紫薯淀粉结构与理化性质研究

紫薯淀粉结构与理化性质研究

刘平 单守水 张毅

乳山达康生物科技有限公司

摘要：淀粉是紫甘薯的主要成分，作为原花青素的副产物具有广阔的应用前景。淀粉的结构和理化特性决定了其生产加工质量和在食品和非食品工业中的用途。链淀粉的含量，结晶结构的淀粉在生产过程中主要表现出不同的可靠性；透明度特征直接关联淀粉产品的外观和特异性。基于此，本文主要对紫薯淀粉的结构和理化性质进行研究，探索其结构与特性之间的关系，并用一般玉米淀粉进行数据分析，掌握紫薯淀粉的特性和应用价值，为紫薯淀粉的开发利用为研究提供具体指导。

关键词：紫薯淀粉；结构；理化性质

引言：紫薯淀粉的直链含量（24.5%）比玉米淀粉（26.7%）低，均为A型晶体结构，但紫薯淀粉的晶体大小和分子结构比玉米淀粉更有序；紫薯淀粉糊的清晰度高于玉米淀粉糊，随着时间的增加其锐度降低程度低于玉米淀粉糊；紫薯淀粉糊不易逆行，但其水分离率（21.4%o）低于玉米淀粉糊，即冻融循环可靠性要弱于玉米淀粉，此外，部分紫薯淀粉的耐热性高于玉米淀粉。

1实验材料与方法

1.1仪器与试剂

由美国热力公司生产的Nicolet 8700型衰减系数全反射傅里叶变换光谱仪； 日本理学株式会社生产的MiniFlex600 X型射线衍射仪；德国耐驰仪器公司生产的STA 409 PC型热重分析仪；上海市安亭科学仪器厂生产的TDL-5-A型离心脱水机。紫薯：购于果品超市；一般玉米淀粉（食品级，购自利华淀粉有限公司）。

1.2实验方法

1.2.1紫薯淀粉提取与直链淀粉含量测试

紫薯洗净，去皮，切成小块，调成浆，过200目筛数次，4℃时弃去上层液。用 0.2% (m:V) NaOH 水溶液清洗以去除表面蛋白质和原花青素，直到顶层完全透明。再用纯水洗涤数次中和，40℃干燥、粉碎淀粉备用。直链淀粉含量按AACC61-03(10)标准方法进行适度改进后测定。在光波长620nm处测定吸光度值，按标准曲线测定得到直链淀粉含量，精密测定3次取平均值。紫马铃薯淀粉（紫马铃薯淀粉）鉴定为PPS，普通玉米淀粉（common maize淀粉）鉴定为CMS。

1.2.2X射线衍射、透明度分析

XRD检测标准为：光波长为0.1542nm的纯色Cu-Kα辐射。管压40 kV，管流量40 mA，扫描区域20为4°~60°，步长0.035°，扫描速率10°/min。根据结晶区和非晶区的面积计算相对晶粒尺寸Xc(%)。

准备1% (m:V) 淀粉乳，将水煮沸30分钟至完全糊化。将糊状物温度降至25℃，分别存放0h和3h，用紫外分光光度法在650nm波长处测定淀粉糊状物的透光率。

1.2.3冻融稳定性、热性质分析

将10mL 6%（m:V）淀粉乳在沸水浴中糊化，冷却至室温，放入-15℃冰箱中24小时。在室温下解冻并过滤，丢弃上清液并称重，测量降水质量并测量水分离率，称取适量淀粉分散于氧化铝钳锅中，升温10℃/min，氮气20mL/min，考察淀粉样品在加热35~750℃范围内的情况过程中的热失重。

2结果与分析

2.1淀粉分子链结构

紫薯淀粉和玉米淀粉的直链淀粉含量分别为（24.5±0.3）%和（26.7±0.2）%。紫薯淀粉的直链淀粉含量略低于玉米淀粉。从图1(a)的FTIR光谱可以看出，紫薯淀粉和玉米淀粉的分子结构和官能团特征峰是相同的。根据FTIR光谱仪的峰值分辨率，测量(1045/1022)cm-'峰值抗压强度比值，分析淀粉短程有序分子式信息含量。1045cm-'消化吸收峰与淀粉晶体结构或有序结构有关； 1022cm"符合淀粉的无定形结构(不确定)。经计算，紫薯淀粉和玉米淀粉(1045/1022)cm"的峰值抗压强度比分别为(0.641±0.006)和(0.595±0.002)。可见，紫薯淀粉的分子结构顺序高于玉米淀粉。

2.2淀粉结晶结构

图1显示了紫甘薯淀粉和玉米淀粉的广角透镜的X射线辐射（XRD）曲线。从图中可以看出，甘薯淀粉和玉米淀粉分别在11.2°、15.1°、17°、18°和23.2°处呈现出较强的透射峰，均呈A型晶体结构。根据特征峰的线性拟合计算，紫薯淀粉和玉米淀粉的结晶度分别为（25.5±0.5）%和22.1±0.8）%。紫薯淀粉的结晶度高于玉米淀粉，与上述淀粉不同，分子结构有序，结构特征一致。

图1 紫薯淀粉与玉米淀粉红外光谱图与XRD曲线

2.3透明度分析

淀粉糊透明度关系到淀粉类产品的外观和用途，受淀粉种类、直链淀粉含量、糊老化程度等因素影响。紫薯淀粉和玉米淀粉糊在650 nm处测得的透光率0 h时紫薯淀粉糊透光率为19.0%，玉米淀粉透光度（9.5%）相对较低。随着放置时间延长至 3 h，紫薯淀粉糊透光率降低 1.1%，玉米淀粉糊透光率下降2.4%。这可能归因于淀粉糊化后分子链相互作用，淀粉糊老化发生凝沉从而使糊的透明度降低。玉米淀粉直链含量比紫薯淀粉高，糊化后直链分子更容易相互作用形成交联网络，因此玉米淀粉糊透明度下降更明显。

2.4冻融稳定性

淀粉糊经过锁融转化后的水分离率是糊冻融可靠性的评价指标值，可立即危及冷冻食品的质量。紫薯淀粉糊的分水率为（21.4±0.6）%，玉米淀粉糊的分水率为（5.0±0.4）%，说明紫薯淀粉糊的冻融可靠性弱于玉米淀粉粘贴。冷冻冷冻产品一般规定糊化后的淀粉不易逆变，吸水性好，可见紫薯淀粉不适合冷冻产品。

2.5热稳定性

图2中分别为升温条件下淀粉质量损伤的质量损伤曲线和一阶导数曲线。紫薯淀粉和玉米淀粉在40~110℃都有一定的失重状态，这是由于供试品中一定量的残留水分蒸发造成的。随着温度继续升高，淀粉被热降解。如下图所示，紫薯淀粉和玉米淀粉均在287℃逐渐降解。紫薯淀粉的最高降解温度为317℃，即317℃可达到较大的失重率；玉米淀粉降解最高温度为309℃，说明部分紫薯淀粉的耐热性超过玉米淀粉。这与紫薯淀粉分子结构较高、结构域有序、颗粒较大有关。

图2 紫薯淀粉与玉米淀粉热重曲线以及热重一阶倒数曲线

结语：

综合上文所述，紫薯淀粉的直链含量为24.5%，低于玉米淀粉的26.7%。两者都是A型晶体结构，但紫薯淀粉的结晶度和分子结构均高于玉米淀粉。与玉米淀粉相比，紫薯淀粉糊澄清度好，糊状物不易回生，这可能与紫薯淀粉的线性链含量低有关，部分紫薯淀粉的耐热性高于玉米淀粉，这与紫薯淀粉较高分子结构的有序结构域和较高的结晶度有关。

参考文献：

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