水含量對普通蕎麥粉和蕎麥淀粉熱性能的影響

1、水含量對普通蕎麥粉和蕎麥淀粉熱性能的影響（文獻(xiàn)翻譯一） 11水含量對普通蕎麥粉和蕎麥淀粉熱性能的影響 吐然克孜 食品102 10108074摘要：普通蕎麥由于其理想的口味、質(zhì)構(gòu)和營養(yǎng)被廣泛利用于食品工業(yè)。利用差示掃描量熱儀（DSC）研究了水含量在20%80%的蕎麥粉和蕎麥淀粉對其熱性能的影響。溫度參數(shù)設(shè)置范圍為40.0 oC105.0 oC以及60.0 oC 160.0 oC。蕎麥粉的糊化溫度在60 oC 85 oC，且糊化溫度隨著水含量的升高而下降。蕎麥分離淀粉的糊化溫度范圍較窄，在60 oC 75 oC。二次掃描中蕎麥粉和蕎麥淀粉的冰轉(zhuǎn)化峰的To、Tp、Tc、H隨著水含量的升高而升高。另外

2、，還測定了它們的黏度、結(jié)晶度以及老化性。關(guān)鍵詞：蕎麥粉、蕎麥淀粉、水含量、DSC1 引言蕎麥作為作物的一種卻未能被充分利用，其屬于蓼科植物且在許多國家都有廣泛的種植。Fagopyrum esculentum Moench（普通蕎麥或者甜蕎麥）和Fagopyrum tartaricum（苦蕎麥）是兩種主要類型。蕎麥外殼、種子、碎粒包含許多營養(yǎng)成分，包括淀粉、蛋白質(zhì)、類黃酮、必需氨基酸、植物甾醇、礦物元素、膳食纖維、低聚糖、不飽和脂肪酸、蘆丁和抗氧化成分。由于蕎麥的功能和感官特性，其對于食品工業(yè)來說，具有極大的生產(chǎn)和市場機(jī)遇，通常用來生產(chǎn)酒精飲料、意大利面、雜糧面包和面條。然而，水含量對其熱變化性

3、能的影響卻較少報(bào)道，而水含量對雜糧粉的利用和貯存具有極大的影響。在一定程度上，淀粉含量決定了蕎麥粉的性質(zhì)。蕎麥淀粉與玉米淀粉、土豆淀粉和木薯淀粉具有相似的結(jié)構(gòu)和顆粒大小分布。比較了蕎麥全粉和蕎麥分離淀粉中各成分（淀粉、纖維、脂類）的熱性質(zhì)。因此，評估已糊化的蕎麥粉的熱性能極為重要。查實(shí)掃描量熱儀是用于測定農(nóng)業(yè)產(chǎn)品熱轉(zhuǎn)變性質(zhì)最為常用的方法。許多研究都分析了粉-水系統(tǒng)或者淀粉-水系統(tǒng)的熱性質(zhì)。他們的結(jié)果顯示在淀粉或粉糊化過程中，水含量極大地影響了熱轉(zhuǎn)變溫度（開始轉(zhuǎn)變溫度To、峰值轉(zhuǎn)變溫度Tp、結(jié)束轉(zhuǎn)變溫度Tc、玻璃化溫度Tg）和總焓變（H）。小麥、玉米、大米、土豆的熱性質(zhì)都被廣泛研究。一些研究報(bào)道

4、了蕎麥粉和蕎麥淀粉的熱性質(zhì)和理化性質(zhì)。但是關(guān)于它的凝固和之后的貯存中再次加熱的過程的討論很少。老化是由時間和溫度共同決定的行為，他出現(xiàn)于淀粉糊化之后。貯存一段時間的已糊化小麥淀粉、大米淀粉、玉米淀粉、土豆淀粉以及修飾淀粉都由DSC再次加熱進(jìn)行研究。結(jié)果表明，老化焓貢獻(xiàn)于相應(yīng)規(guī)則或不規(guī)則的結(jié)晶度本研究主要確定了水含量對普通蕎麥粉和蕎麥淀粉熱性能的影響。研究了在40.0 oC105.0 oC以及60.0 oC 160.0 oC溫度范圍內(nèi)的糊化、冰點(diǎn)融化以及老化特性。通過流變學(xué)方法和X-射線衍射測定了了其黏度和結(jié)晶度。2 材料和方法2.1 材料全谷普通蕎麥粉購于位于中國內(nèi)蒙古自治區(qū)的中美合資企業(yè)吳家

5、食品公司。蕎麥粉的主要成分為：54.5% 淀粉、3.1% 脂類、3.3% 灰分、14.7% 其他。將蕎麥粉置于蒸發(fā)鍋中并于干燥柜中于103±2 oC下貯存12 小時以去除多余的水分，再將其置于室溫下密封的干燥器中。用蒸餾水調(diào)整不同的水分含量。2.2 蕎麥淀粉提取通過已報(bào)道的方法步驟的組合和修改來分離蕎麥粉中的蕎麥淀粉。蕎麥預(yù)浸在去離子水中24 小時。經(jīng)5 分鐘的攪拌，漿液100 目和160 目篩子過篩。丟棄纖維素后，濾液通過均質(zhì)機(jī)在10 bar壓力下均質(zhì)。漿液在4000 轉(zhuǎn)離心10 分鐘，棄去上清液。沉淀通過0.02M 氫氧化鈉水溶液再次懸浮24 小時來去除蛋白和脂類。3 次操作清洗

6、、過濾、離心。最后一步即是沉淀在真空干燥器中與45 oC干燥12 小時來得到干燥的分離淀粉。2.3 黏度分析通過快速動態(tài)流變儀得到蕎麥粉和蕎麥淀粉的連續(xù)黏度圖。通過操作手冊進(jìn)行儀器的校準(zhǔn)和平衡。用標(biāo)準(zhǔn)40 mm的鋁鍋進(jìn)行DSC實(shí)驗(yàn)，并在其邊緣涂上硅油以防水分蒸發(fā)。樣品首先轉(zhuǎn)移至珀?duì)柼?，然后樣品的幾何差異降?000 微米的距離，最后對外圍過剩的材料進(jìn)行修剪。在樣品于50.0 oC下平衡2 分鐘后，以12.0 oC/min的速度將溫度從50.0 oC升至95.0 oC。在95 oC保持兩分鐘，然后以相同的速率冷卻至50 oC。蕎麥粉和蕎麥淀粉都在固體含量為12% 的情況下測定。還測定了糊化溫度

7、，黏度峰值溫度，黏度峰值以及其他性質(zhì)參數(shù)。流變優(yōu)勢軟件用于數(shù)據(jù)分析。2.4 X-射線衍射利用X-射線衍射器進(jìn)行干燥蕎麥粉、分離蕎麥淀粉和糊化蕎麥粉的X-射線衍射實(shí)驗(yàn)。用特定的瑪瑙研缽研磨樣品使其通過160 目篩子。粉質(zhì)X射線衍射在36 kV和20 mA條件下由鎳銅輻射進(jìn)行。其顆粒強(qiáng)度由閃爍計(jì)數(shù)器測定。粉質(zhì)樣品以1o/min的速度從10o至35o進(jìn)行掃描，間隔采樣為0.02o。強(qiáng)度值由積分計(jì)算而得。每個樣品至少做兩次平行實(shí)驗(yàn)。2.5查實(shí)掃描量熱儀2.5.1 樣品準(zhǔn)備樣品（814mg，包括雜糧粉或雜糧淀粉和去離子水）由精確度為0.1mg的電子稱稱量。為了獲得一定范圍的固體含量（20%80%，mg/

8、L，w/v）,用為注射器直接將去離子水注入鋁鍋中。蕎麥粉或蕎麥淀粉和水的混合物及時用蓋子密封。每個樣品在實(shí)驗(yàn)之前至少在室溫下平衡6小時。2.5.2 蕎麥粉用DSC設(shè)備進(jìn)行查實(shí)掃描量熱。該儀器用根據(jù)操作指導(dǎo)使用銦（156.61 oC熔化溫度，28.71 J/g融化焓）進(jìn)行校準(zhǔn)。持續(xù)以50 ml/min的速度通入液氮使腔室保持無水蒸氣的一致環(huán)境。根據(jù)已報(bào)道的步驟的改造來獲得普通蕎麥分的轉(zhuǎn)變溫度和焓變。所有的樣品首先在40105 oC溫度范圍內(nèi)以5 oC/min進(jìn)行掃描，然后冷卻至-60 oC保持2 分鐘，最后再次以5 oC/min的速度升溫至160 oC。利用一個空的密封鋁鍋?zhàn)鳛閷φ铡Ｓ涗涢_始糊化

9、溫度（To），最大峰值糊化溫度（Tp），結(jié)束糊化溫度（Tc）以及焓變(H)。設(shè)備的靈敏度為1W。每秒測定5 個熱流數(shù)據(jù)。取三組平行樣的平均值。2.5.3 蕎麥淀粉所有含不同水分含量的蕎麥淀粉樣品也通過與蕎麥粉相同的測定方法用DSC進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2.5.4 老化所有糊化的蕎麥粉在室溫下貯存1、2、4和8 周后，用DSC以5.0 oC /min的速度從-60 oC升溫至160 oC.2.5.5數(shù)據(jù)分析轉(zhuǎn)變溫度范圍和峰值區(qū)域都通過TA設(shè)備分析軟件4.3A進(jìn)行分析。DSC數(shù)據(jù)由SAS進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，在置信水平為5% 條件下以t-檢驗(yàn)估計(jì)其顯著性差異。3 結(jié)果與討論3.1 分離蕎麥淀粉在水浸提、過篩、氫氧化

10、鈉浸提、過濾、離心、真空干燥，將蕎麥淀粉從蕎麥粉中提取出來。圖1為蕎麥粉（左邊器皿）和蕎麥淀粉（右邊器皿）。蕎麥粉筆蕎麥淀粉顏色暗。蕎麥淀粉的顆粒也比蕎麥粉更好。這種差異在于纖維素的移除。圖1 蕎麥粉（右）和分離蕎麥淀粉（左）3.2 黏度分析蕎麥粉和蕎麥淀粉的黏度屬性見圖2.在測試開始，粘度值幾乎為0。蕎麥粉于67.9 oC開始糊化。峰值黏度為508.7 Pa s，在94.0 oC達(dá)到。在糊化過程中，蕎麥粉的的黏度急速升高。在溫度保留階段的后期，黏度有持續(xù)的下降至292.2 Pa s。在降溫期間，蕎麥粉在79.1 oC達(dá)到另一個峰值315.8 Pa s，最終降至168.4 Pa s。蕎麥淀粉的

11、數(shù)據(jù)與劉和李等有相似的趨勢。蕎麥淀粉的開始糊化溫度為71.9 oC。它的峰值黏度是在95時達(dá)到89.3Pa s，這比蕎麥粉（508.7 Pa s）要小很多。在冷卻階段，黏度有輕微地上升至74.1 Pa s于49.5 oC，最終降至71.4 Pa s。圖2 蕎麥粉和蕎麥淀粉的黏度-溫度-時間屬性3.3 X-射線衍射（XRD）蕎麥粉、蕎麥淀粉和糊化蕎麥粉的XRD圖像見圖3.從圖上可知，蕎麥粉和蕎麥淀粉具有相似的形狀，是典型的的雜糧“A”型。蕎麥粉在14.9o、17.0 o、17.8 o、18.6 o、23.1 o和26.6 o上具有明顯的峰，而蕎麥淀粉在15.0 o、17.3 o、18.1 o、2

12、0.6 o、23.0 o、26.6 o上有明顯的峰。這兩個圖像在相似的2出現(xiàn)峰。不同的是蕎麥淀粉的峰高是蕎麥粉的兩倍。淀粉含量會影響衍射。另外，糊化后的蕎麥粉的圖像產(chǎn)生較大變化。糊化后的蕎麥粉只出現(xiàn)兩個特征峰，分別是13.5 o和19.8 o。蕎麥粉和蕎麥淀粉的結(jié)晶度（結(jié)晶淀粉占結(jié)晶和無規(guī)淀粉和的含量）分別是23.95%和24.87%。這一結(jié)果比錢的結(jié)果（38.3%和51.3%）低很多。但是糊化蕎麥粉幾乎顯示0%的結(jié)晶度，這可能是由于在糊化過程中結(jié)晶度的破壞。不同的種類和種植條件會影響結(jié)晶度。用相應(yīng)的急劇反應(yīng)和寬泛的擴(kuò)散最大值來表征半晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。前者是晶體結(jié)構(gòu)的相干衍射結(jié)果，后者是無規(guī)材料的不連

13、續(xù)散射。圖3 蕎麥粉（A）、蕎麥淀粉（B）、糊化蕎麥粉（C）的XRD圖像3.4差式掃描量熱3.4.1 蕎麥粉熱處理過程中，普通蕎麥粉發(fā)生一系列溫度轉(zhuǎn)變和化學(xué)變化。如圖4，不同的水含量50.37%（G5），55.27%（G4），66.50%（G3），75.81%（G2），77.65%（G1），以及17.63%(G9), 25.74% (G8), 31.94%(G7), 47.52% (G6)。圖4顯示了蕎麥粉第一次掃描的DSC曲線（40oC105.0oC），G1, G2, G3, G4和G5的吸熱峰出現(xiàn)在60oC85oC之間。在圖5中，三個樣品（G7, G8, G9）在5090的放大圖像中，DS

14、C曲線幾乎與基線相似，無吸熱峰。而另一個水分含量為47.52%的蕎麥粉（G6），在60oC85oC溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)吸熱峰（40oC105oC）。這種屬性是由于水含量的減少不足以使淀粉糊化。峰值的出現(xiàn)是因?yàn)榈矸酆?，這是一個不可逆的現(xiàn)象。表1列出了溫度變化和焓變（To、Tp、Tc、H）。最大熱量下的溫度受水含量的影響。結(jié)果表明，糊化溫度隨水含量的升高而降低。焓變隨水含量的升高而降低。一旦水含量過多，水含量將不再影響轉(zhuǎn)變焓。圖6顯示了不同水含量（50.37%(M1),55.27%(M2),66.50%(M3),75.81%(M4),77.65% (M5）的蕎麥粉冰點(diǎn)融化吸熱峰。由于第二次掃描是在10

15、5.0oC-60.0oC降溫后馬上操作的，所以在第二次掃描開始時樣品還是凍住的。水的冰融化吸收峰出現(xiàn)在0。表2展示了冰融過程中，溫度和焓變（To、Tp、Tc、H）隨水含量升高而急劇升高。然而，可以注意到一種階梯型變化，這種變化前后，會出現(xiàn)不同的熱量值，這種變化出現(xiàn)在不同水分含量的樣品在冰融之后的吸收峰的熱量值基線。降低可能是因?yàn)椴ＡЩD(zhuǎn)變，這種玻璃化轉(zhuǎn)變出現(xiàn)在冰融階段以及與冰融峰重疊。這將導(dǎo)致玻璃化轉(zhuǎn)變和冰融曲線的重合。Relikin的研究中分析了許多食品材料部分成分的放熱和吸熱性質(zhì)。有一部分水在負(fù)溫度下都沒有結(jié)冰，在冰融轉(zhuǎn)變之前Tg降至0oC以下，這可能與不結(jié)冰水相重合。由于在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

16、以下受限制的且有限的靈活性，也會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)松弛的現(xiàn)象。認(rèn)為在0 oC會形成無規(guī)固體或玻璃態(tài)。這能夠減少分子運(yùn)動從而達(dá)到更長的貨架期。圖4 第一次掃描的糊化吸熱峰曲線（40oC105oC，5.0oC/min，水含量：50.37% (G5)，55.27% (G4)，66.50% (G3)，75.81% (G2)，77.65% (G1)）圖5第一次掃描的糊化吸熱峰曲線（40 105，5.0/min，放大觀察50.0 90.水含量：17.63% (G9)，25.74% (G8)，31.94% (G7)，47.52% (G6)）表一第一次掃描時的糊化溫度和焓值溫度值分別為起始溫度（To），最大峰值溫度（T

17、p）和結(jié)束溫度（Tc）。將樣品以5.0/分鐘的速度從40.0加熱到105.0。值代表的意思；n = 3。在一個以不同字母表示列值有顯著性差異（P0.05）。圖6 第二次掃描吸熱峰曲線圖（ 60.0 oC160 oC，5 oC/min，放大觀察-15 oC10 oC，水含量：50.37%(M1)，55.27%(M2)，66.50% (M3)，75.81% (M4)，77.65% (M5)）表二第二次掃描冰融過程中的溫度和焓變溫度值的起始溫度（TO），最大峰值溫度（TP）和溫度結(jié)束溫度（Tc）。樣品以 60 5 oC/min的速度從60升溫到160值代表的意思；n = 3。在一個以不同字母表示列值

18、有顯著性差異（P0.05）。3.4.2 分離蕎麥淀粉用相似的步驟對氫氧化鈉處理提取的蕎麥淀粉在水含量為0%，22.01%(S5)，28.66%(S4)，38.47%(S3)，66.30%(S2)和75.33% (S1).進(jìn)行DSC實(shí)驗(yàn)。第一次掃描溫度從40.0 oC升到105.0 oC，對于含水含量38.47%(S3)，66.30%(S2)和75.33%(S1)的樣品吸熱峰明顯地出現(xiàn)在60 oC75 oC。這個吸熱峰的溫度范圍筆蕎麥粉6085 oCd的范圍要小。如表3，蕎麥淀粉干物質(zhì)的糊化焓變?yōu)?.27 ± 0.206.29 ± 0.17 J/g，其焓變范圍比蕎麥的的1.3

19、0 ± 0.032.02 ± 0.07 J/g焓變范圍寬。這可能是由于蕎麥粉和分離淀粉不同的熱轉(zhuǎn)變性質(zhì)。淀粉-水的開始糊化溫度比蕎麥粉的低。淀粉中的其他成分也會影響轉(zhuǎn)變焓。淀粉的糊化峰比其他谷物如小麥和玉米更小。表3第一次掃描時的蕎麥分離淀粉的糊化溫度和焓變溫度值的起始溫度（TO），最大峰值溫度（TP）和結(jié)束溫度（Tc）。樣品以5/min從40升溫到105值代表的意思；n = 3。在一個以不同字母表示列值有顯著性差異（P0.05）。圖7 糊化的蕎麥面粉儲存1（R1），2（R2），4（R4），和8（R8）周的DSC回生曲線（從以5/min 從60升溫到160 ）3.4.3 蕎麥粉老化為了確定貯存期間糊化蕎麥粉的變化，所有水分含量的樣品都儲存8周。每個樣品都在1周、2周、4周、8周時從-60oC升溫至160oC進(jìn)行掃描。不通過水分含量（17.63% (G9)，25.74% (G8)，31.94% (G7)，47.52% (G6)，49.06%，58.00%和75.58%)的樣品，其老化吸熱焓開始于50oC知道升溫結(jié)束；0oC以下沒有明顯的