謝巖黎 王 晨 郝振宇

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，鄭州 450001)

英國(guó)生理學(xué)家Englyst等[1]在1983年對(duì)膳食纖維進(jìn)行定量測(cè)定時(shí)發(fā)現(xiàn)人體的小腸中存在一種不被消化和吸收的淀粉，該部分淀粉被不溶性膳食纖維包裹，由于這種物理包裹作用，淀粉酶不能與其接觸，因此不能被酶解和消化吸收，其將這部分淀粉稱(chēng)為抗性淀粉(Resistant Starch, RS)，也被叫做抗酶解淀粉。它作為一種類(lèi)膳食纖維的功能性物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于食品加工業(yè)后，不僅有低熱量低消化性、降低血糖[2]等功能，還可克服傳統(tǒng)膳食纖維的某些缺點(diǎn)，改進(jìn)食品的品質(zhì)，改善人們的膳食結(jié)構(gòu)，有效的預(yù)防和降低“富貴病”的發(fā)病率[3-4]。面制品在在我國(guó)居民膳食結(jié)構(gòu)中具有突出的地位，富含抗性淀粉的食品引起廣泛關(guān)注，將抗性淀粉添加到面制品后，對(duì)面團(tuán)的流變學(xué)性能產(chǎn)生的影響直接關(guān)系到主食制品的加工性能[5]。國(guó)內(nèi)外對(duì)此研究的數(shù)據(jù)還不充分，本研究把微波濕熱-循環(huán)冷凍制備抗性淀粉添加到小麥粉中，研究不同添加量對(duì)小麥粉穩(wěn)態(tài)剪切特性、黏彈性特性以及蠕變-回復(fù)特性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

小麥淀粉、抗性淀粉：實(shí)驗(yàn)室自制；小麥粉：河南金苑糧油有限公司；小麥蛋白粉：山東鄄城健發(fā)面業(yè)有限公司；耐高溫-α淀粉酶、胃蛋白酶、葡萄糖淀粉酶：上海源葉生物科技有限公司；其他化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 主要儀器與設(shè)備

格蘭仕微波爐：廣東格蘭仕電器廠；101型電熱鼓風(fēng)干燥箱：北京市永光明醫(yī)療儀器廠； PHS-3C型PH計(jì):上海精密科學(xué)儀器有限公司；BCD-205TBDZ冰箱：青島海爾股份有限公司； TD5-4B離心機(jī)：北京時(shí)代北利離心機(jī)有限公司；XRVA-4快速黏度分析儀：澳大利亞Newport Scientific公司；Discovery-DHR流變儀：美國(guó)TA儀器公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 抗性淀粉制備

首先配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的淀粉乳，調(diào)節(jié)微波作用的功率700 W對(duì)淀粉乳進(jìn)行2 min微波處理，待其冷卻至室溫后對(duì)其進(jìn)行反復(fù)凍融6 次處理(在-18 ℃冷凍室中凍結(jié)4 h，融解1 h為一次凍融處理)，在60 ℃條件下烘干，粉碎并過(guò)100目篩，得到小麥抗性淀粉粗品，抗性淀粉的得率為15.85%，依據(jù)參考文獻(xiàn)[6-7]并做一定的修改。

依據(jù)文獻(xiàn)[8]進(jìn)行分離純化抗性淀粉，取1 g小麥抗性淀粉制品，于100 mL蒸餾水溶解，加入過(guò)量的耐高溫α-淀粉酶，在95 ℃條件下恒溫振蕩30 min，后冷卻至室溫，在4 000 r/min條件下離心15 min，倒掉上清液，將沉淀溶于100 ml磷酸緩沖液，(0.08 mol/L，pH 7.5)，加入適量的胃蛋白酶，在37 ℃條件下恒溫振蕩30 min，除去樣品中殘余的蛋白質(zhì)；然后調(diào)整其pH至4.5，加入適量的葡萄糖淀粉酶，在60 ℃條件下恒溫振蕩30 min，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，向體系中加入4 倍體積的95%乙醇，充分混合后，在4 000 r/min條件下離心15 min；倒掉上清液，將沉淀重復(fù)醇洗離心2～3 次，60 ℃烘干，粉碎并過(guò)100 目篩，小麥抗性淀粉純品，其純度為95%左右，用于后續(xù)黏度等性質(zhì)分析測(cè)定。

1.3.2 抗性淀粉黏度測(cè)定

取樣品3.0 g放入測(cè)試用的鋁盒內(nèi)，向鋁盒中加入25.00 mL純水(以干基14%水分計(jì))，將攪拌器的槳葉在待測(cè)樣品中上下攪動(dòng)10次左右后，把樣品置于快速黏度分析儀(RVA)中測(cè)定小麥淀粉和小麥RS3的黏度性質(zhì)。攪拌器在起始的10 s以960 r/min的轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，目的是使待測(cè)樣品形成相對(duì)均勻的懸濁液，接著以160 r/min 的轉(zhuǎn)動(dòng)速度旋轉(zhuǎn)直至測(cè)定完成。其加熱程序如下：初始溫度為50 ℃保持1 min，之后12 ℃/min提升至95 ℃，保持2.5 min后以相同速度降溫到50 ℃保持2 min，完成測(cè)定，測(cè)定一個(gè)樣品所需耗時(shí)13 min。

1.3.3 面團(tuán)制備

取一定量的小麥特一粉，加入適量蒸餾水使面團(tuán)的含水率為45.0%，混合15 min制成待測(cè)面團(tuán)，放入密封袋中在室溫條件下靜置20 min，作為實(shí)驗(yàn)的對(duì)照組。另取適量的抗性淀粉替代部分小麥粉制成面團(tuán)，替代比分別為5%、10%、15%和20%，以原小麥粉質(zhì)量計(jì)。每一份添加抗性淀粉的樣品中均包含10.8%的小麥蛋白粉，其目的是補(bǔ)充小麥粉被替代后失去的蛋白質(zhì)的量。

1.3.4 共混體系流變性測(cè)試

利用TA Discovery-DHR流變儀對(duì)所有樣品進(jìn)行流變學(xué)測(cè)定。流變儀樣品臺(tái)底部裝置可以對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的溫度進(jìn)行精確控制。將樣品放置于直徑為25 mm的鋁制平板夾具上，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中夾具間縫隙設(shè)定為1.8 mm，每次實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前需要刮去多余的樣品，并在樣品的四周涂抹一層硅油對(duì)樣品進(jìn)行密封，其目的是為了減少實(shí)驗(yàn)過(guò)程中樣品水分的蒸發(fā)，從而減小實(shí)驗(yàn)的誤差。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前首先平衡5 min，用來(lái)消除加載樣品時(shí)的機(jī)械作用。

1.3.4.1 穩(wěn)態(tài)剪切測(cè)試

在25 ℃的恒溫條件下，測(cè)試樣品在剪切速率(0.01～10 s-1)下的表觀黏度。

1.3.4.2 頻率掃描測(cè)試

在25 ℃的恒溫條件下，選取Oscillation Frequency參數(shù)測(cè)定面團(tuán)的動(dòng)態(tài)模量，在線性黏彈范圍內(nèi)，施加不同頻率的正旋形變，測(cè)試掃描頻率(0.1～100 Hz或0.628～628 rad s-1)對(duì)樣品黏彈性的影響。

1.3.4.3 蠕變-回復(fù)測(cè)試

在25 ℃條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)量程序Step Creep，設(shè)定蠕變應(yīng)力為50 Pa，并保持180 s，然后撤去蠕變應(yīng)力，樣品在無(wú)外加蠕變應(yīng)力的情況下保持300 s，考察樣品的蠕變-回復(fù)特性。

圖1 蠕變-回復(fù)典型曲線

蠕變-回復(fù)曲線大致分為以下部分：蠕變階段，A-瞬時(shí)彈性(鍵長(zhǎng)鍵角的形變)，B-延遲彈性(鏈段的運(yùn)動(dòng))，C-黏性形變(塑性形變)；回復(fù)階段，D-瞬時(shí)回復(fù)，E-延遲回復(fù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 黏度性質(zhì)的測(cè)定結(jié)果

淀粉的糊化特性是反映淀粉品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。淀粉在糊化過(guò)程中會(huì)形成具有黏性的流體，隨著溫度的變化，其黏度會(huì)發(fā)生不同的改變。圖2為小麥淀粉和小麥抗性淀粉的黏度曲線，圖中的梯形曲線是溫度變化曲線。從圖2a可以看出當(dāng)溫度達(dá)到糊化溫度時(shí)，淀粉溶液的黏度呈直線上升趨勢(shì)，到達(dá)95 ℃時(shí)達(dá)到峰值。當(dāng)溫度在95 ℃持續(xù)時(shí)，黏度開(kāi)始下降，達(dá)到最低值，這是因?yàn)榈矸鄯肿娱g的距離增大，溶液由凝膠狀態(tài)變?yōu)槿苣z狀態(tài)，當(dāng)溫度逐漸下降達(dá)到50 ℃時(shí)，淀粉分子重新聚合，溶液又從溶膠狀態(tài)變?yōu)槟z狀態(tài)，黏度再次上升，最終穩(wěn)定在一定高度。

圖2 小麥淀粉及小麥抗性淀粉的黏度曲線

圖2a中小麥淀粉的黏度隨著溫度的變化符合淀粉特有的黏滯特征，而圖2b小麥RS3的黏度曲線與原淀粉相比發(fā)生十分顯著變化，黏度值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于原淀粉，其接近為一條直線，這說(shuō)明抗性淀粉的熱穩(wěn)定性較好，且小麥RS3在95 ℃的溫度條件下沒(méi)有發(fā)生糊化現(xiàn)象。

2.2 不同替代比例對(duì)面團(tuán)表觀黏度的影響

在非牛頓流體中，流體的黏度隨著剪切速率的變化而變化。當(dāng)0

圖3 不同替代比例條件下小麥面團(tuán)表觀黏度與剪切速度的關(guān)系

從圖3中可以看出隨著剪切速率的增加，所有的樣品表觀黏度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，呈現(xiàn)出“剪切稀化”的現(xiàn)象，表現(xiàn)出假塑流體特性。這主要由于在剪切力作用下高分子鏈構(gòu)象被迫改變，但高分子鏈同時(shí)也具有松弛的特性，被改變的構(gòu)象也可以得到一定程度的回復(fù)。當(dāng)剪切速率較大時(shí)，分子鏈構(gòu)象沒(méi)有足夠的時(shí)間進(jìn)行回復(fù)，使得原本纏結(jié)在一塊的壁材高分子鏈段漸漸被打開(kāi)，鏈段間作用力減小，從而黏度降低[9]。從圖3中可以看出一定的剪切速率下，隨著抗性淀粉替代比例的增大，面團(tuán)表觀黏度值逐漸增大，這是由于隨著替代比例增大，抗性淀粉含量增加，而抗性淀粉是直鏈淀粉重結(jié)晶后產(chǎn)物，其結(jié)構(gòu)更加緊密有序，分子間氫鍵更加牢固，分子鏈段的纏結(jié)不易打開(kāi)，因此，其表觀黏度表現(xiàn)為隨著替代比例的增加而增大的趨勢(shì)。

2.3 不同替代比例對(duì)面團(tuán)黏彈性的影響

動(dòng)態(tài)流變學(xué)實(shí)驗(yàn)是評(píng)價(jià)聚合物流變性特性的常用方法, 用于面團(tuán)黏彈性的研究，得到貯能模量(G′) 、損耗模量(G″)以及損耗因子(tanδ)，損耗因子(tanδ)作為黏性模量與彈性模量的比值，它的大小直接表征了面團(tuán)的固體特性或液體特性。儲(chǔ)能模量G′又稱(chēng)彈性模量，表示性材料在發(fā)生形變過(guò)程中由于彈性形變而儲(chǔ)存能量的大小，反映材料彈性的物理量；損耗模量G″又稱(chēng)黏性模量，表示材料在發(fā)生形變過(guò)程中由于黏性形變而損耗能量的大小，反映材料的黏性大小。面團(tuán)的儲(chǔ)能模量與損耗模量的大小在一定程度上可以反映面團(tuán)的黏彈性。損耗因子表示的是材料的黏彈性性能，在一定程度范圍內(nèi)可以表示材料的狀態(tài)。當(dāng)值小于1 時(shí)，即彈性模量(G′)大于黏性模量(G″)，材料性質(zhì)類(lèi)似固體；當(dāng)值大于1時(shí)，即黏性模量(G″)大于彈性模量(G′)，材料性質(zhì)類(lèi)似流體或黏性系統(tǒng)[10]。

圖4a和圖4b表明不同替代比例的樣品的儲(chǔ)能模量G′均大于損失模量G″，說(shuō)明面團(tuán)更傾向于彈性結(jié)構(gòu)，隨著掃描頻率的不斷增大，樣品的儲(chǔ)能模量G′和損失模量G″均增大。同樣隨著抗性淀粉替代比例的增加，小麥面團(tuán)的儲(chǔ)能模量G′和損失模量G″也有增大的趨勢(shì)。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因可能是由于面團(tuán)的黏彈性同時(shí)依賴(lài)于淀粉和蛋白質(zhì)以及水分的共同作用?？剐缘矸坌再|(zhì)穩(wěn)定，在面團(tuán)中可以在面筋蛋白和淀粉顆粒周?chē)纬刹贿B續(xù)的不規(guī)則基體，隨著替代比例的增大，形成的不規(guī)則基體越多，其黏彈性也增大，從而儲(chǔ)能模量G′和損失模量G″均增大[11-14]。

圖4 不同替代比例下對(duì)面團(tuán)黏彈性的影響

從圖4c中可以明顯看出，損耗角正切值(tanδ)小于1，表現(xiàn)為典型的弱凝膠動(dòng)態(tài)流變學(xué)譜圖。隨著替代比例的增大，tanδ逐漸降低，表明添加抗性淀粉后面團(tuán)彈性比例增加。隨著角頻率的增大，樣品的損耗角正切值tanδ呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì)，即在較低頻率內(nèi)(<1.48 rad/s)隨著頻率增加tanδ緩慢降低，在頻率較高內(nèi)(>5.68 rad/s)隨著頻率增加tanδ急劇升高，這說(shuō)明共混體系在頻率較低時(shí)時(shí)黏彈性更好，在頻率較高時(shí)其黏性比隨著頻率增大而迅速增大，說(shuō)明共混體系在高頻率下的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，相對(duì)更容易被破壞。

2.4 不同替代比例對(duì)面團(tuán)蠕變-回復(fù)特性的影響

蠕變-回復(fù)指高分子物質(zhì)在一定溫度、恒力條件作用下，隨著應(yīng)力作用時(shí)間的延長(zhǎng)，其發(fā)生緩慢且連續(xù)的形變，應(yīng)力撤銷(xiāo)后部分或者全部形變得到恢彈，是一種描繪材料靜態(tài)黏彈性的方法。蠕變-回復(fù)特性表示在外力面團(tuán)形變的程度及回復(fù)的程度，可以反應(yīng)在加工過(guò)程中產(chǎn)品的在外力作用下的外觀特性，也從側(cè)面反映了面團(tuán)的黏彈性變化。圖5為不同替代比例條件下面團(tuán)蠕變-回復(fù)特性曲線，從中可以明顯看出，對(duì)照組蠕變?nèi)崃孔畲?。與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組替代比為5%和10%時(shí)，面團(tuán)的最大蠕變?nèi)崃?Jmax)、瞬時(shí)蠕變?nèi)崃?J0)和遲滯蠕變?nèi)崃?J1)呈現(xiàn)出明顯降低的趨勢(shì)，繼續(xù)增大替代比，變化不再顯著。相關(guān)研究認(rèn)為，面團(tuán)最大蠕變?nèi)崃亢兔鎴F(tuán)的硬度呈負(fù)相關(guān)，可以表征面團(tuán)的硬度，硬度較大的面團(tuán)在一定程度上能夠有效地抵抗其自身發(fā)生形變，表現(xiàn)出來(lái)較小的蠕變?nèi)崃縖15-16]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)組面團(tuán)的硬度較大，且隨著替代比的增加而增大。

圖5 不同替代比例條件下小麥面團(tuán)的蠕變-回復(fù)曲線

面團(tuán)的蠕變-回復(fù)特性主要抗性淀粉與面團(tuán)中組成成分的相互作用有關(guān)，隨著抗性淀粉替代比例的增加，面團(tuán)的硬度增大，在應(yīng)力作用下不易發(fā)生形變，同時(shí)隨著抗性淀粉添加量的增加，分子間黏度和摩擦阻力也增大，蠕變?nèi)崃?J0)也減小。

3 結(jié)論

研究說(shuō)明添加抗性淀粉到小麥粉中顯著性地改變了其共混體系的表觀黏度、黏彈性及蠕變回復(fù)特性，而且與抗性淀粉的添加量相關(guān)。將不同含量的抗性淀粉添加到小麥粉中，對(duì)其共混體系的黏彈性產(chǎn)生了一定的影響。

3.1 與原淀粉相比，小麥抗性淀粉的糊化特性發(fā)生了變化，其糊化曲線幾乎為一條直線，無(wú)糊化現(xiàn)象發(fā)生。隨著抗性淀粉替代比例的增加，面團(tuán)的表觀黏度逐漸增大，隨著剪切速率的增加，所有樣品表觀黏度均逐漸降低，具有剪切稀化現(xiàn)象，呈現(xiàn)假塑性流體特征。

3.2 隨著抗性淀粉替代比例的增加，面團(tuán)的儲(chǔ)能模量、損失模量增大，tanδ逐漸降低，表明添面團(tuán)彈性比例增加。隨著掃描頻率的不斷增大，tanδ表現(xiàn)為先減小后增大的現(xiàn)象，說(shuō)明共混體系在頻率較低時(shí)黏彈性增大，在頻率較高時(shí)其黏性比迅速增大，說(shuō)明共混體系在高頻率下的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，相對(duì)更容易被破壞。

3.3 隨著替代比例的增加，面團(tuán)的瞬時(shí)蠕變?nèi)崃?J0)，遲滯蠕變?nèi)崃?J1)和最大蠕變?nèi)崃?Jmax)隨著減小，說(shuō)明隨著添加比例的增大，面團(tuán)的硬度增大且不易發(fā)生形變。

[1]ENGLYST H N, KINGMAN S M, CUMMINGS J H. Classification and measurement of nutritionally important starch fractions[J]. European Journal of Clinical Nutrition, 1992, 46(2): 30-50[2]NAYAK B, BERRIOS D J, TANG J. Impact of food processing on the glycemic index (GI) of potato products[J]. Food Research International, 2014, 56(56):35-46

[3]BAUERMARINOVIC M, FLORIAN S, MüLLERSCHMEHL K, et al. Dietary resistant starch type 3 prevents tumor induction by 1,2-dimethylhydrazine and alters proliferation, apoptosis and dedifferentiation in rat colon[J]. Carcinogenesis, 2006, 27(9):1849-59

[4]FUENTES-ZARAGOZA E, RIQUELME-NAVARRETE M J, SNCHEZ-ZAPATA E, et al. Resistant starch as functional ingredient: A review[J]. Food Research International, 2010, 43(4):931-942

[5]NUGENT A P. Health properties of resistant starch[J]. Nutrition Bulletin, 2005, 30(1):27-54

[6]唐雪娟, 劉麗斌, 黃繼紅,等. 壓熱法結(jié)合反復(fù)凍融制備小麥抗性淀粉及其理化性質(zhì)研究[J]. 現(xiàn)代食品科技, 2013(3):519-522 TANG X J, LIU L B, HUANG J H, et al. Physicochemical Properties of Wheat Resistant Starch by Autoclave Method Combined with Repeated Freezing and Melting[J]. Modern Food Science and Technology, 2013(3):519-522

[7]ZENG S, WU X, SHAN L, et al. Structural characteristics and physicochemical properties of lotus seed resistant starch prepared by different methods[J]. Food Chemistry, 2015, 186:213-222

[8]WANG J, JIN Z Y,YUAN X P. Preparation of resistant starch from starch-guar gum extrudates and their properties[J]. Food Chemistry, 2007，101：20-25

[9]HONG S R, YOO B. Effect of resistant starch (RS3) addition on rheological properties of wheat flour[J]. Starch-St?rke, 2012, 64(7):511-516

[10]PTASZEK A, BERSKI W, PTASZEK P，et al. Viscoelastic properties of waxy maize starch and selectednon-starch hydrocolloids gels[J]. Carbohydrate Polymers, 2009, 76(4):567-577[11]KORUS J, WITCZAK M, ZIOBRO R, et al. The impact of resistant starch on characteristics of gluten-free dough and bread[J]. Food Hydrocolloids, 2009, 23(3):988-995

[12]FU Z Q, WANG L J, ZOU H, et al. Studies on the starch-water interactions between partially gelatinized corn starch and water during gelatinization[J]. Carbohydrate polymers, 2014, 101(1):727-732

[13]LARSSON H, ELIASSON A C. Influence of the starch granule surface on the rheological behaviour of wheat flour dough[J]. Journal of Texture Studies, 2007, 28(5):487-501

[14]HUNG P V, MAEDA T, MORITA N. Dough and bread qualities of flours with whole waxy wheat flour substitution[J]. Food Research International, 2007, 40(2):273-279[15]WANG F C, SUN X S. Creep-recovery of wheat flour doughs and relationship to other physical dough tests and bread making performance[J]. Cereal Chemistry, 2002,79(4): 567-571

[16]LAZARIDOU A, DUTA D, PAPAGEORGIOU M, et al. Effects of hydrocolloids on dough rheology and bread quality parameters in gluten-free formulations[J]. Journal of Food Engineering, 2007, 79(3):1033-1047.