高级食品化学PPT

1、Methods for measuring temperature of gelatinization and examples Page 22一、淀粉及其糊化一、淀粉及其糊化 淀粉是植物能量的贮存形式之一, 也是人类食物重要的来源, 除食品工业外, 淀粉在纺织、造纸、医药、石油以及化工等领域也有着广泛的应用。Page 33 淀粉的糊化（Gelatinization）:淀粉在常温下不溶于水，但当水温在53以上时，淀粉的物理性能发生明显变化。淀粉在高温下溶胀、分裂成均匀糊状溶液的特性称为糊化。 影响淀粉糊化的因素有：A、淀粉的种类和颗粒大小；B、食品中的含水量；C、添加物：高浓度糖降低淀粉的糊化

2、，脂类物质能与淀粉形成复合物降低糊化程度，提高糊化温度，食盐有时会使糊化温度提高，有时会使糊化温度降低；D、酸度：在 pH 4-7的范围内酸度对糊化的影响不明显，当pH大于10.0，降低酸度会加速糊化。 Page 44二、测定淀粉糊化的方法二、测定淀粉糊化的方法 淀粉糊化性能的测定方法多种多样, 所采用的手段有粘度的测定、 偏振光下双折射现象的马耳他十字( M alt anese Cr oss ) 的显微观察、 光学显微镜和电子显微镜观察、 差示扫描量热分析、 动态流变仪法、光散射分析、 光透射分析、 膨胀性和溶解度测定、 酶分析以及核磁共振分析等。Page 551. 1. 布拉本德糊粘度测定

3、仪（布拉本德糊粘度测定仪（BV)BV) 第一台布拉本德糊粘度测定仪(Brabender Amylo graph,BV)的使用是在30年代,该粘度测定仪,现在称为Viscoamy lograph,成了工业界广泛用于淀粉和含淀粉制品特性评价的标准仪器。该仪器最初是用来评价黑麦面粉的质量和控制添加了麦芽的小麦面粉中A-淀粉酶的活性大小的。 Page 66 测定步骤测定步骤： 根据来源不同,选用一定浓度的淀粉悬浮液从室温开始以1.5/min的升温速率加热至95,在95保持一定时间(1060min),然后以同样的速率降温至50,保持一定的时间(1060min)。 测定过程中的温度受程序控制,按恒定的速率

4、上升或下降,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。 图上通常截取六个特征点,即起始糊化温度(一般定义为粘度达到20单位时的温度),最大粘度或者称为峰值粘度(糊化开始后出现的最高粘度),95保温时的粘度,95保温30min(也有用1h的)后的粘度,温度降低到50时的粘度以及50保温30min(或1h)的粘度,粘度的单位BU(Brabender Unit)。 根据粘度曲线上的特征值,可以计算出破损值(Breakdown，亦称降落值)和回值(Setup),粘度热稳定性和冷稳定性。Page 77 升温至95（1.5/min） 配制淀粉悬浮液保持一定时间(1060min)在

5、图上截取6个特征点原料选取温度降低到50时的粘度以粘度对时间作图得到粘度曲线起始糊化温度降温至50（1.5/min）保持一定时间(1060min)95保温时的粘度95保温30min后的粘度峰值粘度50保温30min(或1h)的粘度Page 88结果计算： 根据粘度曲线上的特征值, 可以计算出破损值(Breakdown,亦称降落值回值(Setup),粘度热稳定性和冷稳定性, 如下所示: 破损值=95终了粘度- 最大粘度; 回值=50终了粘度- 最大粘度;粘度热稳定性=95终了粘度-95开始粘度; 粘度冷稳定性=50终了粘度-50开始粘度。 总回值= 50终了粘度- 95终了粘度。Page 992

6、. 2. 快速粘度分析仪快速粘度分析仪( Rapid Visco Analyser , RVA ) 这种快速测定方法是澳大利亚CSIRO小麦研究机构和面包研究所1987年共同研制开发成功的,最初的目的是为了测定小麦芽损伤。RVA在澳大利亚19861987年收获季节,在对发芽小麦损失的筛选工作中起了很重要的作用,这一方法所需样品量少(4g),操作简单,最显著的特点是3min就能得出结果。 RVA粘度单位有两个,一是仪器的单位RVU(Rapid Visco Unit),另一则是法定计量单Pas,改变标尺设置可以选择所需的单位。 RVA测定淀粉粘度的普通方法有2个程序,如下所示:Page 1010

7、方法 1时间 参数数值0 0: 00: 00 温度, 500 0: 00: 00 转速, r / min 9600 0: 00: 10 转速, r / min 1600 0: 01: 00 温度, 500 0: 04: 42 温度, 950 0: 07: 12 温度, 950 0: 11: 00 温度, 500 0: 13: 00 结束数据采集间隔时间: 2s方法 2时间 参数数值0 0: 00: 00 温度, 500 0: 00: 00 转速, r / min 9600 0: 00: 10 转速, r / min 1600 0: 01:00 温度, 500 0: 08: 30 温度, 950

8、 0: 13: 30 温度, 950 0: 21: 00 温度, 500 0: 23: 00 结束数据采集间隔时间: 4sPage 1111 与 BV 不同的是, RVA 糊化曲线上的特征点有成糊温度(PastingTemperature)、出峰时间(Peak Time)、最大粘度(Peak Viscosity)、 最小粘度(Holding Strength)和最终粘度( Final Viscosity)。破损值和回值的概念与BV也不完全相同。下图是方法1的糊化曲线示意图, 图中标出了测定过程中的温度变化特征和各个特征参数。Page 12123. 3. 差示扫描量热分析差示扫描量热分析(Dif

9、ferential Scanning (Differential Scanning Calorimetry,DSC)Calorimetry,DSC) 这是热分析方法之一, 国际热分析和量热分析联盟(theInternational Confederation for Thermal Analysis and Calorimetry,ICTAC)给该法下的定义是: 这是一种监测在特定的氛围中, 通向样品的热流速率与时间或温度的关系的技术, 过程中样品的温度是受程序控制的,它可以用于一切有热量变化的反应过程。Page 13133.1 DSC法用于测定蕨根淀粉糊化温度法用于测定蕨根淀粉糊化温度 蕨根

10、中淀粉含量最高可达46%。蕨粉可作为上等补品, 能生产蕨根粉条、蕨粉羹等保健食品。淀粉的糊化是淀粉利用的第一步骤,对于淀粉加工和利用具有重要意义。Page 14143.1.1 3.1.1 材料与方法材料与方法 原料与设备 蕨: 采自湖南省株洲市明照乡; 直链淀粉: Sigma A0512,土豆淀粉中提取; 支链淀粉: Fluka10118,土豆淀粉中提取; DSC2010差示扫描量热仪:美国Thermal Analysis公司; FZ102微型植物样品粉碎机、DKZ-2型电热恒温振荡水 DMLP热台偏光显微镜:西德Leica公司; WZZ-2A数显自动数字旋光仪:上海浦东物理光学仪器厂; UV

11、-1600紫外-可见分光光度计:北京瑞利分析仪器公司;Page 15153.1.2 蕨根淀粉制备工艺流程蕨根淀粉制备工艺流程 蕨根淀粉采用水磨法提取:将当天采集的蕨根放入清水中浸泡一夜,次日洗净泥沙和杂物,刮除表皮用铡刀切成长12cm的根段,用斩肉机斩碎,装入80目滤袋中,放入缸水中反复擦揉,将浆渣分离开,弃去根渣,将淀粉浆用200目过滤和300目过滤数遍后,静置、沉淀24h,取中间层湿淀粉,用45的通风箱干燥48h,粉碎过100目包装室温保存备用。原料清洗过滤捣烂沉淀洗涤烘干Page 16163.1.3 蕨根淀粉的化学组成测定蕨根淀粉的化学组成测定水分的测定索氏抽提法总脂肪的测定旋光法灼烧法

12、总灰分的测定常压干燥法总淀粉的测定蛋白质的测定半微量凯氏定氮法Page 1717 3.1.4 3.1.4 蕨根淀粉中直链淀粉、支链淀粉含量的测定蕨根淀粉中直链淀粉、支链淀粉含量的测定按国标GB864887方法:粉碎过100目筛冷却稀释，调PH沸水中加热10min加无水乙醇及NaOH溶液（0.5mol/L，10mL）定容至50mL,混匀称取（含有50克淀粉）定容后放置10min加碘（0.5mL）在620nm波长处测定其光密度绘制标准曲线样品脱脂Page 18183.1.5 3.1.5 测糊化温度测糊化温度 采用美国Thermal Analysis公司DSC2010测定。将几毫克干燥的淀粉样品置于

13、特制的铝碟中,加入数微升的水或电解质溶液,配成30%的淀粉乳,加盖密封后置于冰箱(24)平衡一定的时间,取样计量,将样品置于DSC加热器上,同时用一空碟作对照,从30开始,以10/min加热至130,结果以吸热曲线表示,曲线上的吸热峰是计算糊化温度和反应热的依据。从峰的形成到结束可以得到起始温度(T0)、峰值温度(TP)和结束温度(TC),峰的面积则表示糊化所需的热焓H(J/g)。DSC仪用铟校正,样品室的氮气流量为30mL/min。将淀粉样品置于特制的铝碟中加入数微升的水或电解质溶液将样品放在DSC的加热器上用一空碟作对照加盖密封平衡绘制吸热曲线 加热至130（10/min）Page 191

14、93.1.6 DSC3.1.6 DSC测糊化温度的结果测糊化温度的结果 采用美国Thermal Analysis公司DSC2010差示扫描量热仪以10/min升温,测定淀粉糊化过程中的热焓变化见下图。从吸热峰可判断颗粒的糊化开始温度(T0)、峰值温度(TP)和结束温度(TC)以及热焓H(J/g)。其值见下表。Page 2020 从下表可看出,淀粉的糊化为吸热反应。蕨根淀粉的糊化温度为57.5065.5470.30,T为12.8,H为9.65J/g。Page 2121 偏光十字消失法是测定淀粉糊化温度的一种方法，使用的仪器为偏光十字显微镜。该法操作简便, 具有较好的重现性和一定的准确性。4. 4

15、. 偏光十字消失法偏光十字消失法Page 2222 4.1.1 莲藕淀粉制备4.1 4.1 偏光十字消失法测定莲藕粉糊化温度偏光十字消失法测定莲藕粉糊化温度新鲜莲藕浸泡（NaCl和NaHSO3，30min）粉碎，打浆匀浆，过滤烘干去皮切块淀粉沉淀 抽提脱脂脱蛋白水洗烘干纯淀粉Page 2323 4.1.2 试验方法加水混匀取样 (0.5g)测定温度保温（5min）复测，取平均值 取淀粉试样 0 . 5 g , 加 50 mL 蒸馏水, 混匀, 在一定温度下保温 5 m i n ,取一滴淀粉浆 ( 或糊 )于载玻片上,在偏光显微镜下分别记 录视野内淀粉 粒偏光十字2%消失和 98 % 消失时的温

16、度并测定不同温度下的粒径, 重复测定三次, 取平均值。Page 2424 4.1.3 结果与分析 从图中可以清楚的看到原始淀粉和淀粉在糊化过程中淀粉颗粒的变化。偏光十字法测定莲藕淀粉的糊化温度为63.871.8。Page 2525 5.1 原理及方法 通过测定凝胶体的耗能模量G和储能模量G以及二者的比值tg来反应凝胶体的弹性和粘性的变化。储能模量G对应着凝胶体的刚度和弹性，耗能模量G对应凝胶体的粘度和流动，二者比值tg反应凝胶体中弹性组分和粘性组分的比值。 称取莲藕淀粉4.8g，加入80ml蒸馏水，搅拌均匀后上样进行流变特性测试。将称取好的淀粉乳放置在载物台上，启动仪器使平板进入设置间隙，刮去

17、平板外多余淀粉乳，加上盖板，并加上液体石蜡防止水分蒸发。采用动态振荡程序，设置三个温度扫描步骤：从20升温到100使淀粉体系糊化，然后从100降温至20使凝胶形成，最后再从20升温到100考察凝胶的破坏情况，升降温速率均为5/min。5. 5. 动态流变仪法测定莲藕粉糊化温度动态流变仪法测定莲藕粉糊化温度Page 2626 方法：方法： 用1%NaCl和0.2NaHSO3的水溶液浸泡30min 匀浆反复几次加水过滤，滤液静置后倾去上清液，取沉淀 用石油醚在索氏提取器中抽提脱脂，用1%NaCl洗三次，然后用 0.01mol/LNaOH洗一次脱蛋白，蒸馏水洗三次后40烘干 配制淀粉乳 模具选用直径

18、为30 mm的平板，狭缝间 隙设置为1.0mm,形 变为2%，角频率为 5 rad/s 新鲜莲藕去皮切块 粉碎机粉碎后经胶体磨打浆采用动态震荡程序，设置三个温度，扫描步骤：从20升温到100使淀粉体系糊化，然后从100降温至20使凝胶形成，最后再从20升温到100考察凝胶的破坏情况，升降温速率均为5/min.放置在载物台上，启动仪器使平板进入设置间隙，刮去平板外多余淀粉乳，加上盖板，并加上液体石蜡防止水分蒸发。纯莲藕淀粉反复水洗后40烘干，得到粗淀粉Page 2727 从右图中可以看出，在升温糊化阶段，随着温度的升高，到达一定温度时，淀粉体系耗能模量显著升高，到达一定高度后又开始快速下降。这可

19、从淀粉的糊化过程来合理解释：随着温度的升高，淀粉粒吸水膨胀，到达糊化温度时，淀粉粒大量吸水膨胀，直链分子从淀粉粒中渗析出来形成凝胶包裹淀粉粒。淀粉体系粘度和流动性显著增加，G值升高；随着温度的进一 图2是在莲藕淀粉升温糊化、降温冷 步升高，膨胀的淀粉粒间的碰撞加剧，部 冷却和重新升温时，体系的耗能模分淀粉粒破裂，同时直链的链的迁移能力 量图。增强，凝胶网络中的部分氢键断裂。动态流变仪法测得糊化温度为60.166.2。5.2 5.2 结果与分析结果与分析Page 2828 五种方法的比较： BV耗时长,样品需要量大,能较为真实地反映淀粉糊化的实际情况;RVA速度快,用料少,用途广泛,灵活性强,可

20、以测定绝对粘度;DSC用料少,速度快,可以提供糊化所需热焓,便于经济核算,但不能反映粘度,BV和RVA测定的糊化温度一致，而DSC测定的糊化温度明显低于前两者。偏光十字消失法操作简便, 具有较好的重现性和一定的准确性。动态流变仪具有准确性高, 重现性好等优点。但仪器价格昂贵, 需要具备一定技能的专业人员才能操作, 因此, 在某些实验室的使用可能会受到限制。 结论： 不同类型的淀粉的糊化温度相差较大,一般来说,颗粒的结晶度越大,其糊化温度越低, 不同仪器所测的糊化温度不尽相同,所代表的意义也不同,因此,具体的食品加工条件可以参考相应的方法测定的糊化温度,依此决定产品的加热温度。Page 2929参考文献：1 胡伟建,孙玉敏,盛波.长白山蕨类山野菜的开发利用J. 中国种业,2002(3):36372 周文美.即食蕨粉羹的研制J.食品工业,2003(6):3738.3 范进填.淀粉糊化动力学J.食品与机械,1991(1):26.4 李建生,大卫-格洛弗.淀粉糊化的热力学研究J.作物学报,1997，23(1):7681.5 池晓菲,吴殿星,楼向阳,