施 帥,李志方,陳桃桃

(江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院,江蘇泰州 225300)

芋頭別名芋魁,俗稱芋艿,屬天南星科[1]。我國(guó)芋種資源豐富,約占世界總產(chǎn)量的18%,產(chǎn)地主要集中在江蘇、福建、廣西、廣東等地。江蘇泰州地區(qū)種植的芋頭品種主要有泰興香荷芋、靖江香沙芋和興化龍香芋。芋頭球莖因富含蛋白質(zhì)、碳水化合物等常量營(yíng)養(yǎng)素及維生素族、多酚等微量營(yíng)養(yǎng)素,所以具有清除自由基、增強(qiáng)人體免疫力等諸多生理功能[1]。但新鮮芋頭的含水量在60%～83%之間,貯藏過(guò)程中易發(fā)生霉變及發(fā)芽等腐爛變質(zhì),影響芋頭的感官和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì),很難實(shí)現(xiàn)常年供應(yīng),速凍技術(shù)的發(fā)展為解決這一問(wèn)題提供了有效的途徑,但是在儲(chǔ)存-運(yùn)輸-消費(fèi)等環(huán)節(jié)面臨無(wú)法保證恒定低溫,發(fā)生反復(fù)凍融,使產(chǎn)品品質(zhì)下降。芋頭塊莖含有大量淀粉,100 g芋頭中有70～80 g淀粉(以干基計(jì)算)[2],特別是淀粉顆粒加熱吸水、溶脹、崩解這三個(gè)過(guò)程可以形成具有粘性很高的糊狀溶液即淀粉糊。不同種類的淀粉糊在許多性質(zhì)方面存在差別,例如淀粉糊的透明度、溶解度和穩(wěn)定性等性質(zhì)[3]。由于天然淀粉具有結(jié)構(gòu)缺陷,致使其不能完全滿足食品工業(yè)的需求,多數(shù)情況下需經(jīng)改性處理,凍融變性是一種溫和且有效的淀粉物理改性方法[4]。有研究發(fā)現(xiàn)凍融處理會(huì)致使淀粉凝膠形成粗糙表面和蜂巢狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),淀粉凝膠經(jīng)反復(fù)凍融處理后會(huì)形成多孔狀結(jié)構(gòu)[5]。

目前反復(fù)凍融對(duì)品質(zhì)的影響相關(guān)研究主要集中在魚類和畜禽原料肉,如張崟等[6]、陳麗麗等[7]的研究均表明,隨著凍融次數(shù)的增加,魚肉的品質(zhì)下降;張帆[8]研究得出反復(fù)凍融對(duì)鴨肉品質(zhì)變化有顯著影響,TBA、總蛋白溶解度和肌肉結(jié)構(gòu)都會(huì)發(fā)生顯著變化。關(guān)于芋頭淀粉的凍融處理與其淀粉品質(zhì)關(guān)系的研究尚未見報(bào)道。因此,本文以泰州芋頭淀粉為研究對(duì)象,研究低溫凍融處理對(duì)泰州芋頭淀粉品質(zhì)特性的變化。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮興化龍香芋頭 興化農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場(chǎng);泰興香荷芋 泰興農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場(chǎng);靖江香沙芋 靖江農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場(chǎng),原料收集均為秋季;抗壞血酸 食品級(jí),河南瑞仁生物工程有限公司;氨水 分析純(AR),國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

S-43000型掃描電子顯微鏡(SEM) 日本HITACHI公司;FK-A組織搗碎機(jī) 江蘇金城國(guó)勝實(shí)驗(yàn)儀器廠;FTC-TMS-PRO質(zhì)構(gòu)儀 北京盈勝恒泰科技有限公司;TGL-16G高速臺(tái)式離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠;DSC200F3差示掃描量熱儀 德國(guó)耐馳儀器公司;101-2AB恒溫干燥箱 天津市泰斯特儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 芋頭淀粉制備 將組織狀態(tài)良好的三種市售泰州芋頭去皮洗凈后,切成5 mm左右的薄片,加入0.01‰抗壞血酸溶液中,料液比為1∶2于組織搗碎機(jī)中搗碎,至均勻、無(wú)塊狀顆粒,棄殘?jiān)?。此漿在0.03 mol/L氨水溶液中浸泡約2 h。然后將此勻漿過(guò)100目,重復(fù)三次,收集濾液,在40 ℃烘箱中烘干備用[9-10]。

1.2.2 反復(fù)凍融樣品制備 稱取一定量的三種泰州芋頭淀粉于離心管中,在芋頭淀粉與水比例為1∶1.5溶液中浸泡3 h。將浸泡后的樣品置于-30 ℃冰箱預(yù)凍30 min,后轉(zhuǎn)移至-18 ℃冷凍柜冷藏24 h,25 ℃解凍1 h,反復(fù)凍融0、5、10次。凍融處理結(jié)束后放入40 ℃烘箱,烘干48 h,密封保存[11]。

1.2.3 指標(biāo)的測(cè)定

1.2.3.1 芋頭淀粉部分化學(xué)成分測(cè)定 水分含量測(cè)定按照GB/T22427.2-2008《淀粉水分測(cè)定》。直鏈淀粉含量測(cè)定按照GB/T 15683-2008《大米直鏈淀粉含量的測(cè)定》。磷、鉀、鎂含量測(cè)定按照GB/T 50099.01-2003《食品中礦物質(zhì)的測(cè)定》。

1.2.3.2 掃描電子顯微鏡(SME)測(cè)定 將反復(fù)凍融樣品用導(dǎo)電膠均勻固定于直徑1.0 cm的樣品臺(tái)上,噴一層10～20 nm厚的鉑金膜,然后置于電子顯微鏡下觀測(cè),參數(shù)設(shè)定為:掃描電壓5.00 kV,電流64.0 μA[11]。

1.2.3.3 穩(wěn)定性的測(cè)定 稱取約10 g的凍融樣品,配成3%的溶液置于沸水浴中加熱20 min后冷卻至室溫,倒入預(yù)先已稱重的50 mL離心筒(重G0)內(nèi)30 mL左右,稱重G1。在3000 r/min離心20 min,去上清液稱重G2,計(jì)算析水率。析水率越低,即前后兩次析水率之間的差值越小,則樣品穩(wěn)定效果越好。公式如下:

1.2.3.4 芋頭淀粉質(zhì)構(gòu)的測(cè)定 10 g凍融樣品在室溫條件下使用FTC-TMS-PRO質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測(cè)定,采用直徑36 mm 的平底柱形探頭P/36,1000 N感應(yīng)器。測(cè)試條件確定如下:測(cè)前速率、測(cè)后速率與測(cè)試速率一致均為1.0 mm/s,壓縮程度40%;停留間隔2 s;每項(xiàng)測(cè)試重復(fù)2次。測(cè)定指標(biāo)包括硬度、黏性、彈性和咀嚼性。

1.2.3.5 糊化熱焓值測(cè)定 將凍融樣品加入相同水分,100 ℃糊化冷卻后,在相同條件下儲(chǔ)藏一定時(shí)間。通過(guò)DSC掃描測(cè)定各自樣品的老化程度。測(cè)定條件:掃描速率5 ℃/min;掃描區(qū)間25～100 ℃;裝樣量5～15 mg[12]。

圖2 泰興香荷芋-18～25 ℃凍融處理的電鏡圖(×800)Fig.2 Electron micrographs of Taixing xianghe taro starch after -18～25 ℃ freeze-thaw cycles(×800)

1.2.3.6 溶解度和膨潤(rùn)力的測(cè)定 準(zhǔn)備稱取凍融樣品配制成2%(w/w,以淀粉干基計(jì)),分別在50、60、70、80、90 ℃攪拌加熱30 min冷卻至室溫后3000 r/min離心15 min,取上清液倒入干燥皿中于105 ℃烘干至恒重,稱量后得被溶解淀粉質(zhì)量A,離心管沉淀物質(zhì)量為P,計(jì)算溶解度S和膨潤(rùn)力B,M為稱取的淀粉質(zhì)量,每個(gè)樣品做三次重復(fù),取平均值,計(jì)算數(shù)值[13]。

1.2.3.7 淀粉凝沉性的測(cè)定 稱取適量?jī)鋈跇悠酚谜麴s水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的淀粉糊,在沸水浴中攪拌加熱糊化20 min后冷卻至室溫,稱取一定的上述糊置于4 ℃的環(huán)境中24 h后取出,回溫至室溫,再置于離心機(jī)中離心(5000 r/min,15 min),以離心后上清液的質(zhì)量和稱取的糊的總質(zhì)量之比作為凝沉性。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

用Origin 8.0對(duì)所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖,SPSS 17.0分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),P<0.05認(rèn)為有顯著差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 芋頭淀粉部分化學(xué)成分測(cè)定

從表1可看出,三種芋頭淀粉以靖江香沙芋淀粉水分含量顯著高于其它兩個(gè)品種(P<0.05),興化龍香芋直鏈淀粉含量顯著高于其它兩個(gè)品種(P<0.05)。淀粉的含水量取決于淀粉的來(lái)源,芋頭淀粉的含水量比較低,可能是因?yàn)橛箢^淀粉分子中羥基集合的程度較高,能通過(guò)氫鍵與水分子結(jié)合的游離羥基數(shù)目較少,則水分含量相應(yīng)較低[3]。泰興香荷芋的常量元素磷和鎂含量顯著高于其它兩個(gè)品種(P<0.05),靖江香沙芋的鉀元素顯著高于其它兩個(gè)品種(P<0.05),這些元素維持體內(nèi)滲透壓,作為輔酶維持人的正常生理機(jī)能,這些元素在體內(nèi)的最終代謝產(chǎn)物呈堿性,故芋頭屬于堿性食品,能調(diào)節(jié)人體的酸堿平衡,對(duì)于胃酸過(guò)多癥具有較好的效果[2]。

表1 不同芋頭淀粉部分性質(zhì)分析Table 1 Some of quality parameters of different type of taro starch

2.2 凍融處理對(duì)芋頭淀粉顆粒形態(tài)的影響

從圖1～圖3可以看出,三種天然芋頭淀粉顆?？斩葱?隨著凍融次數(shù)的增加,引起顆粒微觀表面形態(tài)的改變,產(chǎn)生融漲現(xiàn)象,可能是反復(fù)凍融使淀粉顆粒內(nèi)外形成冰晶,破壞原來(lái)的微觀結(jié)構(gòu);隨著凍融次數(shù)的增加,冰晶越易聚集,產(chǎn)生更大的冰晶,導(dǎo)致淀粉顆粒發(fā)生更大的變性[14],由此可見淀粉顆粒形態(tài)的破壞程度隨著凍融次數(shù)的增加而增大。

圖1 興化龍香芋-18～25 ℃凍融處理的電鏡圖(×800)Fig.1 Electron micrographs of Xinghua longxiang taro starch after -18～25 ℃ freeze-thaw cycles(×800)注:a. 0次,b. 5次,c. 10次。圖2、圖3同。

圖3 靖江香沙芋-18～25 ℃凍融處理的電鏡圖(×800)Fig.3 Electron micrographs of Jingjiang xiangsha taro starch after -18～25 ℃ freeze-thaw cycles(×800)

2.3 凍融穩(wěn)定性的測(cè)定分析

由表2可以看出,三種芋頭淀粉品種隨凍融次數(shù)的增加,析水率逐步提高,凍融次數(shù)越多,其穩(wěn)定性越差。三種品種相比,凍融穩(wěn)定效果:靖江香沙芋>泰興香荷芋>興化龍香芋。凍融穩(wěn)定性與淀粉中直鏈淀粉含量有關(guān),直鏈淀粉易老化,其凍融性差。凍融穩(wěn)定性表現(xiàn)在前后兩次凍融后析水率之差的多少,差值越大,此樣品的穩(wěn)定性越差[15]。由此可見,興化龍香芋淀粉不適合用到冷凍食品中。

表2 不同芋頭淀粉凍融穩(wěn)定性Table 2 The freeze-thaw stabilization of three different type of taro starches

2.4 反復(fù)凍融對(duì)芋頭淀粉質(zhì)構(gòu)的分析

硬度越低、彈性越大，芋頭淀粉越松軟;黏性顯示粘牙程度,咀嚼性則顯示了嚼勁。由表3反復(fù)凍融對(duì)不同芋頭淀粉質(zhì)構(gòu)變化情況可知,凍融處理使硬度增加,但變化緩慢,最后硬度變化趨于穩(wěn)定;凍融處理使彈性呈上升趨勢(shì),最后平緩趨于穩(wěn)定,凍融處理使咀嚼性隨凍融次數(shù)緩慢變大之后趨于穩(wěn)定,黏性呈遞減變化。原因可能是反復(fù)凍融后一些聚合物的交聯(lián)作用被破壞,淀粉與蛋白質(zhì)之間的作用力下降,水分發(fā)生部分遷移散失,引起表面淀粉回生,從而導(dǎo)致硬度和咀嚼性等發(fā)生改變[16]。

表3 反復(fù)凍融對(duì)芋頭淀粉質(zhì)構(gòu)的影響Table 3 Effect of freeze-thaw cycles on the texture properties of taro starch

2.5 糊化熱焓值測(cè)定結(jié)果分析

表4可見,隨樣品凍融次數(shù)的增加,起始糊化溫度、峰值糊化溫度、終點(diǎn)糊化溫度均有所上升,可能是淀粉分子鏈遷移鏈間雙螺旋結(jié)構(gòu)的形成及其有序堆積進(jìn)而構(gòu)成結(jié)晶體,它既是一個(gè)熱力學(xué)過(guò)程,又是一個(gè)動(dòng)力學(xué)過(guò)程,是分子間有序排列的結(jié)果[14]。興化龍香芋的起始糊化溫度、峰值糊化溫度、終點(diǎn)糊化溫度比同等條件下的泰興香荷芋、靖江香沙芋高,可能是興化龍香芋的直鏈淀粉含量高。

表4 反復(fù)凍融對(duì)芋頭淀粉熱特性的影響Table 4 Effect of freeze-thaw cycles on the hermal properties of taro starch

2.6 反復(fù)凍融對(duì)芋頭淀粉溶解度和膨潤(rùn)力的測(cè)定

由表5可知,三種芋頭淀粉的溶解度隨著溫度的升高而增大;相同溫度下,不同品種芋頭淀粉的溶解度差異顯著(P<0.05)。在凍融次數(shù)相同情況下，當(dāng)溫度由50 ℃變化到90 ℃時(shí),溶解度最大的依次為靖江香沙芋、興化龍香芋、興化龍香芋、泰興香荷芋、興化龍香芋多次反復(fù)凍融作用下，水分子發(fā)生遷移導(dǎo)致淀粉分子發(fā)生一定程度聚集，會(huì)促進(jìn)淀粉分子重結(jié)晶，不利于溶解度的提升[17]。綜合來(lái)看,興化龍香芋在各個(gè)溫度下,其溶解度均優(yōu)于其它品種,在實(shí)際應(yīng)用中適合可沖調(diào)型芋頭產(chǎn)品的開發(fā)[18]。

表5 反復(fù)凍融對(duì)芋頭淀粉的溶解度Table 5 Effect of freeze-thaw cycles on the solubility of taro starch

由表6可知,三種芋頭淀粉的膨潤(rùn)力隨著溫度的升高而逐漸增大;隨著凍融次數(shù)的增加,每種芋頭淀粉的膨潤(rùn)力呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),主要原因可能是反復(fù)凍融對(duì)淀粉的破壞能力更強(qiáng)。在凍融次數(shù)相同情況下，比較相同溫度下,不同品種芋頭淀粉的膨潤(rùn)力差異明顯,當(dāng)溫度由50 ℃變化到90 ℃時(shí),膨潤(rùn)力最大的依次是靖江香沙芋、靖江香沙芋、泰興香荷芋、泰興香荷芋、靖江香沙芋;膨潤(rùn)力的大小與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的疏松度以及磷酸基團(tuán)的含量有關(guān),內(nèi)部結(jié)構(gòu)越疏松,磷酸基團(tuán)越多,其越容易吸水膨脹[19-20]。

表6 反復(fù)凍融對(duì)芋頭淀粉的膨潤(rùn)力Table 6 Effect of freeze-thaw cycles on the swelling powers of taro starch

2.7 反復(fù)凍融處理對(duì)芋頭淀粉凝沉性的影響

由表7可知,隨著凍融次數(shù)的增加,凝沉性呈下降的趨勢(shì)。泰興香荷芋從43.67%下降到25.10%,靖江香沙芋從42.62%下降到27.28%,興化龍香芋從41.43%下降到33.64%,說(shuō)明糊化的芋頭淀粉經(jīng)反復(fù)凍融后顆粒破損,使不易凝沉的支鏈淀粉游離,從而導(dǎo)致凝沉性降低。

表7 凍融對(duì)不同淀粉凝沉性的影響Table 7 Effect of freeze-thaw cycles on the retrogradation properties of taro starch

3 結(jié)論

通過(guò)研究?jī)鋈诖螖?shù)對(duì)顆粒形態(tài)、穩(wěn)定性、質(zhì)構(gòu)、老化、溶解度、膨潤(rùn)力和凝沉性的變化,多次反復(fù)凍融處理后三種芋頭淀粉顆粒微孔變大,破壞程度與凍融次數(shù)正相關(guān),凍融處理使硬度、彈性、咀嚼性增加,黏性呈遞減趨勢(shì),析水率逐漸提高,穩(wěn)定性變差。三種芋頭淀粉相比,興化龍香芋穩(wěn)定性最差,不適合用在冷凍食品中。通過(guò)探討低溫凍融過(guò)程中芋頭淀

粉凍融特性變化的規(guī)律,對(duì)解決凍融加工品質(zhì)劣變難題及開發(fā)功能性芋頭淀粉產(chǎn)品(如多孔芋頭淀粉凝膠)潛在應(yīng)用價(jià)值等方面均具有重要的實(shí)際意義。