金娃，陳威，李松原，趙凱

(哈爾濱商業(yè)大學(xué) 食品工程學(xué)院，哈爾濱 150028)

淀粉是一種天然存在的、生物可降解的且廉價(jià)的多糖分子[1]，其不僅可以作為原料，而且可以作為穩(wěn)定劑[2]、增稠劑[3]等添加劑應(yīng)用于食品調(diào)味品中[4]，但由于原淀粉的許多固有性質(zhì)(冷水不溶性，糊液在酸、熱、剪切作用下不穩(wěn)定)限制了淀粉的應(yīng)用，為解決這些問題，可以通過在淀粉中添加糖類物質(zhì)如葡萄糖、蔗糖[5]及海藻糖等改善淀粉的理化性質(zhì)，使其賦予更多優(yōu)良的應(yīng)用性能。

海藻糖是由兩個(gè)吡喃型葡萄糖單體通過α,α-1,1-糖苷鍵連接而成的雙糖，化學(xué)名稱為α-D-吡喃葡糖基-α-D-吡喃葡糖苷[6]。海藻糖作為天然糖類，呈白色晶體狀，具有防止淀粉變性的作用，性質(zhì)安全穩(wěn)定，可以在惡劣環(huán)境下對生物起到防護(hù)作用[7]，被美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)批準(zhǔn)為一般安全，在食品工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用[8]。本文選取海藻糖為研究對象，探究其對馬鈴薯淀粉、玉米淀粉、小麥淀粉性質(zhì)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果有助于深入理解海藻糖與淀粉的相互作用，拓展其在食品工業(yè)中的應(yīng)用范圍。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

玉米淀粉、小麥淀粉、馬鈴薯淀粉：市售；海藻糖、蔗糖：廣州億寶萊生物科技有限公司，以上試劑均為食品級。

1.2 主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備

DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 鄭州市亞榮儀器有限公司；TG16-WS臺(tái)式高速離心機(jī) 上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司；DHG-9203A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；BS224S分析天平 北京賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；HH-ZK4雙列四孔水浴鍋 鞏義市予華儀器有限公司；BCD-216SDN冰箱 青島海爾股份有限公司；722E分光光度計(jì) 上海光譜儀器有限公司；DSC4000差示掃描量熱儀 PerkinElmer公司。

1.3 方法

1.3.1 對海藻糖與淀粉共混體系透明度的測定

在淀粉中加入0%、1%、2%、3%、4%、5%、6%(W/W)的海藻糖制備成1%(W/V)的淀粉乳，在95 ℃水浴鍋中加熱30 min使之糊化，期間不停攪拌，并不時(shí)加入蒸餾水保持原體積，室溫下冷卻。以蒸餾水為空白，采用分光光度計(jì)在620 nm波長下測定透光率。

1.3.2 對海藻糖與淀粉共混體系凍融穩(wěn)定性的測定

參考1.3.1的方法制備淀粉乳，室溫冷卻，將冷卻后的淀粉乳倒入50 mL離心管中，并置于-18 ℃冰箱中24 h，在室溫下自然解凍4 h，以此為一個(gè)凍融循環(huán)，重復(fù)4次。每次解凍后采用3000 r/min離心20 min，棄上清液后稱重，按公式(1)計(jì)算析水率：

公式(1)

式中：m為沉淀物的質(zhì)量，g；M為離心前淀粉凝膠的質(zhì)量，g。

1.3.3 對海藻糖與淀粉共混體系凝沉性的測定

參考1.3.1的方法制備淀粉乳，室溫冷卻，分別倒入具塞試管中，每隔一段時(shí)間記錄上層清液和下層沉淀的體積，用上清液體積占淀粉糊總體積的百分比隨時(shí)間變化情況來表示淀粉糊的凝沉性質(zhì)。

1.3.4 對海藻糖與淀粉共混體系熱特性的測定

準(zhǔn)確稱取0.20～0.25 mg不同糖濃度的淀粉-海藻糖混合樣品置于DSC鋁坩堝中，按1∶2的比例加入蒸餾水，密封后室溫平衡3 h后進(jìn)行測定，溫度掃描范圍是20～100 ℃，加熱速率為10 ℃/min，測定糊化起始溫度(onset temperature，To)、糊化峰值溫度(peak temperature，Tp)、糊化終止溫度(conclusion temperature，Tc)以及糊化焓(gelatinization enthalpy，ΔHgel)。將測定后的樣品于4 ℃條件下儲(chǔ)存3 d，測定其老化焓(retrogradation enthalpy，ΔHret)。按公式(2)計(jì)算老化度(retrogradation degree，RD)。

公式(2)

式中：ΔHret為老化焓，J/g；ΔHgel為糊化焓，J/g。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 7.0與Excel 2012數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并使用Origin 8.5軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 海藻糖對3種淀粉透明度的影響

不同海藻糖添加量對3種淀粉透明度的影響結(jié)果見圖1。

圖1 海藻糖添加量對3種淀粉透明度的影響Fig.1 Effects of trehalose additive amount on the transparency of three kinds of starch

由圖1可知，隨著海藻糖添加量的增加，3種淀粉的透光率均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。淀粉透光率升高，可能是海藻糖與淀粉分子間形成的氫鍵代替空間結(jié)構(gòu)中所必需的水分子，使淀粉的分散程度增大，透光率增加。當(dāng)海藻糖添加量達(dá)到一定量時(shí)，海藻糖在淀粉體系中難以分散均勻，導(dǎo)致淀粉透光率下降。

2.2 海藻糖對3種淀粉凝沉性的影響

不同海藻糖添加量對3種淀粉凝沉性的影響結(jié)果見圖2。

圖2 海藻糖添加量對3種淀粉凝沉性的影響Fig.2 Effects of trehalose additive amount on the retrogradation property of three kinds of starch

由圖2可知，馬鈴薯淀粉的凝沉性最弱，與其他兩種淀粉相比，馬鈴薯淀粉的粘度最大且磷酸單酯含量高，磷酸酯鍵可以與淀粉支鏈結(jié)合，抑制分子聚合，從而使得淀粉糊不易凝沉[9]。

海藻糖的添加對淀粉凝沉具有一定的延緩效果，當(dāng)海藻糖添加量增加時(shí)，淀粉凝沉性逐漸減弱，淀粉凝沉性與淀粉的老化有一定關(guān)系，在充足的水分條件下，凝沉性強(qiáng)則淀粉老化程度高。當(dāng)含有多個(gè)羥基的海藻糖加入后，形成一種抗增塑作用，淀粉糊的水分活度降低，導(dǎo)致分子鏈遷移困難，抑制了淀粉分子的結(jié)晶重排和交聯(lián)纏繞，老化度降低，凝沉性降低。

2.3 海藻糖對3種淀粉凍融穩(wěn)定性的影響

不同海藻糖添加量對3種淀粉凍融穩(wěn)定性的影響結(jié)果見圖3。

圖3 海藻糖添加量對3種淀粉凍融穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effects of trehalose additive amount on the freeze-thaw stability of three kinds of starch注：a為馬鈴薯-海藻糖；b為玉米-海藻糖；c為小麥-海藻糖。

由圖3可知，隨著凍融次數(shù)的增加，析水率逐漸增大，馬鈴薯淀粉的析水率最低，其次是小麥淀粉，玉米淀粉的析水率最高，這與淀粉中磷酸單酯含量有關(guān)，磷酸酯鍵可與支鏈淀粉結(jié)合，抑制淀粉糊老化，從而降低析水率[10]。加入海藻糖后，淀粉析水率明顯下降，可能是由于海藻糖具有更低的水?dāng)U散系數(shù)和更高的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度[11]，易形成高度濃縮的高滲透壓溶液，抑制分子間結(jié)晶重排，減少凍結(jié)過程中冰晶對淀粉糊質(zhì)構(gòu)的損傷，降低了淀粉的老化程度與析水率，且海藻糖中的平伏羥基基團(tuán)與水分子結(jié)合，造成淀粉分子周圍的自由水含量相對下降，同樣會(huì)導(dǎo)致析水率降低。

2.4 海藻糖對3種淀粉熱焓特性的影響

不同海藻糖添加量對3種淀粉DSC特征值的影響結(jié)果見表1～表3。

表1 海藻糖對馬鈴薯淀粉糊化、老化特性的影響Table 1 Effects of trehalose on gelatinization and retrogradation properties of potato starch

表2 海藻糖對玉米淀粉糊化、老化特性的影響Table 2 Effects of trehalose on gelatinization and retrogradation properties of corn starch

表3 海藻糖對小麥淀粉糊化、老化特性的影響Table 3 Effects of trehalose on gelatinization and retrogradation properties of wheat starch

由表1～表3可知，3種淀粉在加入海藻糖后，To～Tc縮短，To～Tc越小，表明淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。這可能是因?yàn)楹Ｔ逄侵械钠椒u基可以和相鄰的水分子相互作用形成氫鍵，阻礙水分子的運(yùn)動(dòng)，只有借助更高的溫度才可以破壞這種結(jié)合力，從而導(dǎo)致淀粉糊化溫度升高[12]。ΔH的降低反映部分淀粉晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的減弱和雙螺旋結(jié)構(gòu)的消失[13-14]，海藻糖的添加使得單位重量樣品中雙螺旋結(jié)構(gòu)數(shù)量減少和親水性糖的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(qiáng)度減弱，因此ΔH隨著海藻糖的添加而呈下降趨勢。

另外，海藻糖的加入使水分子自由度下降，水分子對淀粉顆粒及其氫鍵的破壞作用減弱，3種淀粉在加入不同添加量的海藻糖后，老化焓均有所減小，隨著時(shí)間的延長，淀粉的老化程度受到明顯的抑制。可能是由于糖分子較淀粉分子擁有較多的羥基數(shù)目，更易通過氫鍵與淀粉分子結(jié)合，阻礙淀粉分子間微晶束的形成，延緩淀粉的老化，使回生率降低。另外，海藻糖使共混體系持水性增強(qiáng)，影響水分遷移，不利于支鏈淀粉重結(jié)晶，抑制淀粉分子鏈重新結(jié)合形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，從而延緩淀粉的老化[15]。

3 結(jié)論

隨著海藻糖添加量的增加，淀粉的凝沉性、老化度降低，透明度、凍融穩(wěn)定性提高，且時(shí)間越長，效果越明顯，由于海藻糖具有良好的持水性，可以降低體系內(nèi)的水分活度，阻礙淀粉重結(jié)晶，延緩淀粉老化；海藻糖的添加使3種淀粉的糊化溫度提高，由于海藻糖耐高溫，且海藻糖分子的平伏羥基可以和淀粉相互作用并形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，阻礙水分子的運(yùn)動(dòng)，在一定程度上提高了淀粉的糊化溫度。