（农产品加工及贮藏工程专业论文）葛粉冲溶特性的研究.pdf

葛粉冲溶特性的研究 摘要 f 葛根资源在我省广为分布，既有野生，也可以人工种植，以葛根为原料， 采用科学的方法掘工提取的葛根淀粉含有人体必需的氮基酸以及硒、锌、锰等 微量元素。葛根原淀粉食用时必须先用凉开水把淀粉调成芡，再用沸水冲调， 相互之间产生粘连，不易分散。为了解决上述存在的问题，本课题研究中通过 添加蔗糖、麦芽糊精、蔗糖酯、磷脂作为分散剂和润湿剂；通过控制糊化温度 和产品颗粒大小提高冲溶性。同时通过测定产品的白度、产品糊的粘度、糊的 透明度找出这些辅料和添加剂对这些性质的影响规律。在保证冲溶性良好的情 况下，使其它的指标也达到较好的效果。 研究结果表明，蔗糖、麦芽糊精的添加量大于12 9 ，蔗糖酯、磷脂添加量大 于0 2 4 9 后，产品的冲溶性得到明显的改善，它们都随着添加量的增加，糊的粘 度都呈下降趋势；蔗糖能增加糊的透明度，麦芽糊精使透明度先下降后上升， 蔗糖酯使透明度减小，磷脂对透明度的影响和麦芽糊精相反。通过正交试验确 定产品的最终配方为葛粉6 0 9 、蔗糖1 2 9 、麦芽糊精1 5 9 、蔗糖酯0 4 2 9 、磷脂 o 3 6 9 。在对操作工艺参数的试验中发现糊化温度为7 1 、产品的颗粒度在4 0 6 0 目之间产品的冲溶性最好。 由以上配方和工艺参数生产的产品用沸水冲溶能在5 分钟内成糊，著且有 较好的粘度和透明度。 关键词：葛 | ；j 申溶性自度粘度透光枣 - s t u d y o hf a s t d i s s o l v a b i l i t yo f k u d z uv i n ep o w d e r a b s t r a c t t h e p l a n t e da n dt h en a t u r a lg r o w i n gp l a n t so fk u d z uv i n ea r ew i d e l yd i s t r i b u t e d j na n h u ip r o v i n c e k u d z uv i n er o o ts t a r c hw a se x t r a c t e du t i l i z i n gk u d z uv i n er o o t a sr a wm a t e r i a lb yas p e c i f i cp r o c e s s i tc o n t a i n sh u m a n e s s e n t i a la m i n oa c i d sa n d t r a c ee l e m e n t ss u c ha ss e ，z n ，m n ，e t c i ti sn e c e s s a r yt o f i r s t l yt u r ni t ss t a r c hi n t o c o r d o nw i t hc o o lb o i l e dw a t e ra n dt h e nm i xw i t hb o i l e dw a t e rb e f o r ey o ue a t i t c a u s e st h ed e f i c i e n c yo f g e l a t i n i z a t i o n t h ep r o d u c to fi n s t a n tk u d z uv i n ep o w d e r c a l lm e e tt h ed e m a n d so f q u i c kr h y t h mt o d a y i ti si m p o r t a n tt os p e e du pa g r i c u l t u r e i n d u s t r i a l i z a t i o no fo u r p r o v i n c ec o u r s e i tw a se a s ya g g l o m e r a t i o nt o d i r e c t l ym i xi t sp o w d e rw i t hb o i l e dw a t e r t h e l l i g h e rv i s c o s i t yd u r i n gg e l a t i n i z a t i o nc a u s e sw o r s em o b i l i t ya n dd i s p e r s ep r o p e r t y t h es t a r c hm o l e c u l e s c o n g l u t i n a t eo n ea n o t h e r i no r d e rt os o l v et h e s ep r o b l e m s ，w e f i r s t l ya d d e ds u c r o s e ，m a l t o s ed e x t r i n ，s u c r o s ee s t e ra n dp h o s p h a t i d et oi t ss t a r c hf o r t h e p u r p o s eo fi m p r o v i n gs u r f a c t a n t s o l u t i o na n dd i s p e r s e p r o p e r t i e s ；t h e n w e c o n t r o l l e dt h et e m p e r a t u r eo fg e l a t i n i z a t i o na n dt h es i z eo fp r o d u c tt oi n c r e a s e i n s t a n tp r o p e r t i e s w ef o u n do u tt 1 1 er u l eo f a u x i l i a r ym a t e r i a le x e r t i n gt h ei n f l u e n c e o n p r o d u c tw h i t e n e s s ，v i s c o s i t y , l i g h tt r a n s m i t t a n c e sa n db ym e a s u r i n gt h e m o nt h e c o n d i t i o no f e n s u r i n gf a v o r a b l ef a s td i s s o l v a b i l i 饥w em a d et h eo t h e rv a l u e sn i c e r r e s u l t ss h o wt h a tt h ew a t e r m i x i n gp r o p e r t i e sc a l lb er e m a r k l yi m p r o v e du n d e r t h ec o n t e n to fs u c r o s e ，m a l t o s ed e x t r i na b e v e12 9 ；t h et r e n do ft h e i r v i s c o s i t yc u , r v e w e n td o w n a l o n gw i t ht h ei n c r e a s eo f t h e i rc o n t e n t s ；b u tr a i s i n gc o n t e n to fs u c r o s e ， s t a r c h p a s t el i g h t t r a n s m i t t a n c e sa l s or a i s e d ；w i t hc h a n g i n gc o n t e n to fm a l t o s e d e x t r i n ，l i g h tt r a n s m i t t a n c e sw a sf i r s tr i s ea n dt h e nd r o p ；s u c r e s ee s t e rm a d el i g h t t r a n s m i t t a n c e sd e c r e a s e t h ee f 凳c t so fp h o s p h a t i d ea n dm a l t o s ed e x t r i nw e r eo nt h e c o n t r a r y w eo b t a i n e dt h eo p t i m a lf o r m u l ab ya p p l i c a t i o no fo r t h o g o n nt e s t sa n d f o u n dt h a tt h e i n g r e d i e n t so ft h eo p t i m u mr e c i p e w e r ek u d z uv i n ep o w d e r6 0 9 ， s u c r o s e 1 2 9 ，m a l t o s e d e x t r i n15 9 ，s u c r o s ee s t e r 0 4 2 9a n dp h o s p h a t i d e0 3 6 9 w e m a d e e x p e r i m e n to nt h eo p e r a t i v et e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r sa n df o a n d t h a to p t i m u m g e l a t i n i z a t i o nt e m p e r a t u r eo fs t a r c hw a s7 l a n d t h es i z eo fp r o d u c t4 0 6 0w a s m e s h e s n l ef i n a lp r o d u c tc a ns o l v ew i t hb o i l e dw a t e ri n5m i n u t ea n di t sp a s t ep r o p e r t i e s w e r em c e r k e y w o r d s ：k u d z uv i n ep o w d e r , f a s td i s s o l v a b i l i t y , w h i t e n e s s ，v i s c o s i 吼 l i g h tt r a n s m i t t a n c e s 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，也不包含为获得盒肥工业太兰或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：程奄1 眨 签字日期：王口0 3 年月午日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金肥工业太堂 有关保留、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 阅和借阋。本人授权金肥王业太生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) 学位论文作者签名乖星、女洲衷 签字日甥k f 占月妒 1 脯o 、 学位论文作者毕业后去向：叹蜊位 工作单位 通讯i 也址 1 j 固蚀礴 中国礞篮群 聊签名：两九汉 签字日期：年占月妒日 v i 电话： 邮编：( 3 。g 致谢 论文的顺利完成首先要感甜我的导师周先汉副教授。出于我离开学校多年 以后再重新上学，理论基础薄弱，导师根据我自身的状况进行了系统的理论补 缺林差，科研中导师根据食品学科与工业联系紧密的特点，让我深入工厂第一 线进行试验，使我在这三年中理论学习和科学实践上得到了很大韵锻炼和提高。 生活上，导师同样给予了无微不至的关怀。在此，向我的导师表示衷心的感谢 在论文进行过程中得到了陈从贵副教授、王武老师的帮助，实验室余顺火 老师、马道荣老师、方红美老师、陈晓燕老师和邵丽滢老师的极大支持，在此 一并向他们表示感谢! 作者：程杰顺 2 0 0 3 年4 月2 0 日 1 1 葛根淀粉来源及作用 第一章前言 葛根为蝶形花科( 或称豆科) 葛属植物甘葛滕p u e r a r i al o b a t a ( w i l l d ) o h w i 及r t h o m s o n i lb e n t h 的块根。是常用的传统中药，也是嗜好性较强 的食用植物。淀粉、纤维素、异黄酮类化合物是葛根的主要成分。葛根具 有解饥退热、生津透疹、生阳止泻等作用，其药效为医学工作者所公认1 2 j 。 我国古代医学名著神农本草经和东汉时期张仲景的伤寒杂病记、同 本的日养食鉴和和歌食物本草等都有用葛根治疗疾病盼记载。近 年来，随着科学技术的不断发展，国内外医学工作者对葛根的进一步深入 研究，发现葛根不仅对人类生命威胁较大的死亡率较高的冠心病、心绞痛、 肠癌等有明显的疗效，而且还有促进人脑的血液循环、降低血脂、减肥健 美的功效。 3 1 以葛根为原料，采用科学的方法加工提取的葛根淀粉，既能较好地保 留葛根的各种有效成分，又可舍弃不利于人体吸收、无营养价值及疗效的 某些物质，可谓取之于葛根而优于葛根。葛根淀粉中富含有多种人体必需 的氨基酸以及硒、锗、锌、锰等微量元素。此外，葛根素、大豆黄酮等具 有抗癌防癌作用的异黄酮类物质的含量也相当可观1 4j 。其含量详见表1 1 及表1 2 。 表1 1 葛根淀粉氨基酸含量( m g 1 0 0 9 ) 名称含量 名称含量 天门冬氨酸 苏氨酸 丝氨酸 谷氨酸 脯氨酸 丙氨酸 胱氨酸 2 4 0 4 6 8 4 9 1 1 3 4 7 4 0 3 9 6 5 9 4 蛋氨酸 异亮氮酸 亮氨酸 酪氨酸 苯丙氮酸 赖氮酸 组氨酸 2 3 0 7 7 7 l i 2 2 0 7 1 4 4 7 3 8 7 8 2 缬氨酸 1 5 5精氨酸 13 7 葛根淀粉不同于其它淀粉的生产特点是在考虑如何提高淀粉的抽提率 和淀粉品质的同时，还必须考虑如何减少功能性保健性因子总黄酮的流失， 尽量提高淀粉中总黄酮的含量，使葛根淀粉在用作食品时仍然具有上佳的 保健作用，充分体现出葛根食品“药食兼用”的特色和功能。 葛根淀粉的常用生产工艺流程如下：【5 水石灰水 新鲜葛根l 清洗，去皮，切h 粉碎j l 浸泡，过滤，洗涤 成品包装 烘干 脱水 调p h 值一 1 2 葛根淀粉的形态结构 1 ，2 1 葛根淀粉粒的形态结构及组成”1 图1 1 是用s - 4 5 0 扫描电镜1 5 k v x l 0 0 0 观察淀粉形态并拍照的葛根、 甘薯及马铃薯三种淀粉颗粒的外形。葛根淀粉颗粒属菱形或不规则形，直 径9 - 4 0 um ；甘薯淀粉颗粒属球形，表面光滑，直径为4 - 3 8 “m ；马铃薯 淀粉颗粒属卵形和椭圆形，直径3 0 - 8 0 um 。 葛根 1 葭 囊 ；i i 攀拳 嘲。f ：j 甘薯 马铃薯 图1 1 三种淀粉的外形 图1 2 表示不同水分含量的葛根淀粉的x 衍射图a 在2 0 。c ，3 3 0 。扫描 范围及4 。m i n 时，含水量低于l o 不能看到结晶度；当含水量在1 8 - 6 时，微 结晶度数为5 6 ，大小为1 5 1 0 。1 0 ：含水量为2 8 6 时，微结晶度数为5 6 2 ，大小 为3 1 1 0 邶以上说明淀粉随含水量的变化其x 一衍射图形有相应的变化，按 分类应属c 形结构。 山 u 刨 释 接 器 图1 2 葛根淀耪不同含水量的x - 衍射图 表l 一3 表明了葛根淀粉的组成，其直链淀粉含量为6 0 0 6 ，均高于4 种对照试材；而支链淀粉的含量为3 9 9 4 ，均低于对照试材。 表1 3 几种试材淀粉的直、支链含量单位： 2 。3 葛根淀粉的特性 1 3 1 葛根淀粉的糊化温度 淀粉的糊化温度在不同品种间存在差别。大颗粒易于糊化，糊化温度 低，小颗粒糊化温度高。淀粉颗粒的差别很大( 2 i5 0 微米) 葛根淀粉的 颗粒尺寸为9 4 0 微米。淀粉乳受热，其中大颗粒先糊化，接着更多颗粒糊 化，最后小颗粒糊化。糊化温度不是一个固定值，有一定的范围，相差约 i o 。c 。1 7 l 葛根淀粉的糊化温度目前见之于报道的也不统一。分别有6 2 7 0 、 s 1 6 9 7 5 54 c 、 8 1 6 5 7 5 。c 【9 】等几类。 图1 。3 表明葛根淀粉的糊化温度为6 5 7 5 ( 对应的粉糊浓度约为 3 6 ) ，在接近期化点时已基本融化，6 59 c 时只有2 0 的淀粉颗粒充分膨胀， 当温度升至7 5 时淀粉颗的粒充分膨胀可达9 0 ，说明此温度范围为该淀 粉的糊化温度。随着浓度增加，糊化温度有所降低。 34 5浓度( ) 3 葛根淀粉糊化温度 1 3 2 葛根淀粉的膨胀力和溶解性6 】 i i 儡1 b v r 镒 型 琶 65758 595 温度( ) 图1 4 葛根淀粉的彩胀能力 誉 魁 琏 赃 657 58 59 5 温度( ) 图1 ，5 葛根淀粉的溶解性 图1 4 和1 5 表明葛根淀粉( 浓度为4 ) 的膨胀能力和溶解性的变化 趋于一致，即膨胀能力大溶解性也大。相同浓度的马铃薯淀粉糊的膨胀率 为2 0 1 ，溶解性约为1 0 2 ；可见与相同浓度的马铃薯淀粉相比，葛根 淀粉的膨胀能力( 1 2 8 9 ) 较低，溶解性( 2 0 2 8 ) 较高，说明葛根淀粉 极难膨胀，但较易溶解于水。 l 。4 葛粉速溶问题的提出与研究现状 从阻上葛粉的保健性能看，开发葛粉食品大有前途，目l i 百研究工作者 已研究出葛粉果冻、葛粉果酱、葛粉冰淇淋等产品，【旧，这些产品有一共 同特点就是葛粉的添加量较少，且葛粉都是分散于冷水后再加热糊化。而 市场上含葛粉纯度很高的原淀粉，食用时必须先用少量凉开水把淀粉调成 芡，再用沸水冲调，由于葛根淀粉的糊化温度较高，极易造成淀粉糊化不 足，有时还不得不再次煮沸。随着生活节奏的不断加快，人们要想品尝或 享用葛根淀粉这种天然绿色食品时，显得有些无可奈何。传统的冲调方式 使得葛粉的食用极为不便，有时还可能由于糊化不足而影响消化。直接用 开水冲调，则无法得到均匀的粉糊。于是，很多人因此而忍痛割爱，导致 了葛根淀粉这种优质资源不能在市场上充分实现其自身的价值。 因此是否能直接用开水冲调，且保证较好的糊化度，就成为产品迅速 推广的关键制约因素。 对葛粉结构认识及开发应用始于2 0 世纪8 0 年代末，日本在这方面研究 开展较早，应用水平较高。葛根淀粉的保健价值不仅在学术上取得了共识， 并且得到了日本国民的认可，速溶葛粉的生产已进入产业化。 国内目前报道，在改善葛粉速溶特性的研究方面主要有三种方法：膨 化法、滚筒干燥法、筒水解法。现简要介绍如下： 膨化法f 2 j 工艺流程及要点： 葛根淀粉一加水搅拌 挤压膨化一干燥_ 粉砰过筛 i t 成品+ 定量包装p 混合搅拌+ _ 膨化粉 f 糖粉及其它配料 该方法采用的主要设备为单螺杆挤压膨化机，投料膨化之前，应先将 膨化机预热l 小时，以便于机器的温度达到稳定。物料加水搅拌均匀，保 证具有相同的组成及水分含量，膨化后产品才能达到理想的膨化度。投料 时要保证进料速度恒定，膨化时要严格控制膨化机内的温度及膨化时间， 防止产生膨化不足或物料焦化，粉碎后的膨化料用8 0 目筛网进行筛分，可 根据不同口感的需要加入糖粉及其它配料进 亍调味，也可以根据需要进行 维生素和矿物质的强化。 昆明医学院进行的研究所选用的膨化温度为1 5 0 ( 2 ，物料水分含量为 1 2 “1 5 。而最终产品的色泽、风味、粘度、冲调性等感官指标未作充分讨 论，所实验的结果也末见其产业化报道。由于它具备使淀粉熟化的优点， 前期研究中，我们采用此法在两个工厂先后进行了试验，结果表明由于挤 压膨化的高剪切作用，葛粉冲调后已失去了其糊的粘稠、滑爽的质感a 况 且，目前国产的食品膨化机在参数的可调性、可控性及稳定性等方面都很 难达到本产品对机器设备的苛刻要求c 滚筒干燥法【1 3 工艺流程及要点： 配料+ 调浆 煮浆一滚筒干燥 该方法采用的主要设各为双滚筒干燥机，滚筒蒸汽压力为0 4 m p a ，配 料( 以1 0 0 计) ：葛粉8 0 4 、白砂糖1 9 6 ，配浆时加水量为原料总量的1 1 7 倍。 此种实验方法与一般的速溶麦片生产方法类似，根据我们在实验室的 模拟，此种方法生产的产品冲调居形成片状物，不能形成质地均匀的粉糊。 。 酶法水解f 1 4 j 这种方法是通过n 一淀粉酶使淀粉大分子水解为分子量相对较小的分 子，促进其溶解性，其工艺流程及操作要点如下 淀粉调浆- - - - - - l , - 水解中止反应一过滤_ 喷雾干燥 调浆的p h 值6 2 6 5 ，水解调p h 值4 2 或煮沸，喷雾干燥的进娥1 7 0 ，出风9 0 。c 。这种方法实际上改变了淀粉分子的结构，使产品的物化性 质变化较大，且通过喷雾干燥所耗费的费用较高，此种方法在工业上没有 实际的利用价值。 除了以上几种试验方法外，目前江南大学、南京农业大学等高校也j ：i ；! 在进行这方面的研究，尚未得到取得突破性的进展消息。 i 5 本课题研究的意义及主要内容 葛根既有野生，也可以人工种植。在我国主要分布在湘、浙、豫、皖、 粤、川等地区。我省葛根主产在皖南山区、大别山区和江淮丘陵地区，年 产量约1 0 0 0 0 吨，仅霍山、金寨两县年产量就达6 0 0 0 吨，是我省重要的农 业资源之一。目前我省对粉葛资源的综合利用及深度加工技术尤为重视 并把它列为安徽省“十五”攻关项目。本课题取自其中的一部分，以葛根 淀粉的冲溶性为研究对象。针对葛粉直接冲调时极易结块的现象，通过寻 求均匀的传热、传质与糊化条件，解决其分散性和溶解性，生产出即冲即 食的产品。这对满足当今社会快节奏的需要，同时提升产品档次，增加其 附加值，促进我省农业资源综合利用的技术进步，加速农业产业化进程有 着重要的意义。 本课题研究的内容是以天然葛粉为主要原料，糖、麦芽糊精为辅料， 蔗糖酯、磷脂为添加剂，通过配料一糊化一干燥一磨碎等工序的参数研究， 探索生产速溶葛粉工艺流程的可行性和配方的合理性，并对以上的主要工 艺参数变化和配料成分的改变对产品质量及冲调性作出评价。其主要内容 包括： ( 1 )通过理论分析制定工艺流程及添加各种辅料及添加剂的作用， 初步制定工艺流程及原辅料、添加剂。 ( 2 )试验研究糖、麦芽糊精对产品冲调性及产品质量的影响。 ( 3 )试验研究蔗糖酯、磷脂对产品冲调性及产品质量的影响。 ( 4 )试验研究工艺参数的改变对产品冲调性的影响。 第二章速溶葛粉制各工艺机理的研究 2 1 影响葛粉冲调性的原因 葛粉的冲调性的定义目前尚未见到报道。研究中我们参照乳捞、膨化 谷物以及米粉的渖调性的有关解释16 j 对葛粉的冲谪性加以规定。乳粉 的冲调性，又称速溶性，要求乳粉颗粒大而疏松，润湿性好，分散度高。 具有理想冲调性的膨化谷物、米粉，在冲调时能迅速溶解，不结团，形成 的糊状物秸性适度，质构缅腻均匀口感丰满。关于对速溶葛粉糊的性质 在第三章还将作单独讨论，本章讨论的速溶葛粉的冲调性主要是指它的润 湿性、分散性。润湿性是指水吸附于成品颗粒表面及内部的能力，取决于 颖粒成分、表面性质与内部构造、粒子直径和粒子密度等因素；分散住是 指颗粒分散于水中的能力，即颗粒离开团块的能力。 对未经速溶处理的粉状产品的调查发现，几乎所有的产品都存在冲调 结块现象并且目前尚无针对性的解决办法，也未见有相关报道f 1 7 j 。当前 对冲调性研究比较多的是奶粉和咖啡，工艺也比较成熟。就奶粉而言其 做法是先把奶粉经过分级，分离出细粉，然后采用流化床附聚造粒，喷涂 卵磷脂，烘干。此项工艺技术比较复杂，设备价格也较高。就改善茸耪的 冲调性，我们曾到江苏一步干燥设备厂试验过此法，由于流化床附聚造粒 形成的粒度较小，润湿性较好，分散性很差，结果很不理想。 葛粉和奶粉在物理特性上有明显的不同，后者含有较多的非亲水性物 质( 如脂肪、变性蛋白质) ，而前者在热水中a 化后亲水性较好，且糊化 产生较高的粘度，不利于分散。 奶粉冲溶时关键是其分散性，对水的温度并无严格要求，奶粉溶解于 水的过程基本是属物理变化，水只起分散作用。葛粉主要含淀粉类物质， 淀粉是葡萄糖的聚合物，由单体葡萄糖通过糖苷键的形式连接而成，线性 连接的分子是直链淀粉分支连接的刚为支链淀粉，单纯的富链或支链在 实际中是不存在的，淀粉分子实际上是由两种链式结构混合构成的，淀粉 与水构成的混悬液在较低的温度下通过结合部分水分子而分散，此时的变 化与乳粉相似也属于物理变化【1 8 】，淀粉的结构不发生变化，但生淀粉( b 淀粉) 不能被淀粉酶作用，人体难于消化吸收，因此不能直接食用。在用 热水冲调葛粉时，水和葛粉之间发生了复杂的传热和传质过程，引起了化 学变化，此变化也称发生了糊化反应。水的作用主要有：( 1 ) 作为淀粉糊 化过程的反应物质之一，( 2 ) 提供热量，作为糊化反应的动力，( 3 ) 对糊 化后的淀粉起分散溶解作用。由此可见，水分过少，水湿过低，水分渗入 淀粉的通道阻塞，形成的糊粘性过高，都不能进行有效的传热和传质，葛 根淀粉都不能充分糊化。 将葛粉直接冲热水搅拌后，洗去已溶解的部分，得到不溶块结构如 图2 】所示，外部被已糊化的淀粉相互间紧密粘结包围起来，形成一层胶 体状的保护膜，阻碍水分进一步入内，内部还未溶水的物料由于得不到水 分而始终不会产生糊化。当不溶块尺寸小到一定程度时就不容易用搅拌 棒把它打散，影响冲调性。由于干粉密度较小，一部分不溶块浮于水面， 形成团粒半面触水，造成进水条件的进一步恶化，从而形成顽固性团块。 图2 - 1 不溶块截面 由此可见，淀粉糊化过程中伴随着的淀粉分子之闻的相互作用( 主要 是氢键的作用) 是产生结块的根本原因。淀粉分子之间相互作用可用粘度 进行度量，粘度越大，结块能力越强，分散性越差。 根据这个原理，可从以下思路考虑改善和解决葛粉的冲调性： 1 1 加入一些自身不易产生结块，又可减少淀粉分子之间的相互作用物 质起到破坏糊化层形成的作用： 2 、推迟葛粉在冲调时达到高粘度的时间。 速溶葛粉的加工所需的配料以及工艺过程首先要实现良好的分散性与 润湿性，同时又要兼顾生产的产品口感、感官等一系列食品评价指标- 使 之保持较好的品质。 2 2 实验原辅料 制作速溶葛粉试验原、辅料见表2 1 表2 1 速溶葛粉生产原辅料 原料名称等级 产她 葛粉 一级 桐城树人食品有限公司 自砂糖一级 上海市耱业烟酒( 集团) 有限公司 麦芽糊精食品级 安徽丰原生化集团 蔗糖酯食品级 ( 中日合资 柳州三柳食品化工有限公司 磷脂食品级 南宁食品添加剂厂 2 3 主要仪器及设备 d g f 3 0 7 i 型电热鼓风干燥箱 h h s 一2 型电热恒温水浴锅 w s d 一山白度仪 n d j 1 粘度仪 7 5 6 m c 紫外可见光分光光度计 f a l 0 0 4 电子天平 f k b 8 粉碎机 标准筛( 2 0 、4 0 、6 0 、8 0 、10 0 、1 2 0 目1 2 , 4 辅料添加机理 2 4 1 添加蔗糖、麦芽糊精的机理 南京实验仪器厂 上海天平仪器厂 北京康光仪器有限公司 上海天平仪器厂 上海第三分析仪器厂 上海天平仪器厂 上海市嘉定粮油检测仪器厂 上虞市道墟纱筛厂 蔗糖、麦芽糊精都属于自身易分散、溶解的物质，但它们也有各自的 特点。 蔗糖主要来源于甘蔗、甜菜，经榨汁、浓缩、干燥后的产物。蔗糖很 甜，易结晶，易溶于水。 麦芽糊精( 也称水溶性糊精、酶法糊精) 是一种介于淀粉和淀粉糖之 间的、经控制而成为水解程度较低的产品。麦芽糊精的主要性状和d e 值 有直接关系，因为d e 值不仅表示水解程度，而且是控制产品特性的重要 指标。麦芽糊精的水解程度越高产品的溶解性、甜度、吸湿性、渗透性 越大：而组织性、粘度、色素稳定性、抗结晶| 生越差。麦芽糊精的溶解度 低于蔗糖和葡萄糖，但与水的结合能力较强，一旦吸收水分后，保持水分 的能力较强。麦芽糊精系列产品其外观都是白色的非晶状固体颗粒。将麦 芽糊精用于速溶葛粉的添加辅料，主要是利用其以下几个特点”生”j ： i ) 流动性良好，无异味、无臭： 2 ) 几乎没有甜度； 3 1 溶解性能良好，有适度的粘性； 4 ) 耐热陛强、不易产生褐变； 5 ) 吸湿性小，不易结团； 6 ) 即使使用浓度较高也不会掩盖主料的原有风味或香味： 7 ) 有很好的乳化作用； 8 ) 极易被人体消化吸收。 在淀粉糊化过程中加入适量自砂糖和麦芽糊精，这时砂糖和麦芽糊精 就会溶解为溶液，一部分和糊化淀粉形成络合物，一部分在进行干燥时溶 解的砂糖又会重新结晶，麦芽糊精也再次成为非晶体物质，这些成分在淀 粉颗粒之问形成“固体桥”阢2 甜。当产品进行复水时，液体便会借助渗透 作用，将“固体桥”溶解，形成空穴，减小颗粒之间的附着面积，使原本 粘附着的颗粒分开，继而在液体中均匀分散。 2 4 2 添加磷脂、蔗糖酯的机理 商品卵磷脂一般是指大豆磷脂。大豆磷脂中含有的主要成分是磷脂， 包括卵磷脂、脑磷脂和肌醇磷脂。磷脂不溶于水，而溶于氯仿、乙醚、石 油醚、四氯化碳。常温下磷脂在水中也不分散，而在热水中可分散。分散 后的磷脂在水面上铺展成为稳定的单分子表面膜。把磷脂加入热的淀粉糊 中经搅拌，这些单分子表面膜就会覆盖在糊化淀粉颗粒的表面，其亲水性 部分朝向d 化淀粉表面，疏水基方向对外。当成品颗粒复水时，由于磷脂 与水的相互作用不特别强，如疏水胶体一样，磷脂在水中首先膨胀( 膨润) ， 浸润膨胀较长时间后，卵磷脂在水面上形成单分子层，这时水才会与被磷 脂包裹的颗粒作用【2 ，避免了淀粉直接与水首先作用，使淀粉颗粒之间相 互不易粘连，而起到分散的作用。 蔗糖酯( 蔗糖脂肪酸酯) 是蔗糖与正羧酸反应生成的一大类有机化合 物的总称。蔗糖酯是以蔗糖为亲水基团，脂肪酸为疏水基团的非离子乳化 剂【23 1 。蔗糖酯与淀粉水溶液加热过程中，其疏水基部分进入直链淀粉的空 间结构，形成了一种较为稳定的淀粉络合体( 见图2 2 ) 1 2 4 , 2 5 ，而亲水基团 则裸露在外，加强了蔗糖酯淀粉络合体的整体亲水性。复水时，水分易于 渗入淀粉颗粒内部，从而缩短复水时间，提高了淀粉的浸润性。另外蔗糖 酯阻碍淀粉的b 化过程。淀粉糊化过程中，水分进入淀粉微晶束结构拆 散淀粉分子间的缔合状态，形成胶体体系。随着加热淀粉粒的糊化，淀粉 原有的晶体结构被破坏，形成一种a 化状态的淀粉。冷却后，这种a 化淀 粉逐渐重新形成有规律的结晶体从而使淀粉处于一种老化回生( p 化) 的状态。由于蔗糖酯疏水基部分进入直链淀粉的空间结构，形成复合体阻 碍a 化淀粉分子重新有规律的排列，从而抑制了老化过程，确保淀粉。化 结构的稳定性，防止淀粉n 化度下降，使制品长期保持良好的复水性。 e 蕊哆蔗糖月自肪酸螗屯必直链淀粉螺旋 自由空间 图2 2 直链淀粉蔗糖脂肪酸酯复合体的示意图 综上所述，磷脂首先起到使淀粉颗粒分散开来的作用，在其后淀粉溶 解的过程中，蔗糖酯又加速了被分散的淀粉颗粒溶解、复水速度。 2 5 拟采取工序的机理 2 5 1 控制成品粒度的机理 淀粉是属于粉体物质，粉体的组织状态是无数形状大小，以及粒径分 布不同的粒子堆积而成的。在粒子堆积时，互相接触，成为所谓的中间状 态。将粉体倒入容器中去，即使粉体为均匀的球形，堆积状态( 如图2 3 ) 也不相同。这仅是二维状态粉体堆积的模型【2 6 1 。当粒子大小不均，其空间 一_ b ) ( a )为较规则的充填堆积 ( b ) ( b ) 为较不规则的堆积 图2 3 二维状态粉体堆积模型 堆积情况更为复杂。因此粉体的性质不仅与单个粒子的性质有关，而且与 其集合体，即堆积状态有密切关系。 粒子充填或堆积的状态，也就是粉体粒子堆积的密实程度通常用比体 积、表观密度、孔隙率、孔隙比、充填率等参数表示，这里我们仅用孔隙 进行描述。孔隙率越大，水分进入其中的通道越通畅。 如果在盛有葛粉的容器中，缓慢地倒入热水如果不搅动葛粉，热水 就会借助孔隙缓慢渗入粉体中，由于热水和上表面的淀粉发生糊化反应。 淀粉分子之间互相缠结以及淀粉与水分子之间氢键结合，生成三维的立体 网络结构，( 示意图见2 4 ) 【2 7 2 8 1 ，除与淀粉结合的水分外，还有一部分水 保持在网络结构中失去了流动性质，这种结构阻止了外部的水分进一步向 内渗入也就阻碍了水与淀粉之间的传热过程，这样表面的淀粉熟化容 器底部的淀粉仍然保持原状。即使水分充足，并经过无限长时间，下面的 淀粉也不会浸透，而始终处于生淀粉状态。 黟斗- 越斗舷鑫! ! 黧直链纂鍪黧襄鑫嚣黼络 瀚结 图2 4 胶体网络结构形成示意图 根据以上分析，如果我们通过造粒使水分渗入的通道变大，水分就易 于渗入；使颗粒大小适宜，热水达到颗粒中心点时，中心点的淀粉也就能 保持较好的糊化度，就可以达到使淀粉分散、糊化的目的。 对于这两点，我们再作详细分析如下： 假设淀粉颗粒为球形形( 若非球形颗粒，以它的最长径进行分析) ，半 径为r ( 见图2 5 ) ，颗粒外围有大量的足够糊化温度的热水，在水渗入和 糊化过程中，假设设颗粒半径不变，颗粒表面的糊化度a 假定为1 ，经过 d t 时间后，水渗入深度为d r ，由于d r 糊化层的传热、传质阻力，到达r d r 处的温度就会低于外围热水温度，水分的渗入量也就由外向内逐渐减少， 设r d r 层的糊化度为a ( t ) ，那么d ( t ) 就会小于1 。由于糊化度受水量和 水温的影响，当水量低于充分糊化所需的水量时，就不能充分糊化：而当 水温低于糊化温度时就根本不能糊化。 在水温和水量之中如果水量占主导因素，水温在糊化温度之上，糊化 度随渗入水量减少而逐渐递减，当糊化度低于一定值时，就会影响食用品 质；如果水分足够，水温低于糊化温度时，淀粉只能作一定的润胀而不能 糊化，颗粒中心就会产生白点。因此，在堆积状况确定时，能够完全糊化 的淀粉颗粒的大小必然有一上限值。 图2 5 颗粒大小对糊化影响示意图 颗粒的尺寸也非越小越好，粉体的孔隙率受颗粒尺寸影响，颗粒的尺 寸d p 与堆积床层直径d 之比，对孔隙率的影响比较显著，其关系如图2 6 所示， 0 5 茹 霉0 4 叫 长 o3 o0 1 0 20 3 0 4 0 5 d p l d 图2 6 床层空隙率s 与d p d 的关系 由图2 6 可见d p d 之值越小，堆积体的孔隙率也愈小【2 9 1 ，这样就会阻 碍水分的渗入，同时两颗粒之间糊化后粘连的机会也会增大，粘连后的聚 集体也不易分散。 2 5 2 控制糊化温度的机理 糊化是淀粉的重要特性之一。在糊化过程中，淀粉颗粒胀大，晶体溶 融，淀粉糊变得粘稠，透明度增加。淀粉来源、直链淀粉含量、淀粉颗粒 大小、含水量、加热温度等对淀粉的糊化都有较大影响a 其它条件相同时， 淀粉糊化程度主要取决于加热温度【3 0 3 ”。 淀粉颗粒在过量水分下加热会吸水膨胀，其润胀特性见图2 - 7 t 由 图2 7 可见在加热初期，粒径有一快速上升过程，最后处于平缓。当温度 低于糊化温度时，游离水进入颗粒的非结晶区，粒径仅作有限的膨胀，所 以曲线较为平坦；当温度高于初始糊化温度而低于最终糊化温度时，大量 的水进入颗粒的非结晶区和部分结晶区，部分晶体崩解，淀粉分子伸展。 颗粒剧烈膨胀，曲线在加热初期有较大的上升。另外，由于温度小于终点 糊化温度，颗粒的部分结晶区没有解体，水分难以渗透到淀粉颗粒内部， 颗粒只能润胀到一定程度，所以此温度下的润胀吐线在一定水平下趋于平 缓。当温度高于最终糊化温度时，淀粉完全糊化，颗粒的结晶区完全解体， 进入溶液的直链分子较多，颗粒有所收缩或分解，继续糊化时则可使颗粒 破裂。 8 7 名 j6 - 艇5 翼4 3 05 01 0 01 5 0 2 0 0 时间( s ) 图2 7 淀粉颗粒在糊化过程中润胀曲线 + 6 0 + 7 0 + 8 0 淀粉糊化程度取决于温度可以作这样的解释：淀粉粒子结构由晶体和 非晶体两种形式通过分子间的氢键联结起来。在较低温度下，所提供的能 量引起非晶体部分的不稳定，但却难以影响高稳定性的晶体部分，这样尽 管延长糊化时间，淀粉的彻底糊化还是不可能达到。当温度足够高的时候， 给这个系统提供的附加能量增加了非晶体区链的活动性，并且同时破坏高 稳定性的晶体，于是达到了完全糊化p 。 淀粉糊化时间越长，其。化程度越高。因为糊化时间越长，淀粉颗粒 膨胀充分，进入淀粉颗粒的溶剂多，分子间氢键断裂多，从而淀粉颗粒的 胶束结构破坏的程度大，但时间过长，为实现持续保温的能耗将使得生产 成本急剧增加，生产工艺的可行性受到影响。根据有关研究，在生产的可 行范围内，糊化时间对淀粉糊化程度无显著影响l j “。 在本研究中，在高于起始糊化温度的条件下，葛根淀粉乳刚开始粘度 较低，并且用搅拌棒强制搅拌，物料传热以对流传热为主，传热速度较快： 当达到开始糊化温度时，由于葛粉的膨胀，粘度逐渐增大，即使强制搅拌， 淀粉糊的受热也主要受传导传热控制，物料升温速度较慢。所以，本研究 在保持相同的起始加热温度和加热速率的前提下，糊化时间对糊化程度的 影响不再予以考虑。 实验操作实践中，我们发现，糊化温度不能超过其最高糊化温度。因 为到达最高糊化温度后，淀粉几乎完全。化。于燥时，淀粉胶体网络中的 水分析出，形成干凝胶。冲调过程中，水分不易进入其结构中，复水困难。 在控制温度范围内，淀粉膨胀、直链淀粉溶出，部分破坏了原料葛粉 的晶体结构，使淀粉颗粒变得疏松，并且由于部分a 化，使其亲水性增加， 经干燥后的葛粉冲溶时，水分易于浸润。 2 , 6 工艺流程的制定、操作要点及试验参数水平的确定 2 , 6 1 工艺流程及操作要点 根据以上所需原料及工艺机理的分析，制定工艺流程如下： 水 磷脂 i 混台_ 糊化硼拌均匀_ 干燥_ 粉碎_ 筛分 f 蔗糖酯十温水溶化 操作要点： 1 1 葛粉、麦芽糊精、蔗糖投料前均先称量准确。 2 ) 称量1 粉蔗糖酯加入8 份7 0 8 0 。c 左右的热水溶胀后，加入混合物中， 以便于其在热水中良好分散i 3 “。 3 ) 糊化时间虽不是显著影响因素，但糊化时，糊化的初温尽量相同，进 一步减少糊化时间对糊化效果的影响，同时糊化过程中要密切注意糊 化温度的测量。 4 1 干燥过程中，为了减少温度对葛粉中活性成分的影响，也为了避免高 温对已糊化淀粉糊化度产生影响，干燥温度不应高于糊化操作温度： 同时为了使糊化后的淀粉不至于在水分蒸发前p 化和提高干燥效率， 干燥温度选择为6 0 。【j 州 5 ) 粉碎过程中要控制好成品颗粒的粒度。 2 6 2 试验参数水平的确定 1 ) 为了保证产品具有葛粉的天然保健价值根据在产品开发调研中客户 提出的要求，本研究中葛粉在固形物总量中的占有比例不低于6 0 。 2 ) 在初步摸索试验中，制成的产品经l ：8 复水后粘度较好，当蔗糖比例 达2 0 ，口感甜度适中，同时考虑不加蔗糖时速溶性的对照试验，蔗 糖比例设定为o 、1 0 、1 5 、2 0 、2 5 、3 0 六个水平。 3 ) 根据麦芽糊精在方便食品和固体饮料中的使用推荐值，其用量也设为 六个水平：0 、1 0 、1 5 、2 0 、2 5 、3 0 。 4 ) 蔗糖酯的量根据添加剂的食用卫生标准g b 2 7 6 0 - - 8 6 、所购原料的推 荐值及为了进行参照试验，初步选定为葛粉量的o ，0 2 0 4 ， 0 6 ，o 8 ，1 o 六个水平。 5 ) 磷脂的使用量的依据和蔗糖酯的类似，也选定为葛粉量的0 ，o 2 ， 0 4 ，0 6 ，0 8 ，1 o 。 6 ) 糊化温度的设定根据纯葛粉的糊化温度以及其浓度和糊化温度之间 的关系，添加蔗糖酯、蔗糖对其糊化温度的提高的影响，设定为6 5 、 6 7 、6 9 、7 1 、7 3 、7 5 六个水平。 7 1 产品颗粒的粒度根据标准筛2 0 、4 0 、6 0 、8 0 、1 0 0 、 2 0 目确定。 8 1 糊化时的加水量，根据初步摸索实验结果，以葛粉：水为6 0 ：6 5 时糊 化效果较好，且易于操作控制。 第三章产品配料对成品性质的影响 3 1 成品性质的测定意义、原理及方法 3 1 _ 1 成品冲调性的测定 3 1 1 1 成品冲调性测量的意义 分散性、润湿性是衡量成品冲调性的重要指标，它是产品配方和工艺 参数制定的重要依据。只有在冲调性相差不大的情况下进一步优化配方和 工艺参数才有意义。 3 1 1 2 成品冲调性的i 测定原理、方法 目前对葛根速溶粉冲调性的评价方法尚未见到报道。对膨化米粉、玉 米粉的冲调性的评价都是根据是否结块：已溶解的部分口感是否细腻、有 无颗粒感采用感官评分评价。 为了更客观的对速溶葛粉冲调性进行评价，本试验采用以下方法： 1 ) 分散性先称取样品1 0 9 ，在烧杯中加沸水15 0 m l 冲调成糊，静雹 5 m i n ，取1 0 0 目筛网对冲调液进行过滤，用清水冲洗结块物，沥干，连同 筛网称重，所得结果减去筛网重即为结块物的重量以此评价产品的分散 性。过滤物越重，分散性越差。 2 ) 润湿性从分散性测量过滤操作滤液中取部分，在沸水中加热2 0 分钟，冷却至常温，取5 m i 糊液稀释5 倍以自来水作参照测量透光率，并 作为对照基准；再取一部分未经加热的滤液5 m i 稀释5 倍测量其透光率， 与对照基准的比值定义为滤液的润湿性指标，比值越高，润湿性越好；反 之则润湿性越差。 根据以上原理，通过评分进行冲调性指标好坏的判定