（食品科学专业论文）姜膏的加工制作及流变特性研究.pdf

y9 0 6 0 1 5 关于学位论文原创性和使用授权的声明 本人所呈交的学位论文，是在导师指导下，独立进行 科学研究所取得的成果。对在论文研究期间给予指导、帮 助和做出重要贡献的个人或集体，均在文中明确说明。本 声明的法律责任由本人承担。 本人完全了解山东农业大学有关保留和使用学位论文 的规定，同意学校保留和按要求向国家有关部门或机构送 交论文纸质本和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权山东农业大学可以将本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、缩印或其他复制手 段保存论文和汇编本学位论文。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签 导师签 日 山东农业大学硕士学位论文 摘要 本研究以生姜为主要原料，经榨汁、添加增稠剂、杀菌等工艺操作生 产姜膏。首先对其加工工艺进行了研究，然后将玉米淀粉进行磷酸酯化， 以改善其流变特性，适用于姜膏生产，最后测定了产品的流变性质，同时 给出其流变模型。主要实验结果如下： 1 、玉米淀粉磷酸酯化研究了酯化剂用量、反应温度、反应时间对 磷酸酯淀粉抗老化特性和最终粘度的影响。结果表明，酯化剂用量为5 ， 反应温度为1 3 0 ，反应时间4 h 时可得到粘度高、抗老化、稳定性好的 磷酸酯淀粉，可以作为性能优良的增稠剂用于姜膏生产。 2 、姜膏生产加工工艺的研究研究了不同增稠剂对产品流变性质的 影响，确定了增稠剂比例，得出了杀菌参数和护色方案，最终确定增稠剂 比例为c m c 添加量2 5 、玉米磷酸酯淀粉添加量5 、琼腊添加量o 7 ， 杀菌参数为1 2 1 、7 m i n ，添加0 0 3 v c 护色。 3 、产品流变性质及其流变模型产品属于非牛顿流体，具有假塑性 流体特征，其表观粘度随剪切速率的增加而降低，流体特征符合幂定律 f k 矿，。随着温度的升高，稠度系数k 减小，流变指数增大，更趋向牛 顿流体。 关键词：姜膏：流变性质；磷酸酯淀粉 姜膏的力工制作及流变特性研究 a b s t r a c t t h eg 如g e rp a s t ew a sp r o d u c e dt h r o u 曲s o m ep r o c e d u r es u c ha sj u i c e s q u e e z i n g ，t h i c k e n e r sa d d i t i o n ，s t e f i l i z i n gp ，耐，f i r s t l y ，p r o c e s st e c l n o l o g yo f t l l eg i i l g e rp a s t ew a ss t u d i e d ；a n dm e n ，c o m s t a r c hw a s p h o s p h a t ee s t c r i f i c a t e d i no r d e r t oi m p r o v ei t sr h e o l o g i c a lp r 叩e r t i e sa n db eu s e di i lt 1 1 eg i n g e rp a s t e ； f i n a l l y ，t h er h e o l o g i c a lp r o p e n i e so ft 1 1 eg i n g e rp a s t ew e r ee v a l u a t e da i l dt h e r h e o i o g i c a lm o d e lw a sg i v e n t h em a i nc o n c l u s i o n sw e r ea sf o l l o w s ： 1 p h o s p h a t ee s t e r i f i c a t i o no ft h ec o m s t a r c h t h ee 丘色c t so fd o s a g e o fe s t e r i f i c a t i o n a g e n t ， r e a c t i o n t e m p e r a n j r e ， r e a c t i o nt i m eo n a n t i r c 仃o g r a d a t i o na n dv i s c o s i t yo ft h ep h o s p h 砒ee s t e rc o m s t a r c hw e r e s t u d i e d t h er e s u l t si n d i c a t e dm a tt h es t a b l ep h o s p h a t ee s t e rc o m s t a r c hw i t l l p m p e n i e so fl l i 出v i s c o s 姆a n da n t i - r e t r o g r a d a t i o nc a 工lb ea c q u i r e dw h e n d o s a g eo fe s t e r i f i c a t i o na g e mw a s5 ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e 啪s1 3 0 a i l d r e a c t i o nt i m ew a s4 h n l i sk m do f p h o s p h a t ee s t e rc o m s t a r c hc a nb ew e l lu s e d i n 也ep r o d u c t i o no ft h eg i n g e rp a s t e 2 t h ep r o c e s st e c h n o i o g yo fg i n g e rp a s t e t h ee f r e c t so fd i f f e r e n t t h i c k e n e r so nt h er h e o l o g i c a lp r o p e r t i e so fm eg i n g e rp a s t e ，t h es t e r i l i z a t i o n p a r a m e t e r sa n dt h ec o i o r k e e p i n gm e t h o dw e r es t u d i e d i tc a nb ec o n c l u d e d t 1 1 a tt 1 1 eb e s tt h i c k e n e r sw o u l d b e2 5 c m c ，5 p h o s p h a t ee s t e rc o m s t a r c h a n do 7 a g a r s t e r i l i z a t i o np a r a m e t e r 、a s1 2 1 f o r7m i i l u t e s ，锄o u mo f a s c o r b i ca c i dw a so 0 3 3 t h er h e o l o 垂c a lp r o p e r t i e sa n dr h e o l o 垂c a lm o d e lo ft h eg i n g e r p a s t e t h eg i n g e rp a s t ew a st h en o n - n e 叭o nl i q u i dm t hp s e u d o p l a s t i c p r o p e r t y ，i t s 印p a r e n tv i s c o s i t ) rw 出d e c l i n e d 州n l 也ei n c r e a s eo fs h e a rr a t e g i n g e rp a s t ew a sf i tf o rt l l ep o w e rl a w 伊k 丫“w i mi n c r e a s eo ft e m p e r a t u r e ， 血ec o i l s i s t e n c yi n d e xk d e c l i l l e d ，m en o wi n d e xni n c r e a s e da n dt l l eg i n g e r p a s t e 仃e n dt on e 、：l r t o nf l u i d k e yw o r d s ：g i n g e rp a s t e ；r h e o l o g i c a lp r o p e r t i e s ；p h o s p h a t es t a r c h 2 山东农业大学硕士学位论文 l 引言 1 1 生姜 1 1 1 生姜概述 生姜曙f 6 卵够西2 口艚r o s c ) ，又名地辛、白辣云，系姜科多年生宿 根草本植物，是国际贸易中最重要的根茎类香料，也是亚洲传统的药食两 用植物。我国是生姜的发源地及主要出口国之一，大部分地区均有种植。 作为一种历史悠久的香辛调味料，生姜广泛用于亚洲食物的烹调中，同时 也是常用的中医药药材。 每1 0 0 9 生姜可食部分中含有蛋白质1 4 9 ，脂肪o ，7 9 ，糖8 8 9 ，钙2 0 m g ， 磷4 5 m g ，铁7 o m g ，胡萝h 素o 1 8 m g ，硫胺素0 o l m g ，核黄素0 0 4 m g 维生索c4 m g 及尼克酸o 4 m g 等。另外还含有哌啶酸- 2 ，以及谷氨酸、天 门冬氨酸、丝氨酸、甘氨酸等( 扈文盛，1 9 8 7 ) 。 姜在医药上有祛寒、发汗、镇呕、驱风、化痰等功效，故临床上常用 于治疗伤寒、头痛、鼻塞、咳逆、通达胃气及平和胃中冷气等作用。现代 研究表明，姜中含有多种天然抗氧化成分，可以清除人体代谢中产生的自 由基而延缓机体衰老，从而保障人体健康，抗老防衰。 1 1 2 生姜产业发展现状 1 1 2 1 姜的食用 我国传统的姜制品主要有糖姜片、姜脯、姜芽、脱水姜片等，近些年 已开发了多种生姜食品，如含姜汁饮料：姜汁茶、姜醋饮料；含姜汁奶制 品：姜汁凝乳；生姜风味小食品：甘草酸梅姜、葱酥糖姜片等。目前，生 姜在生活中仍以鲜食作为调味料为主，随着生活节奏的日益加快，以及食 品对工业化生产的迫切要求，市场上已出现诸如姜粉、姜油、姜汁等产品， 这些产品经高温、干燥、均质等加工，造成生姜中的风味物质挥发，同时 导致营养物质大量损失，使得其食用品质下降，因此有必要开发新的产品。 1 1 2 2 在医药上的研究及应用 生姜在我国作为药用已有悠久历史，传统医学认为，姜味辛、性热， 有温中散寒，回阳通脉、燥湿消痰的功效。管子- 地负篇中“群药安生， 姜与桔梗、小辛、大蒙”的记载。伤寒杂病论中的1 1 2 个药方中，用生 萎胥的加工制作及流变特性研究 姜配伍者达5 9 个。姜作为传统中药，用于脾胃虚寒、腹痛吐泻、吐曲崩 漏、阳虚失血，临床药用多以复方为主。 现代医学研究证实，生姜具有保肝利胆、健胃止吐、促进血液循环、 调节中枢神经、消炎、抗菌、杀虫等作用，最近的医学研究又发现，生姜 具有抗凝血、降血脂、抗衰老、抗肿瘤等作用。 生姜油有抗过敏作用，对卵白蛋白致敏的豚鼠以生姜油o 2 训k g 灌 胃，证实生姜油能明显抑制豚鼠过敏性支气管痉挛；对卵白蛋白所致的豚 鼠回肠过敏性收缩有抑制作用；也能抑制组胺、乙酰胆碱所致的豚鼠回肠 收缩作用，其抑制程度随剂量加大而增加( 张竹心，1 9 9 2 ) 。 研究表明，生姜醇能抑制1 2 一o 十四酰佛波醇1 3 乙酸酯( t p a ) 所致的 小鼠肿瘤，与辣椒素协同对小鼠癌症有化学抑制作用；姜的主要辛辣成分 6 生姜醇有明显的抗肿瘤活性，可明显抑制7 ，1 2 双苯葸引起的雌性i c r 小鼠的表皮乳头状肿瘤生成，也能抑制佛波醇酯诱发的炎症( s u r h ，y j ， 1 9 9 8 、a 实验表明，生姜石油醚提取物抑制阴氧离子对红细胞的氧化，对红细 胞有保护作用。有研究表明，鲜姜的提取物( 5 5 6 m g m 1 ) 有清除阴氧离 子自由基的作用；可缓解氧自由基诱发的氨基多糖解聚反应，有利于维护 结缔组织、骨关节的生理功能，可控制某些炎症的发展。 以生姜的乙醇提取物( 2 0 0 m 眺g ) 喂养家兔发现，其血清及组织中胆固 醇、血清甘油三酯、血清酯蛋白和磷脂均明显降低。而胆固醇总值高被认 为是大动脉硬化症的主要病因。家兔给予生姜汁后其患动脉硬化症的几 率、程度轻。以上结果提示，生姜可作为一种降血脂药来开发。 研究发现，生姜止吐与其调整胃肠机能，抑制胃运动过速有关。生姜 对乙酰胆碱性、组胺性离体豚鼠回肠收缩有显著性抑制作用，表现为非竞 争性结抗作用，机制可能是其有效成分通过抑制胃肠运动发挥止吐效应； 而在中枢神经系统则对抗中枢兴奋性递质乙酰胆碱的作用，减少前庭刺激 冲动向大脑皮层的传导，从而减轻眩晕和恶心反应( 钱东生，1 9 9 2 ) 。 丹麦科学家研制出一种防晕生姜胶囊：英国研制出以生姜为主要原料 的降血脂新药；德国科学家用生姜及其制品进行防癌；日本科学家利用生 姜中含有的姜油酚来抑制前列腺素的合成，预防胆结石。 u j 东椒业大学硕士学位论文 1 1 2 3 姜的深加工 姜精油( g i n g e re s s e n t i a lo i l ) 与姜油树脂( g i n g e r0 1 e o r e s i n s ) 是目前 姜的两种主要的深加工产品，二者均是从姜中抽提出来的微量、高价的浓 缩物质，是姜调味的主要成分，在食品工业中有很高的应用价值与发展潜 力。 a 姜精油 姜精油是指从姜根茎中用水汽蒸馏的方法得到的挥发性油份，几乎不 含高沸点成分，具有浓郁的芳香气味，主要应用于食品及饮料的加香、调 味，也是目前国内外市场抢手的价格不菲的香精原料和药用原料。 据w e i s se - a 寺艮道，如今己发现姜油中有1 0 0 多种组分，主要成分为： 倍半萜烯类碳水化合物5 0 一6 6 ，氧化倍半萜烯1 7 ，其余主要是单萜 烯类碳水化合物和氧化单萜烯类。倍半萜烯类碳水化合物中，n 姜烯占 主体( 1 5 一3 0 ) 、8 一红没药烯( 6 1 2 ) 、芳基一姜黄( 5 一1 9 ) 、o 法呢烯( 3 一1 0 ) 和b 一倍半水芹烯( 7 一1 0 ) 。除了橙花醛以外，低沸点 的单萜烯含量通常较低，约为2 。其中，桉树脑( 1 ，8 c i n e 0 1 e ) 、里哪醇 ( 1 i n a l 0 0 1 ) 、香茅醇乙酸酯( c i t r o n e l l y la c e t a t e ) 、龙脑( b o m e 0 1 ) 、香叶醛( g e r a n i a i ) 和香叶醇( g e r a n i 0 1 ) 是鲜姜香气的最主要的呈香组成。 迄今为止，从姜中提取挥发性精油的方法以水汽蒸馏为主，得率为 1 5 一2 5 。该法操作简便，投资少，但缺点是蒸馏时间长，能耗大， 得油率低。近年来发展起来的c 0 2 超临界萃取技术与短程分子蒸馏技术则 能在温和的条件下高效地分离、提取目标组分。对于姜精油的提取从理论 上较传统方法优越得多，很值得实践尝试。 水汽蒸馏得到的姜精油是透明、浅黄到橘黄的可流动的液体，是一种 复杂的混合物，其折光率为1 4 8 8 0 1 4 9 4 0 ，密度为o 8 7 1 o 8 8 2 。不同 贮存期的姜用水汽蒸馏获得的姜精油物理参数大体相同。单姜精油组分中 有些化合物是化学不稳定的。因此，姜精油长时间暴露在光与空气下会增 加黏度，形成非挥发性聚合的残留物，降低了旋光性。当温度超过9 0 时，姜精油的成分、气味、风味就会发生有害变化。 姜精油香气浓郁，温热，香辛，略有柠檬味，同时具有鲜花的香气特 征，是用于化妆品，特别是男士用香水的理想香精香料。 姜雷的朋工制作及流变特性研冗 姜精油口味温热，香辛，有令人愉悦的芳香，不辛辣。主要用于食品、 饮料、无醇清凉饮料和特殊甜酒的加香、调味，是天然的食品香料。 姜精油具有很高的药用价值，据李素明等研究报道，可祛寒除湿，祛 风止痛，温经通络，防治晕车、船、飞机等运动病，还有抗衰老作用。最 近研究表明，姜精油中的萜烯类化合物具有保护胃黏膜和抗溃疡作用：姜 精油对中枢神经系统有抑制作用：姜精油还有较好的抗炎作用。 b 姜油树脂 姜油树脂是用有机溶剂萃取姜根茎，然后回收有机溶剂，剩下的比较 粘稠的半流体物质。它既含有少量精油的挥发性成分，也含有精油不具备 的非挥发性的脂肪成分。因此，姜油树脂口感芳香、辛辣，含有姜作为香 辛料的全部风味。 姜油树脂的主要成分为姜辣素，如今已发现姜中七种主要的辛辣成分 分别为：( 6 ) - 姜酚、( 8 ) 一姜酚、( 1 0 ) 一姜酚、( 6 ) 一姜烯酚、( 8 ) 专；烯酚、( 1 0 ) - 姜烯酚和( 6 ) 姜二酮。可以预测，随着新的先进的分析仪器的不断发明， 姜辣素的分析技术将不断完善，其组分分析也将更加精确。 目前，姜油树脂的提取方法主要有以下几种： 溶剂浸提法：包括直接溶剂浸泡法和索氏提取法。该法操作简单，但 易受残留溶剂污染而沉淀变色，其用途受到一定限制。 分别用不同溶剂进行浸提，结果显示以甲醇抽提效果最好，其它依次 是乙醇、氯仿、乙醚、乙酸乙酯和正己烷。这些有机溶剂中，乙酸乙酯毒 性很小，可作食品添加剂的提取溶剂；正己烷抽提效果较差，其它几种虽 然抽提效果尚好，但毒性大，不可作食品添加剂的提取溶剂。乙醇无毒价 廉，用其连续索氏提取( 石长波，1 9 9 8 ) ，可获得较好的效果。 压榨法( l e ey b 等，1 9 8 6 ) 利用压榨机械手段对洗净的生姜直接处理， 获得其中的姜油树脂。该法所得姜油量易受生姜的预处理和压榨设施的操 作情况影响。压榨法得到的是姜油混合物，包含挥发性和非挥发性姜油。 液体c 0 2 浸提法和超临界c 0 2 萃取法a n l e yj p 等，1 9 9 4 ：张中义， 1 9 9 5 1 ：其中以超临界c 0 2 萃取法效率最高，并且其反应条件温和，无溶 剂残留，选择性易于控制。用该方法提取出的姜油树脂具有高品质的风味 且含有轻分子精油组分产生的微妙芳香气味。 山东农业大学硕士学位论文 用超l 临界c o ：萃取法萃取姜粉中的姜油树脂，经实验室及放大实验表 明，最佳工艺参数为姜粉含水量小于15 、粒度4 0 6 0 目、萃取压力 2 5 m p a 、温度4 5 、时间2 h 、流容比9 。此条件下实验室及放大实验均可 得到萃取率大于5 的姜油树脂( 张德权，2 0 0 1 ) 。 萃取的姜油树脂是一种深琥珀色至深棕色的粘稠的液体。几乎不溶于 水，醇溶度也较低。静置后可产生粒状沉淀。美国的e o a 对标准的油树 脂定义为：挥发性油含量1 8 3 5 m l 1 0 0 9 ，折光率为1 4 8 8 1 4 9 8 ( 2 0 ) 。 姜油树脂中姜辣素的姜酚类化合物具化学不稳定性，在受热、酸、碱处理 时容易失水或发生逆羟醛缩合反应生成姜酮和相应的脂肪醛。另外，姜油 树脂在贮存过程中，姜辣素含量会增加。 姜油树脂含有姜的全部香气和昧道，气味香辛、甜蜜，口味辛辣、温 热，富刺激性，可作为高品质的浓缩调味料替代传统香辛原料应用于食品 加工及烹调。 姜油树脂中的姜辣素各组分物质分子中均含有创木酚基结构，在常温 下为粘稠的液体，有很强的抗氧化性，是一种有效的o h 清除剂，可用来 开发天然、高效食品抗氧化剂。 实验表明，生姜油树脂对大肠杆菌、啤酒酵母和青霉等表现出较强的 抗菌性，且其活性p h 范围较广，可用来开发天然抗菌剂。有研究表明， 生姜油树脂对霉菌、细菌最低抑制浓度为o 4 0 0 8 0 。 此外，由于姜油树脂表现出较佳的生物活性，有助于预防现代文明疾 病，添加到食品中可起到营养保健作用。 1 1 2 4 生姜蛋白酶的开发利用 蛋白酶作用于蛋白质后，对食品营养、风味及产品加工适应性与产品 稳定性等方面都能起到良好的作用。目前在食品工业中开发利用的植物蛋 白酶主要有木瓜蛋白酶0 a p a i n ) 、菠萝蛋白酶( b r o m e i i n ) 、无花果蛋白酶 ( f i c i n ) 等。 生姜蛋白酶( g i n g e r p r o t e i n a s e s ) 是有待开发利用的新的植物蛋白酶。开 展生姜蛋白酶的研究将会为其在食品领域的应用提供理论依据，改变我国 植物蛋白酶资源长期以来主要依赖于木瓜、菠萝等少数热带水果资源的现 状，有益于生姜资源的充分利用。 姜膏的加工制作及流变特性研究 生姜蛋白酶的提取方法很多，制取蛋白酶的方法都可用于生姜蛋自酶 的提取，人们也已经试验利用硫酸铵、丙酮、聚丙烯酰胺凝胶、葡聚糖凝 胶、d e a e 一纤维素、d e a e 一琼脂糖、电泳等层析、分离技术对生姜蛋白酶 进行了分离纯化研究，但这些提取方法成本高、产量低，操作繁琐，不适 用于工业化生产。 单宁法提取蛋白酶成本低，工艺简单，并且已被用于木瓜蛋白酶工业 化生产中。实验结果表明：以丙酮粉为酶源，用单宁沉淀法提取生姜蛋白 酶最适条件为：p h 6 o ，浸提时间3 5 m i n ，单宁浓度o 1 2 ，得率为1 ，1 。 超滤法是适合于工业化生产的提取、分离方法，利用超滤制各生姜蛋 白酶比单宁法、乙醇法提取的生姜蛋白酶的酶活力和得率高，更具有工业 化生产价值。实验结果表明，在常温下o 0 5 m p a 操作压力提取生姜蛋白酶 得率可达2 3 。 生姜蛋白酶对猪肉的致嫩作用十分明显，可用作肉类嫩化剂，一般认 为，其嫩化机理为该酶可分解导致肉类老化的胶原蛋白和肌动球蛋白。实 验研究表明，生姜蛋白酶对猪肉的嫩化最佳作用条件为：质量分数o ，0 1 ； 缓冲液p h 为7 0 ；预处理温度为3 0 。 向啤酒中添加0 0 5 m 扎生姜蛋白酶可明显提高啤酒的澄清度，酒中 蛋白质的含量也有所增加，色度稍有下降。这可能是因为，生姜蛋白酶将 酒中不稳定大分子蛋白质和蛋白类色素等物质分解为稳定性高并能与考 马斯亮蓝呈色的多肽、氨基酸等物质所致( 唐晓珍等，2 0 0 2 ) 。 此外，生姜蛋白酶还具有凝乳作用，利用其凝乳作用可生产姜汁凝乳。 o h t s u k i 与k o z o 等称其凝乳机制可能是该酶作用于乳酪蛋白胶束外围的 x 一酪蛋白，使之部分分解，失去对酪蛋白胶束的保护作用，从而使对c a ” 敏感的a5 - 酪蛋白和b 一酪蛋白与c a 2 + 形成网状的凝胶体。 1 2 淀粉及其磷酸酯化 1 2 1 淀粉 淀粉是自然界中天然生成的数量最大的碳水化合物之一，它由光合作 用转化而成，以颗粒形式沉积在植物的根、茎、种子或果实中，是植物能 量贮存的形式之一。淀粉来源遍布整个植物界，但工业上生产的主要原料 为谷类作物和薯类作物。其中玉米淀粉是淀粉生产的最重要来源( 张友松， 山东农业大学硕士学位论文 1 9 9 9 ) 。淀粉不仅是人们摄取能量的主要来源，而且已经广泛应用于造纸、 纺织、医药、石油、食品和发酵工业中( d o a n e ，1 9 9 4 ) 。 1 2 1 1 淀粉的分子结构 淀粉分子在植物中是以白色固体淀粉粒的形式存在，淀粉粒是淀粉分 子的聚集体，它由直链淀粉、支链淀粉和中间型多糖构成。直链淀粉是脱 水葡萄糖单位间经a 一1 ，4 糖苷键连接的d 一葡萄糖的多聚体，其分子量 在5 2 0 万之间，相当于3 0 0 一1 2 0 0 个葡萄糖分子聚合而成。支链淀粉是 以。一1 ，4 糖瞢键连接，同时还有2 4 通过n l ，6 糖苷键连接而成的d 一葡萄糖的多聚体。o 一1 ，4 糖苷键连成的链作主链，在主链上通过a 一 1 ，6 糖苷键形成众多的侧链。支链淀粉的分子量在2 0 一6 0 0 万之间，相当 于1 3 0 0 3 6 0 0 0 个葡萄糖聚合而成( 1 酞e d aya 1 1 dh i z u l ( u r i ，1 9 8 6 ；1 酞e d a a n ds 1 1 i f a s a k a ，1 9 8 4 ) 。淀粉颗粒中除了直链淀粉和支链淀粉外，还明显存 在着中间型多糖( r u t e n b l l r g ，1 9 8 4 ) 。这种中间型多糖分支高、分子量小， 其含量的多少对淀粉糊化后粘度的变化有较大的影响。 直链淀粉和支链淀粉分子结构的不同是其性质存在差别的根本原因。 直链淀粉和支链淀粉在若干性质方面存在着很大差别。直链淀粉分子链较 长，但分子量较小；支链淀粉分子庞大但结构紧凑。直链淀粉难溶于水且 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。直 链淀粉能制成强度高、柔软性好的纤维和薄膜，支链淀粉却不能 ( f r e d r i k s s o n h ，1 9 9 8 ) 。 1 2 1 2 淀粉的糊化和老化 将淀粉的悬浮液逐渐加温，至一定温度时，淀粉颗粒会突然膨胀，膨 胀后体积为原来体积的几十倍甚至上百倍，淀粉悬浮液变成粘稠的胶体溶 液，这种现象成为淀粉的糊化。淀粉糊化的本质是水分子进入淀粉颗粒内 部，拆散了淀粉分子间的氢键结合，破坏了淀粉颗粒的结晶结构，使淀粉 分子高度水合，淀粉膨胀成巨大的网状结构体系，并不是真正的溶液，而 是以高度膨胀颗粒呈不溶的胶束存在，( 除一部分支链淀粉被溶于水外( 张 力田，1 9 9 9 ) ) 。 淀粉在不同工业中的应用几乎部是加热使淀粉乳糊化，应用所得淀粉 糊的增稠、凝胶、粘合、成膜等功用。 姜啬的加工制作及流变特性研究 稀淀粉糊储存较长时间，会逐渐浑浊，有白色沉淀出现，水分析出， 胶体结构破坏，这种现象称为老化( 凝沉) 。老化的本质是糊化的淀粉分子 在温度降低时，由于分子运动减慢，此时直链淀粉分子和支链淀粉分子的 分支都回头趋向于平行排列，互相靠拢，彼此以氢键结合，重新组成混合 微晶束。其结构与原来的生淀粉粒的结构很相似，但不逞放射状，而是零 乱地组合。 淀粉的老化是一个复杂的过程，取决于许多因素，包括温度、水分、 淀粉组成、淀粉糊其他组分影响等( j a c o b s o n ，1 9 9 8 ；毛羽扬，1 9 9 4 ) 。低 温和高浓度都能促进老化发生( e v e n si d ，1 9 8 2 ) 。直链淀粉分子在降温冷 却过程中的缠绕和有序化是淀粉凝胶的主要原因( f r e d r i k s s o n ，1 9 9 8 ) ，支 链淀粉分子由于枝权结构关系对凝沉具有一定抑制作用。淀粉链长短也是 影响凝沉性强弱的一个因素，聚合度在1 0 0 一2 0 0 之间的分子凝沉速度最 快。 1 2 2 淀粉磷酸酯化 1 2 2 1 变性淀粉 变性淀粉是指运用物理、化学或酶的方法，对原淀粉进行处理，使其 具有适合某种特殊用途的性质，这一过程成为淀粉的变性，其产品称为变 性淀粉。变性淀粉一般根据处理方法来进行分类，主要分为物理变性、化 学变性、酶法变性、复合变性等。在淀粉的各种变性方法中，化学变性是 应用最多、生产量最大的一种变性方式( 刘晶，2 0 0 3 ) 。 变性淀粉的用量在国外仅次于原淀粉，变性淀粉分子中含有许多醇羟 基或羧基等亲水性集团，能与水发生水化作用。羟丙基、羧甲基、磷酸根 和醋酸根等集团的引入，削弱了原淀粉分子间的氢键作用，使水化作用增 强，因此大多数变性淀粉在水中甚至于冷水中膨胀并形成均匀透明的糊 液，糊液黏度大且稳定性好，具有良好的增稠作用。同样是由于上述官能 团的引入阻碍了淀粉分子问氢键缩合脱水作用，使其在室温和低温保藏中 不凝沉，提高食品在室温和低温保藏过程中的稳定性。此外，酸性基团的 引入和强化学键合作用，使变性淀粉在高温、高剪切力和低p h 值条件下 保持较高的黏度稳定性。 目前欧美等国家能生产上千种淀粉衍生物，年产量超过4 0 0 多万吨。 山东农业大学硕士学位论又 美国每年用于食品、纺织、造纸、化工等行业的变性淀粉2 0 0 多万吨。我 国从2 0 世纪8 0 年代开始，许多科研单位和大专院校开展变性淀粉的开发 和应用工作，取得了一定的进展。1 9 8 7 年以后，江苏、湖北、广东等地 从国外引进了变性淀粉生产线。目前，国内变性淀粉的品种已有氧化淀粉、 预糊化淀粉、磷酸酯淀粉、羧甲基淀粉、醋酸酯淀粉、羟丙基淀粉、烯基 琥珀酸淀粉、环糊精等品种，产品广泛用于方便食品、饮料、肉制品等。 可以预见变性淀粉在我国食品工业中具有广泛的发展前景( 胡国华， 2 0 0 5 、。 1 2 2 2 淀粉磷酸酯化 淀粉磷酸酯是由淀粉分子中的葡萄糖羟基与磷酸形成的酯，随制法的 不同而存在单酯型和双酯型两种结构。单酯是分子磷酸与一分子葡萄糖 结合成的酯；双酯是一分子磷酸与二分子葡萄糖结合成的酯。淀粉磷酸酯 不仅是良好的增稠剂、稳定剂，而且能改善食品的黏度，使食品的抗老化 性能增强。由于含有磷酸酯，遇金属有螫合作用，故能防止食品褐变( 刘 程，2 0 0 3 ) 。 在生产挂面时，添加的小麦淀粉磷酸酯，就能使面筋与淀粉、淀粉与 淀粉之间更好地结合，形成组织细密、黏弹性良好的面团，改善产品质量。 在木薯粉丝中添加小麦淀粉磷酸酯后，可以增加粉丝的韧性和抗力，提高 成品率，而且色泽增白、增亮，口感爽滑有咬劲，耐煮不粘条，煮后不混 汤，冷却后放置1 0 h 仍不粘连。另外，淀粉磷酸酯用于火腿肠等食品中， 增强了冻融稳定性，可使火腿肠在低温冷藏时也无水分析出。 1 3 本研究的目的、内容及意义 1 3 1 研究目的 ( 1 ) 基于生姜的生理功能及生姜产业现状，拟将生姜制成姜膏，以保留鲜 姜的风味和营养成分，使之食用方便，又具有一定的保质期，为生姜的开 发利用提供理论与技术参考。 ( 2 ) 根据生产需要，将玉米淀粉进行磷酸酯化，改善其流变特性；根据流 变性质差异，选择适宜的增稠剂，进行复配，应用于姜膏生产中。以获得 良好的感官组织状态，同时为其它同类产品的生产提供参考依据。 1 3 2 研究内容 姜膏的加工制作及流变特性研究 f 1 ) 玉米淀粉磷酸酯化反应条件的确定及其在姜膏生产中的应用。 ( 2 ) 姜膏生产的加工工艺：包括其工艺流程、操作要点、各主要参数( 增 稠剂配比、杀菌温度及时间、v c 添加量等) 的确定等。 ( 3 ) 姜膏流变性质及其模型的建立，糖、盐等对其流变性质影响等。 1 3 3 本课题研究的意义 我国是生姜的发源地及主要出产国之一，大部分地区均有种植，产量 也在不断增加。据有关资料统计，我国的生姜产量为每年4 0 0 万吨左右， 目前，仅有糖姜、腌制姜、调味干姜、姜粉用于食用，这些产品生产设备 简陋，生产技术落后，远远不能消耗大量生姜，同时，生姜贮藏较难，易 腐烂变质，这就给生姜的生产、贮藏、加工、销售带来很大压力。因此， 我们应加大姜产品的研发力度，为生姜资源的开发利用提供新的思路。 本研究提取姜的有效成分以开发功能性调味料姜膏，解决了生姜 食用不方便的问题，满足了人们食用需求，产品具有商业价值，对姜及其 他同类产品的深加工和产业化发展有推动作用，同时也为其他同类农产品 的加工提出了新的思路。 山东衣业大学硕士学位论文 2 材料与方法 2 1 试验材料 生姜：购于本地农贸市场； 玉米淀粉：诸城兴贸玉米开发有限公司提供。 2 2 主要试剂 羧甲基纤维素钠文安县富尔纤维素厂食用级 黄原胶淄博中轩实业集团公司食用级 海藻酸纳上海化学试剂公司温州助剂厂 食用级 卡拉胶广州嘉伟达化工有限公司食用级 琼脂粉上海生物工程公司食用级 抗坏血酸天津博迪化工有限公司分析纯 n a c i天津博迪化工有限公司分析纯 营养琼脂上海伯奥生物科技有限公司培养基 磷酸二氢钠天津市大茂化学试剂厂分析纯 无水乙醇天津市恒兴化学试剂有限公司分析纯 2 3 主要仪器、设备 流变仪( m o d e ld v - i ) m o d e lt c 一1 1 2 p 水浴槽 电子天平 组合式果汁冰雪机 生化培养箱 高压灭菌锅 电热干燥箱( 2 0 2 2 型) 循环水式多用真空泵 超净工作台 2 4 试验方法 2 4 1 工艺流程 美国b r o o k f m l d 公司 美国b r o o k f i e l d 公司 上海奥豪斯国际贸易有限公司 上海赛康电器有限公司 山东潍坊医疗器械厂 山东新华医疗器械股份有限公司 上海市第二五金厂 郑州长城仪器厂 济南空气净化消毒设备厂 生姜一预处理一榨汁一过滤一静置除去淀粉一姜汁一护色一添加增 稠剂一装瓶一杀菌一冷却一成品 姜膏的加工制作及流变特性研究 2 4 2 姜膏加工工艺研究 2 4 2 1 增稠剂的选择及其对产品流变性质影响 ( 1 ) 添加适量的c m c 、黄原胶、海藻酸纳、卡拉胶、琼脂、玉米淀粉，研 究其使用量、粘性、塑性、热稳定性、持水性、分散性( 周鸿祥，2 0 0 4 1 ， 以选择合适的增稠剂用于姜膏生产。 ( 2 ) 添加c m c 对产品流变性质影响 单独添加1 o 、1 5 、2 0 、2 5 、3 o 的c m c ，在6 0 加热溶 解，考察产品的粘性、塑性、分散性及产品外观，以确定其适宜的添加量。 ( 3 ) 添加玉米淀粉对产品流变性质影响 分别将2 5 、5 0 、7 5 、1 0 、1 2 5 的玉米淀粉加入姜汁中，混 匀，加热糊化，然后冷却至室温，观察产品的粘性、塑性、分散性及产品 外观，以确定其适宜的添加量。 ( 4 ) 添加琼脂对产品流变性质影响 向姜汁中分别添加0 5 、o 6 、0 7 、0 8 、o 9 的琼脂粉，加热 至沸，冷却至室温，观察其感官状态以确定其适宜的添加量。 ( 5 ) 增稠剂比例确定 根据单因素试验的结果，采用l 9 ( 3 4 ) 正交表来考察c m c 、玉米淀粉、 磷酸酯淀粉、琼脂对产品粘度和塑性的影响。观察产品的粘性、塑性、分 散性及产品外观，以确定最终的增稠剂配比。 ( 6 ) 姜膏感官评价方法 姜膏感官评价方法如表1 所示。 表l 姜膏感官评价方法 t a b l e 1t h es e s o r ye v a l ua t i 0 o f t h eg i g e rp a s t e 感官状态 评分 粘度过大或过小，塑性差，不适宜涂抹 粘度较大或较小，有一定塑性，涂抹性能较差 粘度一般，塑性一般，涂抹性能一般 粘度较适宜，塑性较好，涂抹性能较好 粘度适宜，塑性好，涂抹性能良好 2 4 6 8 1 0 2 4 2 2 杀菌参数的确定 山东农业大学硕士学位论文 所得产品分别在8 5 、1 0 0 、1 2 1 条件下杀菌不同的时间( 样品装 量5 0 m l ) ，冷却至室温，然后在3 7 1 下保温培养1 0 d ，测定菌落总数。 保温检验方法参照( g b t 4 7 8 9 2 6 2 0 0 3 食品卫生微生物检验罐头食品商业 无菌的检验) ，菌落总数测量参照( g b t 4 7 8 9 2 2 0 0 3 食品卫生微生物学检 验菌落总数测定) 。 2 4 2 3 护色方案确定 将姜汁进行9 0 5 m i n 热烫处理，以钝化酶的活性，抑制酶促褐变的 发生；然后添加不同量的v c 进行护色，观察产品颜色变化情况。 2 4 3 磷酸酯淀粉的制作 2 4 3 1 工艺流程 将适量磷酸二氢钠溶于水，喷洒入淀粉中混合均匀，5 0 下干燥至含 水量低于1 0 ，然后置于恒温箱，高温下保持一定时间，使淀粉与磷酸盐 发生酯化反应。反应后样品用5 0 乙醇溶液洗涤4 5 次，抽滤，风干。 参照郑丽萍等实验方法。 2 4 3 2 工艺参数单因素试验 通过单因素试验研究酯化剂用量、反应温度、反应时间对磷酸酯淀粉 干法制备的抗老化特性和最终粘度的影响，确定出最佳工艺参数。 2 4 3 - 3 磷酸酯淀粉抗老化特性和最终粘度的测定 测定磷酸酯淀粉的b r a b e n d e r 粘度曲线，取特定值进行衡量。( 周世 英，1 9 8 9 ) 2 4 4 姜膏流变性质的测量 2 4 4 1 姜膏的流变性质 用美国m o d e ld v - i i i + b r o o k f i f l d 流变仪在室温下测定所得产 品在不同剪切速率下的剪切应力，作图，根据所得曲线趋势，来判断流体 类型及其性质。 2 4 4 2 姜膏的流变模型 用美国m o d e ld v i + b r o o k f i f l d 流变仪自带软件，通过计算机 用幂定律对流变曲线进行拟合，得出姜膏在不同温度( 6 0 、7 0 、8 0 、9 0 、 1 0 0 ) 下的稠度系数k ，流态特征指数n 及相关系数r 2 ，用所得模型来验 证实验结果。 1 5 姜膏的加工制作及流变特性研究 2 4 4 3 糖、盐对姜膏表观粘度的影响 在生产过程中添加不同浓度的糖、盐，研究糖、盐对产品表观粘度等 流变参数的影响。 6 山乐农业大学硕士学位论文 3 结果与分析 3 1 不同增稠剂及其复配对产品流变学性质的影响 3 1 1 使用不同增稠剂所得产品流变性质比较 向姜汁中单独添加适量的c m c 、黄原胶、海藻酸纳、卡拉胶、琼脂、 玉米淀粉，充分溶解混匀，观察产品感观组织状态，结果如表2 所示。 表2 不同增稠剂流变性质比较 t a b l e 2t b er h e o l o g i c a lp r o p e r t i e so f d i f f e r e n “b j c k e n e r s 如表2 所示，c m c 具有较好的粘性和稳定性，添加量按生产需要适 量使用，但塑性较差；琼脂塑性、热稳定性突出，持水能力强，添加量按 生产需要适量使用，适量添加可明显改善塑性；玉米淀粉具有良好的塑性 和分散性，有利于产品的塑形，可按生产需要适量使用；海藻酸纳和卡拉 胶也可按生产需要适量使用，但其增稠性能不突出：黄原胶增稠效果好， 但在其允许最大用量( 2 o g k 9 1 ) 内，增稠效果不明显( g b 2 7 6 0 1 9 9 6 食品 添加剂使用卫生标准、。 因此，初步确定使用c m c 、琼脂、玉米淀粉进行复配，通过试验进 一步确定其配比。 3 1 2 不同c m c 添加量对产品流变性质影响 向姜汁中分别添加1 0 、1 5 、2 o 、2 5 、3 o 的c m c ，充分溶 解混匀，观察产品感观组织状态，结果如表3 所示。 由表3 可以看出，c m c 添加量 2 5 后，粘度增加不明显，因此初步确定c m c 添加量 为2 5 。c m c 可为产品提供非常好的粘性及相当程度的塑性，有利于产 姜膏的加工制作及流变特性研究 品体系的稳定及塑形，所得产品外观较好。但单纯的c m c 并不能满足产 品感观性状要求，通过添加玉米淀粉和琼脂粉，同时考虑产品的塑性、分 散性及产品外观，对c m c 添加量加以调整，以最终确定适宜的添加量。 表3 不同c m c 添加量对产品流变性质的影响 t a b l e 3t h ee f f e c to fc m c a d d i n go t h er h e o l o g i c a lp r o p e r t i e so ft h eg i g e rp a s t e 注：粘度值测量条件为s c 一2 l 转于、1 0 d r m 3 1 3 不同玉米淀粉添加量对产品流变性质影响 分别将2 5 、5 o 、7 5 、1 0 、1 2 5 的玉米淀粉加入姜汁中，混 匀，加热糊化，然后冷却至室温，观察产品状态。结果如表4 所示。 表4 不同玉米淀粉添加量对产品流变性质的影响 t a b l e 4t h ee f f e c to fc o 皿s t a r c ho t h er h e o l o g i c a ip r o p e r t i e so f t h eg i n g e rp a s t e 注：粘度值测量条件为s c 一2 】转于、1 0 p 珊 由表4 可以看出，当玉米淀粉添加量 琼脂 玉米 淀粉；对塑性影响顺序为：琼脂 c m c 玉米淀粉。在胶体体系中，c m c 对粘度贡献最大，也提供相当程度的塑性，和琼脂相互作用，提高了了胶 体的塑性；玉米淀粉的糊化吸收大量的水分，促使胶体体系的形成，同时 可有效降低琼脂的凝胶强度，防止结块；琼脂耐热、稳定，琼脂的加入可 显著提高胶体体系的稳定性，延长保质期；同时，c m c 和琼脂形成体系 的存在，阻碍了玉米淀粉分子之间的相互聚拢，不利于微晶束的形成，可 在一定程度上延缓老化的发生。 山东农业大学硕士学位论文 注：f o2 5 ( 2 ，2 ) 。3 ；f o1 0 ( 2 ，2 ) 2 9 ；f o0 5 ( 2 ，2 p 1 9 ；f oo l ( 2 ，2 ) - 9 9 ，为较显著，显著性水平o 1 ；( + ) 为有一定影响，显著性水平o 2 5 经方差分析，对粘度的影响，c m c 较为显著，琼脂有_ 定影响；对 塑性影响，琼脂较为显著，c m c 有一定影响。 综合上述分析，初步确定增稠剂较佳配比为a 2 8 2 c 3 ，即c m c 添加量 2 5 、玉米淀粉添加量5 、琼脂添加量o 7 。 将所得产品于室温下静置放置，2 个月后有少量水分析出这是由玉 米淀粉的老化造成的。虽然c m c 和琼脂形成体系的存在会延缓老化的发 生，但仍达不到储藏要求，因此，考虑将玉米淀粉进行变性处理，以改善 其抗老化特性，满足产品储藏稳定性要求。 3 2 磷酸酯淀粉的制作 3 2 1 淀粉种类的选择 各种淀粉因直链淀粉的含量、分子大小及聚合度的不同，其特性存在 差异。玉米淀粉凝胶力强，糯米淀粉没有凝胶力；马铃薯和甘薯淀粉凝胶 力弱，且马铃薯淀粉具有高度的溶胀性和较低的凝沉性，最适宜于加工预 糊化淀粉；豆类淀粉的凝沉性强，适宜加工粉丝、粉皮等食品。 直链淀粉在水中加热糊化后是不稳定的，会迅速老化而逐步形成凝胶 姜膏的加工制作及流变特性研究 体。支链淀粉在水溶液中稳定，发生凝胶作用的速率比直链淀粉缓慢很多， 且凝胶柔软。 在姜膏生产中，为获得良好的感官组织状态，所用增稠剂需要具有良 好的成形能力，不同种类的淀粉因其直链含量的不同具有不同的凝沉