房巖強(qiáng) 宋曉慶 董海洲

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,泰安 271018)

普魯蘭多糖對(duì)綠豆淀粉功能特性的影響

房巖強(qiáng) 宋曉慶 董海洲

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,泰安 271018)

以資源豐富的綠豆淀粉為基材,按照不同比例與普魯蘭多糖共混,對(duì)混合物的功能特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:普魯蘭多糖可以降低綠豆淀粉的峰黏度、谷黏度、終黏度、稀懈值和回凝值,并且在一定范圍內(nèi),這種變化隨著普魯蘭多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大。另外,普魯蘭多糖的添加提高了綠豆淀粉的糊化溫度,使其糊化受到抑制作用,且當(dāng)普魯蘭多糖與綠豆淀粉的質(zhì)量比達(dá)到 2∶5時(shí),這種抑制作用開始達(dá)到極顯著水平。少量添加普魯蘭多糖后,綠豆淀粉老化的焓變值大大降低,但當(dāng)普魯蘭多糖與綠豆淀粉的比例大于 1∶6時(shí)這種抑制作用變緩。普魯蘭多糖可以增強(qiáng)綠豆淀粉的硬度、黏著性、彈性和膠凝性,而逐漸減小其黏聚性。

綠豆淀粉 普魯蘭多糖 功能特性 影響

淀粉品質(zhì)在一定程度上決定著食品的品質(zhì),其研究對(duì)食品業(yè)具有重要意義,而功能特性(包括糊化性質(zhì)、熱力學(xué)性質(zhì)、質(zhì)構(gòu)特性)是影響淀粉品質(zhì)的主要因素[1]。由于功能特性良好的淀粉較少,自 20世紀(jì) 80年代以來,對(duì)淀粉功能特性的研究和改良就成為世界各國(guó)食品加工業(yè)的研究熱點(diǎn)[2]。淀粉的改性主要集中在接枝、與其他天然或合成高分子共混以及用無機(jī)或有機(jī)納米粒子復(fù)合制備完全生物可降解材料、超吸水材料、血液相容性材料等[3]。多糖通過與淀粉親水膠體相互作用可以影響淀粉的糊化作用、老化作用以及淀粉類食品的質(zhì)構(gòu)[4-6],同時(shí)又具有安全、生物相容性和生物可降解性等優(yōu)點(diǎn),因此,受到人們的廣泛關(guān)注。早在 20世紀(jì) 80年代末日本就用微細(xì)纖維與殼聚糖共混物制備出高強(qiáng)度的透明薄膜,此膜埋在土壤中兩個(gè)月后完全降解[7]。但是,有關(guān)普魯蘭多糖對(duì)淀粉功能特性影響方面的研究還未見報(bào)道。

普魯蘭多糖(Pullulan)亦譯為茁霉多糖、出芽短梗霉多糖、普聚多糖或普魯蘭糖,是出芽短梗霉產(chǎn)生的胞外多糖,由麥芽糖以α-1,6-糖苷鍵結(jié)合構(gòu)成。普魯蘭多糖不僅具有易溶于水、黏度較低、不凝膠化、不老化等優(yōu)點(diǎn),而且可塑性強(qiáng)、成膜性好、無毒副作用,是一種很有前途的生產(chǎn)用多糖。有研究報(bào)道,在食品加工過程中添加少量普魯蘭多糖可顯著改善食品質(zhì)量[8-9]。

綠豆,別名植豆、青小豆、吉豆,為豆科一年生草本植物的種子。我國(guó)綠豆資源豐富,全國(guó)大部分地區(qū)均生產(chǎn)。本試驗(yàn)以綠豆淀粉為基材,按照不同比例與普魯蘭多糖共混,對(duì)混合物功能特性進(jìn)行了研究,為其廣泛應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

綠豆淀粉:天津頂峰淀粉開發(fā)有限公司;普魯蘭多糖:山東三清生物制品有限公司。

HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋:江蘇常州國(guó)華電器有限公司;CPA225D Sartorius精密天平:上海納锘儀器有限公司;AY-220精密天平:日本 SH I MADZU島津公司;Super 3快速黏度分析儀:澳大利亞 NewPort scientific儀器公司;TA-XT2i-物性測(cè)試儀:英國(guó)StableMicro Systems公司;200PC示差掃描量熱儀:德國(guó)耐馳公司。

1.2 試驗(yàn)方法

將普魯蘭多糖在研缽中充分研磨,過 100目篩。然后按表 1中的具體質(zhì)量配比關(guān)系分別與適量的綠豆淀粉充分混合,因?yàn)槠蒸斕m多糖價(jià)格昂貴,考慮到工業(yè)成本,其比例控制在 50%。制備試驗(yàn)樣品,儲(chǔ)存,備用。

表 1 普魯蘭多糖 -綠豆淀粉配比表

1.2.1 糊化特性測(cè)定

參照AACC76-21標(biāo)準(zhǔn)方法 2,使用快速黏度分析儀(Rapid Visosity Analyser,RVA)測(cè)定樣品的糊化性質(zhì)。分別稱取 3.0 g已備好的試驗(yàn)樣品,分別與25.0 g蒸餾水混合于RVA樣品缽中,攪拌均勻,上機(jī)測(cè)試。測(cè)試過程:50℃維持 1 min,于 7.5 min內(nèi)升溫至 95℃,在 95℃下保持 5 min,然后在 8.5 min內(nèi)冷卻到 50℃,在 50℃下保持 3 min,每個(gè)樣品測(cè)定23 min。樣品放入黏度計(jì)后的前 10 s內(nèi)以 960 r/min的速度攪拌,以后的整個(gè)過程中攪拌速度為 160 r/min。RVA參數(shù)峰黏度、谷黏度、稀懈值、終黏度、回凝值、糊化溫度使用 Thermocline軟件分析。

1.2.2 熱力學(xué)特性測(cè)定

采用差示掃描量熱儀 (DSC)測(cè)定,使用儀器自帶的分析軟件從DSC曲線上得出樣品糊化起始溫度T0,糊化峰值溫度 TP,糊化吸熱焓ΔH1,因此可以很好的估測(cè)淀粉的糊化程度[10-11]。分別稱取 (2.5± 0.05)mg已備好的試驗(yàn)樣品置于鋁皿中,各加入 7.5 μL蒸餾水,密封,壓實(shí)。于室溫 (約 15℃)平衡 3 h后進(jìn)行DSC測(cè)試。測(cè)試參數(shù):初始溫度 30℃,終止溫度 110℃,升溫速率 10℃/min,樣品室 N2流量為30 mL/min,以標(biāo)準(zhǔn)銦為校準(zhǔn)物,空鋁盒為參比。用T0表示糊化起始溫度,TP表示糊化峰值溫度,ΔH1表示糊化吸熱焓。

1.2.3 老化特性測(cè)定

在 10 mL的試管中按質(zhì)量分?jǐn)?shù) 20%分別配制表 1樣品的淀粉乳,于沸水中加熱攪拌 20 min,使其完全糊化,冷卻至室溫加蓋密封,防止水分蒸發(fā),并在 4℃環(huán)境下放置 5 d后用DSC進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試方法:用樣品鋁盒分別稱取(4.0±0.05)mg已備好的試驗(yàn)樣品,以空盒作參比,從 30℃加熱掃描至 110℃,掃描速率為 10℃/min,樣品室N2流量為 30 mL/min。用ΔH表示老化放熱焓。

1.2.4 質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定

按質(zhì)量分?jǐn)?shù) 6%分別配制試驗(yàn)樣品淀粉乳,于沸水中加熱攪拌 20 min后馬上轉(zhuǎn)移到鋁盤 (直徑 4.0 cm,深1.5 cm)中,冷卻至室溫加蓋密封,防止水分蒸發(fā),并在4℃環(huán)境下放置24 h后用 TA-XT2i物性測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試,每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定 3次。測(cè)試條件:測(cè)定模式和選項(xiàng)為 TPA(texture profile analysis),測(cè)定前速度 2.0 mm/s,測(cè)定時(shí)速度 1.0 mm/s,測(cè)定后速度 1.0 mm/s,測(cè)定距離 5.0 mm,探頭 2次測(cè)定間隔時(shí)間 5.00 s,觸發(fā)類型自動(dòng),觸發(fā)力 10.0 g,探頭類型 P5,數(shù)據(jù)提取速率 200.00 pps。

質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定的典型曲線如圖1所示,由圖1中可以得到 5個(gè)參數(shù)值:硬度 (hardness)、黏著性 (cohe2 siveness)、黏聚性 (adhesiveness)、彈性 (springiness)、膠凝性(gumminess)。

圖1 典型 TPA測(cè)定曲線

1.2.5 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析采用DPSv7.05軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 糊化特性測(cè)定

從表 2中可以看出:普魯蘭多糖可以降低淀粉的峰黏度、谷黏度、終黏度、稀懈值和回凝值,并且在一定范圍內(nèi),這種變化隨著普魯蘭多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大。同時(shí),普魯蘭多糖的添加提高了淀粉的糊化溫度。

黏度是聚合物在溶劑中的分子線團(tuán)尺寸的間接度量,與被測(cè)聚合物的濃度無關(guān)[12]。淀粉黏度隨糖含量的增大而減小,反映了淀粉的分子尺寸隨糖含量的增加而減小。聚合物在稀溶液中的尺寸是由聚合物分子自身鏈段間的相互作用和聚合物分子與溶劑分子的相互作用共同決定的。聚合物分子鏈段間的自身相互作用導(dǎo)致聚合物分子鏈?zhǔn)湛s,而聚合物分子與溶劑分子的相互作用則導(dǎo)致聚合物分子尺寸擴(kuò)張[13]。隨著普魯蘭多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,糖分子與水分子的結(jié)合使得淀粉和水分子的相互作用逐漸減弱,也使得綠豆淀粉分子間的相互作用逐漸加強(qiáng),因此,綠豆淀粉分子尺寸隨普魯蘭多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而大大收縮,峰黏度、谷黏度、終黏度大幅度降低。

稀懈值是由已糊化的淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的瓦解所引起,反映淀粉在加熱攪拌過程中抵抗機(jī)械剪切的能力,是淀粉在加熱過程中顆粒結(jié)構(gòu)瓦解難易程度的量度[14],稀懈值越大,表明淀粉抵抗機(jī)械剪切的能力越大,淀粉顆粒越容易發(fā)生破裂。一般膨脹能力大的淀粉,其顆粒內(nèi)部分子間結(jié)合力較弱,普魯蘭多糖的加入,增強(qiáng)了綠豆淀粉分子間結(jié)合力,從而使其稀懈值變小,也使得綠豆淀粉在加熱過程中維持完整性的能力增強(qiáng),從而使淀粉顆粒凝膠強(qiáng)度變大、彈性增強(qiáng)。

由表 2可知,隨著普魯蘭多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,綠豆淀粉的回凝值逐漸減小。樊明濤等[15]認(rèn)為,回凝值可反映淀粉的老化性質(zhì),回凝值大,則淀粉糊易于老化。根據(jù)上述理論,普魯蘭多糖的添加可抑制綠豆淀粉的老化。另外,由于普魯蘭多糖與水相互作用,降低了水的自由度,從而提高了綠豆淀粉的糊化溫度。

2.2 熱力學(xué)特性測(cè)定

圖 2和表 3表明:隨著普魯蘭多糖的添加,綠豆淀粉糊化的焓變值 (ΔH1)逐漸減少,糊化溫度逐漸升高。這與糊化特性測(cè)定的結(jié)果一致。通過 duncan新復(fù)極差法檢驗(yàn),結(jié)果顯示2號(hào)樣品與1號(hào)樣品在吸熱焓方面差異顯著(P=0.038<0.05),3、4、5號(hào)與 1號(hào)的差異達(dá)到極顯著水平,P分別為 0.008,0.001, 0.006(P<0.01),而 2、3、4、5號(hào)之間差異不顯著(P>0.05)。普魯蘭多糖的加入,使得水分子的自由度大大降低,水分子對(duì)綠豆淀粉顆粒的滲透以及對(duì)綠豆淀粉分子氫鍵的攻擊受到抑制,從而使其糊化受到抑制,因此推遲了糊化時(shí)間,減小了焓變值,升高了糊化溫度。但是當(dāng)普魯蘭多糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到一定值后,糖分子與水分子的結(jié)合能力不再明顯高于淀粉分子與水分子的結(jié)合能力,則糖分子對(duì)水分子自由度的影響趨于平緩,因此綠豆淀粉的焓變值不再明顯減小。

表 3 普魯蘭多糖對(duì)綠豆淀粉熱力學(xué)性質(zhì)的影響

2.3 老化特性測(cè)定

淀粉糊化后,直鏈淀粉的螺旋結(jié)構(gòu)展開,當(dāng)溫度下降到適當(dāng)?shù)臈l件,直鏈淀粉能通過氫鍵連接到一起,發(fā)生老化。一般說來,直鏈淀粉含量愈高,老化愈快。綠豆淀粉因直鏈淀粉含量高,易于老化,這種特性使它的應(yīng)用受到某些限制。由圖 3和圖 4知,普魯蘭多糖可以很好的抑制綠豆淀粉的老化,少量添加即可使綠豆淀粉老化的焓變值顯著減小,這是由于普魯蘭多糖分子的存在抑制了綠豆淀粉分子間氫鍵的形成,從而使其老化受到抑制。這與回凝值的研究結(jié)果一致,也證實(shí)了樊明濤等[15]回凝值可反映淀粉老化性質(zhì)的結(jié)論。但當(dāng)普魯蘭多糖與綠豆淀粉的比例大于 1∶6(2號(hào))時(shí)這種抑制作用變緩。

圖 3 普魯蘭多糖對(duì)綠豆淀粉老化特性影響曲線

圖 4 普魯蘭多糖對(duì)綠豆淀粉老化放熱焓的影響

2.4 質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定

由表 4知,綠豆淀粉的硬度、黏著性、彈性和膠凝性在添加普魯蘭多糖后不同程度的得到增大,而黏聚性逐漸減小。表 4數(shù)據(jù)通過 duncan新復(fù)極差法檢驗(yàn),結(jié)果顯示2號(hào)樣品與1號(hào)樣品在硬度、黏著性、黏聚性、彈性、膠凝性 5個(gè)方面的差異均不顯著(P> 0.05),各樣品在黏聚性、彈性方面的差異都達(dá)不到顯著水平 (P>0.05),而 3、4、5號(hào)樣品與 1號(hào)相比,在硬度、黏著性、膠凝性的差異達(dá)到顯著 (P<0.05)或極顯著水平 (P<0.01),但彼此之間差異不顯著。普魯蘭多糖的添加,降低了水的自由度,增強(qiáng)了綠豆淀粉分子間的作用力,從而使得淀粉凝膠硬度、彈性得到增強(qiáng),這也與稀懈值的分析結(jié)果一致。硬度值與蛋糕等面制品的品質(zhì)成負(fù)相關(guān),即硬度數(shù)值越大,蛋糕吃起來就越硬,越缺乏綿軟爽口的感覺;彈性與蛋糕品質(zhì)成正相關(guān),其值越大,蛋糕吃起來越柔軟爽口不粘牙[16]。普魯蘭多糖既可以提高綠豆淀粉的硬度又可以提高其彈性。因此,生產(chǎn)中應(yīng)用普魯蘭多糖時(shí),應(yīng)酌量添加。

表 4 普魯蘭多糖對(duì)綠豆淀粉質(zhì)構(gòu)特性的影響

3 結(jié)論

3.1 普魯蘭多糖可以降低綠豆淀粉的峰黏度、谷黏度、終黏度、稀懈值和回凝值,并且一定范圍內(nèi),這種變化隨著普魯蘭多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大,另外,普魯蘭多糖的添加提高了綠豆淀粉的糊化溫度。

3.2 普魯蘭多糖與綠豆淀粉膠體相互作用,使其糊化受到明顯地抑制作用,當(dāng)普魯蘭多糖與綠豆淀粉的比例達(dá)到 2∶5時(shí),這種抑制作用開始達(dá)到極顯著水平。

3.3 少量添加普魯蘭多糖后,綠豆淀粉老化的焓變值大大降低,但當(dāng)普魯蘭多糖與綠豆淀粉的比例大于 1∶6時(shí)這種抑制作用變緩。

3.4 普魯蘭多糖可以增強(qiáng)綠豆淀粉的硬度、黏著性、彈性和膠凝性,而逐漸減小其黏聚性。因此,生產(chǎn)中應(yīng)用普魯蘭多糖時(shí),應(yīng)酌量添加。

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Effect of Pullulan onMungBean Starch Property

Fang Yanqiang Song Xiaoqing Dong Haizhou
(College of Food and Engineering,ShandongAgriculturalUniversity,Taian 271018)

The functional propert of mung bean starch and pullulan with different proportion were studied.Re2 sults:Pullulan can reduce the peak visosity,trough viscosity,final viscosity,breakdown and setback of mung bean starch,and in certain scope,these changes increase along with the increase of pullulan concentration.Moreover, pullulanπs addition enhances the pasting temperature of mung bean starch,and inhibits the pasting of mung bean starch,and the inhibition becomes extremelyremarkable when the proportion of pullulan to mung bean starch achieves 2∶5.A smalldose of pullulan addition reduces greatly the enthalpy value ofmung bean starchπs staling,and the inhibi2 tion turns to diminishing when the proportion of pullulan tomung bean starch is over 1∶6.Pullulan can enhance the hardness,cohesiveness,springiness and gumminess ofmung bean starch,but decreases its adhesiveness gradually.

mung bean starch,pullulan,functionality property,effect

S512;TQ317.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-0174(2010)03-0040-05

863計(jì)劃(2007AA100407)

2008-04-11

房巖強(qiáng),男,1987年出生,本科,食品科學(xué)與工程

董海洲,男,1957年出生,教授,博士生導(dǎo)師,食品工程