水含量对普通荞麦粉和荞麦淀粉热性能的影响

1、水含量对普通荞麦粉和荞麦淀粉热性能的影响 吐然克孜 食品102 摘要：普通荞麦由于其理想的口味、质构和营养被广泛利用于食品工业。利用差示扫描量热仪（DSC）研究了水含量在20%80%的荞麦粉和荞麦淀粉对其热性能的影响。温度参数设置范围为40.0 oC105.0 oC以及60.0 oC 160.0 oC。荞麦粉的糊化温度在60 oC 85 oC，且糊化温度随着水含量的升高而下降。荞麦分离淀粉的糊化温度范围较窄，在60 oC 75 oC。二次扫描中荞麦粉和荞麦淀粉的冰转化峰的To、Tp、Tc、H随着水含量的升高而升高。另外，还测定了它们的黏度、结晶度以及老化性。关键词：荞麦粉、荞麦淀粉、水含量、D

2、SC1 引言荞麦作为作物的一种却未能被充分利用，其属于蓼科植物且在许多国家都有广泛的种植。Fagopyrum esculentum Moench（普通荞麦或者甜荞麦）和Fagopyrum tartaricum（苦荞麦）是两种主要类型。荞麦外壳、种子、碎粒包含许多营养成分，包括淀粉、蛋白质、类黄酮、必需氨基酸、植物甾醇、矿物元素、膳食纤维、低聚糖、不饱和脂肪酸、芦丁和抗氧化成分。由于荞麦的功能和感官特性，其对于食品工业来说，具有极大的生产和市场机遇，通常用来生产酒精饮料、意大利面、杂粮面包和面条。然而，水含量对其热变化性能的影响却较少报道，而水含量对杂粮粉的利用和贮存具有极大的影响。在一定程度上

3、，淀粉含量决定了荞麦粉的性质。荞麦淀粉与玉米淀粉、土豆淀粉和木薯淀粉具有相似的结构和颗粒大小分布。比较了荞麦全粉和荞麦分离淀粉中各成分（淀粉、纤维、脂类）的热性质。因此，评估已糊化的荞麦粉的热性能极为重要。查实扫描量热仪是用于测定农业产品热转变性质最为常用的方法。许多研究都分析了粉-水系统或者淀粉-水系统的热性质。他们的结果显示在淀粉或粉糊化过程中，水含量极大地影响了热转变温度（开始转变温度To、峰值转变温度Tp、结束转变温度Tc、玻璃化温度Tg）和总焓变（H）。小麦、玉米、大米、土豆的热性质都被广泛研究。一些研究报道了荞麦粉和荞麦淀粉的热性质和理化性质。但是关于它的凝固和之后的贮存中再次加热

4、的过程的讨论很少。老化是由时间和温度共同决定的行为，他出现于淀粉糊化之后。贮存一段时间的已糊化小麦淀粉、大米淀粉、玉米淀粉、土豆淀粉以及修饰淀粉都由DSC再次加热进行研究。结果表明，老化焓贡献于相应规则或不规则的结晶度本研究主要确定了水含量对普通荞麦粉和荞麦淀粉热性能的影响。研究了在40.0 oC105.0 oC以及60.0 oC 160.0 oC温度范围内的糊化、冰点融化以及老化特性。通过流变学方法和X-射线衍射测定了了其黏度和结晶度。2 材料和方法2.1 材料全谷普通荞麦粉购于位于中国内蒙古自治区的中美合资企业吴家食品公司。荞麦粉的主要成分为：54.5% 淀粉、3.1% 脂类、3.3% 灰

5、分、14.7% 其他。将荞麦粉置于蒸发锅中并于干燥柜中于1032 oC下贮存12 小时以去除多余的水分，再将其置于室温下密封的干燥器中。用蒸馏水调整不同的水分含量。2.2 荞麦淀粉提取通过已报道的方法步骤的组合和修改来分离荞麦粉中的荞麦淀粉。荞麦预浸在去离子水中24 小时。经5 分钟的搅拌，浆液100 目和160 目筛子过筛。丢弃纤维素后，滤液通过均质机在10 bar压力下均质。浆液在4000 转离心10 分钟，弃去上清液。沉淀通过0.02M 氢氧化钠水溶液再次悬浮24 小时来去除蛋白和脂类。3 次操作清洗、过滤、离心。最后一步即是沉淀在真空干燥器中与45 oC干燥12 小时来得到干燥的分离淀

6、粉。2.3 黏度分析通过快速动态流变仪得到荞麦粉和荞麦淀粉的连续黏度图。通过操作手册进行仪器的校准和平衡。用标准40 mm的铝锅进行DSC实验，并在其边缘涂上硅油以防水分蒸发。样品首先转移至珀尔帖板，然后样品的几何差异降至1000 微米的距离，最后对外围过剩的材料进行修剪。在样品于50.0 oC下平衡2 分钟后，以12.0 oC/min的速度将温度从50.0 oC升至95.0 oC。在95 oC保持两分钟，然后以相同的速率冷却至50 oC。荞麦粉和荞麦淀粉都在固体含量为12% 的情况下测定。还测定了糊化温度，黏度峰值温度，黏度峰值以及其他性质参数。流变优势软件用于数据分析。2.4 X-射线衍射

7、利用X-射线衍射器进行干燥荞麦粉、分离荞麦淀粉和糊化荞麦粉的X-射线衍射实验。用特定的玛瑙研钵研磨样品使其通过160 目筛子。粉质X射线衍射在36 kV和20 mA条件下由镍铜辐射进行。其颗粒强度由闪烁计数器测定。粉质样品以1o/min的速度从10o至35o进行扫描，间隔采样为0.02o。强度值由积分计算而得。每个样品至少做两次平行实验。2.5查实扫描量热仪2.5.1 样品准备样品（814mg，包括杂粮粉或杂粮淀粉和去离子水）由精确度为0.1mg的电子称称量。为了获得一定范围的固体含量（20%80%，mg/L，w/v）,用为注射器直接将去离子水注入铝锅中。荞麦粉或荞麦淀粉和水的混合物及时用盖子

8、密封。每个样品在实验之前至少在室温下平衡6小时。2.5.2 荞麦粉用DSC设备进行查实扫描量热。该仪器用根据操作指导使用铟（156.61 oC熔化温度，28.71 J/g融化焓）进行校准。持续以50 ml/min的速度通入液氮使腔室保持无水蒸气的一致环境。根据已报道的步骤的改造来获得普通荞麦分的转变温度和焓变。所有的样品首先在40105 oC温度范围内以5 oC/min进行扫描，然后冷却至-60 oC保持2 分钟，最后再次以5 oC/min的速度升温至160 oC。利用一个空的密封铝锅作为对照。记录开始糊化温度（To），最大峰值糊化温度（Tp），结束糊化温度（Tc）以及焓变(H)。设备的灵敏度

9、为1W。每秒测定5 个热流数据。取三组平行样的平均值。2.5.3 荞麦淀粉所有含不同水分含量的荞麦淀粉样品也通过与荞麦粉相同的测定方法用DSC进行实验。2.5.4 老化所有糊化的荞麦粉在室温下贮存1、2、4和8 周后，用DSC以5.0 oC /min的速度从-60 oC升温至160 oC.2.5.5数据分析转变温度范围和峰值区域都通过TA设备分析软件4.3A进行分析。DSC数据由SAS进行统计学分析，在置信水平为5% 条件下以t-检验估计其显著性差异。3 结果与讨论3.1 分离荞麦淀粉在水浸提、过筛、氢氧化钠浸提、过滤、离心、真空干燥，将荞麦淀粉从荞麦粉中提取出来。图1为荞麦粉（左边器皿）和荞

10、麦淀粉（右边器皿）。荞麦粉笔荞麦淀粉颜色暗。荞麦淀粉的颗粒也比荞麦粉更好。这种差异在于纤维素的移除。图1 荞麦粉（右）和分离荞麦淀粉（左）3.2 黏度分析荞麦粉和荞麦淀粉的黏度属性见图2.在测试开始，粘度值几乎为0。荞麦粉于67.9 oC开始糊化。峰值黏度为508.7 Pa s，在94.0 oC达到。在糊化过程中，荞麦粉的的黏度急速升高。在温度保留阶段的后期，黏度有持续的下降至292.2 Pa s。在降温期间，荞麦粉在79.1 oC达到另一个峰值315.8 Pa s，最终降至168.4 Pa s。荞麦淀粉的数据与刘和李等有相似的趋势。荞麦淀粉的开始糊化温度为71.9 oC。它的峰值黏度是在95

11、时达到89.3Pa s，这比荞麦粉（508.7 Pa s）要小很多。在冷却阶段，黏度有轻微地上升至74.1 Pa s于49.5 oC，最终降至71.4 Pa s。图2 荞麦粉和荞麦淀粉的黏度-温度-时间属性3.3 X-射线衍射（XRD）荞麦粉、荞麦淀粉和糊化荞麦粉的XRD图像见图3.从图上可知，荞麦粉和荞麦淀粉具有相似的形状，是典型的的杂粮“A”型。荞麦粉在14.9o、17.0 o、17.8 o、18.6 o、23.1 o和26.6 o上具有明显的峰，而荞麦淀粉在15.0 o、17.3 o、18.1 o、20.6 o、23.0 o、26.6 o上有明显的峰。这两个图像在相似的2出现峰。不同的是

12、荞麦淀粉的峰高是荞麦粉的两倍。淀粉含量会影响衍射。另外，糊化后的荞麦粉的图像产生较大变化。糊化后的荞麦粉只出现两个特征峰，分别是13.5 o和19.8 o。荞麦粉和荞麦淀粉的结晶度（结晶淀粉占结晶和无规淀粉和的含量）分别是23.95%和24.87%。这一结果比钱的结果（38.3%和51.3%）低很多。但是糊化荞麦粉几乎显示0%的结晶度，这可能是由于在糊化过程中结晶度的破坏。不同的种类和种植条件会影响结晶度。用相应的急剧反应和宽泛的扩散最大值来表征半晶质结构。前者是晶体结构的相干衍射结果，后者是无规材料的不连续散射。图3 荞麦粉（A）、荞麦淀粉（B）、糊化荞麦粉（C）的XRD图像3.4差式扫描量

13、热3.4.1 荞麦粉热处理过程中，普通荞麦粉发生一系列温度转变和化学变化。如图4，不同的水含量50.37%（G5），55.27%（G4），66.50%（G3），75.81%（G2），77.65%（G1），以及17.63%(G9), 25.74% (G8), 31.94%(G7), 47.52% (G6)。图4显示了荞麦粉第一次扫描的DSC曲线（40oC105.0oC），G1, G2, G3, G4和G5的吸热峰出现在60oC85oC之间。在图5中，三个样品（G7, G8, G9）在5090的放大图像中，DSC曲线几乎与基线相似，无吸热峰。而另一个水分含量为47.52%的荞麦粉（G6），在60o

14、C85oC温度范围内出现吸热峰（40oC105oC）。这种属性是由于水含量的减少不足以使淀粉糊化。峰值的出现是因为淀粉糊化，这是一个不可逆的现象。表1列出了温度变化和焓变（To、Tp、Tc、H）。最大热量下的温度受水含量的影响。结果表明，糊化温度随水含量的升高而降低。焓变随水含量的升高而降低。一旦水含量过多，水含量将不再影响转变焓。图6显示了不同水含量（50.37%(M1),55.27%(M2),66.50%(M3),75.81%(M4),77.65% (M5）的荞麦粉冰点融化吸热峰。由于第二次扫描是在105.0oC-60.0oC降温后马上操作的，所以在第二次扫描开始时样品还是冻住的。水的冰融

15、化吸收峰出现在0。表2展示了冰融过程中，温度和焓变（To、Tp、Tc、H）随水含量升高而急剧升高。然而，可以注意到一种阶梯型变化，这种变化前后，会出现不同的热量值，这种变化出现在不同水分含量的样品在冰融之后的吸收峰的热量值基线。降低可能是因为玻璃化转变，这种玻璃化转变出现在冰融阶段以及与冰融峰重叠。这将导致玻璃化转变和冰融曲线的重合。Relikin的研究中分析了许多食品材料部分成分的放热和吸热性质。有一部分水在负温度下都没有结冰，在冰融转变之前Tg降至0oC以下，这可能与不结冰水相重合。由于在玻璃化转变温度以下受限制的且有限的灵活性，也会出现结构松弛的现象。认为在0 oC会形成无规固体或玻璃态

16、。这能够减少分子运动从而达到更长的货架期。图4 第一次扫描的糊化吸热峰曲线（40oC105oC，5.0oC/min，水含量：50.37% (G5)，55.27% (G4)，66.50% (G3)，75.81% (G2)，77.65% (G1)）图5第一次扫描的糊化吸热峰曲线（40 105，5.0/min，放大观察50.0 90.水含量：17.63% (G9)，25.74% (G8)，31.94% (G7)，47.52% (G6)）表一第一次扫描时的糊化温度和焓值温度值分别为起始温度（To），最大峰值温度（Tp）和结束温度（Tc）。将样品以5.0/分钟的速度从40.0加热到105.0。值代表的意

17、思；n = 3。在一个以不同字母表示列值有显著性差异（P0.05）。图6 第二次扫描吸热峰曲线图（ 60.0 oC160 oC，5 oC/min，放大观察-15 oC10 oC，水含量：50.37%(M1)，55.27%(M2)，66.50% (M3)，75.81% (M4)，77.65% (M5)）表二第二次扫描冰融过程中的温度和焓变温度值的起始温度（TO），最大峰值温度（TP）和温度结束温度（Tc）。样品以 60 5 oC/min的速度从60升温到160值代表的意思；n = 3。在一个以不同字母表示列值有显著性差异（P0.05）。3.4.2 分离荞麦淀粉用相似的步骤对氢氧化钠处理提取的荞麦

18、淀粉在水含量为0%，22.01%(S5)，28.66%(S4)，38.47%(S3)，66.30%(S2)和75.33% (S1).进行DSC实验。第一次扫描温度从40.0 oC升到105.0 oC，对于含水含量38.47%(S3)，66.30%(S2)和75.33%(S1)的样品吸热峰明显地出现在60 oC75 oC。这个吸热峰的温度范围笔荞麦粉6085 oCd的范围要小。如表3，荞麦淀粉干物质的糊化焓变为0.27 0.206.29 0.17 J/g，其焓变范围比荞麦的的1.30 0.032.02 0.07 J/g焓变范围宽。这可能是由于荞麦粉和分离淀粉不同的热转变性质。淀粉-水的开始糊化温

19、度比荞麦粉的低。淀粉中的其他成分也会影响转变焓。淀粉的糊化峰比其他谷物如小麦和玉米更小。表3第一次扫描时的荞麦分离淀粉的糊化温度和焓变温度值的起始温度（TO），最大峰值温度（TP）和结束温度（Tc）。样品以5/min从40升温到105值代表的意思；n = 3。在一个以不同字母表示列值有显著性差异（P0.05）。图7 糊化的荞麦面粉储存1（R1），2（R2），4（R4），和8（R8）周的DSC回生曲线（从以5/min 从60升温到160 ）3.4.3 荞麦粉老化为了确定贮存期间糊化荞麦粉的变化，所有水分含量的样品都储存8周。每个样品都在1周、2周、4周、8周时从-60oC升温至160oC进行扫描。不通过水分含量（17.63% (G9)，25.74% (G8)，31.94% (G7)，47.52% (G6)，49.06%，58.00%和75.58%)的样品，其老化吸热焓开始于50oC知道升温结束；0oC以下没有明显的转变。其他水分