脱脂对糯玉米淀粉热力学特性的影响

陆大雷 郭换粉 董 策 陆卫平

(扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室农业部长江中下游作物生理生态与栽培重点开放实验室,扬州 225009)

脱脂对糯玉米淀粉热力学特性的影响

陆大雷 郭换粉 董 策 陆卫平

(扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室农业部长江中下游作物生理生态与栽培重点开放实验室,扬州 225009)

以 4个糯玉米淀粉为材料,对其进行脱脂处理,分析了其对淀粉热力学特性的影响。结果表明,脱脂使淀粉中的磷元素含量显著降低,导致淀粉的起始温度、峰值温度、终值温度、峰值指数和热焓值降低,糊化范围扩大。淀粉和脱脂淀粉糊化冷藏后发生回生,表现为脱脂增加了回生淀粉的热焓值,进而增加了淀粉的回生值和峰值指数,而起始温度、峰值温度、终值温度和糊化范围受脱脂影响较小。淀粉和脱脂淀粉的热焓值存在显著的基因型差异,淀粉的热焓值以渝糯 408最低,脱脂淀粉的热焓值以郑彩糯 1号最低。淀粉回生后热焓值和回生值差异较小,而脱脂淀粉回生后热焓值和回生值以 YA30142最高,郑彩糯 1号最低。

糯玉米淀粉 脱脂 磷 热力学特性

谷类作物淀粉中含有少量脂肪,其通过与直链淀粉和支链淀粉中的长链形成复合物[1-4],进而对淀粉理化特性存在显著影响[5-6]。Chung等[7]研究表明,高直链玉米淀粉脱脂后,酸解效应增强,使更多的直链淀粉可以形成双螺旋;同时,脱脂使淀粉的转变温度和热焓值降低。Jeong等[8]研究发现,脱脂增加了直链淀粉的热焓值,其主要原因是脱脂使直链淀粉链容易重结晶。刘奕等[9]研究表明,脱脂对米粉的转变温度影响不明显,但使热焓值显著降低。

糯玉米是受wx隐性基因控制的、其胚乳淀粉几乎由支链淀粉组成的一类特用玉米。糯玉米淀粉容易糊化,黏滞性强,透明度和溶解度高,冻融稳定性好,在食品工业受到了广泛关注。本课题组前期报道了脱脂对糯玉米淀粉晶体特性和糊化特性的影响[10],在此,进一步研究脱脂对糯玉米淀粉热力学特性的影响,以期为糯玉米淀粉在工业上的更好应用提供理论指导和相关参考。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

以我国近年来育成的 YA30142、苏糯 528、渝糯408和郑彩糯 1号 4个糯玉米品种为材料,于 2007年夏季种植于扬州大学农学院实验田,田间常规栽培管理。

200F3 Maia差示扫描量热仪:德国 NETZSCH;MASR5微波高压密闭消解系统:美国 CEM公司;I2 SIS Intrepid IIXSP全谱直读等离子发射光谱仪:美国Thermo Electron公司。

1.2 样品准备

按本课题组前期已报道的方法制备淀粉和脱脂淀粉[10]。

1.3 磷元素含量分析

由于玉米中脂肪主要以磷脂形式存在[11],以磷元素含量来评价脂肪含量。称取 0.5 g样品,加入5 mL优级纯硝酸和 2～3滴双氧水,放入微波消解系统,180℃硝化 15 min,过滤定容至 100 mL,利用等离子发射光谱仪测定磷元素含量。

1.4 热力学特性测定

参照本课题组前期已报道的方法进行测定[12]。称取 5 mg淀粉,加 10μL超纯水,将样品铝盒密封后置于 4℃冰箱平衡过夜,在测试前取出回温 1 h,然后放入 DSC中测定,以 10℃/min使铝盒温度由20℃升至 100℃,以密封空白铝盒作参照。记录和计算起始温度、峰值温度、终值温度、热焓值,糊化范围和峰值指数,其中,糊化范围 =2×(峰值温度 -起始温度);峰值指数 =热焓值 /(峰值温度 -起始温度)。

将分析样品于 4℃保存 7 d后进行淀粉回生特性分析。将样品铝盒以 10℃/min由 20℃升至 100℃,以密封空白铝盒作参照,记录和计算相应参数。回生值 =回生淀粉的热焓值/原淀粉的热焓值 ×100%。

1.5 数据分析

样品数据采用 DPS 7.05进行统计分析,显著性测验采用 LSD法。DSC吸热图谱系统自动生成的数据进行平均后采用 Excel 2000作图。

2 结果与分析

2.1 磷元素含量

磷含量可用于评价淀粉中脂肪的含量。4个糯玉米品种淀粉磷含量均存在基因型差异 (见图 1)。淀粉磷元素含量以 YA30142最高 (12.9 mg/100 g),渝糯 408最低 (4.8 mg/100 g)。脱脂淀粉磷元素含量以郑彩糯较高 (4.2 mg/100 g),YA30142较低(2.9 mg/100 g)。Debet等[11]和 Craig等[13]分别报道了玉米淀粉中磷的含量约为 2～19 mg/100 g和3～13 mg/100 g。当淀粉脱脂后,磷含量降至 2.9～4.2 mg/100 g,表现脱脂淀粉中脂肪有所降低。从图1还可看出,脱脂使淀粉中的磷元素含量显著降低,降低幅度以 YA30142最大,达 77.5%,渝糯 408最低,降低了 12.5%。

图 1 脱脂对磷元素含量的影响

2.2 胶凝特性

从表 1可知,脱脂对淀粉的胶凝特征值存在着显著影响,具体表现为使起始温度、峰值温度、终值温度和峰值指数下降,脱脂使 YA30142、苏糯 528和郑彩糯 1号的热焓值降低,但使渝糯 408的热焓值有所升高。同时,脱脂增加了淀粉的糊化范围。表明脱脂处理引起了淀粉胶凝特性的改变,脱脂淀粉具有较低的起始温度、峰值温度、终值温度和较低的热焓值。其原因主要是脱脂后淀粉颗粒的膨胀势降低,同时淀粉颗粒不易变形所致[14]。这和 Chung等[7]、刘奕等[9]的研究结果相似,但 Perera等[15]研究脱脂对马铃薯淀粉热力学特性时发现脱脂增加了淀粉的热焓值和转变温度。Vasanthan等[16]研究脱脂对小麦、玉米、马铃薯、木薯和小扁豆淀粉的影响时发现,不同作物淀粉的热力学特性对脱脂响应不一,其主要原因是由于淀粉组成不同所致。从表 1可知,淀粉以及脱脂淀粉的胶凝特征值存在显著的基因型差异。不同品种淀粉比较,起始温度、峰值温度、终值温度 3个指标均以苏糯 528最高,以郑彩糯1号最低;热焓值和糊化范围以渝糯 408最低,其他 3个品种间无显著差异;峰值指数以郑彩糯 1号和YA30142最高,渝糯 408最低。在其他作物上的研究同样表明,淀粉的胶凝特性存在显著的基因型差异[17-19]。淀粉脱脂后胶凝特征值同样存在基因型差异,起始温度、峰值温度和终值温度以郑彩糯 1号最低,起始温度渝糯 408最高,峰值温度和终值温度苏糯 528最高;热焓值郑彩糯 1号最低,其他 3个品种间无显著差异,糊化范围以苏糯 528最高,其他 3个品种间无显著差异,峰值指数以渝糯 408最高,其他 3个品种间无显著差异。

表 1 糯玉米粉、淀粉和脱脂淀粉的胶凝特征值

2.3 回生特性

胶凝淀粉冷藏后发生回生,表现为起始温度、峰值温度、终值温度、热焓值和峰值指数降低,糊化范围扩大 (表 2),其主要原因是由于回生淀粉形成的淀粉结构较为松散[20]。从表 2可知,脱脂使 YA30142的起始温度和峰值温度降低,但其余三个品种受影响较小,而终值温度和糊化范围四品种受脱脂影响均较小。脱脂对郑彩糯 1号的热焓值影响较小,但使其他 3个品种的热焓值增加。脱脂增加了四个品种的峰值指数和回生值。淀粉脱脂后,由于淀粉 --脂结构被破坏,淀粉容易沥出,同时脱脂增加了颗粒的硬度,导致其易形成凝胶,使其容易回生[14]。从表 2还可以看出,淀粉回生后,其峰值温度、终值温度、热焓值、糊化范围和回生值基因型差异较小,而起始温度和峰值指数以 YA30142最高,渝糯 408最低。脱脂淀粉回生后,起始温度以苏糯 528最高,渝糯 408最低,峰值温度和终值温度品种间无显著差异,回生值和热焓值以 YA30142最高,郑彩糯 1号最低。糊化范围以渝糯 408最高,苏糯 528最低,峰值指数以苏糯 528最高,渝糯 408最低。

表 2 糯玉米淀粉和脱脂淀粉的回生特征值

3 结论

脱脂表现为磷元素含量的显著降低。脱脂引起了糯玉米淀粉热力学特性的改变,总体上表现为脱脂降低了淀粉的起始温度、峰值温度、终值温度、热焓值和峰值指数,但使糊化范围扩大。同时,脱脂还增加了回生淀粉的热焓值,进而导致回生值有所增加。糯玉米淀粉的热力学特性存在显著的基因型差异,且对脱脂的响应存在基因型差异。

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Effects ofDefatting on Starch Ther mal Properties ofWaxyMaize

Lu Dalei Guo Huanfen Dong Ce LuWeiping
(KeyLaboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province/Key Laboratory of Crop Physiology,Ecology and Cultivation inMiddle and Lower Reaches of Yangtse River ofMinistry ofAgriculture,Yangzhou University,Yangzhou 225009)

The effects of defatting on thermal properties of starch samples from four waxy maize varieties were studied.Results:Defatting leads to a marked decrease of P content,thus decreases the onset temperature,peak tem2 perature,conclusion temperature,peak height index and gelatinization enthalpy,whereas enlarges gelatinization range.Retrogradation occurred in the experiment after the gelatinized samples were stored at 4℃for seven days.Results show defatting increases the retrogradation enthalpy,which results in an increment of retrogradation percentage and peak height index,while onset temperature,peak temperature,conclusion temperature and retrogradation range are lit2 tle affected by defatting.Significant differencesof gelatinization enthalpy for starch and defatted starch among the four waxy maize varieties are observed.For starch,Yunuo408 presents the lowest gelatinization enthalpy;and for defatted starch,Zhengcainuo1 presents the lowest gelatinization enthalpy.The retrogradation enthalpy and retrogradation per2 centage,for starch are similar among the fourwaxymaize varieties,while for defatted starch the highest is from variety YA30142 and the lowest is from Zhengcainuo1.

waxy maize starch,defatting,phosphorus,thermal property

S513

A

1003-0174(2011)01-0048-04

国家自然科学基金(30971731),江苏省作物栽培生理重点实验室开放课题 (02738800372),扬州大学博士启动基金(2009087)

2010-01-05

陆大雷,男,1980年出生,讲师,博士,玉米品质

通迅作者:陆卫平,男,1958年出生,教授,博士生导师,玉米生理