張 晶，張美莉

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 呼和浩特 010018）

燕麥淀粉位于燕麥籽粒的胚乳中，被β-葡聚糖和含蛋白質(zhì)的麩皮包圍，燕麥淀粉與β-葡聚糖的相互作用是燕麥面團(tuán)形成的前提[1]。燕麥淀粉含量約為50%～65%，顆粒較小，比其它淀粉更易糊化[2-3]。淀粉的性質(zhì)直接影響淀粉原料食品的品質(zhì)、加工性能、保鮮期以及淀粉的商業(yè)應(yīng)用價(jià)值[4-5]。原淀粉存在不溶于冷水、易老化、抗剪切能力差等缺點(diǎn)，直接影響淀粉的加工應(yīng)用[6]。淀粉的老化會(huì)影響食品的感官品質(zhì)和貨架期，一般通過添加乳化劑、食品膠、糖類等抑制淀粉的老化[7]。采用復(fù)配的方法，可以克服原淀粉本身的缺點(diǎn)，并改善淀粉的加工性能和應(yīng)用范圍。加工性能與凝膠特性、流變特性、老化特性等密切相關(guān)，因此研究復(fù)配體系的這些特性極為重要。

燕麥β-葡聚糖是由β-D-吡喃葡萄糖通過糖苷鍵連接而成的一種線性無支鏈、水溶性非淀粉類黏多糖，含量約為3%～9%，具有增稠、膠凝等加工特性，以及降血脂、降血糖、調(diào)節(jié)腸道菌群等生理功能，此外，β-葡聚糖在人體的消化道中沒有營養(yǎng)功能，因此沒有熱量[8-10]。國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了淀粉與膠體復(fù)配的相關(guān)研究，如Banchathanakij 等[11]研究發(fā)現(xiàn)，β-葡聚糖的添加導(dǎo)致大米淀粉在4 ℃下儲(chǔ)存后起始溫度、峰值溫度、終止溫度和老化焓值顯著降低，回生度增加。李淵等[12]研究了不同添加量的大麥β-葡聚糖對(duì)小麥淀粉糊化性質(zhì)和流變學(xué)性質(zhì)的影響，結(jié)果表明大麥β-葡聚糖的添加使得小麥粉糊化過程的峰值黏度、谷值黏度、崩解值和終值黏度均呈現(xiàn)增大的趨勢，回生值有所降低。張丹丹等[13]研究發(fā)現(xiàn)皂莢糖膠的加入使玉米淀粉凝膠更加柔軟，硬度降低，在一定程度上抑制玉米淀粉的短期老化。Yang 等[14]通過差示掃描量熱法（Differential scanning calorimetry，DSC）和低場核磁共振等手段，研究了亞麻籽膠對(duì)玉米淀粉老化的影響，結(jié)果表明亞麻籽膠的添加使淀粉的老化焓值降低，抑制老化的效果明顯。糖類對(duì)淀粉性質(zhì)的影響與糖的類型、來源等密切相關(guān)。還有很多學(xué)者研究了黃原膠、魔芋葡甘聚糖、亞麻籽膠、葡萄糖、蔗糖、殼聚糖、海藻糖等的添加對(duì)大米淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉等理化性質(zhì)、糊化、老化及流變特性等的影響[15-16]。

利用β-葡聚糖與淀粉之間的相互作用，改變淀粉組織結(jié)構(gòu)，改善淀粉的加工性能，抑制淀粉的老化，對(duì)燕麥淀粉在食品加工中的應(yīng)用具有重要意義。本研究以燕麥淀粉為原料，探討不同β-葡聚糖添加量對(duì)燕麥淀粉微觀結(jié)構(gòu)、質(zhì)構(gòu)特性、熱特性、流變學(xué)特性及老化的影響，為燕麥淀粉/β-葡聚糖復(fù)配體系在食品加工中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

燕麥籽粒，北京西貝餐飲集團(tuán)股份有限公司提供；燕麥淀粉，蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院糧油及植物蛋白加工研究室自制（淀粉90.85%，蛋白質(zhì)0.18%，脂肪0.98%，灰分0.96%）；β-葡聚糖，廣州諾然生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

傅里葉紅外光譜儀、RS6000 哈克流變儀，美國賽默飛公司；TM4000 電子掃描顯微鏡，日本株式會(huì)社；TA-XT2i 質(zhì)構(gòu)儀，英國SMS 公司；Discovery 25 差示掃描量熱儀，美國TA 儀器公司；FDVE 淀粉糊化粘度測量儀，上海尼潤智能科技有限公司；BT-2002 激光粒度分析儀，丹東百特科技有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 燕麥淀粉/β-葡聚糖復(fù)配體系的配制 β-葡聚糖按0%，5%，10%，15%，20%的量（以淀粉質(zhì)量計(jì)）與燕麥淀粉混合，并參照Banchathanakij等[11]的方法，配制成15 g/100 mL 的混合液：將一定量的β-葡聚糖加入蒸餾水中，攪拌15 min 后于80 ℃加熱10 min，快速冷卻至室溫，將燕麥淀粉加入β-葡聚糖溶液中，室溫?cái)嚢?5 min，避免結(jié)塊，真空冷凍干燥后備用。

1.3.2 顆粒結(jié)構(gòu)的觀察 將復(fù)配體系配制成質(zhì)量濃度為8 g/100 mL 的懸浮液，攪拌均勻后沸水浴加熱糊化20 min，糊化后的樣品在培養(yǎng)基均勻涂膜，冷凍干燥；冷凍干燥后的樣品粘于導(dǎo)電膠上，鍍金后，放入掃描電子顯微鏡中觀察，加速電壓為15 kV。

1.3.3 粒度分布的測定 參照Yang 等[9]的方法，測定復(fù)配體系顆粒粒度范圍，平行3 次，結(jié)果取平均值。淀粉顆粒折射率：1.53，分散劑折射率：1.33。

1.3.4 紅外光譜掃描 為了消除水分子對(duì)吸收峰的干擾，將樣品和溴化鉀粉末置于105 ℃烘干3～4 h。準(zhǔn)確稱取1.5 mg 樣品及150 mg 溴化鉀粉末，置于瑪瑙研缽中研磨，壓片并抽真空，將樣品薄片放入樣品架上掃描，掃描波數(shù)為400～4 000 cm-1，分辨率4 cm-1，掃描次數(shù)64 次，繪制紅外光譜圖。

1.3.5 凝膠質(zhì)構(gòu)特性的測定 參照張晶等[17]的方法，測定復(fù)配體系凝膠硬度、彈性、黏聚性、膠著度、咀嚼度和回復(fù)性，每個(gè)樣品重復(fù)測定3 次。

1.3.6 糊化特性的測定 利用快速粘度測定儀測定復(fù)配體系的糊化特性，測定參數(shù)包括峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、崩解值和回生值，每個(gè)樣品重復(fù)測定3 次。

1.3.7 熱特性的測定 稱取3.0 mg 樣品置于鋁質(zhì)坩堝內(nèi)，加入9 μL 去離子水，密封壓蓋。空鋁質(zhì)坩堝為對(duì)照，掃描溫度從40 ℃到200 ℃，溫度上升速率為10 ℃/min。

1.3.8 流變學(xué)特性的測定 參照張晶等[17]的方法，采用振蕩模式測定復(fù)配體系凝膠儲(chǔ)能模量（G'）、損耗模量（G''）隨頻率的變化，頻率掃描范圍為1～10 Hz；采用穩(wěn)態(tài)模式測定淀粉凝膠剪切應(yīng)力隨剪切速率從0 s-1增到300 s-1，再從300 s-1降到0 s-1過程中的變化。

1.3.9 老化焓的測定 將燕麥淀粉、β-葡聚糖添加量為10%的復(fù)配體系配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的懸浮液，在沸水中糊化30 min，將糊化后的樣品分別放在4 ℃和25 ℃貯藏，分別在第0，1，3，5，7，14，21，35 天取樣。利用差示掃描量熱儀測定樣品的老化焓。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

使用Excel 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，Origin 2017 軟件作圖，SPSS 20.0 進(jìn)行ANOVA 差異性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 β-葡聚糖對(duì)燕麥淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的影響

從圖中可以看出燕麥淀粉糊化后凝膠體系結(jié)構(gòu)松散，分布不均勻、不連續(xù)，存在大量的孔洞和凹陷（圖1a）；加入β-葡聚糖后，體系孔洞數(shù)量減少，形成均勻、光滑、連續(xù)的結(jié)構(gòu)。據(jù)報(bào)道，孔洞表征凍干前凝膠結(jié)構(gòu)中水的位置，β-葡聚糖與淀粉競爭水分，導(dǎo)致浸入淀粉顆粒內(nèi)部的水分變少，孔洞數(shù)量減少[18]。隨著β-葡聚糖添加量的增多，網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)數(shù)量增多，可以明顯的看到致密的、類蜂窩狀結(jié)構(gòu)及相互交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（圖1c～e），說明β-葡聚糖填充在燕麥淀粉之間，與淀粉分子相互作用，形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，體系穩(wěn)定性提高。當(dāng)β-葡聚糖添加量為10%時(shí)，復(fù)配體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)孔壁較厚，表明纏結(jié)力最強(qiáng)；當(dāng)添加量為15%和20%時(shí)，孔壁變薄，這是由于添加量增大，淀粉相對(duì)含量降低，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)疏散。微觀結(jié)構(gòu)的顯著變化必然會(huì)導(dǎo)致復(fù)配體系凝膠特性的變化，下文進(jìn)一步對(duì)復(fù)配體系凝膠特性的變化進(jìn)行描述。

圖1 燕麥淀粉/β-葡聚糖復(fù)配體系SEM 圖Fig.1 Scanning electron micrographs of oat starch and β-glucan mixtures

2.2 β-葡聚糖的添加對(duì)燕麥淀粉粒度分布的影響

添加不同含量β-葡聚糖后，燕麥淀粉/β-葡聚糖復(fù)配體系顆粒粒徑大小和分布見表1，圖2為復(fù)配體系粒度體積分?jǐn)?shù)分布圖。

從圖2和表1中可以看出，燕麥淀粉顆粒體積平均粒徑為10.35 μm，粒徑范圍為1.46～26.68 μm，粒徑小于9.75 μm 的顆粒占總顆粒的50%，其顆粒體積分布圖為單峰曲線，峰值出現(xiàn)在10 μm 附近。隨著β-葡聚糖添加量的增加，復(fù)配體系顆粒粒徑減小，體積分布圖向左移動(dòng)，峰型變窄。添加量5%和10%之間的粒徑分布無差異，說明β-葡聚糖剛性較大，在混合過程中容易破裂。此外，β-葡聚糖易溶于水，添加量越多，淀粉濃度相對(duì)越小，復(fù)配體系粒徑越小。汪磊[10]報(bào)道稱隨著β-葡聚糖添加量的增加，混合粉平均粒徑減小，但差異性不顯著，與本研究結(jié)果一致。

表1 燕麥淀粉/β-葡聚糖復(fù)配體系的粒徑分布Table 1 Particle size distribution of oat starch and β-glucan mixtures

圖2 燕麥淀粉/β-葡聚糖復(fù)配體系顆粒粒徑體積分布圖Fig.2 Particle size and volume distribution of oat starch and β-glucan mixtures

2.3 β-葡聚糖的添加對(duì)燕麥淀粉紅外光譜的影響

傅里葉變換紅外光譜技術(shù)常用于分析分子結(jié)構(gòu)的短程有序性，對(duì)分子鏈構(gòu)象及雙螺旋結(jié)構(gòu)的改變十分敏感[19]。紅外光譜圖中，波數(shù)1 045 cm-1附近的吸收峰與淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)有關(guān)，1 022 cm-1附近的吸收峰與非結(jié)晶結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此1 045 cm-1與1 022 cm-1的吸收峰峰值強(qiáng)度的比值R1045/1022可用于表征樣品的短程有序結(jié)構(gòu)；R955/1022值可以反映淀粉顆粒內(nèi)部雙螺旋結(jié)構(gòu)的變化[20-21]。復(fù)配體系紅外光譜圖經(jīng)歸一化處理后見圖3。

圖3 復(fù)配體系紅外光譜圖Fig.3 Infrared spectrum of mixtures

復(fù)配體系與燕麥淀粉相比，沒有形成新的特征峰，說明添加β-葡聚糖后，復(fù)配體系并未形成新的基團(tuán)，主要還是通過氫鍵作用形成三維凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[22]。復(fù)配體系在3 700～3 100 cm-1處形成一個(gè)寬峰，是大分子物質(zhì)間典型的羥基締合峰。添加β-葡聚糖后，波譜帶3 415 cm-1處的O-H 拉伸峰變寬，說明淀粉和β-葡聚糖間存在著氫鍵相互作用。

表2為復(fù)配體系R1045/1022與R955/1022值。從表中可以看出，當(dāng)β-葡聚糖添加量為10%時(shí)，R1045/1022與R955/1022值較高，有序程度和雙螺旋結(jié)構(gòu)增多，推測此時(shí)β-葡聚糖對(duì)燕麥淀粉晶體結(jié)構(gòu)起到保護(hù)作用。

表2 燕麥淀粉/β-葡聚糖復(fù)配體系R1045/1022 與R955/1022 值Table 2 R1045/1022 and R955/1022 value of oat starch/β-glucan mixtures

2.4 β-葡聚糖對(duì)燕麥淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)特性不僅與食品的口感、質(zhì)地密切相關(guān)，凝膠在貯藏過程中硬度的變化還與淀粉的老化程度相關(guān)。添加不同含量β-葡聚糖后，燕麥淀粉/β-葡聚糖復(fù)配體系凝膠質(zhì)構(gòu)參數(shù)測定結(jié)果見表3。

表3 燕麥淀粉/β-葡聚糖凝膠質(zhì)構(gòu)參數(shù)Table 3 Gel texture parameters of oat starch and β-glucan mixtures

從表3中可以看出，β-葡聚糖添加后，復(fù)配體系凝膠的硬度、膠著度和咀嚼度顯著降低，彈性、回復(fù)性增加，但不同添加量之間回復(fù)性差異不顯著。凝膠的硬度是淀粉回生的直接結(jié)果，這與淀粉分子的重結(jié)晶有關(guān)，直鏈淀粉含量越高，分子間重排程度越高，硬度越大[23]。β-葡聚糖的添加阻礙了直鏈淀粉分子聚集重排，削弱了直鏈淀粉分子間的作用力，使復(fù)配體系凝膠質(zhì)地更為柔軟。此外，部分淀粉被β-葡聚糖取代，混合體系內(nèi)淀粉總量降低，淀粉間的相互作用減弱，使得凝膠硬度降低[24-25]。彈性與淀粉凝膠樣品網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有關(guān)，彈性越大，說明網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越強(qiáng)。添加β-葡聚糖后，大分子物質(zhì)同時(shí)在溶液中展開，形成相互交織的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，結(jié)合SEM 結(jié)果，β-葡聚糖的添加使得復(fù)配體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，彈性值增加。

2.5 β-葡聚糖對(duì)燕麥淀粉糊化特性的影響

從圖4可以看出復(fù)配體系糊化曲線整體下移，且β-葡聚糖添加量越高，曲線下移位置越低。與燕麥淀粉相比，添加β-葡聚糖后，復(fù)配體系峰值黏度、谷值黏度度、最終黏度、崩解值、回生值顯著降低，糊化溫度、峰值時(shí)間升高。回生值反映糊化后分子重新結(jié)晶的程度，主要與直鏈淀粉的重結(jié)晶相關(guān)，回生值越大，越易老化?；厣档慕档驼f明β-葡聚糖抑制了淀粉的老化；自由水含量的減少導(dǎo)致糊化溫度升高，峰值時(shí)間延長[26]。崩解值越小，抗剪切性越強(qiáng)，峰值時(shí)間越長，越不容易糊化。崩解值顯著降低，說明β-葡聚糖提高了淀粉糊的熱穩(wěn)定性，這與SEM 圖中β-葡聚糖與淀粉形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了體系的穩(wěn)定性一致。

圖4 燕麥淀粉/β-葡聚糖復(fù)配體系的糊化曲線Fig.4 Pasting curves of oat starch and β-glucan mixtures

表4 燕麥淀粉/β-葡聚糖復(fù)配體系的糊化參數(shù)Table 4 Pasting parameters of oat starch and β-glucan mixtures

2.6 β-葡聚糖對(duì)燕麥淀粉熱特性的影響

差示掃描量熱儀可以得到樣品在加熱糊化過程中的溫度參數(shù)。糊化焓反映在淀粉糊化過程中，破壞雙螺旋結(jié)構(gòu)所需要的能量。添加不同含量β-葡聚糖后，燕麥淀粉/β-葡聚糖復(fù)配體系熱力學(xué)變化規(guī)律見圖5，表5為熱特性參數(shù)。

圖5 燕麥淀粉/β-葡聚糖復(fù)配體系熱力學(xué)曲線Fig.5 DSC spectra of oat starch and β-glucan mixtures

從表5中可以看出，復(fù)配體系糊化焓呈升高趨勢，表明添加β-葡聚糖后，形成了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低了淀粉鏈的流動(dòng)性。β-葡聚糖具有較高的持水能力，使得體系內(nèi)自由水含量減少，影響淀粉的膨脹，抑制了淀粉的糊化，體系穩(wěn)定性增高，最終導(dǎo)致糊化溫度升高[27]，這與前文糊化特性結(jié)果研究一致。黃澤華[28]研究發(fā)現(xiàn)，隨著大麥β-葡聚糖含量的增加，面團(tuán)峰值溫度增加。李妍等[18]的研究顯示，玉米淀粉/玉木耳多糖體系的熱焓值隨玉木耳多糖濃度的增加顯著降低，而峰值溫度顯著升高。這些差異的產(chǎn)生與膠體的種類、結(jié)構(gòu)、空間構(gòu)象等有關(guān)。

表5 燕麥淀粉/β-葡聚糖復(fù)配體系熱力學(xué)參數(shù)Table 5 Thermal parameters of oat starch and β-glucan mixtures

2.7 β-葡聚糖對(duì)燕麥淀粉動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性的影響

動(dòng)態(tài)流變學(xué)可以判斷樣品以黏性還是彈性為主。儲(chǔ)能模量（G'）為應(yīng)力能量在試驗(yàn)中暫時(shí)儲(chǔ)存，以后可以恢復(fù)的彈性性質(zhì)；損耗模量（G''）為初始流動(dòng)所需能量，是不可逆損耗。tan δ 為G'' 與G'的比值，比值越大，表明體系的黏性越大；比值越小，體系中的彈性成分就越多[26]。添加不同含量β-葡聚糖后，復(fù)配體系儲(chǔ)能模量（G'）、損耗模量（G''）及tan δ 隨頻率變化見圖6。

由圖6可知，復(fù)配體系的G'與G''隨著頻率的增加逐漸增大，G'值大于G''，二者曲線不重合，即所有樣品以彈性性質(zhì)為主。隨著掃描頻率的增加，tan δ 呈上升趨勢，且tan δ 值小于1，說明復(fù)配體系表現(xiàn)出典型的弱凝膠動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性[29]。

圖6 燕麥淀粉/β-葡聚糖復(fù)配體系的儲(chǔ)能模量、損耗模量及tan δ 隨頻率的變化曲線Fig.6 Change curves of storage modulus，loss modulus and tan δ with frequency of oat starch and β-glucan mixtures

當(dāng)β-葡聚糖的添加量為15%～20%時(shí)，復(fù)配體系的G' 與G'' 均低于燕麥淀粉，tan δ 升高，說明15%～20%的β-葡聚糖添加量降低淀粉糊的黏彈性，且顯示出更高的黏性流體性質(zhì)，即相比于燕麥淀粉，復(fù)配體系糊化后更趨于流體性質(zhì)。高濃度非淀粉多糖的添加與淀粉競爭水分，導(dǎo)致淀粉糊化的自由水分減少，淀粉顆粒無定形區(qū)域水合作用減弱，加熱后分子鏈不能充分伸展，復(fù)配體系黏彈性降低[18]。當(dāng)β-葡聚糖的添加量為5%～10%時(shí)，復(fù)配體系的G' 與G'' 略高于燕麥淀粉，tan δ 降低，說明β-葡聚糖的添加使淀粉糊黏性和彈性增強(qiáng)，且復(fù)配體系顯示出更高的彈性流體性質(zhì)。β-葡聚糖與淀粉及水分子通過氫鍵聚集，體系結(jié)構(gòu)內(nèi)部分子段間的纏結(jié)點(diǎn)增多，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，形成了更強(qiáng)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這與前文研究結(jié)果相符。不同添加量的復(fù)配體系與燕麥淀粉動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性差異不顯著，因此添加10% β-葡聚糖的復(fù)配體系固體性質(zhì)表現(xiàn)最明顯。

2.8 β-葡聚糖對(duì)燕麥淀粉靜態(tài)流變學(xué)特性的影響

靜態(tài)流變學(xué)反映樣品結(jié)構(gòu)隨剪切速率變化的規(guī)律。添加不同含量β-葡聚糖后，復(fù)配體系黏度、剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化見圖7。

從圖7a 可以看出，隨著剪切速率的增加，復(fù)配體系黏度快速下降。當(dāng)剪切速率逐漸增加到100 s-1時(shí)，體系黏度趨于穩(wěn)定，存在明顯的剪切稀化現(xiàn)象，為時(shí)間依賴剪切稀化的假塑性流體。復(fù)配體系經(jīng)充分糊化后，體系間分子鏈互相纏繞，阻礙了分子的運(yùn)動(dòng)，流動(dòng)阻力較大。在外部剪切力作用下，內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞，氫鍵斷裂，流動(dòng)阻力降低，從而引起黏度下降；當(dāng)剪切速率增大到一定程度時(shí)，體系間分子來不及取向或者已經(jīng)充分取向，其黏度保持不變[16，30]。當(dāng)β-葡聚糖的添加量為5%和10%時(shí)，復(fù)配體系的黏度略高于燕麥淀粉，剪切變稀現(xiàn)象更明顯，但差異不顯著；當(dāng)β-葡聚糖的添加量為15%和20%時(shí)，復(fù)配體系的黏度低于燕麥淀粉，驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)流變學(xué)試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖7 燕麥淀粉/β-葡聚糖復(fù)配體系的靜態(tài)流變曲線Fig.7 Static rheological curves of oat starch and β-glucan mixtures

隨著剪切速率的增加，復(fù)配體系剪切應(yīng)力也增加，隨后趨于平緩（圖7b）。凝膠體系中大分子鏈以非共價(jià)氫鍵互相纏繞，剪切初期，破壞凝膠體系的結(jié)構(gòu)需要的剪切應(yīng)力較大，隨后越來越多的分子轉(zhuǎn)為定向流動(dòng)，分子鏈由于纏結(jié)點(diǎn)的減少被拉直，導(dǎo)致剪切應(yīng)力趨于平緩[18]。觸變性是重要的流變學(xué)特性之一，體系在剪切力的作用下，黏性變化的曲線構(gòu)成一個(gè)閉合的觸變環(huán)，觸變環(huán)面積大小可以表示淀粉糊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞所需要的能量，如果體系黏性維持較好，觸變環(huán)的面積相對(duì)較小[31]。從圖7b 可以看出，當(dāng)剪切速率在0～300 s-1之間先增加再下降時(shí)，復(fù)配體系的觸變曲線均出現(xiàn)順時(shí)針滯后環(huán)，說明復(fù)配體系屬于觸變體系。與燕麥淀粉相比，當(dāng)β-葡聚糖添加量為5%和10%時(shí)，觸變環(huán)面積與燕麥淀粉無差異；當(dāng)β-葡聚糖添加量為15%和20%時(shí)，觸變環(huán)面積減小，說明β-葡聚糖可增強(qiáng)復(fù)配體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有助于提高體系的剪切穩(wěn)定性。

冪次定律方程τ=K·γn常用于擬合剪切應(yīng)力與剪切速率曲線，流變方程擬合參數(shù)見表6。其中τ 為剪切應(yīng)力；γ 為剪切速率；K 為黏稠系數(shù)，值越大增稠能力越強(qiáng)；n 為流動(dòng)性特征指數(shù)，值越小偏離牛頓型越遠(yuǎn)，越容易剪切變稀，假塑性越大[17]。

表6 燕麥淀粉/β-葡聚糖復(fù)配體系流變方程擬合參數(shù)Table 6 Fitting parameters for rheological equations for oat starch and β-glucan mixtures

從表5中可以看出，R2越高，說明擬合方程精密度越高；流體指數(shù)；n 值小于1，復(fù)配體系表現(xiàn)為剪切時(shí)間依賴現(xiàn)象，為假塑性流體。隨著β-葡聚糖的增加，稠度系數(shù)K 先增大后減小，5%～10%的β-葡聚糖添加量使淀粉糊變黏稠，說明復(fù)配體系分子鏈在糊化過程中充分伸展，分子鏈纏繞程度加大，增稠效果好；當(dāng)添加量為15%和20%時(shí)，稠度系數(shù)減小，說明高濃度β-葡聚糖的加入與淀粉競爭水分，淀粉顆粒水合作用減弱，一定程度上增大了淀粉凝膠的流動(dòng)性，與前文研究結(jié)果一致。

2.9 β-葡聚糖對(duì)燕麥淀粉老化的影響

老化過程中，會(huì)發(fā)生相轉(zhuǎn)變和熱轉(zhuǎn)變，晶體的熔化溫度、吸熱量、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等都可以通過DSC 檢測。根據(jù)SEM、FTIR 及流變學(xué)特性研究結(jié)果，選取β-葡聚糖添加量10%研究β-葡聚糖添加對(duì)燕麥淀粉老化的影響。

從圖8中可以看出，貯藏期間樣品DSC 曲線差異較大，剛開始吸熱峰尖而窄，說明此時(shí)結(jié)晶均勻穩(wěn)定，隨后吸熱峰變寬，表明在重結(jié)晶期間淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)不均勻，多重吸熱峰的出現(xiàn)可能與重結(jié)晶期間水分子的遷移、分布不均勻有關(guān)[32-33]。25 ℃貯藏條件下復(fù)配體系老化焓低于4 ℃，說明4 ℃貯藏條件下更容易老化，4 ℃貯藏時(shí)，淀粉分子會(huì)以一次成核的方式形成重結(jié)晶，重結(jié)晶速率快，老化速率高；25 ℃貯藏時(shí)，淀粉分子則是以不斷成核的方式緩慢形成重結(jié)晶晶體，老化速率較低。楊雪[34]研究發(fā)現(xiàn)，20 ℃貯藏條件下的亞麻籽膠/玉米淀粉凝膠老化度顯著低于4 ℃，與本研究結(jié)果相似。

圖8 不同溫度貯藏后燕麥淀粉/β-葡聚糖復(fù)配體系的DSC 曲線Fig.8 DSC spectra of oat starch and β-glucan mixtures after storage at different temperature

在4 ℃和25 ℃貯藏期間，10% β-葡聚糖的添加可以降低淀粉在貯藏過程中的老化焓值。25 ℃貯藏5 d 后老化焓值顯著降低，說明β-葡聚糖對(duì)淀粉長期回生的抑制效果明顯。結(jié)合糊化特性結(jié)果，β-葡聚糖添加后回生值降低，說明β-葡聚糖抑制了淀粉的老化。因此β-葡聚糖抑制燕麥淀粉回生機(jī)制可能是：β-葡聚糖與淀粉通過氫鍵形成更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減緩了淀粉分子聚集重排速度。此外，β-葡聚糖持水能力較高，與淀粉競爭水分，導(dǎo)致體系內(nèi)自由水含量減少，延緩淀粉分子鏈的遷移速率，淀粉分子重排受到抑制，有效的抑制淀粉的長期回生[13，35]。

3 結(jié)論

1）β-葡聚糖的添加對(duì)燕麥淀粉微觀結(jié)構(gòu)有顯著的影響。β-葡聚糖添加后形成了均勻、致密、相互交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。紅外光譜結(jié)果表明，復(fù)配體系并未形成新的基團(tuán)，主要是通過氫鍵作用形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，導(dǎo)致復(fù)配體系糊化焓值升高。

2）β-葡聚糖的添加可以顯著降低復(fù)配體系凝膠的硬度、膠著度和咀嚼度，增加彈性和回復(fù)性，改善淀粉食品品質(zhì)并降低淀粉的回生。

3）添加β-葡聚糖后，復(fù)配體系峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、崩解值和回生值顯著降低，糊化溫度和峰值時(shí)間升高，復(fù)配體系有更好的熱穩(wěn)定性和抗老化性。

4）添加β-葡聚糖后，復(fù)配體系仍表現(xiàn)出弱凝膠動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性。與燕麥淀粉相比，β-葡聚糖添加量為5%～10%的復(fù)配體系黏彈性增強(qiáng)，稠度系數(shù)增大，剪切變稀現(xiàn)象更明顯，其中添加10%β-葡聚糖的復(fù)配體系固體性質(zhì)表現(xiàn)最明顯。添加量為15%～20%時(shí)，復(fù)配體系黏彈性降低，剪切穩(wěn)定性提高。

5）β-葡聚糖與淀粉通過氫鍵形成更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，干擾貯藏過程中淀粉多聚鏈自身的結(jié)合，抑制燕麥淀粉的長期回生，與4 ℃相比，25 ℃貯藏條件可以延緩老化程度。

β-葡聚糖通過氫鍵與淀粉形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而影響復(fù)配體系的糊化特性、流變特性及質(zhì)構(gòu)特性，并延緩淀粉的老化，然而對(duì)β-葡聚糖延緩淀粉老化的機(jī)理還需要從水分子的遷移方面進(jìn)一步研究，以便完善β-葡聚糖抑制淀粉老化的機(jī)理。此外，大分子多糖與淀粉復(fù)配的結(jié)構(gòu)變化還可以利用核磁、質(zhì)譜等技術(shù)進(jìn)一步探討。