刘文婷 郭泽镔 曾绍校 郑宝东

（福建农林大学食品科学学院，福州 350002）

随着淀粉工业的发展，对淀粉品质的要求也越来越高，而原淀粉存在许多性质上的不足，如不如于冷水、淀粉糊易老化、成膜性差、抗剪切能力低等，为此，人们根据淀粉的结构及理化性质开发了淀粉的改性技术，以拓宽淀粉的应用范围［1］。

超高压改性是一种物理改性淀粉的新方法。超高压加工技术（Ultra high pressure processing），又称高静压加工技术（High hydrostatic pressure processing），是指在室温或温和加热的条件下利用压力媒介（通常是液体介质，例如水或油）使食品中的蛋白质、淀粉和酶等在极高的压力（100～1 000 MPa）下变性、糊化或失活等，从而达到杀菌和食品改性的目的。它不会对食品中的维生素、风味物质等产生明显的影响，具有操作安全、经济、稳定等独特的优点［2］。目前国内外关于超高压改性淀粉的研究对象主要集中在玉米淀粉、小麦淀粉、大米淀粉、马铃薯淀粉等。超高压处理导致淀粉和水在压力作用下发生糊化，且这种糊化有别于传统的热糊化［3］。超高压对氢键的断裂和形成都有一定的影响［4］，表现在当压力达到一定程度时淀粉的理化特性、结晶结构、糊化特性等均有不同程度的变化。Li等［5］研究了超高压处理对绿豆淀粉理化特性和糊化特性的影响，结果表明超高压处理显著降低了绿豆淀粉的膨胀度、溶解度和冻融稳定性性；RVA测定结果表明，超高压处理提高了在120～480 MPa压力条件下处理的淀粉的峰值黏度，但降低了经600 MPa条件改性后淀粉的峰值黏度。Buckow等［6］研究发现玉米淀粉在一定条件下经超高压处理后会失去双折射现象，这是由于水分进入淀粉颗粒内部破坏了淀粉的结晶结构。张建新等［7］采用超高压技术对太白葛根淀粉进行处理，研究表明超高压处理对太白葛根淀粉的颗粒大小和形态没有明显影响，超高压处理可使太白葛根淀粉糊的透明度明显增大，淀粉糊的冻融稳定性降低，提高太白葛根淀粉糊黏度对pH的稳定性；300 MPa高压处理可改善太白葛根淀粉的理化特性。但是，关于超高压处理对槟榔芋淀粉改性方面的研究还处于空白。

槟榔芋（Areca Taro），天南星科，芋属，魁芋类优良品种，主产于福建、广西等沿海地区，是淀粉含量颇高的优质农产品。本试验选用福鼎地区种植的槟榔芋，采用离心水提法提取其中的淀粉作为试验原料，研究超高压处理对槟榔芋淀粉理化性质的影响，为扩大槟榔芋淀粉的应用范围提供一定的参考依据。

1 材料与方法

1．1 试验材料及处理方法

1．1．1 试验材料

槟榔芋淀粉：自制。

1．1．2 超高压处理样品

淀粉超高压处理：准确称取10 g槟榔芋淀粉，加入到50 mL蒸馏水中配制成20%的淀粉悬浮液，装入到耐高压袋中用真空充气包装机封口包装，充分摇匀后放入高压设备压力腔内，分别在100、200、300、400、500 MPa的高压下处理 15 min，加压处理时，高压腔内温度保持在25℃，高压设备以1 MPa／s左右的速度升压。样品经高压处理后，抽滤去除水溶液，淀粉沉淀物置于40℃烘箱中烘干，粉碎过100目筛后密封于自封袋内，测定样品的含水量后备于干燥皿中待用。

1．2 主要设备与仪器

DZ－400－2F型真空包装机：温州奔腾机械有限公司；EZ TEST食品质构仪：日本岛津有限公司；5L－HPP－600MPa超高压处理装置：包头科发有限责任公司；AL104型精密分析天平：梅特勒－托利多仪器（上海）有限公司；UV－2000型紫外可见分光光度计：尤尼柯（上海）仪器有限公司；HI850R台式高速冷冻离心机：湖南湘仪实验仪器开发有限公司；SHA－B型恒温振荡器SHA－B型：常州国华电器有限公司；TechMaster快速黏度仪（RVA）：澳大利亚Newport公司。

1．3 试验方法

1．3．1 淀粉溶解度和膨胀度的测定

精确称取一定质量经超高压处理的淀粉样品（干基）于离心管中，配成质量分数为3．0%的淀粉溶液20 mL，在90℃下加热30 min，每5 min振荡1次，在8 000 r／min下离心20 min，将上层清液倾出于已经恒重的铝盒中，放入105℃烘箱中烘干至恒重，称取其质量为被溶解的淀粉质量m1，称取离心后沉淀物质量为膨胀淀粉质量m2，按下式计算溶解度和膨胀度。计算公式如下：

式中：m1为上清液蒸干恒重后的质量／g；m为绝干样品质量／g；m2为离心后沉淀物质量／g。

1．3．2 淀粉透光率的测定

准确称取一定量的淀粉（干基），加适量蒸馏水配成质量分数为1%的淀粉溶液20 mL，在沸水浴中加热30 min，使之充分糊化。在糊化过程中要加入蒸馏水保持原有体积不变，然后冷却至室温，装入比色皿用分光光度计在650 nm下，以蒸馏水为空白，测定淀粉糊的透光率。

1．3．3 淀粉冻融稳定性的测定

准确称取一定质量的淀粉（干基），用蒸馏水配成质量分数为5%的淀粉乳30 mL，在95℃的条件下糊化30 min，然后冷却至25℃，称取一定量（约15 g）的淀粉糊置于离心管中，然后置于－18℃的冰箱中，22 h后取出，于30℃水浴中解冻1．5 h。以6 500 r／min的转速离心15 min，弃去上清液，称取沉淀物质量，计算析水率，冻融循环3次。

式中：m3为糊的质量／g，m4为沉淀物质量／g。

1．3．4 淀粉凝胶质构特性的测定

准确称取一定质量的淀粉（干基），用蒸馏水配成质量分数为10%的淀粉乳20 mL，搅拌均匀，于90℃水浴中加热糊化30 min，然后于4℃条件下放置24 h，测定前将样品在室温下平衡1 h，用质构仪进行测试。测试形变量为50%，测试速度为1．0 mm／s。通过质构仪自带软件进行全质构分析。

1．3．5 淀粉糊化曲线的测定

准确称取一定量的淀粉（干基）加入装有25 g蒸馏水的铝盒中，配成质量分数为6．0%淀粉溶液，用旋转浆搅拌均匀后置于RVA中。测定程序如下：RVA起始温度为50℃并保持1 min，然后以12℃／min速度升温到95℃，在95℃保持2．5 min，再以12℃／min速度降温至50℃，保温2 min，共计13 min；旋转浆最初10 s以960 r／min搅拌，其后保持160 r／min的转速。

1．4 数据处理

试验数据采用DPS 7．05软件进行统计分析。

2 结果与分析

2．1 超高压处理对槟榔芋淀粉溶解度和膨胀度的影响

淀粉的溶解度是指淀粉颗粒在溶液中溶解的性能，膨胀度是指淀粉悬浮液在糊化过程中的吸水特性和在一定条件下离心后的持水能力，溶解度和膨胀度反映了淀粉与水之间相互作用的大小［8］。淀粉的溶解和膨胀与淀粉颗粒的大小、形态、组成等均有一定的关系［9］。淀粉的溶解膨胀特性与淀粉质产品加工和食品质构有很大的关系［10］。

由图1、图2可知，随着压力的增大，槟榔芋淀粉的溶解度和膨胀度均呈先减小后增大的趋势，但是均显著低于原淀粉（P＜0．05）。超高压处理降低了槟榔芋淀粉在较高温度时的溶解度和膨胀度，详尽的机理需进一步研究，可能是由于高压作用导致淀粉分子发生重排造成的［11］。溶解性较好的淀粉可以用到冲调速食的汤料中，或者是作为药片的填充剂，而膨胀度较好的淀粉可应用到米果、薄脆饼干等膨化食品中可以改善食品的松脆度、使产品具有入口即化的特点。超高压处理显著降低了槟榔芋淀粉的溶解度和膨胀度，这提示我们改性后的淀粉不宜用于速溶及膨化食品中。

图1 超高压处理对槟榔芋淀粉溶解度的影响

图2 超高压处理对槟榔芋淀粉膨胀度的影响

2．2 超高压处理对槟榔芋淀粉透光率的影响

透光率是淀粉糊重要的加工品质，它关系到淀粉及其加工产品的外观和用途，进而影响到产品的可接受性。透光率在一定程度上反映了淀粉分子与水分子结合的能力［12］。由图3可知，槟榔芋原淀粉的透光率仅为4．15%，沈钟苏等［13］研究表明槟榔芋淀粉颗粒较小，糊化温度较高，这可能是造成其透光率较低的主要原因。而随着压力的增大，槟榔芋淀粉的透光率呈先减小后增大的趋势，经500 MPa的压力处理可明显改善淀粉的透光率（P＜0．05）。超高压处理可以显著增加槟榔芋淀粉的透光率，这可能是因为较高的压力破坏了淀粉分子内的一些化学键，使部分次级结构发生变化，从而使透光率增加［7］。透光率较高的淀粉可作为食品添加剂或是填充料应用于果汁软糖、透明糕点等透明度要求较高的食品中，赋予其良好的外观特点［14］。

图3 超高压处理对槟榔芋淀粉透光率的影响

2．3 超高压处理对槟榔芋淀粉冻融稳定性的影响

冻融稳定性是指淀粉糊在经过冷冻和解冻后仍能保持原来胶体结构的性质。随着冷冻时间的增加，凝胶中淀粉分子之间的相互作用增大，淀粉分子链在平行趋向形成凝胶束时，迫使水分子从凝胶中挤出［15］。淀粉在冻融过程中析水率的大小是淀粉糊或淀粉凝胶在稳定性的主要标志［16］，速冻或冷冻产品要求淀粉具有较小的析水率。由图4可知，槟榔芋淀粉的析水率随着压力的升高呈先下降后增加的趋势，经200 MPa压力处理后的槟榔芋淀粉具有较小的析水率。说明较低的压力对槟榔芋淀粉的冻融稳定性有一定的改善，而随着压力的增大，淀粉颗粒破坏较严重，析出的水较多。该结果表明经适当压力的超高压处理可降低槟榔芋淀粉糊的析水率，改善淀粉的冻融稳定性，可以考虑将其应用于速冻或冷冻产品中以提高产品的品质。

2．4 超高压处理对槟榔芋淀粉凝胶质构特性的影响

淀粉糊放置在较低的温度条件下，淀粉分子又会通过氢键相互连接，重新缔合产生胶凝现象，糊化的淀粉糊形成多维网状结构，形成淀粉凝胶，它与食品的品质特性密切相关［17－18］。由表1可知，经300 MPa压力处理后槟榔芋淀粉凝胶的硬度、咀嚼性和胶黏性都显著增加（P＜0．05），而弹性和凝聚性无明显变化。这可能和高压改变了淀粉分子的结构有关系，另外，不同的质构指标和淀粉分子的关系也不一样［19］。超高压处理能明显改善槟榔芋淀粉凝胶的质构特性，可以考虑将改性后的槟榔芋淀粉应用于糖果中，赋予产品良好的咀嚼性，或是添加到酱料中起到稳定产品质感的作用。

表1 不同超高压条件处理后槟榔芋淀粉凝胶质构特性的参数

图5 超高压处理对槟榔芋淀粉糊化特性的影响

2．5 超高压处理对槟榔芋淀粉糊化特性的影响

表2 不同超高压条件处理后槟榔芋淀粉糊化特性的参数

淀粉溶液经加热后淀粉颗粒吸水膨胀，无定形区被破坏，但仍保持淀粉颗粒的结构，继续升温，淀粉颗粒发生不可逆膨胀，淀粉溶液变成具有一定黏度的淀粉糊，即发生淀粉糊化现象［20］。由表2可知，槟榔芋淀粉的峰值黏度随着压力的增加而显著增大，500 MPa时达到最大值，表明超高压处理对淀粉糊有明显的增稠效果。改性后槟榔芋淀粉的崩解值略高于原淀粉，而回生值变化不明显，表明超高压处理使淀粉糊的热、冷稳定性有一定程度的下降，回生能力变化不明显。超高压使槟榔芋淀粉的糊化温度呈先下降后升高的趋势，这与Li［5］的研究结果类似。这可能是因为高压处理加强了淀粉内部的直链淀粉和支链淀粉的排列，从而有利于结晶结构的形成，导致糊化温度升高。超高压处理能显著增加槟榔芋淀粉的峰值黏度，对于应用到汤、酱、乳制品中可以起到一定的增稠作用。

3 结论

随着处理压力的增大，槟榔芋淀粉的溶解度和膨胀度呈先减小后增大的趋势，但均显著低于原淀粉。与原淀粉相比，超高压处理可以显著增大槟榔芋淀粉的透光率。经200 MPa压力处理后冻融稳定性有明显的改善。经300 MPa压力处理后，槟榔芋淀粉凝胶的硬度、咀嚼性和胶黏性均显著增加，但弹性和凝聚性无明显变化。200 MPa压力处理可降低淀粉的糊化温度，超高压处理对槟榔芋淀粉的增稠能力有明显影响，回生能力影响不大，但是热、冷稳定性略有下降。

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