壳聚糖对小麦淀粉理化性质的影响

孙翠霞，熊 柳，孙庆杰*，张亚楠

(青岛农业大学食品科学与工程学院，山东 青岛 266109)

摘 要：以小麦淀粉为研究对象，分析不同含量壳聚糖对小麦淀粉糊化特性、凝胶质构、冻融稳定性、吸水指数和可溶性固形物含量等理化性质的影响。结果表明：随着壳聚糖添加量的增加，小麦淀粉糊化温度由90.35℃降低至80.26℃，回生率由46.00%逐渐降低至29.86%，峰值黏度由2587.0mPa•s升高至4893.2mPa•s。添加壳聚糖后的小麦淀粉凝胶的硬度由71.93g降低至42.77g，而弹性略有增加。另外，与原小麦淀粉相比，添加了壳聚糖的小麦淀粉析水率降低，冻融稳定性增强，且吸水指数和可溶性固形物含量明显增加。

关键词：小麦淀粉；壳聚糖；理化性质

Effect of Chitosan on Physico-chemical Properties of Wheat Starch

SUN Cui-xia，XIONG Liu，SUN Qing-jie*，ZHANG Ya-nan

(College of Food Science and Engineering, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China)

Abstract：In this study we investigated physio-chemical properties of wheat starch including pasting properties, texture properties, freeze-thaw stability, water absorption index and soluble solid content as a function of the amount of chitosan added. With increasing chitosan content, the gelatinization temperature and retrogradation rate of wheat starch reduced slightly from 90.35 to 80.26 ℃ and 46.00% to 29.86%, respectively and the peak viscosity significantly increased from 2587.0 to 4893.2 mPa•s. Texture analyses showed that the hardness of wheat starch gel decreased from 71.93 to 42.77 g and its elasticity rose gradually with increasing chitosan content. In addition, compared with native wheat starch, the freeze-thaw stability was improved and water absorption index and soluble solid content were increased obviously by adding chitosan, while reducing the syneresis.

Key words：wheat starch；chitosan；physico-chemical properties

中图分类号：Q929.2 文献标志码：A 文章编号：1002-6630(2013)21-0087-04

doi:10.7506/spkx1002-6630-201321018

壳聚糖是甲壳素N-脱乙酰基的产物，一般而言，
N-乙酰基脱去50%以上的就可称之为壳聚糖[1-3]。壳聚糖安全无毒，具有良好的可降解性和生物相容性，在食品工业中的应用研究是目前壳聚糖研究的热点之一。韩国和日本已经批准壳聚糖作为添加剂运用到食品中[4-5]。2005年，美国食品药品质量技术监督局(FDA)也已认为壳聚糖安全可靠，可以添加到畜禽肉制品中[6]。在过去的几个世纪里，壳聚糖在食品工业上的应用主要包括食品的抑菌和保鲜、功能性食品的制作、澄清果汁、可食薄膜的制备等[7-8]。壳聚糖溶解到水溶液中形成一定的黏度，可以作为增稠剂用在食品中。中国也已于2007年批准壳聚糖作为食品增稠剂使用。

淀粉作为一种非常重要的原辅料，被广泛应用于食品工业的各个方面，淀粉对食品的营养、质地、风味等性质起着不可替代的作用，并为食品加工的多样性提供了条件。在食品体系中，淀粉和食品胶两者经适当比例复配后可达到很好的协同效应，起到提高产品稳定性，控制流变特性，改善产品组织结构，降低成本和简化加工过程等作用。巧妙地利用淀粉与胶体间的相互作用，对提高传统食品产品质量，改善加工工艺和指导新型食品的研究与开发都起到巨大的推动作用。

国内外关于食品胶对淀粉性质影响的研究报道不少，但主要集中在黄原胶、瓜尔豆胶、阿拉伯胶和海藻酸钠等的研究。柴春祥等[9]在黄原胶对马铃薯淀粉糊流变特性影响的研究中指出，随着黄原胶含量的增加，淀粉糊的黏度增加。Lee等[10]在瓜尔豆胶、黄原胶和海藻酸钠等9种食品胶对甘薯淀粉冻融稳定性影响的研究中指出，甘薯淀粉的冻融稳定性增强，且一定程度上延缓了淀粉的老化。王颖[11]在对黄原胶、瓜尔胶、海藻酸钠、阿拉伯胶4种食品胶对木薯淀粉性质影响的研究中指出，添加黄原胶、瓜尔胶使木薯淀粉峰值黏度和崩解值增加，而阿拉伯胶呈相反趋势；海藻酸钠能促进淀粉颗粒的膨胀，瓜尔胶对淀粉颗粒膨胀度影响不大；黄原胶、瓜尔胶和海藻酸钠使木薯淀粉析水率下降。而关于壳聚糖对淀粉性质影响的研究鲜有报道。

因此，本实验以小麦淀粉为研究对象，分析不同含量壳聚糖对小麦淀粉糊化特性、凝胶质构、冻融稳定性、吸水指数和可溶性固形物含量等理化性质的影响。由于食品胶在食品工业中的用量一般不超过6%[11]，且壳聚糖不溶于水，溶于低浓度的乙酸溶液，故本实验选用质量分数分别为0.6%、1.2%、2.4%、3.6%和4.8%的壳聚糖乙酸溶液添加于小麦淀粉中，并以添加0.2%乙酸的淀粉乳液作为对照，拟研究不同添加量的壳聚糖对小麦淀粉性质产生的潜在影响，探索壳聚糖与小麦淀粉的复配物在食品中的应用潜力。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小麦淀粉由招远市宏丰食品有限公司生产。

壳聚糖(脱乙酰度为85%) 济南海德贝海洋生物工程有限公司；其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

Anke TDL-40B型离心机 上海安亭科学仪器厂；DHG-9070A型恒温干燥箱 上海精宏实验设备有限公司；电热恒温培养箱 南京市长江电器仪器厂；冰箱 中国海尔集团公司；红外水分测定仪 北京赛多利斯天平有限公司；电磁炉 广东银港科技股份有限公司；电热恒温水浴锅 龙口市先科仪器公司；TA-XT.Plus 物性测定仪 英国Stable Micro Systems公司；Newport-4D快速黏度分析仪(RVA) 澳大利亚新港公司。

1.3 方法

1.3.1 壳聚糖乙酸液的配制

分别称取0.025、0.050、0.100、0.150、0.200g壳聚糖溶于40mL 0.2%的乙酸溶液中，得到质量分数分别为0.6%、1.2%、2.4%、3.6%、4.8%的壳聚糖乙酸溶液。

1.3.2 小麦淀粉糊化黏度特性测定[12]

采用RVA快速黏度测定仪对原小麦淀粉和加入壳聚糖后小麦淀粉的糊化黏度特性进行测定。称取3.00g小麦淀粉，加入25g 0.2%的乙酸于一铝盒内作为对照试样，然后于其他5个铝盒中分别加入2.975、2.950、2.900、2.850、2.800g小麦淀粉，并对应加入0.6%、1.2%、2.4%、3.6%、4.8%的壳聚糖乙酸液(使总固体量保持3.00g)，用旋转桨充分搅拌后放置20min，然后开始测定。测定条件为以960r/min搅拌10s，形成均匀悬浊液后，保持160r/min转速至实验结束。测定程序为初始温度为50℃保持1min，然后以12℃/min提高到95℃，在95℃保持2.5min，再以12℃/min降至50℃并保持2min，整个测定过程为13min。

1.3.3 小麦淀粉凝胶质构特性测定[13]

在RVA分析之后，将装有糊液的铝盒冷却至室温，加保鲜膜密封后在4℃的冰箱内下放置24h，采用TA.XT Plus 物性仪对小麦淀粉的凝胶质构特性进行测定，主要参数为：运行模式：Texture Profile Analysis (TPA)；测前速率：3.00mm/s；测试速率：1.00mm/s；测后速率：3.00mm/s；形变量为：30.00%；探头：10mm圆柱型(P/0.5R)。

1.3.4 小麦淀粉冻融稳定性的测定[14]

称取一定量的小麦淀粉，加适量蒸馏水和0.2%的乙酸于50mL的离心管中配成3g/100mL的淀粉乳作为对照试样，在其余5个离心管中分别加入适量蒸馏水和质量分数为0.6%、1.2%、2.4%、3.6%、4.8%的壳聚糖乙酸液形成不同质量浓度的壳聚糖淀粉混合液(使总固体量保持3g/100mL)，在95℃水浴中加热糊化，再冷却。取10mL倒入特制的容器中(4cm×2cm)中，加盖于－18℃冰箱中冻结，24h后取出，25℃水浴解冻2h，此为一个冻融处理。同一个条件下分别做1、2、3、4次冻融循环处理，将冻融处理后的样品在3000r/min离心15min，弃去上清液，称取沉淀物质，按照式(1)计算析水率。

(1)

1.3.5 小麦淀粉吸水指数和溶解度的测定[15]

称取一定量小麦淀粉分别置于6个具塞离心管中，1号管加适量蒸馏水和0.2%乙酸溶液配成1g/100mL的淀粉乳作为对照试样，其余各管分别加入适量蒸馏水和一定量质量分数为0.6%、1.2%、2.4%、3.6%、4.8%的壳聚糖乙酸液(使总固体量保持1g/100mL)，混合均匀，测定方法为：在95℃水浴温度加热并搅拌30min，再以3000r/min离心20min，分离上层清液，取上清液在105℃条件下烘干称质量为水溶性淀粉质量，下层为溶胀淀粉部分，由水溶性淀粉干质量和溶胀淀粉质量分别计算溶解度(用可溶性固形物含量(SSC)表示)及吸水指数，按照式(2)、(3)计算。

(2)

(3)

式中：m为水溶性淀粉干质量/g；m1为淀粉样品干质量/g；m2为溶胀淀粉质量(湿基)/g。

1.4 数据处理

数据显著性差异是在95%(P＜0.05)的可信度条件下，采用SPSS v17.0软件处理数据。

2 结果与分析

2.1 壳聚糖对小麦淀粉糊化性质的影响

表 1 不同壳聚糖添加量的小麦淀粉RVA曲线黏度特征值(

x

±s，n=3)

Table 1 Viscosity properties of wheat starch with different amounts of chitosan added (

x

±s，n=3)

注：同列字母不同，表示差异显著(P＜0.05)；回生率为峰值黏度与回生值的百分比值。下同。

由表1可知，随着壳聚糖添加量的增加小麦淀粉的糊化温度逐渐减小，由90.35℃降低至80.26℃。糊化温度的降低可能是由于加入壳聚糖(脱乙酰度为85%后引入了部分乙酰基基团，特别是分子内的无定形区，由于乙酰基基团阻碍了氢键的形成，使分子之间键的完整性被减弱，同时也使无定形区的完整性减弱，使得糊化淀粉颗粒膨胀所需的热量减少[16]。加入壳聚糖后小麦淀粉的峰值黏度和衰减值大幅度增加，可能原因是壳聚糖分子呈现有序的螺旋结构，与水分子、直链淀粉之间的作用很紧密，所以小麦淀粉糊峰值黏度随着壳聚糖添加量的增加而增加。这种特性也使得壳聚糖能够作为增稠剂应用于食品行业。这与高群玉等[17]研究随着卡拉胶、魔芋胶等食品胶添加量的增加，起始黏度增加，峰值黏度和终值黏度都增加的结果一致。另外，小麦淀粉的回生率随壳聚糖添加量的增加逐渐降低，说明壳聚糖对小麦淀粉的回生具有抑制作用。

2.2 壳聚糖对小麦淀粉凝胶质构特性的影响

表 2 不同壳聚糖添加量的小麦淀粉的质构特性(

x

±s，n=3)

Table 2 Texture properties of wheat starch with different amounts of chitosan added (

x

±s，n=3)

由表2可知，随着小麦淀粉中壳聚糖添加量的增加，小麦淀粉凝胶的硬度有下降的趋势，且添加4.8%的壳聚糖乙酸溶液的小麦淀粉凝胶硬度降低40.20%；而添加壳聚糖后，小麦淀粉凝胶的弹性变化不大，胶黏性和咀嚼性相应升高。可能原因是，壳聚糖和小麦淀粉在一起加热糊化的过程中，壳聚糖不仅在小麦淀粉颗粒的表面吸附，还会渗透到淀粉颗粒内部，壳聚糖随水分子进入淀粉粒内部后，与水分子一样被淀粉颗粒无定形区的极性基吸附，由于壳聚糖比水分子要大得多，导致含有壳聚糖的体系比不含有的体系在膨胀阶段的淀粉颗粒结构更松散，所以硬度会有所下降，这与Christianson等[18]的研究结果一致。

2.3 壳聚糖对小麦淀粉冻融稳定性的影响

图 1 不同壳聚糖添加量的小麦淀粉的冻融稳定性

Fig.1 Freeze-thaw stability of wheat starch with different amounts of chitosan added

由图1可知，随着小麦淀粉中壳聚糖添加量的增加，析水率呈现下降的趋势；对添加相同含量壳聚糖的小麦淀粉，随着冻融次数的增加，析水率呈现上升的趋势。在冻融次数为3次时，添加4.8%壳聚糖乙酸溶液的小麦淀粉与小麦淀粉相比，析水率下降了27.55%。说明添加壳聚糖可以降低小麦淀粉的析水率，即提高小麦淀粉的冻融稳定性。可能原因是，壳聚糖加入到小麦淀粉中，壳聚糖作为连续相和小麦淀粉分子间存在着相互作用，在一定程度上降低了淀粉的回生程度。随着壳聚糖添加量的增加，小麦淀粉析水率降低，说明冻融稳定性越高；并且随着冻融周期的增加，析水率有升高的趋势，即冻融次数越多，冻融稳定性越低。这与Arocas等[19]研究黄原胶和刺槐豆胶对淀粉制成的沙拉酱冻融稳定性的影响研究一致，指出两种胶都能减少冻融后沙拉酱组织的变化，且降低析水率的变化。

2.4 壳聚糖对小麦淀粉吸水指数(WAI)和溶解度(SSC)的影响

由图2～3可知，随着壳聚糖添加量的增加，小麦淀粉的吸水指数和可溶性固形物含量随之增加，当加入3.6%壳聚糖乙酸溶液时，吸水指数增加了46.80%。这可能是因为实验中用的壳聚糖本身可溶，增加了上清液中可溶性固形物含量。同时由于原淀粉分子之间相互作用力较强，支链淀粉不易溶出而导致具有较低的溶解指数和可溶性固形物含量，而加入壳聚糖后，由于引入了乙酰基基团导致分子之间的结合力降低，使其吸水指数和可溶性固形物含量增加。

1.小麦淀粉；2.小麦淀粉＋0.6%壳聚糖乙酸溶液；3.小麦淀粉＋1.2%壳聚糖乙酸溶液；4.小麦淀粉＋2.4%壳聚糖乙酸溶液；5. 小麦淀粉＋3.6%壳聚糖乙酸溶液；6. 小麦淀粉＋4.8%壳聚糖乙酸溶液。图3同。

图 2 不同壳聚糖添加量的小麦淀粉的吸水指数(WAI)

Fig.2 Water absorption index of wheat starch with different amounts of chitosan added

图 3 不同壳聚糖添加量的小麦淀粉的可溶性固形物含量(SSC)

Fig.3 Soluble solid contents of wheat starch with different amounts of chitosan added

3 结 论

随着小麦淀粉中壳聚糖添加量的增加，小麦淀粉的糊化温度和回生率逐渐降低，峰值黏度、谷值黏度、末值黏度、衰减值和回生值都有升高的趋势。添加壳聚糖可以降低小麦淀粉凝胶的硬度、咀嚼性和胶黏性，但对凝胶弹性影响不大。随着壳聚糖添加量的增加，小麦淀粉析水率降低，溶解指数和可溶性固形物含量随之增加。另外，壳聚糖安全无毒，具有良好的生物降解性和相容性，且加入后对小麦淀粉的风味不会产生不良影响。因此，本研究可为壳聚糖与淀粉的复配物在食品工业中的应用提供理论指导。

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