马铃薯淀粉的物化性质研究.pdf

第 2 6 卷第 5期 2 0 1 0年 9月 O O D M A C H R Y 。 尊l| 蓐嚣 冀 誊 g 雩 Vo 1 26， No5 Se p 2 0 1 0 马铃薯淀粉的物化性质研 究 St u d y o n ph y s i c c h e mi c al c h ar a c t er i s t i c s o f p o t a t o s t a r c h 张根生 孙 静 岳晓霞 何丽莹 ZHANG C - e n s h e n g S UN J i n g YUE Xi a o -一 xi a HE Li yi n g ( 哈尔滨商业大学食 品工程学 院， 黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 7 6 ) ( C o l l e g e o f Fo o d En gi n e e r i n g，Ha r b i n Un i v e r s i t y o f C0 mme r e P ，Ha rbi n ，He i l o n g j i a n g 1 5 0 0 7 6，C h i n a ) 摘要 ： 研 究马铃薯淀粉 的组成 、 颗粒形貌、 粒径 大小及 溶解度 与膨润力、 透明度、 凝沉性 、 糊化方 面的性质 ， 并与绿豆 、 玉米 淀粉 进 行 比 较 。 结 果 表 明 ， 马 铃 薯 淀 粉 的 蛋 白 质 含 量 为 0 2 7 ，直链 淀粉 含 量 为 2 0 4 ， 颗 粒 为 椭 圆 形 ， 平 均 粒 径 为 4 0 m； 马铃 薯淀粉的溶 解度与 膨润力较 高； 马铃薯 淀粉 的透 明 度 为 6 6 8 ， 凝 沉 性 高 于 豆 类 淀 粉 ， 峰 值 黏 度 为 2 00 0 BU 。 关 键 词 ： 马铃 薯 ； 淀 粉 ； 性 质 Ab s t r a c t ： The p h y s i c c h e mi c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f p o t a t o s t a r c h m p l e we r e d e t e r mi ne d ， c o v e r i n g c h e m i c a l c o mp o s i t i o n s，g r a n u l e mo r p h o l o g y，gr a n u l e s i z e a n d s o l u b i l i t y a n d s we l l i n g o we r ， c l a r i t y， s e d i m e n t a t e，p a s t e v i s c os i t y a n d we r e o m p a r e d wi t h m u n g b e a n a n d c o r n s t a r c h Re s u l t s s h o we d t ha t t h e p r o t e i n c o nt e n t o f t h e p o t a t o ； t a r c h wa s 0 2 7 a n d t h e t he a my l o s e c o nt e n t wa s 2 0 4 ， wi t h g r a n u l e s ha p e o f e l l i p s e a n d t he a v e r a g e gr a n u l e s i z e wa s 4 0 um ，s o l ub i l i t y a n d s well i n g p o we r o f t h e p o t a t o s t a r c h i s h i g he r ，cla r i t y o f s t a r c h wa s 6 6 8 ，s e d i m e n t a t e i s s t r o n g ，p e a k v i s c o s i t y o f s t a r c h i s 2 0 0 0 BU Ke y wo r d s ： p o t a t o；s t a r c h p a s t e ；c h a r a c t e r i s t i c s 马 铃 薯 ( s o l a n t t m t u b e r o s u m I 1 ) 又 名 土 豆 、 山 药 、 洋 番 薯等， 是茄科 茄属 多 年 生块 茎草 本 植物 ， 主要 生 长在 北 纬 3 5 。 5 O 。 、 光照强 、 昼夜温差大 、 气候冷凉 的沙质 土壤带 。其 营养价值十分丰富 ， 具有多种食疗保健作 用。马铃薯在众多 国家受到青睐 。意大利 、 德国、 美 国、 法 国、 加拿大 、 日本和西 欧等 国家 ， 都将马铃薯 直接加工 成各种各 样的方便 食品 ， 颇 受欢迎 。马铃薯是世界五大粮食作物之一 ， 年产值 3 o亿 t 左 右 1 j 。其淀粉是重要 的植物淀粉 ， 它 的生产量 和商品量仅次 于玉米淀粉 ， 在 所有植物 淀粉 中居第 二位_ 2 。 目前 ， 中国的 马铃薯淀粉加工业处 于发展阶段 ， 马铃薯淀粉生 产量 和商品 量在 小 断 增 加 ， 同时 马 铃 薯 淀 粉 的 利 用 也 必 将 趋 于 专 用 化 。 作者简介 ： 张根生 ( 1 9 6 4 ) ， 男 ， 哈尔滨商业大学教授 ， 硕士 。 E ma i l ： z h a n g g s h 1 6 3 C O rn 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 6 0 1 2 2 人们在重视马铃薯淀粉 的数量的同时 ， 有必要 深入认 识马铃 薯淀粉的性质 ， 并根据 马铃薯 淀粉的性 质 ， 有 针对性地 改 良 马铃薯淀粉专用 品质 ， 以生产 出适 合市 场需 要 的马铃薯 淀 粉 。吕振磊等 。 研究了马铃薯淀粉糊化及凝胶特性 ； 于天峰 等 研究 了马铃薯淀 粉特性及 其利用 。但是 目前有关 马铃 薯淀粉性质的研究 却少有 报道 ， 本试验 针对这 一情况 ， 对马 铃薯淀粉的理化性质进行 了较为系统的研究 ， 以期 为马铃薯 资源进一步的开发利用提供理论依据和指导 ， 促进 中国马铃 薯深加工业的发展 。 1 材料与方法 1 1材料 与 试 剂 马铃薯淀粉 ： 黑龙江省克山农场 ； 玉米淀粉 ： 黑龙江吴天玉米开发有限公司 ； 绿 豆 淀 粉 ： 哈达 绿 豆 淀 粉 厂 ； 纯直链淀粉 ： 杰华科技有限公 司； 乙醚 、 盐酸 、 碘 液、 甲基橙 、 硫酸 铜、 硫 酸钾 、 硫酸 、 硼 酸、 氢 氧化钠 、 乙醇 、 乙酸、 碘 ： 均为分析纯试剂 。 1 2主要仪器与设备 凯 氏定 氮器 ： 5 M HT 4 一 KD N 一 0 4 A 型 ， 西 化仪 ( 北京 ) 科 技 有 限公 司 ； 紫外可见分光 光度计 ： S P 一 7 2 2 E型 ， 上海 光谱 仪器 有 限 公 司 ； 数显恒温水浴 ： D K 一 9 8 1型 ， 余姚市东方电工仪器厂 ； 高速离 心机 ： T G I 一 1 6 G- B型， 湖南 星 科 科学 仪 器 有 限 公 司 ； 电热恒温干燥 箱 ： 2 0 2型， 余姚市东方 电工仪器厂 ； 电子天平 ： B S 一 2 2 4 S型 ， 赛多利斯科学仪器有限公 司； 扫描 电子显微镜 ： F E 1 s i r i o n型 ， 荷兰飞利浦公 司； 布拉本德黏度仪 ： V i s k o g r a P h E型， 德国布拉本德公司。 1 3 方 法 1 3 1 淀粉化学成分的分析水分含量 ： 按 国家标准 食品 基础 研究 2 0 1 0年第 5期 中水分 的测定方法 ( GB T 1 4 7 6 9 9 3 ) 中常压加 热干燥 法 测定 ； 蛋 白质 含量 ： 采用 凯 氏定 氮法 ( G B 5 O O 9 8 5 ) ； 脂 肪 含 量 ： 采 用 索 氏抽 提 法 ， 按 照 国 家 标 准 ( G B T 2 2 4 2 7 2 0 0 8 ) 进行 测定 。 1 3 2淀粉中直链 淀粉 含量 的测 定 ( 1 )直链 淀粉标 准 曲线 的绘 制 ： 准 确称 取 4 O O 0 mg 纯直链 淀 粉 ， 用 1 mL 9 5 乙醇润 湿 ， 再 加入 9 mL l mo l I Na OH 溶液 ， 在沸水浴上加热 1 0 mi n ， 冷却 ， 用蒸馏水配制成 1 0 0 mL标准液。 吸取 0 ， 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 mL标准溶 液分 别放人 5个 1 0 0 mI 容量瓶 中， 用 1 mI L HA C( 相 应 地分 别加 入 0 ， 0 2 ， 0 4 ， 0 6 ， 0 8 ， 1 0 mI ) ， 再加入 2 mI 的碘液 ， 用蒸馏水定容至刻 度 。静置 2 0 rai n 后 ， 在波长 6 2 0 n m下测定其 吸光值 。以吸 光值为纵坐标 ， 直链 淀粉 的含量 为横 坐标 ， 得 出标准 曲线 图 ( 见 图 1 ) 。 8 直链淀粉含量 C o n c e n t r a t i o n o f a my l o s e 图 1 直链 淀粉 含 量标 准 曲 线 Fi gu r e 1 The s t a nda r d c u r v e o f a m y l a s e c on t e nt ( 2 )样 品中直链淀 粉含量的测定 ： 准确称取样品 1 0 0 mg 置 于 5 0 m1 三 角 瓶 中， 加 入 浓 度 为 9 5 乙醇1 mL 和 i mo l L N a OH 9 mI ， 在沸水浴 中加热 1 0 rai n ， 使淀粉糊化 ， 冷却后用去离子水转移到 1 0 0 mI 容量瓶 中稀 释至刻度 。准 确吸取 5 mI 上述试液 放人 另一个 1 0 0 mI 容量 瓶 中， 加入 1 mL 1 mo l I 醋酸和 2 mL的碘液 ， 定 容、 静 置 、 比色 、 查标 准 曲线 ， 即可得试样 中的直链淀粉含量 。 1 3 3 淀粉颗粒形 貌、 大 小 的研 究 将准 备好 的样 品取微 量 ， 涂抹到事先粘有 导 电胶 布 的铝制 载物 台上 ， 按压 均匀后 用洗耳球将多余未粘 牢 的淀粉 吹掉。然后 将载 物 台放 人镀 金仪器中 ， 用离子溅射镀 膜仪将 样品 喷炭镀金 ， 3 0 rai n后将 载物台取 出用 扫描 电子显微镜 观察拍摄颗粒形 貌 ， 并 测量颗 粒粒径大小。放大倍数 为 5 0 0 、 1 0 0 0 倍 。 1 3 4 淀粉溶解度与膨 润力的测定 准确 称取一定 量淀粉 样品 m ( g ， 干基) ， 配制成质量分数为 2 的淀粉乳 1 0 0 mL， 分别在不 同 温 度 下 加 热 3 0 rai n ， 同时 不 停 搅 拌 ， 然 后 以 3 0 0 0 r rai n离心 2 0 mi n ； 分 离上清 液和 沉淀物 ， 将 上清 液 倾入已烘 干至恒重 的铝 盒中， 置于 9 O水浴 中蒸 干 ， 然后移 人干燥箱 中， 在 1 0 5 下烘 干 至恒 重 ， 得 被 溶解 淀粉 质 量 A( g ) ， 称取离心管物沉淀质量 P( g ) ， 按 下列公式计算 溶解度 ( 式( 1 ) ) 和膨润力 ( 式( 2 ) ) E 6 ： 溶解 度 5一 1 0 0 ( 1 ) m D 膨润力 B 1 o o ( 2 ) 1 3 5 淀粉糊透明度和凝沉性的测定 称 取一定量 的淀粉 样 品 ， 加适量的蒸馏水配成质量分数为 1 的淀粉乳 ， 放置于 烧杯 中， 置 沸水浴 中加热 、 搅拌 3 0 rai n， 使之糊 化并保持 淀 粉乳 的体积不 变， 冷却 至室温 ， 用分 光光度计 ， 在 6 2 0 n m 波 长下 ， 以蒸馏水为空 白， 测定淀粉糊 的透明度 。 将 1 0 0 mL配制好 的质量分 数为 1 的淀粉乳 ， 放入 具 塞量筒 中， 在室温下静 置 2 4 h后 记 录上层 清液 和下 方沉 淀 物 的体积 。用下方 沉淀体 积 占糊总体 积 的百分 比来 表示 糊 的凝 沉 性 。 1 3 6 淀粉糊黏度 的测 定 用布 拉班德 黏度仪 ( b r a b e n d e r v i s c o g r a p h ， B V) 测定 。称取 一定质 量的淀粉 溶解 于 4 5 0 mI 蒸馏水 中， 并 将淀粉乳置于 B r a b e n d e r测量 杯中 ， 从 3 O 开 始升温 ， 以 3mi n的速率加 热至 9 5 ， 保温 3 0 rai n， 再 以 3mi n的速率冷却 至 5 O ， 保温 3 0 rai n ， B r a b e n d e r 黏 度计 自动 绘 出 一 条 随 时 间 和 温 度 变化 的 连 续 黏 度 曲 线 。 B r a b e n d e r 黏度计测量范 围为 7 0 0 c m g， 转速 2 5 0 r mi n ， 曲线上的黏度单位是 B U【 。 2 结果与讨论 2 1 淀粉颗粒形貌 、 大小的分析 利用电子扫描显微镜拍摄淀粉颗粒 的形 貌和大小 ， 放大 倍 数为 5 0 0 倍 ， 结果见 图 2 。 ( b ) 图 2 马 铃 薯 淀 粉 ( A) 、 绿 豆 淀 粉 ( B) 的 S EM 图 ( 5 0 0 ) Fi g ur e 2 The SEM p i c t ur e of p ot a t o s t a r c h ( A)a nd mun g b e a n s t a r c h ( B) 2 3 第 2 6卷 第 5期 张根生等： 马铃薯淀粉的物化性质研究 由图 2 可知 ， 马铃薯淀粉的形貌和大小与绿豆淀粉有 差 别 。马铃薯淀粉颗 粒 比较 大， 在 一般 的商业 淀粉 中颗粒 最 大 ， 大粒呈卵形 或 贝壳形 ， 小 粒为 圆形 ， 表 面光 滑 ， 无裂 纹 。 绿豆淀粉表面较光 滑， 较小 颗粒多 呈圆形 ， 较大颗 粒呈椭 圆 形 。用扫描电子显微镜 上的微 尺可测得 马铃薯淀 粉颗粒 粒 径范围为 2 O 1 0 0 m。从 表 1 可 以看 出马铃 薯淀粉 的平 均 粒径最大， 绿豆淀粉次之 ， 玉米淀粉相对较小。 表 1 淀粉粒 的粒径 Ta bl e 1 The p a r t i c l e s i z e of s t a r c h gr a nu l e s 2 2 淀粉基本组成成分 不同品种 的淀粉化学成分有所不同 ， 其测定结果见表 2 。 由表 2可知 ， 绿 豆淀粉营 养价值高 ， 蛋 白质含量 与脂肪 含量远大 于马铃薯 淀粉和 玉米淀粉 。绿 豆淀粉 的直链淀粉 含量相对较高 。一些研 究者 j 认 为没有面筋 的淀 粉类 产 品 要求直链淀粉含量至少要达 到 3 O 才能有较好的粉丝 品质 ， 因此绿豆淀粉生产的粉丝品质较好 。 表 2马铃薯淀粉基本组成成分 Ta b l e 2 Th e b a s i c c o mp o n e n t s o f p o t a t o s t a r c h 2 3 淀粉糊 的溶解度和膨润力 在不 同温度下对 马铃薯淀粉 、 绿豆 淀粉 、 玉米淀 粉测得 的溶解度和膨润力 ， 结果见图 3 。 温度 Te mp e r a t u r e C 由图 3可知 ， 3种淀粉的溶解度 均随 着温度的升高而增 加。在 同一温度 下 ， 马铃 薯淀粉 的溶 解度 远远 高 于另外 两 种。这种溶解度大小 的差异 ， 与各淀粉 的颗粒 大小有关 ， 马 2 4 铃薯颗粒较大， 故最易溶解 ， 玉米淀粉则颗粒较小 ， 故不容易 溶解 ， 而绿豆淀粉颗粒 大小介 于两者之 间 ， 所 以其溶解 度也 介于两者之间。 不同温度下淀粉 的膨润力见 图 4 。由图 4可知 ， 随着 温 度 的上升 ， 3种淀粉的膨润力随之增加。在温度小于 6 O时 3种淀粉的膨润力都很小 ， 但 当温度高于 6 O时马铃薯淀粉 膨润力迅速增加 ， 远远大 于玉米 淀粉和绿 豆淀粉 ， 表 明马铃 薯淀粉颗粒内部 的结合键的力 比其它两种淀粉弱 。 l ，蠢 ； 温度 T e mp e r a t u r e C 图 4 各种淀粉的膨润力 Fi gur e 4 Swe l l i n g p o we r of va r i ou s s t a r c h 2 4 淀粉糊的透明度和凝沉性 透明度是淀粉糊所表现 出的重要 外在特征之 ， 直接关 系到淀粉类产 品的外观和用途。由图 5可知 ， 马铃薯 淀粉 糊 的透明度最好 ， 达到 6 6 8 ， 绿 豆淀粉次之 ， 而玉米淀粉糊最 差 ， 仅 为 2 6 0 。这足由于马铃薯淀粉颗粒 大、 结构松散 ， 在 热水中能完全膨胀糊 化； 而玉米淀 粉颗粒结 构 紧密 ， 糊化后 仍有没有完全糊化 的颗粒状淀粉存在 ， 因此玉米淀粉糊透 明 性差。透明度 大 的淀粉 适宜 应用 在饮 料、 果 冻 等食 品加 工 中 ， 这就为马铃薯淀粉 的应用开发提供 了可行 的理 沦基础。 马铃薯 绿豆 玉米 淀粉种类 S t a r c h ty p e 图 5 不 同种 类 淀 粉 糊 的 透 明度 Fi gur e 5 Pa s t e t r a ns p ar e n c y of s t a r c h f r om di f f e r e nt t y pe s 由图 6可知 ， 马铃 薯淀粉 的沉 降体 积最大 ， 而绿 豆淀粉 和玉米淀粉沉降体积相差不大 。淀粉沉降体积越小 ， 越易凝 沉。因此 马铃 薯淀粉 的凝 沉性 最差 ， 而绿 豆 淀粉 凝沉 性最 强。这种凝沉现象主要是 淀粉分子 链间氢键 结合成 束状结 构 ， 而使其 溶解度降低的结果。 鲫 加 如 加 砌 0 鋈 言c d s _l_ 瓣 嘲 时 m 度 解 溶 淀 _ 蚕 图 陀 F 基础 研 究 2 0 1 0年 第 5期 世 媸 马铃薯 绿豆 玉米 淀粉种类 S t a r c h t y p e 图 6不 同种 类 淀粉 糊 的凝 沉性 Fi g ur e 6 The t r a ns pa r e nc y o f s t a r c h f r o m di f f e r e nt t y pe s 2 5 淀 粉 糊 化 黏 度 曲线 淀粉乳加热到一定 温度 ， 淀粉 颗粒 开始 膨胀 ， 温度 继续 上升 ， 颗粒继续 膨胀 ， 终至 晶体结构 消失 ； 体积膨 大 ， 相 互接 触变成粘稠状液体 ， 即使停 止搅拌 ， 淀粉 也不 会再 沉淀 。这 种现象称为“ 糊化 ” 。糊化 的淀粉 味 良， 容 易消化 ， 称 为 a淀 粉 。各 种淀粉糊化 温度 、 糊 化 黏度 峰值是 不 同 的。在相 同浓度条件下 ， 分别测定 了马铃薯 、 绿豆 、 玉米 3种 淀粉糊 的 黏度变化 曲线 ， 结 果见 图 7 。 畜 言 巢 璺 图 7 不 同淀 粉 糊 的 黏 度 曲线 Fi g ur e 7 Vi s c os i t y c ur v e s of di f f e r e n t s t a r c h 由图 7可 知 ， 马 铃 薯淀 粉 糊 黏度 峰 值 最大 ， 平 均达 到 2 0 0 0 B U，比玉米淀粉(4 6 0 B U)的糊浆 黏度峰值 高 ， 而绿 豆淀粉没有明显的黏度峰 ， 马铃营淀 粉糊 化 曲线 的形状与玉 米淀粉大致相 同。观察 图 7可知 马铃薯 淀粉 比其它两 种淀 粉易于糊化 ， 主要 因为马铃薯淀粉颗粒 比其它两种 淀粉颗粒 大得多 ， 直链 淀粉 含量 也较低 ， 因此成糊 温度低 ， 易糊化 。同 时， 马铃 薯淀粉一旦糊化 ， 黏度迅速增加 。在保 温阶段 ， 马铃 薯淀粉黏度迅速下 降， 这 主要是 由于马铃薯 淀粉颗 粒大 ， 结 构松散 ， 吸水性强 ， 分子间结合力较弱 ， 当温度 升高到一定温 度后 ， 如继续加热 ， 高膨胀的颗粒被破坏， 因此黏度急骤下降 。 3 结论 对 马铃薯淀 粉 的研 究表 明 ： 马铃 薯 淀粉 的水 分 含 量为 1 6 O 4 ， 蛋 白质 为 0 2 7 ， 脂 肪 为 0 1 2 ， 直 链 淀 粉 为 2 O 3 8 ； 马铃薯淀粉颗粒旱不 规则 的 圆形 或卵形 ， 表 面光 滑， 无裂纹。粒径 范围为 2 O 1 0 0 13 3 ，平均 粒径 为 4 0 m； 马铃薯淀粉溶解度 与膨润 力较 高 ， 淀粉糊 的透 明度较好 ， 为 6 6 8 ， 远远高 于绿豆 淀粉 和玉米淀 粉糊的透 明度 ； 马铃薯 淀粉凝沉性差 ， 峰值 黏度 高 ， 用布 拉本德 黏度仪 测得 马铃薯 淀粉的峰值黏度为 2 0 0 0 B U。 参考文献 1 常志敏 马铃薯 的生长特性 、 营养价值及 加工利用 J j 安 徽农学 通 报 ， 2 0 0 7 ，l 3 ( 7 ) ：1 4 6 1 4 7 2 于天峰 马铃薯淀粉 的糊化特性 、 用途品质改 良 J 中 国马铃薯 ， 2 0 05， 1 9 ( 4)： 2 2 3 2 2 5 3 吕振磊， 李国强 ， 陈海华 马铃薯淀粉糊化及凝胶特性研究 J 食 品与机械， 2 0 1 0 ， 2 6 ( 3 ) ： 2 2 2 6 4 于天峰 ， 夏平 马铃 薯淀粉特性 及其利用 研究 J 中国农 业通报 ， 2 0 0 5， 2 1 ( 1 )： 5 5 5 8 5 何钢 ， 谢碧霞 ， 谢 涛 淀 粉 品质特 性 研究 进展 J 经 济林 研究 ， 2 0 0 3，21 ( 4) ：1 1 2 1 1 6 6 金茂国 ， 吴嘉根 ， 吴旭初 粉丝生产用淀粉性质及其与粉丝品质关 系的研究E J 无锡轻工大学学报 ， 1 9 9 5 ， 1 4 ( 4 ) ： 3 0 7 3 1 1 7陈晓 ， 刘欣 ， 赵 力超 ， 等 竹 芋淀 粉 的性 质研 究 J 食 品科 学 ， 2 0 0 8， 2 9( 1 2 )： 1 3 2 1 3 6 8 高群玉， 吴磊， 刘 矗 甘 薯淀粉糊 性质 的研 究 J 食品工 业科技 ， 2 0 0 8， 2 9 ( 8)： 1 5 3 1 5 5 9 魏晶石 马铃薯淀粉 的特性及其对粉丝生产形状的影 响 J 马铃 薯杂志， 1 9 9 0 ， 4 ( 3 ) ： l 6 7 1 6 9 1 0 潘明 马铃 薯淀粉 和玉米淀粉 的特性 及其应用 比较 J 中 国马 铃薯 ， 2 0 0 1 ， 1 5 ( 4 ) ： 2 2 2 2 2 6 ( 上接 第 2 1页) 2 侯进慧， 刘全德 ， 高 明侠胡萝 表面产纤 维素 酶细菌初 步鉴定 分析 J 食品科学 ， 2 O