多糖是由多个单糖分子通过糖苷键连接而成的高分子碳水化合物,具有多种生理功能和生物活性,是维持生命活动四大基本物质之一,广泛存在于动物、植物和微生物等有机体中。根据多糖分子同种电荷之间的静电斥力,可以将多糖按电荷分为阴离子多糖、中性多糖、阳离子多糖3种类型。不同离子型多糖在淀粉制品中应用广泛,其可通过电荷之间相互作用与淀粉形成紧密的复合物,从而提高其在加工和贮存过程中的稳定性、黏性和溶解度等。
淀粉作为碳水化合物的主要来源,在人类饮食中发挥着至关重要的作用,同时也是食品工业生产中不可或缺的重要原料。玉米淀粉作为食品工业的重要成分,常被作为增稠剂和稳定剂,以改善食品的口感和稳定性。然而,天然淀粉存在易老化、溶解度低、耐热性和剪切性差、质地易发生改变等局限性,在食品工业中的应用受到限制[1],研究人员通常通过改性等手段来改善淀粉在加工特性方面的不足。当前淀粉改性的方法主要有物理法、化学法、酶法和复合法[2],其中通过非淀粉多糖改善淀粉功能特性和营养价值倍受关注。有研究发现,非淀粉多糖的添加能够有效改善淀粉类食品的黏度和稳定性,同时延缓淀粉回生,对保持食品品质和延长保质期具有重要意义。黄原胶是由野油菜黄单胞杆菌分泌的阴离子型杂多糖,是一种自然存在的多糖类有机化合物,ZHANG等[3]研究了黄原胶对高直链淀粉糊化和凝胶性质的影响,通过实验发现黄原胶可增加高直链淀粉的糊化黏度、凝胶强度。刺槐豆胶,也称为槐豆胶,是由产于地中海一带的刺槐树种子加工而成的植物子胶。在食品工业中主要作增稠剂、乳化剂和稳定剂。刘文会等[4]发现添加刺槐豆胶可以有效提高小麦淀粉凝胶的黏弹性。壳聚糖,称作脱乙酰甲壳素,是自然界中唯一存在的天然阳离子多糖。ZHENG等[5]发现壳聚糖-莲子淀粉共混物可表现出更低的糊化黏度、更高的直链淀粉含量和更高的有序结构。
不同离子型多糖由于其电荷性质的多样性,在与淀粉相互作用时呈现出不同的机制,从而导致其对淀粉的性质与功能产生不同的影响。为探究3种不同离子型多糖对玉米淀粉理化性质的影响,本实验选择阴离子多糖黄原胶、中性多糖刺槐豆胶和阳离子多糖壳聚糖分别加入玉米淀粉后,对复配体系的糊化特性、质构特性和理化特性进行研究,以期为调控玉米淀粉性质提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
玉米淀粉(直链淀粉含量27%)、黄原胶(批号:E2231359,USP级)、刺槐豆胶[批号:B2318501,226.66 g/mol(Mw)]和壳聚糖(批号:B2218417,中黏度,200～400 mPa·s),上海阿拉丁生化科技股份有限公司;去离子水,华润怡宝饮料(中国)有限公司。
1.2 仪器与设备
FA2104S电子天平,广州玉治仪器有限公司;RVA-TecMaster快速黏度分析仪,波通瑞华科学仪器(北京)有限公司;Nicolet iS 50衰减全反射-傅立叶变换红外光谱,赛默飞世尔科技公司;TA-XT.Plus质构仪,上海保圣实业发展有限公司;GL21M离心机,湖南湘仪实验仪器开发有限公司;HH-4数显恒温水浴锅,上海力辰邦西仪器科技有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 不同离子型多糖/玉米淀粉复合体系的制备
准确称取2.5 g玉米淀粉与25 g去离子水置于快速黏度分析仪(rapid visco analyzer,RVA)专用的铝罐中作为对照组,分别向玉米淀粉中加入质量分数(下同)为0%、5%、10%的黄原胶、刺槐豆胶和壳聚糖(以玉米淀粉质量计),再加入25 g去离子水,充分搅拌均匀,配制成不同离子型多糖/玉米淀粉复合体系。
1.3.2 糊化特性的测定
依据LUO等[6]的方法并作适当修改,通过RVA标准程序1使用1.3.1节方法制备的不同离子型多糖/玉米淀粉复合体系进行测试。具体过程如下:首先,将待测样品加热至50 ℃,保持1 min,再以12 ℃/min恒定速率使温度升至95 ℃,保持2.5 min。再以相同速率使温度冷却至50 ℃。前10 s内搅拌速率设定为960 r/min,而后搅拌速率以160 r/min进行测定。
1.3.3 质构特性的测定
质构特性参考ZHAO等[7]的方法并作适当修改,使用P/0.5探头和TPA模式进行测试,取1.3.2节方法制备的不同离子型多糖/玉米淀粉复合体系凝胶,在4 ℃下放置24 h使凝胶稳定。测量参数设置为:测前速度、测试速度和测后速度均为1 mm/s,测试距离为10 mm,触发力为2.5 g,触发类型为自动。
1.3.4 短程有序结构测定
参照YONG等[8]的方法采用衰减全反射-傅里叶变换红外光谱仪(attenuated total reflection-Fourier transform infrared spectrometer,ATR-FTIR)对3种不同离子多糖与玉米淀粉共混体系的短程有序结构进行表征。在利用Omnic软件去卷积之前,通过基线在1 200～800 cm-1中校正光谱。ATR-FTIR参数设置为:在4 000～400 cm-1的波数内,扫描32次,
1.3.5 理化性质测定
1.3.5.1 膨胀度的测定
参照LIU等[9]方法,并加以修改。将1.3.1节所制备样品加热糊化30 min,搅拌混合均匀。将样品置于4 000 r/min离心机离心10 min,弃去上清液,称取淀粉胶质,样品膨胀度的计算如公式(1)所示:
膨胀度
(1)
式中:B为沉淀物的质量,g;S为淀粉样品的质量,g。
1.3.5.2 凝沉特性的测定
参照范春艳等[10]的方法,并加以修改。将1.3.1节所制备样品沸水浴中加热并搅拌30 min,冷却至室温,取20 mL样品于具塞试管中静置,每隔1 h记录上层清液和下层沉淀的体积,用上清液体积占淀粉糊总体积的百分比随时间的变化情况来表示淀粉糊的凝沉性质。凝沉稳定性的计算如公式(2)所示:
凝沉稳定性
(2)
1.3.5.3 持水特性的测定
参照刘惠娟等[11]的方法,将1.3.1节所制备样品置于50 mL离心管中,加入20 mL蒸馏水,称重(m1);室温下搅拌1 h后,4 000 r/min离心15 min,弃上清液,以45°倾斜离心管,静置10 min,再次弃掉上清液,并吸干附着在离心管壁上的水分,再称其质量(m2);m为离子多糖-淀粉样品的质量;持水率为每克样品吸收水分的质量。持水率的计算如公式(3)所示:
持水率
(3)
2 结果与分析
2.1 不同离子型多糖对玉米淀粉糊化特性的影响
由表1可知,添加黄原胶后玉米淀粉峰值黏度显著升高,且随黄原胶添加量的增加而升高。这可能是由于黄原胶是一种特殊的带负电荷的胶体,分子间存在静电斥力,在低浓度时不会形成凝胶。当浓度增加到一定程度时,分子链会发生缠结,从而导致黏度显著增加。且中性多糖刺槐豆胶的添加也使玉米淀粉峰值黏度、谷值黏度、最终黏度显著增加,当刺槐豆胶添加量从5%增加到10%时,玉米淀粉的峰值黏度从2 549.53 mPa·s增加到4 530.33 mPa·s。这可能是刺槐豆胶本身具高黏度特性,从而使得混合体系黏度升高。此外,发现添加中性多糖刺槐豆胶对玉米淀粉峰值黏度、谷值黏度和回生值影响最显著,其次是阴离子多糖黄原胶和阳离子多糖壳聚糖。
表1 不同离子型多糖-玉米淀粉复合物的糊化特性参数
Table 1 Gelatinization characteristics of different ionic polysaccharide-corn starch complexes
样品峰值黏度/(mPa·s)谷值黏度/(mPa·s)崩解值/(mPa·s)最终黏度/(mPa·s)回生值/(mPa·s)糊化温度/℃玉米淀粉2 025.33±103.58b1 930.00±88.09c95.33±16.26a2 037.33±98.40b143.34±15.50a77.48±0.45d玉米淀粉+5%黄原胶2 610.00±15.32c1 728.00±4.25b798.00±6.80b2 563.00±45.29c737.00±55.23b74.80±0.70b玉米淀粉+10%黄原胶2 935.00±355.53d1 932.33±131.46c1 002.67±257.33c2 739.67±181.30d807.33±149.75b73.45±1.06a玉米淀粉+5%刺槐豆胶2 549.53±152.37c2 572.41±54.00d269.62±19.62a3 049.00±49.30e893.00±190.07b76.22±0.39c玉米淀粉+10%刺槐豆胶4 530.33±255.66e3 248.33±193.63e1 282.00±117.53d4 609.00±11.61f1 360.67±169.53c74.38±0.42ab玉米淀粉+5%壳聚糖1 693.00±12.90a1 523.57±71.00a257.91±19.39a1 792.00±59.91a137.22±7.37a76.26±0.61c玉米淀粉+10%壳聚糖1 765.67±36.46ab1 484.33±38.28a248.00±61.37a1 646.00±29.46a131.67±9.24a77.05±0.39cd
注:表中同列不同小写字母代表差异显著(P<0.05)(下同)。
添加黄原胶、刺槐豆胶、壳聚糖的玉米淀粉崩解值均显著升高,说明黄原胶、刺槐豆胶、壳聚糖均能使玉米淀粉的稳定性降低。刺槐豆胶与黄原胶添加量从5%增加到10%时,玉米淀粉回生值从143.34 mPa·s升高至1 360.67 mPa·s和807.33 mPa·s,且刺槐豆胶增加最显著,说明黄原胶与刺槐豆胶均促进了玉米淀粉糊的短期回生。而壳聚糖添加量从5%增加到15%时,其峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、回生值均略有降低。
2.2 不同离子型多糖对玉米淀粉质构特性的影响
由表2可知,加入黄原胶或刺槐豆胶后,玉米淀粉的硬度降低,且随着添加量增加,其硬度下降得更显著,由原来的484.06 g下降到了234.14 g或184.10 g。这可能是由于黄原胶或刺槐豆胶与玉米的直链淀粉分子之间相互作用,使直链淀粉的聚集和重排受到阻碍,从而使得淀粉凝胶变得更加柔软,进而降低其硬度[12]。且玉米淀粉其他特性也随黄原胶与刺槐豆胶浓度的增大而降低。加入阳离子多糖壳聚糖的玉米淀粉,其特性参数都显著增大,且硬度升高最为显著,由原来的484.06 g升高到1 289.90 g,其中咀嚼性升高较为显著,从157.79 N升高至879.56 N。添加阴离子多糖黄原胶与中性多糖刺槐豆胶均能使玉米淀粉的硬度、弹性和咀嚼性降低,其中中性多糖刺槐豆胶下降最显著。
表2 不同离子型多糖-玉米淀粉复合物的质构特性参数
Table 2 Texture characteristics of different ionic polysaccharide-corn starch complexes
样品硬度/g黏性/mJ弹性/mm咀嚼性/N胶着性/g内聚性回复性玉米淀粉484.06±77.44b-128.35±20.5b0.77±0.02b157.79±26.84a204.18±29.93a0.42±0.04a0.79±0.02a玉米淀粉+5%黄原胶462.55±23.14b-103.33±1.95bc0.76±0.02b138.57±1.95a179.24±1.43a0.86±0.02cd0.76±0.03a玉米淀粉+10%黄原胶234.14±25.27a-166.12±10.86a0.75±0.06b107.72±25.85a141.88±25.03a0.60±0.06ab0.53±0.07a玉米淀粉+5%刺槐豆胶212.65±32.80a-129.10±1.29b0.69±0.06ab93.97±5.48a150.16±8.83a0.77±0.02bcd0.74±0.06b玉米淀粉+10%刺槐豆胶184.10±49.87a-130.03±12.73b0.57±0.10a75.55±30.83a129.49±40.72a0.70±0.06bc0.70±0.06b玉米淀粉+5%壳聚糖1 289.90±71.20d-86.45±15.63cd0.89±0.21c879.56±48.33b948.92±69.61b1.09±0.23e1.46±0.18d玉米淀粉+10%壳聚糖996.94±56.58c-73.38±21.39d0.88±0.06c749.44±306.17b839.92±296.81b0.91±0.12de1.21±0.11c
2.3 不同离子型多糖对玉米淀粉短程有序性的影响
图1是3种不同离子型多糖与玉米淀粉复合体系在4 000～400 cm-1 的红外光谱图。在3 398 cm-1附近出现的宽吸收谱带表明O—H伸缩振动,而添加3种不同离子型多糖后在附近显示出更长的锐带,O—H伸缩的吸收强度比纯玉米淀粉更强,表明3种不同离子型多糖与玉米淀粉复合体系中氢键作用增强。淀粉结晶区的特征吸收峰在1 047、1 022和995 cm-1这个范围内,反映了糊化后淀凝胶内部存在着有序的结晶结构。如表3所示,通过计算可知,与玉米淀粉相比,添加3种不同离子型多糖均能使R1 047/1 022和R1 022/995值增大,且随多糖浓度的增加,R值也不断增大,说明高浓度的不同离子型多糖增加了玉米淀粉的有序结构和双螺旋结构。其中在玉米淀粉中加入10%阴离子多糖黄原胶后,其R1 047/1 022最大为0.37,R值的增大表明3种不同离子型多糖均可以增加玉米淀粉颗粒表面的短程有序性,促进其结晶区域的形成,使得玉米淀粉中形成更有序的结构域,并在宏观上促进了玉米淀粉的短期回生。其中作为阴离子多糖的黄原胶对玉米淀粉的影响较其他2种多糖更显著。
图1 不同离子型多糖-玉米淀粉复合物的红外光谱图
Fig.1 Infrared spectra of different ionic polysaccharide-corn starch complexes
表3 不同离子型多糖-玉米淀粉复合物的短程有序性参数
Table 3 Short-range ordering parameters of different ionic polysaccharide-corn starch complexes
样品R1 047/1 022R1 022/995玉米淀粉0.31±0.03a0.83±0.02ab玉米淀粉+5%黄原胶0.32±0.05a0.80±0.01a玉米淀粉+10%黄原胶0.37±0.01a0.87±0.03b玉米淀粉+5%刺槐豆胶0.32±0.01a0.79±0.01a玉米淀粉+10%刺槐豆胶0.36±0.02a0.84±0.03ab玉米淀粉+5%壳聚糖0.36±0.02a0.83±0.01ab玉米淀粉+10%壳聚糖0.36±0.05a0.81±0.02a
2.4 不同离子型多糖对玉米淀粉膨胀度的影响
由表4可知,添加3种不同浓度的离子型多糖后,玉米淀粉的膨胀呈现整体增加趋势。阴离子多糖黄原胶使玉米淀粉膨胀度增大(黄原胶添加浓度为5%与10%时,玉米淀粉膨胀度分别增大30.15%与39.76%)的原因可能是带微弱负电荷的玉米淀粉与带负电荷的黄原胶接触时,修饰基团之间的相互排斥作用。其中阳离子多糖壳聚糖的添加量由5%增加到10%时,玉米淀粉的膨胀度显著上升,由原来的11.04 g/g上升至13.74 g/g与15.32 g/g,这表明阳离子多糖壳聚糖不同程度地增加了玉米淀粉的膨胀度,这可能是由于壳聚糖可溶且原淀粉分子间作用力较强,加入壳聚糖后,其引入的乙酰基基团降低了分子间作用力,增加了吸水指数和可溶性固形物含量,使水分更易进入玉米淀粉颗粒,从而导致膨胀度增加[12]。与阴离子多糖黄原胶和阳离子多糖壳聚糖相比,中性多糖刺槐豆胶的添加使玉米淀粉的膨胀度改变最显著,原来玉米淀粉膨胀度为11.04 g/g,添加不同含量的中性多糖刺槐豆胶后,其膨胀度分别增加至18.08 g/g与16.61 g/g。
表4 不同离子型多糖-玉米淀粉复合物的膨胀度参数 单位:g/g
Table 4 Swelling parameters of different ionic polysaccharide-corn starch complexes
样品膨胀度玉米淀粉11.04±0.31a玉米淀粉+5%黄原胶14.37±0.28bc玉米淀粉+10%黄原胶15.43±0.19c玉米淀粉+5%刺槐豆胶18.08±1.22e玉米淀粉+10%刺槐豆胶16.61±0.93d玉米淀粉+5%壳聚糖13.74±0.37b玉米淀粉+10%壳聚糖15.32±0.52c
2.5 不同离子型多糖对玉米淀粉凝沉特性的影响
由表5可知,添加3种不同离子型多糖后,玉米淀粉的凝沉性均有所增加,其中阴离子多糖黄原胶的添加对淀粉糊凝沉速度有显著影响,由原来的79.49%上升至95.06%。这可能是因为阴离子多糖黄原胶抑制了玉米淀粉颗粒的吸水溶胀,且随着阴离子多糖黄原胶浓度的增加,抑制作用也更为显著[13]。与阴离子多糖黄原胶相比,阳离子多糖壳聚糖对玉米淀粉的凝沉特性影响相对较小。
表5 不同离子型多糖-玉米淀粉复合物的凝沉特性参数 单位:%
Table 5 Agglutination characteristic parameter of different ionic polysaccharide-corn starch complexes
样品1 h2 h3 h4 h5 h玉米淀粉79.49±0.31aA78.99±1.38bA78.97±0.71bA78.82±1.86aA78.91±1.26aA玉米淀粉+5%黄原胶89.73±0.55cA88.31±0.13cA89.52±1.09cA90.01±1.31bB89.49±0.67bA玉米淀粉+10%黄原胶95.06±0.12eA95.04±1.11eA95.01±0.33dA95.29±1.47cA95.11±0.25cA玉米淀粉+5%刺槐豆胶92.31±0.37dB89.74±1.25cdA89.74±0.44cA88.97±1.12bA89.00±2.43bA玉米淀粉+10%刺槐豆胶90.97±1.86cdA90.97±0.74dA90.95±2.16cA90.91±2.06bA90.89±0.30bA玉米淀粉+5%壳聚糖82.81±0.56bC77.08±0.51aA76.56±0.09aA79.54±1.89aB77.19±0.64aA玉米淀粉+10%壳聚糖94.92±0.77eA94.82±0.29eA94.92±0.36dA94.99±0.76cA94.47±0.74cA
注:同行不同大写字母代表不同离子型多糖添加量间差异显著(P<0.05)。
2.6 不同离子型多糖对玉米淀粉持水性的影响
由表6可知,不同浓度的3种不同离子型多糖对玉米淀粉持水性均有抑制作用,其中添加量为10%阴离子多糖黄原胶下降最为显著,由原来的48.96 g/g下降至26.38 g/g。且3种不同离子型多糖浓度的增加,均不同程度上降低了玉米淀粉的持水率,其中中性多糖刺槐豆胶添加量由5%增加至10%时,玉米淀粉的持水性由原来的48.96 g/g减少至34.00 g/g与28.63 g/g。阴离子多糖黄原胶与中性多糖刺槐豆胶添加使玉米淀粉持水性下降的原因可能是在2种亲水性胶体与玉米淀粉的复配体系中,亲水性胶体具有很好的吸水性能,能够大量吸附体系中的水分,从而导致玉米淀粉能够结合的水分子数量减少[14]。
表6 不同离子型多糖-玉米淀粉复合物的持水性参数 单位:g/g
Table 6 Water holding parameters of different ionic polysaccharide-corn starch complexes
样品持水性玉米淀粉48.96±1.64e玉米淀粉+5%黄原胶31.02±1.34b玉米淀粉+10%黄原胶26.38±1.47a玉米淀粉+5%刺槐豆胶34.00±1.12c玉米淀粉+10%刺槐豆胶28.63±1.72ab玉米淀粉+5%壳聚糖37.05±1.05d玉米淀粉+10%壳聚糖27.98±1.38a
3 讨论
3.1 不同离子型多糖对复配体系糊化性质影响分析
淀粉的糊化特性是决定品质的关键因素。其中,峰值黏度用于评估淀粉与水相互作用的强弱;崩解值作为淀粉糊化过程中峰值黏度与谷值黏度间的差值,是用于衡量淀粉稳定性和损伤程度的重要指标;回生值是淀粉糊在冷却过程中最终黏度与谷值黏度的差值,反映淀粉颗粒重新缔合的程度和短期老化的程度。刘静等[15]在玉米淀粉中分别添加0.1%～0.5%的黄原胶和瓜尔豆胶发现,复配体系峰值黏度、崩解值均随多糖添加量的增加而呈显著上升趋势,但回生值明显下降,这与本试验结果相反,可能与同为中性多糖的瓜尔豆胶添加量较低有关。ZHENG等[16]将不同浓度的瓜尔豆胶添加至莲子淀粉中发现,低浓度的瓜尔豆胶可以维持复配体系的凝胶结构,而高浓度的添加量结果相反。本试验发现阴离子多糖黄原胶和中性多糖刺槐豆胶能够与玉米淀粉分子产生强烈相互作用,改变其分子间的聚集状态和流动性,与水分子紧密结合,从而影响了其黏度和稳定性[11]。另外阴离子多糖黄原胶和中性多糖刺槐豆胶本身具有显著的增稠性,阻碍淀粉颗粒的膨胀和破裂,而作为阴离子多糖的黄原胶可与淀粉的羟基相互作用,形成一种电荷稳定的网状结构,从而提高复合体系的黏度。其中玉米淀粉中添加阳离子多糖壳聚糖,回生值呈现下降趋势,有研究表明,壳聚糖作为亲水胶体与淀粉羟基结合形成氢键,可降低淀粉分子链的重新排列,从而抑制淀粉回生[17]。
3.2 不同离子型多糖的添加对复配体系质构性质影响分析
淀粉糊化回生后,会形成淀粉凝胶。现有研究发现将多糖添加到淀粉中可显著改善其凝胶质地和强度。淀粉基食品的质地主要取决于直链淀粉分子的交联程度,交联程度越高,食品的硬度就越大。同时,淀粉基凝胶的弹性和内聚性受到内部网状结构的影响,网状结构越强,弹性和内聚性就越好,凝胶抗破坏能力也越强。刘文会等[4]发现添加海藻酸钠和刺槐豆胶可降低小麦淀粉的凝胶硬度。刘敏等[18]研究发现加入黄原胶后,莲藕淀粉凝胶的硬度、内聚性降低,但弹性有所增强。孙翠霞等[12]研究发现壳聚糖将会使小麦淀粉凝胶硬度下降,弹性上升。其中硬度与本试验结果相反,说明不同的淀粉凝胶,添加相同多糖后凝胶质地变化趋势不一致,可能由于玉米淀粉相比小麦淀粉硬度高一点,主要原因是玉米淀粉的直链淀粉含量较高,这种淀粉分子在加热后能形成更紧密的网络结构,从而呈现出更高的硬度[19]。而小麦淀粉的弹性相对较好,主要是小麦淀粉中支链淀粉含量较高,加热后能形成更开放的网状结构,从而呈现出更好的弹性。同时,添加阴离子多糖黄原胶和中性多糖刺槐豆胶使淀粉凝胶的硬度下降,这可能是由于这些亲水胶体分子与淀粉分子之间的相互作用影响了直链淀粉分子的聚集和重结晶过程,进而削弱了淀粉凝胶的整体结构[7]。另外作为阴离子多糖的黄原胶,其分子带有负电荷,当与同样带有负电荷的玉米淀粉分子混合时,会产生电荷排斥作用,从而导致阴离子多糖黄原胶与玉米淀粉分子之间的相互作用减弱,进而降低其弹性和硬度。而添加壳聚糖后玉米淀粉硬度和弹性均升高,这可能是带负电荷的玉米淀粉与带正电荷的壳聚糖混合时,正负电荷之间的相互作用可能形成离子键,从而增强它们之间的连接。本研究发现3种不同离子多糖均能降低玉米淀粉的硬度,提高其弹性,使复合体系形成更稳定的结构,使其表现出更好的稳定性。
3.3 不同离子型多糖的添加对复配体系短程有序性影响分析
红外光谱法能够敏锐检测到淀粉结晶度、分子链构象以及螺旋结构的变化,对于深入了解淀粉的短程有序结构至关重要。1 047、1 022、995 cm-1处的峰与淀粉的无定形结构和结晶结构有关。1 200～800 cm-1波段的信息可以反映淀粉结构的短程有序性,R1 047/1 022和R1 022/995峰强度比值被看作是淀粉有序结构的指标,其中R1 047/1 022表示淀粉颗粒中有序结晶面积与无定形面积的比值,也就是有序性其与淀粉的老化程度有关,R1 022/995值用来表示淀粉内部双螺旋结构的变化。秦志鹏等[20]研究发现随阿拉伯木聚添加量的增加,R1 047/1 022与R1 022/995值降低,淀粉的的双螺旋结构和有序性受到破坏。该结果与本试验结果相反,这可能是由于3种不同离子型多糖与淀粉分子间的电荷相互作用,从而有效地提高了玉米淀粉分子的短程有序性。而LUO等[21]在玉米淀粉中添加中华玉米多糖发现复配体系的有序性反而随着中华玉米多糖的添加量而增加,其结果与本试验一致,在玉米淀粉中加入阴离子多糖黄原胶和中性多糖刺槐豆胶,R1 047/1 022与R1 022/995值随添加量而升高,从而使淀粉分子间聚集状态增加,分子链局部有序性也增强,进而加速了淀粉的短期回生,因此使得玉米淀粉性质更加稳定。而阳离子多糖结果相反,这可能与本试验中不同离子型多糖电荷性质产生显著影响。
3.4 不同离子型多糖的添加对复配体系理化性质影响分析
多糖因具有稳定性、保水性、良好的黏稠度等特性,在改善食品的膨胀度、凝沉性、持水性、乳化性、流动性等食品品质和质感方面发挥着重要作用[22]。而随着社会的不断进步与发展,人们对食品质量的要求也日益提升,而食品的口感与风味也成为了人们衡量食品品质的重要标准之一。LIU等[23]研究发现大豆可溶性多糖可将对葛豆和莲花淀粉颗粒包裹,从而抑制淀粉颗粒的膨胀,该结果与本实验结果相反,可能与3种不同离子型多糖的电荷性有关。
淀粉的结构特征与膨胀度、溶解度、结晶度密切相关。膨胀度可以表征淀粉颗粒在膨胀过程中的吸水能力,其影响淀粉透明度、吸水性、凝胶性等加工性能。淀粉的凝沉是由于糊化后的淀粉静置一段时间后,淀粉分子间氢键再次结合,使得淀粉糊内水分子逐渐脱离出来而发生析水作用,因此凝沉性可以反映淀粉糊的回生特性,其与质构、口感和稳定性等加工性质相关。食品原料与水的结合能力,决定了食品保持水分的能力,进而对食品的风味、色泽、口感和营养等品质产生影响。而凝胶的形成能够有效改善食品的外观与质感,不仅可以增强食品持水性,增加其黏稠度和粒子间的黏附能力,同时还为食品赋予了细腻且宜人的口感。李云等[24]发现红芽芋全粉添加κ-卡拉胶、黄原胶和瓜尔胶均可不同程度地提高红芽芋全粉的持水性和膨胀度。其中膨胀度结果与本试验一致,而持水性相反,这可能是由于3种不同离子性多糖与玉米淀粉混合竞争吸附水分子,减少了玉米淀粉颗粒表面水分,从而降低其持水性。何海霞[25]在不同胶体对脚板薯淀粉糊化特性研究中发现黄原胶、瓜尔豆胶和阿拉伯胶均能随时间的延长提高脚板薯淀粉的上清液体积,且黄原胶对板栗淀粉的凝沉作用最大。该结果与本试验一致,这可能是因为阴离子多糖黄原胶、中性多糖刺槐豆胶和阴离子多糖壳聚糖作为亲水胶体,具有较大的水合能力,与玉米淀粉混合后,增加了淀粉颗粒的水合程度,提高了其稳定性,从而较大程度改善了玉米淀粉的凝沉性。本试验表明,添加3种不同离子型多糖可通过与淀粉分子间的相互作用而改善玉米淀粉的膨胀度、凝沉性和持水性质,从而赋予食品更好的口感和质地,增加其稳定性和保鲜性。
4 结论
通过研究不同离子型多糖对玉米淀粉性质的影响发现,加入多糖后复配体系的理化性质有明显变化。黄原胶作为阴离子多糖与带微弱负电荷的玉米淀粉发生同种电荷的排斥作用,添加阴离子多糖黄原胶后,玉米淀粉的峰值黏度、凝胶硬度下降,膨胀度上升,并延缓了玉米淀粉的凝沉性,且阴离子多糖黄原胶可一定程度增加玉米淀粉短期老化的速率。添加中性多糖刺槐豆胶后,玉米淀粉的凝胶硬度、脆度、弹性、咀嚼性、内聚性、回复性以及凝沉稳定性和持水性均出现了显著的降低。与阴离子多糖黄原胶不同,添加阳离子多糖壳聚糖后,玉米淀粉的凝胶硬度、脆度和弹性等特性显著增大。3种不同离子型多糖对玉米淀粉的影响差异明显,本研究可为添加3种不同离子型多糖改善玉米淀粉功能性质的应用提供参考。
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