劉芳梅羅 進趙 雷胡卓炎

(華南農(nóng)業(yè)大學食品學院, 廣東 廣州 510642 )

王 凱

玉米和大米是中國重要的糧食作物，其籽粒中含約70%的淀粉。在中國玉米淀粉產(chǎn)量高、價格便宜，常作為增稠劑、凝固劑等廣泛應用于食品工業(yè)[1]。而大米淀粉因具有致敏性低、口感優(yōu)良等特點，在中國食用量較大[2]。淀粉基食品在貯存過程中會迅速老化，引起硬度增大、口感變差等不良后果，嚴重影響其貨架期。目前抑制淀粉老化的方法主要是物理與化學方法。此外，近年的研究[3-4]表明添加一些天然的可食用成分如蛋白質(zhì)、油脂、食用膠、多酚類物質(zhì)等在提高淀粉基食品的營養(yǎng)價值與口感的同時，也能抑制淀粉的老化。

芒果皮占鮮果重的9%～16%，其中含有豐富的膳食纖維、果膠、多酚類物質(zhì)，有一定的保健和藥用價值[5-6]。但在加工過程中，芒果皮通常被作為廢棄物丟棄，不僅造成資源浪費，也會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大負擔。近年來，有文獻[7-9]報道將芒果皮和果核粉加入餅干、面包、通心粉等食品中，既能增加食品中膳食纖維和多酚的含量，作為肥胖、高血脂以及糖尿病患者功能食品的配料，又可以降低生產(chǎn)成本。亦有學者[10]探討添加芒果皮粉對2種不同的大米粉老化及脂肪氧化的影響，發(fā)現(xiàn)芒果皮粉的添加能抑制大米粉的回生和脂肪氧化，為抑制淀粉基食品老化提供了新的思路。但前人主要研究芒果皮粉的添加對淀粉基產(chǎn)品的品質(zhì)特性(如營養(yǎng)、質(zhì)構(gòu)、感官等)的影響，關(guān)于芒果皮粉的添加對淀粉糊化及老化特性的影響規(guī)律仍缺乏基礎(chǔ)理論研究。

本研究擬采用布拉班德黏度儀、差示掃描量熱儀、質(zhì)構(gòu)與色澤分析等，測定芒果皮粉對淀粉的黏度、熱特性、透光率和沉降率以及凝膠色澤和硬度的影響，進而分析芒果皮粉對淀粉糊化和老化特性的影響規(guī)律，以期為芒果皮粉在淀粉基食品中更好的應用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

芒果(MangiferaindicaL.)：臺農(nóng)1號，市售；

玉米淀粉：秦皇島驪驊有限公司；

大米淀粉：濟南金瑞食品配料有限公司。

1.2 儀器與設備

可見光分光光度計：721型，上海佑科儀器儀表有限公司；

布拉班德黏度儀：Visco-Amylo-Graph型，德國布拉班德公司；

差示掃描量熱儀：DSC8000型，美國Perkin Elmer公司；

全自動色差計：CM-3500d型，日本Minolta有限公司；

質(zhì)構(gòu)儀：TA500型，英國Lloyd儀器公司。

1.3 方法

1.3.1 芒果皮粉制備及主要成分含量測定

(1) 芒果皮粉的制備：成熟的鮮芒果洗凈后去皮，將果皮用熱泵干燥法于55 ℃干燥，測定樣品水分含量為7.10%，研磨粉碎后過100目篩。

(2) 水分含量的測定：按GB/T 5009.3—2010執(zhí)行。

(3) 蛋白質(zhì)含量的測定：按GB/T 5009.5—2010執(zhí)行。

(4) 灰分含量的測定：按GB/T 8306—87執(zhí)行。

(5) 脂肪含量的測定：按GB/T 14772—2008執(zhí)行。

(6) 膳食纖維含量的測定：按GB/T 5009.88—2014執(zhí)行。

(7) 果膠含量的測定：按NY/T 2016—2011執(zhí)行。

(8) 多酚含量的測定：采用福林酚法[11]。

1.3.2 黏度測定 參照AHMED R等[12]的方法采用布拉班德黏度儀測定淀粉糊的黏度。稱取6 g(干基)淀粉，分別添加淀粉干基0%，5%，10%，15%的芒果皮粉(下同)，加入94 g 蒸餾水，震蕩混勻，移入測量杯中，設定程序：從30 ℃升溫到95 ℃并保溫5 min，再從95 ℃冷卻至50 ℃并保溫5 min，整個過程24 min。

1.3.3 熱力學特性測定 參照冷雪等[13]的方法并稍作修改。稱取0.5 g(干基)淀粉于離心管中，加入不同量芒果皮粉，用旋渦混合儀混合均勻。稱取3 mg(干基)混合物于坩堝中，加入3倍質(zhì)量的去離子水，密封后置于室溫下平衡過夜，測定淀粉熱力學特性。將上述淀粉與芒果皮粉的混合物置于離心管中，加入3倍質(zhì)量的去離子水，配制成25%的淀粉懸浮液，置于95 ℃水浴中加熱30 min并充分攪拌使淀粉完全糊化(下同)，冷卻后置于4 ℃老化10 d后冷凍干燥，粉碎過篩后測定老化淀粉的熱力學特性。DSC測定條件：以10 ℃/min的速度從30 ℃加熱到100 ℃，以空坩堝作參比，氮氣為載氣，流速為20 mL/min。

1.3.4 透光率測定 參照何財安[14]的方法并稍加改動。稱取0.4 g(干基)淀粉于離心管中，分別添加不同量芒果皮粉，再加入39.6 g蒸餾水，震蕩混勻，水浴加熱糊化。靜置冷卻至室溫后，以蒸餾水做空白，在620 nm波長下測定淀粉糊的透光率。將淀粉糊放入4 ℃冷藏，每隔24 h取出恢復至室溫，測定淀粉糊的透光率。

1.3.5 沉降率測定 樣品制備同1.3.4，冷卻后將淀粉糊轉(zhuǎn)移至帶刻度的試管中，放入4 ℃保存，分別于8，18，28，48，96 h 時取出記錄上清液的體積和總體積，按式(1)計算淀粉的沉降率[15]。

(1)

式中：

R——沉降率，%；

V——上清液體積，mL；

25——總體積，mL。

1.3.6 凝膠的色澤與硬度測定 稱量10 g(干基)淀粉于錐形瓶中，分別添加不同量芒果皮粉，加入30 g蒸餾水，震蕩混勻，水浴加熱糊化后裝入模具中并封上保鮮膜置于4 ℃保存，分別于1，10 d后將樣品取出，恢復至室溫[16]。

(1) 色澤測定：用色差儀測定淀粉凝膠樣品的顏色值(L*、a*和b*)。按式(2)計算樣品在貯存過程中的色澤變化(△E)。

(2)

式中：

L*——白/黑；

a*——紅/綠；

b*——黃/藍；

下標數(shù)字——貯藏天數(shù)，d。

(2) 硬度測定：選擇TPA測試模式，使用探頭P/25，壓縮比30.0%，測前速度1.0 mm/s，測中速度1.0 mm/s，測后速度1.0 mm/s，停留時間5 s，每個樣品重復測試5次及以上。在貯存過程中，樣品的硬度變化由相對硬度H來表示，相對硬度按式(3)計算:

(3)

式中：

H——相對硬度；

H10——貯藏10 d時凝膠的硬度，N；

H1——貯藏1 d時凝膠的硬度，N。

1.3.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析 利用Excel 2016和Origin 9.1對數(shù)據(jù)進行整理和繪制，采用SPSS 16.0軟件進行分析，所得數(shù)據(jù)結(jié)果為3次重復試驗結(jié)果的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 芒果皮粉的主要成分

由表1可知，芒果皮粉主要成分為膳食纖維，每100 g芒果皮粉含有膳食纖維44.41 g，其中主要的可溶性膳食纖維果膠為12.36 g，此外，還含有豐富的非膳食纖維的糖類(含8.22 g還原糖)、蛋白質(zhì)(6.76 g)和多酚類物質(zhì)(3.40 g)，而脂肪與灰分含量較低。因此，適當添加芒果皮粉可提高淀粉制品的營養(yǎng)價值。

表1 芒果皮粉主要化學成分含量

2.2 芒果皮粉對玉米淀粉和大米淀粉黏度的影響

添加了芒果皮粉的2種淀粉的布拉班德黏度曲線見圖1，特征值見表2。結(jié)果顯示：添加芒果皮粉后2種淀粉的起糊溫度都顯著降低，當添加量為15%時，玉米淀粉峰值黏度顯著升高，大米淀粉峰值黏度隨添加量的增加逐漸降低。峰值黏度反映淀粉顆粒糊化崩解前的自由膨脹能力[17]。一方面，芒果皮粉中親水性物質(zhì)與水分子相互作用，阻礙淀粉分子的吸水膨脹，導致其峰值黏度降低；另一方面，親水性物質(zhì)吸水后導致體系黏度的升高。玉米淀粉在添加15%的芒果皮粉時，后者作用大于前者，最終導致峰值黏度升高，而芒果皮粉對大米淀粉吸水膨脹的阻礙作用更強，導致峰值黏度的降低。與原淀粉相比，添加芒果皮粉后玉米淀粉崩解值升高，大米淀粉崩解值有所降低，說明芒果皮粉的添加能夠加強玉米淀粉的糊化破裂，但是會減弱大米淀粉的糊化破裂。

糊化后降溫過程中的終黏度和回生值常用來衡量淀粉糊短期老化程度。終黏度和回生值的升高主要由直鏈淀粉重新結(jié)合引起[18]。從表2可以看出，添加芒果皮粉可顯著降低2種淀粉糊的回生值，添加15%芒果皮粉后玉米淀粉和大米淀粉糊的回生值分別下降了32%與76%。這可能是芒果皮粉與直鏈淀粉的氫鍵相互作用，阻止鏈重新聚合，從而抑制淀粉的短期老化，芒果皮粉對2種淀粉黏度的影響不同可能與其直鏈與支鏈淀粉比例、鏈長等的不同有關(guān)。

2.3 芒果皮粉對玉米淀粉和大米淀粉熱力學特性的影響

芒果皮粉對玉米淀粉和大米淀粉熱力學特性的影響結(jié)果見表3。由表3可知，添加芒果皮粉后2種淀粉的糊化溫度無明顯變化，說明添加芒果皮粉對2種淀粉結(jié)晶區(qū)的熱穩(wěn)定性無明顯影響[19]。糊化焓△Hg則隨芒果皮粉添加量的增加呈降低趨勢，可能是芒果皮粉的稀釋作用，使得單位重量樣品中雙螺旋結(jié)構(gòu)的數(shù)量降低，以及親水性物質(zhì)羥基與支鏈淀粉的側(cè)鏈相互作用使得雙螺旋結(jié)構(gòu)的強度減弱[20-21]。2種原淀粉貯藏后均發(fā)生一定程度的老化，但其老化焓值△Hr都有所減小，說明添加一定量的芒果皮粉(0%～10%)能減少淀粉分子鏈重新結(jié)合形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，淀粉的老化程度得到明顯抑制，但進一步增大添加量對淀粉老化抑制作用并無顯著提高。

圖1 芒果皮粉添加量對玉米淀粉和大米淀粉黏度曲線的影響

樣品起糊溫度/℃峰值黏度/BU升溫至95 ℃時的黏度值/BU最低黏度/BU降溫至50 ℃時的黏度值/BU終黏度/BU崩解值/BU回生值/BU玉米淀粉79.4±1.0a105.3±9.3b101.3±7.2b78.7±4.0ab157.7±5.8a148.7±5.8a26.7±5.5c79.0±1.7a玉米淀粉+5% MPP77.9±0.1b101.7±3.5b100.7±3.1b73.3±2.5b131.3±5.0b129.7±4.5b28.3±1.2bc58.0±2.6b玉米淀粉+10% MPP76.4±0.5c108.3±4.0b106.3±3.8b75.3±3.1ab130.0±5.2b129.7±4.0b33.0±2.6b54.7±2.5b玉米淀粉+15% MPP75.2±0.5d120.7±5.5a118.7±6.0a81.0±5.6a136.0±7.0b136.0±7.2b39.7±0.6a54.7±2.0b大米淀粉83.0±0.4 a95.0±1.0a88.3±1.2a76.0±1.0a152.0±1.7a141.0±1.7a19.0±0.0a76.0±1.0a大米淀粉+5% MPP79.8±0.5b49.0±0.0b48.3±0.6b38.0±0.0b78.0±0.0b78.3±0.6b11.0±0.0b40.0±0.0b大米淀粉+10% MPP78.7±0.3c28.7±0.6c27.7±0.6c19.3±0.6c37.7±0.6c39.7±1.2c9.3±0.6c18.3±0.6c大米淀粉+15% MPP77.5±0.4d23.3±0.6d18.7±0.6d12.0±1.0d25.7±1.2d27.0±1.0d11.3±0.6b13.7±0.6d

? 同種淀粉同列不同小寫字母表示數(shù)據(jù)間有顯著差異(P<0.05)。

表3 芒果皮粉添加量對玉米淀粉和大米淀粉熱力學特性的影響?

? 同種淀粉同列不同小寫字母表示數(shù)據(jù)間有顯著差異(P<0.05)。

2.4 芒果皮粉對玉米淀粉和大米淀粉透光率的影響

淀粉糊在低溫貯藏過程中發(fā)生老化導致密度分布發(fā)生變化，引起淀粉透光率降低。因此，測試冷藏過程中淀粉糊的透光率是一種簡單表征淀粉老化的方法[22-23]。從圖2可看出，隨著時間的延長，添加芒果皮粉的2種淀粉糊透光率呈下降趨勢，在0～3 d趨勢較明顯，而后逐漸減緩。在0 d時，添加芒果皮粉后淀粉糊的透光率降低，這是由于芒果皮粉本身有顏色和不溶性顆粒，使得入射光的反射或折射加強。添加芒果皮粉的淀粉糊透光率隨時間降低的速度小于純淀粉糊，與0 d相比，冷藏6 d以后，純玉米淀粉糊與大米淀粉糊透光率降低了4.77%和0.87%，添加15%芒果皮粉的玉米淀粉糊與大米淀粉糊透光率降低程度有所減小，分別為3.70%和0.53%，可能是芒果皮粉中多羥基化合物如酚類、糖類與淀粉分子間的相互作用，阻止由支鏈淀粉重新結(jié)合引起的大尺寸淀粉結(jié)晶的形成[24]。

圖2 芒果皮粉對玉米淀粉和大米淀粉透光率的影響

2.5 芒果皮粉對玉米淀粉和大米淀粉沉降率的影響

淀粉顆粒經(jīng)加熱糊化后處于無定形狀態(tài)，放置過程中淀粉分子發(fā)生重排而出現(xiàn)分層，通常以淀粉的沉降率表示其分層的程度。由圖3可看出，不添加與添加芒果皮粉的2種淀粉隨貯藏時間的延長，其沉降率均升高。玉米淀粉在4 ℃貯藏16 h內(nèi)，沉降率快速升高，16 h后其升高速度逐漸變緩。添加與不添加芒果皮粉的大米淀粉沉降率在貯藏的前8 h均大幅升高，然后緩慢升高并趨于相對穩(wěn)定。添加芒果皮粉后，2種淀粉的沉降率隨貯藏時間的延長呈同樣的變化趨勢，但沉降率較2種原淀粉大幅降低，且沉降率隨芒果皮粉添加量的升高而顯著降低。說明添加芒果皮粉可抑制淀粉在冷藏過程中淀粉分子鏈的重排，從而大大降低淀粉的沉降率。

2.6 芒果皮粉對玉米淀粉和大米淀粉凝膠硬度與色澤的影響

芒果皮粉對玉米淀粉和大米淀粉凝膠硬度的影響結(jié)果見表4。

由表4可知，芒果皮粉的添加顯著降低玉米淀粉凝膠的初始硬度與相對硬度，而大米淀粉因直鏈淀粉含量較低無法形成正常的凝膠[25]，硬度值無法檢測。芒果皮粉的加入稀釋了淀粉濃度，同時親水物質(zhì)打斷淀粉分子鏈的聚集重排，凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)受到破壞。類似的研究發(fā)現(xiàn)分子量較高的大豆可溶性膳食纖維更能影響大米淀粉的凝膠形成[26]。

圖3 芒果皮粉添加量對玉米淀粉和大米淀粉沉降率的影響

樣品貯藏第1天硬度H1/N貯藏第10天硬度H10/N相對硬度H玉米淀粉3.66±0.05a10.60±0.96a2.90±0.31a玉米淀粉+5% MPP2.34±0.02b6.71±0.41b2.87±0.23a玉米淀粉+10% MPP2.23±0.07c3.69±0.07c1.66±0.08b玉米淀粉+15% MPP1.34±0.05d2.10±0.11d1.56±0.09c大米淀粉0.43±0.010.54±0.041.26±0.03大米淀粉+5% MPP———大米淀粉+10% MPP———大米淀粉+15% MPP———

? 同種淀粉同列不同小寫字母表示數(shù)據(jù)間有顯著差異(P<0.05)；“—”表示無法檢測；H指H10與H1比值。

芒果皮粉對玉米淀粉和大米淀粉凝膠色澤的影響結(jié)果見表5。由表5可知，芒果皮粉的添加能顯著降低2種淀粉凝膠的L*，增大a*和b*。2種淀粉凝膠貯藏10 d后，淀粉老化失水，樣品L*相對于第1天顯著增加[27]，但a*和b*沒有明顯變化。而第10 天與第1 天的樣品顏色差值△E隨芒果皮粉的增加呈減小的趨勢，說明芒果皮粉的添加在一定程度上減小了淀粉凝膠色澤隨時間的變化趨勢。

淀粉凝膠最初硬度是由直鏈淀粉在冷卻后迅速形成短程有序的半結(jié)晶結(jié)構(gòu)賦予的，長期貯藏后，支鏈淀粉通過氫鍵形成長程有序的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，使凝膠硬度增大、色澤變化而影響其感官品質(zhì)。

3 結(jié)論

本試驗研究了不同量(0%～15%)的芒果皮粉對玉米淀粉和大米淀粉黏度、熱特性、透光率、沉降率以及凝膠特性的影響，分析了芒果皮粉對淀粉糊化和老化過程的影響規(guī)律。結(jié)果表明：隨著芒果皮粉添加量的增加，2種淀粉的起糊溫度呈逐漸降低的趨勢，玉米淀粉峰值黏度先降低再升高，崩解值增大；大米淀粉峰值黏度則呈降低趨勢，崩解值先降低后升高，2種淀粉回生值都顯著降低。說明芒果皮粉對淀粉糊化性質(zhì)的影響隨淀粉品種不同有一定差異，但添加芒果皮粉能顯著抑制2種淀粉的短期回生。芒果皮粉的添加能夠減小2種淀粉透光率與沉降率隨著時間延長而下降的程度，減小玉米淀粉凝膠的硬度，阻礙大米淀粉凝膠的形成，減小凝膠硬度與色澤的變化，說明芒果皮粉的添加對2種淀粉的長期回生有明顯抑制作用，但其影響程度因淀粉品種、結(jié)構(gòu)存在差異。因此，在實際應用中，需要綜合考慮不同淀粉基食品的質(zhì)量要求、加工條件、貯運環(huán)境等因素來選擇合適的添加量。至于芒果皮粉對2種淀粉糊化和老化特性的影響機理，需進一步從微觀形態(tài)、分子結(jié)構(gòu)等方面進行探討。

表5 芒果皮粉添加量對玉米淀粉和大米淀粉凝膠色澤的影響?

? 同種淀粉同列不同小寫字母表示數(shù)據(jù)間有顯著差異(P<0.05)。

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