（农产品加工及贮藏工程专业论文）水溶性多糖对葛根淀粉特性的影响研究.pdf

水溶性多糖对葛根淀粉特性的影响研究 摘要 淀粉是一类重要的食品原辅料，不同的食品对淀粉性质的要求也不同，而葛根原 淀粉的性质已不适用于很多食品中，故有必要对淀粉进行变性处理，扩大葛根淀粉的 使用范围。本文研究了黄原胶( x g ) 、瓜尔胶( g g ) 和低聚异麦芽糖( i ) 对葛根淀 粉糊化特性、糊透明度、凝胶质构和冻融稳定性的影响；并应用响应面法研究复合多 糖对葛根淀粉凝胶质构的影响，建立了数学模型，且对建立的数学模型进行了检验。 单因素研究结果表明：x g 降低了葛粉的糊化起始温度，升高了糊化结束温度，g g 降低了糊化起始温度和结束温度，而i m o 提高了糊化起始温度和结束温度；x g 、g g 、 i m o 均不同程度的降低了葛根淀粉糊的透光率，其中x g 的作用趋势非常显著；x g 、g g 、 i m o 又不同程度地降低了葛根淀粉的凝胶强度和回复性，随x g 添加浓度升高凝胶硬度 和粘连性表现出先降后升的趋势，随着g g 添加水平的增大，葛粉凝胶的粘连性也逐 渐升高，i m o 提高了淀粉凝胶的弹性，降低了淀粉凝胶的粘着性；x g 、g g 、i m o 又不 同程度的提高了葛粉凝胶的析水率，添加x g 的析水率随浓度升高表现出先升后降的 趋势，添加g g 的析水率高于同浓度下添加x g 的，i m o 组的析水率先明显上升而后 上升趋势不明显。 响应面研究结果表明：x g 、g g 、i m o 对葛根淀粉凝胶强度、弹性、回复性和粘连 性影响的主次顺序均是g g i m o x g ，凝胶强度、弹性、回复性和粘连性的实测值与模 型预测值的相关系数分别为0 9 8 5 、0 9 5 6 、0 9 6 6 和0 9 7 8 ，表明所建立的四个数学模 型有效。 关键词：水溶性多糖、葛根淀粉、特性、响应面法 e f f e c to fs o l u b l ep o l y s a c c h a r i d e so nt h ep r o p e r t i e so f k u d z us t a r c h s t a r c hi sa l li m p o r t a n ti n g r e d i e n to fm a n yp r o d u c t s ，t h er e q u i r e rt os t a r c h sp r o p e r t i e s o fd i f f e r e n tf o o di sd i f f e r e n t n ep r o p e r t i e so fn s t u r a lk u d z us t a r c ha r e a ta p p l i c a b l et o m a n yp r o d u c t s ，s oi t sn e c e s s a r yt om o d i f yk u d z us t a r c hf o re x t e n dt h eu s i n ga r e ao fk u d z u s t a r c h 删ss t u d yw e r ef o c u s e do nt h ee f f e c t so fx a n t h a ng u m ( x g ) ，g u a rg u m ( g o ) a n d i s o m a l t o o l i g o s a c c h a r i d e s ( i m o ) o nt h ep a s t i n gc h a r a c t e r i s t i c s ，c l a r i f i e s ，t e x t u r a lp r o p e r t i e s a n df r e e z e t h a ws t a b i l i z a t i o no fk u d z us t a r c h ；r e s p o n s cs u r f a c em e t h o d o l o g y 限s m ) w a s u s e dt os t u d yt h ee 施do ft b ed i s t r i b u t i o no ft h r e ep o l y s a c c h a r i d e so nt h et c x t u r a l p r o p e r t i e so fk u d z us t a r c h a n df o u rm a t h e m a t i c sm o d e l sw e r ef o u n d e d 1 n h em a t h e m a t i c s m o d e i sw c r ct e s t e d t h cr e s u l t so fs i n g l ef a c t o rs h o w e dt h a tx gr e d u c e dt h et e m p e r a t u r eo fb e g i no f g e l a t i n i z a t i o na n di n c r e a s e dt h et e m p e r a t u r eo fm a x i m u mo fg e l a t i n i z a t i o n ：g gr e d u c e dt h e t h et e m p e r a t u r eo fb e 西no f g e l a t i n i z a t i o na n dt h et e m p e r a t u r eo fm a x i m u mo f g e l a t i n i z a t i o nw h i c hi m 0i n c r e a s e d ：t h r e ep o l y s a c c h a r i d e sr e d u c e dt h ec l a r i t i e so fs t a r c h s e p a r a t e l y ，a n dt h ee f f e c tr u l eo fx gw a sv e r yo b v i o u s ：t h r e ep o l y s a c c h a r i d e sr e d u c e dt h e g e ls t r e n g t ha n dr e s i l i e n c eo fs t a r c hd i 骶r e n f l y ，t h eh a r d n e s sa n ds t r i n 面h e s so fs t a r c hg e l c o n t a i n i n gx gs h o w e dt h er u l eo fd e c r e a s i n ga n dt h e ni n c r e a s i n gw i t i lt h ec o n c e n t r a t i o no f x g ，t h es t r i n g i h e s so ft h es t a r c h 霉c 1w a si n c r e a s e dw i t h 也ei n c r e a s eo fg g s c o n c e n t r a t i o n ，i m 0i n c r e a s e dt h es p r i n g i n e s sa n dr e d u c e dt h ea d h e n s i v e n e s so ft h es t a r c h g e l ：t h r e ep o l y s a c c h a r i d e si n c r e a s e dt h es y n e r e s i so fs t a r c hg e lw i t ht w of rc y c l e s d i f f e r e n t l y ，t h es y n e r e s i so fs t a r c hg e lc o n t a i n i n gx gf o l l o w e dt h er u l eo fi n c r e a s i n ga n d t h c ad e c r e a s i n gw i t ht h ec o n c e n t r a t i o no fx g ：t h ee f t , c to fg go nt h es y n e r e s i so fs t a r c h g e lw a sm o r eo b v i o u st h a nw h i c hc o n t a i n i n gx g w i t ht h es a m ec o n c e n t r a t i o n ；t h es y n e r e s i s o fs t a r c hg e lc o n t a i n i n gi m 0f o l l o w e dt h er u l eo fi n c r e a s i n go b v i o u s l ya n dt h e nk e e p i n g s t e a d i n e s s t h er e s u l t so fr s ds h o w e d ：t h ep r i m a r ya n ds e c o n d a r yr a t i o n so ft h r e ef a c t o r s e f f e c t i n g o nt h e s t r e n g t h ，s p r i n g i n e s s ，r e s i l i e n c e a n d s t r i n g i n e s s o ft h e g e l w e r e g g i m 0 x g t h er e l a t i v ec o e f f i c i e n to fp r e d i c tv a l u e sa n de x p e r i m e n t a lv a l u e so ft h e s t r e r i g t h ，s p 血g i n e s s ，r e s i l i e n c ea n ds t r i n g i n e s so ft h eg e lw e r e0 9 8 5 ，0 9 5 6 ，0 9 6 6a n d 0 9 7 8s e p a r a t e l y t h ef o u rm a t h e m a t i cm o d e l sw e r ec o n s i d e r e de f f e c t u a l k e y w o r d s ：s o l u b l ep o l y s a c c h a r i d e s ；k u d z us t a r c h ；p r o p e r t i e s ；r e s p o n s es u r f a c e m e t h o d o l o g y 假s m ) 插图清单 图i - i 葛根淀粉扫描电镜照片1 图1 - 2 葛根淀粉不同含水量的x - 衍射图2 图2 - i 黄原胶的化学结构6 图2 - 2 瓜尔胶的化学结构6 图2 - 3 低聚异麦芽糖结构式7 图2 4 两种多糖混合体系的结构9 图4 - 1 纯葛根淀粉的糊化曲线1 5 图4 2x g 和g g 对葛根淀粉糊透明度的影响1 6 图4 - 3i m o 对葛根淀粉糊透明度的影响1 7 图4 - 4 纯葛根淀粉的凝胶强度测试图1 7 图4 - 5 纯葛根淀粉凝胶的t p a 测试图1 8 图4 - 6x g 和g g 对葛根淀粉凝胶析水率的影响2 1 图4 - 7i m o 对葛根淀粉凝胶析水率的影响2 2 图5 - 1x g 和g g 对葛根淀粉凝胶强度的影响2 7 图5 - 2x g 和i m o 对葛根淀粉凝胶强度的影响2 8 图5 - 3g g 和i m o 对葛根淀粉凝胶强度的影响2 8 图5 - 4x g 和g g 对淀粉凝胶弹性的影响3 1 图5 - 5x g 和i m o 对淀粉凝胶弹性的影响3 1 图5 - 6g g 和i m o 对淀粉凝胶弹性的影响3 2 图5 7x g 和g g 对淀粉凝胶回复性的影响3 5 图5 - 8x g 和i m o 对淀粉凝胶回复性的影响3 6 图5 - 9g g 和i m o 对淀粉凝胶回复性的影响3 6 图5 一1 0x g 和g g 对淀粉凝胶粘连性的影响3 8 图5 一l ix g 和i m o 对淀粉凝胶粘连性的影响3 9 图5 一1 2g g 和i m o 对淀粉凝胶粘连性的影响4 0 v 1 表格清单 表2 一l 淀粉的化学组成4 表3 一l 葛粉基本成分表1 3 表4 - ix g 对葛根淀粉糊化特性的影响1 5 表4 - 2g g 对葛根淀粉糊化特性的影响1 6 表4 - 3i m o 对葛根淀粉糊化特性的影响1 6 表4 - 4x 6 和g g 对葛根淀粉糊透光率的影响1 7 表1 - 5i m o 对葛根淀粉糊透光率的影响1 7 表4 - 6x g 对葛根淀粉凝胶质构的影响1 8 表4 7g g 对葛根淀粉凝胶质构的影响1 9 表4 - 8i m o 对葛根淀粉凝胶质构的影响2 0 表4 - 9x g 和g g 对葛根淀粉糊析水率的影响2 1 表4 - 1 0i m o 对葛根淀粉糊析水率的影响2 2 表5 - 1 三因素试验水平取值及编码表2 4 表5 - 2 响应面试验设计及实施方案2 4 表5 3 凝胶强度设计矩阵及实验结果2 5 表5 4 凝胶强度响应面设计试验方差分析表2 6 表5 5 凝胶强度第二次方差分析表2 6 表5 - 6 凝胶强度回归方程中各系数的估计值2 7 表5 - 7 凝胶强度预测值的验证结果2 8 表5 - 8 凝胶弹性设计矩阵及实验结果2 9 表5 - 9 凝胶弹性响应面设计试验方差分析表3 0 表5 - 1 0 凝胶弹性第二次方差分析表3 0 表5 - i i 凝胶弹性回归方程中各系数的估计值3 l 表5 - 1 2 凝胶弹性预测值的验证结果3 2 表5 - 1 3 凝胶回复性设计矩阵及实验结果3 3 表5 - 1 4 凝胶回复性响应面设计试验方差分析表3 4 表5 - 1 5 凝胶回复性第二次方差分析表3 4 v 表5 - 1 6 凝胶回复性回归方程中各系数的估计值3 5 表5 - 1 7 凝胶回复性预测值的验证结果3 6 表5 - 1 8 凝胶粘连性设计矩阵及实验结果3 7 表5 - 1 9 凝胶粘连性响应面设计试验方差分析表3 8 表5 - 2 0 凝胶粘连性第二次方差分析表3 9 表5 - 2 1 凝胶粘连性回归方程中各系数的估计值3 9 表5 - 2 2 预测值粘连性的验证结果4 0 i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得金胆王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一r r 作 的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：帮娥翻p 签字日期：z 1 7 彳 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金蟹王些盔堂有关保冒、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权盒世王些太 兰! 一可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存，汇编学位论文 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 都栽挪 导师签名： 签字日期：z 加7 f 签字日期： 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 致谢 本研究及学位论文是在我的导师陈从贵教授的亲切关怀和悉心指导下完成 的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染 和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，陈老师都始终给予我细心的指 导和不懈的支持。三年来，陈老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思 想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向陈老师致以诚挚的谢意和崇高的 敬意。 感谢马道荣老师和方红美老师，正是由于他们的帮助和支持，我才能克服 一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。特别感谢生化楼5 1 4 的各位同 门们，他们对本课题做了不少工作，给予我不少的帮助。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利 完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚 挚的谢意! 最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们! l 作者：郭洪娜 2 0 0 7 年6 月 第一章前言 1 1 葛根淀粉的性质 葛根，拉丁名为p u e r a r i al o b a t e ，是多年生落叶藤本豆科植物的块根。中 华药典( 1 9 9 5 年版) 收载：p u e r a r i al o b a t e ( w i l l d ) o h w i ( 俗称野葛) ：p u e r a r i a t h o m s o n i i b e n t h ( 俗称粉葛) 。中医学认为葛根性平，味甘辛，有清热解毒的功效， 对治疗冠心病、心绞痛、高血压等症有明显疗效。葛根富含纤维、淀粉、蛋白 质、氨基酸、脂肪、微量元素( 含有钙、铁、锌、铜、磷、钾等十多种) 、大豆 素、大豆甙、葛根素等物质，为卫生部批准的药食两用植物。粉葛根中淀粉含量 较高，一般为2 0 ，葛根淀粉是从粉葛根中提取的一类优质的植物淀粉，可用 作食品原料和制作保健食品。葛粉中的膳食纤维可促进肠胃蠕动，改善肠道微 生物菌群，减少有毒物质在肠道内的停留时间，对维持血液中胆固醇的正常代 谢具有积极意义，对降低血塘，预防糖尿病有显著效果 ”。 近几十年来众多学者研究了葛根及葛根淀粉的性质，其中扫描电子显微镜 观察结果表明，葛根淀粉的颗粒表面光滑，无裂纹，形状呈半球形至多角形【2 】 ( 见图i - 1 ) ；x - - 射线衍射测定结果表明，葛根淀粉具有c 型晶体结构的特征， 属c 一型结晶( 见图1 - 2 ) 【3 l ；葛根淀粉含直链淀粉6 0 5 ，支链淀粉3 9 4 ； 葛根支链淀粉的分子量2 1 0 7 ，直链淀粉平均分子量约4 0 6 1 0 5 【4 ”。支链 淀粉作为淀粉颗粒的骨架，以放射状从颗粒脐部有序向外伸展，其支链间还会 存在微晶柬，而直链淀粉则以双螺旋结构的晶体形式有序排列在淀粉颗粒的骨 架间。葛根淀粉的分支化度( a 链和b 链的比值) 为i 2 ：1 ；结合磷和总磷含量 均高于小麦等谷物类淀粉，因此其透明度高于其他淀粉【“。 图卜i 葛根淀粉扫描电镜照片 f i g 1 1s e mp a t t e r no fk u d z us t a r c h 1 毯0 秘 杂 拄 0 31 0 i 含水量8 6 2 0 r i i 含水量1 8 6 3 0 一含水量2 8 矾 图1 - 2 葛根淀粉不同含水量的x - 衍射图 f i 9 1 - 2 x - r a y d i f f r a c t i o n p a t t e r n o f d i f f e r e n t m o i s t u r e c o n t e n t o f k u d z u s t a r c h 1 2 葛根淀粉类食品现状及存在的问题 1 2 1葛根淀粉的产品及国内外研究现状 葛根淀粉具有一系列的优秀品质，所以用葛根淀粉制作的食品质地洁白细 腻，透明度高，粘度稳定性强，具有香味，在脱水收缩以及存贮方面比其他淀 粉具有更大的优越性。以葛根淀粉为原料制作的食品适于童叟、产妇及病人食 用。故众多学者报道了各类葛根淀粉产品的加工方法，其中石小琼报道了即食 葛粉、葛粉果冻、葛粉软糖和葛根果汁保健酒的制作方法；丁利君研究了解酒 饮料葛花茶和葛豆乳的制作方法【1 0 】：陈西鸾等用葛根原浆与天麻汁、乌梅汁等 混合制备醒酒饮料【1 1 l ；陆宁等研究了葛粉一茯苓即食保健糊的加工工艺1 1 2 l ；蒋 世琼等研究了酶生产葛粉低聚糖的工艺【”】；刘秋生等研制了葛根黄酮营养白酒 b 4 i ；车振明等用离心分离所得的下层洁白淀粉制作即食保健糊，用上层油粉制 得葛凉皮i ”】；牟德华等用葛根、葛花、乌梅等为原料，并添加果糖和酸味剂制 成醒酒饮料【1 6 】；时忠烈用热浆法，选择滚筒干燥生产速食天然葛粉【1 。7 1 。此外， 葛面条、葛根冰淇淋、葛根罐头、葛根红肠的加工方法也有报道。 王光慈等( 1 9 9 6 ) 研究发现，葛根淀粉含直链淀粉6 0 5 ，支链淀粉3 9 4 。 包先进等研究了野葛根淀粉的流变学特性【1 8 l ，结果表明，葛根淀粉表现为非牛 顿假塑性流体，p h 对葛根淀粉黏度影响小，且相对稳定；凝胶性和剪切强度都 比较强。李洪军等( 1 9 9 8 年) 首次报道了糖和无机盐对葛根淀粉一亲水胶体相 互作用的影响i ”l ，研究结果表明：随着葡萄糖和蔗糖浓度的增加，葛根淀粉一 亲水胶体( 海藻酸钠和羧甲基纤维素钠) 的粘度也增加；五种无机盐( 氯化钠、 氯化钙、氯化铝、硫酸钠和磷酸钠) 均增加了葛根淀粉的粘度，但降低了葛根 淀粉一亲水胶体的粘度。熊汉国等对葛根淀粉的酶法水解及其水解产物的流变 2 学特性进行了报道1 2 们。这些研究为葛根淀粉的开发利用提供了有关理论依据。 1 2 2 葛根淀粉产品所存在的问题 葛根淀粉已比较广泛的应用于食品工业中，但食品名目繁多，加工贮藏方 法多种多样，从传统的作坊式食品加工到现代化的机械、自动化工业生产，对 食品中淀粉性质的要求越来越苛刻。如糕饼类食品要求淀粉能稳定湿度，调节 质地，具有极佳的冻融稳定性；面糊和面包粉类食品要易粘着、凝结，不掩盖 食品原昧，易成型；而布丁和派填料要具有高光泽度，极佳的冻融稳定性；冷 藏食品则要求糊化后的淀粉不易回生凝沉，而且具有很强的亲水性，从而避免 食品凝沉或胶凝，形成水质分离。淀粉类食品对其质构要求也存在差异，有的 需要淀粉适度老化，如粉丝、粉条、米线、抗性淀粉等；有的则需要抑止老化 的发生，如米饭、方便面、面包等f 2 卜2 2 1 。故原淀粉的性质已不适用于很多食品 中，从而限制了葛根淀粉的应用。因此，有必要根据淀粉的种类和理化性质来 进行变性处理，使之符合应用的要求。现行普遍采用的是利用物理方法( 预糊 化淀粉) 来生产葛根变性淀粉，但这种方法生产的变性淀粉产品在糊化性质， 透明度、质构性质、冻融稳定性等方面还存在较多不足之处。 1 3 本论文主要研究的内容及其意义 水溶性多糖在食品工业中有广泛的用途，其中的亲水胶体常被用来充当胶 凝剂、增稠剂、乳化剂、持水剂等，而功能性低聚糖可用来调节食品的甜度， 粘稠度、冰淇淋的冻结温度，改善饮料口感，调节食品持水性、水活度，控制 热处理的褐变等。在食品加工过程中，常常将糖及亲水胶体与淀粉混用，其目的 在于有效地防止淀粉的老化和改善淀粉产品的胶凝特性【2 3 2 卯。由于糖及亲水胶 体与淀粉混合使用，相互作用比较复杂，所以在目前的报道中，葛根淀粉与水溶 性多糖之间相互作用的研究还只限于单糖和某些单一胶体对葛根淀粉流变学特 性影响的研究，未见有关低聚糖和复配多糖对葛根淀粉影响研究的报道。因此， 本文研究了黄原胶( x g ) 、瓜尔胶( g g ) 和低聚异麦芽糖( i m o ) 三种水溶性多 糖对葛根淀粉糊化特性、糊透明度、凝胶质构特性和冻融稳定性的影响；应用 响应面法研究复合多糖对葛根淀粉凝胶质构特性的影响，并建立数学模型，且对 建立的数学模型进行了检验。目的在于进一步开发葛根淀粉资源，将其科学地用 于食品工业。 3 第二章水溶性多糖对淀粉特性的改性作用 2 1淀粉与水溶性多糖的物理化学性质 2 1 1淀粉的物理化学性质 淀粉广泛储存在绝大多数植物的叶、茎、根和果实中，如谷物( 玉米、高梁、 小麦、米) 、薯类的根茎( 土豆、木薯、竹芋) 和西米椰子茎髓等。由于从不同植 物中所获得的淀粉之间或多或少都存在着差异，因此淀粉按来源命名，如玉米淀 粉、小麦淀粉、土豆淀粉、木薯淀粉等。因生产工艺和设备的关系，淀粉中常含 有部分非淀粉物质，表2 - 1 为工业生产不同品种淀粉的一般化学组成1 2 6 1 。表中 水分含量是在相对湿度6 8 、温度2 0 下的数据。 表2 - 1 淀粉的化学组成 t a b l e 2 - 1c h e m i s t r yc o m p o s i n go fs t a r c h 淀粉跚水斧脂掌絮等茏篙晨辜茎，( 干基)( 干基)竹一基) 淀粉是由葡萄糖缩合而成的有机碳水化合物，分子通式为( c 。h 。0 ；) 。淀粉是 以颗粒状形式存在的，大致可分为圆形、蛋形( 椭圆) 和多角形等。不同的淀 粉颗粒大小不同，同一种淀粉的颗粒大小也不均匀。淀粉颗粒具有结晶性结构， 呈现一定的x 光衍射图样。淀粉分直链淀粉和支链淀粉，直链淀粉是由脱水葡 萄糖单位之间经a 1 ，4 糖苷键连接而成；支链淀粉的支叉位置是由a - 1 ，6 糖菅键 连接，其余由a 一1 ，4 糖苷键连接。直链淀粉难溶于水，溶液不稳定，凝沉性强， 支链淀粉易溶于水，溶液稳定，凝沉性弱。 淀粉乳在温度不断上升的过程中，可发生糊化，糊化的本质是高能量的热 水破坏了淀粉分子内部彼此之间的氢键结合，使分子的混乱度增大，糊化后的 淀粉一水体系的行为直接表现为粘度的增加。糊化仪就是利用淀粉的这一特性 来进行淀粉糊化特性的测定。测定过程中的温度受程序控制，按恒定的速率上 升，以粘度对时间作图可以得到所谓的粘度曲线，这是评价淀粉糊化性质的依 据。 淀粉糊的透光率是与淀粉糊的透明度对应的，如果淀粉颗粒在吸水与受热 时能够完全膨润，并且糊化后淀粉分子也不发生相互缔合，则在淀粉糊液中无 残存的淀粉颗粒以及回生后所形成的凝胶束，因此淀粉糊就非常透明，当光线 穿过淀粉糊液时，无反射和散射现象产生1 2 7 1 。向淀粉糊中加入水溶性多聚糖后， 4 由于水溶性多聚糖中具有更多的氢键位点，所以除了与水竞争与淀粉粒子形成 氢键外同时也与水结合形成氢键 2 8 1 。 淀粉稀溶液或淀粉糊在低温下静置一定的时间后，混浊度增加，溶解度减 少，在稀溶液中会有沉淀析出，如果冷却速度快，特别是高浓度的淀粉糊，就 会变成凝胶体。淀粉在形成凝胶时，其直链淀粉与支链淀粉这两种大分子之间 的相容性与凝胶的质构有密切的关系。淀粉在糊化的过程中，淀粉粒首先吸水 发生膨润，膨润的淀粉粒相当于囊状物，每个囊状物包含三个结构域，即支链淀 粉结构域，直链淀粉结构域和直链淀粉一脂类络合物结构域，这三个结构域既相 互独立又交叉联系1 2 9 。随着加热过程的不断进行，线性的直链淀粉分子从膨 润的淀粉粒中不断逸出，并通过分子间的交联最终在整个体系中构成具三维网 状结构的连续相，而存在于解体的淀粉粒中的支链淀粉构成分散相。显然这两类 大分子一一直链淀粉和支链淀粉是不能达到分子水平的混合，即两者是不相容 的【3 。在冷却时，形成非均相的混合体系一淀粉凝胶。在淀粉凝胶中，淀粉分子的 部分链段可发生位移而产生粘性流动，粘性流动导致淀粉凝胶具有一定高弹形 变的性质。作为一种凝胶类食品，应具有一定的凝胶强度与弹性。与糖类、无机 盐等引起的化学味觉相比，凝胶食品具有另一类味觉一一“力学味觉”或“流变 学味觉”【3 引，流变学味觉决定于凝胶的质构，即凝胶的力学性能是凝胶质构的 客观反映。 淀粉糊在冷冻过程中由于直链淀粉分子及支链淀粉的直链部分，通过氢键 相互结合，重新产生结晶结构，发生凝沉，破坏糊的胶体性质，当解冻再融化 后就会析出水分，甚至变成海绵状【3 3 】。淀粉糊的冻融稳定性是指淀粉糊在经过 一段时间的冷冻后，取出融化仍能保持原来胶体结构的性质。所有含直链淀粉 的淀粉糊经过冷冻解冻过程都会出现脱水收缩现象，因此淀粉糊的冻融稳定性 可通过其冻融析水量来评估，进而判断其老化趋势1 3 4 l 。析水率越低，冻融稳定 性越好，反之越差。 2 1 2水溶性多糖的物理化学性质 多糖是一类天然的大分子物质，几乎存在子所有的有机体中，包括动物、 植物( 主要是高等植物) 、微生物( 细菌和真菌) 及海藻，是由多个单糖分子缩 合、失水而成。 2 1 2 1 黄原胶的物理化学性质 黄原胶( x a n t h a ng u m ，以下简称x g ) ，又名汉生胶，是由植物的细菌性病 害甘蓝黑腐病菌黄单胞菌( x a n t h o m o n a sc a m p e s e r i s ) 在特定的培养基、p h 、 通氧量及温度下代谢而获得的一种微生物胞外多糖胶质。x g 是由d 一葡萄糖、d 一 甘露糖、d 一葡萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸组成的“五糖重复单元”结构聚合体， 分子比为2 8 ：3 ：2 ：1 7 ：0 5 1 0 6 3 ，分子量在2 1 0 6 5 0 1 0 8 。x g 分子 的一级结构是由b 1 ，4 键连接的d 一葡萄糖基主链与三糖单位的侧链组成，其侧 5 链由d 一甘露糖和d 一葡萄糖醛酸交替连接而成，分子比为2 ：1 ，三糖侧链由在 c - 6 位置带有乙酰基的d 一甘露糖以a 1 ，3 键与主链连接，在侧链末端的d 一甘露 糖残基上以缩醛形式带有丙酮酸( 见图2 - 1 ) 1 3 5 - 3 6 】。 图2 - 1 黄原胶的化学结构 f i g 2 - 1c h e m i c a ls t r u c t u r eo fx a n t h a ng u m x g 是一种类白色或淡黄色粉末，可溶于水，不溶于大多数有机溶剂，对温 度、p h 、电解质溶液及酶的作用不敏感，是目前国际上集增稠、悬浮、乳化、 稳定于一体的性能最优越的微生物代谢胶【3 7 1 。x g 无味、无臭、无毒、食用安全， 在水溶液中呈现多聚阴离子，具有独特的理化性质。具体表现为t 3 8 l ： ( 1 ) 在极宽的剪切率和浓度范围内保持极高的假塑性； ( 2 ) 在热水和冷水中有良好的溶解性； ( 3 ) 有良好的增粘性和悬浮能力，在低浓度下具有较高的粘度； ( 4 ) 有很高的稳定性，耐酸碱、高盐环境，抗高温、低温冷冻，抗生物媒介， 抗污染能力强【3 9 j ； ( 5 ) 可同多种物质( 酸、碱、盐、表面活性剂、生物胶等) 互配，具有兼容 性【4 0 】： ( 6 ) 有良好的分散作用、乳化稳定作用。 2 1 2 2 瓜尔胶的物理化学性质 一伽 图2 - 2 瓜尔胶的化学结构 f i g 2 2c h e m i c a ls t r u c t u r eo fg u a rg u m 6 瓜尔胶( g u a rg u m ，以下简称g g ) 也称瓜尔豆胶、胍胶，是从广泛种植于 印巴次大陆的一种豆科植物一一瓜尔豆中分离出来的一种可食用的多糖化合 物，其来源稳定、价格便宜、黏度高、用途广g g 是以b - 1 ，4 d 甘露吡喃糖单 元为骨架连接形成主链，每两个甘露毗喃糖单元由a 1 ，6 键连接的半乳吡喃糖 单元作为侧链( 见图2 2 ) 3 7 l ，一般认为半乳糖残基与甘露糖残基的比例为l ： 2 ，相对分子质量约为2 2 万。 g g 是一种冷水溶胀高聚物，加热瓜尔胶溶液可以缩短达到它的最高黏度所 需要的时间。食品级g g 一般含有7 5 8 5 的多糖，5 6 的蛋白质，2 3 的纤维及1 的灰分。商品g g 溶液通常是浑浊的，混浊度主要是由胚乳不溶物 所引起的。在实验室中用非工业化方法彻底提纯的聚合物溶液接近水的透明度。 g g 溶液作为假塑性流体，不服从牛顿定律。当加热时可逆的变稀并且当升高的 温度被保持时，又随着时间不可逆的降解。g g 是直链大分子，链上的羟基可与 某些亲水胶体及淀粉形成氢键。g g 与小麦淀粉共煮可达更高的黏度。g g 与x g 有一定程度的协同作用，两者结合会使其黏胶液、脱水收缩表现出比任何一种 胶体更高的黏度，但胶体不再表现出均匀性h “4 ”。 2 1 2 3低聚异麦芽糖的物理化学性质 低聚异麦芽糖( i s o m a l t o o l i g o s a c c h a r i d e s ，以下简称i m 0 ) 亦称异麦芽寡糖、 分枝低聚糖等f 4 3 】，是由葡萄糖以a 1 ，6 糖苷键结合而成的单糖数在2 5 不等的 低聚糖，由于分子构象不同，所以区别于麦芽糖而称为低聚异麦芽糖。其结构 式如图2 - 3 所示1 4 “4 “。 h o h 图2 3 低聚异麦芽糖结构式 f i g 2 - 3c h e m i c a ls t r u c t u r eo fi s o m a l t o o l i g o s a c c h a r i d e s 自然界中i m 0 很少以游离状态存在，而作为支链淀粉、右旋糖和多糖的组 成部分。i m 0 随着聚合度的增加，其甜度降低甚至消失。i m o 具有良好的保温性， 能抑制食品中淀粉回生，老化和结晶糖的析出。i m 0 具有独特的生理功能，其 中直接生理功效包括f 4 4 , 4 6 - 4 8 1 ( 1 ) 难以被胃酶消化，甜度低，热量低，基本上不增加血糖血脂； 7 ( 2 ) 能促进人体肠道内双歧杆菌的增殖，能抑制肠道内有害菌及腐败物质的 形成，增加维生素的含量，提高机体免疫力； ( 3 ) 预防龋齿功能，因其不被龋齿的链球菌利用，不被口腔酶液分解，故能 防止龋齿【4 9 j ： ( 4 ) 它属于非消化性低聚糖类，能起到水溶性膳食纤维的作用。 i m o 还具有以下的间接生理功效【4 4 , 4 6 - 4 8 】： ( 1 ) 促进食物消化、吸收，维持肠道正常功能； ( 2 ) 恢复抗菌素治疗、放射线治疗、化学治疗期间的肠道正常菌落； ( 3 ) 改善腹泻与便秘，抑制病原菌和腐败菌； ( 4 ) 提高肌体免疫力，起到免疫调节剂的作用； ( 5 ) 减少肠道致癌物质，改善血清脂质，降低胆固醇含量； ( 6 ) 增加钙、镁等矿物质的吸收，有利于肌体合成b 族维生素。 i m o 的理化性质如下1 4 4 , 4 6 - 4 8 】： ( 1 ) i m o 的甜度温和，可用来代替部分蔗糖，降低食品甜度与改善其品质。 ( 2 ) i m o 的粘度与相同浓度的蔗糖溶液很接近，食品加工时比麦芽糖容易操 作，对于糖果、糕点等的组织与物性无不良影响。 ( 3 ) i m o 的耐热、耐酸性极佳。 ( 4 ) i m o 所含糖分子末端为还原基团，与蛋白质或氨基酸共热会发生m a i l l a r d 反应而产生褐变着色。着色程度的深浅与糖浓度有关，并受到共热的蛋白质或 氨基酸种类、p h 值、加热温度及时间长短的影响。 ( 5 ) i m o 对各种食品的湿润及其品质的维持效果好，并能抑制蔗糖和葡萄糖 结晶的形成。 ( 6 ) i m o 的水分活度在浓度7 5 及2 5 时为0 7 5 ，与蔗糖接近，用于食品工 业中代替蔗糖时换算极为方便。 ( 7 ) i m o 的冰点下降与蔗糖接近，冻结温度高于果糖。用于冷饮品制造，冻 结较快。 8 ) i m o 是酵母和乳酸菌不能利用的糖类。添加到面包、酸奶中不会被酵母 菌、乳酸菌利用掉而残留在食品中，发挥其各种特性和抗龋齿性，同时促进双 歧杆菌发育。 ( 9 ) i m o 的抗龋齿性甚佳，不易被蛀牙病原菌变异链球菌( s 打印i o c o c c u $ m u t a n $ ) 发酵，所以产生的酸少，牙齿不易腐蚀。它与蔗糖并用时，也能阻碍 蔗糖被变异链球菌作用而产生水溶性的高分子葡聚糖，抑制蔗糖的蛀牙性，i m o 中的潘糖( p a n o s e ) 对阻碍齿垢形成的效果极为明显。 2 2水溶性多糖对淀粉特性的影响 葛根淀粉与过量水构成的混悬液在受热情况下发生一定的物理化学变化。 8 在较低的温度条件下，淀粉通过氢键结合部分水分子而分散，此时的变化属于 物理变化，淀粉的结构不发生变化。当温度上升到一定程度后，淀粉分子结构 发生伸展，分子会大量吸收水分子而发生急剧膨胀，由于水与淀粉可通过氢键 破坏胶束中的氢键，使胶束进一步溶解，空隙增大，水分子进一步进入，使膨 胀达到几倍至几十倍；继续加热后单个淀粉分子被水分子包围，淀粉分子间由 于牵扯作用而形成枝状，外观上形成糊状，而且淀粉的这种结构上的变化是不 可逆的。糊化后的微晶束胶体质点脱离淀粉颗粒后进入溶液，使溶液的粘度骤 然上升【5 0 - 5 l l 。淀粉在过量水分下的糊化首先经历了淀粉晶体的溶解和颗粒的膨 胀，直链淀粉分子获得流动性，在淀粉颗粒内外直链淀粉分子浓度( 或压力) 差和热能的作用下，从颗粒中脱离出来，在水中形成直链淀粉溶液的连续相， 支链淀粉则仍以颗粒或团块的形式存在，成为淀粉糊的分散相；过量水分下的 糊化淀粉为以直链淀粉溶液为连续相和以支链淀粉颗粒或团块的分散相组成的 两相体系 5 2 巧3 1 。 瓣，7 繁 ab c d 图2 - 4 两种多糖混合体系的结构 f i g 2 - 4 t e x t u r e s o f t h e m i x t u r es y s t e m o f t w o p o l y s a c c h a r i d e s 淀粉稀溶液或淀粉糊在低温下静置一定时间后，混浊度增加，溶解度减少， 在稀溶液中会有沉淀析出，如果冷却速度快，特别是高浓度的淀粉糊，就会变 成凝胶体，类似冷凝的果胶或动物胶溶液，这是由于分子相互作用主要是淀粉 链之间的氢键作用所产生的现象【”l 新鲜淀粉糊在存放过程中，其分散相产生 凝聚，连续相产生胶体网络结构i “巧引，即已经分散了的、在糊化温度以上通过 吸水、加热产生的无定形态的淀粉，重新变成一种不溶解的、聚集的形式。一 般而言，回生是直链淀粉及支链淀粉的直线部分趋向于平行排列，从无定形态 回复到结晶体，这样会使体系能量最低，更加稳定。这种趋于平行排列的趋势 是一系列老化现象的直接内在推动力。回生的过程就是随着分子重新排列的进 行，淀粉糊化后的胶体结构被破坏，吸水能力下降，水分析出。回生的结果就 9 是水分散失，淀粉链重新由无定形态变为晶体。研究中发现，回生后的淀粉很 难再次糊化印i 。 多糖分子交联结构主要有三种类型：螺旋结构和“蛋盒”交联结构。直链 淀粉分子以单螺旋结构形式存在，在氢键作用下形成微晶区域，如果浓度足够 高时会形成凝胶；在离子作用下，某些聚电解质多糖( 如角叉菜胶和海藻酸盐) 发生交联，形成具有双螺旋结构或“蛋盒”结构的凝胶体【5 8 j 。 m i l e s 卯l 等人提出了多糖混合体系的内在结构存在如下四种形式：1 、一种 多聚物胶的网系中包含另一多聚物；2 、穿插网系结构；3 、相分离网系；4 、偶 合网系。分别如图2 - 4 6 0 l 中的a 、b 、c 、d 。 淀粉也是一种多糖，放淀粉与水溶性多糖的混合体系中也存在上述四种内 在结构。多糖分子链上的羟基可与淀粉形成氢键，当淀粉在多糖溶液中加热时， 可以使氢键变弱甚至破坏，从而改变了淀粉的糊化性质【6 l l 。而加有水溶性多糖 的淀粉食品在室温或低温保藏过程中，由于多糖的亲水基团与水分子结合，从 而提高了淀粉分子的亲水能力，阻碍了淀粉分子间以氢键形式缩合、脱水收缩， 延长淀粉老化时间。 1 0 第三章试验材料与方法 3 1 原料与器材 3 1 1原料 葛粉：购自郎溪上野忠食品加工有限公司，产自皖南山区 黄原胶、瓜尔胶：食品级，市售 低聚异麦芽糖粉：i m o 一9 0 0 ，购自山东都庆股份有限公司 3 1 2设备 水浴锅h h s 型常州国华电器有限公司产 冰箱b c o 一2 1 2 ( l ) 型美菱股份有限公司产 物性仪t a x t p l u s 型英国s t a b l e 公司产 可见分光光度计7 2 1 e 型上海光谱仪器有限公司产 糊化仪a m y l o g r a p h - e 型德国b r a b e n d e r 公司产 高温箱形电炉s x z 一4 一1 0 型上海博讯实业有限公司产 电子天平a r l l 4 0 c 型上海奥豪斯公司产 电热鼓风干燥箱d g f 3 0 7 i 型南京实验仪器厂产 台式离心机t g l - 1 6 c 型上海安亭科学仪器厂产 3 2 试验设计与方法 3 2 1单一多糖对葛粉特性影响的试验设计与方法 3 2 1 1单一多糖对葛粉糊化