武陵山区4种块根类淀粉的糊化特性和冲调性质分析

米 旺 陈 吉 余 佶 姚茂君 麻成金 李运通

(1. 食药两用资源研究与高值化利用湖南省重点实验室，湖南 吉首 416000；
2. 吉首大学化学化工学院，湖南 吉首 416000)

湖南武陵山区葛根、蕨根、百合、凉薯等特色植物资源十分丰富。葛(Puerariamontanavar.lobata)是一种豆科植物，分为粉葛和柴葛。种植葛以粉葛为主，其淀粉含量高于柴葛，鲜葛根中淀粉含量为15%～34%[1]，粉葛中葛根素等黄酮类物质的含量低于柴葛[2]。蕨(Pteridiumaquilinum)以野生为主，其干基和根中含有35%～40%的淀粉[3]。百合(Liliumbrowniivar.viridulumBaker)是一种传统作物，百合鳞茎中淀粉的含量在60%左右[4]，在湘西地区大面积种植的为卷丹百合，其中龙山县种植为全州最多，常年种植面积稳定在5 300 hm2左右，占全国百合种植面积的20%，产量和销量均居全国第一[5]。凉薯(Pachyrhizuserosus)原产于亚马逊区域和墨西哥半干旱地区，具有高产量、易种植、高营养价值等特点，其干基中的淀粉含量约为22.29%[6]。这4种作物淀粉中葛根淀粉由于具有较低的糊化温度，已经被开发成冲调饮品，商业化程度较高。蕨根、百合和凉薯等淀粉是否也具有与葛根淀粉类似的糊化特性和冲调性质，目前暂无相关的比较研究。

研究拟以湿法从葛根、蕨根、百合、凉薯的块根或块茎中分离得到4种淀粉，采用扫描电子显微镜(SEM)、快速黏度分析仪(RVA)、差式量热扫描仪(DSC)等分析各类淀粉的颗粒微观形态、黏度变化曲线、糊化温度、糊化焓等指标，并对4种淀粉进行冲泡，对比其糊的透明度和表观状态，旨在为武陵山区块根或块茎类淀粉的生产与应用提供参考依据。

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

葛根、蕨根、百合、凉薯：市售。

1.1.2 主要仪器设备

光学显微镜：MoticAE2000型，北京汗盟紫星仪器仪表有限公司；

组织捣碎机：JJ-2型，江苏天翎仪器有限公司；

可见分光光度计：7230G型，上海仪电分析仪器有限公司；

高速离心机：LXJ-IIC型，上海安亭科学仪器厂；

快速黏度分析仪：RVA-Techmaster型，波通瑞华科学仪器公司；

差示扫描量热计：DSC3500型，德国耐驰仪器制造有限公司。

1.2 淀粉的提取

根据王倩等[7]的方法，并进行适度修改。称取500 g洗净的块根或块茎与1 000 mL蒸馏水混合，用组织破碎机处理5 min，使用纱布进行过滤，滤渣清洗3次，收集3次滤液，弃去滤渣。将滤液静置12 h后，弃去上层滤液，保留沉淀。向沉淀中加入适量蒸馏水并搅拌均匀，以4 000 r/min离心10 min，弃上清液，用药匙轻轻刮去沉淀表面的黄褐色杂质，该过程重复3次。收集淀粉，自然晾干，用研钵进行研磨后，装入保鲜袋中常温下保存备用。

1.3 微观形态

1.3.1 普通光学显微镜观察 称取0.05 g淀粉于20 mL试管中，用蒸馏水配制成0.25 g/100 mL的淀粉悬浮液，充分摇匀，用胶头滴管取1～2滴悬浮液于洁净载玻片上，盖上盖玻片，在光显微镜下先以10×40倍率进行观察，采用Motic5.0相机随机拍照。

1.3.2 扫描电子显微镜(SEM)观察 参考Shah等[8]的方法，拍取样品在不同放大倍数下(×500和×2 000)的微观结构照片。

1.4 糊化特性

1.4.1 快速黏度曲线 (RVA) 采用GB/T 24853—2010《小麦、黑麦及其粉类和淀粉糊化特性测定 快速黏度仪法》标准程序1测试，得到RVA曲线及相关参数。

1.4.2 热力学特性曲线(DSC) 参考Li等[9]的方法。

1.5 冲调性质

1.5.1 淀粉糊的透明度 参考Hu等[10]的方法，并做适度修改。称取淀粉0.5 g于100 mL烧杯中，加50 mL水配制成1 g/100 mL的淀粉乳液，沸水浴加热30 min，搅拌使其糊化，冷却至室温，蒸馏水为空白调零，在620 nm处测试淀粉糊的透光率(T)，以透光率来表示透明度。

1.5.2 淀粉糊的表观形态 分别称取淀粉3.0 g于100 mL烧杯中，然后加入50 mL沸水配置成6 g/100 mL的淀粉乳液，玻璃棒搅拌3 min，立即用勺子舀起，观察其拉丝情况[11]。

1.6 数据统计与分析

采用Excel 2019进行图表的绘制，SPSSAU进行统计学分析。

2.1 微观形态

4种淀粉的微观形态和结构如图1所示。葛根淀粉的颗粒形态多为球形或多角形，表面光滑，可见明显的脐点。蕨根淀粉颗粒结构形态多为球形、半球形等不规则形状，表面光滑，其形态与葛根淀粉相似。百合淀粉颗粒的结构形状多呈纺锤形，表面光滑，与Zhang等[12]和Li等[13]的观察结果相一致。凉薯淀粉颗粒表面光滑，颗粒结构呈现出多角形等不规则结构，粒径明显小于其他3种淀粉，与张喻等[14]的研究结果一致。对4种淀粉颗粒的长轴直径进行分析，其尺寸大小排序为百合>蕨根>葛根>凉薯。淀粉的微观形态和颗粒大小通常与淀粉的品种有关，淀粉颗粒的直径通常在1～100 μm，且块根和块茎类淀粉的直径一般大于谷物淀粉[15]。淀粉颗粒的形态和大小是淀粉分子结构和精细结构的外在表现，也是淀粉糊化特性和冲调性质的直接影响因素。

图1 葛根、蕨根、百合、凉薯4种淀粉颗粒的微观形态

2.2 糊化特性

2.2.1 快速黏度曲线 采用快速黏度分析仪测定葛根、蕨根、百合、凉薯4种淀粉的快速黏度曲线，糊化特性参数见表1。葛根淀粉的峰值黏度为(4.04±0.01) Pa·s，显著低于其他3种淀粉(P<0.05)。Yoo等[16]的研究也表明，葛根淀粉的峰值黏度低于蕨根淀粉。百合淀粉的峰值黏度为(7.00±0.03) Pa·s，显著高于其他3种淀粉(P<0.05)，可能与百合淀粉颗粒较大有关，在微观形态的比较研究中发现百合淀粉的颗粒尺寸显著大于其他3种淀粉，淀粉颗粒的尺寸越大，糊化过程中淀粉吸水膨胀得更大，则表现出较大的峰值黏度。有研究[17]对比了玉米淀粉、大米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉等的峰值黏度，结果得到马铃薯淀粉的峰值黏度远高于其他淀粉，这与马铃薯淀粉颗粒尺寸较大有关。对比大、中、小3种颗粒尺寸马铃薯淀粉的峰值黏度，得到淀粉的粒径与峰值黏度呈正相关关系[18]。

表1 葛根、蕨根、百合、凉薯4种淀粉的糊化特性参数†

衰减值所反映的是热糊淀粉的稳定性，葛根淀粉的衰减值为(1.97±0.00) Pa·s，明显低于其他3种淀粉，表明葛根淀粉颗粒在升温糊化过程中不易破裂，稳定性最好。葛根淀粉和百合淀粉的回生值分别为(1.20±0.04)，(1.16±0.01) Pa·s，高于蕨根淀粉和凉薯淀粉。回生值所反映的是淀粉糊化冷却过程中的稳定性和老化程度，一定程度的回生可以增加淀粉凝胶的硬度[19]。淀粉的成糊温度与淀粉颗粒的高结晶度结构有关[20]，葛根、蕨根、百合、凉薯4种淀粉的成糊温度分别为69.42，68.65，69.05，72.35 ℃，凉薯淀粉的糊化温度要明显大于其他3种淀粉，说明其不易糊化。

2.2.2 热力学特性曲线 采用差示扫描热量仪测定葛根、蕨根、百合、凉薯4种淀粉的热力学特性，结果如图2所示。葛根、蕨根、百合、凉薯4种淀粉的初始糊化温度分别为62.3，59.4，62.1，62.9 ℃，峰值糊化温度分别为67.3，66.9，65.7，69.7 ℃。起始糊化温度反映的是淀粉开始糊化时所需要的能量；
峰值糊化温度反映的是不同淀粉晶体结构及其完整性，温度越高，表示淀粉晶体的结构越完整，越不易被破坏[21-23]。4种淀粉中凉薯淀粉起始糊化温度最高，说明其开始糊化时所需的温度最高；
蕨根淀粉的起始糊化温度最低，表明其易糊化，与2.2.1快速黏度曲线的测试结果一致。热焓值反映的是破坏淀粉晶体中的双螺旋结构所需要吸收的能量，热焓值越小，说明所需要的能量越少，晶体中的双螺旋结构越容易被破坏[21]。4种淀粉中葛根淀粉的热焓值最低，为9.32 J/g；
百合淀粉的热焓值最高，为15.64 J/g，结果表明葛根淀粉糊化所需要的能量较低。

图2 葛根、蕨根、百合、凉薯4种淀粉的热力学特性曲线

2.3 冲调特性

2.3.1 淀粉糊的透明度 透明度是衡量淀粉冲调品质的重要指标之一，通常认为透明度越高，淀粉糊的感官性质越好。采用可见光分光光度计测定4种淀粉糊的透光率，结果如图3所示。葛根、蕨根、百合、凉薯4种淀粉中葛根淀粉糊的透明度最好(透光率为29.11%)，而百合淀粉和凉薯淀粉的透明度较差(透光率分别为12.25%，14.39%)。淀粉糊的透明度与淀粉中的磷含量有关，磷含量高的淀粉会产生更透明的糊[24]。有研究[16,25]表明，葛根淀粉中的磷含量显著高于蕨根淀粉和凉薯淀粉，因此磷含量较高可能是葛根淀粉糊的透明度高于其他3种淀粉的原因。

字母不同代表数据间差异显著(P<0.05)

2.3.2 淀粉糊的表观形态 淀粉糊的表观形态所反映的是淀粉的凝胶特性，淀粉糊的拉丝效果越好说明糊的流动性越好。试验发现，葛根淀粉糊和百合淀粉糊的流动性较差，有较强的黏性，说明葛根淀粉和百合淀粉的成凝胶能力较强；
而蕨根淀粉糊、凉薯淀粉糊的表观形态相近，流动性较好，黏性较弱，说明蕨根淀粉和凉薯淀粉的成凝胶能力较差。因此，推测葛根淀粉和百合淀粉比蕨根淀粉和凉薯淀粉更容易形成凝胶。

葛根、蕨根、百合、凉薯4种淀粉在微观结构、糊化特性、冲调特性等方面存在明显差异。葛根淀粉、蕨根淀粉、凉薯淀粉的颗粒形态较为相似，大多为球形；
而百合淀粉颗粒较为特别，表现为颗粒较大，形态为纺锤形。百合淀粉的峰值黏度显著高于其他3种淀粉；
葛根淀粉和百合淀粉的回生值较大。蕨根淀粉的起始糊化温度最低，为59.4 ℃，表明其容易糊化；
百合淀粉的热焓值最高，为15.64 J/g，表明其糊化时需要更多的热量。冲调特性表明，葛根淀粉糊的透明度最好，其透光率为29.11%；
而百合淀粉糊的透光率仅为12.25%，透明度较差；
从淀粉糊的表观形态来看，葛根淀粉和百合淀粉易于形成凝胶，流动性较差；
蕨根淀粉和凉薯淀粉凝胶能力较差，易于流动。综上，葛根淀粉糊透明度好，成凝胶能力强，但易于回生；
蕨根淀粉和凉薯淀粉糊的流动性较好，回生值较低，可用于抑制食品的回生；
百合淀粉颗粒较大，峰值黏度高，具有食品增稠剂的应用潜力。