小麦总淀粉、A-淀粉及B-淀粉的热损伤与其
糊化度、糊化特性的关系

洪 静，郑学玲*，刘 翀，李利民，沈莎莎

（河南工业大学粮油食品学院，河南 郑州 450001）

摘 要：为了探索热处理温度和水分对淀粉损伤及损伤后淀粉糊特性的影响，揭示小麦淀粉的热损伤程度与糊化度、糊黏度特性之间的关系，以市售面粉分离的总淀粉、A-淀粉和B-淀粉为原料，经30～90 ℃的温度处理后，测定其在高、低水分下的破损淀粉含量、糊化度及糊化特性的变化。结果表明：低水分下，淀粉损伤、糊化度和淀粉糊性质随热处理温度变化不明显；高水分含量下，随着热处理温度的升高，破损淀粉含量和糊化度呈明显上升趋势，热损伤程度与糊化度之间呈显著正相关（P＜0.05），糊化温度略有增加，主要的黏度参数显著下降，损伤淀粉与峰值黏度之间呈显著负相关（P＜0.05）。

关键词：淀粉；热损伤；糊化度；黏度；损伤程度

Relationship of Thermally Damaged Starches of Total Starch, Type-A Starch and Type-B Starch from Wheat Flour with Gelatinization Degree and Gelatinization Characteristics

HONG Jing, ZHENG Xue-ling*, LIU Chong, LI Li-min, SHEN Sha-sha

(College of Food Science and Technology, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China)

Abstract: The aims of this research were to explore the degree of thermal damage and gelatinization characteristics of wheat starch as a function of heating temperature and moisture content and to reveal the relationship of the degree of thermal damage with gelatinization degree and viscosity properties. Total starch, type-A starch and type-B starch extracted from commercial wheat flour were studied for changes in damaged starch (DS) content, gelatinization degree and starch paste characteristics after thermal treatment at different temperatures ranging from 30 to 90 ℃ with high and low moisture levels, respectively. The results showed that there was a significant correlation between thermal damage degree and gelatinization degree (P ＜ 0.05) which was greatly affected by moisture. At higher moisture contents, increased temperature could result in greater DS content and gelatinization degree, especially for gelatinization characteristics, while only a small correlation was observed at low moisture levels. The pasting temperature was slightly increased with increasing heating temperature, while its viscosity was reduced significantly and the degree of thermal damage exhibited a negative correlation with peak viscosity (P ＜ 0.05).

Key words: starch; thermal damage; gelatinization degree; viscosity; damage degree

中图分类号：TS201.7 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）15-0038-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201415008

在小麦加工过程中，淀粉颗粒受到机械研磨而损伤，其损伤程度随研磨强度及小麦硬度而变化[1]。淀粉损伤可引起颗粒破碎、支链淀粉分子降解、结晶破坏、吸水率提高、淀粉溶胀，但淀粉黏度参数降低；少量淀粉损伤能改善面粉的酶敏感性，利于馒头和面条等制品制作，过量淀粉损伤导致吸水过多反而劣化面制品品质[2]。此外，通过球磨机研磨淀粉制备高损伤淀粉已成为淀粉改性和结构研究的重要方向[3]。淀粉破损检测方法主要有酶法和非酶法两类[4]，分别基于淀粉的酶易感性及结晶性变化。

高水分下加热，淀粉经历称为糊化的不可逆的有序到无序转变，淀粉颗粒溶胀、吸水、结晶性消失、直链淀粉分子溶出及颗粒坍塌[5]。淀粉糊化对食品品质有重要影响，还可制备冷水可溶的预糊化淀粉[5]。低水分下，糊化温度升高，加热（50～120 ℃）不易引起淀粉糊化，反而对淀粉有改性作用[6]。所谓的湿热处理和退火处理分别指对淀粉在低水分（＜35%）和中等水分下 （40%～55%）加热处理，两者均可引起淀粉结晶完善、糊化温度升高及糊黏度下降等，在淀粉改性中有重要应用[6-8]。常用糊化度表征受热淀粉的性质，测定方法包括偏光显微镜、差示扫描量热仪（differential scanning calorimetry，DSC）、X射线衍射、酶法等[5]。但是，低水分下受热淀粉未糊化，用损伤程度代替糊化度对其表征可能更恰当。

虽然淀粉颗粒的机械损伤和受热糊化过程及其测定方法有许多相似之处，将两者相联系的研究却不多。测定受热淀粉的损伤（简称热损伤）程度、糊化度及糊特性，探索热损伤淀粉与糊化度、淀粉糊特性之间的关系，对于淀粉湿热改性及淀粉在挤压膨化处理等高温加工中的应用均具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

以市售神象特一粉（中粮集团郑州海嘉食品有限公司）为原材料，采用马丁法[9]从面粉中分离提取总淀粉、A-淀粉和B-淀粉。其中，面粉水分含量为10.7%、灰分含量为0.5%、粗淀粉含量为68.25%、粗蛋白含量为12.52%，面筋指数为71，干面筋为8.62。

破损淀粉试剂盒 爱尔兰Megazyme公司；糖化酶 上海楷洋生物技术有限公司；浓盐酸、氢氧化钠、醋酸钠等试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

Avanti J-E型超速离心机 美国贝克曼库尔特有限公司；FD-2C型冷冻干燥机 北京博医康实验仪器有限公司；RVA-4型快速黏度分析仪（用Thermal Cycle for Windows配套软件进行数据记录和分析） 澳大利亚Newport Scientific公司。

1.3 方法

1.3.1 样品制备

1.3.1.1 总淀粉的制备[9]

将面粉和水揉成面团，加水量约为面粉质量的
0.5倍，用保鲜膜包住在室温下静置20 min。向放有面团的容器中逐渐倒入水进行洗涤，直至洗水无色为止，洗涤用水量为面粉质量的8～10倍，弃去面筋，将得到的淀粉浆过120目筛，在室温下静置6 h，弃去上清液，将余下的淀粉浆在3000 r/min离心15 min，弃去上清液，刮下其上层黄色蛋白层，收集下层物质，用无水乙醇进行洗涤、抽滤，将抽滤后得到的淀粉放入冷冻干燥机的托盘中，铺平物料，其中物料高度占托盘高度的2/3，将托盘放在托盘架并置于冷冻干燥机冷阱中，在－80 ℃条件下预冷动60 min，随后立即将托盘从冷阱中取出置于冷冻干燥机上部，将温度感应装置置于物料上，封盖好有机玻璃机罩，启动真空泵，将真空度在7 min内迅速降至1 Pa，在该真空度下干燥物料直至冷冻干燥机显示器上的物料温度显示为＋10 ℃左右，即表示物料干燥完成，得到总淀粉。

1.3.1.2 A-淀粉、B-淀粉制备

将面粉揉成面团，静置熟化20 min后进行洗涤、过筛，静置6 h后将剩余的淀粉浆进行离心，弃去上清液，刮下其上层黄色蛋白层，小心刮下中间黄色的淀粉层，用无水乙醇进行洗涤抽滤，抽滤后得到的淀粉放入托盘中，冷冻干燥操作步骤同总淀粉，制备得到B-淀粉。离心桶内的下层白色物质经无水乙醇洗涤抽滤后，再采用冷冻干燥方式干燥，最后得A-淀粉。

将制得的总淀粉、A-淀粉、B-淀粉粉碎后过80 目筛，备用。

1.3.1.3 热损伤淀粉的制备

1） 高水分样品的制备

取样量及加水量执行GB/T 14490—2008《粮油检验 谷物及淀粉糊化特性测定 黏度仪法》。即分别称取25.0 g（水分含量14%）已分离纯化后的总淀粉、A-淀粉和B-淀粉，置于烧杯中，按GB/T 14490—2008《粮油检验 谷物及淀粉糊化特性测定 黏度仪法》取相应加水量。先加入约100 mL蒸馏水，用玻璃棒搅拌约20 s，然后分两次加入剩下蒸馏水，制成均匀无结块的悬浮液，烧杯口用保鲜膜覆盖，防止水分流失。配制的悬浮液分别在30、40、50、60、70、80、90 ℃条件下水浴30 min，控制相同的搅拌速度，30 min后将样品置于流动水下迅速冷却至室温，随后倒入冷冻干燥机的托盘内进行冷冻干燥，干燥完成后，分别粉碎过80目筛后待用。该操作下所得总淀粉、A-淀粉和B-淀粉样品分别用TSW、ASW和BSW表示。

2） 低水分样品的制备

分别称取25.0 g（水分含量14%）已分离纯化后的总淀粉、A-淀粉和B-淀粉，置于烧杯中，烧杯口用保鲜膜覆盖，防止水分流失。随后分别置于30、40、50、60、70、80、90 ℃的温度下水浴30 min，其他操作同高水分样品的制备，干燥后样品同样过80目筛备用。经操作得到总淀粉（TS）、A-淀粉（AS）和B-淀粉（BS）样品。

1.3.2 基本成分分析

面粉水分含量测定采用GB/T 21305—2007《谷物及谷物制品水分的测定 常规法》方法；灰分含量测定采用GB/T 5505—2008《粮油检验 灰分测定法》方法；粗淀粉含量测定采用1%盐酸旋光法测定；粗蛋白含量测定采用GB/T 5511—2008《谷物和豆类 氮含量测定和粗蛋白含量计算 凯氏法》方法，蛋白质换算系数为5.83；湿面筋含量测定采用SB/T 10248—1995《小麦粉湿面筋质测定法-面筋指数法》方法；干面筋含量的测定采用GB/T 5506.4—2008《小麦和小麦粉 面筋含量 第4部分：快速干燥法测定干面筋》方法；淀粉水分含量的测定参照GB/T
12087—2008《淀粉水分测定 烘箱法》方法；淀粉粗蛋白含量的测定采用NY/T 2007—2011《谷类、豆类 粗蛋白含量的测定 杜马斯燃烧法》；总淀粉、A-淀粉、B-淀粉的水分及粗蛋白含量测定分别采用GB/T 12087—2008《淀粉水分测定 烘箱法》、GB/T 5511—2008《谷物和豆类 氮含量测定和粗蛋白含量计算 凯氏法》方法，蛋白质换算系数为5.83。

1.3.3 淀粉糊化度的测定

淀粉糊化度测定采用GB 9848—1988《方便面α度的测定》方法。

1.3.4 淀粉样品糊化黏度特性测定

采用快速黏度分析仪标准模式在一定转速下测试淀粉的糊化过程[10-11]。

1.3.5 淀粉损伤程度测定

使用破损淀粉试剂盒，参照AACC Method 76-31/ ICC Method NO.164测定。

1.4 数据分析

面粉和淀粉的所有测定结果均进行2次重复实验，数据分析使用单向方差分析（方差分析），结果以

±s表示。采用Duncan’s multiple range test方法对实验结果的平均值进行了显著性差异检验（P＜0.05），分析数据的软件采用SPSS version16.0.

2 结果与分析

2.1 面粉及淀粉基本特性

表 1 面粉及淀粉的糊化特性（

x

±s，n=2）

Table 1 Pasting characteristics of flour and starches (

x

± s, n = 2)

注：同列小写字母不同表示差异显著（P＜0.05）。下同。

经分离纯化后的总淀粉、A-淀粉、B-淀粉的水分含量分别为2.3%、10.0%、3.79%，粗蛋白含量分别为1.10%、0.67%、3.79%。总淀粉、A-淀粉和B-淀粉的原淀粉其破损淀粉含量分别为3.91%、1.84%和8.09%，其糊化度分别为41.01%、31.67%和61.55%。面粉及各种淀粉的糊化特性如表1所示，B-淀粉的糊化温度最高，A-淀粉的糊化温度最低，均高于面粉的糊化温度，这可能由于面粉中的蛋白质/面筋通过影响热量传递和竞争可利用水分显著影响淀粉糊化特性[12-16]。此外，淀粉的糊化特性主要由淀粉粒大小和比例、直链淀粉含量、直链淀粉与支链淀粉的比例等本身特性决定[17]。

2.2 热处理温度对淀粉损伤程度及糊化度的影响

2.2.1 低水分下温度对淀粉损伤程度及糊化度的影响

图 1 低水分下温度对TS、AS及BS的破损淀粉含量和糊化度的影响

Fig.1 Effect of temperature on DS content and gelatinization degree of TS, AS and BS at low moisture level

由图1可知，对照淀粉（30 ℃）的初始糊化度比较大，加热后轻微增加，推测是由于本实验糊化度的测定方式参考GB 9848—1988中《方便面α度的测定》，采用的酶是糖化酶。有研究表明α-淀粉酶可水解部分生淀粉，因此导致结果中糊化度测量值较高，表明糊化度不能很好表征低水分受热淀粉的理化性质变化[16]。随着热处理温度的升高，BS在90 ℃时的破损淀粉含量比在30 ℃时增加了4%，而TS、AS的破损淀粉含量增加幅度较小，但TS明显高于AS。这是由于在小麦淀粉中，A-淀粉含量占总淀粉的70%～80%[18]，这就造成了TS的破损淀粉含量随着温度的升高增加幅度小于BS。结果表明，低水分下加热虽然未导致淀粉的明显糊化，B-淀粉的破损淀粉增加说明其淀粉颗粒内部结构已经发生了明显改变或破坏，AS和TS的破损淀粉含量不变或轻微下降。有研究指出，低水分下湿热处理的淀粉由于淀粉链重排使淀粉结构变得更加致密、耐热、抗剪切，晶体结构更加致密，淀粉结构稳定性和糊化温度得到大幅提高，从而使得α-淀粉酶作用于低水分的热处理淀粉变得更加困难，淀粉颗粒内部结构的重组可能更多作用于A-淀粉，导致A-淀粉损伤程度下降[19]。

2.2.2 高水分下温度对淀粉损伤程度及糊化度的影响

由图2可知，3 种淀粉随着温度的升高，淀粉的损伤程度和糊化度均呈现升高的趋势，尤其是在小麦淀粉的糊化温度范围（60～70 ℃），两者急剧增加，但在90 ℃时，除了BSW外，损伤程度和糊化度又有所降低。这可能是由于90 ℃条件下，反应温度高于糊化温度，在淀粉冷却时更易发生老化回生的现象，淀粉结构重新组合使无定型区减少，而损伤程度和糊化度测定均是以受破坏的无定型淀粉的酶感受性增加为基础[4]。与低水分条件相比，在高水分条件下热处理获得的3 种淀粉具有高得多的破损淀粉含量和糊化度。例如，当温度增加到90℃时，B-淀粉达到完全糊化，破损淀粉含量为55%，而低水分下同样温度B-淀粉糊化未完全，破损淀粉只有13%。这是由于淀粉糊化需要大量水分子参与，水分子首先进入无定型生长环，颗粒不可逆吸水膨胀，随后双折射及结晶区消失[20]。破损淀粉显著增加还表明高温高水分下糊化淀粉发生了明显的热损伤。

图 2 高水分下温度对TSW、ASW及BSW的破损淀粉
含量和糊化度的影响

Fig.2 Effect of temperature on DS content and gelatinization degree of TSW, ASW and BSW at high moisture level

2.2.3 热处理温度对糊化特性的影响

图 3 热处理温度对糊化温度的影响

Fig.3 Effect of temperature on gelatinization temperature

由图3可知，高水分下淀粉尤其是B-淀粉的起始糊化温度均随着处理温度的升高而增大，而低水分下，B-淀粉显著增加，A-淀粉略有提高，总淀粉的糊化温度却下降了。糊化温度增加表明糊化难度增大，热糊稳定性增强。高水分下，B-淀粉的成糊温度低于A-淀粉的成糊温度，表明B-淀粉比A-淀粉更容易糊化，这可能与B-淀粉中含有非淀粉杂质较多有关[21]。结果表明，不但低水分湿热处理可增加淀粉糊化温度，高水分热处理也可增加其糊化温度。这可能是由于高水分处理获得的糊化淀粉冷切后直链淀粉的老化重排形成更稳定的晶体结构。然而，要将快速黏度分析仪获得的糊化温度与应用更加广泛的DSC获得的数据进行比较是困难的。

图 4 热处理温度对峰值黏度的影响

Fig.4 Effect of temperature on peak viscosity

由图4可知，6 种淀粉的峰值黏度在相同的处理条件下，均随着温度的升高而降低，其中，高水分淀粉的变化趋势明显高于低水分淀粉。淀粉机械损伤引起糊黏度下降已经被广泛报道[1,22]，而由热损伤引起的糊黏度下降报道很少。本实验表明，淀粉预糊化引起其黏度参数变化类似于机械损伤，可能是因为支链淀粉分子的降解引起。将加热引起淀粉理化性质急剧改变称为热损伤。在相同温度下，不管水分含量如何变化，A-淀粉乳的黏度明显比B-淀粉乳的大。这是因为黏度主要是淀粉颗粒遇热吸水膨胀、分子扩散的体现。B-淀粉的热糊稳定性比A-淀粉的好，应该是由于戊聚糖等杂质的影[23]。且随着温度的升高，B-淀粉峰值黏度的下降速度快于总淀粉与A-淀粉的峰值黏度。

图 5 热处理温度对衰减值的影响

Fig.5 Effect of temperature on breakdown value

由图5可知，随着温度升高，TSW和BSW的降落值呈上升趋势，但变化趋势不明显，ASW的变化趋势较为显著，即ASW在糊化后，其淀粉糊抵抗外界温度的能力较弱，同时再次证明了A-淀粉的热糊稳定性弱于B-淀粉。总体表明随温度的增大，淀粉颗粒到达峰值黏度后淀粉颗粒的破裂减弱，热糊稳定性增强。

由图6可知，在温度的影响下，6 种淀粉的回生值均呈现下降趋势，其中，以高水分的TSW、ASW及BSW的变化更为明显，这表明提高淀粉的处理温度可使淀粉糊胶体网络结构在较低温下的稳定性增强，冷糊稳定性更好。温度对TS、AS及BS的回生值的影响较小，表明淀粉在低水分下加热处理的淀粉，其淀粉溶胶网络结构强度较大，不易受到热力作用的破坏。

图 6 热处理温度对回生值的影响

Fig.6 Effect of temperature on setback value

总之，由于组分的不同，随着温度的变化，小麦总淀粉、A-淀粉和B-淀粉在糊化特性上表现出一定的差异。

2.4 热损伤程度与糊化度及糊化特性的关系

图 7 破损淀粉含量与糊化度、峰值黏度的相关性分析

Fig.7 Relationships between DS content and either gelatinization degree or peak viscosity

由图7可知，热作用所引起的高水分含量的TSW、ASW及BSW三者的破损淀粉含量与糊化度之间呈显著的正相关（P＜0.05），且R2=0.964 5、R2=0.969 1和R2=0.849 9，线性关系式分别为：y = 2.151 7x－148.74、y = 5.967 2x－452.02和y = 3.674 7x－22.67。其中，TSW与ASW其各自的相关系数较大，以ASW的糊化度与破损淀粉含量相关性更为显著。对于水分含量较低的TS、AS、BS，其糊化度与破损淀粉含量的相关性不明显
（P＞0.05）。热损伤引起的TSW、ASW和BSW三者的破损淀粉含量与峰值黏度呈显著负相关（P＜0.05），R2分别为0.894 6、0.863 1和0.915 8，线性关系式分别为：y=－0.0377x＋175.7、y=－0.0721x＋333.72和y=
－0.0389x＋140.85。而低水分的TS、AS及BS其峰值黏度与破损淀粉含量之间则无显著相关性（P＞0.05），这说明破损淀粉含量与糊化度之间及破损淀粉含量与峰值黏度之间的相关性与热处理时的水分含量有关。

3 结 论

对于小麦总淀粉、A-淀粉和B-淀粉，低水分下，淀粉热损伤不是很明显，损伤淀粉含量比糊化度更适合表征热处理的淀粉特性；而高水分下，糊化过程引起淀粉结构破坏，淀粉的热损伤程度更加显著，且其破损淀粉含量与糊化度之间呈显著正相关，即两者可相互替代。热处理引起的淀粉损伤与其糊特性息息相关，即随着热处理温度的升高，破损淀粉增加，TSW、ASW、BSW、TS、AS及BS的糊化温度呈上升趋势，峰值黏度与回生值均显著下降（P＜0.05），其中TSW和ASW的老化回生现象在较高热处理温度下更为明显，且温度对高水分淀粉的影响更为显著。

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