王甜，密更，勞敏軍，勵建榮，李學鵬，謝晶

（1 渤海大學食品科學與工程學院 遼寧省食品安全重點實驗室生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯(lián)合工程研究中心 遼寧錦州121013 2 廣西民族師范學院化學與生物工程學院 廣西崇左532200 3 浙江興業(yè)集團有限公司 浙江舟山316120 4 上海海洋大學食品學院 上海 201306）

以天然淀粉制作而成的凝膠食品具有種類多樣，制作方便，口感爽彈等優(yōu)點，是人們餐桌上常見的傳統(tǒng)食品之一。較多的研究表明，攝入過多的純淀粉凝膠食品有增加糖尿病、過度肥胖等疾病的風險[1-2]。添加其它物質作為輔料來強化純淀粉食品的營養(yǎng)結構和降低相對攝入量是改善以上問題的有效方法?，F(xiàn)有研究中最常見的添加物是水膠體、殼聚糖、硬脂酸甘油酯等化合物[3-5]。消費者普遍對這些物質不太了解，認為是非天然物質，接受度較差。天然蛋白是另一類較為理想的選擇，近年的相關研究多集中在大豆蛋白、蛋清蛋白和乳清蛋白等幾個種類上[6-8]。魚鹽溶性蛋白有著獨特的成膠能力和營養(yǎng)價值，相關研究多集中在以魚糜制品為代表，以蛋白為凝膠主體、以淀粉為添加物的體系，而以淀粉為凝膠主體、以魚糜蛋白為添加物的體系研究較少，相關理論尚欠缺。由于它們的凝膠機制完全不同，這就導致這兩種體系的凝膠主體網(wǎng)絡結構不同，在微觀結構和性質上也有本質區(qū)別。

對于淀粉基共混物，相關研究多基于簡單的蛋白-淀粉兩相混合模型[9-10]，雖便于分析，但實際生產應用相對較弱。實際傳統(tǒng)淀粉食品，尤其是粉絲制作過程中，加入黏合劑（binder）是一道重要工序，其所起的重要作用：一方面使共混物形成類似小麥面團的黏彈性體系，另一方面極大地改善面團的流變特征。在粉絲生產工藝中，最常見的有3種方法：擠出法（extruding）、切條法（cutting）和滴漏法（dropping），其中滴漏法是最常用的，也是目前商業(yè)生產的主要方法[11]。滴漏法對于共混物的流動特征和觸變性等流變特性有著特殊的要求，深入研究淀粉基蛋白共混物的流變學特性有著其特殊的現(xiàn)實意義。添加蛋白后的共混物面團更貼近于一種由淀粉顆粒-黏合劑-蛋白組成的3 相體系，而目前有關這3 相體系的流變特性研究較少。不同來源的淀粉顆粒有著不同的晶型，一般來說，禾谷淀粉為A 型，薯類淀粉為B 型，而豆類淀粉為C型[12]。淀粉的晶型對淀粉流變有較大影響[13-16]。本研究采用傳統(tǒng)的淀粉面團中的制芡工藝，選擇3 類晶型共6 種不同來源的天然淀粉，添加帶魚肌動球蛋白后復配為共混物，對共混物面團流動特性做深入探討，以期為淀粉強化粉絲生產提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

帶魚（Trichiurus lepturus）購于當?shù)厮a市場。6 種天然淀粉購于本地淀粉公司，均不含蛋白和脂質，經過碘結合比色法[17]分別測定了其直鏈淀粉含量（amylose content，AC）。薯類源淀粉：馬鈴薯淀粉，AC=27.4%，紅薯淀粉，AC=28.5%；豆類源淀粉：綠豆淀粉，AC=33.1%，豌豆淀粉，AC=32.8%；禾谷源淀粉：小麥淀粉AC=27.7%，玉米淀粉，AC=19.5%。所有試劑均為分析純，所用水為去離子水。

1.2 儀器與設備

Sorvall Stratos 冷凍高速離心機，美國Thermo公司；UV-2550 紫外可見光分光光度計，島津儀器（蘇州）有限公司；DHR-1 旋轉流變儀，美國TA 儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 肌動球蛋白的提取 根據(jù)Panpipat等[18]的方法提取肌動球蛋白。用雙縮脲法測定肌動球蛋白的質量濃度，為（43.61±3.22）mg/mL。所提取蛋白置于4 ℃冰箱內并于2 d 內用完。

1.3.2 共混物的制備 共混物的制備參考了Sandhu等[19]的方法并結合了中國傳統(tǒng)粉絲制芡生產工藝。將10 g 干淀粉加入90 mL 蒸餾水攪拌預混合2 min，加入100 ℃的水并不停攪拌1 min 制成黏合劑（芡糊，binder）。取黏合劑與生淀粉以1∶1（質量比）混合均勻，然后添加淀粉總量30%（質量比）的肌動球蛋白在攪拌機中混合5 min。依次將豌豆、綠豆、馬鈴薯、紅薯、小麥、玉米純淀粉與肌動球蛋白形成的共混物標記為BS-AP、MS-AP、PS-AP、SS-AP、WS-AP 和CS-AP。所有的共混物均現(xiàn)用現(xiàn)配，并置于常溫密封針筒內待用。

1.3.3 穩(wěn)態(tài)剪切測試 流變儀夾具為Φ=40 mm的平行板，間隙400 μm。測試前共混物在室溫（25℃）下平衡2 min，帶有加熱程序的掃描，在間隙周圍涂硅油以防蒸發(fā)。其它流變測試中均與該設置相同。

穩(wěn)態(tài)測試參考了Chen等[20]的方法并略有改動。溫度設定為40 ℃，剪切速率從0.01 s-1增加至300 s-1（上行曲線），之后立即從300 s-1下降至0.01 s-1（下行曲線）。掃描過程中采集剪切應力（τ）和剪切速率（γ）。共混物的屈服應力（τ0，Pa）、流動行為指數(shù)（n）和穩(wěn)定性系數(shù)（K，Pa·sn）使用Herschel-Bulkley 模型（方程1）進行擬合計算。

1.3.4 動態(tài)應變掃描 在應變范圍為0.01%～1000%內進行掃描測試，溫度25 ℃，角頻率10 s-1。掃描期間采集存儲模量（G′）和損耗模量（G″）的相應數(shù)據(jù)。

1.3.5 動態(tài)頻率掃描 參考了Feng等[21]的方法并略有改動。在應變?yōu)?.15%和25 ℃的溫度下，從0.1 到100 rad/s 進行頻率掃描，采集G′和G″隨角頻率ω 的變化曲線。采用冪律模型（公式2）進行曲線擬合計算。式中Z′代表分子間相互作用力類型，K 代表共混物強度。

A：一般情況下，可能比較大眾化的看法是，設備一定是有壽命的，但我認為設備一定沒有壽命，有壽命意味著我們沒有做好。如果有人說他的設備做得最好，那一定是在吹牛，因為設備永遠做不到最好，只能說努力往更好的方向去做。至于我們的核心競爭力，我認為就是天地蓋紙盒設備，可以自豪地講，在世界范圍內，將天地蓋紙盒設備做得最系統(tǒng)化的，只有中科。

1.3.6 蠕變-回復試驗 參考Fu等[22]的方法進行蠕變回復測試。溫度25 ℃，剪切應力20 Pa，蠕變時間300 s，之后撤去應力回復300 s。將蠕變回復曲線使用Burgers 模型進行擬合，公式3 用于蠕變階段，公式4 用于回復階段。式中：J 表示柔量，可以通過J（t）=γ/σ 進行計算，γ 為應變（γ），σ 為應力（σ）。Jmax表示最大蠕變柔量（Pa-1），η0表示零剪切黏度（Pa·s），λ 表示遲滯時間（s）。

1.3.7 溫度掃描 溫度掃描中，頻率設定為1 Hz，應變0.10%，從25 ℃到90 ℃以5 ℃/min 的加熱速率進行，記錄過程中記錄G′、G″和損耗因子（tanδ）隨溫度變化的曲線。

1.4 統(tǒng)計分析

所有結果均用平均值±std（標準差）表示。統(tǒng)計分析使用統(tǒng)計軟件包（SPSS 19.0）進行。擬合計算采用Orgin 2018 進行。采用單因素方差分析、平均多重比較檢驗和鄧肯多重極差檢驗對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學意義分析，顯著性水平為P<0.05。所有試驗至少重復3 次。

2 結果與分析

2.1 共混物面團的流動特性

在傳統(tǒng)的粉條生產工藝中，滴漏法是一個重要的生產方法，生產時，將面團放入底部有孔洞的漏勺內，之后在容器周圍拍打振動，使面條開始流動，進而流入開水鍋內熟化制成粉條。對共混物的靜態(tài)剪切實則模擬了該工藝過程中的拍打動作。共混物面團的靜態(tài)剪切曲線如圖1 所示，圖中的實心點代表上行曲線，模擬從慢至快的拍打過程；空心點代表下行曲線，模擬從快到慢的拍打過程。從圖中可以看出，所有樣品的上行曲線應力變化都較為平穩(wěn)，而下行曲線中的應力變化均較為劇烈，說明其流動性變化較大，且變得越來越容易流動了。上行、下行曲線不同的流動行為說明了這些共混物面團在實際生產中，較為理想的拍打方式為由快到慢。

圖1 共混物的穩(wěn)態(tài)剪切流動曲線Fig.1 The steady shear flow curve of blends

為了進一步探究不同淀粉-肌動球蛋白流動性的差異，對圖1 中下行曲線進行了Herschel–Bulkley 模型擬合計算，結果見表1。需要說明的是，上行曲線存在較多的波動區(qū)，無法進行擬合，這一點和已有的相關研究情況一致[23]。從結果來看，所有樣品的擬合相關系數(shù)R2均大于0.99，證實了Herschel-Bulkley 模型在擬合當前數(shù)據(jù)中的適用性。屈服應力τ0可代表穩(wěn)態(tài)剪切測試中破壞共混物結構所需的力，該值越大，表示共混物振蕩后越難流動，反之亦然。從結果可以看出，τ0值呈現(xiàn)如下規(guī)律：WS-AP>CS-AP=BS-AP>MS-AP>PSAP=SS-AP。這些結果說明薯類源共混物面團的流動性較強，而禾谷源面團的流動性則較差。因此時淀粉面團是非熱體系，并未形成凝膠，內部的網(wǎng)絡結構僅僅由較弱的黏合劑維持，因此推測原因除了直鏈淀粉含量以及晶型等關系外，主要可能和面團組分的質壁滑移（wall slip）有較大關系。Wang等[23]也報道了此類體系中存在質壁滑移現(xiàn)象，他們認為在剪切中，binder 形成的連續(xù)相會形成類似薄膜的結構滑動于淀粉粒以及蛋白形成的分散相上，從而使共混物發(fā)生流動。由此來看，薯類源共混物的黏合劑可能更容易形成結構完整的薄膜相，從而更易發(fā)生流動。

表1 共混物的Herschel-Bulkley 參數(shù)和觸變性Table 1 Herschel-Bulkley and thixotropy parameters of blends

K 值代表共混物面團的剛度且與之呈正比關系。從結果來看，豆類源面團相對較高，其中BSAP 共混物的K 值最大，達到17.23，而薯類源面團較低，其中PS-AP 該值最低，只有4.02。另外從結果可以看出，所有共混物的流動行為指數(shù)（n）均低于1，說明共混物是假塑性流體，會發(fā)生剪切稀化的情況，這和已有的相關研究結果一致[24]。

2.2 共混物面團的觸變性

6 種淀粉源共混物的黏度-剪切速率曲線如圖2 所示。從順時針方向的滯后環(huán)可以看出，所有共混物均有明顯的剪切變稀的特性，與前一節(jié)結果一致。另外，不同淀粉源共混物在不同剪切速率下的黏度下降情況有明顯不同，豆類淀粉源共混物面團在0～100 s-1范圍內出現(xiàn)急劇下降，之后出現(xiàn)明顯的振蕩區(qū)，這表明共混物面團的結構被嚴重破壞，推測面團內部可能出現(xiàn)了裂縫。而禾谷源共混物則在0～50 s-1的剪切速率范圍內出現(xiàn)急劇下降，之后變得相對平緩，且未出現(xiàn)明顯振蕩區(qū)，這表明共混物內部雖然有微觀上的結構破壞，但宏觀上仍有保持均相的能力。

圖2 共混物的滯后環(huán)Fig.2 The hysteresis loops of blends

觸變性是凝膠體在振蕩、壓迫等機械力的作用下發(fā)生的可逆溶膠現(xiàn)象，是淀粉面團采用滴漏法生產的重要依據(jù)。觸變性的大小可以通過對滯后環(huán)的面積來表示，為了方便比較，取非振蕩區(qū)域（0～123 s-1）的面積進行積分計算，結果如表1 中Dt 值所示。從結果中來看，豆類源共混物面團的Dt 值較高，這表明他們更加適合采用滴漏法進行生產制備共混物面條。薯類源的對應值相對較低，其與豆類源的明顯不同可能和直鏈淀粉含量的不同有較大關系[25]。由此來看，豆類淀粉-魚肌動球蛋白共混物面團更適合采用滴漏法進行生產。而薯類淀粉源共混物面團則適合采用擠出法進行生產。

2.3 共混物面團的線性黏彈性

動態(tài)應變掃描提供了面團內部結區(qū)（junction zone）的相對強度（用G′表示），以及面團對流動的相對阻力（用G″表示）。通過動態(tài)應變掃描來測定共混物面團的線性黏彈性區(qū)間（Linear viscoelastic range，LVR），結果如圖3 所示。首先，從結果中可以看出，所有共混物面團的LVR 上限均小于0.1%，說明在此形變范圍以內共混物能保持其結構的穩(wěn)定性。超出此范圍，可以看到所有共混物的黏彈性均出現(xiàn)急劇下降。其次，已有的研究表明，普通小麥面團的LVR 均在0.1%～0.25%范圍內[26]，大多數(shù)要高于淀粉和肌動球蛋白形成的共混物的LVR 水平。這可能是因為小麥面團由強勁而穩(wěn)定的面筋網(wǎng)絡構成，而共混物中起主要作用的是脆弱的由直鏈淀粉糊化形成的多糖網(wǎng)絡。另外，從組間來看，豆類源面團的黏彈性區(qū)間較小，而薯類源面團的LVR 則明顯升高，尤其是在SS-AP 中，這一情況更加顯著，推測是薯類源共混物中支鏈淀粉的較大黏度使得共混物的微結構不易被破壞所致。

圖3 共混物的動態(tài)應變掃描曲線Fig.3 Dynamic strain sweep curve of blends

2.4 共混物面團中分子相互作用強度分析

冪律模型中Z′表示G′和G″對頻率的依賴程度，可以反映共混物中分子間相互作用的類型，Z′=0 為共價鍵連接，Z′>0，則表示存在物理鍵連接[27]。從表2 的結果來看，所有共混物的G′和G″的Z′值均大于0，這說明所有共混物中蛋白和天然淀粉之間均不存在共價鍵，而是以物理鍵例如氫鍵進行連接的。從組間來看，CS-AP 的Z′值最大，說明該共混物的分子間相互作用最弱。而BSAP 的Z′值最小，在G′和G″分別為0.14 和0.10，說明其內部肌動球蛋白和binder 中的淀粉分子相互作用較強。K 值表示共混物的剛度，K 值越高表示共混物的剛度越大。豆類源面團具有較高的K值，其中BS-AP 共混物在G′和G″中具有最大的K 值，分別為5.85 和5.24。薯類共混物的K 值均較小，且SS-AP 和PS-AP 之間差別不顯著。

表2 共混物在動態(tài)頻率掃描中冪律模型擬合參數(shù)Table 2 The power-law parameters of the blends in dynamic frequency sweep

2.5 共混物面團的蠕變回復特性

對共混物面團在蠕變階段的曲線進行分段擬合，得到的流變學參數(shù)如表3 所示。J0、Jm和Jmax分別表示蠕變階段的瞬時柔量、高彈柔量和最大蠕變柔量，它們分別和瞬時形變、延遲形變和塑性形變期間共混物面團的剛度呈反比關系[28]。從結果可以看出，不同淀粉來源共混物面團的3 個柔量值存在明顯的不同，豆類淀粉源共混物具有最低的柔量，而薯類源共混物的柔量相對較高。這表明豆類源面團更為堅實，而薯類源面團則相對比較稀軟。零剪切黏度（η0）是用來表征應力去除時，共混物的流動難易程度。從表3 中的結果可知，BSAP 和MS-AP 共混物的η0值較高，說明共混物保持原有形狀的阻力較大。而PS-AP 和SS-AP 共混物的η0值最小，說明薯類淀粉和肌動球蛋白形成的共混物在加工過程中難以維持其形狀。Zhang等[29]在5 種不同來源的植物淀粉對淀粉-谷蛋白面團影響的研究中也有類似的發(fā)現(xiàn)。

表3 共混物在蠕變回復測試中的流變學參數(shù)Table 3 Rheological parameters of blends in creep-recovery test

共混物回復測試可以用來模擬并表征面團在用手或器械施加壓力后其回復原有形狀的能力。回復能力越強，說明共混物形成的結構越穩(wěn)定。由此我們分析了最大柔量Jmax中黏性部分Jv 和彈性部分Je的占比，結果如圖4 所示。發(fā)現(xiàn)豆類源共混物面團的Je/Jmax顯著高于其它組，其中BS-AP 共混物的Je/Jmax值最大，達到了71.14%，顯著高于MS-AP 共混物（64.45%），說明其具有更好的回彈能力。薯類源共混物面團SS-AP 和PS-AP 之間沒有顯著差別。禾谷源中，WS-AP 的值明顯高于薯類源和同組的玉米源，推測原因可能和其直鏈淀粉較高有一定的關系。

圖4 共混物在回復階段的最大蠕變柔量的相對彈性和黏性部分占比Fig.4 The relative elastic（Je）and viscous（Jv）part of the maximum creep compliance（Jmax）of the blends in the recovery test

2.6 共混物在加熱過程中的黏彈性變化

通過溫度掃描測定了共混物形成凝膠過程中的黏彈性變化，結果如圖5a、5b 所示。6 種共混物的G′和G″均在65 ℃時開始增加，在70～80 ℃范圍內分別達到最大值，然后快速下降。不同淀粉來源共混物的模量最大值對應的溫度均不同，初步推斷這些峰可能是不同淀粉的糊化峰，而這些溫度則對應糊化溫度。為了進一步驗證這一推測，將tanδ 對溫度作圖，結果如圖5c。

圖5 共混物的動態(tài)溫度掃描曲線Fig.5 Dynamic temperature sweep curve of blends

從結果來看所有共混物的tanδ 值在加熱過程除了之前出現(xiàn)的峰，在左邊均出現(xiàn)了或弱或強的兩個峰，這兩個峰分別在40 ℃和56 ℃出現(xiàn)。推測這兩個峰很可能是肌動球蛋白在加熱過程中肌動球蛋白頭部和尾部變性解旋所致。實際上，一些其它魚類鹽溶蛋白的變性溫度研究也證實了這一推測，例如Liu等[30]在鰱魚肌動蛋白熱誘導凝膠研究中也發(fā)現(xiàn)對應肌球蛋白頭部和尾部的解旋溫度分別是40 ℃和55 ℃。另外，從圖中可以看出所有共混物中這兩個峰的位置除了小麥淀粉源均在同一溫度位置出現(xiàn)。結合它們相隔出現(xiàn)且溫度距離較遠，這里可以推測共混物中蛋白和淀粉的相互作用是較弱的，蛋白和淀粉的網(wǎng)絡形成相對較為獨立。一些已有的相關研究也發(fā)現(xiàn)了類似的結果，證實了該推論[31-33]。WS-AP 中的第2 個蛋白峰很弱且明顯向低溫區(qū)移動，其原因還有待進一步研究揭示。

整體來看，所有共混物在熱處理過程中，其tanδ 值均小于1，在接近90 ℃附近時，均迅速下降至0.05～0.15 附近，這表明所有共混物在熱處理后均表現(xiàn)出更多的固體黏彈性特征[34]，即形成了一定彈性的凝膠體。從組間來看，薯類淀粉源共混物的黏性較大，而禾谷源共混物的黏性較小。

3 結論

本研究評估了3 種晶型共6 種不同來源天然淀粉和肌動球蛋白形成的共混物面團的流變特性。研究發(fā)現(xiàn)所有共混物均有剪切變稀的特性。剪切過程中面團流動性方面的測試結果顯示，薯類淀粉源共混物面團的流動性較強，而禾谷源面團的流動性則較差。BS-AP 共混物剛度最大，為17.23，而PS-AP 值最低，為4.02。共混物的觸變大小呈現(xiàn)如下趨勢：豆類源>禾谷源>薯類源。動態(tài)應變掃描的結果顯示所有共混物的LVR 值均小于0.1%，小于大部分普通小麥面團的對應值。從組間來看，豆類源面團的LVR 較小，而薯類源面團對應值有明顯增加。共混物中分子相互作用強度的結果顯示肌動球蛋白和淀粉之間不存在共價鍵連接，只存在物理鍵連接。蠕變回復特性是面團的一種重要流變特性，柔量分析結果和靜態(tài)剪切分析結果一致。另外研究發(fā)現(xiàn)，豆類源共混物面團的Je/Jmax顯著高于其它組，其中BS-AP 共混物的Je/Jmax值最大，達到了71.14%，顯著高于MS-AP 共混物（64.45%），說明其具有更好的回彈能力。溫度掃描測試結果顯示，共混物面團在加熱過程中，均可形成彈性較好的凝膠。整體來看，共混物加熱過程中除了凝膠峰出現(xiàn)了另外兩個獨立的峰，依據(jù)已有研究推測球蛋白和淀粉在共混物凝膠過程中相互作用較弱，凝膠網(wǎng)絡的形成也是獨立的。綜合來看，豆類淀粉-魚肌動球蛋白共混物面團更適合用滴漏法進行生產。

本研究尚可在以下幾方面深入探討：①共混物中肌動球蛋白和淀粉在面團和凝膠中的相互作用。②進一步觀察共混物面團中蛋白和淀粉的微結構，驗證相關推測，闡述流變特征中機理。③共混物中蛋白和淀粉均為高分子物質，極有可能因熱力學不相容發(fā)生相分離。可進一步對共混物的相結構和相行為進行深入研究和探討。