前粉条生产的原料选择尚无明确的标准和适宜的评价方法，在淀粉原料的选择方面全凭经验。而粉条加工品质的优劣主要与淀粉的品质特性密切相关1-5。由于淀粉在粉条加工过程中经历了热处理，制得粉条的品质特性主要是依赖淀粉的糊化及凝胶特性6。淀粉糊化后能形成具有一定弹性和强度的凝胶，凝胶的黏弹性、强度等特性直接影响到淀粉粉条的加工性能及品质7-8。因此，有必要探明原料淀粉的糊化及凝胶特性与产品粉条品质之间的关系。尽管许多研究9认为淀粉糊化特性的快速黏度仪（rapid visco-analyser,RVA）参数可以预 收稿日期：2014-03-20 修订日期：2014-06-10 基金项目：湖南省高等学校“2011”协同创新中心项目（湘教通2013）448 号）作者简介：廖卢艳（1982），女，实验师，博士生，研究方向为粮食深加工及开发利用。长沙 湖南农业大学东方科技学院，410128。Email： 通信作者：吴卫国（1968），男，教授，博士，研究方向为粮食深加工及开发利用。长沙 湖南农业大学食品科学技术学院，410128。Email： 测相应淀粉粉条品质的好坏，然而淀粉糊化及凝胶特性与粉条品质关系的研究报道主要集中在同一植物来源淀粉的不同品种间10-11，而不同植物来源淀粉糊化及凝胶特性与粉条品质关系的研究尚属空白。本研究选择绿豆、红薯、马铃薯、大米和玉米等 5 种常用淀粉原料，测定并分析了淀粉糊化及凝胶特性品质参数对粉条品质的影响，旨在探索一种只需根据淀粉原料的少量指标参数就可以评价粉条品质的方法，为粉条加工原料淀粉的选择和粉条品质改善提供理论依据。1 材料与方法 1.1 试验材料 绿豆淀粉（含水率 14.7%，粗蛋白质量分数0.54%，粗脂肪质量分数 0.62%）：河北衡水富桥淀粉有限公司；马铃薯淀粉（含水率 17.8%，粗蛋白质量分数 0.04%，粗脂肪质量分数 0.02%）：长沙湘丰金薯食品有限公司；红薯淀粉（含水率12.6%，粗蛋白质量分数 0.38%，粗脂肪质量分数0.60%）：长沙湘丰金薯食品有限公司；大米淀粉（含水率 13.0%，粗蛋白质量分数 0.48%，粗脂肪质量分数 0.22%）：普洱永，吉生物技术有限责任公司；玉米淀粉（含水率 10.5%，粗蛋白质量分数 0.37%，粗脂肪质量分数 0.23%）：阳谷阳金路淀粉厂。第 15 期 廖卢艳等：不同淀粉糊化及凝胶特性与粉条品质的关系 333 1.2 主要仪器与设备 RVA-S/N2112681 快速黏度测定仪（瑞典 perten 仪器有限公司）；TA-XT2i 质构分析仪（英国 stable system 公司）；SHZ-82 水浴恒温振荡器（上海浦东物理光学仪器厂）；101A-3ET 电热恒温鼓风干燥箱（上海试验仪器厂有限公司）；PHS-3C 型精密数显 pH 计（上海精密科学仪器有限公司）；HH-8型数显恒温水浴锅（上海浦东物理光学仪器厂）；MA45-000230 快速水分测定仪（北京赛多利斯仪器系统有限公司）。1.3 试验方法 1.3.1 淀粉糊化及凝胶特性的测定 1）淀粉糊化特性12 用快速黏度仪RVA对淀粉糊化参数进行测定，测定时先用 105恒重法（GB 50093-2010）测定出淀粉含水率。将 3 g 样品加入 RVA 专用铝盒内，然后加入水定量 25 mL，用搅拌器将样品搅拌均匀，然后放入仪器中进行测定。采用升温/降温循环，糊化程序如下：50保持 1 min，4 min 内加热至 95保温 5.5 min，4 min 内冷却至 50并在 50保持4 min。另外旋转浆在起始 10 s 内旋转速度为960 r/min，以后保持 160 r/min 至结束。2）淀粉凝胶的制备及凝胶特性的测定 分别调配 10%（g/mL）浓度的各种淀粉乳，在沸水浴中糊化 20 min 后装进 50 mL 的注射器中冷却，在 4下放置 24h 后形成直径为 4 cm 的圆柱形凝胶。测试前将凝胶倒出切成直径为 4 cm 高 2 cm的小圆柱形体在质构仪上进行凝胶特性测定。利用质构仪（texture profile analysis，TPA）程序测定淀粉凝胶特性的特征值硬度、粘性、弹性、回复性、黏性、凝聚力和咀嚼性13。具体测定条件如下：探头：P36R 型；感应力：0.1962N；压缩形变：50%；测试前速度：2.00 mm/s；测试速度：1.00 mm/s；测试后速度：1.00mm/s。1.3.2 粉条的制备及粉条品质指标的测定 1）粉条的制备 参照谭洪卓6的方法加以改进，取 3.0 g 淀粉样品加 20 mL 水在沸水中糊化，再加入 25 g 淀粉和适量的水分别调制成总含水率为 45%的淀粉粉团，将粉团倒入直径为 20 cm 的小烤盘中摊平静置 5 min。然后放入装有沸水的蒸锅中蒸 5 min 后迅速放入冷水中 1 min 后立即取出。4存放 17 h，揭皮切成宽度为 1cm 的粉条，40干燥成品。2）粉条品质指标的测定。参照谭红卓6的方法测试：断条率：将长 10 cm 的粉条样品 20 根，在500 mL 蒸馏水中分别煮沸 30 min，记录断条数，计算断条率()。断条率=（断条数/20）100%。硬度：取 5 cm 长的样品粉条 20 根，在500 mL 蒸馏水中煮沸 10 min，捞出，冷却，备用。用游标卡尺量取粉条直径，在质构仪上用A/LKB-F探头按以下条件进行测量（感应力：0.1962 N，测试形变：100%）。每次取 3 根粉条水平放置在载物台上，粉条之间有一定的间隔。对每个试样做 6个平行试验。仪器参数处理采用去掉最大值和最小值，取平均值。拉伸强度：取 10 cm 长的样品粉条 20 根，在 500 mL 蒸馏水中煮沸 10 min，捞出，冷却，备用。在质构仪上用 A/SPR 探头按以下条件进行测量（感应力 0.04905 N，测试距离：50.0 mm）。每次将一根粉条缠绕固定在 2 个平行的摩擦轮之间（粉条在被拉的过程中不能够松动），上面的轮子以3.00 mm/s 的速度向上拉伸粉条，直至粉条断裂。对每个试样作 6 次平行试验。仪器参数处理采用去掉最大值和最小值，取平均值。1.3.3 数据分析 试验数据采用Excel和SPSS（statistical program for social sciences）19.0 软件对数据进行相关性分析和逐步回归分析，所有数据都是 3 次测试的平均值。2 结果与分析 2.1 不同淀粉粉条品质特性 不同植物来源淀粉制成粉条后的品质特性见表 1。参考谭洪卓等14评价粉条品质的方法。粉条烹煮后的硬度值反映粉条的耐煮性，硬度值越高，越耐煮，是粉条质构品质的一个重要指标。断条率的高低直接反映粉条品质的好次，断条率越低，说明粉条耐煮不糊汤，是评价粉条烹煮品质最重要的指标。仪器对粉条拉伸强度的测定结果可以反映感官评定中的筋道感。粉条的拉伸强度越大，说明粉条的弹韧性越好。表 1 不同来源淀粉所制粉条品质的比较 Table 1 Quality characteristics of starch noodles from different sources starch 样品 Sample 断条率 Broken rate/%粉条硬度 Hardness/N 拉伸强度 Extension/N绿豆淀粉 Mung bean starch0c 25.920.20a 1.030.01a 红薯淀粉 Sweet potato starch20b 23.910.22b 0.790.01c 马铃薯淀粉 Potato starch 16.665.77b20.720.53c 0.850.02b 大米淀粉 Rice starch 9010a 10.940.25e 0.290.02d 玉米淀粉 Corn starch 96.665.77a16.891.53d 0.260.01d 注：同一列中均值数据后面的不同字母表示数据有显著差异（P 0.05），数据表示为样本均值标准差，下同。Note:Values in the same column with different letters are significantly different(P0.05).Data are expressed as means SD,the same as below.农业工程学报 2014 年 334 从表 1 中可以看出，断条率以绿豆粉条最低，马铃薯粉条的次之，再次就是红薯粉条的。大米和玉米粉条的断条率分别高达 90%和 96%。硬度和拉伸强度以绿豆粉条最高，马铃薯粉条和红薯粉条的次之，再次就是大米淀粉和玉米淀粉的。由此可见，在选择的 5 种淀粉原料所制的粉条中，绿豆粉条的品质是最好的，其次就是马铃薯粉条和红薯粉条，大米粉条和玉米粉条的品质最差。2.2 不同淀粉的糊化特性 不同植物来源淀粉糊化特性各指标参数见表2。利用 RVA 快速黏度分析仪测定 5 种淀粉的糊化特性指标参数，从表 2 可以看出 5 种淀粉的糊化特性参数值存在显著性的差异（P0.05）。峰值黏度反映的是淀粉糊化升温过程中淀粉颗粒的膨胀程度15。由表 2 可知马铃薯淀粉的糊化黏度最大，玉米淀粉的糊化黏度最小。回生值反映淀粉冷糊的稳定性和老化趋势，一定程度的回生使淀粉凝胶的硬度增加，对韧性的形成具有良好的贡献16，表 2 结果显示绿豆淀粉的回生值最高，红薯淀粉的回生值最低，这可能与淀粉的直链淀粉聚合度和支链淀粉的分子结构有关。直链淀粉聚合度高，支链淀粉外链长的淀粉容易老化，冷糊稳定性也差17。衰减值的大小反映淀粉热糊的稳定性17，表 2 结果显示绿豆、大米和玉米各淀粉的衰减值较小，表明淀粉颗粒膨胀过程中强度比较大，不易破裂，热糊的稳定好，而马铃薯淀粉和红薯淀粉的衰减值较大，热糊稳定性差，尤其是马铃薯淀粉的热糊稳定性最差。表 2 不同来源淀粉的糊化特征值 Table 2 Gelatinization characteristics of starches from various sources 样品 Sample 峰值黏度 Peak viscosity/(Pas)谷值黏度 Hot paste viscosity/(Pas)衰减值 Breakdown/(Pas)最终黏度 Final viscosity/(Pas)回生值 Setback/(Pas)绿豆淀粉 Mung bean starch 371.433.64c 233.418.72a 136.524.50c 539.133.55a 307.247.65a 红薯淀粉 Sweet potato starch 522.751.59b 246.454.24a 276.420.21b 322.042.72c 75.657.81e 马铃薯淀粉 Potato starch 824.971.79a 98.9158.86c 726.087.07a 336.998.85d 238.0257.72c 大米淀粉 Rice starch 303.327.75d 196.482.42b 106.955.29d 468.5287.48b 272.1309.67b 玉米淀粉 Corn starch 215.754.61e 103.332.01c 112.423.71d 237.339.88c 133.944.16d 2.3 不同淀粉的凝胶特性 淀粉在一定的水分、温度和压力下糊化后，直链淀粉分子从膨润的淀粉粒中逸出，淀粉分子链通过氢键交联聚合，可溶性直链淀粉形成连续的三维网络凝胶结构，溶胀淀粉颗粒和碎片填充在直链淀粉网络中，形成具有一定黏弹性和强度的凝胶18-20。其弹性反映的是淀粉凝胶受到彻底挤压后，在一段时间内恢复变形的能力。淀粉凝胶的弹性受淀粉分子所形成网状结构的交联点数量和交联点密度的影响，有效交联点数目越多，凝胶弹性越大；淀粉凝胶的黏性表示分子间的内聚力，受淀粉分子链长的影响。长链淀粉分子含量越大，凝胶中的分子之间相互作用力也越大21-22。凝胶弹性、黏性和回复性与凝胶的咀嚼性和凝聚力有很高的相关性23。不同来源淀粉的凝胶特性参数值见表 3。各品种之间淀粉凝胶硬度差异显著（P0.05），其中以绿豆淀粉凝胶硬度最高（3 967 g），而大米淀粉凝胶硬度最小（159 g）。各品种之间淀粉凝胶的回复性差异显著（P谷值黏度衰减值回生值、最终黏度。这意味着淀粉糊化特征值峰值黏度和谷值黏度指标可以预测粉条的品质。2.5 淀粉的凝胶特性与粉条品质的相关性分析 表 5 为不同来源淀粉凝胶质构特性与粉条品质特性的相关系数表。从表中可以看出淀粉凝胶的硬度、弹性、黏性和咀嚼性对粉条品质的影响较大，其他各参数如凝聚力和回复性对粉条品质的影响不显著。淀粉凝胶的硬度、弹性、黏性和咀嚼性与粉条硬度、拉伸强度正相关，与粉条的断条率负相关。淀粉凝胶质构特性对粉条品质影响很大，按显著程度的大小（P 值大小）依次是：硬度黏性咀嚼性弹性。这意味着淀粉凝胶的硬度、黏性、咀嚼性和弹性可以预测粉条的品质特性。表 5 不同来源淀粉凝胶特性与粉条品质的相关系数 Table 5 Correlation coefficients between gel properties of starches from various sources and texture qualities of their starch noodles 硬度 Hardness 弹性 Springiness 凝聚力 Cohesiveness 黏性 Gumminess 咀嚼性 Chewiness 回复性 Resilience 断条率 Broken rate-0.603*-0.527*-0.335-0.522*-0.568*-0.301 粉条硬度 Hardness 0.839*0.674*0.375 0.828*0.780*0.452 拉伸强度 Extension 0.673*0.516*0.273 0.537*0.570*0.248 2.6 淀粉糊化及凝胶特性指标对其粉条品质影响的相对重要性 综合各仪器对淀粉及粉条制品的测试指标及各淀粉糊化凝胶特性指标与粉条品质指标的相关性分析，分别以粉条的品质指标断条率、粉条硬度和拉伸强度为因变量，将影响粉条品质的淀粉糊化凝胶品质指标的标准化回归系数绝对值列于表 6。从表 6 中可以看出，影响粉条断条率淀粉糊化凝胶特性指标参数中，其指标的作用大小依次为咀嚼性黏性弹性谷值黏度衰减值回生值凝聚力回复性硬度；影响粉条硬度的淀粉糊化凝胶特性指标参数中，其指标的作用大小依次为回复性谷值黏度凝聚力弹性硬度衰减值黏性回生值咀嚼性；影响粉条拉伸强度的淀粉糊化凝胶特性指标参数中，其指标的作用大小依次为谷值黏度回生值凝聚力衰减值硬度弹性咀嚼性黏性回复性；这些淀粉的品质指标对粉条品质指标的决定系数分别为 0.985、0.986 和 0.973，表明这些原料淀粉的品质指标决定了粉条的品质，是可以综 表 6 各仪器品质指标的标准化偏回归系数 Table 6 Standardized partial regression coefficient of different instrument parameters 品质参数 Quality parameters断条率 Broken rate 粉条硬度Hardness拉伸强度Extension硬度 Hardness 0.163 0.316 0.420 弹性 Springiness 0.872 0.427 0.282 凝聚力 Cohesiveness 0.435 0.454 0.457 黏性 Gumminess 1.357 0.274 0.123 咀嚼性 Chewiness 1.361 0.228 0.159 凝胶特性 Gel properties回复性 Resilience0.394 0.755 0.100 谷值黏度 Hot paste viscosity0.811 0.578 0.621 衰减值 Breakdown 0.616 0.298 0.455 糊化特性 Gelatinization properties 回生值 Setback 0.534 0.252 0.484 决定系数 Coefficient determination R2 0.985 0.986 0.973 合反映其所制粉条品质的重要指标。尤其是淀粉糊化凝胶特性指标可作为判断其粉条品质的重要指标，其中回复性和谷值黏度对粉条硬度影响尤为重农业工程学报 2014 年 336 要；淀粉凝胶的咀嚼性和黏性对粉条断条率影响最大；谷值黏度和回生值对粉条的拉伸强度的影响最为重要。由此可以看出，经过对 5 种不同植物来源淀粉糊化凝胶特性与粉条品质特性回归分析，可以确定粉条生产加工中淀粉糊化特性指标中的谷值黏度和回生值与淀粉粉条的品质密切相关；而淀粉凝胶特性指标回复性、咀嚼性和黏性也与淀粉粉条的品质密切相关。因此，在粉条加工原料选择及粉条品质改善中可以考虑采用糊化特征值谷值黏度和回生值以及淀粉凝胶特性特征值回复性、咀嚼性和黏性作为考核衡量指标。3 结 论 1）5 种淀粉原料所制的粉条中，绿豆粉条的品质是较好的，其次就是马铃薯粉条和红薯粉条，大米粉条和玉米粉条的品质较差。2）5 种淀粉的糊化特征值之间均存在显著性的差异（P0.05）；淀粉凝胶质构特征值硬度和回复性存在显著性差异（P谷值黏度衰减值回生值、最终黏度；淀粉凝胶的硬度、弹性、黏性和咀嚼性对粉条品质的影响较大，按显著程度的大小（P 值大小）依次是：硬度黏性咀嚼性弹性。4）淀粉糊化凝胶特性指标是评价淀粉粉条品质的重要指标，其中回复性和谷值黏度对粉条硬度影响尤为重要；淀粉凝胶的咀嚼性和黏性对粉条的断条率影响最大；谷值黏度和回生值对粉条的拉伸强度的影响最为重要。在粉条加工原料选择及粉条品质改善中可以考虑用糊化特征值谷值黏度和回生值以及淀粉凝胶质构特征值回复性、咀嚼性和黏性作为考核衡量指标。参 考 文 献 1 Chen Z,Schols H A,Voragen A G J.Starch granule size strongly determines starch noodle processing and noodle qualityJ.Journal of Food Science,2003,68(5):15841589.2 金茂国，吴嘉根，吴旭初.粉条生产用淀粉性质及其与粉条品质关系的研究J.无锡轻工大学学报，1995，14(4)：307311.Jin Maoguo,Wu Jiagen,Wu 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wheat flour,the quality of starch noodles depend on the physical-chemical,thermal,and rheological properties of starch.The influence of starch on starch noodle quality is noticed as a result of the retrogradation step included in