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黄原胶对木薯淀粉糊化特性及其糊稳定性的影响

发布日期:2014-10-18 00:36:00
黄原胶对木薯淀粉糊化特性及其糊稳定性的影响先容
黄原胶对木薯淀粉糊化特性及其糊稳定性的影响
黄原胶对木薯淀粉糊化特性及其糊稳定性的影响,研究黄原胶对木薯淀粉糊化特性,热、酸条件下的黏度稳定性及冻融稳定性的影响。结果表明:复配
体系的峰值黏度、热糊稳定性、冷糊稳定性显著提高;黄原胶能明显改善木薯淀粉耐热和耐酸稳定性;抑制淀粉 的回生,提高淀粉的冻融稳定性;通过电子显微镜观察木薯淀粉颗粒结构变化,进一步验证了黄原胶对木薯淀粉 糊化特性及稳定性的改善作用。
木薯淀粉是酸奶、酱料等食品中常见的一种增稠 剂,可赋予食品黏润、适宜的口感,并兼有乳化、稳 定或使其呈悬浮状态的作用。但因其易老化,冻融稳 定性、黏度稳定性差,不耐酸等特点限制了其在食品 中的应用。
黄原胶的黏度较高,具有一定的耐酸、碱、盐特 性和高耐热稳定性,是性能最为优越的生物胶之一,其 独特的理化性能使之集增稠、悬浮及乳化稳定等功能于 一身[1-2]。正是由于黄原胶的优点,黄原胶对淀粉糊化、 流变学性质的影响受到较多研究者的关注[3-6]。但是,黄 原胶对淀粉耐热稳定性,耐酸性等的研究报道较少。本 实验通过研究黄原胶对木薯淀粉糊化特性、黏度稳定 性、冻融稳定性的影响,以期为淀粉与食用胶的复配 物在食品工业中的应用提供一定的参考。
i材料与方法
1.1材料、试剂与仪器
木薯淀粉广西武鸣县吉瑞淀粉厂;黄原胶苏州 丹尼斯克(中国)有限企业。
柠檬酸钠、柠檬酸国药集团化学试剂有限企业。 AB-104N电子天平梅特勒-托利多仪器(上海)有限 企业;Techmaster型快速黏度分析仪(RVA) 澳大利亚 Newport Scientific 企业;BCD-NKSS212 冰箱苏州SAMSUNG 电子有限企业;RVDV- II +P型Brookfield黏度仪美国 Brookfield企业;LW200光学显微镜上海光学仪器厂。
1.2方法
分别称取不同质量比的木薯淀粉-黄原胶(10:0、 9.5:0.5、9:1、8.5:1.5、8:2)与去离子水混合于RVA专用 铝盒内,调制成质量分数6%的混合悬浮液(以干基计)。 RVA测定程序如下:10s内转速由960r/min降到160r/min 并稳定,从50°C开始升温,经过3min 42s升至95°C, 并保温1.5min,黄原胶对木薯淀粉糊化特性及其糊稳定性的影响,经过3min 48s降温至50°C,50°C保温 2mm[7]。
1.2.2稳定性
1.2.2.1耐热稳定性
分别称取一定量淀粉、质量比为8:2的淀粉-黄原 胶,用去离子水配制成质量分数6%淀粉悬浮液于四口 烧瓶中,常温下搅拌均匀后,在超级恒温水浴(70C升 温至95 C)中使淀粉完全糊化,分别在70、80、95 C 保温 0、5、10、15、30、60min 时取样,以 Brookfield 黏度仪测定黏度(转子SC4-29)。
1.2.2.2耐酸稳定性
分别称取一定量淀粉、质量比为8:2的淀粉-黄原 胶,用柠檬酸缓冲液(pH3)配制成质量分数6%淀粉悬浮 液于四口烧瓶中,在常温下搅拌均匀后,在超级恒温 水浴(70C升温至95 C)中使淀粉完全糊化,分别在70、 80、95C保温 0、5、10、15、30、60mm 时取样, 测定黏度。
1.2.2.3冻融稳定性
淀粉的冻融稳定性可以用析水率来反映,析水率越 低,冻融性稳定性越好,反之越差。将不同质量比淀 粉-黄原胶用去离子水配制成质量分数3%淀粉乳(以干基 计),在沸水中糊化20mm,冷却至室温后转移至带有 刻度的离心管中,置于一 18C的冰箱中冷冻22h,每隔 22h后取出在30C水浴中解冻2h,在8000r/mm条件下 离心20mm,计算其析水率[3]。冻融周期为5d。 脱水后淀粉乳质量 脱水前淀粉乳质量
1.2.3颗粒形貌
取不同处理条件下的淀粉、淀粉-黄原胶样品,滴 至载玻片上,用0.1mol/L碘液染色,盖好盖玻片后, 在显微镜(X 100)下观察颗粒形态[8]。
2结果与分析
2.1糊化特性
从图1可以看出,随着黄原胶在共混体系中比例的 增加,起始黏度增加,这是由于黄原胶在水中能快速 溶解,具有低浓高黏的特性,使整个体系的起始黏度 有所增加[1]。随着温度升高,淀粉吸水膨胀,峰值黏 度、终值黏度、成糊温度、起始糊化时间明显高于原 淀粉,这与Sikora等[9]报道的一致。黄原胶对木薯淀粉糊化特性及其糊稳定性的影响,其原因是:淀粉 糊化过程的本质是水分子进入淀粉颗粒中,结晶相和无 定形相的淀粉分子间氢键断裂,破坏淀粉分子间的缔合 状态,分散在水中的过程[10]。而黄原胶具有良好的水溶 性,当它进入该体系后,与淀粉竞争吸附体系中的水 分,水分的缺失使得淀粉糊化变得缓慢,起始糊化温 度升高。同时,黄原胶和淀粉之间存在着一定的协同 性[9,n],使得体系的峰值黏度、终值黏度高于原淀粉, 热糊稳定性、冷糊稳定性提高,回值(终值黏度一最低 点黏度)低于原淀粉。
3200
2800
2400
2000
1600
1200
800
400
0
 
100
90
80
70
60
50
d
0100 200 300 400 500 600 700 800
糊化时间/S
木薯淀粉与黄原胶质量比为9.5:0.5、9.0:1.0、8.5:1.5、8.0:2.0。
图1木薯淀粉与黄原胶混合体系的糊化曲线
Fig. 1 Pasting curve of mixed system between tapioca starch and xanthan gum
2.2 稳定性
以上实验可以发现,随着黄原胶含量的增加,混 合体系RVA参数值的变化更为明显。黄原胶对木薯淀粉糊化特性及其糊稳定性的影响,其中,当木薯淀 粉-黄原胶质量比为8:2时,体系的峰值黏度最高,回 值最低。综合考虑应用效果,选取在质量比为8:2时考 察黄原胶对淀粉稳定性的影响。
2.2.1 热稳定性
 
处理方法
1. 70°C; 2. 80°C; 3. 95°C; 4. 95°C保温 5min; 5. 95°C保温 10min;
6. 95°C保温 15min; 7. 95°C保温30min; 8. 95°C保温60min。图 3 同。
图2木薯淀粉、木薯淀粉-黄原胶在不同处理方法下的热稳定性
Fig.2 Thermal stabilities of tapioca starch and tapioca starch- xanthan gum paste
从图2可以看出,木薯原淀粉黏度从80 C开始逐渐 上升,至95C时黏度上升明显,但是95C保温时间至 15mm后黏度降低。这主要是在加热过程中,起始阶段 水分只是单纯地进入淀粉粒的微晶束的间隙中,产生有 限的膨胀,黏度没有明显变化。进一步加热至糊化温 度时,水分子进入淀粉粒内部,与一部分淀粉分子结 合,颗粒突然膨胀,黏度开始增加。随着加热时间的 延长,由于外界的热使氢键断裂,破坏了分子间的缔 合状态,部分直链淀粉渗漏,黏度大幅度增加。但是 淀粉分子间的氢键作用力较弱,加热时间过长微晶束解 体,淀粉粒成碎片状,黏度降低。黄原胶加入使得淀 粉的黏度稳定性有明显的提高,95°C条件下糊化5min时 黏度达到最大,高温保持10、15、30、60min时黏度 变化幅度小。这首先是由于黄原胶本身的耐热性较好; 其次,淀粉-黄原胶复合体系为淀粉颗粒及渗漏出的直链 淀粉分散于胶体体系中[6],黄原胶围绕在淀粉周围降低 了热对淀粉的降解。
 
2.2.2酸稳定性
淀粉作为增稠剂经常用于酸性食品体系中,但是酸 性环境下淀粉的性质并不稳定[12]。黄原胶对木薯淀粉糊化特性及其糊稳定性的影响,图3为淀粉在pH值 为3的柠檬酸缓冲液中的黏度特性。
 
图3木薯淀粉、木薯淀粉-黄原胶在不同处理方法下的酸稳定性
Fig.3 Stabilities of tapioca starch and tapioca starch-xanthan gum paste in citric acid
从图3可以看出,在加热过程中木薯淀粉黏度在80C 左右最高,至95C黏度较低,95C保温10min时黏度 计几乎测不到黏度,说明淀粉在糊化过程中,柠檬酸 对其有强的降解作用。而加入黄原胶后,虽然糊化温 度提高,但是黏度稳定性得到较大的提高,95 C保温 10min后,黏度才有所下降,这说明黄原胶能提高木薯 淀粉酸环境下黏度稳定性。
2.2.3冻融稳定性
淀粉作为增稠剂赋予食品黏润、适宜的口感,但 是,食品冷冻-解冻过程中淀粉老化析水,使得食品质 构受到影响。因此,淀粉冻融稳定性的研究与应用对 食品加工和保藏等有重要意义[13]。图4为黄原胶对木薯 淀粉冻融稳定性的影响。
从图4可以看出,原淀粉在冻融1d后,析水率达 30°%,析水现象明显,冻融至2?3d时析水率提高幅度 大,至4?5d时析水率提高不明显。黄原胶能显著降低 淀粉的析水率,共混体系在冻融1d后析水现象不明显, 随着黄原胶配比的增加,淀粉的冻融稳定性提高。其 中质量比为8.5:1.5、8:2的共混体系在冻融3d后才有析 水现象,冻融5d时析水率为10%左右,这说明黄原胶 能显著提高木薯淀粉的冻融稳定性。
 
冻融时间/d
图4木薯淀粉与木薯淀粉-黄原胶混合体系的冻融稳定性
Fig.4 Frozen-thaw stability of mixed system between tapioca starch and xanthan gum
木薯淀粉冻融稳定性差的原因为:在降温和储藏过 程中,分子势能作用使得淀粉分子从高能态的无序化逐 步趋于低能态的有序化,产生淀粉回生[14];冷冻过程中 水分转变成冰晶,提高了淀粉乳的固形物含量,这将 促进淀粉分子间氢键相互作用,从而形成海绵状物质析 出水。黄原胶能改善木薯淀粉冻融性主要是由于:一方 面,黄原胶为稳定高分子刚性螺旋形聚合物,这使得 黄原胶具有良好的持水性[4,15],由图5c可知,黄原胶分 布在淀粉颗粒周围,因而抑制了水分析出体系外;另一 方面,木薯淀粉-黄原胶共混体系中,黄原胶为连续 相,淀粉为分散相[3],黄原胶作为连续相和木薯淀粉分 子间存在着相互作用[5],黄原胶对木薯淀粉糊化特性及其糊稳定性的影响,这在一定程度上减少了淀粉分 子之间的相互作用使得回生程度降低,即析水率降低。
2.3颗粒结构
 
 
a. 80C木薯淀粉;b. 95C木薯淀粉;c. 80C木薯淀粉-黄原胶 (质量比8:2); d.95C木薯淀粉-黄原胶(质量比8:2)。图6同。
图5木薯淀粉、木薯淀粉-黄原胶颗粒形态(X 100)
Fig.5 Granular shape of tapioca starch and tapioca starch- xanthan gum in hot water (X 100)
 
 
淀粉糊化为:淀粉颗粒溶胀一淀粉分子分散一淀粉 颗粒溶解的过程。通过光学显微镜观察不同介质中木薯 淀粉颗粒表面结构的变化,进一步说明黄原胶对淀粉糊 化特性的影响。
图5为木薯淀粉、木薯淀粉-黄原胶糊化过程中的 表面颗粒结构变化,如图5所示,80°C时原淀粉颗粒开 始膨胀,淀粉开始糊化,95 °C时淀粉颗粒形态消失, 淀粉完全糊化;共混体系80°C时淀粉颗粒结构明显,只 有少量淀粉开始膨胀,95 °C时淀粉颗粒显著膨胀,但 是颗粒未破碎。由图5可知,加入黄原胶提高了木薯淀 粉的起始糊化温度,与2.1节中糊化曲线相符;共混体 系中淀粉颗粒膨胀而未破碎,说明黄原胶能抑制热对淀 粉颗粒的破坏,提高了淀粉的耐热稳定性,这与图2淀 粉-黄原胶热稳定性曲线一致。
图6为pH3的柠檬酸缓冲液中木薯淀粉、木薯淀粉- 黄原胶的表面颗粒结构变化。a、b为木薯原淀粉,c、 d为淀粉-黄原胶混合体系。
 
ab
 
cd
图6 木薯淀粉、木薯淀粉-黄原胶酸环境颗粒形态(X 100) Fig.6 Granular shape of tapioca starch and tapioca starch- xanthan gum in citric acid (X 100)
如图6所示,80°C时木薯原淀粉颗粒膨胀,部分 淀粉颗粒成碎片状,95 °C时淀粉颗粒消失,颗粒降解 程度较高;共混体系80°C时木薯淀粉颗粒结构明显,少 量淀粉开始膨胀,95 °C时淀粉颗粒显著膨胀,黄原胶对木薯淀粉糊化特性及其糊稳定性的影响,但是颗 粒未破碎,未被酸降解为碎片状。由图6可知,木薯 原淀粉耐酸性弱,淀粉易被酸降解,淀粉黏度降低幅 度大;黄原胶分布于淀粉颗粒周围抑制了酸对淀粉的降 解,黏度变化幅度小,提高了淀粉的耐酸稳定性,这
与图3的黏度曲线相符。
3结论
3.1在糊化过程中,黄原胶-木薯淀粉混合体系与木薯 原淀粉相比,起始黏度、峰值黏度提高,起始糊化温 度提高,热糊稳定性、冷糊稳定性提高。
3.2黄原胶的加入提高了木薯淀粉在热、酸环境中的 黏度稳定性及冻融稳定性。
3.3采用光学显微镜观察木薯淀粉在水及酸介质中糊化 颗粒结构变化,发现黄原胶可明显抑制热、酸对木薯 淀粉的降解作用。
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