不同来源淀粉的糊化特性研究

 张正茂1*，王志华1，颜永斌2

 1．湖北工程学院特色果蔬质量安全控制湖北省重点实验室，生命科学技术学院（孝感432000）：2湖北工程学院生物质资源化学与环境生物技术湖北省重点实验室（孝感432000）

摘要采用DHR-2流变仪的淀粉测试模具参照RVA的测定方法测定了8种不同来源淀粉的糊化特性，为各种淀粉的72提供一定的参考。结果表明：8种不同来源淀粉的糊化温度具有一定的差异，玉米淀粉的起始糊化温度最高，为72.2℃，小麦淀粉的最低，为62.6℃，豌豆淀粉、绿豆淀粉、红薯淀粉和木薯淀粉起始糊化温度无明显差异，均在70℃左右，薯类淀粉中马铃薯淀粉的糊化温度最低，为64.7℃；随着浓度的升高，8种不同来源淀粉的峰值黏

度、最终黏度、降落值和回升值均呈幂函数增大，其中豌豆淀粉和绿豆淀粉随浓度的增加速度最快，马铃薯淀粉最慢；从回升值来看，两种豆类淀粉最易老化，谷物淀粉和荸荠淀粉次之，薯类淀粉最不易老化。

关键词淀粉；不同来源；糊化特性

  淀粉是一种可再生资源，是植物贮存能量的形式之一，也是人类食物中能源的重要来源。除了作为食物以外，淀粉还是一种重要的工业原料，广泛应用于化工、纺织、造纸、石油及医药等领域。淀粉具有半结晶的颗粒结构，将淀粉分散在水中并加热到一定温度后，淀粉分子开始伸展，结晶结构中的有序分子状态变为无序，即发生淀粉的糊化，淀粉糊化过程中伴随着黏度、结晶老化等现象发生。淀粉在加工和储藏过程中的性能与淀粉的糊化存在密切的关系，因此研究淀粉的糊化过程对指导淀粉的加工具有十分重要的意义。目前研究淀粉的糊化过程有布拉班德黏度法、快速黏度法( RVA)和DSC法等。对比几种方法而言，DSC法耗样量少，但仅能测定糊化温度和糊化过程的焓值，不能有效地反映糊化过程，而布拉班德法测定淀粉的糊化过程耗用时间长(2.0 h)，样品需要量大，在此基础上发展了快速黏度测定法，该法具有样品量少、时间短( 12.5 min)等特点，是目前研究淀粉糊化的最有效的方法。目前已有人采用RVA对玉米淀粉、大米淀粉、马铃薯淀粉、荸荠淀粉、木薯淀粉及几种淀粉混合物进行了糊化过程的研究，但对不同来源淀粉在不同浓度下的糊化特性还未见系统研究报道。

 因此，试验采用DHR-2型流变仪的淀粉测试模具对8种不同来源的淀粉（包括荸荠淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、红薯淀粉、小麦淀粉、玉米淀粉、豌豆淀粉和绿豆淀粉）进行糊化特性研究，研究不同浓度下淀粉的糊化特性，期望的到各种淀粉的糊化特点，为各种淀粉的应用提供一定的理论依据。

1  材料与方法

1.1试验材料与主要仪器设备

 荸荠淀粉：平乐宏源农业发展有限公司；马铃薯淀粉：上海禾煜贸易有限公司；木薯淀粉、小麦淀粉、玉米淀粉、豌豆淀粉和绿豆淀粉：无锡圣伦特国际贸易有限公司；红薯淀粉：北京古松经贸有限公司；DHR-2流变仪：美国TA公司；PL-203型电子天平：梅特勒一托利多仪器（中国）有限公司。

1.2试验方法

1.2.1样品的制备

 8种不同来源淀粉分别采用5～6个浓度来测定，由于马铃薯淀粉的黏度较大，采用1%，2%，4%，6%和8%（质量分数）五个浓度。其它7种淀粉采用2%，4%，6%，8%，10%和12%六个浓度。

1.2.2不同来源淀粉糊化过程的测定

 采用DHR-2流变仪的淀粉测试模具对不同来源淀粉的糊化过程曲线进行测定。取2.2.1配置好的淀粉溶液搅拌均匀后倒入测量容器中（倒入的液体不应过量，倒入的过程中也要注意搅拌防止沉淀）。测试程序参考AACC的方法并做适当的修改：程序共分为五段，第一段：温度：50℃，转速450 s-1，时间60 s；第二段：以12℃/min的升温速度，从50℃升高到95℃，转速160 s-1；第三段：95℃保温150 s，转速160 s-1;第四段：以12℃/min的降温速度，从95℃升高到50℃，转速160 s-1;第五段：50℃保温84 s，转速160 s-1。

2结果与分析

2.1不同来源淀粉在不同浓度下的糊化曲线

 不同来源淀粉在不同浓度下的糊化曲线如图1所示。

 8种不同来源淀粉在不同浓度下的糊化曲线（RVA曲线）如图1所示。由图1可知，8种淀粉的糊化曲线均呈现典型的淀粉的糊化曲线，即随着温度的上升，期初淀粉黏度较小，当温度升高到一定温度时，淀粉的黏度急剧上升，此温度称为淀粉的糊化温度，淀粉吸水迅速膨胀，黏度持续上升，当温度达到一定值是，淀粉的黏度达到最大（称为峰值黏度，此时淀粉颗粒吸水膨胀到极限），当温度进一步上升或稳定在高温时，淀粉颗粒发生破碎，黏度下降至保持黏度（峰值黏度与保持黏度的差值称为降落值），当温度降低，淀粉分子发生重排，黏度增大，直到最终黏度（保持黏度与最终黏度的差值称为回升值）。从图1中可以看出，8种不同来源的淀粉的RVA曲线表现出一定的差异，荸荠淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉和红薯淀粉（块茎淀粉）在温度达到糊化温度时，黏度上升的速度较快；豌豆淀粉和绿豆淀粉上升的速度次之；小麦淀粉的上升速度最小，这是由于块茎淀粉的结构比较松散，润涨力大，因此糊化过程中吸水迅速。

2.2不同来源淀粉的糊化温度

 淀粉的RVA曲线中，当黏度的增值大于0.01 Pa．s时的温度作为淀粉的糊化温度，将不同浓度下的淀粉糊化温度取平均值如表1所示。

 由表1可知，玉米淀粉的糊化温度最大为72.2℃，其次是红薯淀粉、绿豆淀粉、木薯淀粉和豌豆淀粉，约为70℃，四者之间差异无显著差异。再者为荸荠淀粉为66.8℃，薯类淀粉中以马铃薯淀粉为64.7℃，8种来源淀粉中糊化温度最小的为小麦淀粉。这些与报道的结果是一致的。但小麦淀粉的峰值黏度对应的温度却是最大的，主要的原因是小麦淀粉中存在两种不同大小的淀粉颗粒，其中小颗粒易糊化，在较低温度下即可糊化，因此糊化温度较低，而大颗粒在较高温度下糊化，从而导致糊化的黏度对应的温度较高。

2.3不同来源淀粉的峰值黏度随浓度的变化

 不同来源淀粉在不同浓度下的峰值黏度如图2所示。

 由图2可知，8种不同来源淀粉的峰值黏度随着淀粉的浓度的增加呈幂函数增加，采用y=cx d模型进行拟合，具有较好的拟合精度（R2均大于0.990），结果如表2所示，其中c表示淀粉浓度为100%时的峰值黏度，是一种极限情况，在一定程度上可表示高浓度下淀粉的黏度大小；d可用于反映峰值黏度随着浓度变化的速度，d值越大，峰值黏度随淀粉浓度变化越大。

 由表2可知，绿豆淀粉的c值最大为26 597，其次为豌豆淀粉15 282，接下来依次为荸荠淀粉(7 656.7)、红薯淀粉(4 300.3)、玉米淀粉(3 458.8)、小麦淀粉(2 925.9)和木薯淀粉(2 034.3)，最小的为马铃薯淀粉(1 217.8)；对于指数d而言，绿豆淀粉最大为3.646，其次为豌豆淀粉( 3.486)，接下来依次为小麦淀粉(3.135)、荸荠淀粉( 3.056)、玉米淀粉(2.946)、红薯淀粉( 2.910)和木薯淀粉(2.600)，最小的为马铃薯淀粉( 1.898)。c和d的排列顺序不太一致，例如荸荠淀粉的c值大于小麦淀粉，但d值小于小麦淀粉；红薯淀粉c值大于玉米淀粉，但d值小于玉米淀粉，这是因为荸荠淀粉和红薯淀粉的较高浓度（100%浓度）下峰值黏度大于小麦淀粉和玉米淀粉，但是小麦淀粉和玉米淀粉的峰值黏度随浓度的大于荸荠淀粉和红薯

淀粉。

2.4不同来源淀粉的最终黏度随浓度的变化

 不同来源淀粉在不同浓度下的最终黏度如图3所示。

 由图3可知，8种不同来源淀粉的最终黏度随着淀粉的浓度的增加呈幂函数增加，采用y=ex f模型进行拟合，结果如表3所示，其中e表示淀粉浓度为100%时的最终黏度，在一定程度上可反映高浓度下淀粉的黏度大小；f可用于反映最终黏度随着浓度变化的速度。

 由表3可知，豌豆淀粉的e值最大(4 461)，其次为绿豆淀粉( 12 297)，接下来依次为荸荠淀粉(2 756.8)、玉米淀粉(1 967.1)、小麦淀粉(1 959.9)、红薯淀粉(977.39)和木薯淀粉( 606.14)，最小的为马铃薯淀粉(126.93)；对于指数f而言，豌豆淀粉最大为3.712，其次为绿豆淀粉( 3.317)，接下来依次为小麦淀粉(2.777)、玉米淀粉( 2.741)、荸荠淀粉(2.706)、红薯淀粉( 2.383)和木薯淀粉(2.199)，最小的为马铃薯淀粉( 1.332)。有些淀粉的系数e和指数f的大小顺序不一致，例如e值荸荠淀粉>玉米淀粉>小麦淀粉，而f值的大小顺序正好相反，这说明荸荠淀粉在高浓度下淀粉的最终黏度较大，而随着浓度变化较小。两种谷物淀粉中，高浓度下玉米淀粉的最终黏度略大于小麦淀粉，但是随浓度的增长速度略小于小麦淀粉。

 对比表2和表3的数据可知，高浓度下豌豆淀粉的峰值黏度及随浓度变化的速度小于绿豆淀粉的，而最终黏度及变化速度大于绿豆淀粉的，这一点可以说明，豌豆淀粉比绿豆淀粉在低温下更易形成凝胶，这一点我们将做进一步的研究。

2.5不同来源淀粉的降落值随浓度的变化

 不同来源淀粉在不同浓度下的降落值如图4所示。

 由图4可知，8种不同来源淀粉的降落值随着淀粉的浓度的增加呈幂函数增加，采用y=gx h模型进行拟合，结果如表4所示。

 由表4可知，豌豆淀粉的g值最大(1.871×107)，其次为绿豆淀粉( 434 227)，接下来依次为荸荠淀粉( 128 935)、小麦淀粉(52 420)、红薯淀粉( 32 349)、玉米淀粉(17 573)和木薯淀粉(6 681.1)，最小的为马铃薯淀粉(5 293.4)；对于指数h而言，豌豆淀粉最大为6.911，其次为绿豆淀粉( 5.096)，接下来依次为小麦淀粉(4.639)、荸荠淀粉( 4.500)、玉米淀粉(4.008)、红薯淀粉( 3.979)和木薯淀粉(3.297)，最小的为马铃薯淀粉( 2.574)。试验发现，g值荸荠淀粉>小麦淀粉、红薯淀粉>玉米淀粉，而h值的大小顺序正好相反，这说明荸荠淀粉和红薯淀粉在高浓度下淀粉的降落值较大，而随着浓度变化小于小麦淀粉和玉米淀粉。

2.6不同来源淀粉的回升值随浓度的变化

 不同来源淀粉在不同浓度下的回升值如图5所示。

 回升值主要是由于淀粉分子在降温过程中的重排引起的，与淀粉的老化有直接的关系。由图5可知，8种不同来源淀粉的降落值随着淀粉的浓度的增加呈幂函数增加，采用y=ix j模型进行拟合，拟合精度较高（R2均大于0.970）结果如表5所示。

 由表5可知，豌豆淀粉的i值最大( 72 583)，其次为绿豆淀粉( 18 352)，接下来依次为荸荠淀粉(5 658.9)、玉米淀粉(4 718.8)、红薯淀粉( 925.7)、小麦淀粉(911.0)和木薯淀粉( 453.3)，最小的为马铃薯淀粉(146.5)；对于指数j而言，豌豆淀粉最大为4.284，其次为绿豆淀粉( 3.756)，接下来依次为玉米淀粉(3.353)、荸荠淀粉( 3.309)、小麦淀粉(2.709)，红薯淀粉( 2.645)和木薯淀粉(2.354)，最小的为马铃薯淀粉( 1.758)。

从老化程度来看，两种豆类淀粉最易老化、谷物淀粉和荸荠淀粉次之，薯类淀粉最不易老化，这也是在制作米线、凉皮等老化产品主要以豆类淀粉或是谷物淀粉为主。

3结论

 1)8种不同来源淀粉的糊化温度具有一定的差异，玉米淀粉的起始糊化温度最高，为72.2℃，小麦淀粉的最低，为62.6 ℃，豌豆淀粉、绿豆淀粉、红薯淀粉和木薯淀粉起始糊化温度无明显差异，均在70℃左右，薯类淀粉中马铃薯淀粉的糊化温度最低，为64.7℃。

 2)随着浓度的升高，8种不同来源淀粉的峰值黏度、最终黏度、降落值和回升值均呈幂函数增大，其中豌豆淀粉和绿豆淀粉随浓度的增加速度最快，马铃薯淀粉最慢。

  3)从回升值来看，两种豆类淀粉最易老化，谷物淀粉和荸荠淀粉次之，薯类淀粉最不易老化，即在制作老化产品主要选取豆类淀粉或是谷物淀粉为主。