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(1.賀州學院廣西果蔬保鮮和深加工研究人才小高地,廣西賀州 542899;2.賀州學院食品科學與工程技術研究院,廣西賀州 542899;3.賀州學院食品與生物工程學院,廣西賀州 542899;4.賀州學院材料與環(huán)境工程學院,廣西賀州 542899)

蓮藕(NelumbonuciferaGaertn)為睡蓮科多年生植物[1],中國栽培史有3000多年,國內種植蓮藕的較為廣泛。蓮藕的淀粉是主要營養(yǎng)成分,含量達10%～20%[2-3]。我國蓮藕資源豐富,蓮藕經加工制成淀粉,可作為食品加工業(yè)重要的原輔料,具有較大的資源優(yōu)勢和發(fā)展前景。

國內外有關蓮藕淀粉的研究也有一定報道,田翠華等集中對蓮藕淀粉的晶體[4]、顆粒[5]、老化[6-7]、糊化[8]等特性進行研究,宋哲[9]對不同時期蓮藕淀粉精細結構、消化性與水分子運動性進行了研究,錢文文等[10]對不同品種蓮藕淀粉的顆粒形態(tài)及流變特性研究,劉敏等為考察親水性膠體對淀粉性質的影響,研究不同添加量的黃原膠[11]、魔芋膠[12]分別對復配后蓮藕淀粉的糊化、流變、質構特性及微觀結構的變化,陳巧莉等[13]探究高靜壓對蓮藕淀粉理化特性的影響,涂靜等[14]應用近紅外光譜技術無損檢測蓮藕的淀粉含量,鄧青等[15]以蓮藕淀粉為原料,烹煮、質構、感官為指標,考察了蓮藕淀粉對粉絲品質的影響,李西騰等[16]作了酶法制備蓮藕抗性淀粉工藝的研究。目前針對不同干燥方式對蓮藕淀粉特性差異比較的研究尚未見報道。

本文以熱風干燥、微波干燥、紅外干燥和真空微波干燥四種干燥方式處理蓮藕淀粉,并對蓮藕淀粉干燥處理時間及顆粒形貌、結晶類型、色澤、粘度、凍融性、透明度、凝沉性等特性進行比較,為蓮藕淀粉及淀粉制品的加工提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

秋季新鮮蓮藕 購于賀州市農貿市場,選擇個體完整、大小均勻、無機械損傷蓮藕;碘 分析純,天津市福晨化學試劑廠;二甲基亞砜 分析純，廣東光華化學廠有限公司。

GYB60-6型高壓均質機 上海東華高壓均質機廠;G80D20CN1P-D2(S0)型微波爐 廣東格蘭仕微波爐電器制造有限公司;TYPE WBZ-10型智能化靜態(tài)微波真空干燥機 貴陽新奇微波工業(yè)有限公司;DH411C型精密恒溫箱 日本雅馬拓公司;WS70-1型遠紅外快速干燥器 紹興市滬越科學實驗儀器廠;QUANTAF250掃描電子顯微鏡(SEM) 美國FEI公司;DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 鞏義市予華儀器有限責任公司;NDJ-8s數字顯示粘度計 邦西儀器科技(上海)有限公司;XRD-6000型X射線衍射儀 島津國際貿易(上海)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料預處理 新鮮蓮藕清洗去皮,切塊,蓮藕塊和水按1∶2的比例加入破壁料理機中打漿;將蓮藕漿加入均質機的漏斗容器,設置額定壓力40 Mpa,均質時間20 min;勻漿后反復加水過濾進行漿渣分離,濾液靜置去除上清液,得沉淀的濕淀粉(濕基含水率40%±0.5%)進行4 ℃冷藏。

1.2.2 淀粉干燥 每次稱取200 g濕淀粉在不同干燥方式下進行干燥,各干燥方式的干燥條件根據預實驗的基礎上確定。

熱風干燥:濕淀粉平鋪在玻璃器皿,置于恒溫箱,熱風溫度55 ℃。

微波干燥:濕淀粉平鋪在玻璃器皿,放置微波爐腔體,設微波功率210 W。

真空微波干燥:濕淀粉平鋪在玻璃器皿,放入微波真空干燥機腔體內,設真空度0.09 MPa、微波功率500 W。

紅外干燥:濕淀粉平鋪在玻璃器皿,置于遠紅外快速干燥器,功率500 W。

經過干燥后物料通過水分測定儀測定其水分含量,水分含量控制在安全水分含量內,為10.8%±0.05%,干品通過萬能粉碎機粉碎,密封袋包裝,成品。

1.2.3 水分的測定 按照GB 5009.3-2010《食品安全國家標準食品中水分的測定》進行。

1.2.4 淀粉亮度的測定 采用色差計進行測定,L*值(lightness),在0～100之間變化,L*=0表示黑色,L*=100表示白色。

1.2.5 顆粒形貌掃描 采用掃描電子顯微鏡對樣品進行掃描觀察。二次電子分辨率:3.0 nm(30 kV,高真空模式)。用雙面膠將樣品固定在金屬樣品臺上,然后在真空條件下進行噴金處理后,置于掃描電子顯微鏡(SEM)中,淀粉顆粒形貌圖像放大倍數為2000。

1.2.6 X-射線衍射掃描 采用XRD-6000型X射線衍射儀,步長掃描法,進行淀粉晶體的X射線衍射分析。操作條件如下:起始角2θ=5°,終止角2θ=80°,步長0.05°,掃描速度4°/min,積分時間2 s,靶型Cu,管流30 mA,管壓40 kV。

1.2.7 粘度的測定 稱取干淀粉12.0 g,倒入三角瓶中,用蒸餾水配制6%的淀粉溶液,將三角瓶放置恒溫水浴振蕩器中,振蕩均勻。當溶液溫度升至95 ℃開始計時,保溫30 min后,采用粘度計測定淀粉溶液的粘度,記錄下粘度值。淀粉溶液保持恒溫待用,每保溫30 min測定一次粘度,保溫終止時間為180 min。

1.2.8 凝沉性的測定 準確稱取1.00 g干淀粉配成1%的淀粉-水懸浮液,置于水浴溫度95 ℃水浴鍋,攪拌糊化30 min,冷卻至室溫,置于100 mL量筒中,搖勻靜置,觀察糊液在室溫下靜置45 h后的分層變化情況,記錄5、10、20、25、30、35、40、45 h時上層清液體積,按下式計算清液體積比:

式(1)

式中:V-清液體積比,%;V1-上清液的體積,mL。

1.2.9 凍融穩(wěn)定性的測定 參照文獻[17]的方法,稱取2.4 g干淀粉加入40 mL水,配制6%的淀粉乳,置于10 mL離心管中,稱重后置于沸水浴加熱糊化至透明;將其冷卻至室溫后,放入-20 ℃冰箱中保存24 h,取出室溫解凍,以3000 r/min離心20 min,去除外部水分并稱重。析水率c按式(2)計算。

式(2)

式中:c-析水率,%;m1-淀粉糊質量,g;m2-離心管中沉淀物質量,g。

1.2.10 淀粉糊透明度的測定 準確稱取1.00 g干淀粉,加入蒸餾水,制成1%淀粉溶液,置于磁力攪拌器上,設置溫度85 ℃,轉速500 r/min,攪拌糊化30 min;淀粉糊冷卻至室溫,用分光光度計掃描,在波長620 nm 處測定淀粉糊的透光率,放置24 h,再重新測定一次。

1.3 數據處理

試驗數據采用Excel 2010、Origin 7.5、SPSS 19.0軟件進行圖表繪制和數值分析。

2 結果與分析

2.1 不同干燥方式對蓮藕淀粉干燥時間及淀粉亮度的影響

色澤的亮度是評價淀粉干制品品質的一個重要指標,L*值是用來表示亮度的指標,L*值越大,表示樣品越亮越白,它能較好地反映干燥產品的顏色改變[18]。

圖1 不同干燥方式蓮藕淀粉的干燥時間及亮度Fig.1 Drying time and brightness of lotus root starch in different drying methods

2.2 蓮藕淀粉的形貌分析

采用掃描電子顯微鏡分析四種不同干燥方式對蓮藕淀粉微觀結構影響如圖2所示。

由圖2可見,在熱風干燥條件下,部分蓮藕淀粉顆粒表面較粗糙,有明顯的凹坑,顆粒間有團聚和裂縫;紅外干燥的淀粉,顆粒表面非常粗糙,顆粒結塊團聚嚴重,外觀品質差;這兩種干燥的淀粉顆粒形狀較不規(guī)則。微波干燥的淀粉,顆粒表面較粗糙,未見裂縫;真空微波干燥的淀粉沒發(fā)生糊化和熔融,顆粒較完整,輪廓清晰,表面光滑,極少數顆粒表面有輕微的凹坑。微波干燥和真空微波干燥的淀粉顆粒形狀較規(guī)律,大顆粒整體結構為橢球型,小顆粒為球形。圖2c真空微波干燥的淀粉,相對圖2a、圖2b、圖2d干燥的淀粉,能很好地保持淀粉顆粒的結構特性。原因是真空微波干燥過程,一方面在真空系統(tǒng)中,物料處于負壓狀態(tài)下,隔絕空氣使得在干燥過程中容易發(fā)生氧化等化學變化的物料能更好地保持原有的特性[19],顆粒形貌的損壞減少;另一方面微波干燥由內向外的獨特加熱方式,水分蒸發(fā)快,時間短,顆粒間團聚少,顆粒受損極小[20]。因此,在真空與微波干燥共同條件與優(yōu)勢下處理淀粉,淀粉顆粒形貌更好。

圖2 蓮藕淀粉顆粒的掃描電鏡圖(2000×)Fig.2 SEM of lotus root starch(2000×)

2.3 蓮藕淀粉的晶體類型分析

淀粉的晶體類型反映了淀粉產品的性能及用途,X-衍射是研究晶體特性的最直接和最有效的方法[7]。圖3為熱風干燥、微波干燥、真空微波干燥和紅外干燥蓮藕淀粉的X-射線衍射圖譜。

圖3 蓮藕淀粉的X-射線衍射圖譜Fig.3 X-ray diffraction patterns of lotus root starch

由圖3可看出,這四種不同干燥的淀粉分別在2θ為5.6°、15.05°、17.08°和23.16°附近有明顯吸收峰,為B型圖譜,其呈現(xiàn)尖銳峰衍生射特征,為典型的結晶結構;而其他區(qū)域則表現(xiàn)為彌散峰衍射特征,是亞結晶和非晶結構。這與田翠華研究結果[2]的基本一致,蓮藕淀粉晶型均為B型結構。其次,不同干燥方法的蓮藕淀粉各自的衍射峰高和峰寬基本沒有變化,說明干燥方法的并不能使淀粉顆粒其晶粒大小發(fā)生改變。

2.4 淀粉粘度變化分析

淀粉的粘度也反應了淀粉類產品的性能及用途,淀粉粘度的研究在現(xiàn)代淀粉類產品生產中有重要意義。由圖4可知,淀粉粘度在95 ℃恒溫下保溫180 min,隨著時間延長粘度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。在保溫90 min,紅外干燥淀粉的淀粉糊粘度值最大,而其他干燥方式的淀粉糊在保溫60 min,其粘度值最大;當保溫180 min時,各淀粉糊的粘度值降低到最低,其中真空微波干燥淀粉的粘度值為7260 mPa·s,較其他三種干燥方式的低。原因是淀粉糊保溫前期,淀粉顆粒吸水膨脹后互相碰撞、摩擦和擠壓,淀粉分子之間的締合程度不斷增大,分子間的氫鍵結合更緊密,分子中的微晶束變大,抗剪切和抗斷能力增強,粘度值增大[20];當粘度達到最大值時,隨著保時間的延長,淀粉繼續(xù)吸水膨脹,淀粉糊的體積增大,也致使每個分子平均占用的體積增大,內部分子因分子間的相互作用減弱,造成粘度降低[21]。粘度較小的淀粉應用廣泛,常用于工業(yè)與食品中作稠化劑、營養(yǎng)強化劑等。

圖4 干燥方法對蓮藕淀粉粘度變化的影響Fig.4 Effect of different drying methods on viscosity change of lotus root starch

2.5 淀粉的凝沉穩(wěn)定性分析

蓮藕淀粉糊在靜置存放過程中會產生凝聚和沉淀現(xiàn)象。由圖5可知,隨著淀粉糊存放時間的延長,蓮藕淀粉糊析出的清液體積比均逐漸增加,存放40 h后基本達到穩(wěn)定狀態(tài)。蓮藕淀粉的清液體積比較高的是微波干燥的(68.0%),真空微波干燥的(67.8%)與其的較接近;紅外干燥的(65.0%)較低,熱風干燥的(63.8%)最低。清液體積比較大,則沉降積較小,表明淀粉潤濕性、分散性和流動性較好[22],交聯(lián)度較好[23-24]。因此,微波干燥和真空微波干燥的蓮藕淀粉的凝沉穩(wěn)定性、分散性和流動性比紅外干燥和熱風干燥的更好。

圖5 蓮藕淀粉的凝沉性Fig.5 Retrogradation of lotus root starch

2.6 淀粉凍融穩(wěn)定性分析

研究淀粉凍融穩(wěn)定性有助于進一步了解淀粉分子內部結構,推動了淀粉產品工業(yè)化生產條件的優(yōu)化[25]。淀粉的凍融穩(wěn)定性通過析水率大小來反映,析水率越小,凍融穩(wěn)定性越好,反之越差[26]。

由圖6可知,紅外干燥的蓮藕淀粉析水率(60.2%)最大,熱風干燥的(52.4%)次之;微波干燥的(43.2%)最小,說明紅外干燥的蓮藕淀粉較其他干燥方式的凍融穩(wěn)定性差,而微波干燥的凍融穩(wěn)定性較好。原因微波干燥的過程中,顆粒內部無定形區(qū)的直鏈與直鏈、直鏈與支鏈間的互相作用增大,在無定形區(qū)內斷裂的直鏈淀粉比原粉少[27],且熱效應產生直鏈淀粉進一步促使此作用力的増強,因此微波干燥后蓮藕淀粉的析水率比其他樣品小;其次,研究表明,微波干燥能夠使淀粉顆粒的部分支鏈斷裂,降低了支鏈淀粉和中間級分含量,直鏈淀粉含量升高[18,28]。圖6中,真空微波干燥的(43.8%)淀粉析水率,與微波燥的無顯著性差異,兩種干燥方式的淀粉凍融穩(wěn)定性都較好,另外,說明真空微波干燥的淀粉其直鏈淀粉含量與微波干燥的含量相當。

圖6 干燥方法對蓮藕淀粉凍融穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effects of different drying methods on freeze-thaw stability of lotus root starch

2.7 淀粉糊透明度分析

透明度是淀粉糊的外在表現(xiàn)形式,影響到淀粉類產品的感官評價及消費者和市場的接受性[29],研究淀粉的透明度具有必要性。淀粉糊的透光率可以判斷比較透明度,透光率越大,透明度越高,反之透明度越小,則直鏈淀粉含量越高[30]。

表1為不同干燥淀粉的透明度及24 h后變化的透明度。由表1可知,紅外干燥蓮藕淀粉的淀粉糊透光率和變化率較高,則其透明度較高;真空微波干燥的淀粉其淀粉糊透光率、變化率較低,則其透明度較低,直鏈淀粉含量較高。原因是高含量直鏈淀粉的分子在水溶液中流動半徑大,造成溶液的空間位阻大[31],分子分散均勻,光線通過淀粉糊時可產生較多的反射和散射,透明度較低,流動性和分散性好[20]。因此,真空微波干燥蓮藕淀粉的透明度低,流動性與分子分散較好,較適合用作護色劑、抗結劑等。

表1 蓮藕淀粉糊的透明度(%)Table 1 Diaphaneity of lotus root starch paste(%)

3 結論

熱風干燥、微波干燥、真空微波干燥和紅外干燥四種不同干燥方式處理的蓮藕淀粉X-射線衍射圖譜一致,晶體類型均為B型結構。四種干燥方式處理淀粉時,真空微波干燥時間與微波干燥相比長4 min,與干燥時間最長的熱風干燥用時相比縮短40 min;真空微波干燥的的淀粉亮度(91.8)最高,色澤自然,淀粉顆粒較完整,無團聚,輪廓清晰,表面光滑,外觀最好,淀粉析水率較低,凍融穩(wěn)定性較好;真空微波干燥淀粉的粘度值7260 mPa·s,透光率25.6%,透光率變化率3.9%,其粘度和透明度較其他三種干燥方式的低。

綜合比較,蓮藕淀粉干燥耗時、淀粉外觀形貌及性能,真空微波干燥方式優(yōu)于其他三種方式。