劉文婷 郭澤鑌 曾紹校 鄭寶東

（福建農(nóng)林大學食品科學學院，福州 350002）

隨著淀粉工業(yè)的發(fā)展，對淀粉品質(zhì)的要求也越來越高，而原淀粉存在許多性質(zhì)上的不足，如不如于冷水、淀粉糊易老化、成膜性差、抗剪切能力低等，為此，人們根據(jù)淀粉的結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)開發(fā)了淀粉的改性技術，以拓寬淀粉的應用范圍［1］。

超高壓改性是一種物理改性淀粉的新方法。超高壓加工技術（Ultra high pressure processing），又稱高靜壓加工技術（High hydrostatic pressure processing），是指在室溫或溫和加熱的條件下利用壓力媒介（通常是液體介質(zhì)，例如水或油）使食品中的蛋白質(zhì)、淀粉和酶等在極高的壓力（100～1 000 MPa）下變性、糊化或失活等，從而達到殺菌和食品改性的目的。它不會對食品中的維生素、風味物質(zhì)等產(chǎn)生明顯的影響，具有操作安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定等獨特的優(yōu)點［2］。目前國內(nèi)外關于超高壓改性淀粉的研究對象主要集中在玉米淀粉、小麥淀粉、大米淀粉、馬鈴薯淀粉等。超高壓處理導致淀粉和水在壓力作用下發(fā)生糊化，且這種糊化有別于傳統(tǒng)的熱糊化［3］。超高壓對氫鍵的斷裂和形成都有一定的影響［4］，表現(xiàn)在當壓力達到一定程度時淀粉的理化特性、結(jié)晶結(jié)構(gòu)、糊化特性等均有不同程度的變化。Li等［5］研究了超高壓處理對綠豆淀粉理化特性和糊化特性的影響，結(jié)果表明超高壓處理顯著降低了綠豆淀粉的膨脹度、溶解度和凍融穩(wěn)定性性；RVA測定結(jié)果表明，超高壓處理提高了在120～480 MPa壓力條件下處理的淀粉的峰值黏度，但降低了經(jīng)600 MPa條件改性后淀粉的峰值黏度。Buckow等［6］研究發(fā)現(xiàn)玉米淀粉在一定條件下經(jīng)超高壓處理后會失去雙折射現(xiàn)象，這是由于水分進入淀粉顆粒內(nèi)部破壞了淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。張建新等［7］采用超高壓技術對太白葛根淀粉進行處理，研究表明超高壓處理對太白葛根淀粉的顆粒大小和形態(tài)沒有明顯影響，超高壓處理可使太白葛根淀粉糊的透明度明顯增大，淀粉糊的凍融穩(wěn)定性降低，提高太白葛根淀粉糊黏度對pH的穩(wěn)定性；300 MPa高壓處理可改善太白葛根淀粉的理化特性。但是，關于超高壓處理對檳榔芋淀粉改性方面的研究還處于空白。

檳榔芋（Areca Taro），天南星科，芋屬，魁芋類優(yōu)良品種，主產(chǎn)于福建、廣西等沿海地區(qū)，是淀粉含量頗高的優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品。本試驗選用福鼎地區(qū)種植的檳榔芋，采用離心水提法提取其中的淀粉作為試驗原料，研究超高壓處理對檳榔芋淀粉理化性質(zhì)的影響，為擴大檳榔芋淀粉的應用范圍提供一定的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 試驗材料及處理方法

1．1．1 試驗材料

檳榔芋淀粉：自制。

1．1．2 超高壓處理樣品

淀粉超高壓處理：準確稱取10 g檳榔芋淀粉，加入到50 mL蒸餾水中配制成20%的淀粉懸浮液，裝入到耐高壓袋中用真空充氣包裝機封口包裝，充分搖勻后放入高壓設備壓力腔內(nèi)，分別在100、200、300、400、500 MPa的高壓下處理 15 min，加壓處理時，高壓腔內(nèi)溫度保持在25℃，高壓設備以1 MPa／s左右的速度升壓。樣品經(jīng)高壓處理后，抽濾去除水溶液，淀粉沉淀物置于40℃烘箱中烘干，粉碎過100目篩后密封于自封袋內(nèi)，測定樣品的含水量后備于干燥皿中待用。

1．2 主要設備與儀器

DZ－400－2F型真空包裝機：溫州奔騰機械有限公司；EZ TEST食品質(zhì)構(gòu)儀：日本島津有限公司；5L－HPP－600MPa超高壓處理裝置：包頭科發(fā)有限責任公司；AL104型精密分析天平：梅特勒－托利多儀器（上海）有限公司；UV－2000型紫外可見分光光度計：尤尼柯（上海）儀器有限公司；HI850R臺式高速冷凍離心機：湖南湘儀實驗儀器開發(fā)有限公司；SHA－B型恒溫振蕩器SHA－B型：常州國華電器有限公司；TechMaster快速黏度儀（RVA）：澳大利亞Newport公司。

1．3 試驗方法

1．3．1 淀粉溶解度和膨脹度的測定

精確稱取一定質(zhì)量經(jīng)超高壓處理的淀粉樣品（干基）于離心管中，配成質(zhì)量分數(shù)為3．0%的淀粉溶液20 mL，在90℃下加熱30 min，每5 min振蕩1次，在8 000 r／min下離心20 min，將上層清液傾出于已經(jīng)恒重的鋁盒中，放入105℃烘箱中烘干至恒重，稱取其質(zhì)量為被溶解的淀粉質(zhì)量m1，稱取離心后沉淀物質(zhì)量為膨脹淀粉質(zhì)量m2，按下式計算溶解度和膨脹度。計算公式如下：

式中：m1為上清液蒸干恒重后的質(zhì)量／g；m為絕干樣品質(zhì)量／g；m2為離心后沉淀物質(zhì)量／g。

1．3．2 淀粉透光率的測定

準確稱取一定量的淀粉（干基），加適量蒸餾水配成質(zhì)量分數(shù)為1%的淀粉溶液20 mL，在沸水浴中加熱30 min，使之充分糊化。在糊化過程中要加入蒸餾水保持原有體積不變，然后冷卻至室溫，裝入比色皿用分光光度計在650 nm下，以蒸餾水為空白，測定淀粉糊的透光率。

1．3．3 淀粉凍融穩(wěn)定性的測定

準確稱取一定質(zhì)量的淀粉（干基），用蒸餾水配成質(zhì)量分數(shù)為5%的淀粉乳30 mL，在95℃的條件下糊化30 min，然后冷卻至25℃，稱取一定量（約15 g）的淀粉糊置于離心管中，然后置于－18℃的冰箱中，22 h后取出，于30℃水浴中解凍1．5 h。以6 500 r／min的轉(zhuǎn)速離心15 min，棄去上清液，稱取沉淀物質(zhì)量，計算析水率，凍融循環(huán)3次。

式中：m3為糊的質(zhì)量／g，m4為沉淀物質(zhì)量／g。

1．3．4 淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性的測定

準確稱取一定質(zhì)量的淀粉（干基），用蒸餾水配成質(zhì)量分數(shù)為10%的淀粉乳20 mL，攪拌均勻，于90℃水浴中加熱糊化30 min，然后于4℃條件下放置24 h，測定前將樣品在室溫下平衡1 h，用質(zhì)構(gòu)儀進行測試。測試形變量為50%，測試速度為1．0 mm／s。通過質(zhì)構(gòu)儀自帶軟件進行全質(zhì)構(gòu)分析。

1．3．5 淀粉糊化曲線的測定

準確稱取一定量的淀粉（干基）加入裝有25 g蒸餾水的鋁盒中，配成質(zhì)量分數(shù)為6．0%淀粉溶液，用旋轉(zhuǎn)漿攪拌均勻后置于RVA中。測定程序如下：RVA起始溫度為50℃并保持1 min，然后以12℃／min速度升溫到95℃，在95℃保持2．5 min，再以12℃／min速度降溫至50℃，保溫2 min，共計13 min；旋轉(zhuǎn)漿最初10 s以960 r／min攪拌，其后保持160 r／min的轉(zhuǎn)速。

1．4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用DPS 7．05軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 超高壓處理對檳榔芋淀粉溶解度和膨脹度的影響

淀粉的溶解度是指淀粉顆粒在溶液中溶解的性能，膨脹度是指淀粉懸浮液在糊化過程中的吸水特性和在一定條件下離心后的持水能力，溶解度和膨脹度反映了淀粉與水之間相互作用的大?。?］。淀粉的溶解和膨脹與淀粉顆粒的大小、形態(tài)、組成等均有一定的關系［9］。淀粉的溶解膨脹特性與淀粉質(zhì)產(chǎn)品加工和食品質(zhì)構(gòu)有很大的關系［10］。

由圖1、圖2可知，隨著壓力的增大，檳榔芋淀粉的溶解度和膨脹度均呈先減小后增大的趨勢，但是均顯著低于原淀粉（P＜0．05）。超高壓處理降低了檳榔芋淀粉在較高溫度時的溶解度和膨脹度，詳盡的機理需進一步研究，可能是由于高壓作用導致淀粉分子發(fā)生重排造成的［11］。溶解性較好的淀粉可以用到?jīng)_調(diào)速食的湯料中，或者是作為藥片的填充劑，而膨脹度較好的淀粉可應用到米果、薄脆餅干等膨化食品中可以改善食品的松脆度、使產(chǎn)品具有入口即化的特點。超高壓處理顯著降低了檳榔芋淀粉的溶解度和膨脹度，這提示我們改性后的淀粉不宜用于速溶及膨化食品中。

圖1 超高壓處理對檳榔芋淀粉溶解度的影響

圖2 超高壓處理對檳榔芋淀粉膨脹度的影響

2．2 超高壓處理對檳榔芋淀粉透光率的影響

透光率是淀粉糊重要的加工品質(zhì)，它關系到淀粉及其加工產(chǎn)品的外觀和用途，進而影響到產(chǎn)品的可接受性。透光率在一定程度上反映了淀粉分子與水分子結(jié)合的能力［12］。由圖3可知，檳榔芋原淀粉的透光率僅為4．15%，沈鐘蘇等［13］研究表明檳榔芋淀粉顆粒較小，糊化溫度較高，這可能是造成其透光率較低的主要原因。而隨著壓力的增大，檳榔芋淀粉的透光率呈先減小后增大的趨勢，經(jīng)500 MPa的壓力處理可明顯改善淀粉的透光率（P＜0．05）。超高壓處理可以顯著增加檳榔芋淀粉的透光率，這可能是因為較高的壓力破壞了淀粉分子內(nèi)的一些化學鍵，使部分次級結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使透光率增加［7］。透光率較高的淀粉可作為食品添加劑或是填充料應用于果汁軟糖、透明糕點等透明度要求較高的食品中，賦予其良好的外觀特點［14］。

圖3 超高壓處理對檳榔芋淀粉透光率的影響

2．3 超高壓處理對檳榔芋淀粉凍融穩(wěn)定性的影響

凍融穩(wěn)定性是指淀粉糊在經(jīng)過冷凍和解凍后仍能保持原來膠體結(jié)構(gòu)的性質(zhì)。隨著冷凍時間的增加，凝膠中淀粉分子之間的相互作用增大，淀粉分子鏈在平行趨向形成凝膠束時，迫使水分子從凝膠中擠出［15］。淀粉在凍融過程中析水率的大小是淀粉糊或淀粉凝膠在穩(wěn)定性的主要標志［16］，速凍或冷凍產(chǎn)品要求淀粉具有較小的析水率。由圖4可知，檳榔芋淀粉的析水率隨著壓力的升高呈先下降后增加的趨勢，經(jīng)200 MPa壓力處理后的檳榔芋淀粉具有較小的析水率。說明較低的壓力對檳榔芋淀粉的凍融穩(wěn)定性有一定的改善，而隨著壓力的增大，淀粉顆粒破壞較嚴重，析出的水較多。該結(jié)果表明經(jīng)適當壓力的超高壓處理可降低檳榔芋淀粉糊的析水率，改善淀粉的凍融穩(wěn)定性，可以考慮將其應用于速凍或冷凍產(chǎn)品中以提高產(chǎn)品的品質(zhì)。

2．4 超高壓處理對檳榔芋淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

淀粉糊放置在較低的溫度條件下，淀粉分子又會通過氫鍵相互連接，重新締合產(chǎn)生膠凝現(xiàn)象，糊化的淀粉糊形成多維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成淀粉凝膠，它與食品的品質(zhì)特性密切相關［17－18］。由表1可知，經(jīng)300 MPa壓力處理后檳榔芋淀粉凝膠的硬度、咀嚼性和膠黏性都顯著增加（P＜0．05），而彈性和凝聚性無明顯變化。這可能和高壓改變了淀粉分子的結(jié)構(gòu)有關系，另外，不同的質(zhì)構(gòu)指標和淀粉分子的關系也不一樣［19］。超高壓處理能明顯改善檳榔芋淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)特性，可以考慮將改性后的檳榔芋淀粉應用于糖果中，賦予產(chǎn)品良好的咀嚼性，或是添加到醬料中起到穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)感的作用。

表1 不同超高壓條件處理后檳榔芋淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性的參數(shù)

圖5 超高壓處理對檳榔芋淀粉糊化特性的影響

2．5 超高壓處理對檳榔芋淀粉糊化特性的影響

表2 不同超高壓條件處理后檳榔芋淀粉糊化特性的參數(shù)

淀粉溶液經(jīng)加熱后淀粉顆粒吸水膨脹，無定形區(qū)被破壞，但仍保持淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)，繼續(xù)升溫，淀粉顆粒發(fā)生不可逆膨脹，淀粉溶液變成具有一定黏度的淀粉糊，即發(fā)生淀粉糊化現(xiàn)象［20］。由表2可知，檳榔芋淀粉的峰值黏度隨著壓力的增加而顯著增大，500 MPa時達到最大值，表明超高壓處理對淀粉糊有明顯的增稠效果。改性后檳榔芋淀粉的崩解值略高于原淀粉，而回生值變化不明顯，表明超高壓處理使淀粉糊的熱、冷穩(wěn)定性有一定程度的下降，回生能力變化不明顯。超高壓使檳榔芋淀粉的糊化溫度呈先下降后升高的趨勢，這與Li［5］的研究結(jié)果類似。這可能是因為高壓處理加強了淀粉內(nèi)部的直鏈淀粉和支鏈淀粉的排列，從而有利于結(jié)晶結(jié)構(gòu)的形成，導致糊化溫度升高。超高壓處理能顯著增加檳榔芋淀粉的峰值黏度，對于應用到湯、醬、乳制品中可以起到一定的增稠作用。

3 結(jié)論

隨著處理壓力的增大，檳榔芋淀粉的溶解度和膨脹度呈先減小后增大的趨勢，但均顯著低于原淀粉。與原淀粉相比，超高壓處理可以顯著增大檳榔芋淀粉的透光率。經(jīng)200 MPa壓力處理后凍融穩(wěn)定性有明顯的改善。經(jīng)300 MPa壓力處理后，檳榔芋淀粉凝膠的硬度、咀嚼性和膠黏性均顯著增加，但彈性和凝聚性無明顯變化。200 MPa壓力處理可降低淀粉的糊化溫度，超高壓處理對檳榔芋淀粉的增稠能力有明顯影響，回生能力影響不大，但是熱、冷穩(wěn)定性略有下降。

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