鹽對不同直鏈含量玉米淀粉理化特性及流變學特性的影響

張旭東 薛吉全 劉林三 鐘雨越 張仁和 徐淑兔 劉建超 郭東偉

鹽對不同直鏈含量玉米淀粉理化特性及流變學特性的影響

張旭東 薛吉全 劉林三 鐘雨越 張仁和 徐淑兔 劉建超 郭東偉

（西北農林科技大學農學院；農業部西北旱區玉米生物學與遺傳育種重點實驗室，楊凌 712100）

分析了鹽對不同直鏈含量玉米淀粉的理化特性及流變學特性的影響。結果表明，鹽抑制了淀粉顆粒的膨脹，鹽濃度越大，抑制作用越強。鹽質量濃度為0 g／100 mL的蠟質淀粉和普通淀粉膨脹勢在65℃到75℃迅速增加，2.0 g／100 mL時膨脹勢在75℃到85℃迅速增加且幅度最小。蠟質淀粉和普通淀粉DSC圖譜呈G峰和M2峰，高直鏈淀粉呈G峰。鹽提高了凝膠化起始溫度，蠟質淀粉從50.1℃增加到90.2℃，普通淀粉從56.6℃增加到99.6℃，高直鏈淀粉從98.8℃增加到105.7℃。鹽也抑制了淀粉的糊化進程，鹽濃度越大，糊化溫度越高。普通淀粉的儲存模量G＇，損耗模量G＇和表觀黏度η大于蠟質淀粉。普通淀粉和蠟質淀粉在低鹽濃度（0.6 g／100 mL）下的G＇、G＇和η 值均大于高鹽濃度（2.0 g／100 mL）。

鹽 玉米 直鏈淀粉 理化特性 流變學特性

玉米淀粉是食品工業中最具應用價值的一類原材料，被廣泛用于增稠劑、凝結劑、固定劑、持水劑、包裝材料、脂肪替代品以及可降解塑料。根據直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例不同，玉米淀粉可以分為蠟質玉米淀粉、普通玉米淀粉和高直鏈玉米淀粉。通常把直鏈淀粉質量分數為25%的稱為普通玉米淀粉；直鏈淀粉質量分數為50%以上的稱為高直鏈玉米淀粉；直鏈淀粉質量分數小于5%的則稱為蠟質玉米淀粉［1］。

目前國內外研究證明，鹽可以影響淀粉的品質特性。Sudhakar等［2］報道鹽可以提高馬鈴薯淀粉的糊化溫度，原因是鹽與體系中的淀粉和水的相互作用。Eliasson等［3］認為鹽對淀粉特性的影響受鹽種類和濃度的影響?？傊?，鹽對淀粉的影響是非常復雜的，其中鹽對于不同直鏈含量玉米淀粉品質特性的影響鮮見報道。因此，本試驗探討了鹽對于蠟質玉米淀粉、普通玉米淀粉、高直鏈玉米淀粉的理化特性和流變學特性的影響，以期為玉米淀粉的食品加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蠟質玉米淀粉（含水量12.5%，直鏈淀粉質量分數1.4%）：意大利Roquette公司；普通玉米淀粉（含水量11.7%，直鏈淀粉質量分數27.3%）：美國Cargill公司；高直鏈玉米淀粉（含水量10.4%，直鏈淀粉質量分數64.4%）：英國Ingredion公司。

Q2000差示掃描量熱儀、HR-3混合流變儀：美國TA公司；SUPER-3快速黏度分析儀：澳大利亞Newport Scientific公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 鹽-淀粉懸浮液的制備

稱取不同質量的鹽，加入到蒸餾水中溶解，分別配制成質量濃度為0、0.6、2.0 g／100 mL 的鹽溶液。準確稱量的3種不同類型的淀粉樣品溶解到鹽溶液中，在磁力攪拌器上連續攪拌30 min，所需鹽—淀粉溶液均在30 min內取出，備用。

1.2.2 含水量測定

根據GB 50093—2010［4］，采用烘箱干燥法對淀粉的含水量進行測定。

1.2.3 直鏈淀粉含量測定

參照Zhu等［5］的方法，采用雙波長（620 nm 和510 nm）比色法對淀粉的直鏈含量進行測定。

1.2.4 膨脹勢測定

參照Leach等［6］的方法，測定鹽對淀粉膨脹勢的影響，重復3次，取平均值。

1.2.5 熱特性分析

參照Li等［7］的方法，利用差示掃描量熱儀分析鹽對于淀粉熱特性的影響。

1.2.6 黏度特性分析

參照Jiang等［8］的方法，利用快速黏度分析儀分析鹽對于淀粉糊化特性的影響。

1.2.7 流變學特性分析

參照Jeng等［9］的方法并加以修改，利用流變儀測定鹽對于淀粉凝膠化特性和表觀黏度的影響。按照1.2.1的方法，制備淀粉濃度為10 g／100 mL和鹽質量濃度分別為0、0.6、2 g／100 mL 的鹽- 淀粉懸浮液。將其倒入直徑為40 mm的平板托盤上，周圍用石蠟油密封防止水分的散失?？障洞笮?.0 mm，拉力為2%，角頻率為1 Hz，溫度變化范圍60～95℃，重復測定2次。

1.3 統計分析

數據用SPSS19.0進行均值、方差、單因素及顯著性差異Duncan分析以及使用Origin 9.0繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同鹽添加量對于膨脹勢的影響

如圖1所示，無論是否有鹽的存在，3種淀粉的膨脹勢均隨著溫度的升高而增加，盡管幅度不同，其中蠟質玉米淀粉的膨脹勢最大，普通玉米淀粉次之，高直鏈玉米淀粉最小。鹽抑制了淀粉顆粒的膨脹，含鹽量越高，膨脹勢越低。蠟質玉米淀粉對于鹽的抑制作用最為敏感，而高直鏈玉米淀粉表現更加穩定。在鹽存在的條件下，蠟質玉米淀粉和普通玉米淀粉85～95℃曲線的斜率明顯小于75～85℃的斜率，說明在較高溫度下，鹽抑制了淀粉膨脹勢增加的幅度。

圖1 不同鹽添加量對3種淀粉膨脹勢的影響

2.2 不同鹽添加量對于熱特性的影響

由圖2可知，在不同鹽濃度下，蠟質玉米淀粉和普通玉米淀粉均呈現雙峰，高直鏈玉米淀粉呈現單峰。隨著直鏈淀粉含量和鹽濃度的增加，峰位置右移。熱特性參數如表1所示，3種淀粉G峰的T0，Tp，Tc均隨著直鏈淀粉和鹽含量的增加而增大。M2峰的T0，Tp，Tc在不同淀粉樣品及不同鹽含量之間差異并不是很明顯。隨著直鏈淀粉含量以及含鹽量的增加，ΔH在不同樣品之間存在顯著性差異（P＜0.05）。分析可知，高直鏈玉米淀粉結構最穩定，而蠟質玉米淀粉結構最不穩定；鹽質量濃度為2.0 g／100 mL時的淀粉最難凝膠化，鹽質量濃度為0 g／100 mL時，淀粉最易凝膠化。

圖2 不同鹽添加量對3種淀粉熱特性的影響

表1 不同鹽添加量的3種玉米淀粉DSC特征參數

表2 不同鹽添加量的3種玉米淀粉RVA特征參數

由圖3可知，普通玉米淀粉和蠟質玉米淀粉在不同鹽添加量下均呈現出“雙峰”，而高直鏈玉米淀粉的糊化曲線呈水平直線。隨著直鏈淀粉含量和鹽濃度的增加，淀粉的糊化曲線右移，說明糊化需要更高的溫度，更長的時間。

特征參數如表2所示，糊化溫度隨著直鏈淀粉和鹽含量的增加而增大。在不同鹽濃度下，普通玉米淀粉的峰值黏度、最低黏度、最終黏度以及回生黏度均大于相應的蠟質玉米淀粉；衰減值呈相反趨勢。隨著鹽濃度的增大，普通玉米淀粉和蠟質玉米淀粉的衰減值和回生值遞減，說明鹽濃度的增加會降低淀粉的冷熱穩定性。

圖3 不同鹽添加量對3種淀粉黏度特性的影響

2.3 不同鹽添加量對于流變學特性的影響

由圖4a 可知，在鹽質量濃度為0、0.6、2.0 g／100 mL時，蠟質玉米淀粉和普通玉米淀粉的儲存模量G′呈現相同的變化趨勢，均從凝膠化起始溫度開始增加，隨著溫度的升高，達到最大G′后，開始下降，然而高直鏈玉米淀粉的G′保持不變，這是由于試驗溫度太低不足以使其凝膠化。不同鹽濃度下的普通玉米淀粉的凝膠化起始溫度都高于相應的蠟質玉米淀粉。鹽抑制凝膠化進程，濃度越大，抑制作用越明顯。在不同鹽濃度下，普通玉米淀粉的G′均大于相應的蠟質玉米淀粉，普通玉米淀粉和蠟質玉米淀粉的G′在低鹽濃度（0.6 g／100 mL）下大于高鹽濃度（2.0 g／100 mL）。由圖4b和圖4c可以看出，損耗模量G″和表觀黏度η均表現出同樣的趨勢。

圖4 不同鹽添加量對于3種淀粉儲存模量G′、損耗模量G″和表觀黏度η的影響

3 討論

淀粉的膨脹能力取決于淀粉類型，顆粒形態、大小，鹽添加量等因素。蠟質玉米淀粉由于幾乎全部是支鏈淀粉，形成了更加開放的結構，使水分子更容易進入淀粉顆粒內部，從而導致較高的膨脹勢。然而高直鏈玉米淀粉由于更高的直鏈淀粉含量，導致了其較低的膨脹勢。這與Hermansson等［10］研究結果一致，即淀粉的膨脹勢反映的是支鏈淀粉的特性，直鏈淀粉只是作為稀釋劑，并且直鏈淀粉-脂肪復合物的形成也會限制淀粉顆粒的膨脹。Chen等［11］認為淀粉顆粒和鹽離子的靜電作用以及鹽和淀粉顆粒之間對于水分子的競爭作用導致了鹽對淀粉膨脹的抑制作用。Samutsri等［12］報道了同樣的現象出現在水稻淀粉中。Zhu等［13］研究認為在較高溫度下，NaCl對小麥淀粉的膨脹勢具有限制性促進作用。這與本研究的結果一致。

侯蕾等［14］認為淀粉DSC圖譜中存在G峰和M2峰，G峰通常是由于直鏈淀粉雙螺旋結構解離而形成的，M2峰是由直鏈淀粉-脂類復合物形成的。在本研究中，蠟質玉米淀粉和普通玉米淀粉的M2峰出現在100～130℃范圍內，這與王中榮等［15］研究結果一致，他們認為M2峰通常出現在110～160℃。高直鏈玉米淀粉出現單峰，可能是由于直鏈淀粉含量較高，此溫度變化范圍達不到出現M2峰所需的溫度。隨著鹽濃度的增加，3種淀粉的G峰的起始溫度、峰值溫度和終止溫度均呈現增加趨勢，淀粉的糊化被延遲。這可能是由于鹽對于水分子的競爭作用以及與淀粉之間的靜電作用限制了淀粉顆粒的膨脹，延遲了淀粉的糊化。這與膨脹勢（如圖1所示）結果一致。

直鏈淀粉含量的增加抑制了淀粉的糊化進程，是由于直鏈淀粉會對支鏈淀粉產生束縛作用，限制其吸水膨脹，在高直鏈淀粉中較長的支鏈分子的結晶結構也會提高糊化溫度，以及直鏈淀粉-脂質復合物也阻礙淀粉顆粒的糊化。這與Singh N等［16］研究結果一致。鹽抑制淀粉糊化的原因是鹽對于水分子的競爭作用以及與淀粉之間的靜電作用。這與上述膨脹勢和DSC結果一致。劉輝等［17］報道在不同品種的小米之間，直鏈淀粉含量與衰減值呈顯著負相關，與回生值呈顯著正相關，這與本試驗研究結果一致。

蠟質玉米淀粉和普通玉米淀粉的G′均呈現先升后降的趨勢。G′的增加是由于水分子進入淀粉顆粒內部使其膨脹，依靠膨脹顆粒間的相互作用形成三維網狀結構。隨著溫度的進一步升高，淀粉顆粒破裂，網狀結構被破壞，變得松散，G′減小。這與Wong等［18］和Eliasson 等［19］的研究結果一致。鹽延遲淀粉的凝膠化進程，濃度越大，凝膠化速度越慢。因為在淀粉溶液中，鹽的添加限制了水分子的移動，從而減少了進入淀粉顆粒內部的水分子，導致凝膠化的延遲。Katsuta等［20］報道了水稻淀粉中的相同現象。他們認為鹽離子與水的相互作用以及鹽離子-淀粉鏈復合物（直鏈單螺旋、支鏈雙螺旋）的形成，影響著淀粉懸浮液的穩定性。Tsai等［21］認為非蠟質的水稻和玉米淀粉通常有著比蠟質更高的G′和G″。這是由于不同的凝膠形成機理決定的，隨著溫度的增加，被釋放的直鏈淀粉分子形成三維網狀結構，被膨脹的淀粉顆粒之間的相互作用所加強。普通玉米淀粉顆粒插入到該網狀結構中，然而蠟質玉米淀粉僅有膨脹的淀粉顆粒，沒有網狀結構。普通玉米淀粉和蠟質玉米淀粉在低鹽濃度（0.6 g／100 mL）下的G′大于高鹽濃度（2.0 g／100 mL）的，是由于鹽-淀粉之間的相互作用，低鹽濃度促進了凝膠化，高鹽濃度抑制了凝膠化。這一結果與Chen等［11］的報道一致。

4 結論

由于直鏈淀粉含量的差異，3種玉米淀粉的膨脹勢差異顯著，蠟質玉米淀粉的膨脹勢最大，高直鏈玉米淀粉的膨脹勢最小。鹽抑制淀粉的膨脹，濃度越大，抑制作用越強。在較高溫度下，鹽限制性促進淀粉的膨脹勢。普通玉米淀粉和蠟質玉米淀粉的熱特性曲線呈G峰和M2峰，高直鏈玉米淀粉只呈現G峰。隨著直鏈淀粉和鹽濃度的增加，焓變值減小。普通玉米淀粉和蠟質玉米淀粉的糊化特征曲線為雙峰，而高直鏈玉米淀粉為水平直線。直鏈淀粉和鹽濃度的增加提高了糊化溫度，抑制糊化進程。隨著鹽濃度的增加，普通玉米淀粉和蠟質玉米淀粉的衰減值和回升值均減小。在不同鹽濃度下，普通玉米淀粉的G′，G″，η以及凝膠化起始溫度均大于相應的蠟質玉米淀粉，而高直鏈玉米淀粉在溫度范圍內沒有變化。普通玉米淀粉和蠟質玉米淀粉在低鹽濃度（0.6 g／100 mL）下的G′，G″，η 值均大于高鹽濃度（2.0 g／100 mL）。

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Influences of Salt on Physicochemical and Rheological Properties of Corn Starch with Different Amylose Contents

Zhang Xudong Xue Jiquan Liu Linsan Zhong Yuyue Zhang Renhe Xu Shutu Liu Jianchao Guo Dongwei
（The college of Agronomy in Northwest A＆F University，The Key Laboratory of Biology and Genetics Improvement of Corn in Northwest Arid Area，Ministry of Agriculture，Yangling 712100）

The paper focused on exploring the effect of salt on physicochemical and rheological properties of waxy corn starch，normal corn starch and high amylose corn starch.The results indicated salt limited the swelling behavior of starch granules，the higher salt content was，the lower swelling power was.The swelling power of waxy corn starch and normal corn starch with 0%salt content steeply increased between 65℃ and 75℃，while that with 2.0%salt content slightly grew up between 75℃ and 85℃.Waxy corn starch and normal corn starch all exhibited Gpeak and M2 peak in different salt addition，while high amylose corn starch only showed Gpeak.Salt raised the gelatinization staring temperature，specifically，from 50.1，56.6 and 98.8 ℃ to 90.2，99.6 and 105.7 ℃ for waxy corn starch，normal corn starch and high amylose corn starch respectively.Salt also inhibited the pasting process，the greater salt content was，the higher the pasting temperature was.The storage modulus（G′），loss modulus（G″）and apparent viscosity（η）of normal corn starch with different salt addition were higher than those in waxy maize starch.The G′，G″and η values of waxy corn starch and normal corn starch in 0.6%salt were greater than those in 2.0%high salt concentration.

salt，maize，amylose starch，physicochemical properties，rheological properties

TS231

A

1003-0174（2016）11-0026-06

時間：2016-11-10 15：54：58

網絡出版地址：http：／／www.cnki.net／kcms／detail／11.2864.TS.20161110.1554.002.html

楊凌示范區科技計劃（2014NY-01），唐仲英基金（A212021205）

2015-12-11

張旭東，男，1989年出生，碩士，作物遺傳育種

郭東偉，男，1973年出生，副教授，作物遺傳育種薛吉全，男，1964年出生，教授，作物遺傳育種