【doc】洪泽湖野生红莲子、芡实、菱角中淀粉的理化性质研究

【doc】洪泽湖野生红莲子、芡实、菱角中淀粉的理化性质研究 洪泽湖野生红莲子、芡实、菱角中淀粉的理 化性质研究 第28卷第2期 2012年3月 ?OODMACHINERY 0?0?誓?? vo1.28,No.2 Mar.2012 洪泽湖野生红莲子,芡实,菱角中淀粉的理化性质研究 PropertiesofstarchfrOmlotus waterchestnutseed seed,gordoneuryaleand inHongzelake 陈晓明朱鼎程 CHENXiao—ruingZHUDing—cheng (1_淮阴工学院生命科学与化学工程学院,江苏淮安223001;2.江苏省淮安市轻工 资产管理公司,江苏淮安223002) (1.SchoolofLifeScienceandChemicalEngineering,HuaiyinInstituteoJTechnology,Huai' an,Jiangsu 223001,China;2.LightIndustryAssetManagementCompany,Huai'an,Jiangs223001,Chi na) ,菱角为原料,采用浸泡 摘要:以洪泽湖野生的红莲子,芡实 法制备3种淀粉,并对3种淀粉的颗粒形貌,大小,结晶结 构,热学性质,溶解度,膨胀度,糊化特性,分子大小与分布进 行研究.结果表明:野生莲子,芡实和菱角:定粉体积平均粒 径分别为11.77,2.15,25.76"m,且颗粒大小均匀.3种淀 粉均为A型结晶构型,莲子,芡实和菱角淀:盼的晶体度分别 为27.1,23.7,25.7.糊化峰值温度分别为76.O4, 72.37,75.88?,糊化焓值分别为8.46,5.58,4.63J/g. 3种淀粉糊的冻融稳定性较差,易形成局部的微晶束,易凝 沉,易回生,均不适合应用于冷冻食品;3种淀粉糊的透明度 介于马铃薯淀粉和玉米淀粉之间;3种淀粉的热糊稳定性较 好,适用于高温食品的生产. 关键词:莲子;芡实;菱角;淀粉;理化性质 Abstract:Somephysicalchemicalpropertiesofstarchfromlotus seed,gordoneuryaleseedandwaterchestnutinHongzelakewere investigated,includinggranulemicr0ph0tograph,granulesize,crys— tallinestructure,thermalproperties,solubility,swellingvolume, pastingbehaviour,andmolecularstructure.Theresultsshowed that:theaverageparticlesizeofstarchvolumeofwildlotusseed, gorgonfruit,andwaterchestnutwas11.77Fm,2.15"mand 25.76um,respectively.Andtheparticlesizewasuniform.The crystallineconfigurationofthesethreekindsofstarchwasallA— type.Thecrystaldegreeoflotusseed,gorgonfruit,andwater chestnutstarchcrystalwas27.1,23.7and25.7,respective ly;thegelatinizationpeaktemperaturewas76.04?,72.37?and 75.88?,respectively;gelatinizationenthalpyvalueswere8.46J/g, 5.58J/gand4.63J/g,respectively.Thefreeze—thawstabilityofthe threestarchpastewaspoor,whichwaseasytoformalocalmicro beamandretr0gradati0n.Asaresult,allthreewerenotsuitablefor frozenfoods.Thetransparencyofthreestarchpasteswasbetween 基金项目:江苏省淮安市产学研合作促进(编号:HAC0902) 作者简介:陈晓明(1969一).女,淮阴工学院教授,博士研究生. E—mial:hychenxm@yahoo.corn.en 收稿日期:201112—10 potatostarchandcornstarch.TheJrealpastestabilityofthreestarch wasfine,whichmaybeduetotheassociationandcrosslinkingbe— tweenthestarchmolecules.Thereloreal1threeweresuitableforthe productionofhightemperaturefood. Keywords:lotusseed;gordoneuryaleseed;waterchestnut;starch; properties 莲藕,芡实,菱角素享盛名,曾有"鸡头,菱角半年粮"的 说法.干莲子含碳水化合物(67.2),蛋白质(17.2),脂 肪(2.0);芡实仁含碳水化合物(79.6),蛋白质(8.3), 脂肪(o.3);鲜菱角含碳水化合物(21.4V00),蛋白质(4. 5),脂肪(0.1%)l】].由此可见,莲子,芡实,菱角均富含 碳水化合物,这些碳水化合物主要为淀粉.至今为止,对洪 泽湖这些野生水生植物资源的开发利用研究尚是空白.本 试验以洪泽湖野生的红莲子,芡实,菱角为原料,从中分别提 取淀粉,并探讨淀粉的理化性质,为进一步开发利用这些洪 泽湖野生水生植物资源提供一的理论基础. 1材料与方法 1.1材料与仪器 1.1.1原料 菱角仁,红莲子,芡实仁:野生于洪泽湖,购于淮安洪泽 县水产商行. 1.1.2药品 葡萄糖,硫酸,硫酸钾,硫酸铜,蒽酮试剂,硼酸,过氯酸, 无水乙醚,石油醚(3060?),正丁醇,异戊醇,无水乙醇,碘 液,甲基红,溴甲酚绿,氢氧化钠,盐酸等,均为国产分析纯; 葡聚糖标样::分子量分别为48.2,18.8,7,4,1, 0.342Ku,瑞典Pharmacia公司. 1.1.3仪器 扫描电子显微镜:S-3000N,日本日立公司; 3] 基础研究2012年第2期 激光粒度分析仪:LS800,珠海欧美克仪器有限公司; x_射线衍射仪:ARI/X/TRA,瑞士ARL公司; 差示扫描量热分析仪:DSC一7型,荷兰PANalytical 公司; 快速黏度分析仪:RVA一4,澳大利亚Newport公司; 高压液相色谱仪:Waters一1525,美国Waters公司; 磨浆机型:FDMZ一100型,台州梦达机械制造有限公司. 1.2试验方法 1.2.1淀粉的提取将红莲子,芡实仁,菱角仁洗净后,分 别用去离子水浸泡,4?,48h,每隔12h换水1次;用磨浆 机磨浆,将浆液依次通过100目,200目,300目的样筛,分离 纤维;滤液静置沉淀后,轻轻吸去上清液,用O.2的NaOH 脱除沉淀物中的蛋白质,加酸中和至pH7.0,8000r/rain, 离心10rain,弃上清,并将表面非白色的杂质层轻轻刮去,然 后用水反复洗涤,直至杂质除尽;40?干燥48h,粉碎,过 6O目筛,获得各淀粉. 1.2.2基本组分测定 (1)水分:105?恒重法(GB5497——2o08); (2)灰分:直接灰化法(GB55o5——2o08); (3)淀粉:蒽酮比色法测定(GB/T5009.9——2O08); (4)蛋白质:微量凯氏定氮法测定(K一6.25)(GB 5009.5——2O10): (5)粗脂肪:索氏提取法(GB/T22427.3——2[).8). 1.2.3淀粉颗粒形貌,大小和粒度分析扫描电镜观察淀 粉颗粒表面形态.取少量淀粉样品,加入5OmL的水,超声 2min,使颗粒分散均匀,之后用激光粒度分析仪分析淀粉的 粒径分布和大小. 1.2.4淀粉颗粒的结晶结构粉末法],用轻而表面平滑 的刮刀将适量试样压填在铝板制的盒子(20mm×16mlll× 1ram)内,用x一衍射仪对其进行分析,并自动绘制出以衍射 角为横坐标,衍射强度为纵坐标的x__衍射图谱.由图谱读出 衍射峰对应的20角的值.相对的结晶度按式(1)计算: R一×1O.(1) At 式中: R——相对结晶度,; A——结晶峰的面积; A,——用基线测量的总面积. 1.2.5淀粉热性质测定差示扫描量热仪法嘲.称取样 品(以绝干样品计,称量时扣除水分含量)3mg加水6mg,压 片,4?下放置12h,空铝盒作参比,升温速度1O?/min,测 试范围2O,9O?. 1.2.6淀粉的溶解度和膨润度分别用3O,5O,7O,9o?的 水浴搅拌加热浓度为2(m/m)的淀粉乳30rain,之后冷 却至室温,3000r/min离心2Omin.小心倾出上清液,置于 已恒重的铝盒中,先90?水浴蒸干,再在105?下烘干至恒 重.分别称取沉淀物重量和上清液烘干至恒重后重量.淀 32 粉溶解度和膨润度分别按式(2),(3)计算: A 1s一×lOO(2) p B一xloo%(3) 式中: s——溶解度,; A——上清液烘干至恒重后重量,g; W——淀粉样品的重量,g; B——膨润度,; P——沉淀物重量,g. 1.2.7淀粉糊的性质 (1)沉降体积:配制质量分数1的淀粉糊,冷却到室 温.取100mL于100mL量简中静置24h后,下方沉 淀物的体积.用沉淀体积占糊总体积的百分比表示糊的凝 沉性质[. (2)透明度:配制质量分数1的淀粉浆,沸水浴加热, 搅拌15min后,至冷却室温,加水保持原体积不变;以去离 子水作参比,用1cm比色皿测定620nm下淀粉糊的透光 率. (3)冻融稳定性:配制质量分数5的淀粉浆,25?下 静置30rain后,将1mL淀粉浆装入2mI离心管中充分搅 拌,再在100?水浴中加热,搅拌30rain;然后将样品置 于一2o?,24h;取出,于3o?融解1.5h.轻轻将凝胶放在 2层滤纸上静置5min,充分吸去水分,测出析出水量.然后 再置于一2O?静置24h,如此重复5次.同时做对照试验, 将未经冻融处理的淀粉凝胶在2?下贮藏5d,每隔24h,用 3000r/min离心淀粉凝胶10rain,测量析出水量.淀粉凝 胶脱水收缩的程度用渗出水的重量与原来的糊重量之比表 示. (4)黏度曲线测定:配制质量分数6的淀粉乳,用快速 黏度分析仪测定.以160r/min的搅拌速度,12?rnin的 升温速度从5O?加热到95?,并在95?保持2.5min,之 后以12?/rain的速度冷却至5O?并在保持2rain.以时 间为横坐标,黏度为纵坐标绘制黏度,时间曲线j. (5)分子量测定l2]:?色谱条件:241O型示差折光检测 器,UltrahydrogelIinear(7.8mi/1×300mm)色谱柱;进样 量1OL,0.1mI/LNaNO.为流动相,流速0.9mI/min, 柱温45?.以葡聚糖为标样制定工作曲线,测定依标 定时的色谱条件进样,仪器自动绘出测试样品的分子量 (Mzv).?样品制备:称取样品0.025g,溶解于5mI的 二甲亚砜中,分散后,转移至25mI容量瓶中定容至刻度, 过0.45m滤膜,滤液供进样. 因为组成淀粉分子的脱水葡萄糖单元的分子量为162, M/l62.则样品的分散度 所以淀粉分子的聚合度为DP— 按式(4)计算: DPl D一—DP— n (4) 基础研究2012年第2期 步证实了x一射线测量的结果,莲子淀粉的晶体度最高,所以 其糊化焓值最高;芡实淀粉的晶体度虽然小于菱角淀粉,但 其淀粉分子中长链分子的比例以及链长(数据见表7)却是3 种淀粉中最大的,所以可能是其相对完美的晶体结构使其糊 化温度范围最大,糊化焓值高于菱角淀粉. 表2莲子,芡实,菱角淀粉的热特性参数 Table2Tbermalpropertiesoflotusseedstarch,water chestnutstarchandgordoneuryaleseedstarch 2.5淀粉的溶解度与膨润度 由表3可知,每种淀粉的溶解度和膨胀度均随加热温度 升高而增加.但芡实淀粉的溶解度和膨润度比莲子和菱角 淀粉的都小,这可能与芡实淀粉的小粒径和相对完美的晶体 结构相关.在3O,7O?膨胀较小,7O,90?膨胀较快,3种 淀粉均存在一个初始膨胀阶段和迅速膨胀阶段,是典型的二 阶段膨胀过程.这是因为随着温度的上升,微晶束结构开始 松动,暴露出来的极性基团与水结合,淀粉开始部分溶解,继 续加热,淀粉团粒崩解,游离出直链,支链淀粉,溶解度也随 之增加.与此同时,未溶解的淀粉颗粒也充分吸水膨胀. 表3不同温度下莲子,芡实,菱角 淀粉颗粒的溶解度和膨润力 Table3Solubilitiesandswellingpowersoflotusseed starch,waterchestnutstarchandgordoneuryale seedstarchinfluencedbytemperature/ 2.6淀粉糊的性质 透光率愈大,淀粉糊的透明度愈好.由表4可知,3种淀 粉糊的透明度介于马铃薯淀粉和玉米淀粉之间,菱角淀粉糊 的透明度好于莲子淀粉,莲子淀粉的透明度好于芡实淀粉. 34 这可能是芡实淀粉颗粒较小不易吸水膨胀而引起光的反射 较强,从而使芡实淀粉糊透明度较差.另外,透明度也与老 化度有很大相关性,一般易老化者透明度较差. 表4淀粉糊的透明度和沉降体积 Table4Transparencyandsettlingvolumeoflotus seedstarch,waterchestnutstarchand gordoneuryaleseedstarch/ 十马铃薯淀粉,玉米淀粉数据来自文献[7]. 淀粉乳受热糊化后的冷却过程中,分子重排,分子链之 间以氢键结合,使淀粉分子脱水收缩,其黏附性能下降,保水 性减弱.沉降体积越小,表示该淀粉越易凝沉.从表4还可 知,菱角淀粉,莲子淀粉比玉米淀粉易凝沉,其凝胶能力强. 而芡实淀粉的沉降体积较大,略次于马铃薯淀粉不易凝沉. 3种淀粉糊在一2o,2?下的冻融稳定性列于表5.由表 5可知,2?下淀粉糊的脱水收缩率大于一2O?时淀粉糊的 脱水收缩率.两种温度下,淀粉冻融1次后,脱水收缩率都 较大,淀粉糊的胶体结构破坏,变成海绵状态,之后淀粉糊的 脱水收缩程度较低,这表明3种淀粉糊的冻融稳定性较差, 因此,均不适合应用于冷冻食品. 表5不同温度下淀粉糊的冻融稳定性 Table5Syneresisoflotusseedstarch,waterchestnut starchandgordoneuryaleseedstarch influencedbytemperature// 温度/?次数莲子淀粉芡实淀粉菱角淀粉 第1次57.948.565.2 第2次67.553.169.4 2第3次71.054.373.2 第4次74.856.174.1 第5次75.356.876.2 第1次40.245.556.1 第2次51.347.458.5 20第3次54.65O.160.4 第4次56.753.261.3 第5次57.954.1.65.2 2.7淀粉黏度曲线测定 淀粉糊的糊化曲线可以反映不同种淀粉的糊化难易程 度,淀粉回生及淀粉糊的热稳定性和冷稳定性.质量分数 6的3种淀粉糊的黏度变化曲线见图4,黏度曲线特征值见 表6. 第28卷第2期陈晓明等:洪泽湖野生红莲子,芡实,菱角中淀粉的理化性质研究 时间 Time/s 图4淀粉的RVA曲线 Figure4RVApastingcurvesofLotusseedstarch,Water chestnutstarchandGordonEuryaleseedstarch 表6淀粉的RVA曲线特征值 Table6CharacterizationofRVApastingcurvesof lotusseedstarch,waterchestnutstarch andgordoneuryaleseedstarch 十马铃薯淀粉,玉米淀粉数据来自文献E8_-. 糊化温度是指淀粉开始增稠时的温度.淀粉的RVA曲 线在快速黏度分析器上弯曲,黏度开始增大的点的温度即为 糊化温度.菱角淀粉的糊化温度高于莲予和芡实与差示扫 描量热法获得的糊化温度相一致(表2).3种淀粉的最高黏 度都出现在95?的恒温段,与玉米和马铃薯淀粉相比,黏度 在蒸煮期间的崩解值很小,基本保持不变.崩解值是最高黏 度与热浆黏度的差值,反映了淀粉糊在高温下耐剪切的能 力,是影响含淀粉食品加工的因素之一.:种淀粉的小崩解 值表明淀粉的热糊稳定性较好,可能是由于淀粉分子间的缔 合,交联较多,比较适合于高温食品的生产.3种淀粉的黏度 在冷却期间不断增加,其最终黏度与热浆黏度的差值称回复 值,表示糊化淀粉在冷却过程中重结晶的能力,反映了淀粉 的老化程度.莲子,芡实和菱角淀粉的回复值分别为494, 249,280cP,表明莲子淀粉的老化程度最大,芡实最小. 2.8淀粉的分子量测定 由表7可知,莲子淀粉,菱角淀粉,芡实淀粉中分别有 74.59,79.36,74.45的淀粉分子质量较小,这部分包 括了淀粉中的直链淀粉和中间级分,这些中间级分所占的比 例大,导致这3种淀粉均易形成局部的微晶束,易凝沉,易回 生,冷冻稳定性差,与上述各指标测定结果一致. 表7莲子,菱角和芡实淀粉的分子量 Table7Molecularweightoflotusseedstarch,water chestnutstarchandgordoneuryaleseedstarch 峰相对峰重均聚合数均聚合分散 品种 号面积/%度DP度DPn度D号面积度度度 莲子淀粉 菱角淀粉 芡实淀粉 3结论 洪泽湖的野生作物莲子,芡实和菱角淀粉体积平均粒径 分别为11.77,2.15,25.76m,且颗粒大小均匀.莲子,芡 实和菱角淀粉均为A型结晶构型,晶体度分别为27.1, 23.7,25.7,糊化峰值温度分别76.O4,72.37,75.88?, 糊化焓值分别为8.46,5.58..4.63J/g,略高于其它谷物淀 粉.3种淀粉糊的冻融稳定性较差,易形成局部的微晶束,易 凝沉,易回生,均不适合应用=F冷冻食品;3种淀粉糊的透明 度介于马铃薯淀粉和玉米淀粉之间;3种淀粉的热糊稳定性 较好,可能是由于淀粉分子间的缔合,交联较多,比较适合于 高温食品的生产.本试验仅对洪泽湖野生水生植物莲子,芡 实和菱角中原淀粉的基本性质进行了研究,如何对这些淀粉 改性并应用于实际生产,还需要进一步深入研究. 参考文献 1杨月欣,王光亚,潘兴昌.中国食物成分表2002[M].北京:北京 大学医学出版社,2002:62,63. 2陈晓明,伏春燕,金征宇.慈菇淀粉的理化性质[J].中国粮油学 报,2O1O,25(7):57,61. 3HuangJ,ScholsHA,JeroenJG,eta1.Physicochemicalproper— tiesandamylopeetinchainpro:Tilesofcowpea,chickpeaandyellow peastarches[J~.FoodChemistry,2007(101):1338,1345. 4张燕萍.变性淀粉制造与应喟[M].北京:化学工业出版社, 2001:44,45. 5CookD,GidleyMJ.IOSSofcrystallineandmolecularorderdur— ingstarchgelatinjsati.n:Orignoftheenthalpictransition[J]. 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